على مدار العام، قمنا بإطلاع قرائنا على أحدث التطورات في تكنولوجيا المفاعلات بمساهمة روساتوم. سننهي سلسلة تقنيات المفاعلات بمقال عن مشاريع الاندماج.

المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي

يعدّ المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي- إيتر (ITER) أكبر مشروع نووي حراري قيد التنفيذ بمساهمة روساتوم. وتشارك الشركة النووية الروسية في إنتاج أنظمة المفاعلات والأبحاث والجوانب الأخرى للمشروع.

وفي أواخر أكتوبر/تشرين الأول، قامت روساتوم بتسليم الشحنة الثلاثين من المعدات الكهربائية لمشروع إيتر. فقد غادرت عشرون مقطورة معهد أبحاث المعدات الكهروفيزيائية (NIIEFA، وهو جزء من روساتوم) متجهة إلى كاداراتشي بفرنسا لتسليم مجموعة كبيرة من عناصر مقاومة التفريغ السريع لوحدات شبكة التبديل ومفاتيح الحماية إلى موقع بناء إيتر. وتُعد هذه المجموعة جزءًا من نظام إمداد الطاقة وتوزيعها ما يمكّن من الحصول على البلازما الأولى. يعتمد الجدول الزمني للمشروع على التسليم المبكر لهذه المكونات. وقد علّق أناتولي كراسيلنيكوف، مدير مركز إيتر في موسكو، على إرسال الشحنة قائلًا: “لم يكن تطوير وتصنيع المجموعة الكاملة من المعدات الكهربائية لنظام إمداد مغناطيسات إيتر بالطاقة ممكنًا من دون سنوات عديدة من العمل المضني الذي قام به فريق البحث والإنتاج في معهد أبحاث المعدات الكهروفيزيائية. وهذا يشهد على قوته التي لا يمكن إنكارها في المجتمع النووي الحراري الدولي“.

كما شاركت روساتوم، في نوفمبر/ تشرين الثاني، في مناقشة مواد التبطين المحتملة للجدار الأول للغرفة المفرغة للمفاعل في الاجتماع الثالث والثلاثين لمجلس إيتر (الهيئة الإدارية للمشروع). وقرر المجلس إجراء بحث حول خواص المواد المختلفة لاختيار أفضلها. ومن المتوقع أن تشارك معاهد روساتوم والأكاديمية الروسية للعلوم في التجارب. وقام المجلس أيضًا بتقييم التقدم المنجز في البناء، وناقش التعاون مع الهيئة التنظيمية النووية الفرنسية، واستعرض الجوانب الفنية لعملية البناء.

مفاعلا T-15MD وTRT

يُعدّ مفاعل T-15MD نسخة مطورة من توكماك T-15  الذي كان بإدارة معهد كورشاتوف خلال الأعوام 1988-1995. فقد جُمّع T-15MD على أسس سابقته. ونُشّط توكاماك الجديد في مايو/ أيار 2021، وتم الحصول على أول بلازما في ربيع عام 2023. وتنفذ في الوقت الحالي اختبارات توليد الطاقة. وقد أشار فيكتور إلجيسونيس، مدير الأبحاث والتطوير في روساتوم، إلى أنه تتم ترقية التوكاماك لتحقيق نتائج تلبي المعايير الدولية.

يقوم معهد ترويتسك للأبحاث المبتكرة والنووية الحرارية (TRINITI) بإعداد البنية التحتية اللازمة لمشروع بناء تكنولوجيا مفاعل توكاماك (TRT). من المتوقع أن يصبح TRT نموذجًا أوليًا واسع النطاق لمفاعل اندماجي مستقبلي أو مصدر نيوتروني. وسيستخدم لدراسة سلوك البلازما في الأوضاع شبه الثابتة القريبة من الاشتعال وتحسين طرائق تسخين البلازما الإضافية وإمدادات الوقود والتقنيات الشاملة. كما سيكون الجهاز مفيدًا في تطوير تقنيات تشخيصية جديدة وتقنيات التريتيوم. كما يخطط معهد ترويتسك للأبحاث المبتكرة والنووية الحرارية لاستكمال المرحلة الأولى من مشروع إعادة تأهيل المنشأة النووية الحرارية بحلول نهاية عام 2024، وهو شرط أساس لإنشاء البنية التحتية لتوليد الطاقة لـ TRT.

