لينك التسجيل الصوتي للمقالة علي ساوند كلاود:
https://soundcloud.com/user-112011687-312727988/aac-1?si=4aa8459d9e2f4e3bbe8c295d77d623e3&utm_source=clipboard&utm_medium=text&utm_campaign=social_sharing
العنوان يخض أنا عارف .. إحنا علاقتنا بأي حاجة يتقال جنب إسمها نووي مش لطيفة .. أساساً مفاعل الضبعة النووي مقلقين منه و مستنيين اليوم اللي يتقالنا فيه مبيعرفش يوجفها مبيعرفش يوجفها علي رأي الفنان (ممدوح عبدالعليم) الله يرحمه في فيلم بطل من ورق .. بس النهاردة أنا عايز أخدك من إيدك و أوريك النسخة المثالية من الهندسة .. عايزك تشوف بعنيك الكفاءة و هي 100% .. سحر و شعوذة أنا عارف .. عايزك تعرف إن ينفع تعمل حاجة تولد طاقة و ميبقاش ليها شكمان .. إنك تشوف بعنيك إن ينفع نعمل مكنة مبتاكلش بنزين .. كل الخيال العلمي اللي أنا قلته ده إن شاء الله إحنا رايحين له و السر كله ورا العنوان .. الإندماج النووي أو Nuclear Fusion .. عارف إن أكتر سؤال بيدور في دماغك دلوقتي هو يعني إيه إندماج نووي و يفرق إيه عن التفاعل النووي Nuclear Reaction؟ .. الحقيقة إني عشان أجاوب علي السؤال ده أنا محتاج أرد بأني أسألك إنت سؤال .. إنت عارف الشمس بتشتغل إزاي؟
لحد سنة 1920 مكنش فيه حد عارف يجاوب علي السؤال ده .. كلنا كنا عارفين إن الشمس بتولد كمية طاقة رهيبة بس الله أعلم هي بتجيب الطاقة دي كلها منين؟ .. فضلنا بنهبد و بنفتي و إحنا مش فاهمين لحد ما في أكتوبر 1920 فيه بني أدم إسمه (أرثر ستانلي ايدينجتون Arthur Stanley Eddington) صدم العالم لما كتب رسالة Paper عنوانها سيكسي أوي اللي هو التكوين الداخلي للشمس The Internal Composition of the Sun و في الرسالة دي هو شرح إزاي الشمس بتشتغل .. اللي الأخ (إيدينجتون) قاله إن أكيد فيه تفاعل علي مستوي أقل من الذرة Subatomic Reaction هو السبب .. (إيدينجتون) فتح الباب لكتير من العلماء إنهم يدعبسوا وراه عشان يفهموا أكتر هي إزاي الشمس بتشتغل لحد ما الحمد لله عرفنا الإجابة .. الفكرة كلها في 3 كلمات اللي هم Thermo-Nuclear Process أو عملية نووية حرارية .. ركز معايا بقي .. إني أقولك Thermo-Nuclear ده معناه إني بتكلم عن مكان درجة حرارته عالية فشخ لدرجة إنك زي ما إنت كده لما تيجي تجيب شوية تلج تحطهم في طاسة و تسخنهم فالحرارة لما بتزيد المادة الصلبة اللي هي الثلج بتتحول للمادة السائلة اللي هي المياه و كل ما تزود حرارة فبتلاقي إن المياه تحولت لبخار .. اللي أنا بتكلم عنه لما بقولك كلمة Thermo-Nuclear إن البخار نفسه اللي هو صورة من الصور الثلاثة للمادة اللي هم الصلبة و السائلة و الغازية تحول للصورة الرابعة من المادة اللي هي البلازما .. طبعاً إنت بتسالني دلوقتي يادي النيلة هو يعني إيه بلازما دي كمان؟
طالما إنت بتتكلم عن صور المادة الثلاثة اللي إحنا عارفينهم اللي هم الصلبة و السائلة و الغازية فالأساس إن بيبقي عندك ذرة و الذرة دي عبارة عن نواة فيها نيترونات و بروتونات و بيدور حوليها أليكترونات .. منهج فيزياء أولي إعدادي أهو .. لما بتسخن الغاز لدرجة إنه يتحول لبلازما في حالةThermo-Nuclear Process فإنت بتلاقي إن الأليكترونات بتطير و اللي بيحصل إن الأليكترونات السالبة و النواة بتاع الذرة الموجبة عمالين يخبطوا في بعض في كل حتة .. عشان نوصل للإندماج النووي Nuclear Fusion فإحنا محتاجين نعمل الحاجة اللي في نفس درس الفيزياء بتاع أولي إعدادي إتقالك إنها مستحيل تحصل .. إحنا عايزين نواة موجبة و هي بتجري تقوم خابطه في نواة موجبة برده بس بدل ما يبعدوا عن بعض زي ما قاعدة إن الشحنات المتشابهة تتنافر بتقول فأنا عايزينهم يحضنوا في بعض أو يندمجوا مع بعض .. أيوه إحنا عايزين نكسر قانون إن المتضادات تتجاذب و المتشابهات تتنافر .. عشان نعمل ده لازم نخلي النواة و الأليكترونات يجروا بسرعات عالية و عشان ده يحصل لازم نخلي درجه الحرارة عالية .. عالية أوي .. عالية خالص .. درجة حرارة ممكن توصل 14 مليون درجه مئوية.
