متى سيؤدي الاندماج النووي إلى خروج النفط والغاز عن العمل.

موسم الكريسماس هذا هو وقت الشكر والأمل لفرض قفزات علمية يتم تحقيقها:

أولا، الأمير وليام ، الذي أسس جائزة إيرث شوتس، عن جوائز في بوسطن في عام 2022. تم استدعاء فئة واحدة إحياء محيطاتنا. الفائز كان مجموعة تسمى نساء السكان الأصليين في الحاجز المرجاني العظيم. تعرضت الشعاب المرجانية للهجوم ، والفائزون ملتزمون بالدفاع عنها. إنهم يعملون على حماية الشواطئ والسلاحف والحفاظ على الأعشاب البحرية التي تلتقط غاز ثاني أكسيد الكربون أكثر بعشر مرات من غابات الأمازون. إنهم يعرفون المعرفة العسكرية القديمة بالسكان الأصليين ويستخدمون الأدوات الحديثة مثل الطائرات بدون طيار لمراقبة تغيرات الشعاب المرجانية في الشعاب المرجانية وكذلك حرائق الغابات الداخلية.

ثانيًا ، على مدار 20 عامًا ، مولت وزارة الطاقة الأمريكية مفهوم وتطوير مفاعل نووي صغير الحجم (SMR) يسمى وحدة الطاقة NuScale. تعد المزايا أكثر أمانًا وأرخص وقابلة للتطوير وخالية من الكربون. إنها SMR الوحيدة التي تحصل على موافقة التصميم من هيئة التنظيم النووي (NRC). يبلغ طول الوحدة أقل من 100 قدم ، وهي عبارة عن أسطوانة بعرض 15 قدمًا تجلس في حوض من الماء تحت مستوى الأرض. يمكن أن تنتج 77 ميغاواط من الكهرباء التي يمكن أن تزود 60,000 ألف منزل. الهدف هو أن تكون جاهزًا للعمل في ولاية أيداهو بحلول عام 2029.

ثالثًا ، المؤسسة الطبية لديها اختراق في علاج بعض أنواع السرطان. تقوم هذه الطريقة بإخراج الخلايا التائية ، وهي جزء من الجهاز المناعي الذي يحارب السرطان ، من الجسم لتعديلها وراثيًا باستخدام تقنية كريسبر ، ثم إعادة حقنها مرة أخرى في الجسم "كعقار حي". باستخدام تقنية كريسبر ، يمكن ضبط الخلايا التائية بدقة وجعلها أكثر فتكًا في هجومها على خلايا سرطانية معينة.

يمكن تصنيع هذه الخلايا التائية "الجاهزة" بكميات كبيرة بسرعة باستخدام تقنية كريسبر ، بدلاً من الاضطرار إلى الانتظار لأسابيع أو شهور قبل ذلك. في 12 ديسمبر 2022 ، أعلن الدكتور ماكغيرك من جامعة كانساس ، عن نتائج التجارب التي كانت جيدة بشكل مدهش وفتحت بابًا جديدًا لعلاج السرطانات: تقلصت الأورام لدى 67٪ من 32 مريضًا بسرطان الغدد الليمفاوية. حقق 40٪ من المرضى الشفاء التام. هناك حماس كبير لإمكانية هذه التقنية في علاج العديد من أنواع السرطان الأخرى.

الرابع هو اختراق في الاندماج النووي مذهل للغاية.

اختراق الاندماج النووي.

في القرن الماضي ، أعظم قرن للفيزياء ، كان الانشطار النووي أحد الاكتشافات. عندما تتكسر ذرة ثقيلة مثل البلوتونيوم ، تُفقد كمية ضئيلة من الكتلة وتعاود الظهور كمقدار ضخم من الطاقة - لأن E = mc ^ 2 ، حيث c هي سرعة الضوء وعدد كبير جدًا.

تحت تهديد بأن ألمانيا ستطور قنبلة تفاعلية متسلسلة بناءً على رد الفعل هذا ، أنفقت حكومة الولايات المتحدة مبلغًا هائلاً من الأموال لبناء قنبلة انشطارية في لوس ألاموس ، نيو مكسيكو ، ليس بعيدًا عن المكان الذي أعيش فيه. تم اختباره في صحراء الرمال البيضاء جنوب البوكيرك ، واستخدم في النهاية لإنهاء الحرب مع اليابان.

أدى التطبيق التجاري بسرعة إلى إنشاء مفاعلات نووية بحجم الشبكة في بلدان مختلفة. كان بعضها ناجحًا - تحصل فرنسا على 70٪ من طاقتها الكهربائية من 56 مفاعلًا نوويًا بينما تحصل الولايات المتحدة على حوالي 20٪ من طاقتها من 93 مفاعلًا نوويًا.

لكن النجاح يكون صعبًا عند وقوع حوادث مروعة ، مثل تشيرنوبيل ، روسيا ، في عام 1986 ، وفوكوشيما ، اليابان ، في عام 2011 ، والقلق الدائم بشأن التخلص من النفايات النووية في الولايات المتحدة.

يحدث التفاعل النووي الشقيق عندما تضطر نواتان هيدروجين للاندماج في الهيليوم من خلال التغلب على قوى التنافر ومرة ​​أخرى يتم إطلاق كمية هائلة من الطاقة. كان هذا أساس اختبارات القنبلة الهيدروجينية الأمريكية في جنوب المحيط الهادئ (بيكيني أتول) في الخمسينيات من القرن الماضي قبل معاهدة حظر التجارب لعام 1950.

