ترويض الأشعة الحارقة للشمس

التحكم في حرارة البلازما النووية عند مئة مليون درجة.

طوّر باحثون في جامعة كيوتو نموذجًا للتوقع والتحكم في درجات حرارة الدوران لجزيئات الهيدروجين في مفاعلات الاندماج. هذا الاكتشاف يساعد في تبريد البلازما وتحسين أداء أجهزة الاندماج، مما يقدم رؤى قيمة للتقدم في مجال توليد الطاقة عبر الاندماج في المستقبل.

اكتشف فريق من الباحثين الدوليين طريقة تمكنهم من التوقع والتحكم في درجات حرارة دوران جزيئات الهيدروجين في مفاعلات الاندماج.

ربما لا يستطيع البشر ترويض الشمس، ولكن بلازما الهيدروجين والتي تتكون منها معظم الأجزاء الداخلية للشمس يمكن احتوائها في حقل مغناطيسي كجزء من توليد الطاقة النووية من الاندماج، ولكن بشروط.

تحديات احتواء البلازما

تسبب درجة حرارة البلازما المتطرفة، والتي تصل إلى 100 مليون درجة مئوية في العادة، ضررًا لجدران الاحتواء لمفاعل التوكاماك Tokamaks (مفاعل اندماج على شكل قطعة دونات). يحقن الباحثون الهيدروجين والغازات الخاملة بالقرب من جدار الجهاز لتبريد البلازما عن طريق الإشعاع وإعادة التركيب، والتي هي عكس التأين. يعد تخفيف الحمل الحراري أمرًا بالغ الأهمية لإطالة عمر جهاز الاندماج في المستقبل.

تعزيز عمليات إعادة التركيب

إن الفهم والتنبؤ لعمليات الاهتزاز والدوران لحرارة جزيئات الهيدروجين بالقرب من جدران الجهاز يمكن أن يعزز عملية إعادة التركيب، ولكن الاستراتيجيات الفعالة ضلت بعيدة المنال.

اكتشف فريق دولي من الباحثين بقيادة جامعة كيوتو Kyoto University مؤخرًا طريقة لشرح درجة حرارة الدورانية والتي قاموا بقياسها في ثلاث مفاعلات اندماج تجريبية مختلفة في اليابان والولايات المتحدة، يقيم نموذجهم تفاعلات السطح وتصادم الإلكترون بالبروتون لجزيئات الهيدروجين.

«في نموذجنا، استهدفنا التقييم على درجات الحرارة الدورانية عند مستويات الطاقة المنخفضة، مما مكننا من تفسير القياسات من عدة اجهزة تجريبية» كما بيّن المؤلف المراسل ناو يونيدا Nao Yoneda من كلية الهندسة في Kyoto University.

تحسين أداء جهاز الاندماج

بتمكين التنبؤ والتحكم بدرجة حرارة الدورانية بالقرب من سطح الجدار، استطاع الفريق من تشتيت تدفق حرارة البلازما وتحسين ظروف عمل الأجهزة.

وأضاف يونيدا: «ما زلنا نحتاج إلى فهم آلية التحفيز الدوراني والاهتزازي للهيدروجين، لكننا سعداء بمرونة نموذجنا إذ سمح لنا أيضًا بإعادة إنتاج درجات حرارة الدورانية المقاسة مسبقًا والمعروفة في الأدبيات العلمية».