الشمس لما ربنا خلقها خلي حجمها ضخم جداً و بالتالي الضغط اللي في اللب بتاعها أو Core بيكون كبير لدرجة إنها تنفع توصل لدرجة الحرارة الفشيخة دي .. لكن لو إحنا حبينا نوصل لتكنولوجيا الإندماج النووي حنجيب ال14 مليون درجة مئوية دول منين؟ .. هنا بقي الهندسة بتخش .. إحنا فهمنا الفيزياء بتاعة الإندماج النووي .. دلوقتي جه وقت نفهم الهندسة بتاعته .. عشان توصل للحرارة دي فإنت عندك يا أسطي حل من إتنين .. طريقة بيسموها Magnet Confinement .. و طريقة بيسموها Inertial Confinement بس قبل ما نفهمك الفرق بين الطريقتين تعالي نفهمك هو إيه المشترك بينهم اللي هو الوقود .. أي مكنة في الدنيا بما فيها المفاعلات النووية محتاجة وقود تحرقه عشان في الأخر تدينا طاقة .. في حالة المفاعلات الإندماجية فالوقود اللي إحنا بنستخدمه هو مياه البحر .. أيوه مياه البحر.
السر إنك يا محتاج يا هيدروجين يا هليوم و في الحالتين مياه البحر مليانة بيهم بس هي فيه تريكاية صغيرة .. إحنا مش عايزين الهليوم العادي بتاعنا اللي إحنا لما بناخد منه نفس بنلاقي صوتنا إتغير .. لا مش ده .. إحنا محتاجين نسختين منه اللي بتتسمي النظائر المشعة Isotope بحيث إن واحدة فيهم إسمها ديوتيريوم Deuterium و الثانية إسمها تريتيوم Tritium .. الديوتيريوم ده ربنا رزقنا بيه في مياه البحر لإن تركيزه بيكون أعلي من 150 ppm و دي نسبة حلوة جداً .. مشكلتلك بتبقي في التريتيوم .. التريتيوم شاحح شوية في الأرض .. يدوبك هم 20 كيلوجرام منه اللي موجودين و أغلبهم إتاخد في الرؤوس النووية .. ده معناه إن التريتيوم غالي و مش موجود كتير .. ده معناه برده إن إحنا محتاجين بديل و البديل ده هو هيليوم-3 و ده واحد من Isotopes بتوع الهليوم .. المشكلة إن برده هيليوم-3 شاحح علي الأرض بس موجود بالهبل علي القمر .. شفت بقي .. عشان كده NASA عايزه تبني محطة فضائية علي القمر .. عشان كده الصين هي كمان بتسعي إنها تعمل محطة فضائية ليها برده علي القمر .. لو الصين أو حتي أميركا فكت شفرة الإندماج النووي و قدروا إنهم ينقبوا عن هيليوم-3 علي القمر و يبعتوه للأرض فأي واحدة فيهم تقدر تلبي كل إحتياجاتها من الطاقة لملايين السنين من غير ما توجع دماغها بالتلوث البيئي .. بعد ما فهمت هو الوقود بيجي و حيجي منين فتعالي نفهم الفرق بين الطريقتين اللي بتشتغل بيهم المفاعلات الإندماجية.
