الشمس الاصطناعية (التوكاماك)
الفيزياء والفلك >>>> فيزياء
Image: https://www.foronuclear.org/wp-content/uploads/2021/03/Portada-854x465.png
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).
Image: https://img.i-scmp.com/cdn-cgi/image/fit=contain,width=1098,format=auto/sites/default/files/styles/1200x800/public/images/methode/2018/11/17/e9812680-e9a6-11e8-bfde-9434090d4df7_1280x720_013357.jpg?itok=efzI4SvN
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).
Image: https://d.newsweek.com/en/full/2085014/tokamak-reactor.webp?w=790&f=a1ea47e47cf270b6ae788d180b5b2317
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).
Image: https://www.energy.gov/sites/default/files/styles/full_article_width/public/2020/05/f74/gpawg-tokamaks-1.jpg?itok=Y2LbA638
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).
Image: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/24/Artificial-sun-china-temperature-record-1200x630.jpg
لبدء العملية، يُخلى قلب التوكوماك من الهواء، ثم تُشحن الأنظمة المغناطيسية التي ستساعد على حصر البلازما والتحكم فيها ثم يُدخل غاز الهيدروجين (1).
Image: https://www.iaea.org/sites/default/files/tokamak.png
وعندما يُمرر التيار الكهربائي العالي، يتفكك غاز الهيدروجين كهربائيًّا ويتأين (أي تُجرَّد الذرات من إلكتروناتها)، وبذلك تتشكل البلازما (1).
Image: https://www.iaea.org/sites/default/files/stellartor.png
يمكن لجزيئات البلازما التي تُسخَّن إلى درجات حرارة عالية أن تتغلب على القوى الكهرومغناطيسية التنافرية المتشكلة بينها، فتندمج وتطلق كميات هائلة من الطاقة (1).
Image: https://external-preview.redd.it/advancing-fusion-energy-researchers-achieve-record-breaking-v0-7mXEUI-8QVp4QSDCZKqIZg1BHBM5rJwtI34CdkNxwnI.jpg?width=1080&crop=smart&auto=webp&s=d1ff46d9c840744274bbf685200ebe92d87f595d
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).
Image: https://www.bay-fusion.co.uk/wp-content/uploads/2021/03/fusion_power.png
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).
Image: https://static.politico.com/dims4/default/55a1666/2147483647/resize/1110/quality/100/?url=https://static.politico.com/03/11/c97f3a824b0ebcbbd5e6d4f7578a/466ae7af5b8643a2a4d0b4543b2c1d3a.jpeg
المصادر:
