الاندماج النووي هو عملية تتحد فيها نواتان ذريتان خفيفتان لتكوين نواة أثقل، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة في هذه العملية. وهذه هي نفس العملية التي تزود الشمس والنجوم الأخرى بالطاقة، مما يوفر مصدرًا هائلاً للطاقة. على عكس الانشطار النووي، الذي يقسم الذرات الثقيلة لإطلاق الطاقة، فإن الاندماج يجمع هذه الذرات معًا. يتمتع الاندماج بالقدرة على توفير مصدر غير محدود تقريبًا من الطاقة النظيفة، إذا أمكن التحكم فيه واستدامته هنا على الأرض.
في أبسط العبارات، يتضمن الاندماج النووي دمج نواة ذرتين خفيفتين، مثل الهيدروجين، لتكوين ذرة واحدة أثقل، مثل الهيليوم. وتكون كتل الذرة الناتجة والمواد المتبقية أقل من كتل الذرات الأصلية. وفقًا لمعادلة أينشتاين، \(E = mc^2\) ، يتم تحويل هذه الخسارة في الكتلة إلى كمية كبيرة من الطاقة، حيث \(E\) هي الطاقة المنتجة، \(m\) هي الكتلة المفقودة، و \(c\) هي سرعة الضوء.
تتطلب هذه العملية درجات حرارة وضغوطًا عالية للغاية للتغلب على قوى التنافر الكهروستاتيكية بين النوى المشحونة إيجابيًا. وفي قلب الشمس، حيث يحدث الاندماج بشكل طبيعي، ترتفع درجات الحرارة إلى أكثر من 15 مليون درجة مئوية، ويكون الضغط هائلاً، مما يوفر الظروف المناسبة لتقارب النوى بدرجة كافية لإجراء الاندماج.
هناك عدة أنواع من تفاعلات الاندماج التي قد تحدث، ولكل منها مواد متفاعلة ومنتجات مختلفة. تتضمن التفاعلات الأكثر شهرة وبحثًا نظائر الهيدروجين: الديوتيريوم ( \(D\) ) والتريتيوم ( \(T\) ):
في سياق الاندماج النووي، يلعب النشاط الإشعاعي دورًا حاسمًا، خاصة في التفاعلات التي تتضمن التريتيوم. التريتيوم هو نظير مشع للهيدروجين، ويبلغ عمر النصف حوالي 12.3 عامًا، مما يعني أنه يضمحل بمرور الوقت، ويطلق جسيمات بيتا (الإلكترونات) ويتحول إلى هيليوم -3 مستقر. يعد تفاعل الاندماج DT ذو أهمية خاصة لأنه ينتج كمية كبيرة من الطاقة بكفاءة ويمكن استخدام النيوترون المنطلق لتوليد المزيد من التريتيوم من الليثيوم من خلال عملية تعرف باسم تنشيط النيوترونات:
\( \textrm{الليثيوم -6} + \textrm{نيوترون} \rightarrow \textrm{التريتيوم} + \textrm{هيليوم-4} \)كان تحقيق الاندماج النووي الخاضع للرقابة على الأرض أمرًا صعبًا بسبب الظروف القاسية المطلوبة لهذه العملية. ويجري اتباع نهجين رئيسيين:
يقدم الاندماج النووي وعدًا بمصدر نظيف وغير محدود تقريبًا للطاقة. وعلى عكس الوقود الأحفوري، لا ينتج الاندماج غازات دفيئة أو نفايات مشعة طويلة العمر. يمكن استخلاص وقود الاندماج النووي، الديوتيريوم، من مياه البحر، مما يجعله غير محدود تقريبًا، ويمكن استنباط التريتيوم من الليثيوم، وهو متوافر نسبيًا. بمجرد التغلب على التحديات التقنية والعلمية، يمكن أن يؤثر الاندماج بشكل كبير على إنتاج الطاقة العالمي، مما يساهم في مستقبل مستدام وخالي من الكربون.
يمثل الاندماج النووي قمة الإنجاز البشري في البحث عن حلول للطاقة المستدامة. في حين أن الشمس تقوم بالاندماج في قلبها دون عناء، فإن تكرار هذه العملية على الأرض في ظل ظروف خاضعة للرقابة يظل أحد أكبر التحديات العلمية والهندسية في عصرنا. إن التطوير الناجح لطاقة الاندماج سيشكل علامة بارزة في سعينا للحصول على مصدر طاقة نظيف وآمن ولا ينضب، مما سيحدث ثورة في كيفية تزويد عالمنا بالطاقة.
