تخطَّ إلى المحتوى
EN
علوم

الاندماج النووي

فيزياء الاندماج النووي وتاريخه وآلاته — من التفاعلات التي تُشعل الشمس إلى التوكاماك وإيتير (ITER) واختراق الإشعال بالليزر في المنشأة الوطنية للإشعال (NIF).

الاندماج النووي هو العملية التي تتحد فيها نوى خفيفة لتكوين نوى أثقل مع إطلاق طاقة، وهو التفاعل الذي يُشغّل الشمس والنجوم. وبعد عقود من البحث بأجهزة الحبس المغناطيسي مثل التوكاماك وبالحبس القصوري المدفوع بالليزر، بلغ الاندماج محطات تاريخية: أول إطلاق مُتحكَّم فيه لطاقة الاندماج في JET عام 1991، ورقم قياسي بلغ 59 ميغاجول أُعلن في أوائل عام 2022، وفي 5 ديسمبر 2022 حققت المنشأة الوطنية للإشعال (NIF) التعادل الطاقي العلمي. ويجري تجميع إيتير (ITER)، أكبر توكاماك في العالم، في جنوب فرنسا لإثبات كسب للطاقة بمقدار عشرة أضعاف.

آلة اندماج كبيرة بأجزاء برتقالية ورمادية تحيط بها الأنابيب والكابلات والسقالات في قاعة
تجربة الاندماج المغناطيسي «المفاعل الأوروبي المشترك» (JET) في صورة من عام 1991: في قلب الآلة وعاء حلقي يبلغ عرضه نحو ستة أمتار وارتفاعه نحو 2.4 متر، تحيط به أنظمة التسخين والتبريد والقياس. · EFDA JET · CC BY-SA 3.0
درجة حرارة لبّ الشمسنحو 27 مليون درجة فهرنهايت (15 مليون درجة مئوية)
عمر الشمسنحو 4.5 مليار سنة
في هذا المقال
  1. 1نظرة عامة
  2. 2الأساس الفيزيائي
  3. 3تفاعلات الاندماج النجمي
  4. 4تفاعلات الاندماج المُتحكَّم فيه
  5. 5التاريخ المبكر: من الانكماش الجاذبي إلى الاندماج النووي
  6. 6تطور أبحاث الاندماج المُتحكَّم فيه
  7. 7لحظة 1968 والتحقق الدولي
  8. 8التوكاماك: مبدأ العمل والتحديات الهندسية
  9. 9مشروع إيتير (ITER)
  10. 10المنشأة الوطنية للإشعال (NIF) والاشتعال الاندماجي
  11. 11المفاعل الأوروبي المشترك (JET) وإنجازاته القياسية
  12. 12إنجازات أخرى في الحبس المغناطيسي
  13. 13مشهد الاندماج العالمي اليوم
  14. 14برامج وطنية: المملكة المتحدة والولايات المتحدة
  15. 15الأرقام القياسية الرئيسية في الاندماج
  16. 16الخط الزمني: من إدينغتون إلى الإشعال
  17. 17الرسم البياني للمعرفة

نظرة عامة

والشمس نجم قزم أصفر عمره 4.5 مليار سنة، وهي كرة غازية حارة متوهجة من الهيدروجين والهيليوم في مركز نظامنا الشمسي 1Sun: Facts · NASA Science ↗.

1. الأساس الفيزيائي

يقوم الاندماج النووي على ثلاثة شروط متلازمة: درجة حرارة عالية جدًا، وكثافة كافية لجسيمات البلازما، وزمن حبس كافٍ لاحتواء البلازما داخل حجم محدد. 2Making fusion work · ITER Organization ↗ وما زالت نتيجة لوسون هي المؤشر نفسه الذي يستخدمه علماء الاندماج اليوم، أي الجداء الثلاثي لكثافة الجسيمات وزمن الحبس ودرجة الحرارة. 3Lawson's magic formula · ITER Organization ↗

ويقتضي الاندماج التغلب على تنافر كولوم القائم بين النوى موجبة الشحنة، وهو ما يستلزم إدخال قدر كبير من الطاقة. 4Nuclear fusion · Energy Education, University of Calgary ↗ ولهذا كان من الصعب على العلماء إيجاد طريقة قابلة للتحكم وغير مدمّرة لتسخير الطاقة المنبعثة أثناء الاندماج، ويعود ذلك أساسًا إلى الظروف القصوى التي يتطلبها. 4

رسم توضيحي يبيّن اندماج نواتي ديوتيريوم وتريتيوم لتكوين نواة هيليوم ونيوترون سريع مع أسهم للحرارة
رسم توضيحي تعليمي لتفاعل اندماجي: تتحد نواة الديوتيريوم ونواة التريتيوم بفعل الحرارة لتنتجا نواة هيليوم-4 (جسيم ألفا) ونيوتروناً سريعاً مع تحرر الطاقة. · U.S. Department of Energy from United States · Public domain

