يهدف المشروع النووي في المملكة المتحدة إلى تحقيق حلم الاندماج
سيحتل مشروع المملكة المتحدة لبناء أول محطة للطاقة الاندماجية في العالم مركز الاهتمام هذا الأسبوع، حيث تنتهي سابقتها المدعومة من الاتحاد الأوروبي بعد 40 عامًا من تحطيم الأرقام القياسية.
يهدف مشروع Spherical Tokamak لإنتاج الطاقة (STEP) الجديد الذي سيتم بناؤه في نوتنغهامشاير إلى استخدام تكنولوجيا المفاعلات الرائدة في محاولة لإثبات وعد الاندماج كمصدر آمن وغير قابل للنفاد للطاقة منخفضة الكربون.
يأتي مشروع STEP خلفًا لمشروع Torus الأوروبي المشترك (JET) خارج أكسفورد، والذي أجرى تجربته الأخيرة في ديسمبر وسيعلن عن “النتائج المهمة” النهائية يوم الخميس.
ويأتي هذا التحول في وقت شجع فيه تغير المناخ والصراع الجيوسياسي على موجة من الاستثمارات العامة والخاصة في مجال أبحاث الاندماج.
«الاهتمام العالمي بالاندماج. . . وقال تيم بستويك، نائب الرئيس التنفيذي لهيئة الطاقة الذرية في المملكة المتحدة (UKAEA)، التي تدير برنامج الاندماج النووي البريطاني: «لقد مرت بتحول استثنائي خلال السنوات القليلة الماضية».
وقال: “الشيء الذي تغير أكثر هو الإدراك الواسع النطاق بأننا بحاجة إلى شيء يتمتع بخصائص طاقة الاندماج النووي ليخرجنا من التحديات التي نواجهها فيما يتعلق بالأمن والطاقة منخفضة الكربون”.
إن الوعد العظيم للاندماج هو أنه من خلال إعادة خلق التفاعل الذي يولد حرارة الشمس، ستكون محطات الطاقة قادرة على إنتاج طاقة وفيرة في أي مكان في العالم.
تتضمن العملية تسخين بلازما اثنين من نظيري الهيدروجين – عادة الديوتيريوم والتريتيوم – إلى درجات حرارة قصوى، بحيث يندمجان، وينتجان الهيليوم والنيوترونات.
ولا ينتج عن هذا التفاعل أي نفايات مشعة طويلة العمر، ويمكن الحصول على النظائر بكميات كبيرة، كما أن كوبًا صغيرًا من الوقود لديه القدرة على تزويد المنزل بالطاقة لمئات السنين.
ومع ذلك، بعد أربعة عقود من التجارب، لا تزال هذه التكنولوجيا بعيدة عن إثبات قدرتها على توليد طاقة قابلة للتطبيق تجاريًا.
كانت المملكة المتحدة في طليعة أبحاث الاندماج، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى قرار بناء مشروع JET – وهو تعاون بين الدول الأعضاء في الاتحاد الأوروبي، وسويسرا، والمملكة المتحدة، وأوكرانيا – خارج أكسفورد في أوائل الثمانينيات.
افتتحته الملكة إليزابيث الثانية في عام 1984، وأنتجت أول بلازما الديوتيريوم والتريتيوم في عام 1991 وحققت رقمًا قياسيًا عالميًا لإنتاج الطاقة في عام 1997. وحقق JET علامة بارزة أخرى في عام 2021، حيث أنتج طاقة كافية في تفاعل مدته خمس ثوانٍ ليغلي حوالي 60 درجة. الغلايات، على الرغم من أنها كانت لا تزال أقل بكثير من الطاقة التي استهلكتها التجربة.
قالت ميلاني ويندريدج، الرئيسة التنفيذية للمجموعة الاستشارية فيوجن إنرجي إنسايتس، إن JET “كانت تدير وتجري فيزياء متطورة لعقود من الزمن، وعقود أطول مما كان مقصودًا في أي وقت مضى”.
وبموجب الجدول الزمني الحالي للحكومة، لن يبدأ جهاز STEP في العمل حتى أوائل الأربعينيات من القرن الحالي. لكن الإلحاح البيئي والسياسي يمكن أن يدفع ذلك إلى الأمام.
