The Secret Force for Limitless Energy? Lasers | Tammy Ma | TED

المترجم: Malak Karkour المدقّق: Hani Eldalees

What would you do with the largest laser in the world?

ماذا ستفعل بأكبر ليزر في العالم؟

Send a beam into space.

أرسل شعاع إلى الفضاء.

Strap the laser to the head of a shark.

اربط الليزر برأس سمكة قرش.

Or maybe just use it to amuse your cat.

أو ربما استخدمه لتسلية قطتك.

Well, the laser that I'm talking about

حسنًا، الليزر الذي أتحدث عنه

is nothing like your typical laser pointer.

لا يشبه مؤشر الليزر الاعتيادي الخاص بك.

No, this laser is a thousand times more powerful

لا، هذا الليزر أقوى ألف مرة

than the entire US electrical grid.

من الشبكة الكهربائية الأمريكية بأكملها.

It's the most energetic laser in the world.

إنه الليزر الأكثر نشاطا في العالم.

I guarantee you

أضمن لك

you're going to want to keep your cat far, far away from this laser.

أنك سترغب في إبقاء قطتك بعيدة جدًا عن هذا الليزر.

Now, I'm a physicist,

الآن، أنا عالمة فيزياء،

so what I would want to do with this laser is something a little bit different.

لذا فإن ما أريد القيام به مع هذا الليزر هو شيء مختلف قليلاً.

I take that laser and split it into almost 200 beams,

آخذ هذا الليزر وأقسمه إلى ما يقرب من 200 شعاع،

and shine them from every angle onto a little pellet of hydrogen.

وأقوم بتسليطها من كل زاوية على حبيبات صغيرة من الهيدروجين.

Hydrogen, that very first element on the periodic table.

الهيدروجين، هو العنصر الأول في الجدول الدوري.

I'd use the laser to squeeze and compress that hydrogen

سأستخدم الليزر للإحاطة بالهيدروجين وضغطه

until the atoms themselves fuse.

حتى تندمج الذرات نفسها.

That's called fusion.

هذا يسمى الاندماج.

And it’s the same reaction that powers the Sun.

وهو نفس رد الفعل الذي يمد الشمس بالطاقة.

So with our giant laser,

لذلك باستخدام الليزر العملاق،

we could actually create miniature stars right here on Earth.

يمكننا بالفعل إنشاء نجوم مصغرة هنا على الأرض.

Pretty cool, right?

رائع جدا، أليس كذلك؟

OK, that's the goal.

حسنا، هذا هو الهدف.

But why?

ولكن لماذا؟

Why do we care to do this?

لماذا نهتم بالقيام بذلك؟

Fusion means unlocking a different kind of nuclear power.

الاندماج يعني فتح نوع مختلف من الطاقة النووية.

Instead of splitting big, heavy atoms, like we do with fission

بدلاً من تقسيم الذرات الكبيرة والثقيلة، كما نفعل مع الانشطار

in today's nuclear power plants,

في محطات الطاقة النووية اليوم،

fusion means bringing together the atoms of a light element

الاندماج يعني تجميع ذرات عنصر خفيف

until they merge.

حتى تندمج.

In our case, we're going to use deuterium and tritium.

في حالتنا، سنستخدم الديوتريوم والتريتيوم.

They are isotopes of hydrogen, heavy hydrogen.

إنها نظائر الهيدروجين والهيدروجين الثقيل.

And if we can use our lasers to get them close enough together

وإذا استطعنا استخدام الليزر لتقريبها من بعضها

at hot enough temperatures,

في درجات حرارة عالية بدرجة كافية،

and hold them there long enough until they fuse,

والاحتفاظ بها لفترة كافية حتى تندمج،

what we create on the other side is a helium nucleus and a neutron.

فإن ما نصنعه على الجانب الآخر هو نواة الهيليوم والنيوترون.

And it just so happens that that helium and neutron

ويصادف أن وزن الهيليوم والنيوترون

weigh just a little bit less

أقل قليلاً من

than our deuterium and tritium originally did.

وزن الديوتريوم والتريتيوم في الأصل.

So we're going to take that differential in mass

لذلك سنأخذ هذا التغير في الكتلة

and put it into an equation that everybody knows really well.

ونضعه في معادلة يعرفها الجميع جيدًا.

Einstein's E equals --

حرف E لأينشتاين يساوي --

Audience: MC squared.

الجمهور: MC squared.

Tammy Ma: E equals MC squared.

تامي ما: E يساوي MC squared.

Where that "m" is that differential in mass,

عندما يكون «m» هو الفرق في الكتلة،

we're going to multiply by "c," the speed of light,

سنضرب في «c» ،سرعة الضوء،

a huge, huge number squared,

وهو رقم مربعي ضخم جدًا

and with that, get a tremendous amount of energy out.

وبهذا نحصل على كمية هائلة من الطاقة.

How tremendous?

