انطلق مشروع تعاوني طموح يجمع بين باحثين من مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) في الولايات المتحدة ونظرائهم في معهد فراونهوفر لتكنولوجيا الليزر (ILT) بألمانيا، تحت مظلة مبادرة أُطلق عليها اسم ICONIC-FL. الهدف المحوري لهذا المشروع هو جسر الهوة بين النجاحات المخبرية في مجال الاندماج النووي والتحول الفعلي إلى تطبيقات صناعية مستدامة لتوليد الكهرباء.
- ✅ تركيز التعاون على تصميم جيل جديد من أنظمة الليزر القادرة على دعم محطات الطاقة الاندماجية المستقبلية.
- ✅ دمج الخبرة الأمريكية في فيزياء الاندماج مع البراعة الألمانية في هندسة الليزر الصناعي عالي الطاقة.
- ✅ معالجة التحدي الهندسي المتمثل في الحاجة إلى تكرار ومضات الليزر بمعدل 15 مرة في الثانية بدلاً من الومضة الواحدة التجريبية.
- ✅ استخدام المحاكاة الحاسوبية المتقدمة لاختبار تصاميم المضخمات الجديدة قبل الانتقال إلى مراحل التصنيع المكلفة.
يستند هذا المسعى إلى الإنجاز العلمي الذي حققه العلماء الأمريكيون في منشأة الإشعال الوطنية (NIF) عام 2022، حيث تم إثبات جدوى المفهوم عبر تسخين وقود الديوتيريوم والتريتيوم إلى درجات حرارة تتجاوز 100 مليون درجة مئوية، ما أدى إلى تفاعل اندماجي ذاتي الاستدامة أطلق طاقة أكبر من طاقة الليزر المستهلكة. ورغم أهمية هذا الإثبات النظري، إلا أنه كشف بوضوح عن العقبات الهندسية اللازمة للتحويل إلى تطبيقات تجارية عملية، والتي تتطلب معدلات تكرار هائلة.
تجاوز التحدي الهندسي: من الومضة الواحدة إلى التشغيل المستمر
يكمن التحدي الأكبر في الانتقال من التجربة التي تتطلب ساعات من التبريد بين كل ومضة، إلى متطلبات التشغيل التجاري الذي يحتاج إلى 15 ومضة في الثانية دون توقف. لمواجهة هذا العبء التشغيلي، اتجه الفريقان إلى النمذجة الرقمية والمحاكاة الحاسوبية كخطوة أولى لتصميم مضخمات طاقة جديدة كلياً، قبل الشروع في عمليات التصنيع الباهظة الثمن. هذا التوجه يقلل بشكل كبير من المخاطر الهندسية والتكاليف المرتبطة بها.
يركز البحث الحالي بشكل مكثف على معضلة الإجهاد الضوئي والحراري الذي تتعرض له المكونات البصرية الضخمة، مثل ألواح الزجاج والبلورات التي يصل حجمها إلى 16 بوصة. إن التشغيل المتواصل يسبب تشوهات وتلفاً لهذه الوسائط الحساسة. ولحل هذه المشكلة، يعمل الباحثون على تطوير تقنيات تبريد مبتكرة تعتمد على استخدام سوائل شفافة، تعمل هذه السوائل على تشتيت الحرارة بكفاءة عالية مع السماح لضوء الليزر بالمرور دون إعاقة.
تكتسب الشراكة أهميتها من قدرتها على دمج أدوات المحاكاة المتقدمة لدى الجانبين، مما يضمن إنشاء نماذج واقعية ودقيقة لاختبار كفاءة التصاميم المقترحة مسبقاً. هذه الخطوة حاسمة لتسريع برنامج طاقة الاندماج بالقصور الذاتي (IFE). وبفضل الخبرة الألمانية في التوسع الصناعي لأنظمة الليزر المعتمدة على المضخات الثنائية (Diode-pumped)، يمكن تحويل الاكتشاف العلمي الأمريكي إلى **محرك طاقة دائم** يغذي الشبكات بالطاقة النظيفة والمستدامة.
ما هو الهدف الأساسي من مشروع ICONIC-FL؟
الهدف الأساسي هو نقل تكنولوجيا الاندماج النووي المعتمد على الليزر من مرحلة الإثبات العلمي في المختبر إلى مرحلة التطبيق الصناعي الفعلي، من خلال تصميم أنظمة ليزر قادرة على العمل بكفاءة عالية ومعدلات تكرار سريعة لمحطات الطاقة التجارية.
ما هي المشكلة الهندسية الرئيسية التي يسعى التعاون لحلها؟
تتمثل المشكلة الرئيسية في قدرة أنظمة الليزر على تحمل الإجهاد الضوئي والحراري الناتج عن التشغيل المستمر، والحاجة إلى تكرار ومضات الليزر بمعدل 15 مرة في الثانية، وهو ما تعجز عنه الأنظمة المستخدمة في التجارب الأولية.
ماذا يمثل النجاح الذي تحقق في منشأة الإشعال الوطنية (NIF)؟
يمثل نجاح NIF إثباتاً علمياً لجدوى مفهوم الاندماج النووي بالقصور الذاتي، حيث تم تحقيق تفاعل اندماجي ذاتي الاستدامة أنتج طاقة أكبر من المدخلة، ولكنه كان إنجازاً لمرة واحدة يتطلب فترات تبريد طويلة.
كيف تساهم الخبرة الألمانية في هذا التعاون؟
تساهم الخبرة الألمانية، خاصة في مجال التوسع الصناعي لليزر المضحوخ بالصمامات الثنائية، في تحويل التصاميم العلمية إلى حلول هندسية قابلة للتطبيق التجاري والتشغيل المستمر.
🔎 في الختام، يمثل مشروع ICONIC-FL نموذجاً مثالياً لكيفية تضافر الجهود الدولية والخبرات المتباينة -الفيزياء النظرية من جهة والهندسة الصناعية المتقدمة من جهة أخرى- لدفع عجلة التقدم في أحد أكثر المجالات العلمية تحدياً وأهمية لمستقبل البشرية. إن التركيز على حل المشكلات الهندسية الحرجة، مثل متانة المكونات وقدرتها على التحمل تحت الضغط العالي والتكرار السريع، هو المفتاح الحقيقي لفتح أبواب الطاقة الاندماجية النظيفة والوفيرة للعالم.
قم بالتعليق على الموضوع