سباق الاندماج النووي بين الصين وأمريكا

السباق نحو الاندماج النووي： أمريكا مقابل الصين

تحتفل مدينة شنغهاي الصاخبة بالاحتفالات الوطنية بعروض ضوئية مشهورة عالمياً، حيث تضيء ناطحات السحاب بألوان مبهرة مثل منارات الإبداع الصيني.

تطورات الاندماج النووي في الصين

هنا حيث يعمل العلماء والمهندسون على مدار الساعة لمتابعة كل ما هو جديد في مجال التكنولوجيا العالمية، بدءاً من الجيل السادس من الإنترنت والذكاء الاصطناعي المتقدم إلى الجيل التالي من الروبوتات. وهنا أيضًا، في شارع متواضع في وسط المدينة، تعمل شركة صغيرة ناشئة تدعى "إنيرجي سينجولاريتي" على شيء غير عادي: طاقة الاندماج النووي.

القلق الأمريكي من فقدان الصدارة

وتشعر الشركات الأمريكية وخبراء الصناعة بالقلق من أن أمريكا تخسر صدارتها التي استمرت لعقود من الزمن في السباق لإتقان هذا الشكل شبه المحدود من الطاقة النظيفة، حيث تنتشر شركات الاندماج الجديدة في جميع أنحاء الصين، وتتفوق بكين على العاصمة واشنطن.

ما هو الاندماج النووي؟

إن الاندماج النووي، وهي العملية التي تزود الشمس والنجوم الأخرى بالطاقة، عملية صعبة التكرار على الأرض. وقد حققت العديد من الدول تفاعلات الاندماج النووي، لكن الحفاظ عليها لفترة طويلة بما يكفي لاستخدامها في العالم الحقيقي لا يزال بعيد المنال.

فوائد الطاقة الناتجة عن الاندماج النووي

ويعد إتقان الاندماج النووي احتمالاً مغرياً يعد بالثروة والنفوذ العالمي لأي بلد يروضه أولاً.

وتكمن جائزة هذه الطاقة في كفاءتها المطلقة. فتفاعل الاندماج المتحكم فيه يطلق طاقة تزيد بحوالي أربعة ملايين مرة عن حرق الفحم أو النفط أو الغاز، وأربعة أضعاف الطاقة التي يطلقها الانشطار، وهو نوع الطاقة النووية المستخدمة اليوم. لن يتم تطويرها في الوقت المناسب لمكافحة تغير المناخ في هذا العقد الحاسم، ولكن يمكن أن تكون الحل للاحتباس الحراري في المستقبل.

الاستثمارات الحكومية في الاندماج النووي

وتضخ الحكومة الصينية أموالاً في هذا المشروع، حيث تضخ ما يقدر بمليار إلى 1.5 مليار دولار سنوياً في الاندماج، وفقاً لجان بول ألين، الذي يقود مكتب علوم الطاقة الاندماجية التابع لوزارة الطاقة الأمريكية. وبالمقارنة، أنفقت إدارة بايدن حوالي 800 مليون دولار سنوياً.

وقال ألين لشبكة سي إن إن: "بالنسبة لي، الأهم من الرقم، هو مدى السرعة التي يقومون بها في الواقع".

التحديات التقنية في تحقيق الطاقة الاندماجية

تبدي الشركات الخاصة في كلا البلدين تفاؤلاً، وتقول إن بإمكانها الحصول على الطاقة الاندماجية على الشبكة بحلول منتصف ثلاثينيات القرن العشرين، على الرغم من التحديات التقنية الهائلة التي لا تزال قائمة.

أبحاث الاندماج النووي في الولايات المتحدة

كانت الولايات المتحدة من بين أوائل الدول في العالم التي تحركت في هذه المناورة المستقبلية، حيث عملت على أبحاث الاندماج النووي بشكل جدي منذ أوائل الخمسينيات. وجاءت غزوة الصين في مجال الاندماج النووي في وقت لاحق من ذلك العقد. وفي الآونة الأخيرة، تسارعت وتيرتها: فمنذ عام 2015، ارتفعت براءات الاختراع الصينية في مجال الاندماج النووي، ولديها الآن أكثر من أي دولة أخرى، وفقًا لبيانات الصناعة التي نشرتها صحيفة نيكاي.

وتُعد شركة Energy Singularity، وهي شركة ناشئة في شنغهاي، مجرد مثال واحد على سرعة الصين في هذا المجال.

فقد قامت ببناء مفاعل توكاماك الخاص بها في السنوات الثلاث التي انقضت منذ إنشائها، أي أسرع من أي مفاعل مماثل تم بناؤه على الإطلاق. والتوكاماك عبارة عن آلة أسطوانية معقدة للغاية أو على شكل دونات تقوم بتسخين الهيدروجين إلى درجات حرارة قصوى، مكونة بلازما تشبه الحساء يحدث فيها تفاعل الاندماج النووي.

