في خطوة رائدة نحو مستقبل الطاقة، نجح فريق من العلماء في مختبر إيداهو الوطني بالولايات المتحدة في ابتكار منصة اختبار فريدة تُدعى "ViBRANT". هذا الابتكار ليس مجرد نموذج تقليدي، بل هو محاكاة دقيقة لمفاعل نووي يأتي بحجم كشك الهاتف، لكنه يعتمد كلياً على آلاف مصابيح LED المتطورة بدلاً من قضبان اليورانيوم التقليدية، وذلك بهدف دراسة وفهم عمليات الانشطار النووي المعقدة في بيئة آمنة تماماً.
- ✅ محاكاة الانشطار النووي باستخدام آلاف مصابيح LED المتطورة بدلاً من الوقود المشع.
- ✅ استغلال التشابه الرياضي بين حركة فوتونات الضوء والنيوترونات داخل قلب المفاعل.
- ✅ توفير بيئة بصرية تفاعلية تتيح مراقبة تدفق الطاقة ودرجات الحرارة بالعين المجردة.
- ✅ اكتشاف العيوب التصميمية الميكانيكية وإصلاحها قبل البدء في بناء المفاعلات الحقيقية.
- ✅ تسريع وتيرة تطوير المفاعلات المصغرة لتوفير طاقة نظيفة ومستدامة للمستقبل.
يعتمد هذا الابتكار العلمي المذهل على مبدأ فيزيائي ورياضي عميق؛ حيث وجد الباحثون تشابهاً كبيراً بين سلوك فوتونات الضوء وسلوك النيوترونات داخل المفاعل النووي. فالمعادلات الرياضية التي تصف كيفية انتشار وتشتت الضوء في الأوساط المختلفة تتماثل بشكل مدهش مع تلك التي تحكم حركة وتفاعل النيوترونات المسؤولة عن الانشطار المتسلسل. هذا الاكتشاف سمح للعلماء باستبدال مخاطر الإشعاع والوقود النووي بجسيمات ضوئية آمنة تحاكي نفس الديناميكيات الفيزيائية بدقة متناهية، مما يفتح آفاقاً جديدة في أبحاث المفاعلات النووية.
كيف تحول الإضاءة الملونة البيانات النووية المعقدة إلى واقع مرئي؟
ما يميز منصة ViBRANT هو قدرتها على تحويل الأرقام والبيانات الرقمية الجافة إلى عرض بصري بديهي. فعلى الرغم من أن هذا المفاعل لا ينتج حرارة فعلية قد تصهر المواد، إلا أنه يعبر عن مستويات الطاقة والحرارة عبر التغيرات البصرية؛ فكلما زاد النشاط الافتراضي للمفاعل، ارتفعت شدة سطوع المصابيح لتمثل زيادة تدفق النيوترونات. وفي الوقت نفسه، تتغير ألوان الإضاءة لتعكس توزيع درجات الحرارة داخل قلب المفاعل، وهو ما يتيح للمهندسين وحتى غير المتخصصين فهم حالة المفاعل واستجابته للمتغيرات بشكل فوري، وكأنهم يراقبون التفاعلات الذرية غير المرئية بالعين المجردة.
يعمل هذا النظام البصري المتطور بالتكامل مع نظام تحكم آلي متقدم يُدعى "MACS". وقد صُمم هذا التكامل خصيصاً لتسريع تطوير المفاعل النووي المصغر المعروف باسم "MARVEL"، والذي يتم تبريده بمزيج من الصوديوم والبوتاسيوم. تكمن العبقرية هنا في دمج المحاكاة الضوئية مع المكونات الميكانيكية الحقيقية؛ حيث يتم تركيب أذرع التحكم والمشغلات الميكانيكية الفعلية التي ستُستخدم في المفاعل المستقبلي واختبارها استجابةً للإشارات الضوئية الصادرة عن ViBRANT، مما يضمن كفاءة الأجهزة في بيئة تحاكي الواقع تماماً ولكن دون أدنى خطر إشعاعي.
لقد أثبتت هذه التقنية قيمتها العملية بشكل قاطع عندما كشفت خلال الاختبارات عن عيب تصميمي جوهري في أحد المشغلات الميكانيكية لمفاعل MARVEL. رصد المهندسون انزلاقاً غير متوقع في أسطوانة التحكم ناتجاً عن تغير في قوى الاحتكاك، وهو خلل كان من الممكن أن يعيق عملية الإيقاف الطارئ للمفاعل في المستقبل. وبفضل اكتشاف هذا الخطأ في بيئة ViBRANT الآمنة، تمكن الفريق من تعديل التصميم وضمان أمان المفاعل قبل البدء في بنائه الحقيقي، مما يعزز من موثوقية هذه المفاعلات المصغرة التي ستلعب دوراً محورياً في تزويد مراكز البيانات ومحطات التحلية بفرص الطاقة النظيفة.
هل يمكن للضوء أن يحاكي التفاعلات النووية بدقة كافية للاعتماد عليها؟
نعم، يعتمد ذلك على التماثل الرياضي بين حركة الفوتونات والنيوترونات. المعادلات التي تصف انتشار الضوء وتشتته هي نفسها تقريباً التي تصف حركة النيوترونات، مما يجعل المحاكاة الضوئية دقيقة جداً في تمويل البيانات الفيزيائية إلى نماذج بصرية يمكن دراستها واختبارها ميكانيكياً.
ما هي الفائدة الرئيسية من استخدام "مفاعل LED" بدلاً من النماذج النووية التقليدية؟
الفائدة الكبرى هي الأمان المطلق وسرعة الاختبار؛ حيث تتيح منصة ViBRANT للعلماء اختبار المكونات الميكانيكية وأنظمة التحكم دون الحاجة للتعامل مع مواد مشعة أو إجراءات أمان معقدة، مما يقلل التكاليف ويسرع من عملية الابتكار والتطوير بشكل كبير.
كيف تساهم هذه التقنية في منع الحوادث النووية المستقبلية؟
من خلال اكتشاف العيوب التصميمية والميكانيكية في وقت مبكر جداً؛ كما حدث عند اكتشاف خلل في أسطوانة التحكم بمفاعل MARVEL، تضمن هذه المنصة أن كل جزء ميكانيكي سيعمل بدقة 100% في حالات الطوارئ قبل أن يتم وضع أي وقود نووي حقيقي داخل المفاعل.
ما هو الدور المتوقع للمفاعلات المصغرة مثل MARVEL في المستقبل؟
تستهدف هذه المفاعلات المصغرة توفير طاقة مستدامة ومستقلة للمنشآت الحيوية مثل مراكز البيانات الضخمة، القواعد العسكرية، ومحطات تحلية المياه، حيث توفر مصدراً دائماً للطاقة النظيفة بعيداً عن الشبكات التقليدية الكبيرة.
🔎 في الختام، تمثل منصة ViBRANT نموذجاً ملهماً لكيفية تسخير التكنولوجيا البصرية والذكاء الهندسي لتجاوز تحديات الأمان في القطاع النووي. إن القدرة على رؤية ما لا يُرى واختبار الأنظمة المعقدة باستخدام الضوء لا تسرع فقط من وتيرة الابتكار، بل تضع معايير جديدة للأمان والموثوقية في بناء مفاعلات المستقبل، مما يمهد الطريق لعصر جديد من الطاقة النظيفة والمستدامة التي تلبي احتياجات العالم المتزايدة بكفاءة وهدوء.
قم بالتعليق على الموضوع