ما مدى ضخامة ذلك؟

Well one single pound of fusion fuel has the same amount of energy

حسنًا، يحتوي رطل واحد من وقود الاندماج على نفس كمية الطاقة

as 5,000 barrels of oil,

في 5000 برميل من النفط،

or 3.5 million pounds of coal.

أو 3.5 مليون رطل من الفحم.

So fusion is the ultimate energy source,

لذا فإن الاندماج هو مصدر طاقة غير محدود

not least because the fuel that we need for fusion is also very abundant.

ليس أقلها بسبب أن الوقود الذي نحتاجه للاندماج وفير جدًا أيضًا.

Deuterium is naturally occurring in seawater.

يوجد الديوتيريوم بشكل طبيعي في مياه البحر.

About one in every 7,000 particles is D2O instead of H2O.

حوالي واحد من كل 7000 جسيم هو D2O بدلا من H2O.

And tritium, we know how to breed from lithium.

والتريتيوم، نعرف كيف يتولد من الليثيوم.

So conceivably we actually have enough fusion fuel on Earth

لذلك من المحتمل أن يكون لدينا بالفعل ما يكفي من وقود الاندماج على الأرض

to last us 30 billion years

ليدوم 30 مليار سنة

of human consumption at today's levels.

من الاستهلاك البشري بمستويات اليوم.

If you ask me, I'd call that energy security.

إذا سألتني، سأطلق على ذلك أمن الطاقة.

Fusion is also clean energy.

الاندماج هو أيضًا طاقة نظيفة.

In our equation,

في معادلتنا،

it was a deuterium plus a tritium gave us a helium.

كان الديوتريوم زائد التريتيوم يعطينا الهيليوم.

Carbon is nowhere in that equation.

الكربون ليس في أي مكان في هذه المعادلة.

Fusion is also inherently safe.

كما أن الاندماج آمن بطبيعته.

In order to start a fusion reaction,

من أجل بدء تفاعل الاندماج،

we first have to put energy into the system to make the atoms fuse.

علينا أولاً وضع الطاقة في النظام لجعل الذرات تندمج.

So if you ever want to stop a fusion reaction,

لذلك إذا أردت يومًا إيقاف تفاعل الاندماج،

you just cut off that initial energy source.

فما عليك سوى قطع مصدر الطاقة الأولي.

Fusion will create waste,

سيخلق الاندماج نفايات،

but it's not the kind of waste that will last for tens

لكنه ليس نوع النفايات الذي سيستمر لعشرات

or hundreds of thousands of years.

أو مئات الآلاف من السنين.

Instead, the low-level nuclear waste of fusion

بدلاً من ذلك، النفايات النووية قليلة المستوى الناتجة عن الاندماج

can decay away in just decades.

يمكن أن تتحلل في غضون عقود فقط.

And that means we can place fusion power plants almost anywhere,

وهذا يعني أنه يمكننا وضع محطات الطاقة الاندماجية في أي مكان تقريبًا،

near large population centers and big cities,

بالقرب من المراكز السكانية الكبيرة والمدن الكبيرة،

and fusion power plants would be compatible

وستكون محطات الطاقة الاندماجية متوافقة

with our current grid infrastructure or the smart grids of the future.

مع البنية التحتية لشبكتنا الحالية أو الشبكات الذكية في المستقبل.

And finally, fusion energy is also flexible energy.

وأخيرا، تعد طاقة الاندماج أيضا طاقة مرنة.

Energy when you need it and can come in different forms.

الطاقة عندما تحتاجها ويمكن أن تأتي بأشكال مختلفة.

Electricity to power our homes,

الكهرباء لتشغيل منازلنا،

but also high-temperature heat for industrial use.

ولكن أيضا، درجات حرارة عالية للاستخدام الصناعي.

Now, to be fair, there are some downsides to fusion, too.

الآن، لكي نكون منصفين، هناك بعض الجوانب السلبية للاندماج أيضًا.

Fusion is incredibly complex and incredibly difficult.

الاندماج معقد للغاية وصعب للغاية.

The development of fusion has been and will be expensive.

كان تطوير الاندماج وسيظل مكلفًا.

But the potential benefits of fusion are so great that it is worth it.

لكن الفوائد المحتملة للاندماج كبيرة جدًا لدرجة أنها تستحق ذلك.

All right, so how do we actually make fusion work here on Earth?

حسنًا، كيف يمكننا بالفعل جعل الاندماج يعمل هنا على الأرض؟

Well, that's the problem that we've been working on

حسنًا، هذه هي المشكلة التي نعمل عليها منذ

for nearly 60 years now.

ما يقارب من 60 عامًا حتى الآن.

Let's go back to that ginormous laser.

دعونا نعود إلى ذلك الليزر الضخم.

It's called the National Ignition Facility, or NIF,

يطلق عليه اسم مرفق الإشعال الوطني، أو NIF،

at the Lawrence Livermore National Lab.

في مختبر لورانس ليفرمور الوطني.

The NIF is the world's largest, most energetic laser,

يعد NIF أكبر جهاز ليزر في العالم وأكثره نشاطًا،

housed in a building the size of three American football fields,

ويقع في مبنى بحجم ثلاثة ملاعب كرة قدم أمريكية،

side by side and ten stories tall.

