حاليًا ، غالبًا ما يُتوقع الاندماج النووي الحراري الخاضع للرقابة كبديل لمحطات الطاقة النووية الكلاسيكية وحتى الوقود الأحفوري ، ومع ذلك ، على الرغم من عدد من النجاحات الجادة في هذا الاتجاه ، لم يتم بعد إثبات نموذج أولي واحد لمفاعل نووي حراري. لا يزال بناء أول مفاعل نووي حراري دولي ITER في فرنسا (يشارك في المشروع الاتحاد الأوروبي وروسيا والصين والهند وجمهورية كوريا) في مرحلة مبكرة من المشروع. في الوقت نفسه ، تعمل شركة لوكهيد مارتن الأمريكية وفريق من الباحثين يمثلون معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) على تطوير مفاعل نووي حراري فعال. كان خبراء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا هم الذين أعلنوا في أغسطس 2015 عن تطوير مشروع جديد لتوكاماك مضغوط إلى حد ما.
Tokamak تعني غرفة حلقية مع ملفات مغناطيسية. هذا جهاز على شكل حلقي مصمم لاحتواء البلازما من أجل تحقيق الشروط اللازمة لتدفق الاندماج النووي الحراري المتحكم فيه. تعود فكرة التوكاماك إلى علماء الفيزياء السوفييت. صاغ الفيزيائي O. A. لسوء الحظ ، تم "نسيان" هذا العمل حتى السبعينيات. صاغ مصطلح توكاماك IN Golovin ، طالب الأكاديمي كورتشاتوف. إنه مفاعل توكاماك الذي يتم إنشاؤه حاليًا في إطار المشروع العلمي الدولي ITER.
بينما يسير العمل على إنشاء مفاعل الاندماج ITER في فرنسا ببطء نوعًا ما ، توصل المهندسون الأمريكيون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إلى اقتراح لتصميم جديد لمفاعل الاندماج المضغوط. وقالوا إن مثل هذه المفاعلات يمكن أن تدخل حيز التشغيل التجاري في غضون 10 سنوات فقط. في الوقت نفسه ، ظلت هندسة الطاقة النووية الحرارية ، بقدراتها الهائلة المولدة ووقود الهيدروجين الذي لا ينضب ، مجرد حلم وسلسلة من التجارب والتجارب المعملية باهظة الثمن لعقود. على مر السنين ، كان لدى علماء الفيزياء مزحة: "التطبيق العملي للاندماج الحراري النووي سيبدأ في غضون 30 عامًا ، ولن تتغير هذه الفترة أبدًا". على الرغم من ذلك ، يعتقد معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن الاختراق الذي طال انتظاره في مجال الطاقة سيحدث في غضون 10 سنوات فقط.
تعتمد ثقة مهندسي معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على استخدام مواد جديدة فائقة التوصيل لإنشاء مغناطيس يعد بأن يكون أصغر بكثير وأكثر قوة من المغناطيسات فائقة التوصيل المتاحة. وفقًا للبروفيسور دينيس وايت ، مدير مركز MIT Plasma and Fusion Center ، فإن استخدام مواد جديدة فائقة التوصيل متاحة تجاريًا تعتمد على أكسيد الباريوم النحاسي النادر (REBCO) سيسمح للعلماء بتطوير مغناطيسات مدمجة وقوية للغاية. وفقًا للعلماء ، سيسمح هذا بتحقيق قوة وكثافة أكبر للمجال المغناطيسي ، وهو أمر مهم بشكل خاص لحبس البلازما.بفضل المواد فائقة التوصيل الجديدة ، سيكون المفاعل ، وفقًا للباحثين الأمريكيين ، أكثر إحكاما من المشاريع الحالية ، على وجه الخصوص ، المفاعل ITER المذكور بالفعل. وفقًا للتقديرات الأولية ، وبنفس الطاقة مثل ITER ، سيكون لمفاعل الاندماج الجديد نصف قطره. نتيجة لهذا ، سيصبح بنائه أرخص وأسهل.