بالنسبة لشركة ناشئة تعمل على واحدة من أصعب الألغاز الفيزيائية في العالم، فإن شركة Energy Singularity متفائلة بشكل لا يصدق. ولديها سبب لذلك: فقد تلقت الشركة أكثر من 112 مليون دولار من الاستثمارات الخاصة، كما أنها حققت إنجازاً هو الأول من نوعه في العالم - حيث أن التوكاماك الحالي هو الوحيد الذي استخدم مغناطيساً متقدماً في تجربة البلازما.

وتُعرف هذه المغناطيسات باسم الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية، وهي أقوى من المغناطيسات النحاسية المستخدمة في التوكاماك الأقدم. ووفقًا لعلماء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الذين يبحثون في نفس التكنولوجيا، فإنها تسمح بتوكاماك أصغر حجمًا يمكنها توليد طاقة اندماج مماثلة لتلك الموجودة في التوكاماك الأكبر حجمًا، ويمكنها حصر البلازما بشكل أفضل.

وقالت الشركة إنها تخطط لبناء الجيل الثاني من توكاماك لإثبات أن طرقها قابلة للتطبيق تجاريًا بحلول عام 2027، وتتوقع أن يكون هناك جهاز من الجيل الثالث يمكنه تغذية الشبكة بالطاقة قبل عام 2035.

التكنولوجيا المتقادمة في الولايات المتحدة

وفي المقابل، قال أندرو هولاند، الرئيس التنفيذي لرابطة صناعة الاندماج ومقرها واشنطن العاصمة، إن أجهزة التوكاماك في الولايات المتحدة متقادمة. ونتيجة لذلك، تعتمد الولايات المتحدة على آلات حلفائها في اليابان وأوروبا والمملكة المتحدة لتعزيز أبحاثها.

وأشار هولاند إلى مجمع جديد لأبحاث الاندماج النووي في شرق الصين بقيمة 570 مليون دولار قيد الإنشاء، يسمى CRAFT، ومن المقرر أن يكتمل في العام المقبل.

وقال لشبكة CNN: "ليس لدينا أي شيء من هذا القبيل". "يعمل مختبر برينستون لفيزياء البلازما في برينستون على ترقية التوكاماك الخاص به منذ 10 سنوات حتى الآن. أما التوكاماك الآخر الذي يعمل في الولايات المتحدة، وهو DIII-D، فهو آلة عمرها 30 عاماً. لا توجد مرافق اندماج حديثة في المختبرات الوطنية الأمريكية."

هناك قلق متزايد في الصناعة الأمريكية من أن الصين تتفوق على أمريكا في لعبتها الخاصة. وقال هولاند إن بعض آلات التوكاماك من الجيل التالي التي بنتها الصين، أو تخطط لبنائها، هي في الأساس "نسخ" من التصاميم الأمريكية وتستخدم مكونات تشبه تلك المصنوعة في أمريكا.

التقليد التكنولوجي الصيني

قال هولاند إن توكاماك BEST Tokamak الصيني الذي تموله الدولة، والذي من المتوقع أن يكتمل في عام 2027، هو نسخة من واحد صممته شركة كومنولث فيوجن سيستمز (Commonwealth Fusion Systems)، وهي شركة في ماساتشوستس تعمل مع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ويتميز التصميمان بنفس النوع من المغناطيسات المتقدمة التي تستخدمها شركة إنيرجي سينجولاريتي.

وقال هولاند إن هناك آلة أخرى يجري بناؤها من قبل شركة صينية خاصة تشبه إلى حد كبير آلة صممتها شركة هيليون الأمريكية.

وأضاف أن هناك "تاريخاً طويلاً" من تقليد الصين للتكنولوجيا الأمريكية.

وقال هولاند، مستخدماً تكنولوجيا الألواح الشمسية كمثال: "إنهم يتبعون بسرعة ثم يأخذون زمام المبادرة من خلال الهيمنة على سلسلة التوريد". "نحن على دراية بذلك ونريد أن نتأكد من أن هذه ليست الطريقة التي تسير بها الأمور."

الليزر مقابل التوكاماك： أيهما الأفضل؟

لم تتلق CNN رداً من الإدارة الوطنية للطاقة في الصين عندما سُئلت عما إذا كانت أبحاث الاندماج التي تمولها الدولة قد نسخت أو استلهمت من التصاميم الأمريكية.

طرق تحقيق الاندماج النووي

الاندماج النووي عملية معقدة للغاية تنطوي على إجبار نواتين تتنافران عادة. وتتمثل إحدى طرق القيام بذلك في رفع درجات الحرارة في التوكاماك إلى 150 مليون درجة مئوية، أي 10 أضعاف درجة حرارة قلب الشمس.

