هذا الفيديو مقدم من Curiosity Stream.
على الرغم من انخفاض تكلفة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، فقد لا تكون مصادر الطاقة المتجددة كافية
لتلبية طلبنا على الطاقة النظيفة في المستقبل.
ومع ذلك ، يمكن للطاقة النووية أن تلعب دورًا رئيسيًا في إزالة الكربون من قطاع الطاقة.
وأنا لا أتحدث عن الانشطار النووي.
بدلا من ذلك ، العكس تماما.
أنا أتحدث عن الاندماج ، مع هدفه الدائم على بعد 30 عامًا.
ولكن قبل أن تنفجر * فتيلك * وتبدأ في ترك نكات الانصهار في التعليقات ،
كان هناك تطور اندماج كبير علينا التحدث عنه وهو نوع من
القنبلة النووية ... اختيار سيئ للكلمات ... إنه خبر كبير. ..
أنا مات فيريل .. أهلا وسهلا بك إلى مقرر.
أتيحت لي الفرصة للتحدث إلى الدكتور مارتن غرينوالد ، نائب المدير وكبير علماء الأبحاث
في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وهو جزء من الفريق الذي حقق إنجازًا كبيرًا جدًا.
قبل * الانطلاق * مع الاختراق الأخير في مجال الاندماج النووي ، من الجيد
التراجع خطوة إلى الوراء والحصول على ملخص سريع للطاقة النووية.
لا تقلق ، سأبقيها عالية المستوى لأنني لا أريد أن أحرق عقلك ...
أو عقلي .
يمكنك الحصول على الطاقة النووية من خلال عمليتين: الانشطار والاندماج.
مفاعلات الانشطار النووي هي ما نراه مستخدمًا في جميع أنحاء العالم اليوم.
في مفاعل الانشطار ، تقوم بتفجير نيوترون إلى ذرة يورانيوم -235 غير مستقرة لتقسيمه
إلى أجزاء أصغر ، بما في ذلك المزيد من النيوترونات.
ستضرب هذه الجسيمات الجديدة ذرات اليورانيوم 235 الأخرى ، مما يولد تأثير تفاعل متسلسل.
يؤدي تكسير نظير اليورانيوم إلى إطلاق طاقة على شكل حرارة ، والتي
تُستخدم بعد ذلك لتبخير الماء.
يمكن بعد ذلك استخدام البخار الناتج لتشغيل التوربينات لتوليد الكهرباء.
كما يوحي الاسم ، فإن عملية الاندماج هي في الأساس عكس الانشطار.
بدلاً من الانقسام ، نجمع الأشياء معًا.
يكرر مفاعل الاندماج ما يحدث بشكل طبيعي داخل نواة الشمس ، الأمر الذي يبدو مخيفًا ، لكنه ليس كذلك. الآن حيث تنقسم
نظائر الهيدروجين ثم تندمج في نوى الهيليوم تحت درجات حرارة وضغوط * فلكية *.
في هذه الحالة ، ينتج تفاعل الاندماج 4 أضعاف الطاقة التي يتم الحصول عليها من خلال
عملية الانشطار.
بدلاً من استخدام اليورانيوم أو البلوتونيوم ، اللذين يطلقان جزيئات مشعة طويلة العمر ،
تقوم بإدخال نظائر الهيدروجين مثل الديوتيريوم والتريتيوم في مفاعل الاندماج.
الديوتيريوم عنصر مستقر والنشاط الإشعاعي للتريتيوم لا يدوم طويلاً.
إلى جانب كونها أكثر أمانًا وصديقة للبيئة ، فإن مصادر الوقود الاندماجي أكثر وفرة
وأرخص من الوقود الانشطاري.
هذا لأنه يمكنك استخراج الديوتيريوم من مياه البحر ، بينما يمكنك الحصول على التريتيوم أثناء
تفاعل الاندماج نفسه عندما تتفاعل النيوترونات مع عناصر مثل الليثيوم.
أو كما قال الدكتور غرينوالد:
إنه مصدر مثالي للطاقة.
بادئ ذي بدء ، الوقود غير محدود بشكل أساسي.
وهي طاقة للغاية وكثافة
طاقة وقود.
