أعلن باحثو جهاز EAST، وهو مفاعل اندماج تجريبي صيني من نوع توكاماك، أنهم رفعوا كثافة البلازما إلى ما يتجاوز “حد غرينوالد” بفارق واضح، وهو سقف تعامل معه علماء الاندماج لعقود بوصفه حدًا عمليًا لا يُتجاوز. وبحسب ورقتهم المنشورة في مجلة Science Advances في 1 يناير، بلغ EAST كثافات تتراوح بين 1.3 و1.65 ضعف حد غرينوالد، مستخدمًا طريقة جديدة لإشعال البلازما في بدايتها.
ماذا حدث
تحمل الدراسة عنوان “Accessing the density-free regime with ECRH-assisted ohmic start-up on EAST”، ونُشرت في المجلد 12، العدد 1 من Science Advances. وتصف تجارب حافظ فيها الفريق على البلازما عند كثافات تتجنبها أجهزة التوكاماك عادة، لأن تجاوز حد غرينوالد ينتهي غالبًا بانهيار البلازما.
السر في طريقة بدء التشغيل. فقد جمع الفريق بين نظرية تُعرف بـ”التنظيم الذاتي بين البلازما والجدار” (PWSO) وبين التسخين بالرنين السيكلوتروني للإلكترونات (ECRH) أثناء مرحلة البدء، بهدف تقليل كمية التنغستن المتسربة من جدار المفاعل إلى البلازما. ويضم فريق البحث جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا وجامعة إكس مرسيليا في فرنسا.
ما لفت انتباهي عبارة “نظام التحرر من الكثافة” في عنوان الورقة. فالباحثون لا يقولون فقط إنهم تجاوزوا الحد مرة واحدة، بل يرون أن هذا الحد، في ظروف البدء المناسبة، يكفّ عن التصرف كجدار صلب أصلًا.
كيف يعمل
التوكاماك حجرة على شكل كعكة دائرية مجوفة، تحتجز غازًا شديد الحرارة مشحونًا كهربائيًا يسمى البلازما باستخدام مجالات مغناطيسية قوية. ويحدث الاندماج حين تتصادم أنوية ذرات خفيفة داخل هذه البلازما بقوة كافية لتندمج وتطلق طاقة.
كلما زاد الوقود المحشور في الحيز نفسه زادت التصادمات، ولهذا تهم الكثافة كثيرًا. لكن أجهزة التوكاماك تصطدم عمليًا بسقف للكثافة. وحد غرينوالد قاعدة تجريبية مستخلصة من سنوات من التجارب، لا من مبادئ فيزيائية أساسية. فإذا تجاوزتْه الكثافة صارت البلازما عادة غير مستقرة ثم انهارت.
وإليك تشبيهًا يساعدني على الفهم. تخيّل مدير ملعب تعلّم من التجربة أن الجماهير إذا تخطت عددًا معينًا حدث تدافع عند المخارج. هذا الرقم لم يكن قانونًا طبيعيًا، بل نمطًا متكررًا. فإذا غيّرت طريقة دخول الناس ووزّعتهم منذ البداية، فقد تستوعب عددًا أكبر بأمان. وهذا ما فعله فريق EAST: غيّر طريقة “دخول” البلازما.
ومن الأسباب المشتبه بها لانهيار البلازما عند الكثافات العالية الشوائب. فذرات تنفصل عن الجدار الداخلي، وهي هنا ذرات التنغستن الثقيلة، تتسرب إلى البلازما وتشع حرارتها بعيدًا، فتبرد أطرافها حتى يختل كل شيء. وتصف نظرية PWSO كيف تستقر البلازما والجدار في حالة توازن متبادل. وباستخدام ECRH، الذي يسخّن الإلكترونات بموجات ميكروية مضبوطة بدقة، للمساعدة في بدء البلازما، سعى الفريق إلى إرساء هذا التوازن بطريقة تُبقي تلوث التنغستن منخفضًا. ومع بلازما أنظف، استطاعت الكثافة أن ترتفع أكثر بكثير قبل أن تبدأ المشكلات.
بالأرقام
| البند | الرقم | المصدر |
|---|---|---|
| الكثافة المحققة | من 1.3 إلى 1.65 ضعف حد غرينوالد | ورقة Science Advances |
| تاريخ النشر | 1 يناير 2026 | ورقة Science Advances |
| المجلد والعدد | المجلد 12، العدد 1 | ورقة Science Advances |
| طريقة التسخين عند البدء | التسخين بالرنين السيكلوتروني للإلكترونات (ECRH) | ورقة Science Advances |
| الشوائب المستهدفة | التنغستن المتسرب من جدار المفاعل | ورقة Science Advances |
لماذا يهم
ترتفع طاقة الاندماج بشدة كلما زادت الكثافة، ولذلك فالقدرة على حشر وقود أكثر بأمان من مفاتيح جعل مفاعلات الاندماج تنتج كميات مفيدة من الطاقة. وسقف الكثافة هو في الحقيقة سقف للأداء، وأي طريقة موثوقة لتجاوزه تجذب اهتمام المجال كله.
ومن المهم أن نكون دقيقين في وصف هذه النتيجة. فهي ليست اشتعالًا اندماجيًا، ولا تحقيقًا لطاقة صافية. وليست رقمًا قياسيًا في مدة بقاء البلازما أو في درجة حرارتها. إنها نتيجة تخص عائقًا واحدًا محددًا هو الكثافة، وطريقة بدء تشغيل يبدو أنها تزحزح هذا العائق.
برأيي، هذا التأطير الضيق يجعل الخبر أكثر إثارة للاهتمام لا أقل. فعناوين الاندماج الكبيرة كثيرًا ما تختلط ببعضها، أما التقدم الفعلي في هذا المجال فيأتي عادة من حل مشكلة فيزيائية وهندسية عنيدة واحدة في كل مرة.
ما التالي
صارت الورقة متاحة للجميع، ما يعني أن مجموعات الاندماج الأخرى تستطيع فحص الطريقة واختبار نجاح أسلوب البدء نفسه على أجهزتها. والسؤال المفتوح الواضح: إلى أي مدى يصمد “نظام التحرر من الكثافة” في أجهزة توكاماك مختلفة، وفي الظروف التي ستحتاجها محطة طاقة مستقبلية؟
حتى الآن، أظهر EAST أن حد غرينوالد قد يكون أقل صلابة مما افترضه كثيرون، على الأقل حين تبدأ البلازما بالطريقة الصحيحة.
المصادر
- Science Advances، “Accessing the density-free regime with ECRH-assisted ohmic start-up on EAST”، المجلد 12، العدد 1، 1 يناير 2026، https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz3040