الشمس الاصطناعية مستقبل الطاقة النظيفة

في خطوة كبيرةٍ في مجال الطاقة، اقتربت الصين من الانتهاء من بناء المشروع المسمَّى بالشمس الاصطناعية؛ وذلك ضمن منشأة في تشنغدو Chengdu عاصمة مقاطعة سيتشوان Sichuan في جنوب غرب الصين، هذه المنشأة ستُمكِّن العلماء من إجراء تجارب مهمة وضروريةٍ لتطوير مفاعل اندماج نووي (الشمس الاصطناعية) والتي قد تُفتتح قريبًا [1]. 

في مركز هذه المنشأة ستُوجَد الآلة "HL-2M" القادرة على إنتاج بلازما (وهو اسمٌ آخر للغاز الساخن) بدرجة حرارة تصل إلى 200 مليون درجة سيلزيوس، ومن الضروري جدًّا امتلاكها القدرة على إنتاج مثل هذه الكمية الهائلة من الحرارة من أجل عمليات الاندماج، وهوالمبدأ نفسه الذي تُنتج الطاقة فيه في الشمس، مع العلم أنَّ عمليات الاندماج على سطح الشمس تحدث عند درجات حرارة أقل بكثير (قرابة 15 مليون درجة مئوية) [1].

الـ "HL-2M" هو عبارة عن توكاماك tokamak، وهي آلة حلقية الشكل صُمِّمت من أجل جمع الطاقة الناتجة عن الاندماج؛ إذ تُمتص الحرارة عن طريق جدران الآلة لإنتاج البخار الذي يُحرِّك التوربينات ومن ثم توليد الكهرباء.

وتحبس هذه الآلة -عمومًا- الوقود الهيدروجيني ضمن حقول مغناطيسية أثناء تسخينه لدرجات الحرارة العالية تحت ضغط عالٍ فيتحول هذا الوقود إلى بلازما، كما هو الحال في النجوم؛ إذ تُؤمِّن البلازما الظروف المناسبة لكي تتمكن عناصر الضوء من دمج الطاقة وخسارتها [2][3].

يمكن تعديل شكل جزيئات البلازما المشحونة والتحكُّم بها بواسطة ملفات مغناطيسيةٍ ضخمة موضوعة على الوعاء؛ إذ يستخدم الفيزيائيون هذه الخاصية المهمة لحبس البلازما الساخنة بعيدًا عن جدران الوعاء.

لبدء العملية أولًا؛ يُفرَّغ الهواء والشوائب من حجرة التفريغ، ثم تُشحن أنظمة المغنطة ويُدخل الوقود الغازي. وبسبب مرور تيار كهربائي كبير ضمن الوعاء؛ يتفكك الغاز كهربائيًّا ويتحول إلى غاز متأين ويشكّل البلازما.

في حين تُشحن جزيئات البلازما وتتصادم مع بعضها لترتفع درجة حرارتها؛ تُساعد طرائق التسخين الإضافية على إيصال درجة حرارة البلازما إلى درجة حرارة الاندماج (150-300 مليون درجة سيليزيوس). وعندما تصل الجزيئات إلى هذه الدرجة من الحرارة، يُمكنها أن تتغلبَ على التنافر الإلكترومغناطيسي الطبيعي من التصادم المؤدي للاندماج مطلقةً كميات كبيرة من الطاقة [3].

ستدعم هذه المنشأة تطوير مشروع ITER والذي يشكل الصين جزءًا من الدول المشاركة فيه، إضافةً إلى روسيا والولايات المتحدة الأمريكية والهند واليابان وكوريا الجنوبية.

وعلى الرغم من خطورة الطاقة النووية، لكنَّها تبدو الخيار الأفضل نحو مستقبل معتمدٍ على الطاقة النظيفة. فهل ستكون تقنية الشمس الاصطناعية هي أوَّل أعمدة الأساس لهذا المستقبل؟

المصادر: 

1- هنا

2- هنا

3- هنا