تفاعل الإندماج النووي

تفاعل الإندماج النووي (يعرف أيضا بالـ تيرمونووي) هو،بالإضافة إلى الانشطار، أحد أهم أنواع التفاعلات النووية التطبيقية. لا يجب خلط الاندماج النووي باندماج القلب في مفاعل نووي و هو حادث نووي خطير جدا.

الاندماج النووي عملية تتجمع فيها نواتان ذريتان لتكوين نواة واحدة أثقل. اندماج الأنوية الخفيفة يطلق كميات هائلة من الطاقة المتأتية من التجاذب بين مكونات النواة بسبب التآثر القوي.

هذا التفاعل موجود في الشمس و في بعض النجوم الأخرى في الكون.

فائدة الاندماج النووي تكمن في إطلاقه كميات طاقة أكبر بكثير مما يطلقه الانشطار و بكتل مواد متساو. و بالاضافة إلى ذلك، فإن المحيطات تحتوي بشكل طبيعي على كميات كافية من الدويتريوم لتغذية الكوكب بالطاقة لمدة آلاف السنين، كما أن المواد المنبعثة عن الاندماج (خصوصا الهيليوم 4)، ليست موادا مشعّة.

و على الرغم من العدد الكبير من التجارب التي تم القيام بها في كل أنحاء العالم منذ خمسين سنة، فإنه لم يتم التوصل إلى أية نتيجة تطبيقية فعّالة للاندماج على صناعة الطاقة، خارج الميدان العسكري بابتكار القنبلة الهيدروجينية. لكن يوجد، في المقابل، استعمالات أخرى أقل صيتا، كمولدات النيوترونات المستعملة بالأساس في الكشف عن المتفجرات.


[ آلية الاندماج
يحدث تفاعل الاندماج النووي عندما تتداخل نواتان ذريتان. لكن، ليتم هذا التداخل، لا بد من أن تتخطى النواتان التنافر الحاصل جراء شحنتيهما الموجبتين (و تعرف

الظاهرة بالـحاجز الكولومبي). إذا ما طبقنا قواعد الميكانيكا الكلاسيكية وحدها، سيكون احتمال الحصول على اندماج الأنوية منخفضا للغاية، بسبب الطاقة الحركية

(الوافقة للهيجان الحراري) العالية جدا اللازمة لتخطي الحاجز المذكور. و في المقابل، تقترح ميكانيكا الكم، و هو ما تؤكده التجربة، أن الحاجز الكولومبي يمكن تخطيه

أيضا بظاهرة النفق، بطاقات أكثر انخفاضا.

و بالرغم من ذلك، فإن الطاقة اللازمة للاندماج تبقى مرتفعة جدا، و هو ما يقابله حرارة أكثر من عشرات أو ربما مئات الملايين من الدرجات المئوية حسب طبيعة

الأنوية. داخل الشمس، على سبيل المثال، يجري تفاعل اندماج الهيدروجين المؤدي، عبر مراحل، إلى إطلاق الهليوم، في ظل جرارة تقدر ب 15 مليون درجة

مئوية، و لكن ضمن تفاعلات مختلفة عن تلك التي تدرس على الأرض لإنتاج الطاقة عبر الاندماج. و في بعض النجوم الأكثر كتلة، تتم عمليات اندماج لأنوية أضخم،

تحت درجات حرارة أكبر.

عندما تندمج أنوية صغيرة، تنتج نواة غير مستقرة، و لكي تعود إلى حالة أكثر استقرارا ذات طاقة أقل، يتم إطلاق جسيم أو أكثر (فوتون، نوترون، بروتون، أو نواة

هيليوم، حسب التفاعل)، و تتفرّق الطاقة الزائدة بين النواة و الجسيمات المطلقة، في شكل طاقة حركيّة. و لكي يكون الاندماج ذا مردود جيد من الطاقة، من

الضروري أن تكون الطاقة الناتجة أكير من الطاقة المستهلكة لتواصل التفاعلات و في الحرارة الخارجة إلى المحيط الخارجي. كما يجب منع أي اتصال بين محيط

التفاعل و مواد المحيط في المفاعلات الاندماجية.