لذا فإن عُشر جرام من الديوتيريوم وثلاثة أعشار جرام من الليثيوم
إذا انصهر في محطة توليد الكهرباء سيوفر ما يكفي من الكهرباء لمواطن أمريكي عادي لمدة
عام ، عام كامل.
وتلك العشرات القليلة من الجرام التي لن تحتاجها ، إذا كانت في جيبك ، فلن
تلاحظ أنها مثل الوبر أو شيء من هذا القبيل.
الفوائد المحتملة للاندماج على الانشطار لا تتعلق فقط بإنتاج طاقة أعلى
وكثافة طاقة وقود .
واحدة من أكبرها ، ربما فكرت فيها.
المنتجات الثانوية للانشطار مشعة للغاية ، وإذا لم يتم التحكم فيها بشكل مناسب ، يمكن أن
تلوث الكوكب لعقود.
علاوة على ذلك ، يمكن أن يتدهور تفاعل الانشطار المتسلسل ويمكن أن يخرج عن نطاق
السيطرة مما يتسبب في حدوث انصهار أو انفجار نووي ، وهو ما حدث في فوكوشيما في عام 2011
بعد أن ضرب تسونامي محطة الطاقة وتسبب في سلسلة من الإخفاقات.
لن يحدث هذا النوع من الحوادث في توكاماك ، والذي يعتمد على
اندماج الحبس المغناطيسي (MCF).
التوكاماك عبارة عن حجرة على شكل كعكة دائرية حيث تقوم بتسخين نظائر الهيدروجين حتى 150 مليون درجة.
لا أعرف عنك ، لكن هذا ليس نوع المفاعل الذي أريد أن يكون هومر سيمبسون مسؤولاً عنه.
في مثل هذه الدرجة العالية من الحرارة ، يتم تجريد الذرات من إلكتروناتها وتتحول إلى
أيونات.
ثم يتبقى لديك غاز مؤين شديد السخونة ، وهو البلازما.
في ظل هذه الظروف ، تتصادم الجسيمات المشحونة وتندمج معًا ... تمامًا كما هو الحال في
الشمس.
شبكة أمان أخرى للاندماج هي أنه يمكنك إيقاف التفاعل بمجرد قطع
إمداد الوقود.
في حالة الانشطار النووي ، هذا ليس هو الحال.
لا يمكن أن تذوب بالطريقة التي يمكن أن تذوب بها محطة الانشطار.
ليس لديها نفس النوع من النفايات.
لذلك ، لديها كل هذه المزايا.
والشيء الآخر هو أنها لا تستخدم الكثير من الأراضي ، والكثير من المياه.
إنها مجاملة جيدة جدًا لمصادر الطاقة المتجددة.
... يمكن استخدامه للحرارة العملية
للصناعة.
سيكون الأمر بسيطًا نسبيًا في بعض الصناعات مثل صناعة الأسمنت.
بناءً على كل ذلك ، دعنا نذهب للاندماج
... لقد حصلنا على الفائز.
سيكون هذا رائعًا ، ولكن هذا هو المكان الذي تأتي فيه نكتة الاندماج المستمرة دائمًا على بعد 30 عامًا
.
لم يقم أحد بإنتاج مفاعل طاقة اندماج يعمل بكامل طاقته حتى الآن.
يتطلب الأمر قدرًا مجنونًا من الطاقة لإنتاج البلازما الساخنة ،
لذا فإن الطاقة التي تضعها في تفاعل الاندماج تكون دائمًا أعلى دائمًا من الطاقة الحرارية التي تحصل عليها منه.
لتقييم مدى جودة أداء المفاعل ، يشار إليه باسم "عامل كسب طاقة الاندماج" أو
الرمز Q مع النسبة.
تحتاج أساسًا إلى قيمة Q أعلى من 1 ، وهي نقطة التعادل الحرارية داخل المفاعل.
لكننا ليس قريبًا حتى من نقطة التعادل.
احتفظ الحلقة الأوروبية المشتركة (JET) بنسبة قياسية عند 0.67
لكن مرفق الإشعال الوطني (NIF) كسر ذلك مؤخرًا بـ Q يساوي 0.7.