من بين جميع الاقترانات الممكنة للعناصر الخفيفة، اعتُبر تفاعل الديوتيريوم والتريتيوم الأكثر قابلية للتحقق والأعلى كفاءة. 2 وفيه تتحد نواة ديوتيريوم مع نواة تريتيوم لتكوين هيليوم-4 ونيوترون، ويُحمل معظم الطاقة المنبعثة على شكل نيوترون عالي الطاقة. 4

2. تفاعلات الاندماج النجمي

في قلب الشمس يجري تفاعل الاندماج عبر سلسلة بروتون-بروتون، وفيه تتحد أزواج من البروتونات في سلسلة ينتج عنها في النهاية الهيليوم-4 المستقر 4. وبذلك يكون الاندماج مصدر الطاقة في الكون، فهو يحدث في قلب الشمس والنجوم 5What is Fusion? · ITER Organization ↗.

ينتج عن اندماج ذرات الهيدروجين الخفيفة هيليوم، وكتلة ذرة الهيليوم الناتجة ليست المجموع الدقيق لكتل الذرات الأولية — فقدت بعض الكتلة 5. وتندمج نواتان خفيفتان لتكوين نواة واحدة أثقل كتلتها أقل من كتلة النواتين الأصليتين، وتتحول الكتلة المتبقية إلى طاقة 6DOE Explains... Fusion Reactions · U.S. Department of Energy ↗.

النجم عند تكوّنه يسخن في البداية بالطاقة المولّدة عن الانكماش قبل بدء التفاعلات النووية، ثم توفر هذه التفاعلات مصدر الطاقة لمعظم عمر النجم 7Arthur Eddington (1882–1944) · MacTutor History of Mathematics, University of St Andrews ↗.

3. تفاعلات الاندماج المُتحكَّم فيه

ويبلغ عمر النصف للتريتيوم نحو 12.3 سنة 2، ولذلك تُعدّ تقنيات توليد التريتيوم واستخلاصه بكفاءة ضرورية لاستدامة تفاعلات الاندماج في مفاعل عملي يعمل بالديوتيريوم والتريتيوم 2.

تُجري إيتير (ITER) تجارب لاختبار بطانات توليد التريتيوم وتقنيات دورة الوقود، وإن كانت لا تزال هناك حاجة إلى مزيد من البحث لإثبات الجدوى على نطاق واسع 2.

4. التاريخ المبكر: من الانكماش الجاذبي إلى الاندماج النووي

ظلّ تفسير مصدر طاقة الشمس لغزًا علميًا لعقود طويلة، إذ ساد على مدى أكثر من أربعة عقود، من عام 1880 حتى عام 1920، نموذج الانكماش الجاذبي الذي قدّمه هيرمان فون هيلمهولتز وويليام طومسون 8The long path to discovery · ITER Organization ↗. وفي عام 1919 اقترح جان بيرين، أستاذ الكيمياء الفيزيائية في باريس، أول مرة أن اندماج الهيدروجين إلى هيليوم هو مصدر طاقة الشمس والنجوم 8. وفي عام 1920 قال إدينغتون إن طاقة الشمس والنجوم لا تكاد تكون سوى الطاقة دون الذرية المعروفة بوفرة في كل مادة 8. وقدّم إدينغتون أعمالًا مهمة عن البنية الداخلية للنجوم إلى جانب أعماله في النسبية، فاكتشف علاقة الكتلة باللمعان في النجوم وحسب وفرة الهيدروجين 7.

وفي عام 1938 أثبت هانز بيثه أن الاندماج ينتج الطاقة الهائلة التي تشعّها النجوم، واقترح عمليتين مختلفتين تنتهي كلتاهما باندماج نوى الهيدروجين مع نوى الهيليوم 9Hans Bethe – Facts · Nobel Prize Outreach ↗. ولم يكن إلا في عام 1939 أن قدّم بيثه وصفًا تفصيليًا لعملية الاندماج المعقدة والطويلة التي تجعل النجوم الشبيهة بالشمس تلمع 8. وقد مُنح جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1967 تقديرًا لإسهاماته في نظرية التفاعلات النووية، ولا سيما اكتشافاته بشأن إنتاج الطاقة في النجوم 9.

5. تطور أبحاث الاندماج المُتحكَّم فيه

بحلول منتصف عقد 1950 كانت آلات الاندماج تعمل في الاتحاد السوفيتي والمملكة المتحدة والولايات المتحدة وفرنسا وألمانيا واليابان 1060 years of progress · ITER Organization ↗. وكانت أجهزة الاندماج الصغيرة الأولى، التي بُنيت بين عقدَي 1950 و1970، آلات أساسية تفتقر إلى أنظمة تحكم أو تقنيات متطورة 10. وفي عام 1955 بيّن جون د. لوسون أن شروط تفاعلات الاندماج تعتمد على ثلاث كميات حيوية: درجة الحرارة والكثافة وزمن الحبس 3.

طُوّر التوكاماك أول مرة في البحث السوفيتي في أواخر عقد 1960، واعتُمد في أنحاء العالم بوصفه أكثر التصاميم الواعدة للاندماج المغناطيسي 11What is a tokamak? · ITER Organization ↗. وكان أول جهاز توكاماك في العالم هو توكاماك T1 الروسي في معهد كورتشاتوف في موسكو 10.