تركيز البلازما

قام علماء من الجامعة الوطنية للأبحاث النووية (MEPhI)، إحدى جامعات روساتوم الأساسية، ومعهد دوخوف الروسي لأبحاث الأتمتة (VNIIA، وهو جزء من روساتوم) بتطوير مولد نيوتروني للبلازما كثيفة التركيز قادر على بدء تفاعلات اندماجية مصغرة.

يتكون باعثه من غرفة تفريغ تركيز بلازما صغيرة (قطرها عدة سنتيمترات)، وجهاز تخزين الطاقة، ومفتاح الجهد العالي. لتوليد البلازما، تُضخ نظائر الهيدروجين الغازية إلى غرفة تركيز البلازما، ثم يُطبق جهد عالٍ على قطبين كهربائيين. عندما يُطبق الجهد، يُشغّل المفتاح، وتُنقل الطاقة كلها من جهاز التخزين إلى الغرفة. يؤدي تيار مئات الكيلومترات إلى تأين الغاز الموجود في الغرفة فيشكل غلافًا من البلازما، أي بلازما ساخنة ذات تكوين محدد. يتسارع الغلاف بين الأقطاب الكهربائية تحت مجاله المغناطيسي ويُضغط في نقطة تسمى “القرصة”. تحدث تفاعلات الاندماج عند تركيز البلازما هذا، وتستمر لعدة عشرات من النانوثانية. في تلك اللحظة، يقوم الباعث بتوليد أنواع مختلفة من الإشعاع، بما في ذلك الإشعاع النيوتروني، والأشعة السينية، ونفاثات البلازما، وأشعة الإلكترون والأيونات. عند إزالة الجهد من الأقطاب الكهربائية، يعود الغاز إلى حالته الطبيعية.

يمكن استخدام هذا الجهاز لمعايرة أجهزة كشف النيوترونات وأشعة غاما للمشاريع العلمية الضخمة. كما يمكن استخدامه لاختبار مكونات نظام الكشف لمقاومة الإشعاع. تعدّ مثل هذه الاختبارات ضرورية للمعدات الموجودة على متن المركبات الفضائية والمكونات الإلكترونية الراديوية. ومن التطبيقات المحتملة الأخرى للجهاز دراسة تأثير أنواع مختلفة من الإشعاع النبضي في الكائنات الحية وإجراء تحليل التنشيط النيوتروني للمواد المختلفة.

تقول إيلينا ريابيفا، نائبة مدير الجامعة الوطنية للأبحاث النووية للأنظمة الفيزيائية السيبرانية: “تمت معايرة المعدات باستخدام المصادر النبضية والمفاعلات والمسرعات. توجد طائرات جامبو تزن عدّة أطنان مع عديد من أنظمة التحكم. بينما تزن وحدتنا 150 كيلوجرامًا فقط ويمكن نقلها بواسطة مهندسين مدربين”. وتجدر الإشارة إلى أن الطلاب في المختبر يستخدمون بالفعل مولد النيوترونات ذو التركيز البلازمي الكثيف.

وكما قال رئيس روساتوم أليكسي ليخاتشيف في أسبوع الطاقة الروسي، فإن المؤسسة النووية الروسية ليس لديها بعد مفهوم لتسويق الاندماج النووي. لكنه وعد بمواصلة العمل واستثمار المال والجهد في الفكرة. وفي حديثه في مؤتمر العلماء الشباب، وعد الرئيس الروسي فلاديمير بوتين أيضًا بتخصيص أموال لأبحاث الاندماج

التفاعل النووي الحراري

يختلف التفاعل النووي الحراري الخاضع للرقابة عن التفاعل النووي في أن الأول يعتمد على اندماج النوى الأخف لتكوين نوى أثقل، بينما يعتمد الثاني على انشطار النوى الثقيلة.