في عشرينيات القرن الماضي، كان العالم والفلكي الإنجليزي السير آرثر ستانلي أدنجتون يتساءل، ما إذا كان الوقود الذي يمد النجوم مثل الشمس بالطاقة، هو اندماج نوى ذرات الهيدروجين لتكوين ذرات أثقل أم شيئاً آخر، وقد كان محقاً في توقعه، فتلك الطاقة ناتجة عما يعرف اليوم بالاندماج النووي.
هناك طريقتان يمكن من خلالهما الحصول على الطاقة النووية: الانشطار النووي والاندماج النووي، فالنوى (جمع نواة) الثقيلة كاليورانيوم والبلوتونيوم تنشطر لأنها غير مستقرة، أما النوى الخفيفة مثل الهيدروجين والهيليوم تندمج لتكون نواة أكثر استقراراً، وفي كلتا العمليتين تخرج لنا الطاقة النووية.
للأسف، أول استغلال للطاقة النووية، كان لأغراض عسكرية، وهذا ما يدل على فضل الحروب في تقدم العلوم، وقد سبب هذا موقفاً سلبياً تجاه تلك الطاقة. فالمشروع النووي الأميركي (مشروع مانهاتن) كان منصبا على الطاقة النووية الانشطارية، وتوج بإلقاء قنبلتين نوويتين على هيروشيما وناجازاكي، وبعد انتهائه، وانتهاء الحرب العالمية الثانية معه، لعب العالم الهنغاري إدوارد تيلر (ويسمى أبو القنبلة الاندماجية) دوراً كبيراً في إقناع الرئيس الأميركي آنذاك بإمكانية إنتاج سلاح نووي أكثر تدميراً من القنبلة الانشطارية، وقد لاقت الفكرة معارضة شديدة من بعض العلماء أمثال أوبنهايمر. في عام 1950 وافق الرئيس ترومان على البدء في مشروع القنبلة النووية الاندماجية، وقد يكون وصول الاتحاد السوفييتي للقنبلة النووية الانشطارية، أحد أهم الدوافع، وتم أول اختبار للقنبلة النووية الاندماجية في إحدى جزر المحيط الهادئ عام 1952، وكانت أقوى من قنبلة هيروشيما بألف مرة. ليبدأ بعدها سباق تسلح لهذا النوع من القنابل، حيث أجرى الاتحاد السوفييتي اختبارا لقنبلته الهيدروجينية الأولى بعد الأميركية بسنة، ولحقتهم بريطانيا عام 1957، ثم الصين وفرنسا والهند.
بعد الوصول لتلك القوة العسكرية التدميرية للطاقة النووية، بدأ التفكير في استغلالها لأغراض سلمية، وهكذا يفعلون، فاستخدمت المفاعلات النووية التي تعمل بالانشطار النووي على نطاق واسع لإنتاج الكهرباء، وذلك لإمكانية السيطرة على التفاعل النووي والتحكم فيه، بينما بقي الاندماج بعيداً عن الاستغلال السلمي، ومع ظهور عدة مشاكل لمفاعلات الانشطار بدأ التفكير في التحول إلى الاندماج، أبرز تلك المشاكل هي: الكوارث النووية التي قد تحدث، وآخرها حادثة فوكوشيما، واحتمالية استغلاله عسكرياً من بعض الدول كما حصل في إيران، وصعوبة الحصول على الوقود النووي وما فيها من عمليات التعدين والتخصيب والتصنيع، بالإضافة إلى النفايات النووية التي قد تمتد لآلاف السنين.
هذه المشاكل غير واردة في مفاعلات الاندماج النووي، فأكثر حوادث المفاعلات النووية الانشطارية هي انصهار قلب المفاعل، وهذا لا يمكن حدوثه في مفاعلات الاندماج، كما لا يمكن استغلال تلك المفاعلات عسكرياً لإنتاج قنبلة هيدروجينية، وذلك لغياب المكونات الأساسية للقنبلة الاندماجية في المفاعل، وهناك عامل رئيس مرغب في هذا النوع من المفاعلات، وهو وفرة الوقود، فالوقود هنا هو الديوتيريوم (نظير الهيدروجين)، وهو موجود في البحار والمحيطات، وغير مشع، وكاف لإمداد المفاعلات بالوقود لملايين السنين، كما أن مفاعلات الاندماج لا تخلف نفايات مشعة طويلة الأمد كتلك التي يخلفها الانشطار. أضف إلى ذلك، الطاقة الناتجة عن الاندماج النووي أكبر بكثير من تلك التي تنتج بالانشطار، فاندماج كيلوجرام من ذرات الهيدروجين ينتج طاقة أكثر من تلك التي تنتجها نفس الكمية من اليورانيوم.