صورة بالأبيض والأسود: أربعة رجال أمام ميكروفونات أمام آلة حلقية ضخمة ومصورون يصورونهم
في يناير 1958، وخلال مقابلة تلفزيونية، يسأل الصحافيون جون كوكروفت، مدير البحث في هيئة الطاقة الذرية البريطانية، عن مفاعل «زيتا» (ZETA) الظاهر في أعلى اليسار. · Unknown UKAEA photographer · Public domain

6. لحظة 1968 والتحقق الدولي

في أغسطس 1968، وفي المؤتمر الدولي الثالث لفيزياء البلازما وأبحاث الاندماج النووي المُتحكَّم فيه المنعقد في أكاديمغورودوك قرب نوفوسيبيرسك، أعلن الفيزيائي السوفيتي ليف أرتسيموفيتش بلوغ درجة حرارة إلكترونات تتجاوز 10 ملايين درجة، مع الاحتفاظ بها في البلازما لمدة تراوحت بين 10 و20 جزءًا من ألف من الثانية 12August 1968: A revolution in fusion · ITER Organization ↗. وقد جاءت هذه النتيجة أفضل بكثير مما حققه ستيلاراتور برينستون، حيث لم تكن حرارة البلازما تتجاوز مليون درجة قط، ولم يتجاوز زمن الحبس جزءًا من ألف من الثانية 12. وكان ذلك اختراقًا كبيرًا تحقق في الاتحاد السوفيتي، إذ بلغ الباحثون مستويات حرارة وأزمنة حبس للبلازما لم تُدرَك من قبل، في جهاز سُمي التوكاماك 10.

جاء الإعلان السوفيتي بمثابة صاعقة بالنسبة إلى مجتمع الاندماج 12. وعُرف هذا المؤتمر الدولي الثالث لفيزياء البلازما والاندماج المُتحكَّم فيه بصورة غير رسمية باسم «أولمبياد البلازما» 12. ويُروى عن فاليري تشويانوف أن الفريق السوفيتي كان حريصًا جدًا على ألا يبالغ في نتائجه، فعرض أرقامًا أدنى مما قاسته أجهزته فعليًا 12.

جاء اختراق التحقق من نتائج التوكاماك السوفيتي أخيرًا في 22 يوليو 1969، عندما سجّل فريق بريطاني في موسكو دليلًا لا لبس فيه على استطارة تومسون 13Science collaboration in the time of the Cold War · ITER Organization ↗. ويتذكر مايك فورست أنه كان عضوًا في الفريق الرباعي الذي أوفدته السلطات البريطانية إلى موسكو للتحقق من نتائج قوبلت بتشكك كبير في مختبرات الاندماج خارج الكتلة السوفيتية 13. وقد احتفظت مجلة «نيتشر» بعددها المئوي حتى وصلت إليها نتائج استطارة T3، حتى إن القصة وصلت إلى مجلس اللوردات البريطاني 13.

7. التوكاماك: مبدأ العمل والتحديات الهندسية

وتحت تأثير الحرارة والضغط الشديدين داخل التوكاماك يتحول وقود الهيدروجين الغازي إلى بلازما، وهي غاز ساخن مشحون كهربائيًا 11. وعند درجات حرارة الاندماج يكون الهيدروجين بلازما، ويجب احتواء هذه البلازما بما يكفي لاستمرار الاندماج 4.

جهاز توكاماك فضي كبير في قاعة خرسانية يظهر فيها علم كوريا الجنوبية ولافتة KSTAR
مفاعل «كي ستار» (KSTAR) في مدينة دايجون بكوريا الجنوبية، صُوِّر عام 2007. · Michel Maccagnan · CC BY-SA 3.0

8. مشروع إيتير (ITER)

يُعدّ مشروع إيتير (ITER) من أكثر مشاريع الطاقة طموحًا في العالم، إذ يتعاون فيه أربعٌ وثلاثون دولة لبناء أكبر توكاماك في العالم في جنوب فرنسا، واسمه يعني «الطريق» باللاتينية 14In a Few Lines · ITER Organization ↗. وقد انطلق هذا المسعى في قمة جنيف بين القوتين العظميين في نوفمبر 1985، حين اقترح الأمين العام غورباتشوف من الاتحاد السوفيتي على الرئيس الأمريكي رونالد ريغان مشروعًا دوليًا تعاونيًا لتطوير طاقة الاندماج للأغراض السلمية 15History · ITER Organization ↗. وأُقرّ التصميم النهائي لإيتير من الدول الأعضاء في عام 2001، ثم انضمت الصين وجمهورية كوريا إلى المشروع في عام 2003، ولحقت بهما الهند في عام 2005 قبل بدء الإنشاء 15.

