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 اسمها نووي مش لطيفة .. أساساً مفاعل الضبعة النووي مقلقين منه ومستنيين 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 ايدك وأوريك النسخة المثالية من الهندسة .. عايزك تشوف بعنيك الكفاءة وهي 100% .. سحر وشعوذة أنا عارف .. عايزك تعرف إن ينفع تعمل حاجة تولد طاقة وميبقاش ليها شكمان .. إنك تشوف بعنيك إن ينفع نعمل مكنة مبتاكلش بنزين .. كل الخيال العلمي اللي أنا قلته ده إن شاء الله إحنا رايحين له والسر كله ورا العنوان .. الاندماج النووي أو Nuclear Fusion .. عارف إن أكتر سؤال بيدور في دماغك دلوقتي هو يعني إيه اندماج نووي ويفرق إيه عن التفاعل النووي Nuclear Reaction؟ .. الحقيقة إني عشان أجاوب علي السؤال ده أنا محتاج أرد بأني أسألك انت سؤال .. انت عارف الشمس بتشتغل ازاي؟
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 وبنفتي وإحنا مش فاهمين لحد ما في أكتوبر 1920 فيه بني أدم اسمه (أرثر ستانلي إيدينجتون Arthur Stanley Eddington) صدم العالم لما كتب رسالة Paper عنوانها سيكسي أوي اللي هو التكوين الداخلي للشمس The Internal Composition of the Sun وفي الرسالة دي هو شرح ازاي 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 ازاي 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 انت كده لما تيجي تجيب شوية تلج تحطهم في طاسة وتسخنهم فالحرارة لما بتزيد المادة الصلبة اللي هي الثلج بتتحول للمادة السائلة اللي هي المياه وكل 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 والسائلة والغازية تحول للصورة الرابعة من المادة اللي هي البلازما .. طبعاً انت بتسالني دلوقتي يادي النيلة هو يعني إيه بلازما دي كمان؟
طالما إنت بتتكلم عن صور المادة الثلاثة اللي إحنا عارفينهم اللي هم الصلبة والسائلة والغازية فالأساس إن بيبقي عندك ذرة والذرة دي عبارة عن نواة فيها نيترونات وبروتونات وبيدور حوليها أليكترونات .. منهج فيزياء أولي إعدادي أهو .. لما بتسخن الغاز لدرجة إنه يتحول لبلازما في حالةThermo-Nuclear Process فانت بتلاقي إن الأليكترونات بتطير واللي بيحصل إن الأليكترونات السالبة والنواة بتاع الذرة الموجبة عمالين يخبطوا في بعض في كل حتة .. عشان نوصل للاندماج النووي Nuclear Fusion فإحنا محتاجين نعمل الحاجة اللي في نفس درس الفيزياء بتاع أولي إعدادي اتقالك إنها مستحيل تحصل .. إحنا عايزين نواة موجبة وهي 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 والمتشابهات تتنافر .. عشان نعمل ده لازم نخلي النواة والأليكترونات يجروا بسرعات عالية وعشان 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 وبالتالي الضغط اللي في اللب بتاعها أو Core بيكون كبير لدرجة إنها تنفع توصل لدرجة الحرارة الفشيخة دي .. لكن لو إحنا حبينا نوصل لتكنولوجيا الاندماج 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 فانت عندك يا أسطي حل من اتنين .. 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 وفي الحالتين مياه البحر مليانه 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 اسمها ديوتيريوم Deuterium والثانية اسمها تريتيوم Tritium .. الديوتيريوم ده ربنا رزقنا بيه في مياه البحر لإن تركيزه بيكون أعلي من 150 ppm ودي نسبة حلوة جداً .. مشكلتلك بتبقي في التريتيوم .. التريتيوم شاحح شوية في الأرض .. يدوبك هم 20 كيلوجرام منه اللي موجودين وأغلبهم إتاخد في الرؤوس النووية .. ده معناه إن التريتيوم غالي ومش موجود كتير .. ده معناه برده إن إحنا محتاجين بديل والبديل ده هو هيليوم-3 وده 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 الاندماج النووي وقدروا إنهم ينقبوا عن هيليوم-3 علي القمر ويبعتوه للأرض فأي واحدة فيهم تقدر تلبي كل احتياجاتها من الطاقة لملايين السنين من غير ما توجع دماغها بالتلوث البيئي .. بعد ما فهمت هو الوقود بيجي وحيجي 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 ومررت فيه تيار كهربي حلاقي إن بيتولد مجال مغناطيسي حول السلك؟ .. جميل .. هات انت سلكين علي شكل دايرتين ومرر فيهم تيار كهربي .. حيتولد مجال مغناطيسي حيجبر البلازما إنها تمشي في أوضة مدورة وده اللي بيحصل فيها الاندماج النووي .. الطريقة دي أشهر مفاعل إندماجي حيتعمل بيها هو مفاعل اسمه ITER ودي اختصار International Thermonuclear Experimental Reactor والحقيقة إن مشروع ITER ده حكايته حكاية لوحده.
