تقنية مبداً التوكاماك

نبين في الشكل (1) مفاعل JET الذي يعتمد مبدأ التوكاماك لاحتواء البلازما عن طريق المجالات المغناطيسية المتعامدة. وتعني كلمة JET اختصاراً لكلمات Joint European Torus أي الحلقة الأوروبية المتحدة. وهذا المفاعل يعد بإمكانية توليد الطاقة الاندماجية في المستقبل والأبحاث فيه مستمرة. وذلك للوصول إلى غاز مؤين تأييناً كاملاً (بلازما) وعند درجة حرارة k10⁸  بينما تصل كثافة الجسيمات إلى 10²⁰ إيون - الكترون لكل متر مكعب. ويجب أن يحتفظ بهذا الغاز بعيداً عن جدار الحلقة لمدة ثانية واحدة على الأقل، وذلك باستخدام مجالات مغناطيسية قوية.

في التجربة المبينة بالشكل (1) ينتج المجال المغناطيسي الإهليجي بواسطة ملفات المجال الحلقي وبواسطة المجال القطبي الناتج من تيار محوري يصل إلى 5 ميجا أمبير. وينتج هذا التيار في البلازما نتيجة لتغير التيار في الملف الابتدائي للمحول. ولتحقيق استقرار أفضل للبلازما يتم توليد مجالات مغناطيسية قطبية إضافية بواسطة تيارات تمر في ملفات المجال القطبي الخارجية. كما يتم التسخين الإضافي للبلازما بواسطة حقنها بجسيمات متعادلة عالية الطاقة أو بوسائل أخرى (أنظر تسخين البلازما). إن إحدى المشاكل الرئيسية التي تواجه بناء هذا المفاعل في المستقبل هي مشكلة القذائف النيوترونية التي تنطلق نحو جدار الوعاء الذي تجري داخله البلازما. ففي التفاعل الاتي:

نجد أن النيوترونات تنطلق بطاقة تساوي حوالي 14 .م. أ. ف.

نحو الاناء مما يؤدي الى الحاق ضرر به.

الشكل (1)

ومن المشاكل الأخرى التي لم تحل بعد: مشكلة بناء واقيات ملفات التوصيل الفائق اللازمة لتشغيل المفاعل لفترة زمنية طويلة. كما وتواجهنا مشكلة التخلص من الشوائب المتواجدة في البلازما.

إن هذه المشاكل تعالجها الأبحاث الحالية منذ عام 1982 التي تجري على أجهزة التوكاماك الباهظة التكاليف، ومن ثم جاءت فكرة بناء الحلفة الدولية (Intor (International Torus التي تساهم فيها مجموعة من البلدان المتقدمة.

إن البيانات التي تجري دراستها منذ عام 1982 في JET تتلخص فيما يلي:

إنتاج تفريغ مبدئي.

ملىء الحجيرة بغاز في الديوتيريوم والتريتيوم. لاحظ أن التريتيوم عبارة عن مادة مشعة بعمر نصف قدره 12.34 سنة.

تأيين الغازات تأييناً أولياً.

إنتاج تيار في البلازما يساوي حوالي 5 ميجا أمبير.

توليد مجال مغناطيسي حلقي قوته 5 تسلا.

- السيطرة على البلازما بمجال مغناطيس قطبي خارجي .

حقن البلازما بشعاع من الجسيمات المتعادلة طاقتها MW10.

- تشخيص البلازما بواسطة بضع عشرات من أنظمة الشخيص ويبلغ الزمن الدوري للنبضات حوالي 20 ثانية. وخلال هذه الفترة الزمنية يتم فحص معظم البيانات المذكورة آنفاً.

نبين في الشكل (2) تصميم جدار مفاعل توكاماك. حيث نجد أن النيوترونات الناتجة من اندماج الديوترون مع التريتيوم تستطيع الهرب من البلازما متجهة نحو جدار الوعاء حيث تسقط على مجموعة من الطبقات تتكون من مبرد ومهدى ودرع واقي من النيوترونات. في الشكل (2 .أ) نجد تصميم الغطاء وفق ORNL أي OaK Ridge National Laboratory حيث تتكون الطبقات من النوبيوم (Nb) والليثيوم (Li)، حيث يعتبر النوبيوم كمادة إنشاءات أما الليثيوم

الشكل (2.أ)

فيستخدم كمبرد ليمتص طاقة النيوترونات ومن ثم يمكن استخلاص هذه الطاقة وتحويلها إلى بخار بالطرق التقليدية المعروفة في التبادل الحراري. ويمكن زيادة الكفاءة باستخدام دائرة ثنائية من البوتاسيوم - البخار حيث يمكن أن ترتفع الكفاءة إلى حوالي 58%.

كما ويمكن الاستفادة من تفاعل النيوترونات مع الليثيوم وذلك لتحضير التريتيوم حيث تعرف هذه بالتفاعلات الإنتاجية Breeding Reactions إذ يتم إنتاج التريتيوم الذي يستخدم كوقود اندماجي. في الشكل (2 .ب) نبين غطاء الليثيوم المستخدم للتفاعلات الإنتاجية. كما ونبين الواقي الرصاصي المستخدم لامتصاص أشعة γ.

إن من أهم المشاكل المتعلقة بالتلوث في مثل هذه المفاعلات هي احتواء التريتيوم. وعدم السماح له بالاختلاط بالمياه. وفي واقع الأمر وعند التشغيل العادي للمفاعل فإن معدل الإشعاع يجب ألا يتعدى 30% من المعدل الطبيعي

الشكل (2 .ب)

(الذي يبلغ حوالي m rem/y 36) بحيث نحتفظ بمعدل التسرب أقل من ^6-10 يومياً. لقد وجد أن احتمال حدوث الكوارث الإشعاعية الناتجة عن المفاعلات الاندماجية لا يكاد يقارن بما يمكن أن يحدث للمفاعلات الانشطارية.