صُمّم إيتير لتحقيق مردود يبلغ عشرة أضعاف القدرة في بلازماها (Q=10)، أي 500 ميغاواط من طاقة الاندماج مقابل 50 ميغاواط من قدرة التسخين المُدخلة 14. ويتمثل هدفه الأساسي في دراسة بلازما الاحتراق وإثباتها، وهي البلازما التي تكفي فيها طاقة نوى الهيليوم الناتجة عن تفاعلات الاندماج للحفاظ على درجة حرارة البلازما 14. ولن تحوّل إيتير قدرة التسخين التي تنتجها إلى كهرباء، لكنها، بوصفها أول تجربة اندماج في التاريخ تنتج كسبًا صافيًا للطاقة عبر البلازما، ستمهد الطريق لآلات قادرة على ذلك 14.

مبنى خرساني دائري قيد الإنشاء مع رافعات وسقالات وسياج أحمر للسلامة
منظر خارجي لمجمّع التوكاماك المركزي في مشروع إيتير (ITER) أثناء بنائه في أبريل 2018. · Oak Ridge National Laboratory · CC BY 2.0

يتألف توكاماك إيتير من مليون مكوّن وعشرة ملايين جزء 14. وقد سُلّم مبنى إيتير إلى منظمة إيتير في مارس 2020 لبدء تجميع الآلة، وتزامن ذلك مع تركيب قاعدة القارورة المبردة البالغة 1,250 طنًا في مايو 2020 كأول حدث كبير في المرحلة الجديدة 14.

وفي قلب الشمس تبلغ الحرارة 15,000,000 درجة مئوية، حيث تتصادم ذرات الهيدروجين بسرعة كافية للتغلب على التنافر الكهروستاتيكي فتندمج 5.

9. المنشأة الوطنية للإشعال (NIF) والاشتعال الاندماجي

في جوف ليل الخامس من ديسمبر عام 2022، كان الترقّب يتصاعد في غرفة تحكم المنشأة الوطنية للإشعال (NIF)، حيث كانت محاكيات ما قبل الإطلاق قد تنبأت باحتمال أفضل قليلًا من خمسين بالمئة لبلوغ التعادل 16Star Power: Blazing the Path to Fusion Ignition · Lawrence Livermore National Laboratory ↗. وعندما بلغ العدّ التنازلي الصفر، أعلن مدير الإطلاق جوزيف غريفو كلمة «أطلق!»، فأطلقت ليزرات المنشأة الـ192 دفعة من الطاقة فوق البنفسجية مقدارها 2.05 ميغاجول داخل أسطوانة تحوي كبسولة وقود دقيقة 16. وتجاوزت التجربة عتبة الاندماج بتسليم 2.05 ميغاجول إلى الهدف، فنتجت 3.15 ميغاجول من طاقة الاندماج 17Lawrence Livermore National Laboratory achieves fusion ignition · Lawrence Livermore National Laboratory ↗. وقد عُرف هذا الإنجاز أيضًا بالتعادل الطاقي العلمي، لأنه أنتج من الاندماج طاقة أكثر من طاقة الليزر المستخدمة في تحفيزه 17.

لم يكن هذا الاشتعال وليد لحظة عابرة، بل جاء بعد اثني عشر عامًا من الجهد المتواصل ومئات التجارب، محققًا إنجازًا ظلّ يراوغ مجتمع الاندماج بالحبس القصوري أكثر من ستين عامًا 16. وقد أعلنت وزارة الطاقة الأمريكية وإدارتها الوطنية للأمن النووي تحقيق الاشتعال الاندماجي في مختبر لورنس ليفرمور الوطني، في اختراق علمي كبير ظلّ قيد الإعداد عقودًا 18DOE National Laboratory Makes History by Achieving Fusion Ignition · U.S. Department of Energy ↗. وفي مقال بدورية «ريفيوز أوف مودرن فيزيكس»، وصف كبير علماء الاندماج بالحبس القصوري عمر هوريكين محطات بارزة: بلازما الاحتراق، والاشتعال الاندماجي، وكسب طاقة في الهدف يتجاوز الواحد، وهو ما يُسمى أيضًا التعادل الطاقي العلمي 19Tracing the Steps to LLNL's Fusion Ignition Breakthrough · Lawrence Livermore National Laboratory ↗.

الجزء الداخلي لغرفة كروية كبيرة مبطنة بألواح زرقاء ومنافذ دائرية لأشعة الليزر
منظر من أسفل غرفة الهدف في «المنشأة الوطنية للإشعال» (NIF) ويظهر فيه جهاز تثبيت الهدف أثناء إدخاله؛ وتقع المنشأة في مختبر لورنس ليفرمور الوطني بكاليفورنيا (2008). · Lawrence Livermore National Security · CC BY-SA 3.0

