ما هي"الشمس الاصطناعية" في الصين؟

تشير "الشمس الاصطناعية" في الصين إلى مشاريعها المتقدمة في مجال الاندماج النووي، وبشكل رئيسي مفاعلات Huanliu-3 وHL-2M. تهدف هذه المنشآت إلى تقليد عملية توليد الطاقة في الشمس من خلال الاندماج النووي، حيث تندمج نوى الهيدروجين لتكوين الهيليوم، مما يطلق كميات هائلة من الطاقة. تُعتبر هذه التكنولوجيا حلاً محتملاً للطاقة المستدامة والنظيفة، مما يعالج قيود الوقود الأحفوري وطرق الانشطار النووي الحالية.

المشاريع الرئيسية

Huanliu-3:

حققت مؤخرًا إنجازًا كبيرًا من خلال توليد مجال مغناطيسي ضروري لاحتواء البلازما المسخنة بشكل كبير، وهو أمر حاسم لحدوث تفاعلات الاندماج. تم تصميم هذا المفاعل للعمل عند درجات حرارة تتجاوز 150 مليون درجة مئوية، وهو أعلى بكثير من قلب الشمس.

HL-2M:

يقع في المعهد الجنوبي الغربي للفيزياء في تشنغدو، وقد أنتج هذا المفاعل بلازما لأول مرة في ديسمبر 2020. وهو جزء من استراتيجية الصين الأوسع للمساهمة في أبحاث الاندماج العالمية ومن المتوقع أن يدعم مشروع المفاعل التجريبي الدولي للاندماج النووي (ITER) في فرنسا، الذي يهدف إلى إثبات جدوى الاندماج كمصدر للطاقة على نطاق واسع.

الأهداف والخطط المستقبلية

وضعت الحكومة الصينية أهدافًا طموحة لمبادراتها في مجال الاندماج، تهدف إلى تطوير أول نموذج صناعي لمفاعل الاندماج بحلول 2035، وتحقيق إنتاج تجاري واسع النطاق للطاقة من الاندماج بحلول 2050. ويُعتبر إنشاء شركة الطاقة النووية الصينية، وهي ائتلاف من الشركات المملوكة للدولة والمؤسسات البحثية، جزءًا من هذا الجهد لتوحيد الموارد وتسريع التقدم في تكنولوجيا الاندماج.

الميزات الرئيسية للشمس الاصطناعية في الصين

درجات حرارة عالية:

حقق مفاعل EAST درجات حرارة تصل إلى 70 مليون درجة مئوية (158 مليون درجة فهرنهايت)، وهي أعلى بكثير من درجة حرارة قلب الشمس، التي تبلغ حوالي 15 مليون درجة مئوية. في عام 2021، سجل المفاعل أرقامًا قياسية من خلال الحفاظ على درجات حرارة تصل إلى 119 مليون درجة مئوية لمدة 102 ثانية، ولاحقًا 120 مليون درجة مئوية لمدة 101 ثانية.

مدة استدامة البلازما:

كسر مفاعل EAST الأرقام القياسية السابقة لمدى استدامة البلازما، حيث تمكن من الحفاظ على تفاعل نووي لأكثر من 17 دقيقة عند درجات حرارة عالية. تعتبر هذه القدرة ضرورية لجعل الاندماج النووي مصدر طاقة قابلاً للتطبيق.

عملية توليد الطاقة:

يحاكي المفاعل عملية توليد الطاقة في الشمس من خلال دمج ذرات الهيدروجين لتكوين الهيليوم، مما يطلق كميات هائلة من الطاقة. تُعتبر هذه العملية بديلاً أنظف للوقود الأحفوري، حيث لا تنتج غازات دفيئة أو نفايات خطرة.

الاحتواء المغناطيسي:

يستخدم المفاعل مجالات مغناطيسية قوية لاحتواء البلازما المسخنة بشكل كبير في غرفة على شكل دونات. يُعتبر هذا التصميم أساسيًا للحفاظ على الظروف اللازمة للاندماج، ومنع البلازما من الاتصال بجدران المفاعل.

التعاون والاستثمار:

يُعتبر مشروع EAST جزءًا من جهد دولي أوسع، بما في ذلك المفاعل التجريبي الدولي للاندماج النووي (ITER) في فرنسا، الذي يهدف إلى تطوير تكنولوجيا الاندماج على نطاق عالمي. تُعتبر الصين واحدة من المساهمين الرئيسيين في هذا المشروع، مما يبرز التزامها بتعزيز أبحاث الاندماج.

آفاق المستقبل:

تخطط الصين لتطوير أجهزة توكاماك جديدة بحلول أوائل 2030، وتهدف إلى إنشاء مصدر طاقة مستدام من الاندماج بحلول 2050. تضع هذه الطموحات الصين في موقع الريادة في السباق نحو حلول الطاقة النظيفة.

توضح ميزات "الشمس الاصطناعية" في الصين إمكانياتها في ثورة إنتاج الطاقة من خلال الاندماج النووي. من خلال تحقيق درجات حرارة عالية، واستدامة البلازما لفترات طويلة، واستخدام تقنيات احتواء مغناطيسي مبتكرة، تمثل هذه المشاريع تقدمًا كبيرًا في السعي نحو طاقة نظيفة ومستدامة.

