تطور اليابان نظامًا عالمي المستوى لمراقبة بلازما الاندماج عند 34 نقطة في وقت واحد
قام باحثون في اليابان بتطوير نظام قياس بلازما يعتمد على الموجات الدقيقة قادر على مراقبة بلازما الاندماج في وقت واحد عند ما يصل إلى 34 نقطة على مدى فترات طويلة، وهي قدرة يمكن أن تحسن المراقبة في الوقت الحقيقي اللازمة لمفاعلات الاندماج المستقبلية. تم تطوير النظام بشكل مشترك من قبل شركة Mitsubishi Electric ومعهد الطاقة المتقدمة بجامعة كيوتو والمعهد الوطني لعلوم الاندماج (NIFS). وقد تم عرضه بنجاح باستخدام جهاز Heliotron J التجريبي في جامعة كيوتو. وفقًا للفريق، يوفر النظام الجديد أداءً عالمي المستوى من خلال الجمع بين الموجات الدقيقة ذات المشط الترددي وطريقة التحويل إلى الأسفل ذات المشط المزدوج، مما يتيح قياسات مستقرة وطويلة الأمد طوال عملية تفريغ البلازما بالكامل. ويقول الباحثون إن هذه التقنية مصممة لدعم تشخيص البلازما، والتي تعد ضرورية لمراقبة سلوك بلازما الاندماج التي تصل إلى درجات حرارة تزيد عن 180 مليون درجة فهرنهايت. على عكس طرق التشخيص التقليدية التي تتطلب وضع المعدات بالقرب من البلازما، تسمح القياسات المعتمدة على الموجات الدقيقة للمكونات الرئيسية بالبقاء منفصلة عن البلازما، مما يقلل التعرض لإشعاع النيوترونات داخل مفاعلات الاندماج المستقبلية. يُنظر إلى برنامج Fusion على نطاق واسع على أنه مصدر محتمل للكهرباء الخالية من الكربون، لكن الحفاظ على بلازما مستقرة يظل أحد أكبر التحديات الهندسية. تسمح القياسات في الوقت الحقيقي للباحثين بمراقبة ظروف البلازما وضبط معايير التشغيل للحفاظ على تفاعل الاندماج بأمان وكفاءة. يستخدم نظام التشخيص الجديد أفران ميكروويف ذات مشط ترددي تحتوي على ترددات متعددة متباعدة بشكل متساو. عندما تدخل الموجات الدقيقة إلى البلازما، فإنها تنعكس عند كثافات إلكترونية مختلفة اعتمادًا على ترددها. ومن خلال تحليل تحولات التردد الناتجة عن تأثير دوبلر، يمكن للباحثين قياس حركة البلازما في مواقع متعددة في وقت واحد. وعلى عكس الأنظمة التقليدية التي تراقب مواقع أقل، يستخدم النهج الجديد ترددات موجات ميكروويف متعددة في نفس الوقت. وينعكس كل تردد من كثافة إلكترونية مختلفة داخل البلازما، مما يسمح للنظام بجمع البيانات من مناطق متعددة في وقت واحد. اعتمادًا على ظروف البلازما، يمكنه مراقبة ما يصل إلى 34 موقعًا أثناء التفريغ. يشتمل النظام على مشط تردد يحتوي على 34 مكون تردد فردي. كما أنها تستخدم تقنية التحويل المزدوج المشط التي تحول إشارات الموجات الدقيقة عالية التردد إلى إشارات ذات تردد أقل يسهل معالجتها مع تقليل العبء الحسابي على جهاز الاستقبال. وهذا يتيح قياسات مستقرة في جميع أنحاء تصريف البلازما بأكمله. قام الباحثون بدمج جهاز إرسال واستقبال الموجات الدقيقة والمكونات البصرية في جهاز الاندماج التجريبي Heliotron J. وأكدت الاختبارات أن النظام يمكنه قياس تغيرات التردد بشكل مستمر بما يصل إلى 34 نقطة مع التقاط التغيرات في ظروف البلازما على مدار فترات التشغيل الطويلة. نحو مفاعلات تجارية تتعاون المنظمات الثلاث منذ عام 2025 لتطوير تقنيات قياس البلازما المعتمدة على الموجات الدقيقة لأنظمة الاندماج المستقبلية. وفي إطار المشروع، قامت شركة Mitsubishi Electric بتطوير نظام إرسال واستقبال الموجات الدقيقة ومنصة القياس، كما قامت جامعة كيوتو بتوليد بلازما عالية الكثافة وتحليل سلوك البلازما، في حين قامت NIFS بتطوير طريقة التحويل إلى الأسفل ذات المشط المزدوج وساهمت في تحليل البلازما. وقد حددت اليابان طاقة الاندماج باعتبارها تقنية استراتيجية في إطار استراتيجيتها للابتكار في مجال الطاقة الاندماجية، والتي تعمل على تعزيز التعاون بين الصناعة والأوساط الأكاديمية والحكومة بهدف إظهار توليد الطاقة الاندماجية خلال ثلاثينيات القرن الحالي. يعتبر تشخيص البلازما الموثوق به متطلبًا رئيسيًا لأن القياسات المباشرة داخل مفاعلات الاندماج تصبح صعبة بشكل متزايد مع ارتفاع درجات الحرارة ومستويات الإشعاع النيوتروني. وبالنظر إلى المستقبل، يخطط الشركاء لمواصلة تطوير تقنيات التحكم في البلازما باستخدام الموجات الدقيقة ذات مشط التردد أثناء بناء أنظمة قياس بلازما أكثر تفصيلاً. كما أنها تهدف أيضًا إلى تحسين المقاومة البيئية لهذه التكنولوجيا حتى تتمكن من تحمل الظروف القاسية المتوقعة داخل مفاعلات الاندماج التجارية.
تم النشر: 2026-07-01 00:57:00
