حققت شركة Commonwealth Fusion Systems (CFS) مكاسب صافية من الطاقة — حيث أنتجت طاقة من الاندماج أكثر مما هو مطلوب لبدء التفاعل — للمرة الثالثة على التوالي في مفاعل SPARC توكاماك. إن اتساق النتيجة هو ما يجعل هذا الإنجاز مهمًا: فهو يشير إلى أن الشركة قد نجحت حقًا في حل التحديات الهندسية التي ابتليت بها أبحاث الاندماج لمدة 70 عامًا، بدلاً من تحقيق نتيجة لمرة واحدة لا يمكن إعادة إنتاجها بشكل موثوق.
وجاء الإعلان بهدوء، في ورقة قدمت إلىطاقة الطبيعةونشرت في وقت واحد على arXiv. لم يكن هناك مؤتمر صحفي، ولا بث مباشر احتفالي. إن أسلوب التواصل البسيط متعمد، وقد شاهدت شركة CFS إعلانات الاندماج الأخرى تولد ضجة هائلة تليها سنوات من الصمت، والشركة عازمة على عدم تكرار هذا النمط.
ماذا يعني صافي مكاسب الطاقة في الواقع؟
يتطلب مصطلح "صافي كسب الطاقة" تعريفًا دقيقًا. تقيس نتيجة CFS اكتساب الطاقة بالنسبة للطاقة المنقولة إلى البلازما، وليس إجمالي الطاقة التي تستهلكها المنشأة. تظل كفاءة "قابس الحائط"، التي تمثل جميع مدخلات الطاقة بما في ذلك المغناطيسات وأنظمة التبريد وإلكترونيات التحكم، أقل من 1. ولكن هذا هو نفس المقياس المستخدم في نتيجة عام 2022 التي احتفلت بها منشأة الإشعال الوطنية، وهو يمثل معلمًا علميًا حقيقيًا: تنتج البلازما طاقة أكثر مما تمتصه.
إن التمييز مهم لأنه يحدد المشاكل الهندسية المتبقية. إن تحقيق صافي كسب الطاقة على مستوى البلازما يعني أن الفيزياء الأساسية تعمل. وتتمثل التحديات المتبقية في الهندسة: تحسين كفاءة أنظمة توصيل الطاقة، والتقاط تدفق النيوترونات كحرارة قابلة للاستخدام، وتحويل تلك الحرارة إلى كهرباء على نطاق تجاري. إنها مشكلات صعبة، لكنها مشكلات هندسية، من النوع الذي يمكن حله بموارد ووقت كافيين، بدلاً من الحاجة إلى فيزياء جديدة.
إن النقاد الذين يرفضون النتيجة لأن كفاءة قابس الحائط أقل من 1 يطبقون معيارًا لا تلبيه أي تكنولوجيا طاقة في مراحل التطوير المبكرة. كانت المحركات البخارية الأولى غير فعالة بشكل كارثي. قامت الخلايا الشمسية الأولى بتحويل أقل من 1% من ضوء الشمس إلى كهرباء. والسؤال ذو الصلة ليس ما إذا كانت التكنولوجيا تتسم بالكفاءة اليوم، بل ما إذا كان هناك مسار جدير بالثقة نحو الكفاءة التجارية ــ وبالنسبة للاندماج النووي، فإن هذا المسار موجود الآن.
مفاعل SPARC
يستخدم SPARC مغناطيسات فائقة التوصيل ذات درجة حرارة عالية (HTS) - وهي تقنية تم تطويرها داخليًا بواسطة CFS على مدار ست سنوات - لتحقيق قوة مجال مغناطيسي تبلغ 20 تسلا، أي ضعف ما كان يمكن تحقيقه سابقًا في توكاماك بهذا الحجم تقريبًا. تسمح هذه الحقول الأقوى لمفاعل أصغر بكثير بتحقيق ظروف البلازما المطلوبة للاندماج، مما يقلل بشكل كبير من تكلفة النظام وتعقيده.
تعد تقنية المغناطيس HTS هي الميزة التنافسية الأساسية لشركة CFS والسبب الذي جعل الشركة قادرة على التحرك بشكل أسرع من البرامج الأكبر حجمًا والأفضل تمويلًا مثل ITER. ويستخدم مشروع ITER، وهو مشروع الاندماج الدولي قيد الإنشاء في فرنسا، مغناطيسات تقليدية فائقة التوصيل ويتطلب مفاعلًا بحجم مبنى مكون من عشرة طوابق لتحقيق ظروف البلازما اللازمة. يحقق SPARC ظروفًا مماثلة في مفاعل يتناسب مع غرفة كبيرة.
