تحتفل مدينة شنغهاي الصاخبة بالاحتفالات الوطنية بعروض ضوئية مشهورة عالميًا، وتضيء ناطحات السحاب بألوان مبهرة، مثل منارات الابتكار الصيني.
هنا يعمل العلماء والمهندسون على مدار الساعة لمتابعة الشيء الكبير القادم في التكنولوجيا العالمية، من إنترنت الجيل السادس والذكاء الاصطناعي المتقدم إلى الروبوتات من الجيل التالي. وهنا أيضًا، في شارع متواضع في وسط المدينة، تعمل شركة ناشئة صغيرة تسمى Energy Singularity على شيء غير عادي: طاقة الاندماج النووي.
وتشعر الشركات الأميركية وخبراء الصناعة بالقلق من أن أميركا تفقد تقدمها الذي دام عقوداً من الزمن في السباق لإتقان هذا الشكل الذي لا حدود له تقريباً من الطاقة النظيفة، مع ظهور شركات الاندماج النووي الجديدة في جميع أنحاء الصين، وتفوق بكين على واشنطن العاصمة في الإنفاق.
إن عملية الاندماج النووي، التي تمد الشمس والنجوم الأخرى بالطاقة، عملية شاقة للغاية يصعب تكرارها على الأرض. وقد نجحت العديد من الدول في تحقيق تفاعلات الاندماج، ولكن الحفاظ عليها لفترة كافية لاستخدامها في العالم الحقيقي لا يزال بعيد المنال.
إن إتقان الاندماج هو احتمال مغرٍ يعد بالثروة والنفوذ العالمي لأي دولة تنجح في ترويضه أولاً.
إن جائزة هذه الطاقة تكمن في كفاءتها المطلقة. فالتفاعل الاندماجي المتحكم فيه يطلق طاقة تعادل أربعة ملايين مرة الطاقة التي يطلقها حرق الفحم أو النفط أو الغاز، وأربع مرات أكثر من الانشطار، وهو النوع من الطاقة النووية المستخدمة اليوم. ولن يتم تطوير هذه الطاقة في الوقت المناسب لمكافحة تغير المناخ في هذا العقد الحاسم، ولكنها قد تكون الحل لظاهرة الاحتباس الحراري في المستقبل.
وتستثمر الحكومة الصينية أموالاً طائلة في المشروع، حيث تقدر قيمة الاستثمارات السنوية في مجال الاندماج النووي بنحو مليار إلى 1.5 مليار دولار، وفقًا لـ جان بول ألين، الذي يرأس مكتب علوم الطاقة الاندماجية التابع لوزارة الطاقة الأمريكية. وبالمقارنة، أنفقت إدارة بايدن حوالي 800 مليون دولار سنويًا.
وقال ألين لشبكة CNN: “بالنسبة لي، ما هو أكثر أهمية من العدد هو في الواقع مدى السرعة التي يقومون بها بذلك”.
وتشعر الشركات الخاصة في كلا البلدين بالتفاؤل، قائلة إنها ستتمكن من الحصول على طاقة الاندماج على الشبكة بحلول منتصف ثلاثينيات القرن الحادي والعشرين، على الرغم من التحديات التقنية الهائلة التي لا تزال قائمة.
كانت الولايات المتحدة من أوائل الدول التي تحركت نحو هذا التوجه المستقبلي، حيث عملت على أبحاث الاندماج النووي بجدية منذ أوائل الخمسينيات. وجاءت غزوة الصين في مجال الاندماج النووي في وقت لاحق من ذلك العقد. وفي الآونة الأخيرة، تسارعت وتيرة ذلك: فمنذ عام 2015، ارتفعت براءات اختراع الاندماج النووي في الصين، وهي الآن أعلى من أي دولة أخرى، وفقًا لبيانات الصناعة التي نشرتها صحيفة نيكي.
وتعتبر شركة Energy Singularity، وهي شركة ناشئة في شنغهاي، مجرد مثال واحد على السرعة الفائقة التي تتطور بها الصين.
لقد قامت ببناء مفاعلها الخاص في غضون ثلاث سنوات منذ إنشائها، وهو أسرع من أي مفاعل مماثل تم بناؤه على الإطلاق. إن مفاعل التوكاماك عبارة عن آلة أسطوانية أو على شكل دونات معقدة للغاية تعمل على تسخين الهيدروجين إلى درجات حرارة عالية، مما يشكل بلازما تشبه الحساء يحدث فيها تفاعل الاندماج النووي.
