حقق علماء مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) إنجازًا هامًا في مجال الاندماج النووي ، حيث وصلوا إلى نقطة التعادل في الطاقة . ففي الخامس من ديسمبر/كانون الأول 2022، أجرى فريق البحث تجربة اندماج نووي مضبوطة باستخدام أشعة الليزر، حيث سلطت 192 شعاع ليزر أكثر من مليوني جول من طاقة الأشعة فوق البنفسجية على قرص وقود صغير داخل حجرة الهدف المبردة، محققين بذلك نقطة التعادل في الطاقة، أي أن تجربة الاندماج أنتجت طاقة أكبر من الطاقة التي وفرها الليزر لتشغيلها. ويُعد هذا الإنجاز الأول من نوعه في التاريخ، بعد عقود من العمل الدؤوب. ويمثل هذا الإنجاز علامة فارقة في مسيرة العلم، وله آثار بالغة الأهمية على مستقبل طاقة الاندماج النظيفة، وصولًا إلى اقتصاد خالٍ من انبعاثات الكربون، ومكافحة تغير المناخ، والحفاظ على الردع النووي دون اللجوء إلى التجارب النووية، وذلك في إطار الدفاع الوطني. وفي وقت سابق، وتحديدًا في الثامن من أغسطس/آب 2021، كان فريق البحث قد وصل إلى عتبة بدء الاندماج النووي، حيث أنتجت التجربة طاقة أكبر من أي تجربة اندماج نووي سابقة، إلا أنها لم تصل إلى نقطة التعادل في الطاقة. لقد حققت التجربة الأخيرة التي أجريت في 5 ديسمبر 2022 إنجازًا يتمثل في تحقيق نقطة التعادل في الطاقة، مما يوفر دليلًا على إمكانية استغلال الاندماج النووي المتحكم فيه لتلبية احتياجات الطاقة، على الرغم من أن التطبيق التجاري العملي لطاقة الاندماج قد لا يزال بعيدًا جدًا.
تُنتج التفاعلات النووية كميات هائلة من الطاقة تُعادل كمية الكتلة المفقودة، وفقًا لمعادلة تناظر الكتلة والطاقة E=MC² لأينشتاين . وتُستخدم حاليًا تفاعلات الانشطار النووي، التي تتضمن تفكك نوى الوقود النووي (عناصر مشعة مثل اليورانيوم-235)، في المفاعلات النووية لتوليد الطاقة. مع ذلك، تُشكل المفاعلات النووية القائمة على الانشطار مخاطر جسيمة على الإنسان والبيئة، كما يتضح من كارثة تشيرنوبيل، وهي معروفة بإنتاج نفايات مشعة خطيرة ذات عمر نصف طويل جدًا، يصعب التخلص منها للغاية.
في الطبيعة، تُعدّ عملية الاندماج النووي ، التي تتضمن اندماج نوى الهيدروجين الصغيرة، آلية توليد الطاقة في النجوم كشمسنا . وعلى عكس الانشطار النووي، يتطلب الاندماج النووي درجات حرارة وضغوطًا هائلة لتمكين النوى من الاندماج. ويتحقق هذا الشرط في قلب الشمس، حيث يُعدّ اندماج نوى الهيدروجين الآلية الرئيسية لتوليد الطاقة، إلا أن إعادة خلق هذه الظروف القاسية على الأرض لم يكن ممكنًا حتى الآن في ظروف مختبرية مضبوطة، ونتيجة لذلك، لا تزال مفاعلات الاندماج النووي بعيدة المنال. (يُعدّ الاندماج النووي الحراري غير المتحكم به، الناتج عن درجات حرارة وضغوط هائلة بفعل تفجير جهاز الانشطار، هو المبدأ الذي يقوم عليه سلاح الهيدروجين).