سنة 1985 وعشان يبان قدام العالم إن خلاص الحرب الباردة خلصت يا جدعان فالرئيس الأمريكي وقتها (رونالد ريجان Ronald Reagan) قعد مع الرئيس السوفيتي (ميخائيل جورباتشوف Mikhail Gorbachev) وأعلنوا مع بعض مشروع مشترك إن أميركا والإتحاد السوفيتي عشان ينسوا خلافاتهم خالص ويشتغلوا مع بعض علي إنهم يحققوا حلم الاندماج النووي علي أساس إن دي تكنولوجيا معقدة لا أميركا لوحدها ولا روسيا لوحدها حيعرفوا يفكوا طلاسمها .. سنة 1988 بدأ فريق من المهندسين الأمريكان والروس والأوروبيين يصمموا مفاعل ITER والتصميم بتاعه اتسمي توكاماك Tokamak .. سنين ولوح التصميم بتترسم لحد ما في الأخر وصلوا إن المفاعل ده حيتكون من 10 مليون قطعة بميزانية حتوصل 23.7 مليار دولار وحتشترك في تصنيع القطع دي كلها 35 دولة بحيث بص بقي الحتة الجاية دي .. إن شاء الله علي سنة 2025 المفاعل حيكون اتجمع في فرنسا وبدأ يشتغل.
الوقود بتاع المفاعل زي ما اتفقنا حيبقي ميكس من الديوتيريوم والتريتيوم .. 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 انت ممشي فيه كهرباء مصنوع من مواد اسمها Superconducting Material يعني مواد فائقة التوصيل للتيار الكهربي والسلك ده عشان يتبرد عاملين له شبكة تبريد من الهليوم درجة حرارته -269 درجة مئوية .. ده معناه إن التفاعل الإندماجي انت عايز درجة حرارته توصل أقل حاجة 14 مليون درجة مئوية بس انت بتبرده ب-269 درجة مئوية .. انت متخيل فرق درجات الحرارة عامل ازاي؟ .. طب متخيل حجم Thermal Stresses أو الإجهادات الحرارية حيبقي ازاي؟
الطريقة الثانية .. Inertial Confinement Reactor:
الطريقة دي إنك تجيب ذرة تفضل تضرب فيها لحد ما تعدمها العافية .. انت 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 وممكن 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 الاندماج النووي لسه بيقولوا يا رحمن يا رحيم وعلي فكرة احتمال ميوصلوش لحاجة أصلاً .. عارف إن لحد دلوقتي كمية الطاقة اللي بتطلع من التجارب اللي بتتعمل متجيش حاجة قصاد الفلوس والطاقة اللي بتتصرف بس حاول تحط كل ده علي جنب دلوقتي وفكر في الكلمتين الجايين .. عارف يعني إيه إن البشر يوصلوا لسر الصنعة بتاعة الاندماج النووي؟ .. تخيل معايا حضرتك برميل بنزين وجنبه كوباية مياه من البحر .. هل انت مستوعب إن الاندماج النووي بيخليك تطلع كمية طاقة من كوباية المياه المالحة أكتر من كمية الطاقة اللي بتطلع من حرق برميل بنزين؟ .. اه نسيت أقولك .. الاندماج النووي مش بيطلع أي عوادم ومش 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 ودرجة حرارتها بتقل بالتدريج ومش حتنفجر .. حتي لو حصل تسريب للتريتيوم اللي هو مكون من المكونين الاتنين للوقود بتاع المفاعلات الإندماجية فانت 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 .. ازاي عايز تفهمني إن فيه طريقة لإنتاج كمية طاقة فشيخة من غير ما تلوث البيئة ومش محتاج غير شوية مياه بحر ومحدش بيجري عشان يطبقها؟ .. الحقيقة إن المشكلة كلها في الفلوس .. هي تكنولوجيا جديدة الله أعلم حتطلع قماش ولا لا؟ .. وحتي لو طلعت قماش هل حينفع يبقي ليها إستخدامات تجارية أو لا؟ .. باختصار شديد انت محتاج دول العالم يتفقوا مع بعض إنهم يلاقوا 10 مليار دولار يرموها في التجارب اللي بتتعمل علي فكرة الاندماج النووي ويا صابت يا خابت .. يا الفلوس دي تأكلنا الشهد قدام يا الفلوس دي راحت علينا وده اللي مخلي دول كتير تقول لنفسها ما الفلوس دي ممكن نصرفها علي تطوير تكنولوجيا الطاقة المتجددة اللي فعلاً أثبتت إنها تجارية وناجحة وصديقة للبيئة؟ .. تبقي المشكلة هي هل الطاقة المتجددة حتعرف تلحقنا لوحدها؟ .. عشان نخلي الارتفاع 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 الاندماج 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
