How close are we to powering the world with nuclear fusion? - George Zaidan

المترجم: Hani Eldalees المدقّق: Karam Kassam Alhinnawi

In the time it takes to snap your fingers,

في الوقت الذي تستغرقه فرقعة أصابعك،

the Sun releases enough energy to power our entire civilization for 4,500 years.

تطلق الشمس طاقة كافية لتشغيل حضارتنا بأكملها لمدة 4500 عام.

So naturally, scientists and engineers have been working to build

لذلك من الطبيعي أن يعمل العلماء والمهندسون على بناء نجم

a miniature star here on Earth... to plug into our power grid.

مصغر هنا على الأرض... للتوصيل بشبكة الطاقة الخاصة بنا.

And the thing is, we already kind of have.

والشيء هو أننا فعلنا بالفعل نوعًا ما.

It just doesn’t look like a tiny star floating in a lab.

إنه لا يبدو وكأنه نجم صغير يطفو في المختبر.

The stars are made of an almost incomprehensible number of particles,

تتكون النجوم من عدد غير مفهوم تقريبًا من الجسيمات،

which gravity compresses into a super dense core.

والتي تضغطها الجاذبية في نواة فائقة الكثافة.

This core is hot and dense enough to force atomic nuclei together,

هذه النواة ساخنة وكثيفة بما يكفي لإجبار النوى الذرية معًا،

forming larger, heavier nuclei in a process known as fusion.

وتشكيل نوى أكبر وأثقل في عملية تعرف باسم الاندماج.

The reverse process, where one atom splits into two, is called fission.

وتسمى العملية العكسية، حيث تنقسم ذرة واحدة إلى اثنتين، بالانشطار.

In both processes, the mass of the end products is slightly less

في كلتا العمليتين، تكون كتلة المنتجات النهائية

than the mass of the initial atoms.

أقل بقليل من كتلة الذرات الأولية.

But that lost mass doesn’t disappear—

لكن هذه الكتلة المفقودة لا تختفي -

it’s converted to energy according to Einstein’s famous equation.

يتم تحويلها إلى طاقة وفقًا لمعادلة أينشتاين الشهيرة.

And since c² is such a massive number,

وبما أن c² يمثل عددًا كبيرًا،

both fission and fusion generate a lot of energy.

فإن كل من الانشطار والاندماج يولدان الكثير من الطاقة.

Fusion in our Sun mostly produces helium nuclei.

ينتج الاندماج في شمسنا في الغالب نوى الهيليوم.

In the most common pathway, two protons fuse to form a deuterium nucleus,

في المسار الأكثر شيوعًا، يندمج بروتونان لتشكيل نواة الديوتيريوم،

which then fuses with another proton to form a helium-3 nucleus,

والتي تندمج بعد ذلك مع بروتون آخر لتشكيل نواة هيليوم-3،

which then fuses with another helium-3 nucleus to form a helium-4 nucleus.

والتي تندمج بعد ذلك مع نواة هيليوم-3 أخرى لتشكيل نواة هيليوم-4.

But there’s a catch— that first step is incredibly rare.

ولكن هناك مشكلة - هذه الخطوة الأولى نادرة للغاية.

Only 1 in 100 septillion collisions between protons

ينتج عن تصادم واحد فقط من كل 100 سبتيليون

results in a deuterium nucleus.

بين البروتونات نواة الديوتيريوم.

In the Sun this isn’t a problem because there are so many protons

هذه ليست مشكلة في الشمس لأن هناك الكثير من البروتونات حتى

that even a reaction this rare happens all the time.

أن تفاعلًا نادرًا يحدث طوال الوقت.

But on Earth, researchers rely on a more easily reproducible reaction,

ولكن على الأرض، يعتمد الباحثون على تفاعل أكثر سهولة في التكاثر،

where a deuterium nucleus fuses with a tritium nucleus

حيث تندمج نواة الديوتريوم مع نواة التريتيوم

to form a helium-4 nucleus and a neutron.

لتشكيل نواة الهيليوم 4 والنيوترون.

We’ve actually been doing reactions like this one inside particle accelerators

لقد قمنا بالفعل بتفاعلات مثل هذه داخل مسرعات الجسيمات

since the 1930s.

منذ الثلاثينيات.

But these accelerators are not designed to harness the energy this reaction releases.

لكن هذه المسرعات ليست مصممة لتسخير الطاقة التي يطلقها هذا التفاعل.

Rather, they’re used to generate neutrons

بل يتم استخدامها لتوليد النيوترونات

for a variety of scientific and military purposes.

لمجموعة متنوعة من الأغراض العلمية والعسكرية.

Whereas if we want to use fusion to produce limitless energy,

بينما إذا أردنا استخدام الاندماج لإنتاج طاقة غير محدودة،

we’d need a device that can harness the energy released,

فسنحتاج إلى جهاز يمكنه تسخير الطاقة المنبعثة،

channel enough of that energy back into the device to keep the reaction going,

وتوجيه ما يكفي من هذه الطاقة مرة أخرى إلى الجهاز للحفاظ على استمرار التفاعل،

and then send the rest out to our power grid.

