ماذا عن الإندماج النووي؟

إن كان إنشطار نواة اليورانيوم إلى نواتين ينتج طاقة قدرها 200 ميغا إلكترون فولت كما يحدث في المفاعل النووي؛ فإن اندماج نواتين من الهيدروجين يحدث طاقة أكبر بأربع مرات عن طاقة انشطار اليورانيوم و تعادل أيضا حرق ملايين البراميل والاطنان من النفط و الفحم , طاقة بسعة هائلة تزود بها مدينة بالكهرباء لمدة سنة كاملة, اضافة إلى ذلك, فإن المخلفات الناتجة عن مفاعل الاندماج النووي لا يتضمن مواد مشعة أو انبعاث ل ثاني اكسيد الكربون كما يحدث عند إحراق المواد المشتعلة {الفحم , النفط والغاز} مما يجعلها المرشح الأنسب لتكون المصدر الاساسي لانتاج الطاقة في الأرض, ولكن لماذا لم يتم استخدامه إلى الآن على الرغم من اكتشافه منذ عقود

نظرية الاندماج

الاندماج النووي يندرج ضمن الطاقة النووي لأنه يحدث على المستوى النووي للذرة فقط, فالنواة هي مركز الذرة و تتكون من بروتون ونيترون ,تحيط بهم الكترونات تحول دون اندماج النواتين في حالة المادة العادية

ولكن عند تعرض الذرة لدرجة حرارة عالية جدا فإن الوسط يتحول لحالة تسمى البلازما وهي الحالة الرابعة من حالات المادة من بعد الحالة الصلبة والسائلة والغازية؛و بها تتحرك الذرات بسرعة كبيرة جدا مما تسمح لتحرر الألكترونات المحيطة بالنواة {تتأين} , و نتيجة لذلك يصبح من السهولة للنواة بأن تندمج مع غيرها من النوى ثم تطلق انفجار {حرارة وضوء} عند الاندماج

النجوم والشمس هي مفاعل نووي لعملية الإندماج , ف حرارة الشمس المرتفعة {وهي أقرب النجوم للأرض} كافية لتحرير الالكترون من ذرة هيدروجين مما يجعل الوسط متأين بشكل دائم, ف يسهل من ارتباط نواة هيدروجين بمثيلتها من الهيدروجين {أحادية النواة} وبذلك تتكون ذرة ديوتيريوم{ثنائية النواة}, ثم ينجذب الديوتريوم لنواة هيدروجين أخرى مما تكون التريتيوم, والتريتيوم الذي بدوره يتحد مع الديتيروم لينتج الهيليوم في عملية اندماج مستمرة تقدر ب مئة كوادريليون كوادلريليون مرة في الثانية وسط قوة جاذبية عظمى تحول دون خروج الأيونات عن الوسط, وبدون هذا التفاعل المستمر فإنه قد تمحى الحياة على وجه الأرض

 تكمن نظرية انطلاق طاقة الإندماج في أن كتلة النواة المتكونة نتيجة لإتحاد النواتين تكون أصغرعن محصلة جمع كلتا النواتين وذلك نتيجة لحدوث تغير في طاقة الترابط النووي ومنه تتغير كتلة المركب النهائي وبذلك ينتج كتلة أقل من ناتج النواتين, أما الكتلة المفقودة فتطلق طاقة على هيئة حرارة وضوء {انفجار} طبقا لقانون حفظ الطاقة, ذلك أن قوة الطاقة الناتجة تعتمد على حجم الكتلة التي فقدت من الناتج النهائي للإندماج, وقيمتها تقدر ب مقدار الكتلة المفقودة في ضعف سرعة الضوء وكلما ازدادت الكتلة المفقودة كلما ارتفعت الطاقة الناتجة تطبيقا لقانون الطاقة الذي ينص على أن الطاقة الناتجة التي تقدر ب

E = M C²

ماذا عن اندماج العناصر الأخرى؟

ولكن ليس كل اندماج ينتج الطاقة المطلوبة لإحداث حرارة هائلة, إنما كل ما كانت النواة الناتجة عن الإندماج أخف من عنصر الحديد والنيكل فأنها تنتج طاقة أكبر بسبب الترابط النووي لكل نواة قوي جدا فتطلق طاقة هائلة خرجت نتيجة فقد جزء كبير من طاقة الترابط, فيما لو كان الأندماج قد انتج نواة أثقل فأن الترابط النووي لكل نواة يضعف {كلما زادت عددة النوى قل الترابط النووي} فتكون قد امتصت الطاقة بدل أن تطلقها, ومثال على عند تكوين نواة كالهيليوم مثلا, نتيجة اندماج نواتي من نظائر الهيدروجين فإنها تطلق طاقة كبيرة جدا نتيجة لفقد الترابط النووي القوي الذي كان يشكل الكتلة, بينما العناصر ذات النواة الثقيلة كاليورانيوم والثوريوم؛ لها روابط نووية طاقية ضعيفة لذلك يسهل انشطاره مثلما يحدث في المفاعل النووي الحالي وعند تفككها فتنتج طاقة لها قوة اصغر عن طاقة الاندماج

