Prospects For A New Light Nuclei, Fission Fusion Energy Cycle
تقترح الورقة دورة طاقة نووية جديدة خالية من النفايات للدفع المتقدم وتوليد الطاقة، تعتمد على اندماج الليثيوم والديوتيريوم-التريتيوم الوفير، حيث يؤدي انشطار الليثيوم-6 الأولي إلى تحفيز تفاعلات الاندماج والانشطار لليثيوم-7 لإنتاج نواتج ثانوية مستقرة.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
غالباً ما يقود البحث عن طاقة نظيفة وقوية العلماء إلى قلب الذرة، حيث تتنافس عمليتان متميزتان على الاهتمام: الانشطار والاندماج. يعمل الانشطار، وهو الطريقة المستخدمة في محطات الطاقة النووية اليوم، عن طريق شطر الذرات الثقيلة مثل اليورانيوم، مما يطلق حرارة ويترك وراءه نفايات مشعة يجب تخزينها لآلاف السنين. أما الاندماج، وهي العملية التي تغذي الشمس، فتحاول صدم الذرات الخفيفة معاً لتكوين ذرات أثقل، مما يعد بطاقة هائلة مع القليل من النفايات، لكن ثبت أنها صعبة للغاية من حيث الاستدامة على الأرض. ويقترح مقترح جديد طريقة للربط بين هذين العالمين باستخدام أخف العناصر المتاحة، وتحديداً الليثيوم والهيدروجين، لإنشاء دورة يمكنها تزويد الصواريخ والمدن بالطاقة دون توليد نفايات نووية طويلة الأمد من وقودها، رغم أنها قد تنشط المواد التقنية المحيطة عبر التدفق النيوتروني. يعتمد هذا النهج على تفاعل متسلسل حيث يحفز حدث نووي واحد الحدث التالي، مستفيداً من الجسيمات المتوفرة بالفعل في المواد المستخدمة في بطاريات السيارات الكهربائية الحديثة.
اقترح فريق من الباحثين في جامعة تكساس تيك وجامعة ميسوري، وبدأ في اختبار دورة نووية محددة تجمع بين هذه العناصر الخفيفة. وتتمحور فكرتهم حول تسلسل من التفاعلات يبدأ بليثيوم-6، وهو نظير طبيعي موجود في معدن الليثيوم. عندما يصطدم نيوترون بطيء الحركة بذرة ليثيوم-6، فإنها تنقسم إلى ذرة هيليوم وجسيم سريع الحركة يسمى "تريتون". وفي هذه الدورة الجديدة، لا يطير هذا التريتون بعيداً؛ بل يتم التقاطه داخل وقود صلب مكون من ديوتيريد الليثيوم، وهو مركب من الليثيوم والهيدروجين. وبينما ينتقل التريتون عبر هذه المادة الصلبة، فإنه يصطدم إما بذرة ليثيوم-7 أو بذرة ديوتيريوم، مما يحفز تفاعلين ثانويين مختلفين. أحد هذه الاصطدامات يشطر الليثيوم-7، بينما يقوم الآخر بدمج الديوتيريوم مع التريتون. والنتيجة هي تدفق من إطلاق الطاقة حيث تكون النواتج هي الهيليوم المستقر غير المشع والنيوترونات، بشرداً يتم استهلاك جميع التريتونات في العملية.
ولرؤية ما إذا كان هذا التفاعل المتسلسل يمكن أن يعمل في الممارسة العملية، أعد الباحثون سلسلة من التجارب باستخدام مصدر للنيوترونات لقصف أعمدة مختلفة من المواد. وضعوا عموداً من الهواء، وعموداً من معدن الليثيوم النقي، وعموداً من جزيئات ديوتيريد الليثيوم في مسار النيوترونات. كان الهدف هو الكشف عما إذا كان ديوتيريد الليثيوم سينتج بصمة فريدة من النيوترونات عالية الطاقة تشير إلى أن التفاعلات الثانوية تحدث. وعند تحليل البيانات، لاحظ الباحثون أن عمود ديوتيريد الليثيوم أظهر ذيلاً واضحاً أعلى طاقة في توزيع طاقة النيوترونات، وهو ما لم تظهره أعمدة الهواء والليثيوم النقي. تشير هذه البيانات إلى تفاعلات اندماج ثانوية مع التريتون، وإن كان الفريق يشير إلى أن هذه النتائج أولية وليست دليلاً قاطعاً بعد.
ومع ذلك، يحرص الفريق على الإشارة إلى أن هذه النتائج أولية. فقد استخدمت التجربة مصدراً للنيوترونات ضعيفاً نسبياً، ويخطط الفريق لتكرار الاختبارات باستخدام مفاعل أقوى بكثير في جامعة ميسوري للحصول على بيانات أكثر وضوحاً. كما يعتزمون أيضاً اختبار نسخة من الوقود تتضمن الأكسجين لمعرفة ما إذا كانت هناك أنواع أخرى من الاصطدامات. علاوة على ذلك، بحث الباحثون في فكرة ذات صلة اقترحها علماء آخرون، والتي أشارت إلى أن النيوترونات يمكن أن تسبب اندماجاً في ديوتيريد التيتانيوم الصلب دون الحاجة إلى دورة الليثيوم المحددة. وبعد إجراء اختباراتهم الخاصة باستخدام حزم نيوترونية عالية الكثافة، لم يجدوا أي دليل يدعم آلية اندماج التيتانيوم المذكورة، مما يشير إلى أن النتائج التي رصدوها في إعداد الليثيوم-ديوتيريوم الخاص بهم فريدة لتصميمهم المقترح وليست خاصية عامة لجميع أنواع الوقود الصلب.
إن الآثار المحتملة لهذه الدورة كبيرة، لا سيما لمستقبل النقل وتخزين الطاقة. فالوقود المطلوب، وهو الليثيوم، يتم تعدينه وإعادة تدويره بالفعل على نطاق واسع لدعم صناعة السيارات الكهربائية. وقد حسب الباحثون أن الليثيوم الموجود في بطارية سيارة كهربائية واحدة، إذا تمت معالجته من خلال هذه الدورة الجديدة، يمكنه نظرياً توفير طاقة كافية لتشغيل تلك السيارة لمئات الآلاف من الأميال. ولأن العملية تعتمد على مواد يتم استخراجها وإعادة تدويرها بالفعل، ولأنها لا تنتج نفايات مشعة طويلة الأمد من وقودها، فإنها توفر مساراً للطاقة يمكن دمجه في البنية التحتية الصناعية القائمة. وبينما لا تزال هذه التكنولوجيا في المراحل الأولى من التحقق، تشير البيانات الأولية إلى أن دورة نووية في الحالة الصلبة باستخدام عناصر خفيفة هي أمر ممكن فيزيائياً ويستحق مزيداً من البحث الأكثر صرامة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.