الطريقة الأولانية .. Magnetic Confinement Reactor:
عارف التيار الكهرومغناطيسي؟ .. مش فاكر صح .. مش مشكلة حفكرك .. هو أنا مش لو جبت سلك و مررت فيه تيار كهربي حلاقي إن بيتولد مجال مغناطيسي حول السلك؟ .. جميل .. هات إنت سلكين علي شكل دايرتين و مرر فيهم تيار كهربي .. حيتولد مجال مغناطيسي حيجبر البلازما إنها تمشي في أوضة مدورة و ده اللي بيحصل فيها الإندماج النووي .. الطريقة دي أشهر مفاعل إندماجي حيتعمل بيها هو مفاعل إسمه ITER و دي إختصار International Thermonuclear Experimental Reactor و الحقيقة إن مشروع ITER ده حكايته حكاية لوحده.
سنة 1985 و عشان يبان قدام العالم إن خلاص الحرب الباردة خلصت يا جدعان فالرئيس الأميريكي وقتها (رونالد ريجان Ronald Reagan) قعد مع الرئيس السوفيتي (ميخائيل جورباتشوف Mikhail Gorbachev) و أعلنوا مع بعض مشروع مشترك إن أميركا و الإتحاد السوفيتي ينسوا خلافاتهم خالص و يشتغلوا مع بعض علي إنهم يحققوا حلم الإندماج النووي علي أساس إن دي تكنولوجيا معقدة لا أميركا لوحدها ولا روسيا لوحدها حيعرفوا يفكوا طلاسمها .. سنة 1988 بدأ فريق من المهندسين الأمريكان و الروس و الأوروبيين يصمموا مفاعل ITER و التصميم بتاعه إتسمي توكاماك Tokamak .. سنين و لوح التصميم بتترسم لحد ما في الأخر وصلوا إن المفاعل ده حيتكون من 10 مليون قطعة بميزانية حتوصل 23.7 مليار دولار و حتشترك في تصنيع القطع دي كلها 35 دولة بحيث بص بقي الحتة الجاية دي .. إن شاء الله علي سنه 2025 المفاعل حيكون إتجمع في فرنسا و بدأ يشتغل.
الوقود بتاع المفاعل زي ما إتفقنا حيبقي ميكس من الديوتيريوم و التريتيوم .. حيبقي عندك سلك كهرباء حتمشي فيه تيار كهربي شدته 15 مليون أمبير .. عارف إن دي أرقام فلكية تحسها أخطاء في الكتابة بس دي أرقام حقيقية .. بحيث إن في الأخر توصل البلازما لدرجة حرارة 150 مليون درجة مئوية .. أيوه والله الأرقام دي حقيقية.
مشكلة الطريقة دي أو خلينا نقول مشكلة مفاعل ITER هو إن السلك اللي إنت ممشي فيه كهرباء مصنوع من مواد إسمها Superconducting Material يعني مواد فائقة التوصيل للتيار الكهربي و السلك ده عشان يتبرد عاملين له شبكة تبريد من الهليوم درجة حرارته -269 درجة مئوية .. ده معناه إن التفاعل الإندماجي إنت عايز درجة حرارته توصل أقل حاجة 14 مليون درجة مئوية بس إنت بتبرده ب-269 درجة مئوية .. إنت متخيل فرق درجات الحرارة عامل ازاي؟ .. طب متخيل حجم Thermal Stresses أو الإجهادات الحرارية حيبقي إزاي؟
الطريقة الثانية .. Inertial Confinement Reactor:
الطريقة دي إنك تجيب ذرة تفضل تضرب فيها لحد ما تعدمها العافية .. إنت بتجيب أشعة ليزر تفضل موجهها علي حتة وقود نووي لحد ما تندمج .. حالياً فيه تجربة بيقوم بيها National Ignition Facility مستخدمين فيها أقوي شعاع ليزر في أميركا و ممكن في مقالة تانية نبقي نتكلم عن الطريقة دي لإن فعلياً محدش بيتكلم عليها مقارنة بالطريقة الأولانية.