وفي أبريل 2025 حققت المنشأة الاشتعال للمرة الثامنة: أطلقت الليزرات 2.08 ميغاجول في الهدف وأنتجت مردود اندماج قياسيًا بلغ 8.6 ميغاجول، بكسب هدف يتجاوز أربعة 20Target Breakthrough Enabled Fusion Record at NIF · Lawrence Livermore National Laboratory ↗. وقد أمكن تحقيق هذه النتيجة القياسية بفضل التشويب المتدرج المستمر، الذي يُضاف فيه مقدار ضئيل من التنغستن تدريجيًا إلى طبقات رقيقة للغاية من الألماس الصناعي أثناء تصنيع الكبسولة 20. وكانت كبسولة ألماس كربوني عالي الكثافة عالي الجودة مصنّعة حسب الطلب في قلب الطلقة التاريخية للمنشأة في السابع من أبريل 2025، التي أنتجت 8.6 ميغاجول من طاقة الاندماج في رقم غير مسبوق 20. وقد أُجري أول اختبار كامل الحجم للتشويب المستمر في الثالث والعشرين من فبراير 2025 في تجربة أنتجت 5 ميغاجول من طاقة الاندماج 20.

10. المفاعل الأوروبي المشترك (JET) وإنجازاته القياسية

كان المفاعل الأوروبي المشترك (JET) أكبر تجربة اندماج مغناطيسي في العالم حتى نهاية تشغيله في أواخر عام 2023 21JET Participation · Max Planck Institute for Plasma Physics ↗. وقد شُغّل من عام 1983 إلى عام 2023 كمشروع أوروبي مشترك في كولهام قرب أكسفورد في المملكة المتحدة 21. وقُبيل نهاية تشغيله أنتج أكبر كمية من الطاقة أطلقها أي جهاز اندماج على الإطلاق 21.

في عام 1991 حقق JET أول إطلاق مُتحكَّم فيه لطاقة الاندماج في العالم 10، وكان ذلك أول نجاح في إطلاق الطاقة عبر الاندماج النووي في تاريخ أبحاث الاندماج 21. وفي عام 1997 أنتج قدرة اندماج بلغت 16 ميغاواط من قدرة تسخين مُدخلة إجمالية قدرها 24 ميغاواط 14، مع 22 ميغاجول من الطاقة الحرارية 22Fusion energy record demonstrates powerplant future · UK Atomic Energy Authority (GOV.UK) ↗. وقد بلغ ذروة قدرته تلك لفترة وجيزة في ذلك العام، ولم تتجاوزها التجارب الأخيرة 22.

في تجارب أُجريت في JET في أكسفورد، حقق علماء يوروفيوجن رقمًا قياسيًا بلغ 59 ميغاجول من طاقة الاندماج المستمرة على مدى خمس ثوانٍ، ما أظهر إمكانات محطات الطاقة وأرسى أساسًا أقوى لإيتير 22. وقد ضاعف هذا الرقم الجديد أكثر من ضعف الأرقام القياسية السابقة التي تحققت في عام 1997 في موقع هيئة الطاقة الذرية البريطانية في أكسفورد، بالوقود نفسه الذي ستستخدمه محطات الطاقة الاندماجية التجارية 22.

وفي تجارب JET النهائية بالديوتيريوم والتريتيوم، أُنتجت قدرة اندماج عالية بانتظام لمدة خمس ثوانٍ، فتحقق رقم قياسي رائد بلغ 69 ميغاجول باستخدام 0.2 ملليغرام فقط من الوقود 23JET's final tritium experiments yield new fusion energy record · UK Atomic Energy Authority (GOV.UK) ↗. وقد أظهر JET خلال تلك الحملة اندماجًا مستمرًا على مدى خمس ثوانٍ عند قدرة عالية، وحقق رقمًا قياسيًا عالميًا في عام 2021 23. ثم سلّم نبضته النهائية رقم 105,842 يوم الثلاثاء 18 ديسمبر 2023، واختتم مسارًا بدأ بنبضته الأولى في 25 يونيو 1983 في كولهام بأوكسفوردشير 24Pioneering JET delivers final plasma · UK Atomic Energy Authority (GOV.UK) ↗.

11. إنجازات أخرى في الحبس المغناطيسي

حققت آلة WEST التابعة لهيئة الطاقة الذرية الفرنسية (CEA) في موقع كاداراش بجنوب فرنسا إنجازًا بارزًا في مجال الحبس المغناطيسي، إذ حافظت على بلازماه لمدة 1,337 ثانية في 12 فبراير، أي ما يزيد على 22 دقيقة 25Nuclear fusion: WEST beats the world record for plasma duration! · CEA (French Alternative Energies and Atomic Energy Commission) ↗. وقد شكلت هذه النتيجة تحسنًا بنسبة 25 بالمئة على الزمن القياسي السابق الذي حققته تجربة EAST في الصين قبل أسابيع قليلة 25. وبذلك حطمت الآلة الرقم القياسي السابق لمدة البلازما المحققة في توكاماك 25.

