[البالود]

محطات توليد الطاقة انشطار نووي مثار بالاندماج
ليزر يولد الكهرباء من الوقود النووي المنضب



لقد كدح الفيزيائيون والمهندسون عقودا من الزمن لتسخير الاندماج النووي، الذي يماثل العملية التي تتوقد في القنبلة الهدروجينية وكذلك في الشمس. فيستطيع الباحثون أن ينتجوا تفاعلات الاندماج بسهولة من خلال قذف نوى الهدروجين بعضها ببعض بعنف يكفي لاندماجها وانطلاق نيوترونات وطاقة. إن الجزء الصعب هو عمل ذلك بكفاءة بحيث تُحرِّر التفاعلات طاقة أكبر مما تم استخدامها لبدء تلك التفاعلات، وهذه الحالة تسمى الاِشْتِعَال إذ تؤدي في نهاية المطاف إلى توليد الكهرباء.
لقد توصل العلماء في وحدة الاِشْتِعَال الوطنية في ليڤرمور بكاليفورنيا إلى وسيلة جديدة هي استخدام الاندماج لتحفيز الانشطار، وهو الانقسام الذري الذي يشغّل المفاعلات النووية التقليديّة. ويزعم المدير (E. موزز) أنّ هذه العملية يمكنها أن تُفضي إلى النموذج الأوليّ prototype لمحطات الطاقة في السنوات العشرين القادمة.
تنتج نبضات الليزر - في محطة ليڤرمور - انفجارات الاندماج في مركز حجرة المفاعل، مصدرة بذلك نيوترونات تقوم بشطر الذرات في طبقة اليورانيوم السميكة أو في أي وقود آخر يبطن جدران الحجرة. ويمكن للطاقة المتأتيّة من هذه الذرات المنشطرة أن تضاعف ناتج طاقة الحجرة إلى أربعة أمثاله أو أكثر. ويعود مبدأ الاندماج المحفّز للانشطار للأغراض السلميّة إلى "أبي" القنبلة الهدروجينيّة السوڤيتية (A. زاخارزڤ) الذي أطلق هذه الفكرة في خمسينات القرن الماضي.
إن كانت معظم الطاقة تأتي من الانشطار النووي، فلمَ لا نستمر مع مفاعلات الطاقة النووّية التقليديّة ونتجنب مشقة تطوير مقداح الاندماج؟ يعتمد مفاعل الانشطار على التفاعل المتسلسل الذي تقوم فيه نيوترونات متأتيّة من الذرات المنشطرة بتحفيز ذرات أكثر كي تنشطر، ويتطلب استمرار التفاعل المتسلسل وقودا من الپلوتونيوم أو اليورانيوم المخصّب، وكلاهما يمكن استخدامه كذلك في الأسلحة النووية.


اندماج ذرات منشطرة



في محطة الاندماج - الانشطار المهجنة تتولى النيترونات الناتجة من انفجارات الاندماج تحفيز عملية الانشطار فتنتفي بذلك الحاجة إلى استمرار التفاعل المتسلسل. وهذا الإجراء يوسّع قائمة الوقود المحتمل، لتضمّ اليورانيوم غير المخصّب، واليورانيوم المنضَّب (الناتج من نفايات وفيرة متأتيّة من تخصيب اليورانيوم)، أو حتى الوقود المستنزف الناتج من مفاعلات نووية أخرى، وهي نفايات ينبغي - بدلا من ذلك - أن تُخزّن لمئات الآلاف من السنين، أو يتعيَّن إخضاعُها لإعادة معالجة معقّدة وخطيرة لاستخدامها مرة أخرى في محطة الانشطار.

ثمَّة فائدةٌ أخرى هي كميّة احتراق الوقود. فالمفاعل التقليدي يَشطر نسبة ضئيلة فقط من ذرّات وقوده القابلة للانشطار قبل وجوب تغيير الوقود. ويقول (موزز) إن محطات الاندماج - الانشطار يمكنها أن تصل إلى حرق ما نسبته 90%، ولعلها لهذا السبب لا تحتاج إلا إلى جزء واحد من الوقود من أصل 20 جزءا يحتاج إليها مفاعل الانشطار التقليدي. لذا فإنّ طور "الحرق" - خلال العقد الأخير من عمر المفاعل البالغ 50 سنة تقريبا - سيخفّض مقدارَ النفايات المديدة العمر من 2500 كيلوغرام إلى 100 كيلوغرام تقريبا، وذلك على الرغم من تراجع مقدار توليد الطاقة خلال هذه السنوات.

كذلك فإن الباحثين يعكفون على دراسة مقترحات الاندماج - الانشطار القائمة على الاندماج المغنطيسي، وهو المنافس للاندماج الليزري، الذي يَحْصر تفاعل الاندماج ضمن حقول مغنطيسية قوية. في عام 2009 اقترح علماء في جامعة تكساس بمدينة أوستن مفاعلا هجينا مع مقداح اندماج مغنطيسي. ويقوم باحثون من الصين بتقييم تصاميم معدّة لتحسين إنتاج الطاقة ولتهجين وقود المفاعل التقليديّ ولحرق النفايات النوويّة.

إن طاقة الاندماج على مختلف أنواعها هي مقترح جذري. وهناك عقبات تقنية رئيسة قبل أن تصبح محطّة الطاقة واقعا ملموسا، حتى ولو قدّم مختبر (موزز) مشعِّلا هذا العام. فيتعين إنتاجٌ متقن لكميات كبيرة (وبسعر رخيص) من دريئات الاندماج البالغة الصغر والمصمّمة بإتقان. وينبغي تكرار حدوث الاشتعال 10 مرات في الثانية، وهذا يتطلب مَنْظُومَة من تقانة غير مُثبَتة (إذ إن مختبر الاِشْتِعَال الوطني تمكن في أحسن الأحوال من الوصول إلى بضع طلقات فقط على الدريئة في اليوم).



إن التصدي لإنتاج الهجين يتطلب أيضا تقانات لا يحتاج إليها الاندماج الخالص - وخصوصا طبقة الانشطار، بما في ذلك وقود الانشطار الذي يمكنه تحمّل وابل من الحرارة والنيوترونات أكبر بكثير من ذاك المعهود في المفاعل التقليديّ. وتتراوح المقترحات من كريَات صلبة متعددة الطبقات إلى سوائل مكوّنة من يورانيوم أو ثوريوم أو پلوتونيوم مُذابة في أملاح مُسَيَّلة.