عارف إن لحد دلوقتي كل اللي بقوله ده يعتبر خيال علمي .. عارف إن المهندسين اللي شغالين علي فكرة الإندماج النووي لسه بيقولوا يا رحمن يا رحيم و علي فكرة إحتمال ميوصلوش لحاجة أصلاً .. عارف إن لحد دلوقتي كمية الطاقة اللي بتطلع من التجارب اللي بتتعمل متجيش حاجة قصاد الفلوس و الطاقة اللي بتتصرف بس حاول تحط كل ده علي جنب دلوقتي و فكر في الكلمتين الجايين .. عارف يعني إيه إن البشر يوصلوا لسر الصنعة بتاعة الإندماج النووي؟ .. تخيل معايا حضرتك برميل بنزين و جنبه كوباية مياه من البحر .. هل إنت مستوعب إن الإندماج النووي بيخليك تطلع كمية طاقة من كوباية المياه المالحة أكتر من كمية الطاقة اللي بتطلع من حرق برميل بنزين؟ .. اه نسيت أقولك .. الإندماج النووي مش بيطلع أي عوادم و مش محتاجله شكمان .. نقطة تانية إن المفاعل الإندماجي مش حاجة زي تشيرنوبيل كده .. لا خالص .. المفاعل الإندماجي مش قنبلة .. لو حصل حاجة غلط في التفاعل فالبلازما بتهدي و درجة حرارتها بتقل بالتدريج و مش حتنفجر .. حتي لو حصل تسريب للتريتيوم اللي هو مكون من المكونين الإتنين للوقود بتاع المفاعلات الإندماجية فإنت فبتستخدم كمية تريتيوم بتتقاس بالجرامات اللي هو حتي لو رميتها في مياه البحر مش حيحصل حاجة.
وسط كل ده فإنت أكيد بتقول لنفسك ما هو أكيد فيه مصيبة .. أكيد فيه مشكلة .. إزاي عايز تفهمني إن فيه طريقة لإنتاج كمية طاقة فشيخة من غير ما تلوث البيئة و مش محتاج غير شوية مياه بحر و محدش بيجري عشان يطبقها؟ .. الحقيقة إن المشكلة كلها في الفلوس .. هي تكنولوجيا جديدة الله أعلم حتطلع قماش ولا لا؟ .. و حتي لو طلعت قماش هل حينفع يبقي ليها إستخدامات تجارية أو لا؟ .. بإختصار شديد إنت محتاج دول العالم يتفقوا مع بعض إنهم يلاقوا 10 مليار دولار يرموها في التجارب اللي بتتعمل علي فكرة الإندماج النووي و يا صابت يا خابت .. يا الفلوس دي تأكلنا الشهد قدام يا الفلوس دي راحت علينا و ده اللي مخلي دول كتير تقول لنفسها ما الفلوس دي ممكن نصرفها علي تطوير تكنولوجيا الطاقة المتجددة اللي فعلاً أثبتت إنها تجارية و ناجحة و صديقة للبيئة؟ .. تبقي المشكلة هي هل الطاقة المتجددة حتعرف تلحقنا لوحدها؟ .. عشان نخلي الإرتفاع في درجة حرارة الكرة الأرضية يقل عن حاجز ال1.5 درجة مئوية لازم بقدرة قادر العالم يخفض إنتاجه من غاز ثاني أكسيد الكربون بنسبة 45% قبل سنة 2030 .. ده سباق سرعة العالم مستحيل يكسبه .. ليه لا نتشعلق بقشاية الإندماج النووي؟
المصادر:
- فيديو بعنوان Fusion Power Explained – Future or Failure نشر علي YouTube و ده لينك الفيديو:
https://www.youtube.com/watch?v=mZsaaturR6E - مقاله بعنوان Fusion Energy Gets Ready to Shine – Finally نشرت علي موقع Wired و ده لينك المقالة الأصلية:
https://www.wired.com/story/fusion-energy-iter-reactor-ready-to-shine/ - مقاله بعنوان 30 Years Later, This Big Boy Fusion Reactor is Almost Ready to Turn on نشرت في مجلة Popular Mechanics و ده لينك المقالة الأصلية:
https://www.popularmechanics.com/science/a30705490/nuclear-fusion-iter-reactor-tokamak/ - مقالة بعنوان Nuclear fusion is ‘a question of when, not if’ نشرت في موقع هيئة الإذاعة البريطانية BBC و ده لينك المقالة الأصلية:
https://www.bbc.com/news/science-environment-50267017