ثم إرسال الباقي إلى شبكة الطاقة الخاصة بنا.

And for that job, we need a nuclear fusion reactor.

ومن أجل هذه المهمة، نحتاج إلى مفاعل الاندماج النووي.

Like a particle accelerator, a reactor would generate helium nuclei and neutrons.

مثل معجل الجسيمات، سيولد المفاعل نوى الهيليوم والنيوترونات.

But that reaction would happen in a superhot core

لكن هذا التفاعل سيحدث في نواة

and the resulting neutrons would shoot outward

شديدة السخونة وستنطلق النيوترونات الناتجة

to heat up a layer of lithium metal.

إلى الخارج لتسخين طبقة من معدن الليثيوم.

That heat would then boil water,

ستؤدي هذه الحرارة لغلي الماء

generating steam to run turbines and produce electricity.

وتوليد البخار لتشغيل التوربينات وإنتاج الكهرباء.

Meanwhile, the helium nuclei would stay in the core

وفي الوقت نفسه، ستبقى نوى الهيليوم في القلب

and slam into other nuclei to keep the reaction going—

وتصطدم بالنواة الأخرى للحفاظ على استمرار

and the electricity flowing.

التفاعل وتدفق الكهرباء.

This tech has many practical challenges,

تواجه هذه التقنية تحديات عملية،

including how to confine a swirling mass of million-degree matter.

بما في ذلك كيفية حصر كتلة دوامة من مليون درجة.

But the biggest hurdle is achieving what's called ignition.

لكن العقبة الأكبر هي تحقيق ما يسمى الإشعال.

An energy technology is only commercially viable

لا تكون تقنية الطاقة مجدية تجاريًا إلا

if it puts out more energy than it uses.

إذا أنتجت طاقة أكثر مما تستخدم.

And a fusion reactor needs a lot of energy to get the core hot enough

ويحتاج مفاعل الاندماج إلى الكثير من الطاقة لجعل القلب ساخنًا بدرجة كافية

for fusion to occur.

لحدوث الاندماج.

So there’s a tipping point:

لذلك هناك نقطة تحول:

a moment when the fuel is hot enough to start the reaction

لحظة يكون فيها الوقود ساخنًا بدرجة كافية لبدء التفاعل

and release more energy than is needed to reach and maintain that temperature.

وإطلاق طاقة أكثر مما هو مطلوب للوصول إلى درجة الحرارة هذه والحفاظ عليها.

This is ignition.

هذا هو الإشعال.

Stars reach ignition under the force of huge amounts of gravity,

تصل النجوم إلى مرحلة الاشتعال تحت قوة كميات هائلة من الجاذبية،

but this approach is impossible on Earth

لكن هذا النهج مستحيل على الأرض

since you’d need thousands of times the mass of, well, the entire Earth.

لأنك ستحتاج إلى آلاف المرات من كتلة الأرض بأكملها.

So researchers typically rely on vast arrays of lasers,

لذلك يعتمد الباحثون عادةً على مصفوفات واسعة من الليزر،

or methods that combine magnets with high energy particles

أو الطرق التي تجمع بين المغناطيس والجسيمات عالية الطاقة

or electromagnetic waves similar to those in your microwave oven.

أو الموجات الكهرومغناطيسية المشابهة لتلك الموجودة في فرن الميكروويف الخاص بك.

In 2022, scientists at the US National Ignition Facility

في عام 2022، أظهر العلماء في مرفق الإشعال الوطني الأمريكي

demonstrated ignition for the first time ever,

الاشتعال لأول مرة على الإطلاق،

using 192 lasers to heat deuterium and tritium to 100 million degrees.

باستخدام 192 ليزر لتسخين الديوتريوم والتريتيوم إلى 100 مليون درجة.

While this was a huge step forward,

بالرغم من أن هذه كانت خطوة إلى الأمام،

we’re still a ways off from a self-sustaining, long-running reactor

إلا أننا ما زلنا بعيدين عن مفاعل

that produces more energy than it uses.

مستدام ذاتيًا وطويل الأمد ينتج طاقة أكثر مما يستخدم.

But once operational, these relatively small reactors could power a city

ولكن بمجرد تشغيلها، يمكن لهذه المفاعلات الصغيرة نسبيًا تزويد مدينة يبلغ

of a million people for a year with just two pickup trucks of fuel.

عدد سكانها مليون شخص بالطاقة لمدة عام بشاحنتين صغيرتين فقط من الوقود.

Today, you’d have to burn roughly 3 million tons of coal

اليوم، سيتعين عليك حرق ما يقرب من 3 ملايين طن من الفحم

to produce that much energy.

لإنتاج هذا القدر من الطاقة.

That is the promise of fusion:

هذا هو وعد الاندماج: طاقة

limitless, on-demand energy with almost no emissions.

غير محدودة عند الطلب مع عدم وجود انبعاثات تقريبًا.

True star power, right here on Earth.

قوة النجوم الحقيقية، هنا على الأرض.