وفي 5 سبتمبر رُفع مغناطيس كهربائي فائق التوصيل عالي الحرارة كبير إلى شدة مجال بلغت 20 تسلا، وهو أقوى مجال مغناطيسي من نوعه يُنشأ على الأرض 26MIT-designed project achieves major advance toward fusion energy · MIT News ↗. ويحقق تصميم الموصل الفائق عالي الحرارة، في جهاز أصغر، الأداء نفسه الذي تحققه منظومة أكبر منه 40 ضعفًا في الحجم باستخدام مغناطيسات فائقة التوصيل منخفضة الحرارة تقليدية 26. ويساعد عرض المغناطيس، بحسب قادة المشروع في معهد ماساتشوستس للتقنية (MIT) وشركة كومنولث فيوجن سيستمز (Commonwealth Fusion Systems)، على حل أكبر غموض في مسعى بناء أول محطة طاقة اندماجية في العالم تنتج طاقة أكثر مما تستهلك 26.

ومن المقرر إنجاز الجهاز التجريبي المسمى SPARC في عام 2025 26. وقد صُمم لإنشاء بلازما وحبسها تنتج طاقة أكثر مما تستهلك 26.

12. مشهد الاندماج العالمي اليوم

ويأتي هذا الزخم مصحوبًا بانتشار واسع للأجهزة، إذ أصبح أكثر من مئة وستين جهاز اندماج قيد التشغيل أو الإنشاء أو التخطيط 27IAEA World Fusion Outlook 2025 · International Atomic Energy Agency ↗.

وفي مقدمة هذه الأجهزة يقف الستيلاراتور Wendelstein 7-X في معهد ماكس بلانك لفيزياء البلازما في ألمانيا، وهو أكبر ستيلاراتور مُحسَّن في العالم 27. وقد صُمم هذا الجهاز لإثبات حبس البلازما في الحالة المستقرة، وهي خاصية تميّز الستيلاراتور عن غيره من أنظمة الحبس المغناطيسي 27.

منظر من الأعلى لتوكاماك دائري ضخم في قاعة تحيط به المعدات والأنابيب والرافعات
مفاعل «جي تي-60 إس إيه» (JT-60SA) في ناكا باليابان، الموصوف بأنه أكبر مفاعل اندماج نووي تجريبي في العالم، كما يظهر من الأعلى في صورة من 2025. · Sam300292 · CC BY-SA 4.0

وعلى صعيد المحطات المستقبلية، يستهدف مصنع ARC التابع لشركة كومنولث فيوجن سيستمز في مقاطعة تشيسترفيلد بولاية فرجينيا إنتاج أربعمئة ميغاواط كهربائي في أوائل عقد 2030، مع الاتصال بالشبكة 27. وفي مسار موازٍ، تسعى شركة جنرال فيوجن إلى بناء محطة اندماج بالهدف الممغنط في أوائل عقد 2030 أو منتصفه 27.

غير أن بلوغ محطة اندماجية منتجة يقتضي تجاوز حدود الأداء الراهنة، إذ ستحتاج المحطة المستقبلية إلى كسب طاقة اندماج Q يتراوح بين خمسة عشر وثلاثين 27. ويُضاف إلى ذلك شرط معامل خدمة أكبر من نصف، أي أن يعمل الجهاز في وضع الإنتاج أكثر من نصف الوقت 27. كما يلزم تحقيق اكتفاء ذاتي من التريتيوم بنسبة توليد تفوق الواحد، وهو ما يجعل دورة الوقود جزءًا لا يتجزأ من جدوى المحطة 27.

13. برامج وطنية: المملكة المتحدة والولايات المتحدة

تتولى هيئة الطاقة الذرية البريطانية (UKAEA) قيادة تحقيق طاقة الاندماج المستدامة بما يعظّم الفائدة العلمية والاقتصادية لبريطانيا 28About us — UK Atomic Energy Authority · UK Atomic Energy Authority (GOV.UK) ↗. وتضم الهيئة نحو 2600 موظف موزعين على مواقع في كولهام وويست بيرتون وكومبريا وجنوب يوركشير 28. ويشمل نطاق عملها تشغيل آلة الاندماج MAST-Upgrade، وهي توكاماك كروي من نوع «ميغا أمبير» 28.

تعمل هيئة الطاقة الذرية البريطانية شريكًا في مجال الاندماج لبرنامج STEP 28. وقد أطلقت الهيئة هذا البرنامج لإنجاز نموذج أولي لمحطة طاقة اندماجية في نوتنغهامشير، مع اعتبار عام 2040 السنة المستهدفة 24. وتجري أنشطة التوصيف في الموقع المستقبلي للبرنامج في موقع محطة ويست بيرتون العاملة سابقًا بالفحم والتي يجري هدمها حاليًا 27.

تدعم وزارة الطاقة في الولايات المتحدة أبحاث طاقة الاندماج منذ عقد 1950، وتؤيد اليوم تحقيق اختراقات رائدة 29Fusion Energy Sciences · U.S. Department of Energy ↗. وتتمثل رسالة برنامج علوم طاقة الاندماج (FES) في الوزارة في قيادة الأساس العلمي والتقني اللازم لمصدر طاقة الاندماج 29. ويدعم البرنامج منشآت الاندماج في القطاعين العام والخاص على السواء، استنادًا إلى أساس من الأبحاث في الجامعات والصناعة والمختبرات الوطنية 29.

