قام فريق من الفيزيائيين والمهندسين في جامعة برينستون ببناء مفاعل اندماجي ملتوي يعرف باسم النجم الذي يستخدم المغناطيس الدائم، مما يعرض طريقة فعالة من حيث التكلفة لبناء الآلات القوية. وتعتمد تجربتهم، التي تسمى MUSE، على أجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد وجاهزة للاستخدام.
الاندماج النووي، وهو التفاعل الذي يغذي النجوم مثل شمسنا، ينتج كميات هائلة من الطاقة عن طريق دمج الذرات (يجب عدم الخلط بينه وبين الانشطار النووي، الذي ينتج طاقة أقل عن طريق تقسيم الذرات). الانشطار النووي هو التفاعل الذي يحدث في قلب المفاعلات النووية الحديثة التي تزود الشبكات الكهربائية بالطاقة؛ لم يتمكن العلماء بعد من حل قانون الاندماج النووي كمصدر للطاقة. وحتى بمجرد الوصول إلى هذا الهدف الذي طال انتظاره، فإن توسيع نطاق التكنولوجيا و مما يجعلها قابلة للحياة تجاريا هو الوحش الخاص بها.
إن أجهزة النجوم عبارة عن أجهزة على شكل مطواة تحتوي على بلازما ذات درجة حرارة عالية، والتي يمكن ضبطها لتعزيز ظروف تفاعلات الاندماج. وهي تشبه التوكاماك، أجهزة على شكل كعكة الدونات تقوم بإجراء تفاعلات الاندماج. يعتمد التوكاماك على الملفات اللولبية، وهي مغناطيسات تحمل تيارًا كهربائيًا. موسى مختلف.
“إن استخدام المغناطيس الدائم هو طريقة جديدة تمامًا لتصميم النجوم” قال توني تشيان، عالم فيزياء في جامعة برينستون والمؤلف الرئيسي لورقتين بحثيتين منشورتين في مجلة مجلة فيزياء البلازما و الاندماج النووي التي تصف تصميم تجربة MUSE. “تتيح لنا هذه التقنية اختبار أفكار جديدة لحصر البلازما بسرعة وبناء أجهزة جديدة بسهولة.”
لا يحتاج المغناطيس الدائم إلى تيار كهربائي لتوليد مجالات المغناطيس الخاصة به، ويمكن شراؤه من الأسواق. وقد قامت تجربة MUSE بإلصاق هذه المغناطيسات على غلاف مطبوع ثلاثي الأبعاد.
“لقد أدركت أنه حتى لو كانت موجودة بجانب مغناطيسات أخرى، فإن المغناطيسات الأرضية النادرة الدائمة يمكنها توليد والحفاظ على المجالات المغناطيسية اللازمة لحصر البلازما حتى يمكن أن تحدث تفاعلات اندماجية،” مايكل زارنستورف، عالم أبحاث في مختبر فيزياء البلازما بالجامعة و الباحث الرئيسي في مشروع MUSE، في بيان صحفي. “هذه هي الخاصية التي تجعل هذه التقنية تعمل.”
في العام الماضي، اكتشف العلماء في مختبر لورانس ليفرمور الوطني التابع لوزارة الطاقة (LLNL) حقق التعادل في تفاعل الاندماج; وهذا هو أنتج التفاعل طاقة أكثر مما يلزم لتشغيله. ومع ذلك، فإن هذا التكريم يتجاهل “قوة الجدار” اللازمة للحث على رد الفعل. وبعبارة أخرى، لا يزال هناك طريق طويل جدًا أمامنا.
تم إنجاز اختراق LLNL عن طريق تسليط أشعة ليزر قوية على حبيبات من الذرات، وهي عملية مختلفة عن تفاعلات الاندماج القائمة على البلازما التي تحدث في التوكاماك والستيلاراتور. تعديلات صغيرة على الأجهزة، مثل استخدام المغناطيس الدائم في MUSE أو محول تنجستن مطور في KSTAR tokamak، مما يسهل على العلماء تكرار الإعدادات التجريبية وإجراء التجارب في درجات حرارة عالية لفترة أطول.
مجتمعة، ستسمح هذه الابتكارات للعلماء بالقيام بذلك أكثر مع البلازما في متناول أيديهم، وربما – فقط ربما – يصلون إلى الهدف المتبجح المتمثل في طاقة اندماجية قابلة للاستخدام وقابلة للتطوير.