تعتبر الشمس الصناعية أحد مصادر الطاقة النظيفة، حيث تعد معادلة الطاقة والكتلة هي الدافع الرئيسي لإنشائها، وشمس الصين الصناعية تثبت على أن الفكرة مجدية وقابلة للتنفيذ.
الشمس الصناعية
نعلم جميعًا مدى أهمية الشمس لوجودنا وبقاء جنسنا البشري، فهي ليست مجرد جرم سماوي في الفضاء الخارجي، إنها كرة نارية هائلة وضخمة، وهي أيضًا مصدر رائع للطاقة، مما يضمن وجود الحياة وازدهارها على كوكب الأرض، وتأتي الشمس الصناعية (Artificial Sun) كمحاكاة للتفاعلات التي تحدث داخل الشمس الحقيقية، كوسيلة للحصول على كمية هائلة من الطاقة بطريقة نظيفة وغير ملوثة للبيئة.
معادلة أينشتاين للطاقة والكتلة
المعادلة التي ساعدت في دفع فكرة الشمس الصناعية – التي تبدو غريبة – إلى مرحلة التنفيذ هي معادلة الطاقة والكتلة، والتي افترضها ألبرت أينشتاين (Albert Einstein) في عام 1905، وفقًا للمعادلة، يُعتقد أن دمج عدد من الذرات معًا يمكن أن يطلق كميات هائلة من الطاقة، فإذا تم تطبيق هذه المعادلة بنجاح في الاستخدام العملي، فإن الطاقة المحجوزة في جرام واحد من المادة يمكنها تشغيل 28500 مصباح كهربائي بقدرة 100 وات لمدة عام كامل.
فكر الباحثون في استخدام شعاع ليزر عالي الطاقة من شأنه أن يقصف هدفًا في غرفة تفاعل بعرض 32 قدمًا. وسيتبع ذلك انفجار ينتج عنه طاقة هائلة، ومن الناحية النظرية، فإن إجمالي الطاقة المنبعثة سيكون 10 مرات أكبر من الطاقة المستهلكة أثناء التجربة.
كيف تنشأ الشمس الصناعية؟
نظرًا لأننا نتحدث عن إنشاء نجم صناعي من نوع ما، فمن نافلة القول أن الظروف التي يجب إجراء التجربة فيها ستكون محسّنة للغاية، ستكون المساحة المطلوبة للتجربة مساوية لثلاثة ملاعب كرة قدم مجتمعة، سيضرب شعاع ليزر واحد بالأشعة تحت الحمراء الهدف بعد مروره عبر العديد من العدسات والمكبرات والمرايا على طول ميل كامل،
يتم بعد ذلك تقسيم شعاع الليزر هذا إلى 192 حزمة مختلفة، والتي سيتم تحويلها إلى ضوء فوق بنفسجي، وسيتم تركيز ضوء الأشعة فوق البنفسجية هذا على مركز كبسولة يحتوي على غرفة مستهدفة مطلية بالألمنيوم، عندما تضرب الحزمة الجدران الداخلية للكبسولة، سيتم إنتاج أشعة سينية عالية الطاقة في فترة زمنية قصيرة جدًا (جزء من المليار من الثانية)، سيؤدي ذلك لاحقًا إلى تكوين حبيبة وقود داخل الكبسولة حتى ينفجر الغلاف الخارجي للكبسولة، نتيجة لهذا الانفجار، سيتم إطلاق تفاعل الاندماج النووي، وبالتالي إطلاق كميات هائلة من الطاقة، وتعتبر هذه إحدى طرق تكون الشمس الاصطناعية.
قد يقودك هذا التفسير الواقعي إلى الاعتقاد بأن الأمر ليس بهذه الصعوبة، ولكنه في الواقع معقد للغاية. ويحتاج لتجهيزات تستغرق وقت طويل قبل أن تتمكن من صنع شمس اصطناعية للبشرية، ومع ذلك، فإن الخبر السار هو أن إنشاء شمس اصطناعية أمر ممكن، بغض النظر عن الصعوبات التي قد تشكلها المهمة.
شمس الصين الصناعية
تصدرت شمس الصين الصناعية عناوين الصحف خلال الفترة السابقة ولا زال الحديث عنها مستمر حتى الآن، حيث تمكن مفاعل الاندماج النووي الصيني من إنتاج “الشمس الاصطناعية” التي كانت أعلى بحوالي سبع مرات من حرارة الشمس الحقيقية التي نعرفها جميعاً، وحطم الجهاز الأرقام القياسية العالمية بعد تعرضه لرد فعل نووي عند 70 مليون درجة مئوية (158 مليون درجة فهرنهايت) لأكثر من 17 دقيقة، حسبما ذكرت وكالة أنباء شينخوا الصينية الرسمية.