عامل الشكل الأصغر له فوائد مركبة. المفاعلات الصغيرة أرخص في البناء، وأسرع في التكرار، وأسهل في الموقع. من الممكن تركيب محطة طاقة اندماجية تعتمد على التكنولوجيا المشتقة من SPARC في مواقع محطات الطاقة الحالية، باستخدام اتصالات الشبكة الحالية والبنية التحتية للتبريد - وهي ميزة كبيرة مقارنة بالتقنيات التي تتطلب مرافق مصممة لهذا الغرض.
الطريق إلى القوة التجارية
تقوم شركة CFS الآن بتصميم ARC، أول محطة تجارية لتوليد الطاقة بالاندماج النووي، تستهدف توصيل الطاقة لأول مرة في عام 2031. وقد جمعت الشركة 2.8 مليار دولار من المستثمرين بما في ذلك بيل جيتس، وجوجل، وإكوينور، ووقعت خطابات نوايا مع ثلاث مرافق لاتفاقيات شراء الطاقة. يدعو تصميم ARC إلى إنشاء محطة بقدرة 400 ميجاوات – تقريبًا إنتاج محطة ذروة متوسطة الحجم للغاز الطبيعي – بتكلفة بناء تتوقعها الشركة بأقل من 2 مليار دولار.
الجدول الزمني لعام 2031 عدواني. إن بناء منشأة نووية هي الأولى من نوعها في غضون خمس سنوات سيكون أمراً غير مسبوق في البيئة التنظيمية الحديثة. تعمل لجنة الأمن الغذائي العالمي مع اللجنة التنظيمية النووية على مسار تنظيمي جديد لمرافق الاندماج، والتي تختلف جوهريا عن محطات الانشطار - فهي لا تستطيع الذوبان، ولا تنتج نفايات مشعة طويلة العمر، وتستخدم الوقود (الديوتيريوم والتريتيوم) الذي لا يمكن استخدامه في الأسلحة. لقد كان المجلس النرويجي للاجئين متقبلاً، لكن العمليات التنظيمية تتحرك ببطء، والسماح بالتأخير هو المصدر الأكثر احتمالاً لمخاطر الجدول الزمني.
المشهد التنافسي
لجنة الأمن الغذائي العالمي ليست وحدها. اجتذب النظام البيئي للشركات الناشئة ما يزيد عن 6 مليارات دولار من الاستثمارات الخاصة منذ عام 2020، مع اتباع أكثر من 30 شركة لأساليب مختلفة. تتبع شركة TAE Technologies تكوينًا معكوسًا ميدانيًا. تستخدم شركة Helion Energy، المدعومة من Sam Altman، نهجًا مختلفًا للحبس المغناطيسي وقد وقعت اتفاقية شراء الطاقة مع Microsoft. تسعى شركة General Fusion إلى تحقيق هدف الاندماج الممغنط. ولكل نهج ملفات تعريف مخاطر وجداول زمنية مختلفة.
إن تنوع الأساليب هو ميزة وليس خطأ. يعد الاندماج أمرًا صعبًا بدرجة كافية، حيث إن وجود فرق متعددة تتبع مسارات مختلفة يزيد من احتمالية نجاح فريق واحد على الأقل. وتؤدي المنافسة إلى تقدم أسرع مما يمكن لأي برنامج منفرد أن يحققه بمفرده - فنتائج كل شركة تفيد الشركات الأخرى، حتى عندما تختلف التقنيات الأساسية.
الصورة الأكبر
إذا التزمت لجنة الأمن الغذائي العالمي بجدولها الزمني، فمن الممكن أن تساهم طاقة الاندماج في الشبكة خلال عقد من الزمن، وهو جدول زمني كان سيبدو خياليًا قبل خمس سنوات. ومن الصعب أن نبالغ في تقدير العواقب المترتبة على تغير المناخ، وأمن الطاقة، والجغرافيا السياسية. إن الوقود الاندماجي ـ الديوتيريوم المستخرج من مياه البحر، والتريتيوم المشتق من الليثيوم ـ لا ينضب فعليا، وهو متاح في كل مكان. إن العالم الذي يتمتع بقدرة اندماج نووية رخيصة ووفيرة هو عالم حيث يمكن حل مشكلة الفقر في مجال الطاقة، وحيث تصبح تحلية المياه اقتصادية على نطاق واسع، وحيث يتبخر النفوذ الجيوسياسي لمصدري الوقود الأحفوري.
هذا العالم غير مضمون. لقد كان الاندماج "على بعد 20 عامًا" منذ 60 عامًا، وتاريخ هذا المجال مليء بالإعلانات المبكرة. لكن صافي مكاسب الطاقة الثالثة على التوالي من SPARC يختلف من حيث النوع عن المعالم السابقة. فهو قابل للتكرار، ومتسق، ويتم إنجازه من خلال شركة خاصة لديها حوافز تجارية لتنفيذها ــ وليس برنامجاً حكومياً بميزانية يمكن خفضها وجدول زمني يمكن أن يتباطأ إلى أجل غير مسمى. ولأول مرة، أصبح لدى المتفائلين حجة أفضل.