الشمس الاصطناعية في الصين
ما هي الشمس التي تصنعها الصين
الشمس الاصطناعية في شرق الصين هي جهاز تجريبي للاندماج النووي المتقدم، ويقع في شرق البلاد مفاعل توكاماك التجريبي المتقدم. يعمل معهد فيزياء البلازما في هيفي، التابع للأكاديمية الصينية للعلوم الاصطناعية، على تكرار عملية الاندماج النووي، ويعتبر هذا التفاعل نفسه الذي يحدث في الشمس لتوليد الطاقة. حاليا، تقوم الصين بتشغيل أكبر جهاز بحثي تجريبي للاندماج النووي في البلاد وأكثرها تقدما.
في الآونة الأخيرة، اختبرت الصين شمسا اصطناعية، وتم إنتاجها من خلال مفاعل اندماج نووي يمكن أن يولد طاقة لسنوات عديدة. على الرغم من أن عملية الاندماج مكلفة جدا، إلا أن الاختبارات التي تجريها الصين قد تساعد الباحثين في تطوير طرق لتخفيض تكلفتها. يطلق على هذه الشمس الاصطناعية اسم HL-2M، وهي تعمل بواسطة مفاعل اندماج توكاماك الموجود في معهد الجنوب الغربي في مدينة تشنغدو في الصين.
كيف تعمل الشمس الاصطناعية
يعمل الشمس الاصطناعية عن طريق الاندماج النووي، ويتم ذلك باستخدام جهاز نووي ينتج كميات كبيرة من الطاقة دون إنتاج كميات كبيرة من النفايات، وفي الماضي كانت الطاقة تنتج بواسطة الانشطار النووي، وهو عملية تتضمن تقسيم نواة ذرة ثقيلة إلى نواتين أو أكثر، وعلى الرغم من أن الانشطار هو عملية أسهل في التنفيذ، إلا أنه ينتج كميات كبيرة من النفايات النووية الخطرة على البيئة، بينما الاندماج النووي لا يصدر أي غازات ويعتبر أكثر أمانا من الانشطار النووي، وبمجرد تحقيق الاندماج النووي، سوف يتم توفير طاقة نظيفة غير محدودة بتكاليف منخفضة، ولتحقيق الاندماج النووي يجب القيام بأمور محددة
- يتم تطبيق عليه حرارة وضغط كبيرين جداً، وخاصة على ذرات الهيدروجين لأن الحرارة والضغط يساعد هذه الذرات على الاندماج، وقد تم صنع نواتا الديوتيريوم والتريتيوم وهاتان النواتان تتواجدان في الهيدروجين، وتندمجان معاً لتكوين نواة هيليوم ونيوترون بالإضافة إلى إنتاج الكثير من الطاقة الهائلة.
- يتم تسخين الوقود إلى درجات حرارة تتجاوز 150 مليون درجة مئوية لتشكيل بلازما ساخنة من جسيمات دون ذرات.
- تطبيق مجال مغناطيسي قوي على الهيدروجين لضغطه حتى ينتج البلازما، ويقوم هذا المجال المغناطيسي على إبعاد البلازما عن جدران المفاعل حتى يضمن عدم تبريده، بالإضافة إلى ضمان إلى عدم فقدان قدرته على توليد كميات كبيرة من الطاقة، وإن هذه البلازما يتم تقييدها لفترات طويلة من الزمن حتى يتم حدوث الاندماج.
- يجب وضع نظائر الهيدروجين داخل جهاز الاندماج لتوليد البلازما وفصل الأيونات والإلكترونات، وذلك في محاولة للضغط من أجل الحصول على الطاقة النظيفة والوصول إلى درجات حرارة عالية.
