شركة ماراثون فيوجن الأمريكية تفصل نظائر الهيدروجين والليثيوم باستخدام جهاز طرد مركزي بلازمي

أخبار ar.wedoany.com، أعلنت شركة ماراثون فيوجن (Marathon Fusion) الأمريكية أنها نجحت في فصل نظائر الهيدروجين ونظائر الليثيوم باستخدام جهاز طرد مركزي بلازمي متخصص. وتشير هذه النتيجة إلى أن أسلوبًا كهرومغناطيسيًا واحدًا يمكنه الاضطلاع بمهمتين في وقت واحد: استعادة وقود العادم من محطات الاندماج النووي المستقبلية، وإثراء المواد الخام. وأشاد البروفيسور دينيس وايت (Dennis Whyte)، أستاذ العلوم والهندسة النووية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، بهذه التقنية، مشيرًا إلى أنها من خلال تحقيق الضخ الانتقائي للتريتيوم، يمكنها تحسين أداء محطات الاندماج وتقليل المخزون المطلوب من التريتيوم بشكل كبير.

تنتج محطات الاندماج التجارية الطاقة من خلال دمج نظيري الديوتيريوم والتريتيوم داخل حجرة مغناطيسية، لكن دورة الوقود تواجه منذ فترة طويلة عائقين رئيسيين. الأول: أن المفاعل يحرق كمية صغيرة فقط من التريتيوم في كل دورة، مما يستلزم تنظيفًا واسترجاعًا سريعًا لكميات كبيرة من غاز العادم المشع غير المحترق. الثاني: أن التريتيوم لا يوجد تقريبًا بكميات ملموسة في الطبيعة، لذا يجب على المفاعل توليد وقوده الخاص عن طريق قصف الطبقة المحتوية على الليثيوم بالنيوترونات. تعتمد أجهزة الطرد المركزي الغازية التقليدية على دوّار ميكانيكي يدور بسرعة عالية لدفع الذرات الأثقل نحو الخارج، ولكن نظرًا لأن سرعة الحركة الحرارية للغازات الخفيفة مثل الهيدروجين سريعة للغاية، يجب أن يصل الدوّار إلى سرعات دوران عالية جدًا لتحقيق الفصل، وهو ما يصعب على الدوارات المعدنية أو المصنوعة من ألياف الكربون تحمّله تحت الضغط الفيزيائي.

ويوفّر جهاز الطرد المركزي البلازمي مسارًا بديلًا. فعندما تتقاطع القوة الكهربائية مع القوة المغناطيسية داخل الحجرة، تُدفع جسيمات البلازما المشحونة إلى الدوران بسرعة تفوق سرعة الصوت. وتُشغّل شركة ماراثون فيوجن الجهاز في حالة تأين جزئي، حيث تكون ذرات قليلة فقط من الغاز مشحونة، وتتصادم هذه الجسيمات المشحونة باستمرار مع الذرات المتعادلة، مما يدفع خليط الغاز بأكمله إلى الدوران بسرعة عالية. وتقذف قوة الطرد المركزي النظائر الأثقل نحو جدار الحاوية، بينما تبقى النظائر الأخف في المنطقة المركزية، مما يحقق الفصل، مع تجنّب مشكلة تلف أجهزة الفصل البلازمية المبكرة الناتجة عن الحرارة الشديدة. وعند توصيل هذا الجهاز بأنبوب عادم المفاعل، يمكنه تنفيذ مهمة تُعرف باسم "الضخ التفاضلي"، حيث يفصل الديوتيريوم والتريتيوم الأثقل عن نفايات الهيليوم والشوائب الأخف من البروتيوم قبل دخول الغاز إلى منشأة المعالجة النهائية. ويتيح هذا الأسلوب المباشر للفصل تقليل إجمالي معدات معالجة الوقود بأكثر من 90%، ويخفض بشكل ملحوظ كمية التريتيوم المشع التي يجب تخزينها في الموقع.

ويمكن استخدام الآلية نفسها لمعالجة الليثيوم اللازم لمبردات المفاعل وطبقات التكاثر. فالأملاح المنصهرة السائلة مثل FLiBe تتطلب ليثيومًا غنيًا بنظير الليثيوم-6 لتكاثر تريتيوم جديد، أو استخدام الليثيوم-7 لتبريد أنظمة الانشطار. ويعتمد حاليًا معظم إمداد العالم من الليثيوم المخصب على الصين وروسيا، اللتين تستخدمان عمليات كيميائية قديمة تتطلب كميات كبيرة من الزئبق السام. ويوفّر جهاز الطرد المركزي البلازمي بديلًا جافًا وغير كيميائي، يمكنه التخلص تمامًا من مرحلة معالجة الزئبق.

وتتوافق نتائج القياسات التجريبية من اختبارات تشغيل الأجهزة مع توقعات النماذج الحاسوبية للديناميكا المائية المغناطيسية التي طورتها الشركة. وبدعم من برنامج "VISION OPEN" التابع لوكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة للطاقة (ARPA-E) بوزارة الطاقة الأمريكية، يعمل المهندسون على تطوير تكوين متعدد المراحل لهذا النظام، ويخططون لبناء منشأة تجريبية تجارية لتوريد النظائر المخصبة لمنشآت الاندماج المستقبلية على نطاق الشبكة الكهربائية.