ما هو اندماج الحصر بالقصور الذاتي وكيف يعمل؟

يختلف اندماج الحصر بالقصور الذاتي عن الصورة الشائعة لمفاعل يحتفظ ببلازما ساخنة داخل حلقة مغناطيسية. هنا تُسحق كبسولة وقود دقيقة في نبضة خاطفة، ويجب أن يبدأ الاندماج قبل أن تتفكك المادة المضغوطة وتبرد.

ما الذي يوجد داخل الكبسولة؟

يُستخدم عادة خليط متجمد من الديوتيريوم والتريتيوم، وهما نظيران ثقيلان للهيدروجين. يحيط بهما غلاف كروي مصمم بسماكة وانتظام شديدين. في منشأة الإشعال الوطنية، توزع حزم الليزر طاقتها حول الهدف، أحياناً بعد تحويل الضوء إلى أشعة سينية داخل أسطوانة معدنية.

تتبخر الطبقة الخارجية من الغلاف وتتجه إلى الخارج، فيندفع ما بقي إلى الداخل. يضغط الانهيار الوقود ويرفع حرارته حتى تتصادم النوى في منطقة مركزية صغيرة. تنتج التفاعلات نيوترونات ونوى هيليوم تحمل طاقة إضافية إلى الوقود.

لماذا يعتمد الحصر على القصور الذاتي؟

لا يبقى الوقود الساخن داخل وعاء صلب. تستغرق كتلته زمناً قصيراً جداً كي تبدأ التمدد، ويستغل العلماء هذه المهلة. إذا وصل الضغط والحرارة إلى المستوى المطلوب، تنتشر التفاعلات قبل أن يبرد الهدف.

لهذا السبب قد تفسد عيوب مجهرية النتيجة. تفاوت سمك الغلاف أو عدم انتظام نبضة الليزر يولد اضطرابات تخلط مادة أبرد بالمنطقة الساخنة. تصبح الكبسولة مضغوطة، لكن الاحتراق لا يكتمل بالقوة المتوقعة.

متى يُقال إن التجربة حققت الإشعال؟

يتحقق الإشعال عندما تسخن نواتج الاندماج وقوداً إضافياً فتتوسع موجة الاحتراق خلال زمن الحصر القصير. أعلنت وزارة الطاقة الأميركية في ديسمبر 2022 تحقيق أول إشعال اندماجي مخبري في منشأة الإشعال الوطنية.

قارن ذلك الإعلان طاقة الاندماج الخارجة من الهدف بطاقة الليزر التي وصلت إليه. لم تكن المنشأة كلها منتجة صافية للكهرباء، لأن تشغيل الليزر احتاج طاقة كهربائية أكبر بكثير. كما أن محطة الطاقة تحتاج تكرار العملية بدقة مرات عديدة كل ثانية.

ما الفرق عن مفاعلات الحصر المغناطيسي؟

يحتفظ التوكاماك ببلازما كبيرة ومنخفضة الكثافة نسبياً لمدة أطول بواسطة حقول مغناطيسية. أما الحصر بالقصور الذاتي فيستخدم وقوداً أعلى كثافة وزمناً أقصر بشدة. التفاعل النووي المقصود واحد، لكن مشكلات التحكم والمواد والتبريد وتداول الوقود تختلف.

ما الذي ينقص للوصول إلى محطة كهرباء؟

تحتاج المحطة إلى ليزر أكثر كفاءة، وكبسولات رخيصة متطابقة، ونظام يضع كل هدف في موضعه بسرعة، وحجرة تتحمل فيض النيوترونات المتكرر، ودورة لإنتاج التريتيوم واستعادته. ويجب أن يعوض مردود كل نبضة خسائر الليزر والتحويل الحراري وبقية المعدات.

توضح صفحة منشأة الإشعال الوطنية عن الحصر بالقصور الذاتي أن الجهاز الحالي منصة لأبحاث كثافة الطاقة العالية ومهام الأمن القومي. أما مولد الكهرباء التجاري فيحتاج تصميماً يركز على التكرار والصيانة والكلفة. تجاوز الإشعال حاجزاً فيزيائياً، لكنه لم ينجز منظومة الطاقة.