درجة حرارة الشمس الاصطناعية
يمكن أن تصل درجة الشمس الاصطناعية HL-2M إلى أكثر من 150 مليون درجة مئوية، أي تكون أعلى بعشر مرات من نواة الشمس، فقد سجل المفاعل الشرقي رقماً قياسياً جديداً حيث وصلت حرارة البلازما فيه إلى 216 مليون درجة فهرنهايت، وكان قادراً على العمل لمدة 20 ثانية عند 288 مليون درجة فهرنهايت، حيث أن لب الشمس تصل فقط حوالي 15 مليون درجة مئوية، وهذا يدل على أن المفاعل كان قادراً على لمس درجات حرارة تكون مرتفعة بعشر مرات، وبحسب صحيفة غلوبال تايمز الصينية أن هذا الرقم الذي وصلت إليه هو رقم قياسي جديد للعلماء الصينين، وإن هدف العلماء من المفاعل التجريبي هو الحفاظ على درجة حرارة مرتفعة لفترات طويلة من الزمن.
في السابق، في عام 2018، كانت درجة الحرارة القياسية تبلغ 100 مليون درجة مئوية. صرح بوكيانغ لصحيفة جلوبال تايمز أن هذا المشروع يعزز التنمية الخضراء في الصين. وأضاف أنها تعتبر تكنولوجيا مستقبلية ذات أهمية كبيرة لدفع الصين نحو التنمية الخضراء. وأشار إلى أن هناك ثلاثة عقود جيدة قبل أن تتمكن الصين من رؤية شمس اصطناعية تعمل بكامل طاقتها.
الصين تصنع شمس تضوي في الليل
في 13 تشرين الثاني عام 2018م، تم الإعلان عن تطوير معهد هيفي الصيني المختص بالعلوم الفيزيائية مفاعلا مصمما لتقليد عملية الاندماج النووي المستخدمة في الشمس الحقيقية لتوليد الطاقة. يطلق على هذا المفاعل اسم توكاماك، ويشار إليه باسم الشمس الاصطناعية. تم تصميم عملية الاندماج النووي العلمية على أساس عملية الاندماج المستخدمة في الشمس الحقيقية لتوليد الطاقة، وتم تحقيق نقطة التحول هذه عن طريق الوصول إلى درجة حرارة إلكترون تبلغ 100 مليون درجة مئوية.
وفي عام 2019 قام مسؤولون صينيون بالإعلان أنهم سينهون بناء هذا المشروع نهاية عام 2019، وفعلاً في اليوم الرابع من شهر كانون الأول عام 2020م، أعلنت الشركة الصينية الوطنية المختصة بالطاقة النووية أن الصين قد باشرت بتشغيل الشمس الاصطناعية، وقد حققت أول بلازما يعمل على تشغيلها.
مشروع الشمس الاصطناعية
يشترك الصين في مشروع الشمس الاصطناعية مع العلماء الذين يعملون في مشروع ITER، وهو أكبر مشروع بحثي في العالم للاندماج النووي، وتعمل فرنسا على رأس هذا المشروع. ويعتبر هذا المشروع أكبر مشروع عالمي علمي بعد إنشاء المحطة الفضائية الدولية منذ أكثر من عشرين عاما. وتمتلك كوريا الجنوبية شمس صناعية خاصة بها تسمى Korea Superconducting Tokamak Advanced Research ويتم اختصار اسمها إلى KSTAR، وتعمل هذه الشمس في درجة حرارة تصل إلى 100 مليون درجة مئوية لمدة 20 ثانية.
الاندماج النووي هو الجوهر الأساسي لإنتاج الطاقة وتغذية الشمس بالطاقة، ويتم عن طريق دمج النوى الذرية لإنتاج كميات كبيرة من الطاقة، وتستخدم هذه العملية في محطات الطاقة النووية لتقسيم النوى إلى أجزاء، وهي عكس عملية الانشطار التي تستخدم في الأسلحة الذرية، ولا تنتج الاندماج النووي غازات دفيئة كما هو الحال في الانشطار النووي، وتكون مخاطر الاندماج النووي أقل من مخاطر الانشطار النووي، وعلى الرغم من ذلك، تكلفة تحقيق الاندماج النووي مرتفعة، حيث بلغت تكلفة المفاعل النووي التجريبي الدولي ITER 22.5 مليار دولار.