ولكن من المهم حقًا ملاحظة أن Q ليس كذلك حساب الطاقة الكاملة والكهرباء
المطلوبة لتشغيل المنشأة ومقدار الكهرباء التي يمكن أن تولدها فعليًا من
التفاعل.
Q عبارة عن الطاقة الحرارية في مقابل الطاقة الحرارية الخارجة.
للصورة الكاملة ، هذا يمثل كل تلك الطاقة الإضافية التكاليف وتحويل
الحرارة إلى كهرباء ... بشكل أساسي ، إنتاج كهرباء أكثر مما يتطلبه الأمر لتشغيل
المرفق ... من المرجح أن ننظر إلى Q في مكان ما بين 10 و 25.
هناك الكثير من القطع المتحركة.
علينا أن تعلم المشي قبل أن نتمكن من الجري وح إن الحصول على Q من 1 أو أعلى هو أننا نتعلم
المشي.
لهذا السبب في هذه المرحلة من أبحاث الاندماج ، يركز الجميع على نسبة Q فقط
لتفاعل البلازما نفسه.
بمجرد أن نصل إلى ذلك ، سيتحول التركيز نحو اكتساب القوة بشكل عام.
في عام 2025 ، من المفترض أن يبدأ مشروع الاندماج الدولي الضخم المعروف باسم ITER في
إنتاج بلازما فائقة الحرارة ذات Q أكبر من 10 في فرنسا.
على الرغم من أن المشروع وُلد في الثمانينيات ، إلا أن إنشاء التوكاماك
لم يبدأ إلا في عام 2007.
بمجرد اكتماله ، سيكون ITER أكبر منصة اندماج في العالم ، وهذا ليس بالضرورة
أمرًا جيدًا.
نظرًا لحجمها ونطاقها ، فقد استغرق بناؤها وقتًا طويلاً وعشرات المليارات من الدولارات
.
بالإضافة إلى ذلك ، فقد تم تصميمه ليكون مرفقًا للاختبار وليس مفاعلًا عاملاً ... ولن يصل إلى
التشغيل الكامل حتى عام 2035.
لذا ، حتى لو نجح بنسبة 100٪ ، فلا زلنا بحاجة إلى المضي قدمًا في عملية بناء
العمل النهائي. تصميم المفاعل.
الآن ، أعلم أن هذا يبدو كثيرًا كما لو أننا ما زلنا على بعد 30 عامًا من وجود
مفاعل اندماجي يعمل بكامل طاقته .
ولكن كانت هناك بعض الاختراقات * الكهربة * مؤخرًا من الأساليب الأصغر والأكثر ذكاءً ،
مثل ما يعمل عليه الدكتور غرينوالد.
أحد أكبر التحديات التي تواجه مفاعلات الاندماج MCF هو المجال المغناطيسي المذهل
الذي يجب أن تولده لاحتواء البلازما.
المغناطيسات الهائلة التي تدق المنصة ، أو الدونات ، تخلق مجالًا مغناطيسيًا شديدًا.
تحبس هذه الفقاعة غير المرئية الملاط شديد السخونة والمشحون كهربائيًا في الجو
بالقرب من مركز المفاعل.
كونه بعيدًا عن جدران المنصة ، لن تذوب البلازما.
وفقط في سبتمبر / أيلول الماضي ، اكتشفنا أن عام 2021 سيخرج بانفجار اندماج نووي.
ولكن قبل الوصول إلى هذا الجزء الكبير من أخبار الاندماج ، أود أن أشكر الراعي اليوم ، CuriosityStream.
إذا كنت ترغب في مشاهدة المزيد من مقاطع الفيديو حول مواضيع مثل هذه ، فعليك حقًا التحقق من ذلك.
لديهم الآلاف من الأفلام الوثائقية والعروض الواقعية حول كل موضوع يمكنك التفكير فيه.
إذا كنت تستمتع بالعلوم والتكنولوجيا ، وهو ما أفترض أنك تفعله نظرًا لأنك تشاهد
قناتي ، فلديهم أفلام وثائقية مثل "هندسة المستقبل" ، التي تستكشف واحدة من أكبر مزارع الرياح في
العالم التي يتم بناؤها قبالة الساحل الإنجليزي والمدينة بشكل لا يصدق الظروف القاسية
التي تتحدى المشروع.