تم إطلاق اسم شمس الصين الصناعية على مشروع مفاعل “توكاماك التجريبي المتقدم فائق التوصيل” (EAST) (Experimental Advanced Superconducting Tokamak)، ويتم تشغيله في منشأة بحثية في مدينة هيفي الصينية في مقاطعة آنهوي.
حقائق عن شمس الصين الصناعية
نذكر لكم في السطور التالية أبرز الحقائق التي نعرفها عن شمس الصين الصناعية حتى الآن:
- إنها ليست في الواقع “شمسًا” بالمعنى المعروف.
- على عكس ما يوحي اسمها، أو مقاطع الفيديو المزيفة التي قد تصدقها، فإنها ليست مجالًا عائمًا من الضوء تم إطلاقه في السماء، في الواقع هي حجرة مفاعل على شكل كعكة دائرية لحجز البلازما المسخنة بواسطة مجال مغناطيسي قوي.
- الهدف من هذه الشمس ليس توفير الضوء أو الحرارة، ولكن الهدف هو الحصول على كمية هائلة من الطاقة النظيفة، التي يأمل الباحثون في حصدها لاستخدامها في أغراض متعددة.
- حصلت EAST على لقبها “الشمس الصناعية” لأن عملية توليد الطاقة هذه، والمعروفة باسم الاندماج النووي، مشابهة للعملية الفيزيائية التي تحدث داخل الشمس الحقيقية.
- تستخدم العملية النوى الذرية لتوليد كميات كبيرة من الطاقة، عن طريق دمج ذرات الهيدروجين لتكوين الهيليوم.
شمس الصين الصناعية تحطم الأرقام القياسية السابقة
قبل EAST، سجل التوكاماك الفرنسي (Torre Supra) الرقم القياسي العالمي لأطول مدة بلازما لأي مفاعل توكاماك عند 6.5 دقيقة في عام 2003، وسجل مفاعل توكاماك للأبحاث المتقدمة في كوريا الجنوبية فائق التوصيل (KSTAR) رقمًا قياسيًا عالميًا في عام 2016، من خلال الحفاظ على 50 مليون درجة مئوية (90 مليون درجة فهرنهايت) لمدة 70 ثانية، وحطم EAST الرقم القياسي لـ KSTAR في عام 2021 وحافظ على حوالي 119 مليون درجة مئوية (216 مليون درجة فهرنهايت) لمدة 102 ثانية، في المقابل، تبلغ درجة حرارة الشمس الفعلية حوالي 15 مليون درجة مئوية (27 مليون درجة فهرنهايت)، أي أن حرارة شمس الصين الصناعية تفوق حرارة الشمس الحقيقية بأكثر من 7 مرات تقريبًا.
شمس الصين الصناعية.. مصدر جديد للطاقة النظيفة
روّج العلماء في معهد Hefei للعلوم الفيزيائية لنجاح EAST في توسيع خيارات الطاقة النظيفة في البلاد، على عكس أنواع الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي، والتي تتعرض لخطر الاستنفاد وتشكل تهديدًا للبيئة، حيث أن المواد الخام المطلوبة لـ”الشمس الاصطناعية” تكاد تكون غير محدودة على الأرض، لذلك، تعتبر طاقة الاندماج النووي هي الطاقة المثالية لمستقبل البشرية، ولا ينتج الاندماج النووي أي غازات دفيئة ولا يترك أي نفايات مشعة.
تكلفة شمس الصين الصناعية
من المقدر أن يكلف EAST الصين أكثر من 1 تريليون دولار بنهاية التجربة في يونيو الماضي، بالطبع إنه مكلف ولكنه يستحق ذلك، وهو جزء من مشروع تعاوني مقره في فرنسا يُعرف باسم المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي (International Thermonuclear Experimental Reactor) (ITER)، والذي من المقرر أن يكون أكبر مفاعل نووي في العالم، وتشارك 35 دولة إلى جانب الصين في هذا المشروع بما في ذلك الاتحاد الأوروبي بأكمله والمملكة المتحدة والهند والولايات المتحدة، ويحتوي ITER على أقوى مغناطيس في العالم، قادر على إنتاج مجال مغناطيسي أقوى بمقدار 280 ألف مرة من مجال الأرض، ومن المتوقع أن يعمل مفاعل الاندماج العالمي في عام 2025، ومع ذلك، فإن الصين لا تتوقف عند هذا الحد، وتخطط لإكمال جهاز الاندماج الجديد Tokamak بحلول أوائل 2030.
بعد أن تعرفنا إلى أهم 5 حقائق عن المفاعل الصيني الجديد، يتضح لنا كيف تكون الشمس الصناعية وأهميتها، وأهم الحقائق التي نعرفها حتى الآن عن شمس الصين الصناعية، والخطط المستقبلية في هذا المجال، وعلى الرغم من ارتفاع التكلفة وصعوبة التجهيزات، إلا أنها تعتبر مصدر نظيف لكميات كبيرة من الطاقة.