كيف تعمل قوة الاندماج والشركات الناشئة التي تسعى إليها

لعقود من الزمن، سعى البشر إلى تسخير قوة النجوم لتوليد الكهرباء هنا على الأرض. ولفترة طويلة تقريبًا، كان تحقيق هذا الهدف يبدو دائمًا على بعد عقد من الزمان فقط.

والآن، أصبح عدد كبير من الشركات الناشئة أقرب من أي وقت مضى، وتسارع لبناء مفاعلات اندماجية قادرة على توفير الطاقة للشبكة.

لقد اجتذبت الشركات الناشئة في مجال الاندماج أكثر من 10 مليارات دولار من الاستثمارات، حيث جمع أكثر من عشرة منها أكثر من 100 مليون دولار. تم إغلاق العديد من جولات التمويل الكبيرة في العام الماضي، مع انجذاب المستثمرين إلى الصناعة مع تزايد الطلب على الطاقة من مراكز البيانات ومع اقتراب الشركات الناشئة في مجال الاندماج من خط النهاية.

تسعى طاقة الاندماج في جوهرها إلى استخدام الطاقة المنطلقة من اندماج الذرات لتوليد الكهرباء. لقد عرف البشر كيفية دمج الذرات منذ عقود، بدءًا من القنبلة الهيدروجينية – وهي مثال على الاندماج النووي غير المنضبط – إلى أي من أجهزة الاندماج التي لا تعد ولا تحصى والتي يتم تصنيعها في المختبرات حول العالم. تمكنت أجهزة الاندماج التجريبية من التحكم في الاندماج النووي، واستطاع أحدها توليد طاقة أكثر مما هو مطلوب لإثارة التفاعل.

لكن لم يتمكن أي منها من إنتاج ما يكفي من الفائض لإنشاء محطة للطاقة.

لحل هذه المشكلة، تحاول الشركات الناشئة في مجال الاندماج عددًا من الأساليب المختلفة. تختلف آراء الخبراء حول أي منها يتمتع بأفضل فرصة للنجاح، على الرغم من أن الصناعة لا تزال في مهدها، لذلك لا يوجد شيء مضمون.

وفيما يلي لمحة موجزة عن الأساليب الرئيسية لقوة الاندماج.

الحبس المغناطيسي

يعد الحبس المغناطيسي أحد أكثر التقنيات استخدامًا على نطاق واسع، حيث يستخدم مجالات مغناطيسية قوية لحصر البلازما، وهي عبارة عن حساء من الجسيمات شديدة الحرارة الموجودة في قلب جهاز الاندماج.

يجب أن تكون المغناطيسات قوية للغاية. على سبيل المثال، تقوم أنظمة الكومنولث فيوجن (CFS) بتجميع مغناطيسات يمكنها توليد 20 مجالًا مغناطيسيًا، وهو أقوى بحوالي 13 مرة من جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي النموذجي. للتعامل مع كمية الكهرباء المطلوبة، يتم تصنيع المغناطيسات من موصلات فائقة الحرارة عالية الحرارة، والتي لا تزال بحاجة إلى تبريدها إلى -253 درجة مئوية (-423 درجة فهرنهايت) باستخدام الهيليوم السائل.

تقوم CFS حاليًا ببناء جهاز توضيحي يسمى Sparc على جدول زمني أسرع بكثير في ماساتشوستس. وتتوقع الشركة تشغيلها في وقت ما في أواخر عام 2026، وإذا سارت الأمور على ما يرام، فسوف تبدأ البناء في محطة الطاقة التجارية آرك، في فرجينيا في عام 2027 أو 2028.

هناك نوعان رئيسيان من أجهزة الاندماج التي تستخدم الحبس المغناطيسي: التوكاماك والستيلاراتور.

تم وضع نظرية التوكاماك لأول مرة من قبل العلماء السوفييت في الخمسينيات من القرن الماضي، ومنذ ذلك الحين تمت دراستها على نطاق واسع. يأتي التوكاماك في شكلين أساسيين – كعكة على شكل حرف D وكرة بها ثقب صغير في المنتصف. يعد Torus الأوروبي المشترك (JET) وITER نوعين من التوكاماك التجريبيين البارزين؛ عملت شركة JET في المملكة المتحدة بين عامي 1983 و2023، بينما من المتوقع أن تبدأ ITER عملياتها في فرنسا في أواخر ثلاثينيات القرن الحالي.

تعمل شركة Tokamak Energy ومقرها المملكة المتحدة على تصميم توكاماك كروي. تخضع آلتها التجريبية ST40 حاليًا للترقيات.

Stellarators هي النوع الرئيسي الآخر من أجهزة الحبس المغناطيسي. إنها تشبه التوكاماك من حيث أنها تحافظ على البلازما داخل شكل يشبه الدونات. ولكن على عكس الجوانب الهندسية للتوكاماك، فإن النجوم تلتف وتدور. يتم تحديد الشكل غير المنتظم من خلال نمذجة سلوك البلازما وتصميم المجال المغناطيسي للعمل مع مراوغاتها بدلاً من إجبارها على اتخاذ شكل منتظم.

Wendelstein 7-X، وهو نجم كبير مزود بملفات معيارية فائقة التوصيل يتم تشغيله بواسطة معهد ماكس بلانك لفيزياء البلازما. تعمل في ألمانيا منذ عام 2015. وتقوم العديد من الشركات الناشئة أيضًا بتطوير منتجاتها الخاصة، بما في ذلك Proxima Fusion، وRenaissance Fusion، وThea Energy، وType One Energy.

الحبس بالقصور الذاتي

يُعرف النهج الرئيسي الآخر للاندماج باسم الحبس بالقصور الذاتي، والذي يضغط كريات الوقود حتى تندمج الذرات الموجودة داخل الصمام.

تستخدم معظم تصميمات الحبس بالقصور الذاتي نبضات من ضوء الليزر لضغط كريات الوقود. تنطلق عدة أشعة ليزر في وقت واحد، وتتقارب نبضات الضوء الخاصة بها على كرية الوقود من جميع الزوايا في وقت واحد.

حتى الآن، يعتبر الحبس بالقصور الذاتي هو النهج الوحيد الذي كسر علامة فارقة معروفة باسم التعادل العلمي، وهو عندما يطلق التفاعل طاقة أكثر مما يستهلك. وقد أجريت هذه التجارب في مرفق الإشعال الوطني (NIF) في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا. ومن الجدير بالذكر أن القياسات لتحديد التعادل العلمي لا تشمل أشياء مثل الكهرباء اللازمة لتشغيل المنشأة التجريبية.

ومع ذلك، ما يقرب من اثنتي عشرة شركة ناشئة ترى ما يكفي من الأمل في الحبس بالقصور الذاتي، حيث تقوم بتصميم مفاعلات حوله. تعد Focused Energy وInertia Enterprises وMarvel Fusion وXcimer من الأمثلة البارزة على استخدام الليزر.

ومع ذلك، هناك شركتان لا تستخدمان الليزر: First Light Fusion، التي تقترح استخدام المكابس، وPacific Fusion، التي تخطط لاستخدام النبضات الكهرومغناطيسية بدلاً من الليزر.

المزيد في المستقبل

هذان هما الطريقان الرئيسيان لقوة الاندماج، على الرغم من أنهما ليسا الوحيدين. قريبًا، سنضيف المزيد من التفاصيل حول التصميمات البديلة بما في ذلك الاندماج المستهدف الممغنط، والحبس المغناطيسي الكهروستاتيكي، والاندماج المحفز بالميون.