هذه الميزات أدت إلى تفضيل الاندماج على الانشطار، لكن المشكل في عملية الاندماج، أنها تحتاج إلى حرارة عالية، أكثر من 100 مليون درجة مئوية (مقاربة لحرارة الشمس)، في هذه الحرارة العالية تتحول المادة إلى حالة رابعة (غير حالات المادة المعروفة الغازية والسائلة والصلبة) تسمى البلازما، وفيها تتفكك الذرة بحيث تنفصل الإلكترونات عن النواة، في القنابل النووية يمكن الوصول لهذه الحرارة بتفجير قنبلة انشطارية داخل القنبلة النووية، وهذا صعب في المفاعلات.
وقد استخدمت تيارات كهربائية عالية جداً لتوليد هذه الحرارة، وبقي التحدي الرئيس هو في احتواء «البلازما» في مساحة معينة داخل قلب المفاعل، فجميع المعادن على كوكب الأرض ستنصهر قبل الوصول لتلك الحرارة، من هنا جاءت فكرة تعليق البلازما بواسطة حقول مغناطيسية قوية ومركزة، لمنع أي تلامس لها مع مواد المفاعل، تسمى هذه التقنية بـالتوكاماك. والمشكلة فيها هي عدم ثبات حالة البلازما لمدة كافية، والعمل جار على قدم وساق لحلها.
ففي الجنوب الفرنسي اجتمعت 34 دولة (دول الاتحاد الأوروبي، أميركا، روسيا، الصين، اليابان، كوريا الجنوبية والهند) لإنشاء مفاعل تجريبي لإنتاج الطاقة الكهربائية بالاندماج النووي ويعرف باسم إيتر (ITER)، وتعد هذه التجربة أغلى التجارب على وجه الأرض، كما أعلنت الصين أن مشروعها للاندماج النووي والذي سمته «الشمس الاصطناعية» سيكون جاهزا مع نهاية العام الجاري.
حل مشاكل الاندماج النووي قد يكون بمثابة حل لمشكلة الطاقة في العالم، ولكن العقبات الحالية تحتاج سنوات لتجاوزها. يتوقع بعض الباحثين أن تكون طاقة الاندماج هي المصدر الرئيس لمعظم كهرباء العالم في حلول 2100، لكن الوصول إلى طاقة الاندماج قد يضر بالدول المنتجة للوقود الأحفوري، لذلك قد يتعين على المملكة العربية السعودية المساهمة بشكل فعال في الأبحاث المتعلقة بالطاقة بشكل عام، وطاقة الاندماج النووي بشكل خاص، فالطاقة هي المصدر الرئيس لدخل المملكة، وقد تكون طاقة الاندماج هي طاقة المستقبل في البعيد غير العاجل.
هناك طريقتان يمكن من خلالهما الحصول على الطاقة النووية: الانشطار النووي والاندماج النووي، فالنوى (جمع نواة) الثقيلة كاليورانيوم والبلوتونيوم تنشطر لأنها غير مستقرة، أما النوى الخفيفة مثل الهيدروجين والهيليوم تندمج لتكون نواة أكثر استقراراً، وفي كلتا العمليتين تخرج لنا الطاقة النووية.
للأسف، أول استغلال للطاقة النووية، كان لأغراض عسكرية، وهذا ما يدل على فضل الحروب في تقدم العلوم، وقد سبب هذا موقفاً سلبياً تجاه تلك الطاقة. فالمشروع النووي الأميركي (مشروع مانهاتن) كان منصبا على الطاقة النووية الانشطارية، وتوج بإلقاء قنبلتين نوويتين على هيروشيما وناجازاكي، وبعد انتهائه، وانتهاء الحرب العالمية الثانية معه، لعب العالم الهنغاري إدوارد تيلر (ويسمى أبو القنبلة الاندماجية) دوراً كبيراً في إقناع الرئيس الأميركي آنذاك بإمكانية إنتاج سلاح نووي أكثر تدميراً من القنبلة الانشطارية، وقد لاقت الفكرة معارضة شديدة من بعض العلماء أمثال أوبنهايمر. في عام 1950 وافق الرئيس ترومان على البدء في مشروع القنبلة النووية الاندماجية، وقد يكون وصول الاتحاد السوفييتي للقنبلة النووية الانشطارية، أحد أهم الدوافع، وتم أول اختبار للقنبلة النووية الاندماجية في إحدى جزر المحيط الهادئ عام 1952، وكانت أقوى من قنبلة هيروشيما بألف مرة. ليبدأ بعدها سباق تسلح لهذا النوع من القنابل، حيث أجرى الاتحاد السوفييتي اختبارا لقنبلته الهيدروجينية الأولى بعد الأميركية بسنة، ولحقتهم بريطانيا عام 1957، ثم الصين وفرنسا والهند.
