إيتر والتوكاماك

إيتر و التوكاماك

ما هو جهاز إيتر والتوكاماك

تُولد محطات الطاقة الكهربائية الكهرباء عبر تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية باستخدام أجهزة معينة، من مثل العنفات (turbine). وفي محطات الطاقة البخارية التي تعتمد على حرق الفحم، يساهم احتراق الفحم في تحويل الماء إلى بخار، ومن ثمّ يُدور البخار مولدات العنفة، لتنتج بدورها الكهرباء. تعتمد محطات الطاقة الحالية إما على الوقود الأحفوري، أو الانشطار النووي (nuclear fission)، أو المصادر المتجددة (renewable sources)، مثل الهيدروليكية.

الأنصهار

الانصهار: هو مصدر الطاقة من الشمس والنجوم. في حرارة هائلة والجاذبية في صميم هذه الهيئات ممتاز، نوى الهيدروجين تصطدم، تندمج ذرات الهيليوم أثقل وتطلق كميات هائلة من الطاقة في هذه العملية.
حدد العلوم الانصهار في القرن العشرين تفاعل الاندماج الأكثر كفاءة في إعداد مختبر ليكون التفاعل بين نظيرين الهيدروجين، الديوتيريوم (D) والتريتيوم (T). رد فعل الانصهار DT تنتج مكاسب أعلى للطاقة في درجات الحرارة "أدنى".
يجب الوفاء بثلاثة شروط لتحقيق الانصهار في المختبر: درجة حرارة عالية جدا (بناء على أمر من 150،000،000 درجة مئوية)؛ كافية كثافة الجسيمات البلازما (لزيادة احتمال التصادم لم يحدث). ويكفي الوقت الحبس (لعقد البلازما، التي لديها الميل إلى التوسع، في حجم محدد).
في درجات الحرارة القصوى، يتم فصل الإلكترونات من النواة ويصبح الغاز البلازما غالبا ما يشار إليها على أنها الحالة الرابعة للمادة. توفر البلازما الانصهار البيئة في العناصر التي يمكن للضوء أن تلتحم وإنتاج الطاقة.
في جهاز توكاماك، وتستخدم مجالات مغناطيسية قوية لحصر ومراقبة البلازما.

التوكاماك

التوكاماك (Tokamak): هو عبارة عن جهاز تجريبي مصمم للاستفادة من الطاقة الناجمة عن الاندماج النووي (Fusion). وداخل هذا الجهاز، تُمتص الطاقة الناتجة عن اندماج الذرات، على شكل حرارة، بواسطة جدران الوعاء الحاوي. وتمامًا كما هي الحال في محطات الطاقة التقليدية، ستستخدم محطة الاندماج النووي هذه الحرارة لإنتاج البخار، ومن ثمّ الكهرباء، بالاعتماد على العنفات والمولدات.

كيف يعمل التوكاماك

الجزء المركزي للتوكاماك عبارة عن حجرة فراغ مشابهة لحلوى الدونات. داخل هذه الحجرة، ونتيجة لتأثير الحرارة والضغط الشديدين، يتحول الوقود الهيدروجيني الغازي إلى بلازما (plasma) -غاز مشحون كهربائياً وساخن. توفر البلازما داخل النجوم، كما هي الحال مع جهاز الاندماج، البيئة المناسبة لاندماج العناصر الخفيفة، ما يؤدي إلى تحرر الطاقة الناتجة عن هذه العملية.
من الممكن تشكيل الجسيمات المشحونة للبلازما والتحكم بها باستخدام ملفات مغناطيسية ضخمة تُوضع حول الوعاء. وفي العادة، يستخدم علماء الفيزياء هذه الخاصية المهمة لاحتواء البلازما الساخنة وإبعادها عن جدران الوعاء. وقد حصل هذا الجهاز على اسمه نسبة للاختصار الروسي، الذي يعني الحجرة الحلقية ذات الملفات المغناطيسية (toroidal chamber with magnetic coils).
وللبدء بالعملية، لا بدّ من طرد الهواء والملوثات الأخرى من حجرة الفراغ. وبعد ذلك، تُشغل الأنظمة المغناطيسية المستخدمة لاحتواء البلازما والتحكم بها، ويُحقن الجهاز بالوقود الغازي. ونتيجة لمرور تيار كهربائي هائل عبر الوعاء، فإن الغاز يتحطم كهربائياً ويتأين -أي تُجرد الأنوية من الكتروناتها- وبالتالي تتشكل البلازما.
ومع ازدياد طاقة جسيمات البلازما وتصادمها ببعضها البعض، فإن درجة حرارتها ترتفع أيضاً؛ وتساعد طرق التسخين الثانوية في رفع درجات حرارة البلازما لتصل إلى القيم اللازمة لتحقيق الاندماج (بين 150 مليون و300 مليون درجة سيلسيوس). وبالتالي تصبح لدى الجسيمات حينها الطاقة اللازمة للتغلب على التنافر الكهرومغناطيسي الطبيعي لتنصهر، مطلقةً بذلك كميات هائلة من الطاقة.
ومنذ تطويره للمرة الأولى بواسطة الاتحاد السوفيتي في ستينات القرن الماضي، تبنت كثير من دول العالم مبدأ التوكاماك واعتبروه التشكيل الواعد في مجال الوصول إلى جهاز الاندماج النووي. وسيُمثل "إيتر" (ITER) أكبر جهاز توكاماك موجود في العالم، إذ يفوق حجمه حجم أكبر جهاز موجود حالياً بمرتين، كما أنّ حجم حجرة البلازما أكبر بعشرات المرات.

الدول المشاركة في المشروع

مشروع ايتر هو التعاون على امتداد العالم من 35 دولة. وايتر الأعضاء الصين ، و الاتحاد الأوروبي ، الهند ، اليابان ، كوريا ، روسيا و الولايات المتحدة تضافرت الموارد للتغلب على واحد من أعظم الحدود في العلوم-استنساخ على الأرض ل طاقة لا حدود لها التي تغذي الشمس والنجوم. كما الموقعة على اتفاق ايتر، التي أبرمت في عام 2006، فإن الأعضاء السبعة حصة من تكلفة بناء المشروع، وتشغيل وإيقاف التشغيل. كما أنها سوف تشارك النتائج التجريبية وأي الملكية الفكرية الناتجة عن مرحلة التشغيل. أوروبا هي المسؤولة عن الجزء الأكبر من تكاليف البناء (45.6 في المئة). ويشارك في بقية بالتساوي الصين، الهند، اليابان، كوريا، روسيا والولايات المتحدة (9.1 في المئة لكل منهما). الأعضاء تقديم مساهمة نقدية صغيرة جدا لهذا المشروع:. بدلا من ذلك، سوف يتم تسليم تسعة أعشار من المساهمات في منظمة ايتر في شكل مكونات الانتهاء، أنظمة أو المباني مجتمعة، تمثل الأعضاء ايتر ثلاث قارات، أكثر من 40 لغة، نصف سكان العالم و 85 في المئة من الناتج المحلي الإجمالي العالمي. في مكاتب منظمة ايتر (فريق وسط) وتلك من وكالات المحلية سبعة، في المختبرات وفي الصناعة، حرفيا الآلاف من الأشخاص الذين يعملون في اتجاه نجاح ايتر.

المصدر

☆موقع المصدر