يستعرض هذا التقرير عملية الاندماج النووي، حيث تتحد نوى خفيفة لتكوين نواة أثقل، مما يؤدي إلى تحرر كميات من الطاقة تفوق بمراحل ما ينتجه الانشطار. يوضح التقرير الشروط الفيزيائية القاسية المطلوبة لحدوث الاندماج، وكيف تحاول البشرية محاكاة قلب الشمس داخل مفاعلات تجريبية مثل (𝑰𝑻𝑬𝑹).

←على عكس الانشطار، الاندماج يحتاج إلى دفع نواتين موجبتين للاقتراب من بعضهما لدرجة الاندماج.

• عائق كولوم: النوى المشحونة إيجابياً تتنافر بقوة. للتغلب على هذا التنافر، يجب أن تتحرك النوى بسرعة هائلة جداً.

• الحل: توفير حرارة تصل إلى 150 مليون درجة مئوية (أحر من قلب الشمس ب 10 مرات). عند هذه الحرارة، تصبح المادة بلازما، وتكتسب النوى طاقة حركية كافية لاختراق حاجز التنافر والالتحام عبر القوة النووية القوية.

في النجوم، يندمج الهيدروجين لإنتاج الهيليوم. أما على الأرض نركز على نظائر الهيدروجين لأن اندماجها أسهل نسبياً:

الديوتيريوم (²𝑯): مستخلص من مياه البحر (مصدر شبه لا نهائي).

التريتيوم (³𝑯): يمكن إنتاجه من الليثيوم.

المعادلة:
²₁𝑯+ ³₁𝑯→ ⁴₂𝑯𝒆 + ¹₀𝒏 + 𝟏𝟕.𝟔 𝑴𝒆𝑽

ينتج عن هذا الاندماج ذرة هيليوم (غاز خامل غير ضار) ونيوترون يحمل طاقة حركية هائلة.

1. كثافة طاقة هائلة: غرام واحد من وقود الاندماج يوفر طاقة تعادل 8 طن من النفط.
2. أمان ذاتي: لا يمكن حدوث انصهار للمفاعل مثل الانشطار أي خلل سيؤدي لتبرد البلازما وتوقف التفاعل فوراً.
3. نظافة بيئية: لا ينتج غازات احتباس حراري والنفايات الإشعاعية الناتجة قصيرة العمر جداً مقارنة بالانشطار.

←أين نضع مادة حرارتها 150 مليون درجة دون أن يذوب المفاعل؟
• الحصر المغناطيسي (𝑴𝒂𝒈𝒏𝒆𝒕𝒊𝒄 𝑪𝒐𝒏𝒇𝒊𝒏𝒆𝒎𝒆𝒏𝒕): استخدام مغناطيسات عملاقة فائقة التوصيل لتعليق البلازما في الهواء بعيداً عن الجدران كما في مفاعل التوكاماك.
• الحصر بالقصور الذاتي (𝑰𝒏𝒆𝒓𝒕𝒊𝒂𝒍 𝑪𝒐𝒏𝒇𝒊𝒏𝒆𝒎𝒆𝒏𝒕): استخدام أشعة ليزر جبارة لضغط كبسولة وقود صغيرة جداً في زمن قياسي لإحداث الاندماج.

مشروع 𝑰𝑻𝑬𝑹 في فرنسا هو أكبر تعاون علمي دولي لبناء مفاعل اندماجي تجريبي. إذا نجح البشر في تطويع الاندماج، فسنكون قد امتلكنا طاقة الشمس على الأرض مما يعني نهاية أزمة الطاقة للأبد وتوفير وقود مثالي للسفر في أعماق الفضاء.

𝟏. 𝑩𝒆𝒕𝒉𝒆, 𝑯. 𝑨. (𝟏𝟗𝟑𝟗). 𝑬𝒏𝒆𝒓𝒈𝒚 𝑷𝒓𝒐𝒅𝒖𝒄𝒕𝒊𝒐𝒏 𝒊𝒏 𝑺𝒕𝒂𝒓𝒔. 𝑷𝒉𝒚𝒔𝒊𝒄𝒂𝒍 𝑹𝒆𝒗𝒊𝒆𝒘.
𝟐. 𝑪𝒉𝒆𝒏, 𝑭. 𝑭. (𝟐𝟎𝟏𝟔). 𝑰𝒏𝒕𝒓𝒐𝒅𝒖𝒄𝒕𝒊𝒐𝒏 𝒕𝒐 𝑷𝒍𝒂𝒔𝒎𝒂 𝑷𝒉𝒚𝒔𝒊𝒄𝒔 𝒂𝒏𝒅 𝑪𝒐𝒏𝒕𝒓𝒐𝒍𝒍𝒆𝒅 𝑭𝒖𝒔𝒊𝒐𝒏. 𝑺𝒑𝒓𝒊𝒏𝒈𝒆𝒓.
𝟑. 𝑰𝑻𝑬𝑹 𝑶𝒓𝒈𝒂𝒏𝒊𝒛𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏. 𝑾𝒉𝒂𝒕 𝒊𝒔 𝑭𝒖𝒔𝒊𝒐𝒏?
الموقع الرسمي للمشروع الدولي للاندماج النووي.

اللي يريد يتعمق بالموضوع اكثر
هاهو الكتاب

يستعرض هذا التقرير عملية الانشطار النووي، وهي الظاهرة الفيزيائية التي تنقسم فيها نواة ذرة ثقيلة إلى نواتين أصغر أو أكثر، مع انطلاق كمية هائلة من الطاقة والنيوترونات. يوضح التقرير ميكانيكا هذه العملية، وكيفية حدوث التفاعل المتسلسل، والدور المحوري لمعادلة آينشتاين في تفسير القوة الناتجة.