بالنسبة لشركة ناشئة تعمل على حل أحد أصعب الألغاز الفيزيائية في العالم، فإن شركة Energy Singularity متفائلة بشكل لا يصدق. ولديها أسبابها لذلك: فقد تلقت أكثر من 112 مليون دولار من الاستثمارات الخاصة، كما حققت إنجازاً عالمياً هو الأول من نوعه ــ إن جهاز التوكاماك الحالي الخاص بها هو الوحيد الذي استخدم مغناطيسات متقدمة في تجربة البلازما.
تُعرف هذه المغناطيسات باسم الموصلات الفائقة عالية الحرارة، وهي أقوى من المغناطيسات النحاسية المستخدمة في أجهزة التوكاماك القديمة. ووفقًا لعلماء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الذين يبحثون في نفس التكنولوجيا، فإنها تسمح بإنشاء أجهزة توكاماك أصغر حجمًا يمكنها توليد نفس القدر من طاقة الاندماج مثل الأجهزة الأكبر حجمًا، ويمكنها احتواء البلازما بشكل أفضل.
وتخطط الشركة لبناء مفاعل توكاماك من الجيل الثاني لإثبات أن أساليبها قابلة للتطبيق تجاريا بحلول عام 2027، وتتوقع جهازا من الجيل الثالث يمكنه تغذية الشبكة بالطاقة قبل عام 2035، وفقا للشركة.
وعلى النقيض من ذلك، فإن أجهزة التوكاماك في الولايات المتحدة أصبحت قديمة، كما يقول أندرو هولاند، الرئيس التنفيذي لجمعية صناعة الاندماج النووي ومقرها واشنطن العاصمة. ونتيجة لهذا، تعتمد الولايات المتحدة على أجهزة حلفائها في اليابان وأوروبا والمملكة المتحدة لمواصلة أبحاثها.
وأشار هولاند إلى إنشاء حديقة أبحاث الاندماج النووي الجديدة في شرق الصين بتكلفة 570 مليون دولار، والتي تسمى “كرافت”، ومن المقرر أن تكتمل في العام المقبل.
وقال لشبكة CNN: “ليس لدينا أي شيء من هذا القبيل. لقد قام مختبر فيزياء برينستون بلاتينيوم بتحديث جهاز التوكاماك الخاص به منذ 10 سنوات. جهاز التوكاماك الآخر العامل في الولايات المتحدة، DIII-D، هو جهاز عمره 30 عامًا. لا توجد مرافق اندماج حديثة في المختبرات الوطنية الأمريكية”.
هناك قلق متزايد في الصناعة الأمريكية من أن الصين تتفوق على أمريكا في لعبتها الخاصة. وقال هولاند إن بعض أجهزة التوكاماك من الجيل التالي التي بنتها الصين، أو تخطط لبنائها، هي في الأساس “نسخ” من التصميمات الأمريكية وتستخدم مكونات تشبه تلك المصنوعة في أمريكا.
قال هولاند إن مفاعل BEST الذي تموله الدولة الصينية، والذي من المتوقع أن يكتمل بناؤه في عام 2027، هو نسخة من مفاعل صممته شركة Commonwealth Fusion Systems، وهي شركة في ماساتشوستس تعمل مع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ويتميز التصميمان بنفس النوع من المغناطيسات المتقدمة التي تستخدمها شركة Energy Singularity.
وقال هولاند إن آلة أخرى تصنعها شركة صينية خاصة تبدو مشابهة للغاية لجهاز توكاماك الذي صممته شركة هيليون الأميركية.
وأضاف أن هناك “تاريخًا طويلاً” للصين في نسخ التكنولوجيا الأمريكية.
وقال هولاند، مستخدمًا تقنية الألواح الشمسية كمثال: “إنهم يتبعون بسرعة ثم يأخذون زمام المبادرة من خلال السيطرة على سلسلة التوريد. نحن على دراية بهذا ونريد التأكد من أن هذا ليس هو الأسلوب الذي تسير به الأمور في المستقبل”.
ولم تتلق شبكة CNN ردا من إدارة الطاقة الوطنية الصينية عندما سألتها عما إذا كانت أبحاث الاندماج التي تمولها الدولة قد نسخت أو استلهمت تصاميم أمريكية.
الليزر مقابل التوكاماك
الاندماج النووي عملية معقدة للغاية تتضمن إجبار نواتين على الالتحام ببعضهما البعض رغم أنهما عادة ما تتنافران. وإحدى الطرق لتحقيق ذلك هي رفع درجات الحرارة في مفاعل توكاماك إلى نحو 150 مليون درجة مئوية، أي عشرة أمثال درجة حرارة قلب الشمس.
عندما ترتبط النوى فإنها تطلق كمية كبيرة من الطاقة على شكل حرارة، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لتدوير التوربينات وتوليد الطاقة.