14. الأرقام القياسية الرئيسية في الاندماج

الجهاز/المنشأةالتاريخالطاقة المُدخلةطاقة الاندماج الناتجةالملاحظات
JET199724 ميغاواط من قدرة التسخين المُدخلة22 ميغاجول من الطاقة الحراريةذروة قدرة بلغت 16 ميغاواط 22
JETإعلان 2022—59 ميغاجولطاقة اندماج مستمرة على مدى خمس ثوانٍ 22
NIF5 ديسمبر 20222.05 ميغاجول من طاقة الليزر3.15 ميغاجولتجاوز عتبة الاندماج 17
WESTفبراير 2025——مدة بلازما 1,337 ثانية (أكثر من 22 دقيقة) 25
SPARC———شدة مجال مغناطيس 20 تسلا 26
أبرز الأرقام القياسية في أجهزة ومنشآت الاندماج
الجزء الداخلي المنحني لوعاء اندماج كبير مبطّن بصفائح معدنية لامعة
منظر داخلي لوعاء «المفاعل الأوروبي المشترك» (JET) بجداره المعدني الكامل المصنوع من البيريليوم والتنغستن. · EUROfusion · CC BY 4.0

15. الخط الزمني: من إدينغتون إلى الإشعال

  • 1919
    بيرين يقترح الاندماج مصدرًا لطاقة الشمس
    اقترح جان بيرين (Jean Perrin)، أستاذ الكيمياء الفيزيائية في باريس، أن اندماج الهيدروجين إلى هيليوم هو مصدر طاقة الشمس والنجوم.
  • 1920
    إدينغتون يقدم الحجة انطلاقًا من النجوم
    خلص آرثر إدينغتون (Arthur Eddington) إلى أن طاقة الشمس والنجوم لا تكاد تكون سوى الطاقة دون الذرية الموجودة بوفرة في كل مادة.
  • 1938
    بيثه يفسّر إنتاج الطاقة في النجوم
    أثبت هانز بيثه (Hans Bethe) أن الاندماج ينتج الطاقة الهائلة التي تشعّها النجوم، واقترح عمليتين تندمج فيهما نوى الهيدروجين لتكوين نوى هيليوم.
  • 1955
    لوسون يضع شروط الاندماج
    بيّن جون د. لوسون (John D. Lawson) أن شروط تفاعلات الاندماج تعتمد على درجة الحرارة والكثافة وزمن الحبس — أساس الجداء الثلاثي المعتمد اليوم.
  • أغسطس 1968
    توكاماك T-3 يذهل أولمبياد البلازما
    في مؤتمر أكاديمغورودوك (Akademgorodok) أعلن ليف أرتسيموفيتش (Lev Artsimovitch) بلوغ درجة حرارة إلكترونات تتجاوز 10 ملايين درجة واحتجازها في بلازما توكاماك T-3 لمدة بين 10 و20 من الألف من الثانية.
  • 22 يوليو 1969
    فريق بريطاني يتحقق من نتائج التوكاماك
    في موسكو سجّل فريق من أربعة أشخاص أوفدته السلطات البريطانية دليلًا لا لبس فيه على استطارة تومسون (Thomson)، مؤكدًا النتائج السوفيتية ومحوّلًا أبحاث الاندماج العالمية نحو التوكاماك.
  • 25 يونيو 1983
    JET ينتج نبضته الأولى
    بدأ المفاعل الأوروبي المشترك (JET) في كولهام (Culham) العمل، فانطلقت مسيرة خُتمت في ديسمبر 2023 بنبضة حملت الرقم 105,842 لتكون خاتمتها.
  • نوفمبر 1985
    قمة جنيف تُطلق مسار إيتير
    في قمة جنيف بين القوتين العظميين اقترح الأمين العام غورباتشوف (Gorbachev) على الرئيس الأمريكي رونالد ريغان (Ronald Reagan) مشروعًا دوليًا تعاونيًا لتطوير طاقة الاندماج للأغراض السلمية.
  • 1991
    أول إطلاق مُتحكَّم فيه لطاقة الاندماج
    نجح JET في إطلاق الطاقة عبر الاندماج النووي للمرة الأولى في تاريخ أبحاث الاندماج.
  • 1997
    JET يسجّل رقم الديوتيريوم والتريتيوم القياسي
    أنتج JET قدرة اندماج بلغت 16 ميغاواط من قدرة تسخين مُدخلة إجمالية قدرها 24 ميغاواط (Q=0.67) — رقم قياسي عالمي لطاقة الاندماج في جهاز حبس مغناطيسي.
  • 21 نوفمبر 2006
    توقيع اتفاق إيتير في باريس
    وقّع وزراء الدول السبع الأعضاء في إيتير (ITER) اتفاق إيتير في قصر الإليزيه (Elysée)، وتأسست منظمة إيتير رسميًا في 24 أكتوبر 2007 لتتولى قيادة المشروع.
  • 5 سبتمبر 2021
    مغناطيس 20 تسلا من أجل SPARC
    رفع معهد ماساتشوستس للتقنية (MIT) وشركة كومنولث فيوجن سيستمز (Commonwealth Fusion Systems) مغناطيسًا كهربائيًا فائق التوصيل عالي الحرارة إلى 20 تسلا، وهو أقوى مجال مغناطيسي من نوعه يُنشأ على الأرض.
  • 5 ديسمبر 2022
    المنشأة (NIF) تحقق الاشتعال الاندماجي
    سلّمت المنشأة الوطنية للإشعال 2.05 ميغاجول إلى هدف وقودي وأنتجت 3.15 ميغاجول من طاقة الاندماج — أول إثبات مخبري للتعادل الطاقي العلمي.
  • 2023
    تجارب JET الأخيرة تسجّل رقمًا قياسيًا للطاقة
    في تجاربها الأخيرة بالديوتيريوم والتريتيوم أنتجت JET بانتظام قدرة اندماج عالية لمدة خمس ثوانٍ، فتحقق رقم قياسي بلغ 69 ميغاجول باستخدام 0.2 ملليغرام من الوقود.
  • 12 فبراير 2025
    WEST يحافظ على بلازما لمدة 22 دقيقة
    حافظت آلة WEST التابعة لهيئة الطاقة الذرية الفرنسية (CEA) على بلازما لأكثر من 22 دقيقة، محطمة الرقم القياسي السابق لمدة البلازما المحقق في توكاماك.
  • 7 أبريل 2025
    NIF يسجّل رقم كسب الهدف القياسي
    أنتجت طلقة في المنشأة (NIF) مردود اندماج قياسيًا بلغ 8.6 ميغاجول من 2.08 ميغاجول من طاقة الليزر، بكسب هدف يتجاوز أربعة واشتعال للمرة الثامنة.