الغرض من إنشاء شمس اصطناعية

الغرض من إنشاء "شمس اصطناعية"، وبشكل رئيسي من خلال تكنولوجيا الاندماج النووي، هو تطوير مصدر طاقة مستدام ونظيف يمكن أن يقلل بشكل كبير من الاعتماد على الوقود الأحفوري ويكافح تغير المناخ. فيما يلي الأهداف الرئيسية:

إنتاج طاقة نظيفة:

تهدف الشمس الاصطناعية إلى توليد الطاقة من خلال الاندماج النووي، الذي يحاكي عملية إنتاج الطاقة الطبيعية للشمس. تنتج هذه الطريقة كميات هائلة من الطاقة مع حد أدنى من الأثر البيئي، حيث لا تنبعث منها غازات دفيئة ولا تنتج نفايات مشعة طويلة العمر مثل مفاعلات الانشطار النووي التقليدية.

مصدر طاقة مستدام:

يستخدم الاندماج نظائر الهيدروجين (الديوتيريوم والتريتيوم) كوقود، والتي تتوفر بكثرة ويمكن استخراجها من مياه البحر والليثيوم. هذا يوفر إمدادات وقود شبه لا نهائية مقارنة بالوقود الأحفوري المحدود، مما يجعل الاندماج خيارًا للطاقة المستدامة في المستقبل.

تخفيض المخاطر البيئية:

بعيدًا عن كونها خالية من الكربون، تتميز عملية الاندماج أيضًا بميزة أنها لا تنتج النفايات المشعة طويلة العمر التي تؤثر على البيئة وصحة الإنسان. كما أن احتمالية حدوث حوادث نووية خطيرة أقل بكثير من المفاعلات التقليدية.

ما هو الاندماج النووي وما هي فوائده؟

الاندماج النووي هو عملية دمج نوى الذرات لتكوين نواة أثقل، مما يطلق كمية هائلة من الطاقة. في الشمس وفي المفاعلات التجريبية، يتم دمج نوى الهيدروجين لتكوين الهيليوم، مما يولد طاقة هائلة. تعد هذه العملية بديلاً محتملاً للطاقة المستدامة، بفضل مزاياها البيئية والأمان. تشمل فوائده:

إطلاق الطاقة:

تطلق عملية الاندماج كميات كبيرة من الطاقة مقارنة بالانشطار النووي. على سبيل المثال، تفاعل الاندماج بين الديوتيريوم والتريتيوم، وهو نوع من الاندماج الذي يتم التركيز عليه، يمكن أن يولد طاقة أكبر بكثير من عملية الانشطار النووي المستخدمة في المفاعلات الحالية.

الظروف اللازمة للاندماج:

تتطلب عملية الاندماج شروطًا قاسية، بما في ذلك درجات حرارة مرتفعة تصل إلى مئات الملايين من الدرجات المئوية وضغط عالٍ. لتحقيق هذه الظروف، يتم استخدام المفاعلات المغناطيسية لتسخين البلازما وتقييدها باستخدام مجالات مغناطيسية قوية.

تفاعلات الاندماج الشائعة:

تفاعل الاندماج الأكثر شيوعًا هو دمج نوى الديوتيريوم والتريتيوم لتكوين الهيليوم والنيوترونات. يعتبر هذا التفاعل مرغوبًا لأنه يوفر كمية كبيرة من الطاقة، ويؤدي إلى إنتاج نفايات مشعة قليلة مقارنة بالانشطار النووي.

فوائد الاندماج النووي:

إمدادات وقود وفيرة:

الوقود اللازم للاندماج (الديوتيريوم والتريتيوم) متوفر بكثرة في الطبيعة، ويمكن استخراجه من المياه والمواد الطبيعية الأخرى. هذا يوفر إمدادات وقود شبه غير محدودة، مقارنة بالموارد الأحفورية المحدودة.

طاقة نظيفة:

الاندماج النووي لا ينتج عنه انبعاثات كربونية أو ملوثات هوائية، مما يجعله خيارًا مثاليًا للطاقة النظيفة. كما أن التفاعلات التي تحدث في المفاعلات الاندماجية لا تنتج نفايات مشعة خطيرة مثل تلك الناتجة عن الانشطار.

عدم انبعاث غازات دفيئة:

بخلاف الوقود الأحفوري الذي يساهم في تغير المناخ، فإن الاندماج النووي لا يطلق غازات دفيئة أو ملوثات تساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري. هذا يجعله حلاً مستدامًا لمشاكل تغير المناخ.

عائد طاقة مرتفع:

تعتبر عملية الاندماج فعالة للغاية من حيث الطاقة، حيث يمكن أن تولد كميات هائلة من الطاقة من كميات صغيرة من الوقود. هذا يعني أن الاندماج يمكن أن يكون مصدر طاقة مكثف، قادر على تلبية احتياجات الطاقة العالمية.

السلامة:

الاندماج النووي أكثر أمانًا من الانشطار النووي، حيث لا توجد مخاطر كبيرة تتعلق بالانفجارات أو التفاعلات غير المتوقعة. يتم التحكم في التفاعل النووي في المفاعلات بشكل أفضل، مما يقلل من مخاطر الحوادث.

إمكانات الأمن الطاقي:

الطاقة الناتجة من الاندماج توفر مصدراً مستقراً وآمناً للطاقة، يمكن الاعتماد عليه لتلبية احتياجات الطاقة المستقبلية دون الاعتماد على مصادر خارجية أو غير مستدامة. هذا يعزز الأمن الطاقي ويقلل من التوترات الجيوسياسية المتعلقة بالموارد الطاقية.