تحظى طاقة الاندماج باهتمام كبير من المجتمع النووي الروسي، حيث يتقدم البرنامج الوطني للاندماج الحراري، وكذلك التعاون الكامل ضمن مشروع ITER.

الخطط المحلية

تتمثل الأهداف الفورية للبرنامج الروسي للاندماج الحراري في تحقيق المعايير التصميمية لجهاز توكاماك T-15MD في معهد كورتشاتوف، وتطوير توكاماك “تقنية المفاعل” في معهد ترويتسك للأبحاث الابتكارية والحرارية النووية (TRINITI).

يُعتبر T-15MD توكاماك قيد التشغيل، وتم إطلاقه تجريبيًا في مايو 2021. وفي مارس 2023، نجح في إنتاج بلازما عالية الحرارة للمرة الأولى. خلال سلسلتين من التجارب، طوّر الباحثون خوارزميات لإنتاج تصريفات البلازما، ونجحوا في إنشاء مجال مغناطيسي بقوة 1 تسلا والحفاظ عليه لمدة 30 ثانية. وفي ديسمبر 2023، أنتج الباحثون تصريفاً مع تيار بلازما قدره 260 كيلو أمبير واستمر لأكثر من ثانيتين، حيث وصلت حرارة إلكترونات البلازما إلى ما يقارب 40 مليون درجة، وهو ما يعادل ضعف درجة الحرارة في مركز الشمس.

لتحسين أداء T-15MD، من المخطط تجهيز الجهاز بأنظمة تدفئة مساعدة للبلازما، وصيانة التيار وأنظمة تشخيص، وتركيب جهاز تفريغ، وتغليف الحجرة بالجرافيت.

يجري تطوير توكاماك تقنية المفاعل (RTT) كنموذج أولي تجريبي كامل النطاق لمفاعل اندماجي أو مصدر نيوترون. ويهدف هذا المشروع إلى دراسة سلوك البلازما في أوضاع شبه مستقرة، ودراسة وتحسين طرق تسخين البلازما المساعدة وتوصيل الوقود، بالإضافة إلى العديد من الأمور الأخرى. وسيتم بناء RTT في ترويتسك، روسيا.

بدأت مرحلة تطوير التصميم المفاهيمي ومعدات التشخيص منذ عام 2021، ومن المتوقع أن تكتمل هذه المرحلة بحلول نهاية عام 2024، تليها الهندسة التفصيلية التي ستبدأ في عام 2025. بالإضافة إلى التوكاماك نفسه، سيحتاج المهندسون لتطوير عدة أنظمة محيطية للتشخيص، وتسخين البلازما، وتوليد التيار.

تتضمن الخطط المُعتمدة إطلاق اختبار للمفاعل في عام 2035، وتوليد أول بلازما في عام 2036.

تُولي روسيا اهتمامًا بالغًا بتقنية الاندماج النووي. سيتم تنفيذ البرنامج الفيدرالي للطاقة الحرارية النووية، المدعوم من الحكومة، خلال الفترة ما بين عامي 2025 و2030، كجزء من المشروع الوطني الشامل للتكنولوجيا النووية والطاقة الجديدة. يشمل هذا البرنامج إجراء أبحاث حول الاندماج النووي المسيطر، وتطوير تقنيات البلازما المبتكرة، حيث ستشارك فيه شركات مجموعة روساتوم، ومعهد كورتشاتوف، والأكاديمية الروسية للعلوم، ووزارة العلوم والتعليم العالي الروسية. كما يتضمن البرنامج بناء (ترقية وتجهيز) عدد من المنصات التجريبية والتركيبات لتطوير وتحسين الحلول الأساسية المتعلقة بالاندماج النووي والبلازما.

سوف تشمل مجالات البحث والتطوير الأخرى دراسات حول التفاعل بين البلازما والمكونات المواجهة لها، باستخدام أدوات الاختبار ومعدات التحكم الرقمية، بالإضافة إلى أنظمة جمع البيانات في منشأة توكاماك التجريبية. وأخيرًا، يوفر البرنامج الفيدرالي تطوير تشريعات تنظم استخدام الأنظمة الحرارية النووية والهجينة، بما في ذلك لأغراض الترخيص.