كان آرثر إدينجتون هو أول من اقترح ، في عام 1926 ، أن النجوم تستمد طاقتها من اندماج الهيدروجين في الهيليوم. كان أول عرض مباشر للاندماج النووي في المختبر في عام 1934 عندما أظهر رذرفورد اندماج الديوتيريوم في الهيليوم ولاحظ "تم إنتاج تأثير هائل" أثناء العملية. نظرًا لقدرتها الهائلة على توفير طاقة نظيفة غير محدودة ، فقد بذل العلماء والمهندسون جهودًا متضافرة في جميع أنحاء العالم لتكرار الاندماج النووي على الأرض ، لكنها كانت مهمة شاقة.
في درجات الحرارة القصوى، تنفصل الإلكترونات عن النوى، وتتحول الذرات إلى غاز متأين يتكون من نوى موجبة الشحنة وإلكترونات سالبة الشحنة، وهو ما يُعرف بالبلازما، التي تقل كثافتها عن كثافة الهواء بمقدار مليون مرة. هذا يجعل بيئة الاندماج النووي بالغة الحساسية. ولكي يحدث الاندماج النووي في مثل هذه البيئة (التي يمكن أن تُنتج كمية كبيرة من الطاقة)، يجب توافر ثلاثة شروط: درجة حرارة عالية جدًا (تؤدي إلى تصادمات عالية الطاقة)، وكثافة بلازما كافية (لزيادة احتمالية التصادمات)، وحصر البلازما (التي تميل إلى التمدد) لفترة زمنية كافية لتمكين الاندماج. وهذا ما يجعل تطوير البنية التحتية والتكنولوجيا اللازمة لاحتواء البلازما الساخنة والتحكم بها محورًا رئيسيًا. يمكن استخدام المجالات المغناطيسية القوية للتعامل مع البلازما، كما هو الحال في مفاعل توكاماك التابع لمشروع ITER. ويُعد الحصر الذاتي للبلازما نهجًا آخر، حيث تُضغط كبسولات مملوءة بنظائر الهيدروجين الثقيلة باستخدام أشعة ليزر عالية الطاقة.
استخدمت دراسات الاندماج النووي التي أُجريت في مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) التابع لمرفق الإشعال الوطني (NIF) تقنيات الانفجار الداخلي المُحفَّز بالليزر (الاندماج بالقصور الذاتي). وتتلخص هذه التقنيات في تفجير كبسولات صغيرة الحجم (بحجم المليمتر) مملوءة بالديوتيريوم والتريتيوم باستخدام أشعة ليزر عالية الطاقة تُولِّد أشعة سينية. فتسخن الكبسولة وتتحول إلى بلازما. تتسارع البلازما نحو الداخل، مُحدثةً ضغطًا ودرجة حرارة عاليتين للغاية، حيث تندمج ذرات الوقود الموجودة داخل الكبسولة (الديوتيريوم والتريتيوم)، مُطلقةً طاقةً وعدة جسيمات، بما في ذلك جسيمات ألفا. تتفاعل الجسيمات المُطلقة مع البلازما المحيطة، مُسخِّنةً إياها أكثر، مما يؤدي إلى المزيد من تفاعلات الاندماج وإطلاق المزيد من الطاقة والجسيمات، وبالتالي إنشاء سلسلة مُستدامة من تفاعلات الاندماج (تُسمى "اشتعال الاندماج").
سعى مجتمع أبحاث الاندماج النووي لعقودٍ عديدة لتحقيق "اشتعال الاندماج"، أي تفاعل اندماجي ذاتي الاستدامة. وفي 8 أغسطس / آب 2021، اقترب فريق مختبر لورانس من عتبة "اشتعال الاندماج"، وهو ما تحقق بالفعل في 5 ديسمبر/كانون الأول 2022. في ذلك اليوم، أصبح اشتعال الاندماج المُتحكم به على الأرض حقيقةً واقعة، مُسجلاً إنجازاً علمياً بارزاً!
***
 have achieved fusion ignition and energy breakeven. On 5th December 2022....){kind=link}