لدى CuriosityStream حقًا شيء للجميع ، بما في ذلك 35 مجموعة منتقاة بعناية من
قبل الخبراء ، بما في ذلك بعض العروض الحصرية والأصلية الحائزة على جوائز.
أفضل ما في الأمر هو أنه يمكنك البث إلى أي جهاز في أي وقت وفي أي مكان.
إنه حقًا تلفزيون ذكي لجهاز SmartTV الخاص بك.
ولديهم عرض خاص لكم جميعًا إذا قمت بالتسجيل باستخدام الرمز المُحدد ، فستحصل
على عام كامل مقابل 14.99 دولارًا فقط.
هذه صفقة لا تصدق.
الرابط موجود في الوصف أدناه وبفضل CuriosityStream ولكم جميعًا
لدعم القناة.
لذا بالعودة إلى عام 2021 الخروج بانفجار اندماج نووي.
قام معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) جنبًا إلى جنب مع شركة Commonwealth Fusion Systems
(CFS) ، بتصميم أحد أقوى المغناطيسات التي تم إنشاؤها على وجه الأرض.
أصابت هذه التجربة المشتركة شيئًا بالغ الأهمية.
إدارة لتوليد مجال مغناطيسي لا يصدق بطاقة أقل بكثير.
لتحقيق هذا الإنجاز استخدموا شيئًا يسمى الموصل الفائق عالي الحرارة (HTS).
الابتكار الرئيسي في الواقع ليس جديدًا.
في عام 2015 ، اقترح معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا استخدام هذا الشريط فائق التوصيل
في تصميم أجهزتهم.
وأعني الكثير منها.
استخدم مغناطيس الاختبار 267 كم (166 ميلاً) من الشريط.
تحتفظ هذه المادة بالموصلية الفائقة عند درجات حرارة عالية ، مما يولد مجالًا
مغناطيسيًا أكثر كثافة.
أعطاني مارتن بعض الأفكار الرائعة حول هذا الشريط.
المادة الجديدة ، الموصل الفائق ذو درجة الحرارة المرتفعة ، وهو في الحقيقة
مركب شبيه بالسيراميك من أتربة نادرة وأكسيد نحاس الباريوم ، إنها مادة هشة إلى حد ما ، لكن
الناس تعلموا كيفية وضعها كغشاء رقيق على هيكل فرعي قوي.
واتضح أنه كان هناك اختراق في التكنولوجيا يمكننا الاستفادة منه
ولم نكن مسؤولين عنه.
لقد كان اكتشافًا للاختراع حقًا قام به بعض علماء IBM العاملين في مختبر في زيورخ
في الثمانينيات وكان ذلك عبارة عن موصلات فائقة عالية الحرارة.
لم تبدو حقًا كمادة هندسية
، واعتقد الكثير من الناس ، حسنًا ، هذا أمر مثير للاهتمام حقًا من الناحية العلمية ،
لكن هذا لن يكون عمليًا أبدًا.
لن تتمكن أبدًا من بناء مغناطيس أو سلك من هذا.
لكن كان له الكثير من الأمل وقد تابعنا هذا عن كثب لأننا اعتقدنا ، حسنًا ، أن
هذه المادة يمكن أن تسمح لنا بصنع مغناطيس فائق التوصيل يعمل في حقول عالية بدرجة كافية.
هذا شيء أجده رائعًا حول تطوير الاندماج ، ولماذا استغرق وقتًا طويلاً
لقد استغرق الأمر عقودًا للتعرف على المواد والتقنيات الجديدة التي يمكن تطبيقها
للتحكم بنجاح في تفاعل الاندماج على نطاق واسع.
طرح مارتن نقطة لم أفكر فيها.
لم تكن ميزة استخدام هذه المادة في جعل المغناطيس أكثر قوة
فحسب ، بل كانت أيضًا أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.
يمكنك إجراء تجارب رائعة ونحن قادرون على الحصول على حقول عالية جدًا باستخدام مغناطيس النحاس.
