يحصل برنامج STEP tokamak على تصميم أساسي لمفاعل الاندماج الاندماجي لتقليل وقت التوقف عن العمل وتعزيز الصيانة
تحولت الإستراتيجية الهندسية وراء النموذج الأولي للمفاعل الاندماجي القادم في المملكة المتحدة نحو لوجستيات الصيانة طويلة المدى بعد الإصدار العام لوثيقتي براءة اختراع أوروبية. تمثل الطلبات المقدمة من شركة UK Fusion Energy Ltd أول نظرة عامة على تخطيط الأجهزة لمشروع Spherical Tokamak لإنتاج الطاقة (STEP). الوثائق، المقدمة تحت الأرقام المرجعية EP4742271A1 وEP4742272A1، توضح بالتفصيل طريقة بناء وإصلاح الأوعية المفرغة، وهي غرف الاحتواء التي يحدث فيها اندماج البلازما. تاريخيًا، اعتمد قطاع الاندماج على هياكل ضخمة ملحومة من قطعة واحدة لتحمل الأحمال الحرارية والكهرومغناطيسية المتولدة أثناء العمليات. ومع ذلك، فإن هذه الهياكل الصلبة تمثل عنق الزجاجة اللوجستي الشديد: عندما ينكسر جزء داخلي، يجب إيقاف المفاعل بأكمله عن العمل لفترة طويلة حتى يتمكن الفنيون من اختراق الدرع الثقيل لإصلاحه. وقال STEP Fusion في بيان صحفي: “على الرغم من فعاليتها، إلا أن هذه التصاميم يمكن أن تجعل الصيانة واستبدال المكونات أمرًا صعبًا”. تصميم أساسي معياري يقترح التصميم المنشور حديثًا مجموعة رأسية من المكونات المستقلة على شكل حلقة بدلاً من وحدة ملحومة واحدة. بموجب هذا الإطار، يتم تقسيم التوكاماك إلى أجزاء معيارية توضع فوق بعضها البعض. وأضاف البيان الصحفي: “تجمع كل وحدة بين وعاء التفريغ والأنظمة المرتبطة به داخل الوعاء، مما يسمح بتجميع الأقسام وإزالتها وصيانتها بشكل فردي”. يغير هذا التصميم كيفية عمل محطة توليد الكهرباء طوال دورة حياتها. في حالة فشل أحد المكونات أو تدهوره بسبب التعرض للإشعاع، يمكن للمشغلين رفع الجزء الحلقي المحدد من الكومة لإجراء صيانة معزولة. ويظل باقي المفاعل دون إزعاج، ويمكن إسقاط وحدة احتياطية في مكانها على الفور. وأوضح STEP Fusion: “من خلال تقسيم توكاماك إلى أقسام معيارية مكدسة، يهدف التصميم إلى تقليل عدد الاتصالات التي يجب إجراؤها وكسرها أثناء أنشطة الصيانة وتحسين الوصول إلى الأنظمة الداخلية”. سلامة الفراغ من أجل البقاء على المدى الطويل يؤدي تقسيم قلب الاندماج إلى قطع منفصلة إلى مخاطر هندسية كبيرة: تدهور الفراغ في المفاصل. تتطلب تفاعلات الاندماج ظروف فراغ شبه مطلقة لمنع الشوائب من تبريد البلازما. نظرًا لأن الهياكل الفولاذية الكبيرة تتشوه وتتوسع تحت الحرارة الشديدة والقوى المغناطيسية، فإن الحفاظ على إحكام الغلق بين الحلقات غير المتصلة لم يكن عمليًا في السابق. يعمل طلب براءة الاختراع الثاني على حل مشكلة الضعف الهيكلي هذه من خلال جهاز ختم السوائل المتكيف المصمم للجلوس بين الحلقات المعدنية. وأشار البيان الصحفي إلى أن “التصميم يهدف إلى الحفاظ على سلامة الفراغ مع استيعاب تفاوتات التصنيع والتشوه الذي يمكن أن يحدث في الهياكل المصنعة الكبيرة”. يجمع النظام بين المرونة الهيكلية مع الاحتفاظ بالفراغ بشكل صارم، مما يسمح للأجزاء المعيارية بالتوسع والتقلص أثناء التشغيل دون السماح بتسرب الهواء إلى القلب. وأكدت كلير جوديير، التي تقود قسم الملكية الفكرية في شركة UK Fusion Energy Ltd، أن هذه التطبيقات تمثل الموجة الأولية من ابتكارات STEP التي تدخل المجال العام من خلال إطار براءات الاختراع الدولي. إضافة إلى هذا السياق، أشار مدير الهندسة رويل فيرهوفن إلى أن العقبة الأساسية أمام الاندماج التجاري هي ضمان إمكانية خدمة المحطات فعليًا طوال عمرها التشغيلي. وخلص فيرهوفن إلى أن “هندسة السفن المعيارية ومفاهيم الختم المرتبطة بها الموصوفة في هذه التطبيقات تعالج تلك التحديات وتدعم نشر محطات توليد الطاقة الاندماجية في المستقبل”.
تم النشر: 2026-07-04 13:22:00
