كيف يمكن للزيوليتات حل نقص التريتيوم في الاندماج النووي

الاندماج النووي، الذي يجمع العناصر الخفيفة جدًا ويجعلها تتحد لتصبح أثقل، هو، من الناحية النظرية، طريقة أساسية متفوقة لإنتاج الطاقة.

لا يستخدم العناصر الثقيلة ولا ينتج نفايات مشعة كما يحدث في الانشطار النووي، وهو أكثر استقرارًا وتوقعًا من مصادر الطاقة المتجددة مثل الشمس والرياح.

الاندماج النووي هو حرفيًا ما يزود الكون بالطاقة، فكل نجم هو مفاعل اندماج نووي هائل. كل ثانية، الشمس تستهلك 600 مليون طن من الهيدروجين. للمقارنة، يعني ذلك أن الشمس تستهلك كمية من الهيدروجين تعادل كتلة الأرض بالكامل كل 70,000 سنة.

لذا، إذا استطعنا تكرار جزء صغير فقط من ذلك على الأرض، فسنتمكن من الحصول على إمداد طاقة شبه غير محدود.

على عكس اليورانيوم أو الثوريوم، اللذان هما نادران نسبيًا، يشكل الهيدروجين 74٪ من كل المادة المتاحة في الكون. عمليًا، حتى لو استخدمت حضارة بشرية طاقة تعادل 1,000 مرة استهلاكنا الحالي، لن تنفد منها الوقود.

ليس كل أساليب الاندماج متساوية

ومع ذلك، هناك العديد من الطرق لأداء الاندماج النووي، اعتمادًا على نظائر الهيدروجين المستخدمة. تختلف النظائر بحسب عدد النيوترونات في الذرة المعطاة:

• الهيدروجين بدون نيوترون يُسمى البروتيوم.
• الهيدروجين بنيوترون واحد يُسمى الديوتيريوم.
• الهيدروجين بنيوترونين يُسمى التريتيوم.

المصدر: GeeksforGeeks

على سبيل المثال، إذا كانت توفر الوقود هو القلق الرئيسي، فإن الاندماج دييوتيريوم-دييوتيريوم هو الخيار الأمثل، حيث يشكل الديوتيريوم 0.025٪ من كل الهيدروجين ومن السهل نسبياً فصله من موارد الأرض (ما يُنتج “الماء الثقيل”).

للأسف، يتطلب الاندماج دييوتيريوم-دييوتيريوم درجات حرارة أعلى بكثير لتحدث، تصل إلى حوالي 400-500 مليون درجة مئوية (حوالي 720-900 مليون درجة فهرنهايت)، مما يجعل من الصعب تنفيذه بكفاءة في مفاعلات الاندماج التجارية المستقبلية المحتملة.

بالمقارنة، يتطلب الاندماج دييوتيريوم-تريتيوم “فقط” حوالي 100–150 مليون درجة مئوية، مما يجعله الخيار البحثي السائد لتحقيق الاندماج مع توليد صافي للطاقة يومًا ما. لهذا السبب تم اختيار الاندماج دييوتيريوم-تريتيوم للمشاريع الدولية الكبرى مثل المشاريع الدولية الكبرى مثل ITER ومن قبل العديد من شركات الاندماج النووي الخاصة مثل General Fusion (GFUZ ).

إحدى المشكلات في هذه الخطط هي أن التريتيوم هو أندر نظير للهيدروجين. بينما يُنتج جزئيًا طبيعيًا من الأشعة الكونية، فإن الإنتاج التجاري يتم أساسًا عن طريق قصف النيترونات لليثيوم-6 داخل مفاعلات الانشطار النووي أو كمنتج ثانوي في المفاعلات التي تستخدم الماء الثقيل كمهدئ مثل تصاميم CANDU، حيث يمتص الديوتيريوم النيوترونات.

وبما أن للتريتيوم نصف عمر يبلغ 12 سنة فقط، فإنه يتحلل بسرعة. اليوم، يبلغ الإنتاج العالمي فقط 2 كيلوجرام (4.4 رطل) سنويًا، مع وجود مخزون عالمي كامل من التريتيوم غير العسكري يتراوح بين 20 إلى 30 كيلوجرامًا فقط.

هذه مشكلة، إذ أن محطة طاقة اندماج نووي تجارية بقدرة 1,000 ميغاواط ستحتاج إلى أكثر من 55 كيلوجرامًا من التريتيوم سنويًا لتعمل.

من المحتمل أن يتم زيادة الإنتاج من خلال تقنية بطانيات تربية الاندماج، حيث يخلق الاندماج النووي وقوده الخاص من خلال التقاط بعض النيوترونات المنتجة.

المصدر: RiconEducativo

ومع ذلك، يُستهلك فقط حوالي 2٪ من الوقود في مفاعل نووي لتشغيل تفاعل اندماج معين، وبالتالي يتطلب إعادة تدوير مستمرة مع فصل النظائر.

