تتنافس العديد من الشركات الناشئة لتحقيق طاقة الاندماج التجارية. وقد وضعت شركة زاب إنرجي خطاً فاصلاً بعد أن أعلنت أن جهازها الأخير سجل أعلى ضغوط بلازما على الإطلاق لفئته من المفاعلات.
شركة زاب إنرجي تحقق رقماً قياسياً في طاقة الاندماج مع جهازها الأخير
تتنافس العديد من الشركات الناشئة لتحقيق طاقة الاندماج التجارية. وقد وضعت شركة زاب إنرجي خطاً فاصلاً بعد أن أعلنت أن جهازها الأخير سجل أعلى ضغوط بلازما على الإطلاق لفئته من المفاعلات.
يتطلب دمج الذرات عادةً تعريض غاز مؤين، يُعرف بالبلازما، لحرارة وضغط شديدين. وعادةً ما يتطلب ذلك حلقات ضخمة من المغناطيسات القوية أو مصفوفات ليزر ضخمة. لكن شركة زاب إنرجي تتبنى نهجاً مبتكراً يُعرف بتكوين Z-pinch المستقر بتدفق مشذّب، والذي يستخدم التيارات الكهربائية لضغط وتسخين الوقود.
تقول الشركة إن هذا يجب أن يجعل أجهزتها أصغر بكثير وأرخص من المنافسين، ولكن التكنولوجيا لا تزال أقل نضجاً مقارنة بتصاميم المفاعلات الاندماجية الرائدة الأخرى. ومع ذلك، حققت الشركة الآن ضغوط بلازما تبلغ 1.6 غيغاباسكال – أي حوالي 10,000 مرة من الضغط الجوي على مستوى سطح البحر – في جهاز طوله 12 قدماً فقط، وهو رقم قياسي لنظام Z-pinch بتدفق مشذّب وخطوة كبيرة نحو تحقيق الجدوى التجارية، وفقاً للشركة.
قال بن ليفيت، نائب رئيس البحث والتطوير في زاب، في بيان صحفي: “كانت هذه جهوداً كبيرة من الفريق، وقد نجحت بفضل دورة مترابطة من التنبؤات النظرية، ونمذجة حسابية، وبناء سريع وهندسة اختبار، والتحقق التجريبي، وخبرة القياس”.
“مع نظام أصغر، لدينا ميزة القدرة على التحرك بسرعة، وتحقيق هذه النتائج في أنظمة هي جزء من حجم وتكلفة أجهزة الاندماج ذات الأداء المقارن هو جزء كبير مما يجعل هذا إنجازاً مهماً”.
تصميم جهاز زاب
الفكرة وراء تصميم مفاعل زاب بسيطة بشكل مدهش. مثل معظم أنظمة الاندماج، تستخدم نظائر الهيدروجين الخاصة كوقود. يتم احتواء هذه كغاز في أنبوب رقيق في قلب المفاعل. يطلق الجهاز تياراً كهربائياً ضخماً عبر هذا الغاز، مما يؤدي إلى تسخينه وتحويله إلى بلازما.
كما أن التيار الكهربائي يُنشئ مجالاً مغناطيسياً قوياً يضغط البلازما – وهي ظاهرة تُعرف باسم Z-pinch – وتولد ضغوطاً عالية جداً في منطقة صغيرة. نظرياً، مع تصميم دقيق وتيارات عالية بما فيه الكفاية، يجب أن تولد هذه الظروف اللازمة للاندماج.
ومع ذلك، فإن العملية أكثر تعقيداً قليلاً في الواقع. يستخدم مفاعل زاب أولاً التيار الكهربائي لتسريع البلازما على طول الأنبوب، مما يساعد على استقرارها. عندما تصل البلازما إلى نهاية الأنبوب على شكل مخروط، يضغط المجال المغناطيسي عليها إلى Z-pinch.
كان الضغط القياسي الذي حققته زاب مؤخراً بفضل تصميم جديد يفصل بين عمليات تسريع وضغط البلازما. استخدمت الأجهزة السابقة قطبين لتوصيل التيار إلى المفاعل، وقد حققت مستويات جيدة من التسخين ولكن لم تسمح للفريق بتحقيق الضغوط العالية التي كانوا يستهدفونها.
يتضمن نظام FuZE-3 الجديد قطباً ثالثاً، مما يجعل من الممكن توصيل نبضتين للطاقة بدلاً من واحدة فقط، كما قال المتحدث باسم الشركة، آندي فريبورن، لموقع TechCrunch. تقول الشركة إن هذا الإعداد الجديد يسمح لهم بالتحكم بشكل مستقل في تسريع وضغط البلازما – وهو أمر أساسي لتحقيق النتائج القياسية الأخيرة.
التحديات المستقبلية
يتطلب توليد الطاقة المفيدة من تفاعلات الاندماج توازناً دقيقاً بين كثافة البلازما، ودرجة الحرارة، ووقت الاحتجاز. تقول زاب إن نهجها يمثل حلاً وسطاً، حيث تهدف إلى تحقيق ضغوط عالية نسبياً وأوقات احتجاز معقولة.
ومع ذلك، يشير TechCrunch إلى أن زاب تعتقد أنها ستحتاج إلى زيادة ضغوط البلازما على الأقل عشرة أضعاف قبل أن تصل إلى نقطة التعادل العلمي – النقطة التي تتجاوز فيها الطاقة الناتجة عن التفاعل كمية الطاقة المطلوبة لبدء التفاعل.
لا تأخذ نقطة التعادل العلمي في الاعتبار استخدام الطاقة للبنية التحتية الداعمة أو القدرة على استخراج الطاقة من التفاعل، لذا فإن حتى هذه النقطة هي مجرد خطوة نحو الجدوى التجارية.
ومع ذلك، تواصل زاب العمل على جهاز الجيل التالي، والذي من المقرر أن يدخل الخدمة هذا الشتاء حتى مع استمرار اختبارات FuZE-3. بالنظر إلى الشكوك الكبيرة حول جدوى وأوقات مختلف نهج الاندماج، فإن المزيد من الأشخاص الذين يدفعون التقدم في هذا المجال هو أمر جيد.
ومع ذلك، تواصل زاب العمل على جهاز الجيل التالي، والذي من المقرر أن يدخل الخدمة هذا الشتاء حتى مع استمرار اختبارات FuZE-3.