عندما تترابط النواتان، تطلق النواتان كمية كبيرة من الطاقة على شكل حرارة، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لتشغيل التوربينات وتوليد الطاقة.

لقد كانت الولايات المتحدة رائدة في مجال الاندماج لعقود من الزمن؛ فقد كانت أول دولة تطبق طاقة الاندماج في العالم الحقيقي - في قنبلة هيدروجينية.

في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي، اختبر الجيش الأمريكي سلسلة من الأسلحة النووية في المحيط الهادئ التي تم "تعزيزها" بالغازات التي أحدثت تفاعل اندماجي، مما أدى إلى انفجار يعادل 700 ضعف قوة انفجار هيروشيما.

ويعد الحفاظ على الاندماج النووي لفترات طويلة أكثر صعوبة، وبينما تتسابق الصين في سباق مع التوكاماك الخاص بها، فإن الولايات المتحدة تجد تفوقاً في تكنولوجيا أخرى: الليزر.

في أواخر عام 2022، أطلق العلماء في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا ما يقرب من 200 ليزر على أسطوانة تحمل كبسولة وقود بحجم حبة الفلفل، في أول تجربة ناجحة في العالم لتوليد زيادة صافية في طاقة الاندماج. وهذا يعني أن الطاقة الناتجة عن العملية كانت أكبر من الطاقة المستخدمة في تسخين الكبسولة (على الرغم من أنهم لم يحسبوا الطاقة اللازمة لتشغيل أشعة الليزر).

ولا يزال هناك المزيد من الطرق لتحقيق الاندماج النووي، وتراهن الولايات المتحدة على مجموعة متنوعة من التقنيات.

وليس من المستحيل أن يؤتي هذا النهج ثماره.

مستقبل الطاقة الاندماجية： التوجهات والتحديات

قالت ميلاني ويندريدج، عالمة فيزياء البلازما المقيمة في المملكة المتحدة والرئيسة التنفيذية لمنظمة Fusion Energy Insights، وهي منظمة مراقبة الصناعة: "لا نعرف بالضبط أيهما سيكون أفضل مفهوم، وقد لا يكون أحدهما". وقالت لشبكة سي إن إن إنه قد يكون هناك في نهاية المطاف العديد من الأساليب القابلة للتطبيق لطاقة الاندماج. "وبعد ذلك سيتوقف الأمر على التكاليف وعوامل أخرى على المدى الطويل."

لكنها قالت إن التوكاماك هو المفهوم الأفضل بحثاً.

"قالت ويندريدج: "مع مرور الوقت، تم إجراء معظم الأبحاث عليه، لذا فهو الأكثر تقدماً من حيث الفيزياء. "والكثير من الشركات الخاصة تعتمد على ذلك."

ومع الأموال التي تضخها الصين في الأبحاث، يتطور مفهوم التوكاماك بسرعة. وقد حافظت توكاماك EAST توكاماك الصينية في خفي على استقرار البلازما عند 70 مليون درجة مئوية - أي أكثر حرارة بخمس مرات من حرارة قلب الشمس - لأكثر من 17 دقيقة، وهو رقم قياسي عالمي وإنجاز مذهل من الناحية الموضوعية.

وقد وصف ميخائيل ماسلوف من هيئة الطاقة الذرية البريطانية هذا الإنجاز بأنه "إنجاز مهم"، مضيفاً أن تشغيل نبضات بلازما طويلة لا يزال أحد أكبر التحديات التقنية أمام تسويق طاقة الاندماج.

وبينما تضخ الحكومة الصينية الأموال في مجال الاندماج، اجتذبت الولايات المتحدة استثمارات خاصة أكثر بكثير. وعلى الصعيد العالمي، أنفق القطاع الخاص 7 مليارات دولار على الاندماج في السنوات الثلاث إلى الأربع الماضية، حوالي 80% منها من قبل شركات أمريكية، حسبما قال ألين من وزارة الطاقة.

وقال: "في الولايات المتحدة، ما لديك هو روح ريادة الأعمال التي تجعلك قادرًا على التفكير خارج الصندوق والابتكار ومعالجة بعض هذه الثغرات، ليس فقط في العلوم، ولكن أيضًا في التكنولوجيا".

ولكن إذا استمرت الحكومة الصينية في استثمار أكثر من مليار دولار سنوياً، فقد يتفوق ذلك قريباً على الإنفاق الأمريكي، حتى في القطاع الخاص.

وإذا آتت هذه الاستثمارات ثمارها، فإن الاحتفالات الملونة في شنغهاي لن تكون مدعومة بالاندماج فحسب، بل ستلقي الضوء على الصين في ضوء جديد تمامًا.