لكنهم يستهلكون كمية هائلة من الكهرباء ... كمية هائلة من الطاقة.
لذلك ، تبين أن هذا أمر جيد حيث تُترجم قوة مغناطيسية أقوى إلى
طاقة أكبر بعشر مرات يولدها المفاعل.
نتيجة لذلك ، يهدف تصميم معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إلى تحقيق مكاسب صافية للطاقة في وحدة أصغر بكثير.
إذا تمكنت من الانتقال إلى الحقول الأعلى ، فيمكنك جعل البعد الخطي أصغر.
يمكنك تقليص الحجم.
عند مقارنته بنظام ITER ، الذي يستخدم موصلات فائقة منخفضة الحرارة ، فإن
مفاعل SPARC MIT و CFS يصممان 2٪ فقط من حجمه.
وهذا انخفاض كبير في تكلفة البناء والوقت.
لكن هل تعمل؟
كان الإنجاز الكبير الذي حققه معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا و CFS للتو في اختبارهما الأخير هو تجميع
مغناطيس واحد كامل الحجم وتشغيله من خلال الاختبارات كما لو تم بناء توكاماك بالكامل.
سار هذا الاختبار بشكل جيد للغاية ... إلى أي مدى كان جيدًا؟
وصلت إلى مجال مغناطيسي قدره 20 تسلا.
هذه هي الوحدة التي نستخدمها.
إنه ليس أعلى حقل تم إنتاجه على الإطلاق ، أو أعلى حقل مع HTS على الإطلاق ؛
تم إنتاجها في مغناطيس صغير.
لكنه مزيج من الحجم والمجال الذي يضعه حقًا في الفصل بمفرده.
خلاصة القول هي أن هذا الاختبار أثبت الرياضيات والنظرية لتصميم مفاعل SPARC
التابع لشركة Commonwealth Fusion Systems.
كان هذا الاختبار هو الدليل النهائي للمفهوم الذي يحتاجون إليه قبل الانتقال إلى البناء الكامل.
لقد عملت بنجاح كبير وتم فتحها حقًا.
كانت آخر قطعة من اللغز تسمح لنا بالمضي قدمًا.
لقد قمنا بعمل على أساس الفيزياء لهذه التجربة الجديدة ، ونشرنا ذلك
منذ حوالي عام.
لا أعرف عنك ، لكنني كنت ... مشحونة للغاية ... عندما سمعت كل هذا.
وهذا ليس فقط من حديثي مع مارتن.
بعد 3 سنوات من البحث ، ضاعف العلماء تقريبًا من كثافة المجال
مما أدى إلى زيادة توليد الطاقة بمقدار عشرة أضعاف.
لهذا السبب يبشر قادة المشروع الآن بأن هذا سيكون معلمًا رئيسيًا
لبناء مفاعل اندماج إيجابي للطاقة منخفض الكربون.
MIT و CFS الآن ... يستهدفان النجوم ...
في عام 2025 سيقدمون عرض SPARC ، أول جهاز اندماج تجريبي في العالم
ينتج طاقة صافية.
الآن علينا فقط الانتهاء من التصميم وبناء الماكينة.
ونأمل أن يعمل بحلول عام 2025 ، وأن ينتج قوة اندماج بعد ذلك بوقت قصير.
إذن ، ما مقدار القوة التي نتحدث عنها؟
ما نستخدمه لتقديراتنا لكيفية أدائه هو نفس مجموعة القواعد الفيزيائية
المستخدمة في تجربة ITER.
تذكر أنه من المتوقع أن يكون لـ ITER Q أكبر من 10 وكذلك SPARC.
لتطوير هذا النموذج الأولي ... ممتاز ... جمعت CFS أكثر من 250 مليون دولار.
قد ترى لماذا هذا قد ... شرارة ... ثورة في الاندماج النووي التي يمكن أن تقلص بشكل كبير
نافذة الثلاثين عاما سيئة السمعة.
هذا يبدو مذهلاً.
