مفاعلات الاندماج النووي
المفاعل النووي
هو جهاز ضخم
أو محطة قوى تستخدم لتوليد تفاعل نووي متسلسل مُسْتَدَام
وللتحكم فيه، أو بتعبير أدق للتحكم في معدل سير التفاعل النووي بحيث يمكن السيطرة
عليه والاستفادة من طاقته لفترة طويلة. منه أنواع صغيرة تستخدم في البحوث العلمية
ومنه ما هو محطة قوى تولد الكهرباء باستغلال الطاقة النووية وتصنف المفاعلات
الى مفاعل انشطار نووي ومفاعل اندماج نووي والذي سيكون الحديث عنه.
تقنيات لبناء مفاعل اندماجي
هناك عدة تقنيات اعتمدت لتكون الأساس لبناء
مفاعل اندماجي وتنقسم هذه الي ثلاثة أنواع:
1. تقنية تعتمد مبدأ
التسخين بالليزر "الإحتواء بالقصور الذاتي."
2. تقنية تعتمد مبدأ
التسخين بالجسيمات عالية الطاقة.
3.
تقنية تعتمد مبدأ التوكاماك "الاحتواء
المغناطيسي
· تقنية الليزر:
الاندماج بحصر القصور الذاتي في الفيزياء (Inertial confinement fusion) هو تجربة يجري فيها الاندماج النووي حيث تحفز برفع درجة حرارة قطرة الوقود وضغطها
بدرجة عالية جدا، وتتكون قطرة الوقود من الديوتيريوم والتريتيوم.
ومن أجل تسخين
وضغط الوقود فتوجه الطاقة على قرص الوقود من الخارج عن طريق استخدام نبضات من الليزر الضوئي ذوي طاقة عالية،
يبين الشكل التالي مراحل إشعال تفاعل الاندماج النووي لقطرة صغيرة أو قرص صغير من الوقود تحتوي على مخلوط من الديوتيريوم والتريتيوم. تكون القطرة معلقة داخل محفظة الجهاز وتبقى معلقة تلقائيا بفعل القصور الذاتي أثناء التفاعل عن طريق تصويب عدد كبير من أشعة الليزر عالية الطاقة.
شكل
(2) يمثل مراحل اشعال تفعل الاندماج لقطرة صغية
مراحل إشعال الاندماج النووي بطريقة القصور الذاتي:
1. شعاع الليزر أو أشعة إكس يقوم بتسخين قرص الوقود
لإنتاج بلازما.
2. تتأثر مادة الوقود وتنضغط إلى الداخل.
3. تصل مادة الوقود في القرص إلى المرحلة الحرجة التي تفي بشرط لاوسون .
4.
ويبدأ تفاعل الاندماج
وتنطلق طاقة أكبر من الطاقة المستخدمة. ملحوظة: تمثل الأسهم الزرقاء عمليات الأشعة المتجهة إلى الداخل، والأسهم
البرتقالية العمليات المتجهة إلى الخارج، والأسهم البنفسجية تمثل الطاقة الحرارية
الضاغطة المتجهة إلى الداخل.[1]
·
تقنية تعتمد مبدأ التسخين بالجسيمات عالية
الطاقة.
يمكن استخدام
المعجلات لإنتاج جسيمات عالية الطاقة مثل الإلكترونات والإيونات المختلفة. لقد وجد
أن قذف الوقود الاندماجي بالإلكترونات يزودها بطاقة أعلى من الطاقة المعطاة لها
باستخدام الليزر ومن ثم بذلت محاولات لاستخدام هذه الجسيمات لتسخين البلازما. هذا
بالإضافة إلى أن معدل تحول الطاقة الكهربية إلى طاقة حركية للإيونات يعد معدلا
كبيراً
هناك بعض
المشاكل التي تواجه هذه التقنية. فمن المتوقع أن الإلكترونات عالية الطاقة ستتفاعل
مع كريات الوقود ثم تنفذ منها دونما أن تمتص فيها. إلا أن الأبحاث المتعلقة. بهذا
الشأن دلت على أن هذه الكريات ولسبب لم يعرف بعد تتمكن من امتصاص هذه الإلكترونات
بسرعة. إن هذا التصرف الشاذ يضعنا أمام معضلة تتعلق بتصميم مناسب ومعين لكرية
الوقود. كما وأن نجاح الانفجار الاندماجي هو رهن بعدد كبير من التصادمات مع
الجسيمات والكريات وهذا يتوجب تشغيل شعاع الكترونات بتردد عالي.
|
|
يبين الشكل السابق اخر ما وصلت إليه التقنيات الحديثة في مجال الاندماج النووي. وهو ما يعرف بتقنية التسديد اللامباشر.. يمكن هنا قذف كريات الوقود بالأشعة السينية الناتجة عن قذف وعاء البلازما من الخارج (أو عن طريق ثقوب) بجسيمات سريعة أو بالليزر. حيث تعمل الأشعة السينية على توفير الحرارة اللازمة لإشعال الوقود وتحرير الطاقة الاندماجية .[2]
المصادر
[1]- R. J. Hawryluk et
al., "Principal Physics Developments Evaluated in the ITER Design
Review." Nucl. Fusion 49, 065012 (2009).]
[2]
- W.
M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 93rd Ed. (CRC
Press, 2013), pp. 121-123.