حقق علماء روس تقدما لافتا في مجال أبحاث الاندماج النووي ، بعد نجاحهم في اختبار سلك فائق التوصيل عالي الحرارة يُعد من الأعلى أداءً على مستوى العالم، في خطوة تهدف إلى تسريع تطوير مفاعلات الاندماج المستقبلية وخفض تكاليفها التشغيلية.

تفاصيل الاختبار والجهة المطوِّرة

تم تنفيذ الاختبار في معهد د. في. إفريموف للأجهزة الكهروفيزيائية (NIIEFA)، التابع لشركة روساتوم الروسية، حيث نجح المهندسون في اختبار سلك فائق التوصيل مخصص للنظام الكهرومغناطيسي لمفاعل توكاماك بتقنيات المفاعل (TRT).

ويُعد مفاعل TRT أحد المشاريع الروسية المصممة للانتقال التدريجي نحو إنتاج الطاقة من الاندماج النووي.

مواصفات السلك فائق التوصيل

أجريت الاختبارات على قطعة سلك بطول خمسة أمتار، تتكون من:

240 شريطا من مواد فائقة التوصيل عالية الحرارة

مصفوفة تثبيت مصنوعة من النحاس

غلاف خارجي من الفولاذ المقاوم للصدأ

وبحسب أندريه ميدنيكوف، رئيس قسم أبحاث الأنظمة فائقة التوصيل، صُمم السلك لتحمّل:

تيار كهربائي يصل إلى 65 كيلو أمبير

مجال مغناطيسي بقوة 18 تسلا

وتمثل هذه القيم رقمًا قياسيا جديدا، إذ لم يتم الوصول إلى مثل هذا الأداء في أي منشآت سابقة.

التشغيل في درجات حرارة شديدة الانخفاض

يعمل السلك في ظروف تبريد عميق، حيث يحتوي على قناة مخصصة لضخ مادة التبريد عند درجات حرارة تتراوح بين 5 و20 كلفن، أي ما يعادل -450.67 إلى -423.67 درجة فهرنهايت.

وخلال الاختبارات، تم تبريد العينة باستخدام النيتروجين السائل حتى درجة -320.8 فهرنهايت، لتدخل في حالة التوصيل الفائق، مع الحفاظ على خصائصها التشغيلية تحت الحمل الكهربائي الكامل، ما سمح للباحثين بمراقبة الأداء عبر منصة قياس متخصصة.

أول إنجاز روسي بهذا الحجم

أعلن معهد NIIEFA عبر قناته الرسمية على تطبيق تلغرام أنه:

«أول جهة في روسيا تنجح في تصنيع واختبار سلك فائق التوصيل بالحجم الكامل للنظام الكهرومغناطيسي لمفاعل توكاماك باستخدام تقنيات TRT».

ويشرف المعهد على المشروع بصفته المصمم الرئيسي للمفاعل.

اختلاف جوهري عن مفاعل ITER الدولي

يمثل مشروع TRT قطيعة تقنية مع المواد المستخدمة في مفاعل ITER الدولي، إذ:

يعتمد ITER على أسلاك من النيوبيوم-تيتانيوم والنيوبيوم-القصدير

تعمل هذه المواد عند 4.5 كلفن فقط

في المقابل، يستخدم مشروع TRT شرائط من أكسيد الإيتريوم-الباريوم-النحاس، ما يسمح بتصغير حجم المكونات وزيادة كفاءتها.

أداء أعلى بحجم أصغر

تبلغ أبعاد أسلاك TRT نحو 26 × 26 ملم، مقارنة بـ 54 × 54 ملم في مفاعل ITER.

ورغم صغر حجمها، تستطيع أسلاك TRT:

العمل في مجالات مغناطيسية تصل إلى 20 تسلا

تمرير تيارات كهربائية تصل إلى 80 كيلو أمبير

بينما يعمل ITER في نطاق 8 إلى 13 تسلا وبتيارات أقل.

تسريع التطوير وخفض التكاليف

يسمح إجراء الاختبارات عند درجة -196 مئوية (-320.8 فهرنهايت) باستخدام النيتروجين السائل بـ:

تقليل تكاليف البحث والتطوير

تسريع دورة اختبار النماذج

التحقق من أداء العينات في فترة زمنية أقصر

ما يقرّب مفاعل TRT من الدخول حيز التشغيل الفعلي.

الجدول الزمني للمشروع

بحسب الخطة المعلنة:

عام 2026: تصنيع واختبار سلكين بطول يتجاوز 60 مترا لكل منهما

عام 2027: إنشاء نموذج تجريبي للملف اللولبي المركزي

وسيبلغ قطر هذا الملف مترا واحدا، ويتكون من 40 لفة سلكية موزعة على طبقتين، تمهيدا لإنتاج كيلومترات من الأسلاك المطلوبة للمفاعل النهائي.

إحياء موقع ترويتسك البحثي

سيُبنى مفاعل TRT في معهد ترويتسك للأبحاث الابتكارية والاندماج الحراري النووي (TRINITI)، في موقع مفاعل توكاماك السابق عالي المجال (TSP)، الذي يجري حاليا تجهيزه بالبنية التحتية اللازمة.

وعند اكتماله، سيعمل TRT كمختبر متقدم لدراسة:

سلوك البلازما

تقنيات التريتيوم

أنظمة الاندماج الهجين بين الانشطار والاندماج النووي

يمثل هذا الإنجاز خطوة تقنية مهمة في سباق الاندماج النووي، ويعزز طموح روسيا في تطوير مفاعلات أكثر كفاءة وأقل تكلفة، في وقت لا تزال فيه الطاقة الاندماجية هدفا عالميا بعيد المدى، لكنه يقترب تدريجيا من التطبيق العملي.