ميزة رئيسية أخرى في المشروع الجديد للمفاعل النووي الحراري هي استخدام البطانيات السائلة ، والتي يجب أن تحل محل البطانيات التقليدية ذات الحالة الصلبة ، والتي تعتبر "المواد الاستهلاكية" الرئيسية في جميع التوكاماك الحديثة ، لأنها تأخذ تدفق النيوترون الرئيسي ، وتحويل إلى طاقة حرارية. يُذكر أن استبدال السائل أسهل بكثير من أشرطة البريليوم الموجودة في علب النحاس ، والتي تكون ضخمة جدًا وتزن حوالي 5 أطنان. ستُستخدم أشرطة البريليوم في تصميم المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي ITER. تحدث براندون سوربوم ، أحد الباحثين البارزين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، والذي يعمل في المشروع ، عن الكفاءة العالية للمفاعل الجديد في المنطقة من 3 إلى 1. وفي الوقت نفسه ، وبكلماته الخاصة ، فإن تصميم رئيس الجامعة يمكن تحسينها في المستقبل ، مما قد يسمح بتحقيق نسبة الطاقة المولدة إلى الطاقة المستهلكة عند مستوى 6 إلى 1.
ستوفر المواد فائقة التوصيل القائمة على REBCO مجالًا مغناطيسيًا أقوى ، مما يسهل التحكم في البلازما: كلما كان المجال أقوى ، يمكن استخدام حجم اللب والبلازما أصغر. ستكون النتيجة أن مفاعل اندماج صغير يمكن أن ينتج نفس كمية الطاقة التي ينتجها مفاعل كبير حديث. في الوقت نفسه ، سيكون من الأسهل بناء وحدة مدمجة ثم تشغيلها.
يجب أن يكون مفهوماً أن كفاءة المفاعل النووي الحراري تعتمد بشكل مباشر على قوة المغناطيسات فائقة التوصيل. يمكن أيضًا استخدام المغناطيسات الجديدة على الهيكل الحالي لـ tokamaks ، والتي لها قلب على شكل دونات. بالإضافة إلى ذلك ، هناك عدد من الابتكارات الأخرى الممكنة. الجدير بالذكر أن المفاعل التجريبي الكبير tokamak ITER قيد الإنشاء حاليًا في فرنسا ، بالقرب من مرسيليا ، وتبلغ قيمته حوالي 40 مليار دولار ، لم يأخذ في الاعتبار التقدم في مجال الموصلات الفائقة ، وإلا لكان هذا المفاعل نصف الحجم ، يكلف المبدعين أرخص بكثير وكان من الممكن أن يتم بناؤه بشكل أسرع. ومع ذلك ، فإن إمكانية تثبيت مغناطيسات جديدة على ITER موجودة وستكون قادرة على زيادة قوتها بشكل كبير في المستقبل.
تلعب قوة المجال المغناطيسي دورًا رئيسيًا في الاندماج النووي الحراري المتحكم فيه. مضاعفة هذه القوة 16 مرة دفعة واحدة تزيد من قوة تفاعل الاندماج. لسوء الحظ ، لا تستطيع الموصلات الفائقة الجديدة من REBCO مضاعفة قوة المجال المغناطيسي ، لكنها لا تزال قادرة على زيادة قوة تفاعل الاندماج بمقدار 10 مرات ، وهي أيضًا نتيجة ممتازة. وفقًا للبروفيسور دينيس وايت ، يمكن بناء مفاعل نووي حراري ، والذي سيكون قادرًا على توفير الطاقة الكهربائية لحوالي 100 ألف شخص ، في غضون حوالي 5 سنوات. من الصعب تصديق ذلك الآن ، لكن اختراقًا في مجال الطاقة يمكن أن يوقف عملية الاحتباس الحراري يمكن أن يحدث بسرعة نسبيًا ، عمليًا اليوم. في الوقت نفسه ، فإن معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا واثق من أن 10 سنوات هذه المرة ليست مزحة ، ولكنها تاريخ حقيقي لظهور أول توكاماك التشغيلية.