عندما لا يوجد أي وضع مستقر، تقريبا، قد يكون من المستحيل أن نقوم بإدماج نواتين (على سبيل المثال : 4He + 4He).


اندماج نووي.إن التفاعلات الاندماجية التي تطلق أكبر قدر من الطاقة هي تلك التي تستخدم أكثر الأنوية خفّة. و بالتالي فإن أنوية الدويتيريوم (بروتون واحد و نوترون واحد) و التريتيوم (بروتون واحد و نوترونان)، مستخدمة في التفاعلات التالية :

دويتيريوم + دويتيريوم -> هيليوم 3 + نوترون
دويتيريوم + دويتيريوم -> تريتيوم + بروتون
دويتيريوم + تريتيوم -> هيليوم 4 + نوترون
دويتيريوم + هيليوم 3 -> هيليوم 4 + بروتون
و هذه التفاعلات هي أكثر التفاعلات دراسة في المخابر عند تجارب الاندماج المراقبة.


[تحرير] الاندماج المتحكم فيه
يمكن التفكير في عدة طرق تمكّننا من احتجاز محيط التفاعل للقيام بتفاعلات اندماج نووية، من ذلك الاندماج عبر الاحتجاز المغناطيسي و غيره. و لكن لا يوجد إلى حد الآن مادة يمكنها احتجاز الطاقة الهائلة للاندماج النووي، لاستعمالها في أغراض صناعة الطاقة الكهربائية.

و من التطبيقات الأخرى للاندماج، إنتاج النوترونات، و ذلك بالأساس لاكتشاف المتفجّرات، و هو ما تم استخدماه منذ زمن بعيد في النطاق الصناعي.

الاندماج بالاحتجاز المغناطيسي

التوكاماك، حيث يحتجز خليط من مماثلات الهيدروجين بواسطة حقل مغناطيسي.
الستيلاتور، حيث تؤمن الحواث (inductors) الاحتجاز بالكامل.




بلازما الإندماج
عندما تصل الحرارة الدرجة التي يحصل فيها الإندماج، تكون المادة في حالة بلازما. إنها حالة خاصة للمادة الأولية، تكوّن فيها الذرات أو الجزيئات غازا أيونيا.

لقد تم إقتلاع إلكترون أو أكثر من السحابة الإلكترونية المحيطة بكل نواة، مما ينتج عنه أيونات موجبة و إلكترونة طليقة، و يكون الكل محايدا كهربيا.

ينتج عن التحرك الكبير للأيونات و الإلكترونات داخل بلازما حرارية، عدة اصطدامات بين الجسيمات. و لكي تكون هذه الإصطدامات قوية بما فيه الكفاية لإنشاء تفاعل اندماجي، تتدخل ثلاث عوامل :

الحرارة T ;
الكثافة N ;
زمن الإحتجاز τ.
حسب لوسون فإن العامل Nτ يجب أن يصل حدا فاصلا للحصول على الـ breakeven حيث تكون الطاقة الناتجة عن الاندماج مساوية للطاقة المستخدمة. يحدث الإيقاد، إثر ذلك، في مرحلة أكثر إنتاجا للطاقة (من غير الممكن إيجادها اليوم في المفاعلات الحالية). إنه الحد الذي يكون التفاعل إثره قادرا على المواصلة من تلقاء ذاته. لتفاعل ديتوريوم + تريسيوم، يقدّر هذا الحد بـ 1014 ث/سم³.و انشاء الله ينال اعجابكم و يفيدكم







التوقيع
اذا اعجبك موضوعي فلا تنسى تقييمي

مشكوووووووووورررررررررةةةةةةةةةةةةةةةةةةةةةةةةةة

اندماج نووي
والاندماج النووي هو عملية تتحرر فيها الطاقة من اندماج أنوية لذرات عناصر خفيفة في صورة سحابة من غاز الهيدروجين مع بعضها البعض. ويختلف الاندماج النووي عن عملية الانشطار النووي التي تُستخدم حاليًّا في محطات الطاقة النووية؛ فالاندماج النووي يحدث في درجات حرارة مرتفعة للغاية تفوق 150 مليون درجة مئوية، وهي نفس العملية التي تحدث داخل الشمس.

