كيف تعمل طاقة الاندماج والشركات الناشئة التي تسعى لتحقيقها
على مدى عقود، سعى البشر للاستفادة من قوة النجوم لتوليد الكهرباء هنا على الأرض. ولعقود تكاد تكون طويلة، كان تحقيق هذا الهدف يبدو دائماً كأنه على بعد عقد واحد فقط.
الآن، أصبحت مجموعة كبيرة من الشركات الناشئة أقرب من أي وقت مضى وتسرع في بناء مفاعلات الاندماج القادرة على تزويد الشبكة بالطاقة.
جمعت شركات الاندماج أكثر من 10 مليارات دولار من الاستثمارات، حيث جمعت أكثر من عشرة شركات أكثر من 100 مليون دولار. وقد أُغلِقت العديد من جولات التمويل الكبيرة خلال العام الماضي، حيث جذب المستثمرون إلى هذه الصناعة مع تزايد الطلب على الطاقة من مراكز البيانات ومع اقتراب شركات الاندماج من خط النهاية.
اقرأ أيضاً
تسعى طاقة الاندماج، في جوهرها، لاستخدام الطاقة المنبعثة من اندماج الذرات لتوليد الكهرباء. لطالما عرف البشر كيفية دمج الذرات لعقود، من القنبلة الهيدروجينية — مثال على الاندماج النووي غير المتحكم فيه — إلى أي من الأجهزة المتعددة للاندماج التي تم بناؤها في المختبرات حول العالم. كانت الأجهزة التجريبية للاندماج قادرة على التحكم في الاندماج النووي، وقد تمكنت واحدة منها من توليد طاقة أكثر مما كان مطلوبًا لإشعال التفاعل.
لكن لم تتمكن أي منها من إنتاج فائض يكفي لجعل محطة الطاقة ممكنة.
لحل هذه المشكلة، تحاول الشركات الناشئة في مجال الاندماج عددًا من النهج المختلفة. لدى الخبراء آراء متباينة حول أي منها لديه أفضل فرصة للنجاح، رغم أن الصناعة لا تزال في مرحلة الطفولة، لذا لا شيء مضمون.
إليك نظرة قصيرة على النهج الرئيسية لطاقة الاندماج.
حدث تك كرانش
سان فرانسيسكو، كاليفورنيا
|
13-15 أكتوبر 2026
الاحتجاز المغناطيسي
يعد الاحتجاز المغناطيسي من أكثر التقنيات استخدامًا، حيث يستخدم مجالات مغناطيسية قوية لاحتواء البلازما، وهي خليط الجسيمات المسخنة للغاية التي تعد قلب جهاز الاندماج.
يجب أن تكون المغناطيسات قوية للغاية. على سبيل المثال، تقوم شركة Commonwealth Fusion Systems (CFS) بتجميع مغناطيسات يمكن أن تولد مجالات مغناطيسية بقوة 20 تسلا، والتي تزيد بنحو 13 مرة عن آلة التصوير بالرنين المغناطيسي النموذجية. للتعامل مع كمية الكهرباء المطلوبة، تُصنع المغناطيسات من سوبر موصلات عالية الحرارة، والتي لا تزال بحاجة إلى التبريد إلى –253 درجة مئوية (–423 درجة فهرنهايت) باستخدام الهيليوم السائل.
تقوم CFS حاليًا ببناء جهاز عرض يسمى Sparc على جدول زمني أسرع بكثير في ماساتشوستس. تتوقع الشركة تشغيله في وقت ما في أواخر عام 2026، وإذا سارت الأمور بشكل جيد، ستبدأ في بناء Arc، محطة الطاقة التجارية الخاصة بها، في فيرجينيا في عام 2027 أو 2028.
هناك نوعان رئيسيان من أجهزة الاندماج التي تستخدم الاحتجاز المغناطيسي: التوكامات والستيلاراتورز.
تمت صياغة التوكامات لأول مرة بواسطة علماء سوفييت في الخمسينيات، ومنذ ذلك الحين تم دراستها على نطاق واسع. تأتي التوكامات في شكلين أساسيين — كعجلة دائرية مع ملف على شكل D وككرة بها ثقب صغير في الوسط. يعتبر Joint European Torus (JET) وITER من التوكامات التجريبية البارزة؛ تم تشغيل JET في المملكة المتحدة بين عامي 1983 و2023، في حين من المتوقع أن يبدأ تشغيل ITER في فرنسا في أواخر الثلاثينيات.
تعمل شركة Tokamak Energy البريطانية على تصميم توكاماك كروي. يتم حاليًا ترقية آلة ST40 التجريبية الخاصة بها.
الستيلاراتورز هي النوع الرئيسي الآخر من أجهزة الاحتجاز المغناطيسي. إنها مشابهة للتوكامات في أنها تحتفظ بالبلازما داخل شكل يشبه العجلة الدائرية. ولكن على عكس الجوانب الهندسية للتوكاماك، فإن الستيلاراتورز تتلوى وتدور. يتحدد الشكل غير المنتظم من خلال نمذجة سلوك البلازما وتكييف المجال المغناطيسي للعمل مع خصائصها بدلاً من فرضها في شكل منتظم.
يعد Wendelstein 7-X، وهو ستيلاراتور كبير مع لفائف موصلة تعمل بواسطة معهد ماكس بلانك لفيزياء البلازما، قد بدأ التشغيل في ألمانيا منذ عام 2015. تقوم عدة شركات ناشئة أيضًا بتطوير الستيلاراتورز الخاصة بها، بما في ذلك Proxima Fusion وRenaissance Fusion وThea Energy وType One Energy.
الاحتجاز الخامل
النهج الرئيسي الآخر للاندماج يُعرف بالاحتجاز الخامل، الذي يضغط كريات الوقود حتى تندمج الذرات داخلها.
تستخدم معظم تصاميم الاحتجاز الخامل نبضات من الضوء الليزري لضغط كريات الوقود. يتم إطلاق عدة أشعة ليزر في وقت واحد، وتلتقي نبضات الضوء الخاصة بها على كريات الوقود من جميع الزوايا في نفس الوقت.
حتى الآن، يُعتبر الاحتجاز الخامل هو النهج الوحيد الذي حقق milestone المعروف باسم breakeven العلمي، وهو عندما تطلق التفاعلات طاقة أكثر مما تستهلك. وقد حدثت تلك التجارب في منشأة National Ignition Facility (NIF) في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا. ومن الجدير بالذكر أن القياسات لتحديد breakeven العلمي لا تشمل الأشياء مثل الكهرباء المطلوبة لتشغيل المنشأة التجريبية.
ومع ذلك، ترى ما يقرب من عشرة شركات ناشئة وعدًا كافيًا في الاحتجاز الخامل بحيث تقوم بتصميم مفاعلات حوله. ومن الأمثلة البارزة التي تستخدم الليزر: Focused Energy وInertia Enterprises وMarvel Fusion وXcimer.
هناك شركتان لا تستخدمان الليزر، وهما: First Light Fusion، التي تقترح استخدام المكابس، وPacific Fusion، التي تخطط لاستخدام النبضات الكهرومغناطيسية بدلاً من الليزر.
المزيد قادم
هذان هما النهجان الرئيسيان في طاقة الاندماج، على الرغم من أنهما ليسا الوحيدان. قريبًا، سنضيف المزيد من التفاصيل حول التصاميم البديلة بما في ذلك اندماج الهدف المغناطيسي، والاحتجاز الكهرومغناطيسي، والاندماج المحفز بواسطة الميونات.