الشمس الاصطناعية (التوكاماك)

شمس اصطناعية!

توجد أكبر شمس اصطناعية، وتُدعى (JET)، في إنكلترا، إضافة إلى الصين وإيطاليا وسويسرا، وتُعد تقنية واعدة لتطوير محطات توليد الطاقة التي تعتمد على مبدأ الاندماج النووي، مما جعلها محط برامج بحث دولية (1).

أتى مصطلح الشمس الاصطناعية (التوكاماك Tokamak) من اختصار روسي يعني الغرفة الحلقية ذات الملفات المغناطيسية، وهي آلة تحصر البلازما باستخدام المجالات المغناطيسية ضمن حلقات على شكل دونات (1,2).

تولد مجموعة ملفات مغناطيسية حقلاً مغناطيسياً حلقياً موجهاً حول المسافة الطويلة للحلقة، في حين يولد مغناطيس كهربائي حقلاً آخر في الاتجاه القصير مما يساهم بحصر مكونات البلازما للسماح لها بعملية الاندماج (2).

بما أن قلب التوكوماك هو حجرة فراغ على شكل قطعة دونات، تصطدم في الداخل أيونات البلازما ببعضها مسببة حرارة تصل إلى 100 مليون درجة، ما يعادل 6 أضعاف حرارة مركز الشمس (1).

لبدء العملية، يُخلى قلب التوكوماك من الهواء، ثم تُشحن الأنظمة المغناطيسية التي ستساعد على حصر البلازما والتحكم فيها ثم يُدخل غاز الهيدروجين (1).

وعندما يُمرر التيار الكهربائي العالي، يتفكك غاز الهيدروجين كهربائيًّا ويتأين (أي تُجرَّد الذرات من إلكتروناتها)، وبذلك تتشكل البلازما (1).

يمكن لجزيئات البلازما التي تُسخَّن إلى درجات حرارة عالية أن تتغلب على القوى الكهرومغناطيسية التنافرية المتشكلة بينها، فتندمج وتطلق كميات هائلة من الطاقة (1).

تُمتص الطاقة الناتجة عن اندماج الذرات في صورة طاقة حرارية في جدران الحجرة تمامًا مثل محطات التوليد العادية، إذ تُستخدم هذه الطاقة فيما بعد لإنتاج البخار ثم الكهرباء عن طريق التوربينات والمولدات (1).

طُوِّرَ التوكوماك للمرة الأولى في الاتحاد السوفييتي، وشُغِّل في برينستون خلال الأعوام 1982-1997، وفي عام 1993 حُصِل على طاقة اندماجية تساوي 5.6 مليون واط (3).

المصادر: