مشروع STEP البريطاني للطاقة الاندماجية يكشف عن تصميم مفاعل اندماجي معياري

أخبار ar.wedoany.com، كشفت شركة "فيوجن إنرجي المحدودة" (UK Fusion Energy Ltd) البريطانية، من خلال طلبي براءة اختراع أوروبيين، عن التصميم الأساسي المعياري لمشروعها "STEP" (إنتاج الطاقة باستخدام التوكاماك الكروي)، والذي يهدف إلى حل مشكلة الصيانة طويلة الأمد لمفاعلات الاندماج النووي.

يصف ملفا براءة الاختراع هذان (رقما الطلب EP4742271A1 و EP4742272A1) بالتفصيل طريقة لتصنيع وإصلاح وعاء التفريغ، وهو الحجرة المغلقة التي يحدث فيها اندماج البلازما، ويُعتبر المكون الأساسي للمفاعل الاندماجي.

تعتمد المفاعلات الاندماجية التقليدية في الغالب على أغلفة ملحومة كبيرة ومتكاملة لتحمل الأحمال الحرارية والكهرومغناطيسية أثناء التشغيل. لكن هذا الهيكل الصلب يخلق عنق زجاجة كبير في الصيانة: فعند تلف المكونات الداخلية، يتطلب الأمر إيقاف تشغيل المفاعل بأكمله لفترات طويلة، ويضطر الفنيون إلى قطع طبقات التدريع السميكة لإجراء الإصلاحات. ويشير فريق مشروع STEP إلى أنه على الرغم من فعالية هذه التصاميم، إلا أن صيانة واستبدال المكونات أمر صعب للغاية.

يقترح التصميم الجديد المُعلن عنه استخدام حلقات مستقلة مكدسة عمودياً لتحل محل وحدة اللحام الواحدة. في هذا المخطط، يتم تقسيم التوكاماك إلى أجزاء معيارية مكدسة فوق بعضها البعض، حيث يجمع كل جزء بين وعاء التفريغ والأنظمة الداخلية ذات الصلة، ويمكن تجميعه وتفكيكه وصيانته بشكل مستقل. إذا تعطل أحد المكونات أو تدهور أداؤه بسبب الإشعاع، يمكن للمشغل رفع الحلقة المحددة من الكومة لعزلها وإصلاحها، دون التأثير على باقي أجزاء المفاعل، ويمكن استبدالها فوراً بوحدة احتياطية. يهدف هذا الترتيب إلى تقليل عدد الوصلات التي تحتاج إلى التوصيل والفصل أثناء الصيانة، وتحسين الوصول إلى الأنظمة الداخلية.

ومع ذلك، فإن تقسيم قلب المفاعل الاندماجي إلى مكونات مستقلة يُدخل خطراً رئيسياً يتمثل في انخفاض مستوى التفريغ عند نقاط التوصيل. يتطلب تفاعل الاندماج ظروفاً قريبة من الفراغ المطلق لمنع الشوائب من تبريد البلازما. ونظراً لأن الهياكل الفولاذية الكبيرة تتشوه وتتمدد تحت تأثير الحرارة والقوى المغناطيسية الشديدة، فقد كان من غير العملي في الماضي الحفاظ على إحكام محكم بين الحلقات غير المتصلة. تعالج براءة الاختراع الثانية هذه النقطة الضعيفة الهيكلية باستخدام جهاز ختم مائع متكيف، مصمم ليتم تركيبه بين الحلقات المعدنية. يجمع هذا النظام بين المرونة الهيكلية والقدرة على الحفاظ على التفريغ الصارم، مما يسمح للأجزاء المعيارية بالتمدد والانكماش أثناء التشغيل، مع منع تسرب الهواء إلى قلب المفاعل.

أكدت كلير غوديير (Claire Goodier)، رئيسة قسم الملكية الفكرية في شركة "فيوجن إنرجي المحدودة" البريطانية، أن طلبي براءة الاختراع هذين يمثلان الموجة الأولى من ابتكارات مشروع STEP التي تدخل المجال العام من خلال إطار براءات الاختراع الدولي. وأضاف رول فيرهوفن (Roel Verhoeven)، مدير الهندسة، أن العقبة الرئيسية أمام الاندماج التجاري هي ضمان إمكانية صيانة المحطة فعلياً طوال عمرها التشغيلي. وأشار فيرهوفن إلى أن بنية الحاوية المعيارية ومفهوم الختم المرتبط بها، والموصوفين في طلبي براءة الاختراع هذين، يعالجان هذه التحديات ويدعمان نشر محطات الطاقة الاندماجية في المستقبل.