يمكنك الآن رؤية كيف تتم عملية الاندماج النووي في وعاء على شكل دونات يسمى توكاماك، وذلك بفضل التصور ثلاثي الأبعاد الجديد الذي قدمته المدرسة الخاصة في لوزان.
ما هو الاندماج النووي، ولماذا هو مهم؟
الاندماج النووي هو التفاعل الذي يمد النجوم مثل شمسنا بالطاقة. ويحدث عندما تندمج نواتان ذريتان خفيفتان، لتكوين نواة واحدة أثقل وزنًا وتطلق كمية هائلة من الطاقة في هذه العملية.
إذا تمكن البشر من تحفيز تفاعلات الاندماج النووي التي تنتج مكسبًا صافيًا للطاقة ــ بما في ذلك الطاقة اللازمة لتشغيل الأجهزة ذات الصلة ــ فقد يكون هذا بداية لمصدر طاقة موثوق به وخالي من الكربون. يمكنك قراءة المزيد عن سعي المهندسين للحصول على طاقة الاندماج النووي هنا.
يتم تنفيذ الاندماج النووي بطرق مختلفة؛ حيث تتضمن بعض الطرق استخدام الليزر بينما تعتمد طرق أخرى على البلازما شديدة السخونة. ويتم الخيار الأخير في أجهزة التوكاماك، وهي أوعية على شكل حلقة دائرية تحتوي على البلازما، والتي يمكن للفيزيائيين التحكم فيها باستخدام المجالات المغناطيسية. ويجري حاليًا بناء أكبر جهاز توكاماك في العالم في جنوب فرنسا.
ما هي هذه التصورات وماذا تظهر؟
في تصورات الاندماج النووي، قام مختبر علم المتاحف التجريبي التابع لـ EPFL بتحويل تيرابايتات من البيانات من محاكاة التوكاماك واختبارات البلازما إلى تصور ثلاثي الأبعاد يوضح كيف تتحرك الجسيمات عبر الغرفة الحلقية. الجزء الداخلي من التوكاماك هو نسخة طبق الأصل من التوكاماك ذي التكوين المتغير (TCV) التابع لـ EPFL، والذي تم رسمه من خلال مسح الجزء الداخلي من الجهاز.
وقال سامي مانان، عالم الكمبيوتر في المختبر، في بيان صادر عن EPFL: “لإنتاج صورة واحدة فقط، يتعين على النظام حساب مسارات آلاف الجسيمات المتحركة بسرعة 60 مرة في الثانية لكل عين. لقد تمكنا حتى من التقاط التآكل والتلف على بلاط الجرافيت الذي يبطن جدران المفاعل، والذي يتعرض لدرجات حرارة عالية للغاية أثناء التشغيل التجريبي لـ TCV”.
يتعين على بلاط الجرافيت في مفاعل التوكاماك أن يتحمل درجات حرارة تتجاوز 180 مليون درجة فهرنهايت (100 مليون درجة مئوية) ويتم تمثيلها بدقة في التصور. يتم تمثيل الإلكترونات باللون الأحمر، والبروتونات باللون الأخضر، والحقل المغناطيسي للتوكاماك باللون الأزرق.
وفي نفس البيان، قال باولو ريتشي، المدير الجديد لمركز البلازما السويسري التابع للمعهد الاتحادي السويسري للتكنولوجيا في لوزان: “إن الفيزياء وراء عملية التصور معقدة للغاية. تتكون أجهزة التوكاماك من العديد من الأجزاء المتحركة المختلفة: الجسيمات ذات السلوك غير المتجانس، والحقول المغناطيسية، والموجات لتسخين البلازما، والجسيمات المحقونة من الخارج، والغازات، وأكثر من ذلك. حتى علماء الفيزياء يجدون صعوبة في فرز كل شيء”.
يبدو مستقبل طاقة الاندماج مشرقًا – وقد أصبح أكثر إشراقًا حرفيًا من خلال هذه الصور المضيئة للعمل الداخلي للتوكاماك.