تساهم المشاريع التي يتم تطويرها في روسيا بواسطة روساتوم ومعهد كورتشاتوف وغيرها من المنظمات في تقدم تكنولوجيا الاندماج على المستوى العالمي. وقد صرح أناتولي كراسيلنيكوف، مدير مركز روساتوم الخاص بمشروع “إيتير”، في مقابلة مع مجلة “نوفاي آتومني إكسبيرت”: “يعتبر الاندماج واحدًا من أكثر مجالات البحث انفتاحًا في الوقت الحاضر. وأعتقد أنه سيظل كذلك، على الأقل حتى تبدأ التكنولوجيا في التحول إلى الاستخدام التجاري”.

مشروع إيتير والتعاون الدولي

تُعد روساتوم مساهمًا رئيسيًا في مشروع إيتير. ينبغي أن نذكر أن هذا المشروع الدولي للاندماج النووي تم المبادرة به من قِبل الاتحاد السوفيتي في الثمانينيات. وقد تم الاتفاق عليه لأول مرة بين قادة الاتحاد السوفيتي والولايات المتحدة، ميخائيل غورباتشوف ورونالد ريغان، ثم انضمت إليه يورواتوم واليابان. قام هؤلاء الشركاء الأربعة بتطوير التصميم الهندسي للمفاعل الحراري النووي، وفي تلك الفترة، انضمت الصين والهند وكوريا الجنوبية إلى مشروع إيتير.

الهدف الرئيسي من المشروع هو بناء مفاعل حراري نووي تجريبي يستخدم بلازما الديوتيريوم-التريتيوم ذات درجات الحرارة العالية. يجب أن يكون لدى المفاعل القدرة على إشعال البلازما، والأهم من ذلك، الحفاظ عليها لمدة تتراوح بين 500 إلى 1,000 ثانية. أوضح أناتولي كراسيلنيكوف في حديثه لمجلة “نوفاي آتومني إكسبيرت”: “إن الأمر يشبه ركوب الدراجة: إذا حافظت على توازنها لمدة ثانيتين أو ثلاث، فهذا لا يعني أنك تستطيع ركوبها. نحن بحاجة إلى الحفاظ على البلازما لفترة طويلة بما يكفي”.

لقد كانت روسيا تزود المعدات اللازمة للاندماج لعدة سنوات كجزء من مساهمتها في مشروع إيتير. تم تسليم الموصلات فائقة التوصيل وملف المغناطيس PF1 بالكامل. كما تستمر شحنات معدات مفاتيح التحويل، حيث يتم إرسال حوالي 30 إلى 40 شاحنة إلى موقع البناء سنويًا. تم تصنيع ثمانية عشر قسمًا علويًا لوعاء الفراغ وتم إعدادها للشحن، وهي مطلوبة لتركيب أنظمة التشخيص ومعدات التسخين وأجهزة الضخ. كما تتحمل روسيا مسؤولية توفير ثمانية من أصل أربعة وعشرين جهاز جيروسكوب (تستخدم هذه الأجهزة لتسخين البلازما المساعدة وتوليد التيار). وقد قام معهد الفيزياء التطبيقية التابع للأكاديمية الروسية للعلوم بتصنيعها، وتم بالفعل تسليم أربعة منها إلى الموقع. ومن المتوقع أن يبدأ تركيبها بحلول نهاية العام. سيتم تصنيع الجيروسكوب التاسع في عام 2025 كقطعة غيار. ومع ذلك، قد يزداد عددها لأن منظمة إيتير قررت زيادة قدرة نظام تسخين الرنين المغناطيسي الإلكتروني.

تشمل الخطط للسنوات المقبلة تسليم سدادات المنافذ، وهي هياكل معقدة تحتوي على أجهزة تشخيص البلازما، ووحدات بطانية اختبار، وعناصر من أنظمة تسخين الأيونات والإلكترونات، وأجهزة أخرى.

تعمل روسيا أيضًا على تصنيع أربع منصات اختبار لاختبار سدادات المنافذ.

في أواخر أغسطس من هذا العام، تم شحن إطار فولاذي يزن أكثر من 20 طنًا إلى موقع مشروع إيتير في كاداراش، فرنسا، لاستخدامه في أولى منصات الاختبار. ومن المقرر أن تُشحن معدات أخرى لهذه المنصات إلى فرنسا بنهاية العام.

تتمثل إحدى المهام الموكلة إلى روسيا في إنتاج الجدار الأول الذي يتعرض للبلازما. ينبغي أن يتمتع هذا الجدار بقوة ميكانيكية عالية وكثافة فراغية، بالإضافة إلى موصلية حرارية وكهربائية جيدة، ومقاومة عالية للحرارة، فضلاً عن القدرة على مقاومة الأحمال الحرارية الدورية والتعرض للإشعاع.