وتعتبر الطاقة الناتجة عن الاندماج النووي طاقة نظيفة أي لا تلوث البيئة، وصورة متجددة من صور الطاقة، ومصدرًا لا نهاية له تقريبا للإمدادات بالطاقة؛ فالهيدروجين مثلا يمكن الحصول عليه بسهولة من ماء البحر، كما أن لترًا واحدًا من ماء البحر ينتج نظريًّا طاقة تعادل نفس الطاقة التي تنتجها ثلاثين لترًا من النفط، أضف إلى ذلك أنه لا يتخلف عنها أية غازات حرارية ـ تزيد سخونة كوكب الأرض ـ كثاني أكسيد الكربون.

الأمان
ويعد مشروع "إيتر" الخطوة الأخيرة في مشوار البحث العلمي الجاري بكافة أنحاء العالم بشأن الاندماج النووي؛ الذي بدا في خمسينيات القرن الماضي؛ فقد أثبت العمل البحثي صعوبة إبان العقود القليلة الأولى، ولم يكن أحد يعتقد أن الاندماج النووي سيصبح حقيقة. إلا أن العشرين عاما الماضي شهدت اختراقات هامة في عدد من المجالات وفي مقدمتها السلامة والامان.

وفي هولندا تجري الأبحاث حول الاندماج النووي بمعهد "إف أو إم" لفيزياء البلازما بـ"نيوفيخين".

ويتوقع البروفيسور "نيك لوبيز كاردوزو" مدير أبحاث الاندماج النووي بالمعهد أن هولندا ستستطيع تقديم مساهمة كبيرة لمشروع "إيتر"؛ فمعهد "إف أو أم" يبحث في سبل أكثر فعالية لتسخين غاز الهيدروجين، وفي طرق آمنة للاحتفاظ بالبلازما الساخنة داخل المفاعل. وإذا ما أخذنا في الاعتبار درجات الحرارة الهائلة ـ التي تقدر بـ150 مليون درجة مئوية ـ فإن الأمان يعد عاملا رئيسيا لنجاح فكرة مشروع الاندماج النووي.


الإمداد بالطاقة
وتكمن أهمية بحوث الاندماج النووي في ضمان الإمدادات المستقبلية بالطاقة؛ فعلى المدى البعيد ستنضب كافة صور الوقود الحفري (النفط والفحم ومشتقاتهما) تماما، مع ذلك لن يستطيع الاندماج بأية حال أن يحل محل أشكال الوقود ـ كالنفط والغاز مثلا ـ كليا. ويعتقد البروفيسور "كاردوزو" أن مزيجا من مصادر الطاقة مطلوبة بما فيها الرياح والطاقة الشمسية.

خلال العقود القادمة سيتزايد الطلب على الطاقة ففي الماضي كانت الإمدادات بالوقود الحفري كافية، وكانت الحاجة للبحث عن بدائل محدودة،" أما الآن فيتعاظم الشعور بالحاجة الملحة" وفقا للبروفيسور "كاردوزو" الذي قال:
"معنى هذا أيضا أن الاقتصاديات سريعة النمو كالصين التي تتنامى حاجتها للطاقة مستعدة للمساهمة في تمويل أبحاث الاندماج النووي".

ولن يصبح من الممكن حساب الارباح التجارية التي سيدره الاندماج النووي قبل حوالي 35 عاما، عندما يُنشئ مفاعل "ديمو"؛ الذي سيخلف "إيتر"؛ فمفاعل ديمو سيكون أول مفاعل اندماج نووي بقدرة 1000 ميجاوات يولد كهرباء حقيقية تصل لقطاع أكبر من الجمهور.

لكل من اراد توسيع معلوماته الثقافية