تم السعي إلى التطبيق التجاري للاندماج النووي على مدى عقود منذ ذلك الحين. على سبيل المثال ، يوجد مسعى واحد في مختبرات سانديا الوطنية في البوكيرك ، حيث يتم حصر البلازما الساخنة المشحونة بواسطة المجالات الكهربائية. كانت الفكرة هي حصر وضغط وتسخين البلازما (الطاقة الداخلة) حتى تندمج نوى الهيدروجين (الطاقة الخارجة). لكن الطاقة الداخلة كانت دائمًا أكبر من الطاقة الخارجة.

تطبيق تجاري آخر كان في مختبر لورانس ليفرمور في منطقة خليج سان فرانسيسكو في كاليفورنيا. هنا تم استخدام 192 ليزر لتقييد البلازما وضغطها وتسخينها عن طريق تفجير حبيبة قيمتها مليون دولار من نظائر الهيدروجين المختلطة. كانت النتائج هي نفسها دائمًا - حتى الآن. أعلن في الأسبوع المنتهي في 1 ديسمبر 16 ، أن الطاقة الخارجة (2022 ميجا جول) كانت أكثر من الطاقة الداخلة (3.1 ميجا جول) لأول مرة. إنه اختراق حقيقي. كانت درجة الحرارة المحققة 2.1 ملايين درجة مئوية.

وضع هذا في نصابها.

أولاً ، الطاقة الداخلة مقابل الطاقة الخارجة أمر بسيط للغاية ، لأن تشغيل الليزر يتطلب طاقة أكبر بكثير: 400 ميجا جول. انظر المرجع 1.

ثانيًا ، كانت قصة النجاح تدور حول حدث واحد فقط - اشتعال اندماجي واحد. لكي تكون عمليًا في أي مكان ، سيتطلب العديد والعديد من أحداث الاندماج في الدقيقة ، وسيحتاج إلى ليزر أقوى بآلاف المرات. بالإضافة إلى أن التكلفة يجب أن تكون أرخص مليون مرة (المرجع 1). باختصار ، هذا النجاح ، رغم أنه ملهم ، ليس قريبًا حتى من تخيل التطبيق العملي.

لذا فهي ليست رخيصة وغير عملية ، لكنها ستنتج طاقة عالية الكثافة وستكون خالية من الكربون.

طاقة الانشطار النووي أقوى مليون مرة من أي مصدر طاقة آخر على الأرض. وهذا سبب كبير للاستثمارات في دول مثل فرنسا والولايات المتحدة لبناء العشرات من محطات الطاقة النووية.

يخلق الاندماج النووي طاقة تزيد بمقدار 3-4 مرات عن الانشطار النووي. هذا جزء من الحلم. جزء آخر من حلم الاندماج هو عدم وجود نفايات نووية للتخلص منها - منتجات النفايات التي يمكن أن تستغرق مئات أو آلاف السنين لتتحلل. والجزء الثالث هو الاندماج ليس تفاعلًا متسلسلًا ، لذا فإن خطر التفاعلات النووية والانفجارات غير موجود.

نظرًا لأن توليد الكهرباء مسؤول عن حوالي ثلث انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية ، فإن الجزء الأخير من الحلم هو محطات الاندماج النووي التي يتم رشها في جميع أنحاء البلاد لتوفير طاقة كهربائية عالية الكثافة خالية من الكربون.

لكن تذكر ، إنه مجرد حلم. على الرغم من مزاياه ، فإن الاندماج النووي الخالي من الكربون لن يخرج صناعة النفط والغاز عن العمل بحلول عام 2050 وربما حتى بحلول عام 2100.

الوجبات الجاهزة.

لقد استنسخ الجنس البشري مصدر الشمس للضوء والحرارة. عند حوالي 15 مليون درجة مئوية ، يتم ضغط الجزء الداخلي الغازي للشمس تحت ضغط هائل - ملعقة صغيرة تزن 750 جم أو 1.65 رطل. لتكرار الظروف الداخلية للشمس في المختبر وتحقيق التعادل (خروج طاقة أكثر من مدخل طاقة ) هو إنجاز رائع.

لكن الاندماج النووي ليس قريبًا حتى من تخيل التطبيقات التجارية.

فلماذا ننفق أموالاً طائلة على التحقيق في الأمر؟ لأن هذا ما تفعله الدول المتقدمة. يبنون تلسكوبات مثل جيمس ويب ويثبتها على الأقمار الصناعية لدراسة الكون. إنهم يصنعون صواريخ لإيصال الرجال والنساء إلى القمر. يقومون ببناء مسارات سباق مغناطيسية لتسريع البروتونات إلى سرعة الضوء قبل أن تتحطم وتكشف في الشظايا عن جسيمات دون ذرية مراوغة مثل بوزون هيغز.

تلعب السياسة دورًا كبيرًا في تحديد مكان توزيع الدعم الحكومي والتمويل للعلم. لحسن الحظ ، كما ورد أعلاه ، توجد أمثلة عديدة لبلدان تستخدم العلم لحل المشكلات الملحة التي تفيد البشرية بشكل مباشر.

المرجع 1: القدس ديمساس ، قوة الشمس ، ذي أتلانتيك ديلي ، 16 ديسمبر 2022.