تاريخ ومستقبل الاندماج النووي

من بعد اكتشاف آلية انتاج الطاقة في في الشمس عام 1920م انتبه العلماء بأنه بالامكان انتاج طاقة حرارية عند دمج نواة العناصر المتواجدة في الضوء, ومن هناك بدأ التعمق في عملية التحويل النووي وبعد 13 عام تم انشاء مختبر مختص باندماج نظائر الهيدروجين , غير أنه في عام 1940 تم التركيز أكثر على دراسات الاندماج لأغراض عسكرية مما اسفر عنها صناعة القنبلة الهيدروجينية التي تعتبر أقوى بثمان مرات من القنبلة النووية

منذ ذلك الحين تم التوصل إلى تصميم ومن ثم بناء مفاعل نووي بقدرة تحمل لدرجة حرارة تصل إلى 15 مليون درجة مئوية, ومن ثم ضخ ذرات هيدروجين به تمهيدا لتأينها, ولكن اتضح بأنه نتيجة للحرارة العالية وهيجان الأيونات فإن هناك أيونات تهرب ومن الصعب السيطرة عليها, ثم اقترح العلماء بأن يتم تركيب مجالات مغناطيسية لحصر حركة الايونات منعا للهروب وقد نجح بالفعل وأيضا تم تغيير شكل المفاعل ليكون بشكل دائري لا بداية ولا نهاية له {على شكل الدونات}, وبذلك تم الإعلان عن أول مفاعل نووي يتبع منهج الاندماج بالحصر المغناطيسي, على يد الاتحاد السوفييتي وقد سمي ب توكاماك في عام 1968 م, أما المفاعل الأخر الذي يتبع نفس نهج الحصر المغناطيسي ولكن بشكل أكثر تقدما فهو اي تي اي ار وقد تم بناءه في فرنسا عام 2007 م بمساهمة من الاتحاد الاوروبي, اليابان, الصين, الولايات المتحدة, روسيا وكوريا الشمالية, ومازالت اعادة تصميمه تجرى إلى الان لزيادة فاعليته بحيث يتوقع بأن تكون له قوة انتاجية بمعدل 500 ميجا واط من الطاقة

ثم بدأ الاتجاه لبناء مفاعل يتبع منهج مغاير تماما للمجال المغناطيسي ويسمى الاندماج بحصر القصور الذاتي , وذلك من خلال حصر حزمة من الوقود { الديوتيريوم والتريتيوم}  عن تطريق تعريضه لوابل من الليزر من جميع الجهات وبنفس القوة والتي بدورها تقوم بتسخين الوقود ونتيجة للحرارة العالية فإنها تنفجر محدثة ضغط عالي جدا ومن بعده تكمل عملية اندماج عدد من النوى وبذلك تنتج طاقة هائلة

ولكن و على الرغم من التقدم الهائل الذي طال مجال الاندماج النووي إلا أنه لم يتم إلى الآن استخدامه كمفاعل معتمد لإنتاج الطاقة,  وذلك لوجود عدة معوقات لازالت تواجه العلماء, ولعل أهمها هو كمية الطاقة المستخدمة في رفع درجة حرارة المفاعل وضغطه مقارنة بالطاقة الناتجة, بالاضافة إلى صعوبة التحكم في اتجاه النواة المتأينة نتيجة البلازما, نأمل بأن يتم التوصل إلى بناء مفاعل مثالي لانتاج طاقة نظيفة عوضا عن مصادر الطاقة الحالية التي تبث السموم في الكرة الارضية, إليكم جدول يوضح الطاقة الناتجة عن استخدام كمية من الوقود بالاضافة إلى مخلفاتهم الناتجة

مخلفات الطاقة	معدل انتاج الطاقة   كيلو واط للساعة	نوع الطاقة المستخدم
لا يوجد	160  مليون	الإندماج النووي }1 كجم من الديوتوريوم والهيليوم 4}
مواد مشعة	24 مليون	الانشطار النووي }1 كجم من اليورانيوم 235}
ثاني اكسيد الكربون	1700	النفط والغاز{برميل}
ثاني اكسيد الكربون	2500	الفحم {طن}
لا يوجد	1368	الشمس{ متر مربع من الخلايا الشمسية}

• WordPress

المصادر والمراجع

Takeda.Shutaro & Pearson.Richard.Nuclear Fusion Power Plants {Nov 18}.seen on {Apr 20}. link

Hutt.Rosamon.Scientists just got closer to making nuclear fusion work.{May 19}.seen {Apr 20}.Link

Jassby.Danial.Fusion reactors: Not what they’re cracked up to be.{Apr 17}.seen on {APR 20}.Link

American Security Project.Why is Fusion Energy so Challenging to Achieve?{May 20}.seen on {APR 20}.link