ولكن هل هناك شيء .. انفجار .. فقاعة الاندماج المغناطيسي؟
نظرًا لتصميم SPARC المضغوط ، ستحصل على كثافة طاقة أكبر ، مما يعني
ارتفاعًا في حمل الحرارة المتولد في قلب المفاعل أثناء عملية الاندماج.
هذا الحمل الحراري العالي يجعل إدارة درجات الحرارة المرتفعة تحديًا.
يحتاج الهيكل المحيط بالمغناطيس إلى أن يظل باردًا بدرجة كافية لامتصاص الضغوط الحرارية.
لكن لن نضطر إلى الانتظار طويلاً لمعرفة مدى نجاحه في التعامل مع ذلك لأنه في غضون 4 سنوات
قد يكون مصنع اختبار SPARC قادرًا على التحقق من هذه الميزات الفنية.
في غضون ذلك ، يخطط قادة المشروع للقيام بالكثير من العمل وراء الكواليس.
المعالم الرئيسية الآن ، ربما تكون أقل بريقًا ... الانتهاء من المبنى الأول
الانتهاء من خلية الاختبار ، وصول بعض المكونات الرئيسية.
لذلك لن تكون أشياء كبيرة براقة ، لكنها مهمة جدًا للمشروع.
وهناك شيء واحد يجب أن أتطرق إليه.
إذا كنت تتابع أبحاث الاندماج ، فستعرف أن جميع اختبارات
مفاعل الاندماج هذه تعمل بشكل نموذجي لبضع ثوانٍ في كل مرة.
هذه ليست بالضرورة مشكلة في مفاعلات الاندماج بشكل عام ، ولكن كيفية تصنيع
أجهزة الاختبار هذه لتوفير التكلفة أثناء إثبات المفاهيم الأساسية.
غالبًا ما يكون لهذه التجارب أطوال نبض قصيرة جدًا.
بسبب فيزياء التجربة.
أعني ، الآلات ليست مصممة
لتكون نبضة طويلة.
يجب أن تكون أكثر تكلفة بكثير.
سيكون هناك الكثير من التكاليف مقدما.
أستطيع سماعك بالفعل.
هل الاندماج سيحدث في حياتنا؟
إذا قمنا بإنتاج صافي الطاقة في جهاز يمكن أن يتوسع بشكل واضح ، فسيؤدي ذلك إلى جذب التمويل.
سيغير السرد بشكل أساسي من الانصهار في غضون 30 عامًا دائمًا إلى ، حسنًا ، هذا
حقيقي ، وسيجذب نوع الاستثمار لبدء البناء كصناعة.
إذن ، هذه هي فرضيتنا. نحن نقوم باختباره.
لدينا أهداف جريئة إلى حد ما ، ولكن يجب أن يكون لديك نوعًا ما أهدافًا جريئة إذا كنت تريد
اللعب في هذه الساحة بالذات
، لا أعرف ما إذا كنا سنبقى على بعد 30 عامًا من الاندماج في 4 سنوات.
بغض النظر عن النكات ، أعتقد أن الطاقة النووية الأرخص والأكثر أمانًا ستكون ضرورية لمستقبل
الطاقة الخضراء.
بينما لا يزال هناك الكثير من العقبات التي يجب التغلب عليها ، فإن هذا الاختراق الأخير يثبت
أن الحصول على قوة غير محدودة من الاندماج قد يكون هدفًا واقعيًا وقابل للتحقيق في
وقت أقرب مما تعتقد.
إذن ما رأيك في الاندماج؟
هل تعتقد أن هذا الإنجاز الأخير سيغير قواعد اللعبة؟
القفز إلى التعليقات واسمحوا لي أن أعرف.
وشكرًا كما هو الحال دائمًا لرعاتي ومرحبًا بالعضوين الداعمين الجدد ديفيد وايتهاوس
وروبرت كلارك.
دعمك المباشر يساعد حقًا في إنتاج مقاطع الفيديو هذه.
عند الحديث عن ذلك ، إذا أعجبك هذا الفيديو ، فتأكد من التحقق من أحد الفيديوهات التي قمت
بربطها هنا.
واشترك واضغط على جرس الإشعارات إذا كنت تعتقد أنني فزت به.
شكرًا جزيلاً على المشاهدة وسأراكم في المرة القادمة.