طاقة الاندماج: محطة توكاماك الشرقية في الصين تحقق إنجازًا رئيسيًا

نجح مفاعل توكاماك الفائق الموصلية التجريبي المتقدم (EAST) في الصين في الحفاظ على تشغيل البلازما عالية الاحتواء في حالة مستقرة لمدة 1,066 ثانية، محطماً بذلك رقمه القياسي السابق البالغ 403 ثوانٍ والذي حققه في عام 2023.   

في 20 يناير 2025، نجح مرفق توكاماك الفائق التوصيل التجريبي المتقدم (EAST) في الصين (المعروف شعبياً باسم "الشمس الاصطناعية" في الصين) في الحفاظ على تشغيل بلازما عالية الاحتواء في حالة مستقرة لمدة 1,066 ثانية. تعد مدة 1,066 ثانية خطوة رئيسية في أبحاث الاندماج؛ وبالتالي فإن هذا الإنجاز يمثل علامة فارقة في السعي إلى توليد الطاقة الاندماجية. حافظ مرفق EAST في وقت سابق على تشغيل بلازما عالية الاحتواء في حالة مستقرة لمدة 403 ثانية في عام 2023. من أجل السماح بالاندماج النووي، تحتاج مرافق الاندماج الخاضعة للرقابة إلى الوصول إلى درجات حرارة تزيد عن 100 مليون درجة مئوية مع الحفاظ على التشغيل المستقر طويل الأمد.  

بدأ تشغيل منشأة توكاماك المتقدمة التجريبية الفائقة التوصيل (EAST) في الصين في عام 2007. وهو جهاز توكاماك وكان بمثابة منصة اختبار مفتوحة للعلماء لإجراء التجارب والأبحاث المتعلقة بالاندماج منذ أن أصبح جاهزًا للتشغيل.  

إن جهاز توكاماك EAST يشبه جهاز ITER من حيث الشكل والتوازن ولكنه أصغر حجمًا وأكثر مرونة. ويتميز بثلاث خصائص مميزة: المقطع العرضي غير الدائري، والمغناطيسات الفائقة التوصيل بالكامل، ومكونات البلازما المواجهة المبردة بالماء بالكامل. وقد حقق تقدمًا كبيرًا في نهج الاحتواء المغناطيسي للاندماج النووي، وخاصة في تحقيق درجة حرارة البلازما القياسية. 

إن استخدام المغناطيسات لاحتجاز البلازما والتحكم فيها هو أحد النهجين الرئيسيين للوصول إلى الظروف القصوى اللازمة للاندماج النووي. تستخدم أجهزة التوكاماك المجالات المغناطيسية لتوليد الحرارة واحتجاز البلازما ذات درجة الحرارة العالية. يعد مشروع ITER أكبر مشروع توكاماك في العالم. يقع مقر ITER في سان بول ليز دورانس في جنوب فرنسا، وهو التعاون الأكثر طموحًا في مجال طاقة الاندماج بين 35 دولة. يستخدم حلقة دائرية (أو جهاز مغناطيسي على شكل دونات) لاحتجاز وقود الاندماج لفترات طويلة في درجات حرارة عالية بما يكفي لحدوث اشتعال الاندماج. مثل ITER، يعتمد برنامج الاندماج STEP في المملكة المتحدة على الاحتجاز المغناطيسي للبلازما باستخدام التوكاماك. ومع ذلك، فإن التوكاماك في برنامج STEP سيكون على شكل كروي (بدلاً من شكل دونات في ITER). التوكاماك الكروي مضغوط وفعال من حيث التكلفة وقد يكون من الأسهل توسيعه.   

الاندماج بالقصور الذاتي هو النهج الآخر لتحقيق الظروف القاسية المطلوبة للاندماج النووي. في هذا النهج، يتم إنشاء ظروف اندماج قاسية عن طريق الضغط السريع وتسخين كمية صغيرة من وقود الاندماج. يستخدم مرفق الإشعال الوطني (NIF) في مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) تقنية الانفجار الداخلي المدفوعة بالليزر لتفجير كبسولات مملوءة بوقود الديوتيريوم والتريتيوم باستخدام أشعة الليزر عالية الطاقة. أظهر مرفق الإشعال الوطني (NIF) مؤخرًا دليلاً على مفهوم هذا النهج الذي يمكن استغلاله في الاندماج النووي المتحكم فيه لتلبية احتياجات الطاقة.   

*** 

المراجع:  

1. معاهد هيفاي للعلوم الفيزيائية، الأكاديمية الصينية للعلوم. الأخبار - "الشمس الاصطناعية" الصينية تحقق رقمًا قياسيًا جديدًا في إنجاز مهم نحو توليد الطاقة الاندماجية. نُشر في 21 يناير 2025. متاح على https://english.hf.cas.cn/nr/bth/202501/t20250121_899051.html  

2. التوكاماك الفائق التوصيل التجريبي المتقدم (EAST). مقدمة موجزة. متوفر على  http://east.ipp.ac.cn/index/article/info/id/52.html  

3. تشو سي، 2024. مقارنة بين مفاعل توكاماك EAST ومفاعل ITER. العلوم النظرية والطبيعية، 43,162، 167-XNUMX. DOI: https://doi.org/10.54254/2753-8818/43/20240818  

4. Hu, J., Xi, W., Zhang, J. et al. All superconducting tokamak: EAST. AAPPS Bull. 33, 8 (2023). https://doi.org/10.1007/s43673-023-00080-9  

5. Zheng J., et al. 2022. Recent progress in Chinese fusion research based on superconducting tokamak configuration. The Innovation. المجلد 3، العدد 4، 12 يوليو 2022، 100269. DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2022.100269  

*** 

مقالات ذات صلة  

1. برنامج الطاقة الاندماجية في المملكة المتحدة: الكشف عن التصميم المفاهيمي لمحطة الطاقة النموذجية STEP (7 سبتمبر 2024).  

2. تم عرض "Fusion Ignition" للمرة الرابعة في مختبر لورانس (20 ديسمبر 2023) 

3. يصبح الاشتعال الاندماجي حقيقة ؛ تحقيق التعادل في الطاقة في مختبر لورانس (15 ديسمبر 2022) 

***