بعد الوصول لتلك القوة العسكرية التدميرية للطاقة النووية، بدأ التفكير في استغلالها لأغراض سلمية، وهكذا يفعلون، فاستخدمت المفاعلات النووية التي تعمل بالانشطار النووي على نطاق واسع لإنتاج الكهرباء، وذلك لإمكانية السيطرة على التفاعل النووي والتحكم فيه، بينما بقي الاندماج بعيداً عن الاستغلال السلمي، ومع ظهور عدة مشاكل لمفاعلات الانشطار بدأ التفكير في التحول إلى الاندماج، أبرز تلك المشاكل هي: الكوارث النووية التي قد تحدث، وآخرها حادثة فوكوشيما، واحتمالية استغلاله عسكرياً من بعض الدول كما حصل في إيران، وصعوبة الحصول على الوقود النووي وما فيها من عمليات التعدين والتخصيب والتصنيع، بالإضافة إلى النفايات النووية التي قد تمتد لآلاف السنين.
هذه المشاكل غير واردة في مفاعلات الاندماج النووي، فأكثر حوادث المفاعلات النووية الانشطارية هي انصهار قلب المفاعل، وهذا لا يمكن حدوثه في مفاعلات الاندماج، كما لا يمكن استغلال تلك المفاعلات عسكرياً لإنتاج قنبلة هيدروجينية، وذلك لغياب المكونات الأساسية للقنبلة الاندماجية في المفاعل، وهناك عامل رئيس مرغب في هذا النوع من المفاعلات، وهو وفرة الوقود، فالوقود هنا هو الديوتيريوم (نظير الهيدروجين)، وهو موجود في البحار والمحيطات، وغير مشع، وكاف لإمداد المفاعلات بالوقود لملايين السنين، كما أن مفاعلات الاندماج لا تخلف نفايات مشعة طويلة الأمد كتلك التي يخلفها الانشطار. أضف إلى ذلك، الطاقة الناتجة عن الاندماج النووي أكبر بكثير من تلك التي تنتج بالانشطار، فاندماج كيلوجرام من ذرات الهيدروجين ينتج طاقة أكثر من تلك التي تنتجها نفس الكمية من اليورانيوم.
هذه الميزات أدت إلى تفضيل الاندماج على الانشطار، لكن المشكل في عملية الاندماج، أنها تحتاج إلى حرارة عالية، أكثر من 100 مليون درجة مئوية (مقاربة لحرارة الشمس)، في هذه الحرارة العالية تتحول المادة إلى حالة رابعة (غير حالات المادة المعروفة الغازية والسائلة والصلبة) تسمى البلازما، وفيها تتفكك الذرة بحيث تنفصل الإلكترونات عن النواة، في القنابل النووية يمكن الوصول لهذه الحرارة بتفجير قنبلة انشطارية داخل القنبلة النووية، وهذا صعب في المفاعلات.
وقد استخدمت تيارات كهربائية عالية جداً لتوليد هذه الحرارة، وبقي التحدي الرئيس هو في احتواء «البلازما» في مساحة معينة داخل قلب المفاعل، فجميع المعادن على كوكب الأرض ستنصهر قبل الوصول لتلك الحرارة، من هنا جاءت فكرة تعليق البلازما بواسطة حقول مغناطيسية قوية ومركزة، لمنع أي تلامس لها مع مواد المفاعل، تسمى هذه التقنية بـالتوكاماك. والمشكلة فيها هي عدم ثبات حالة البلازما لمدة كافية، والعمل جار على قدم وساق لحلها.
ففي الجنوب الفرنسي اجتمعت 34 دولة (دول الاتحاد الأوروبي، أميركا، روسيا، الصين، اليابان، كوريا الجنوبية والهند) لإنشاء مفاعل تجريبي لإنتاج الطاقة الكهربائية بالاندماج النووي ويعرف باسم إيتر (ITER)، وتعد هذه التجربة أغلى التجارب على وجه الأرض، كما أعلنت الصين أن مشروعها للاندماج النووي والذي سمته «الشمس الاصطناعية» سيكون جاهزا مع نهاية العام الجاري.
حل مشاكل الاندماج النووي قد يكون بمثابة حل لمشكلة الطاقة في العالم، ولكن العقبات الحالية تحتاج سنوات لتجاوزها. يتوقع بعض الباحثين أن تكون طاقة الاندماج هي المصدر الرئيس لمعظم كهرباء العالم في حلول 2100، لكن الوصول إلى طاقة الاندماج قد يضر بالدول المنتجة للوقود الأحفوري، لذلك قد يتعين على المملكة العربية السعودية المساهمة بشكل فعال في الأبحاث المتعلقة بالطاقة بشكل عام، وطاقة الاندماج النووي بشكل خاص، فالطاقة هي المصدر الرئيس لدخل المملكة، وقد تكون طاقة الاندماج هي طاقة المستقبل في البعيد غير العاجل.