وقال ديفيد غان، الرئيس الافتتاحي لحلول الاندماج الصناعي في المملكة المتحدة، وهي الهيئة الحكومية المسؤولة عن تسليم المصنع: “سننظر عن كثب إلى الفرصة المتاحة لتسريع التقدم”.
في حين أن JET كانت آلة تجريبية، فإن الهدف الرئيسي لـ STEP هو إنتاج الكهرباء للشبكة بطريقة منطقية تجاريًا. سيتم بناؤه في موقع محطة طاقة تعمل بالفحم تم إيقاف تشغيلها.
وقال غان إن الذكاء الاصطناعي، وخاصة التعلم الآلي، من المقرر أن يلعب دورًا رئيسيًا في STEP، مما يمكّن العلماء من اختبار الإصدارات الرقمية من التكنولوجيا قبل الالتزام بالتصميم.
ستكون STEP، مثل JET، نوعًا من آلات الاندماج المعروفة باسم tokamak. ولكن في حين أن JET وما يقرب من 50 توكاماك عاملة أخرى في العالم تتخذ شكل كعكة الدونات، فإن STEP سيكون كرويًا مثل “تفاحة ذات قلب نحيف”، كما قال غان.
ومن خلال تقريب البلازما شديدة السخونة إلى جدار الآلة، يمكن نظريًا أن تكون التوكاماك الكروية أكثر إحكاما وتستخدم مغناطيسات أصغر حجمًا وأقل تكلفة. وهذا من شأنه أن يسهل تسويقها تجاريًا، على الرغم من أنها ستتطلب أعمالًا هندسية هائلة.
تقوم شركة توكاماك بتسخين البلازما إلى درجات حرارة أعلى بعشر مرات من مركز الشمس، وتستخدم الهيليوم السائل عند درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق – 273 درجة مئوية تحت الصفر – كمبرد لمغناطيساتها فائقة التوصيل.
قال جو ميلنز، الرئيس السابق لعمليات JET والمدير التنفيذي الحالي للهندسة والحوسبة في UKAEA: “على مسافة مترين من بعضها البعض، ستجد المكان الأكثر سخونة في النظام الشمسي وبعض أبرد درجات الحرارة على وجه الأرض”. “كيف تصنع آلة يمكنها التعامل مع هذا التحدي؟ عليك أن تتصدى لها وتحقق ذلك.”
إحدى مزايا الاندماج النووي هو أنه، على عكس الانشطار النووي، لا ينتج وقودًا مستهلكًا مشعًا يحتاج إلى تخزينه في صوامع آمنة لآلاف السنين.
التريتيوم مادة مشعة بشكل معتدل، ولكن عندما زارت صحيفة فاينانشيال تايمز منشأة أوكسفوردشاير، كان من الممكن تجاوز أبواب الدرع الخرسانية العملاقة وإلى حظيرة توكاماك الواسعة، على الرغم من أن التفاعل الأخير قد حدث قبل أقل من خمسة أسابيع.
ستكون المهمة النهائية لـ JET هي تفكيك التوكاماك، وهي المرة الأولى التي تتم فيها تجربة وقف التشغيل الكامل من هذا القبيل. ومن المفترض أن يؤدي ذلك إلى رؤى جديدة قيمة، وخاصة فيما يتعلق بالتقنيات الروبوتية التي سيتم استخدامها في هذه العملية.
وقد شكك بعض المديرين التنفيذيين في صناعة الاندماج في قرار المملكة المتحدة بالتركيز على مشروع اندماج واحد. وفي المقابل، تدعم حكومة الولايات المتحدة العديد من الشركات الناشئة التي تستخدم أساليب مختلفة.
وقد رفض Windridge من Fusion Energy Insights هذه المخاوف. وقالت: “يمكننا أن نتحدث لعقود من الزمن عن الخيار الذي قد يكون الأفضل، لكن في نهاية المطاف يتعين عليك بناء الأشياء، وعليك تجربة الأشياء ومعرفة ما ينجح”.
سيواجه مشروع STEP الآن التحدي الكبير المتمثل في تحويل الحلم الذي طال انتظاره بشأن طاقة الاندماج إلى حقيقة، على الرغم من العقبات العديدة المانعة.
قال بستويك من UKAEA: “إنه مسعى”. “ونحن نعتقد أن هذا المسعى يستحق كل هذا العناء.”