قد لا تكون طرق الفصل الحالية كافية من حيث الكفاءة أو التكلفة لتعمل بشكل جيد في بيئة تجارية تتطلب مئات الكيلوغرامات أو حتى أطنان من التريتيوم سنويًا يتم إنتاجها، وتنقيتها، وإعادة حقنها في المفاعل.

قُدم دراسة حديثة من قبل باحثين ألمان في Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf ومعهد ماكس بلانك للبحوث الصلبة، تقترح طريقة جديدة لفصل التريتيوم باستخدام زيوليت من النوع Y، وهو منخل جزيئي من ألومينوسليكات صناعي. نشروا نتائجهم في مجلة Nature Communications¹ تحت العنوان “Tritium separation from gaseous 1,2,3H isotopologue mixtures by selective adsorption on Ag-exchanged zeolite type Y”.

تنقية التريتيوم لمفاعلات الاندماج

البحث عن طرق جديدة لفصل التريتيوم

التقطير المتجمد هو طريقة معتمدة لفصل نظائر الهيدروجين والديوتيريوم المستقرة. ومع ذلك، لا تتناسب هذه التقنية جيدًا مع نطاق واسع من التركيب المتوقع في عمليات مفاعلات الاندماج.

بديل هو استخدام مواد مسامية دقيقة مثل الأطر العضوية المعدنية (MOFs) أو الزيوليتات، كما هو موضح في هذه الدراسة.

تعتمد هذه الطريقة على آليتين:

• الترشيح الكمومي الحركي (KQS)، حيث تؤدي اختلافات الأحجام الفعالة للجسيمات بين النظائر إلى امتصاص مفضل للنظير الأثقل.
• الترشيح الكمومي للانجذاب الكيميائي (CAQS)، حيث تُظهر النظائر المختلفة إنثالبيات الامتزاز المتميزة، مما يؤدي إلى تفاعلات ربط مختلفة.

حتى الآن، تم توقع عوامل الفصل في الغالب نظريًا.

بالنسبة لفصل التريتيوم، تتطلب النشاط الإشعاعي القوي للعنصر أن تكون الاستقرار البنيوي للمواد المسامية الدقيقة جيدًا جدًا. لهذا السبب ركز الباحثون على الزيوليتات.

الزيوليت والتريتيوم

المادة المستخدمة في هذه الدراسة هي زيوليت من النوع Y. وهي جزء من عائلة المعادن فوجاسيت، وهذه الزيوليتات هي معادن ألومينوسليكات تحتوي على كميات متفاوتة من الصوديوم والمغنيسيوم والكالسيوم. أظهرت صمودًا بنيويًا تحت جرعات إشعاعية متغيرة وتحملًا للتريتيوم.

في هذه الحالة، أضافوا ذرات الفضة لتعمل كموقع لامتصاص التريتيوم في خليط هيدروجيني مشابه لما ينتجه مفاعل الاندماج النووي.

لقياس إمكانات امتصاص التريتيوم للمادة، استخدموا مطيافية الامتزاز الحراري (TDS)، حيث يُطلق الجزيء المستهدف تدريجيًا مع ارتفاع درجة الحرارة.

أظهرت الدراسة تجريبيًا عوامل الفصل المتوقعة لخليطات نظائر الهيدروجين التي تشمل التريتيوم.

وبشكل مهم، لم ينتج النظام أي بروتيوم (“هيدروجين أساسي”)، مما أسفر عن خليط دييوتيريوم-تريتيوم شبه نقي.

المصدر: Nature Communications

بالإضافة إلى ذلك، كان خلط ذرات الهيدروجين في جزيئات H2 باستخدام نظائر مختلفة في نفس الجزيئات شبه معدوم. هذا مهم، إذ أن مستويات عالية قد تؤدي إلى خليط يصعب تنقيته لاحقًا.

“بالنسبة لجميع خلطات الغاز، كان تكوين إيزوتوبولوجات غير نووية (HD, HT, DT) عن طريق تبادل النظائر ضئيلًا جدًا مقارنةً بإجمالي الكميات الممتزة.”

طريقة موثوقة

تحقق الباحثون أيضًا مما إذا كانت ذرات الفضة تتأثر بالإشعاع، خاصة إشعاع بيتا. بعد 4 ساعات من التعرض، لم يُلاحظ أي تغيير كبير في طيف الامتصاص. يبدو أن ذلك يشير إلى أن مستوى التأين داخل شبكة الزيوليت منخفض جدًا بحيث لا يحدث نقل إلكترون إلى أيونات الفضة.

تقدم مهم آخر أظهرته هذه الدراسة هو أن درجة الحرارة المطلوبة يمكن تحقيقها باستخدام النيتروجين السائل، وهو منتج رخيص نسبيًا وبسيط.

في المقابل، يتطلب التقطير المتجمد التقليدي درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق، وهو ما يكلف كثيرًا ويستهلك طاقة كبيرة.

مع اقتراب مفاعلات الاندماج النووي من إنتاج صافي للطاقة، أي خطوة تتطلب طاقة قليلة تساعد في جعل العملية بأكملها إيجابية الطاقة وقابلة للتطبيق التجاري.