المراجع (29)

29 مصادر · موقع 29

  1. 1Sun: Facts — NASA Science موقع↩عرض المصدر
  2. 2Making fusion work — ITER Organization موقع↩عرض المصدر
  3. 3Lawson's magic formula — ITER Organization موقع↩عرض المصدر
  4. 4Nuclear fusion — Energy Education, University of Calgary موقع↩عرض المصدر
  5. 5What is Fusion? — ITER Organization موقع↩عرض المصدر
  6. 6DOE Explains... Fusion Reactions — U.S. Department of Energy موقع↩عرض المصدر
  7. 7Arthur Eddington (1882–1944) — MacTutor History of Mathematics, University of St Andrews 1882 موقع↩عرض المصدر
  8. 8The long path to discovery — ITER Organization موقع↩عرض المصدر
  9. 9Hans Bethe – Facts — Nobel Prize Outreach 1967 موقع↩عرض المصدر
  10. 1060 years of progress — ITER Organization موقع↩عرض المصدر
  11. 11What is a tokamak? — ITER Organization موقع↩عرض المصدر
  12. 12August 1968: A revolution in fusion — ITER Organization 1968 موقع↩عرض المصدر
  13. 13Science collaboration in the time of the Cold War — ITER Organization موقع↩عرض المصدر
  14. 14In a Few Lines — ITER Organization موقع↩عرض المصدر
  15. 15History — ITER Organization موقع↩عرض المصدر
  16. 16Star Power: Blazing the Path to Fusion Ignition — Lawrence Livermore National Laboratory موقع↩عرض المصدر
  17. 17Lawrence Livermore National Laboratory achieves fusion ignition — Lawrence Livermore National Laboratory موقع↩عرض المصدر
  18. 18DOE National Laboratory Makes History by Achieving Fusion Ignition — U.S. Department of Energy موقع↩عرض المصدر
  19. 19Tracing the Steps to LLNL's Fusion Ignition Breakthrough — Lawrence Livermore National Laboratory موقع↩عرض المصدر
  20. 20Target Breakthrough Enabled Fusion Record at NIF — Lawrence Livermore National Laboratory موقع↩عرض المصدر
  21. 21JET Participation — Max Planck Institute for Plasma Physics موقع↩عرض المصدر
  22. 22Fusion energy record demonstrates powerplant future — UK Atomic Energy Authority (GOV.UK) موقع↩عرض المصدر
  23. 23JET's final tritium experiments yield new fusion energy record — UK Atomic Energy Authority (GOV.UK) موقع↩عرض المصدر
  24. 24Pioneering JET delivers final plasma — UK Atomic Energy Authority (GOV.UK) موقع↩عرض المصدر
  25. 25Nuclear fusion: WEST beats the world record for plasma duration! — CEA (French Alternative Energies and Atomic Energy Commission) موقع↩عرض المصدر
  26. 26MIT-designed project achieves major advance toward fusion energy — MIT News 2021 موقع↩عرض المصدر
  27. 27IAEA World Fusion Outlook 2025 — International Atomic Energy Agency 2025 موقع↩عرض المصدر
  28. 28About us — UK Atomic Energy Authority — UK Atomic Energy Authority (GOV.UK) موقع↩عرض المصدر
  29. 29Fusion Energy Sciences — U.S. Department of Energy موقع↩عرض المصدر