←تبدأ العملية عندما تصطدم نواة ذرة قابلة للانشطار مثل اليورانيوم ²³⁵𝑼 بنيوترون بطيء أي نيوترون حراري.
• الامتصاص: تمتص النواة النيوترون لتصبح غير مستقرة تماماً مثل اليورانيوم ²³⁶𝑼 لفترة وجيزة جداً.
• الانقسام: بسبب عدم الاستقرار، تتشوه النواة وتنقسم إلى نواتين أصغر وهوما يعرف بنواتج الانشطار مثل الباريوم والكريبتون.
• المخلفات: تنطلق 2 إلى 3 نيوترونات إضافية مع كل عملية انشطار، بالإضافة إلى كمية ضخمة من الطاقة على شكل أشعة غاما وطاقة حركية.

←هذا هو السر وراء قوة الانشطار. النيوترونات المنطلقة من الانشطار الأول تذهب لتصدم نوى يورانيوم أخرى، مما يسبب انشطارات جديدة.
• الكتلة الحرجة (𝑪𝒓𝒊𝒕𝒊𝒄𝒂𝒍 𝑴𝒂𝒔𝒔): هي أقل كمية من المادة المشعة اللازمة لاستمرار التفاعل المتسلسل بشكل تلقائي.
• التحكم: في المفاعلات النووية، تُستخدم قضبان التحكم المصنوعة من مواد تمتص النيوترونات مثل الكادميوم لتنظيم سرعة التفاعل ومنعه من الانفجار.

←إذا قمنا بوزن النواتج بعد الانشطار، سنجد أنها أخف قليلاً من النواة الأصلية والنيوترون الساقط. أين ذهبت تلك الكتلة؟
وفقاً لمعادلة آينشتاين، تحولت الكتلة المفقودة (النقص الكتلي) مباشرة إلى طاقة.
بما أن مربع سرعة الضوء (𝒄²) رقم هائل، فإن كمية ضئيلة جداً من المادة تعطي طاقة مدمرة أو جبارة تكفي لإنارة مدن كاملة.

• إنتاج الكهرباء: تستخدم المفاعلات النووية الحرارة الناتجة عن الانشطار لتبخير الماء وتدوير التوربينات لإنتاج طاقة نظيفة كربونياً.
• الغواصات النووية: محركات تعمل لسنوات طويلة دون الحاجة للتزود بالوقود بفضل كثافة الطاقة النووية العالية.
• الطب النووي: إنتاج النظائر المشعة المستخدمة في تشخيص وعلاج الأمراض المستعصية.

• النفايات النووية: بقايا الانشطار تظل مشعة لآلاف السنين وتتطلب تخزيناً آمناً جداً.
• الانتشار النووي: خطر استخدام التقنية في صنع أسلحة دمار شامل.
• الحوادث: كما حدث في تشيرنوبل أو فوكوشيما، مما يتطلب معايير أمان فائقة التعقيد.

𝟏. 𝑯𝒂𝒉𝒏, 𝑶., & 𝑺𝒕𝒓𝒂𝒔𝒔𝒎𝒂𝒏, 𝑭. (𝟏𝟗𝟑𝟗). Ü𝒃𝒆𝒓 𝒅𝒆𝒏 𝑵𝒂𝒄𝒉𝒘𝒆𝒊𝒔 𝒖𝒏𝒅 𝒅𝒂𝒔 𝑽𝒆𝒓𝒉𝒂𝒍𝒕𝒆𝒏 𝒅𝒆𝒓 𝒃𝒆𝒊 𝒅𝒆𝒓 𝑩𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂𝒉𝒍𝒖𝒏𝒈 𝒅𝒆𝒔 𝑼𝒓𝒂𝒏𝒔 𝒎𝒊𝒕𝒕𝒆𝒍𝒔 𝑵𝒆𝒖𝒕𝒓𝒐𝒏𝒆𝒏 𝒆𝒏𝒕𝒔𝒕𝒆𝒉𝒆𝒏𝒅𝒆𝒏 𝑬𝒓𝒅𝒂𝒍𝒌𝒂𝒍𝒊𝒎𝒆𝒕𝒂𝒍𝒍𝒆.

𝟐. 𝑴𝒆𝒊𝒕𝒏𝒆𝒓, 𝑳., & 𝑭𝒓𝒊𝒔𝒄𝒉, 𝑶. 𝑹. (𝟏𝟗𝟑𝟗). 𝑫𝒊𝒔𝒊𝒏𝒕𝒆𝒈𝒓𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏 𝒐𝒇 𝑼𝒓𝒂𝒏𝒊𝒖𝒎 𝒃𝒚 𝑵𝒆𝒖𝒕𝒓𝒐𝒏𝒔: 𝒂 𝑵𝒆𝒘 𝑻𝒚𝒑𝒆 𝒐𝒇 𝑵𝒖𝒄𝒍𝒆𝒂𝒓 𝑹𝒆𝒂𝒄𝒕𝒊𝒐𝒏.

𝟑. 𝑲𝒓𝒂𝒏𝒆, 𝑲. 𝑺. (𝟏𝟗𝟖𝟕). 𝑰𝒏𝒕𝒓𝒐𝒅𝒖𝒄𝒕𝒐𝒓𝒚 𝑵𝒖𝒄𝒍𝒆𝒂𝒓 𝑷𝒉𝒚𝒔𝒊𝒄𝒔. 𝑾𝒊𝒍𝒆𝒚.