وبالمثل، فإن مقاومة الزيوليت المستخدم للإشعاع مهمة للاستخدام الروتيني المستقبلي حيث سيُستخدم نفس مادة الامتزاز بشكل متكرر لأسابيع أو شهور أو حتى سنوات دون الحاجة إلى إصلاح أو استبدال.

الاستثمار في الاندماج النووي

General Fusion

في 13 يوليو 2026، سجلت General Fusion تاريخًا بأن تكون أول شركة اندماج نووي تقوم بطرحها العام الأولي، متفوقة على منافستها المدعومة من ترامب TAE Technologies بعدة أشهر، قبل طرحها العام الخاص بها.

بشكل إجمالي، جمعت General Fusion 108 ملايين دولار من المستثمرين الخاصين خلال الطرح العام. وتقول الشركة إن لديها حوالي 150 مليون دولار نقدًا بعد الطرح. وعلى مر السنين، جمعت أكثر من 600 مليون دولار من المستثمرين الخاصين.

General Fusion هي إحدى الشركات الناشئة التي تقود الجهود لجعل الاندماج مشروعًا قطاعيًا خاصًا، بدلاً من مشروع فيزياء ممول من القطاع العام. تأسست الشركة عام 2002 لتطوير تقنية الاندماج المستهدف المغناطيسي (MTF).

تتوقع الشركة أن تكون MTF مسارًا أقصر نحو اندماج إيجابي صافيًا للطاقة وأن تكون أقل تكلفة بكثير.

كانت General Fusion الأولى في العالم التي تبني وتكمل حقن بلازما توروييد مدمج على مقياس محطة طاقة في عام 2010 وحققت العديد من الإنجازات منذ ذلك الحين.

المصدر: General Fusion

نظريًا، قد يمنح الاختيار التكنولوجي لشركة General Fusion ميزة، حيث يقدم توافقًا جيدًا بين المتطلبات التقنية للحفاظ على ظروف الاندماج مع زمن احتجاز طاقة معتدل وكثافة بلازما مناسبة.

كلا المؤشرين يتجهان نحو الحد الأقصى للتقنيات المتنافسة الرئيسية (الاحتجاز الانفجاري والاحتجاز المغناطيسي)، مما يجعل تحقيقهما موثوقًا ورخيصًا أكثر تحديًا.

المصدر: General Fusion

يسمح ذلك لشركة General Fusion بتجنب المغناطيسات الفائقة والليزر عالي الطاقة، بالإضافة إلى استخدام مواد موجودة لآلات متينة وإنتاج طاقة فعال من حيث التكلفة.

مع وجود 133 موظفًا فقط، تظل General Fusion شركة ناشئة تركز على البحث والتطوير والتكنولوجيا، حيث أجرت أكثر من 200,000 تجربة بلازما وحصلت على 210 براءات اختراع. تهدف الشركة إلى تحقيق التحقق من الأنظمة التجارية والمكونات بحلول نهاية العقد الثاني من القرن الحالي، والبدء في بيع محطات تجارية في منتصف العقد الثالث من القرن الحالي.

بالنسبة للمستثمرين، فإن حجة General Fusion هي أنها واحدة من أكثر شركات الاندماج النووي الخاصة تقدمًا، إلى جانب عدد قليل مختار مثل Helion، Proxima Fusion، Commonwealth Fusion Systems، وTAE.

مع رأس مال سوقي أقل من مليار دولار، يجعل ذلك من General Fusion استثمارًا “طويل الأمد” مثاليًا، مع طرح عام مبكر يكفي لتأمل في تحقيق عائد 10x أو 100x أو أكثر إذا سارت الأمور على ما يرام.

مع ذلك، يجب على المستثمرين أيضًا أن يكونوا على علم بأن منافسين مثل Helion يدعون أنهم يبنون بالفعل مرافق تصنيع خاصة بهم ويخططون لتسليم محطات طاقة عاملة إلى Microsoft (MSFT ) وOpenAI بحلول 2028 و2030 على التوالي.

لذا هناك أيضًا خطر أن تكون General Fusion الأولى، لكنها قد تكون مجرد واحدة من بين العديد من شركات الاندماج، مع نضوج التقنية وتحقيقها للجدوى التجارية.

مع ذلك، تُعد General Fusion شركة تقنية مثيرة للإعجاب، حيث حققت إنجازاتها التقنية واحدة تلو الأخرى على مدار عقدين من الزمن، قبل أن يصدق الكثيرون أن شركات الاندماج الخاصة يمكن أن تكون تجارية، وتستهدف سوقًا محتملًا متعدد التريليونات من الدولارات يمكن أن يضم أكثر من لاعب واحد إذا وصلوا إلى هذا الهدف الطموح.

آخر أخبار وتطورات سهم General Fusion (GFUZ)

الدراسة المشار إليها

^{1. Becker, A., Lippold, H., Liu, J. et al. Tritium separation from gaseous 1,2,3H isotopologue mixtures by selective adsorption on Ag-exchanged zeolite type Y. Nat Commun 17, 7405 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-75930-9}