كان من المخطط في البداية تصنيع الجدار من البيريليوم، لكن سمّيته والصعوبات الواضحة في الحصول على التصاريح اللازمة جعلت من الواضح أنه سيكون من الأسرع تجربة مادة بديلة. تم اختيار التنجستن نظرًا لكونه غير سام ولديه نقطة انصهار أعلى بكثير. ومع ذلك، هناك خطر من دخول جزيئات التنجستن إلى البلازما، مما قد يؤدي إلى انخفاض درجة حرارتها، وبالتالي سيتطلب تسخينها مزيدًا من الطاقة. اقترح الباحثون الروس استخدام طلاء من كربيد البورون لحماية التنجستن، كما هو معمول به في تصميم توكامكات الروسية. تم قبول الاقتراح وبدأت أعمال البحث والتطوير.

في أكتوبر، زار بيترو باراباسكي، المدير العام لمنظمة إيتير، روسيا لمناقشة آفاق المشروع وصعوباته وحلوله. قام بزيارة مختبرات مركز مشروع إيتير بموسكو (التابع لروساتوم)، ومعهد إفريموف لأبحاث المعدات الكهروميكانيكية، ومعهد إيفان فويتي للتكنولوجيا والفيزياء، وعقد اجتماعًا مع ملهم ومبادر مشروع إيتير، الرئيس الفخري لمعهد كورشاتوف، يفغيني فيليخوف، والمدير العام لروساتوم، أليكسي ليخاتشيوف.

أثناء زيارة مركز إيتير في موسكو، تم عرض كيفية زراعة الألماس الاصطناعي البلوري الأحادي وكيفية تطوير أنظمة التشخيص للمفاعل الاندماجي. وفي الاجتماع مع أليكسي ليخاتشيوف، تمت مناقشة القضايا المتعلقة بتنفيذ مشروع إيتير. قال بيترو باراباسكي خلال مؤتمر صحفي: “لدينا بعض الصعوبات في توريد المعدات من روسيا، لكن هذا ليس بالأمر المهم مقارنةً بمشاكل أخرى في المشروع”.

كانت آفاق المشروع محور النقاش. قال أناتولي كراسيلنيكوف: “هذه الزيارة ذات أهمية كبيرة بالنسبة لنا. مشروع المفاعل النووي التجريبي الدولي الآن عند مفترق طرق حيث يناقش أعضاؤه ‘الأساس الجديد’. قد تتغير توقيتات وتكاليف المشروع بشكل كبير. تحتاج الشركات الروسية إلى معلومات كاملة من الرأس المباشر للمشروع”.

عبّر الطرفان عن رضاهما عن نتائج الاجتماع. قال أليكسي ليخاتشيوف: “أنا سعيد حقًا بزيارة زميلي بيترو باراباسكي إلى روسيا. لقد أجرينا حديثًا مفتوحًا وثقة في جو من التفاهم المتبادل والتركيز المشترك على النجاح”.

وأشار بيترو باراباسكي إلى أن “إيتير مثال رائع على التعاون الدولي، حيث توحد العلوم الأمم في السعي لتحقيق هدف مشترك”. وأكد أن “المساهمة التي تقدمها روسيا، فضلاً عن أي عضو آخر في إيتير، لها أهمية قصوى، لأنها تظهر الالتزام المشترك بتطوير الطاقة الاندماجية التي ستعود بالنفع على البشرية جمعاء. تمتد هذه المساهمة إلى جميع جوانب المشروع، بدءًا من المكونات الحيوية وصولاً إلى الابتكارات التكنولوجية الرئيسية. بينما نتقدم نحو الأمام، تبقى روح التعاون العالمي حجر الزاوية للنجاح، مما يضمن تقدم أحد أكثر المشاريع العلمية طموحًا في عصرنا”.

تشهد علاقات التعاون الأكاديمية والشخصية، والتقدم في التكنولوجيا والبحث، وإنتاج معدات متطورة، والدعم المالي والقانوني الحالي والمستقبلي، على التزام روسيا بتسهيل تقنية الاندماج النووي وتطبيقها عمليًا.

إيتير هو اختصار لمفاعل الاندماج النووي التجريبي الدولي، كما يعني باللغة اللاتينية “الطريقة” أو “المسار”.