كيف تسرّع إنيرتيا أصعب مراحل الاندماج بالليزر؟

في الاندماج النووي الذي تقوده أشعة الليزر، ليست كبسولة الوقود تفصيلاً يمكن التخلص منه؛ بل هي من أصعب المكونات تصنيعاً. وتقول شركة إنيرتيا إنتربرايزس إنها أعادت تصميم مرحلتي ملء الكبسولة وتكوين طبقة الوقود المتجمد، بحيث يمكن تصنيع هدف كامل من الديوتيريوم والتريتيوم خلال نحو ساعتين إلى ثلاث ساعات، بينما تستغرق مرحلة نمو البلورة قرابة 30 دقيقة بدلاً من مدة قد تصل إلى أسبوع في منشأة الإشعال الوطنية (NIF). 135

تكمن أهمية الإعلان في الجانب الصناعي أكثر من الجانب التجريبي. فالشركة تحاول تحويل أهداف شبيهة بتلك المستخدمة في منشأة NIF إلى منتجات يمكن تصنيعها بصورة متواصلة، بدلاً من كونها مكونات مختبرية بطيئة ومكلفة ومصممة بعناية لكل تجربة. لكن إنيرتيا لم تكشف علناً جميع التفاصيل الهندسية للعملية، لذلك فإن أوضح دليل متاح هو تقليص زمن الإنتاج الذي أعلنته الشركة، لا إثبات إنتاج تجاري واسع النطاق بصورة مستقلة.

لماذا يصعب تصنيع هذه الكبسولات؟

يتكون هدف الاندماج بالليزر من غلاف كروي من الألماس يحتوي على غاز من الديوتيريوم والتريتيوم، إضافة إلى طبقة متجانسة بعناية من الوقود المتجمد. ويوضع الهدف داخل غلاف ذهبي يُعرف باسم «الهولراوم»، يحوّل طاقة الليزر إلى أشعة سينية تضغط الوقود إلى الداخل. وتُعد هندسة الطبقات وتجانسها عاملين حاسمين، إذ يمكن لأي انحراف عن الشكل الكروي المطلوب أن يربك عملية الانضغاط ويمنع الوصول إلى الإشعال. 17

في منشأة NIF، قد يستغرق تصنيع هذا النوع من الأهداف أسبوعاً أو أكثر، كما قد يكلف «ثروة صغيرة» وفق التقارير التي تناولت آلية العمل في المنشأة. وتنتج NIF أهدافاً للتجارب العلمية، لا تدفقاً متواصلاً من الكبسولات بالسرعة التي ستحتاج إليها محطة كهرباء تجارية. 1

ما الذي تقول إنيرتيا إنها غيّرته؟

يركز التغيير المعلن على المرحلتين الأكثر استهلاكاً للوقت: ملء الهدف، وإنماء بلورة وقود متجمد ومتجانسة. وتقول إنيرتيا إن فريقها خفّض زمن نمو البلورة إلى نحو 30 دقيقة، وقلّص دورة تصنيع الكبسولة الكاملة إلى ساعتين أو ثلاث تقريباً. 35

ولا يعني ذلك أن الدقة الكروية لم تعد مهمة. الفكرة، بحسب وصف الشركة، هي الجمع بين تصنيع أسرع ونظام مصمم لتحمل قدر أكبر من التفاوت مقارنة بما تتطلبه تجربة NIF. وتقول إنيرتيا إن الليزر الذي تخطط له سيكون أقوى بنحو أربع مرات من ليزر NIF، ما يوفر هامش أداء إضافياً للتعامل مع العيوب الصغيرة في الأهداف. 39

وهنا تكمن النقطة الأساسية: لا تفيد الكبسولة الأسرع إذا كانت لا تحقق الفيزياء المطلوبة لانضغاط قادر على الإشعال. لذلك تحاول الشركة تقليل زمن التصنيع ومستوى الدقة اللازمة للإنتاج، من دون التخلي عن البنية الأساسية للهدف التي ساعدت على نجاح نهج NIF. 1

لماذا يهمّ هذا التقدم للاندماج التجاري؟

ستحتاج محطة تجارية تعمل بالاندماج بالليزر إلى أهداف بوتيرة مختلفة جذرياً عن منشأة بحثية. وتستهدف خطة إنيرتيا إنتاج نحو 10 كبسولات وقود في الثانية، ما يجعل التصنيع المتكرر وعالي الإنتاجية جزءاً من منظومة المحطة لا يقل أهمية عن الليزر وغرفة التفاعل. 13

لكن دورة إنتاج تستغرق ساعتين أو ثلاثاً لا تثبت، بحد ذاتها، قدرة مصنع على تسليم الكبسولات بمعدل 10 في الثانية. ما تفعله هذه الخطوة هو استهداف عنق زجاجة أساسي: فلا يمكن لمحطة كهرباء أن تعتمد على أهداف تُصنع يدوياً وتحتاج إلى أسبوع لكل واحدة إذا كانت ستطلق نبضات متكررة لتوليد الكهرباء.

وقد يساعد التصنيع الأسرع أيضاً في تقليص كمية التريتيوم المرتبطة بالأهداف غير المكتملة أو المنتظرة. فالتريتيوم نظير مشع ونادر، ولذلك قد يكون تقليل الوقت والمخزون المرتبطين بكل دورة تصنيع مفيداً لإدارة الوقود واقتصاديات المحطة. وتدعم التقارير المتاحة هذا باعتباره مبرراً تجارياً، لا باعتباره انخفاضاً مقاساً ومثبتاً في مخزون التريتيوم لدى إنيرتيا. 11

خطوة مهمة، لكنها ليست محطة كهرباء جاهزة

يتناول إعلان إنيرتيا فجوة واحدة بين تجارب الإشعال في منشأة NIF والنظام التجاري: تصنيع أهداف بسرعة وانتظام كافيين لدعم التشغيل الصناعي. لكنه لا يثبت أن الشركة حلت بقية تحديات محطة الكهرباء، ومنها التشغيل المتكرر، وكفاءة المنظومة بأكملها، وإيصال الأهداف إلى غرفة التفاعل، وتأمين الوقود، وإنتاج الكهرباء بتكلفة اقتصادية.

لذلك، فإن القراءة الأدق للخبر أضيق من القول إن «الاندماج التجاري وصل». تقول إنيرتيا إنها جعلت أحد المكونات الضرورية أسرع بكثير في التصنيع. وإذا أمكن توسيع هذه النتيجة مع الحفاظ على الأداء المرتبط بظروف الإشعال، فقد يصبح نهج NIF أكثر ملاءمة للإنتاج في المصانع. وحتى الشركة نفسها تتعامل مع ملء الوقود باعتباره واحداً من عدة عوائق لا تزال تفصل تقنيتها عن محطة تجارية. 15