لقد كانت الولايات المتحدة رائدة في مجال الاندماج النووي لعقود من الزمن؛ وكانت أول دولة تطبق طاقة الاندماج النووي في العالم الحقيقي ــ في القنبلة الهيدروجينية.
في أوائل الخمسينيات من القرن العشرين، اختبر الجيش الأميركي سلسلة من الأسلحة النووية في المحيط الهادئ، والتي كانت “معززة” بالغازات التي خلقت تفاعل اندماجي، مما أدى إلى انفجار أقوى بـ 700 مرة من انفجار هيروشيما.
إن الحفاظ على الاندماج النووي لفترات طويلة من الزمن يشكل تحدياً أكبر بكثير، وفي حين تتسابق الصين مع أجهزة التوكاماك الخاصة بها، تجد الولايات المتحدة ميزة في تكنولوجيا أخرى: الليزر.
في أواخر عام 2022، أطلق العلماء في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا ما يقرب من 200 ليزر على أسطوانة تحمل كبسولة وقود بحجم حبة الفلفل، في أول تجربة ناجحة في العالم لتوليد مكسب صافٍ من طاقة الاندماج. وهذا يعني أن الطاقة الناتجة عن العملية كانت أكبر من تلك المستخدمة لتسخين الكبسولة (على الرغم من أنهم لم يحسبوا الطاقة اللازمة لتشغيل الليزر).
هناك طرق أخرى لتحقيق الاندماج النووي، والولايات المتحدة تراهن على مجموعة متنوعة من التكنولوجيات.
ليس من المستحيل أن ينجح هذا النهج.
قالت ميلاني ويندريدج، عالمة فيزياء البلازما في المملكة المتحدة والرئيسة التنفيذية لشركة Fusion Energy Insights، وهي منظمة مراقبة الصناعة: “لا نعرف على وجه التحديد أي مفهوم سيكون الأفضل، وقد لا يكون كذلك”. وأضافت لشبكة CNN أنه قد يكون هناك في النهاية عدة طرق قابلة للتطبيق لطاقة الاندماج. “وبعد ذلك سيتلخص الأمر في التكاليف وعوامل أخرى على المدى الأبعد”.
لكنها قالت إن التوكاماك هو المفهوم الأكثر بحثًا.
قال ويندريدج: “بمرور الوقت، تم إجراء معظم الأبحاث عليه، لذا فهو الأكثر تقدمًا من حيث الفيزياء، والعديد من الشركات الخاصة تعتمد على ذلك”.
وبفضل الأموال التي تستثمرها الصين في الأبحاث، يتطور مفهوم التوكاماك بسرعة. فقد نجح توكاماك إيست الصيني في هيفاي في إبقاء البلازما مستقرة عند درجة حرارة 70 مليون درجة مئوية ــ أي خمسة أمثال درجة حرارة قلب الشمس ــ لأكثر من 17 دقيقة، وهو رقم قياسي عالمي واختراق مذهل من الناحية الموضوعية.
ووصف ميخائيل ماسلوف من هيئة الطاقة الذرية في المملكة المتحدة هذا الإنجاز بأنه “إنجاز مهم”، مضيفًا أن تشغيل نبضات البلازما الطويلة يظل أحد أكبر التحديات التقنية لتسويق طاقة الاندماج.
في حين تستثمر الحكومة الصينية الأموال في مجال الاندماج النووي، نجحت الولايات المتحدة في جذب استثمارات خاصة أكبر كثيراً. وعلى الصعيد العالمي، أنفق القطاع الخاص 7 مليارات دولار على الاندماج النووي في السنوات الثلاث إلى الأربع الماضية، ونحو 80% من هذه الاستثمارات كانت من نصيب شركات أميركية، وفقاً لما ذكره آلان من وزارة الطاقة الأميركية.
وقال “في الولايات المتحدة، لديك روح المبادرة والقدرة على التفكير خارج الصندوق والابتكار ومعالجة بعض هذه الفجوات، ليس فقط في العلوم، ولكن أيضًا في التكنولوجيا”.
ولكن إذا استمرت الحكومة الصينية في استثمار أكثر من مليار دولار سنويا، فقد يتفوق هذا قريبا على الإنفاق الأميركي، حتى في القطاع الخاص.
وإذا نجحت هذه الاستثمارات، فلن تكون الاحتفالات الملونة في شنغهاي مدعومة بالاندماج النووي فحسب، بل إنها ستلقي الضوء على الصين في ضوء جديد تماما.
لمزيد من أخبار ورسائل CNN الإخبارية، قم بإنشاء حساب على CNN.com