الاندماج النووي هو نوع من التفاعل النووي تصطدم فيه نواتان خفيفتان معًا لتشكلا نواةً واحدة أثقل. تكون نتائج هذا التفاعل عادةً نوى مركَّبة غير مستقرة، وبالتالي فإنها تتحلل إلى نوى أكثر استقرارًا. وينتج عن هذا الاندماج إطلاق طاقة لأن كتلة النواة الجديدة أقل من مجموع كتلتي النواتين الأصليتين. إن هذا الاختلاف في الكتلة يدل على أن جزءًا منها تحول إلى طاقة وذلك استنادًا إلى مبدأ تكافؤ الكتلة مع الطاقة . بالنسبة للعناصر الأخف من الحديد ينتج عن الاندماج النووي طاقة . أمّا بالنسبة للعناصر الأثقل من الحديد فإنها تخضع لعملية انشطار ينتج عنها طاقة. على الرغم من وجود عائد كبير من الطاقة من عملية الاندماج النووي فإنه يجب التغلب على بعض القوى من أجل بدء هذه العملية. هناك حاجة إلى الكثير من الطاقة للتغلب على قوى تنافر كولوم الموجودة بين البروتونات في النوى التي يتم دفعها لتتداخل معًا. ويجب أيضًا دفع ذرات الهيدروجين لتقترب من بعضها بما يكفي لتبدأ القوى النووية تأثيرها، ولكن يتطلب ذلك انفصالًا صغيرًا جدًا. هذا ما يجعل التحكم في تفاعل الاندماج أمرًا صعبًا.
الاندماج النووي
أنواع التفاعلات الاندماجية
هناك عدة أنواع مختلفة من تفاعلات الاندماج، ولكن معظمها يحتوي على نظيرين للهيدروجين يعرفان باسم الديوتيريوم والتريتيوم. تتضمن بعض تفاعلات الاندماج ما يلي:
- سلسلة بروتون-بروتون: يحدث هذا النوع من تفاعل الاندماج في الشمس. يتصادم زوجان من البروتونات ويشكلان ذرتي ديوتيريوم. تندمج كل ذرة ديوتريوم مرة أخرى مع بروتون لتشكل الهيليوم-3، والذي يندمج مرة أخرى ويشكل في النهاية الهيليوم-4.
- تفاعل ديوتريوم-ديوتيريوم: تندمج اثنتان من ذرات الديوتيريوم لتشكلا الهيليوم-3 والنيوترون.
- تفاعل ديوتيريوم-تريتيوم: تتحد ذرة واحدة من الديوتريوم مع ذرة واحدة من التريتيوم وتشكلان الهيليوم-4 والنيوترون. تكون معظم الطاقة المحررة هنا على شكل نيوترون عالي الطاقة. تظهر هذه العملية في الشكل رقم 1 ويظهر الرسم المتحرك في الشكل 2.
استخدام التفاعلات في توليد الطاقة
لا يوجد حاليًا أي مفاعل اندماج كبير يمكن أن يوفر طاقة للاستخدام، لأنه من الصعب على العلماء أن يصمموا طريقة غير مُدمِّرة للسيطرة على الطاقة المنطلقة أثناء الاندماج واستغلالها. تصعب السيطرة على عملية الاندماج إلى حد كبير بسبب الظروف الصعبة اللازمة لبدء التفاعل.
- أولاً: يتطلب الاندماج درجة حرارة عالية جدًا لمنح ذرات الهيدروجين طاقة كافية للتغلب على قوى التنافر بين البروتونات. يجب استخدام الطاقة المولدة من الموجات القصيرة أو الليزر لتسخين ذرات الهيدروجين إلى درجات الحرارة اللازمة. يكون الهيدروجين في درجات الحرارة هذه عبارة عن بلازما ويجب السيطرة على هذه البلازما بشكل كافٍ لاستمرار تفاعل الاندماج بالإضافة إلى تحقيق الأمان.
- ثانيًا: هناك حاجة إلى تطبيق ضغوط عالية لضغط ذرات الهيدروجين بدرجة كافية للاندماج. يتم ذلك باستخدام المجالات المغناطيسية الكثيفة جدًا أو الليزر أو حزم الأيونات. بالنسبة لمصادر الطاقة النووية المحتملة: هي تفاعل اندماج الديوتيريوم والتريتيوم لأن الظروف المطلوبة لإنجازه هي الأقل صعوبة.
تجري حاليًا أكبر تفاعلات الاندماج في المفاعل النووي الدولي (ITER) في فرنسا. بدأ بناء هذا المفاعل في عام 2013 ويستخدم طريقة معروفة باسم توكاماك (Tokamak). توفر هذه الطريقة وسيلة لاحتواء البلازما الساخنة المطلوبة للاندماج مغناطيسيًا. ومن المتوقع أن تبدأ المرحلة التجريبية للمفاعل في عام 2027.
ترجمة: حبيب بدران
تدقيق: جعفر الجزيري
اقرأ أيضًا:
بامكان التفافة صغيرة في طاقة الاندماج النووي ان تنتج طاقة نظيفة لا حد لها
الطاقة الاندماجية.. وكل ما تحتاج أن تعرفه عنها
رقم قياسي جديد في الاندماج النووي : قفزة عملاقة في السعي وراء الطاقة النظيفة !