جنبًا إلى جنب ويبلغ ارتفاعه عشرة طوابق.

It's not just one laser.

إنه ليس مجرد ليزر واحد.

It's actually 192 separate lasers,

إنها في الواقع 192 ليزر منفصل،

and each one alone is one of the most energetic in the world.

وكل واحد بمفرده هو واحد من أكثر الليزرات نشاطا في العالم.

And we're going to combine all 192 of those lasers

وسنقوم بدمج كل تلك الليزرات البالغ عددها 192 جهاز

and shine them on a little fuel pellet

وتلميعها على حبيبات وقود صغيرة

about the size of a peppercorn.

بحجم حبة الفلفل.

Alright, let me take you into the facility and give you a closer look.

حسنا، دعني آخذك إلى المنشأة وأعطيك نظرة فاحصة.

The laser starts as a little pulse of light,

يبدأ الليزر كنبضة صغيرة من الضوء،

the fraction of the energy of a typical laser pointer.

وهي جزء من طاقة مؤشر الليزر النموذجي.

We're going to split that beam into 192 ways.

سنقوم بتقسيم هذا الشعاع إلى 192 طريقة.

And those beams are now going to bounce back and forth across this giant facility,

وهذه الأشعة سترتد الآن ذهابًا وإيابًا عبر هذه المنشأة العملاقة،

each beam passing through hundreds of slabs of laser glass

كل شعاع يمر عبر مئات الألواح من زجاج الليزر

getting boosted up in energy.

يتم تعزيزه بالطاقة.

In total, each beam is going to travel nearly a mile

في المجموع، سوف يسافر كل شعاع ما يقرب من ميل

and get amplified up a million billion times in energy

ويتم تضخيمه مليون مليار مرة في الطاقة

and expanded in size from a little pinprick

ويتوسع في الحجم من وخزة صغيرة

to over a square foot.

إلى أكثر من قدم مربع.

And then all 192 laser beams are going to get directed

وبعد ذلك سيتم توجيه جميع أشعة اليزر البالغة 192 شعاع

towards the fusion chamber.

نحو غرفة الاندماج.

Half the laser beams go up and half come down,

نصف أشعة الليزر ترتفع والنصف الآخر ينخفض،

and they're going to direct and concentrate their light

وستقوم بتوجيه وتركيز الضوء

on a tiny cylinder that sits right in the middle,

على أسطوانة صغيرة تقع في المنتصف،

about the size of a pencil eraser.

بحجم ممحاة القلم الرصاص تقريبًا.

The lasers go into that cylinder

تدخل أشعة الليزر إلى تلك الأسطوانة

and create a bath of X-rays

وتخلق حمامًا من الأشعة السينية

that then envelop the little fuel pellet

التي تغلف حبيبات الوقود الصغيرة

that sits right in the middle.

الموجودة في المنتصف.

Those X-rays are so intense

هذه الأشعة السينية شديدة

that they start blowing off the shell of that pellet like a rocket.

لدرجة أنها تبدأ في تفجير غلاف تلك الحبيبات مثل الصاروخ.

And then by conservation of momentum,

ثم من خلال الحفاظ على الزخم،

the rest of the capsule squeezes inward,

تضغط بقية الكبسولة للداخل

equal and opposite reaction.

برد فعل متساوٍ ومعاكس.

We're going to reach temperatures of over 180 million degrees Fahrenheit,

سنصل إلى درجات حرارة تزيد عن 180 مليون درجة فهرنهايت، وهي

hotter than the center of the Sun,

أكثر سخونة من مركز الشمس،

and pressures that would feel like 100 billion Earth atmospheres

وضغوط ستشعر وكأن 100 مليار غلاف جوي للأرض

pressing down on you.

يضغط عليك.

And then we start a little spark right in the center,

ثم نبدأ شرارة صغيرة في المركز،

which then propagates through more of that fuel,

والتي تنتشر بعد ذلك عبر المزيد من هذا الوقود،

creating a miniature star,

مكونة نجما مصغرا،

and with it a huge burst of energy.

ومعها دفعة هائلة من الطاقة.

And if we do it right,

وإذا قمنا بذلك بشكل صحيح،

we can actually get a whole lot more energy out

يمكننا في الواقع الحصول على طاقة أكبر بكثير

than the energy that went in to start all of this.

من الطاقة التي تم استخدامها لبدء كل هذا.

(Applause)

(تصفيق)

I know, it sounds really easy, right?

أعلم، يبدو الأمر سهلا جدا، أليس كذلك؟

(Laughter)

(ضحك)

Well, obviously this is a story that bridges enormous scales.

حسنًا، من الواضح أن هذه قصة تتخطى المقاييس الهائلة.

The temperature and density of a star focused in on the atomic level.

ركزت درجة حرارة وكثافة النجم على المستوى الذري.

Remember how I said that laser is a thousand times the power

أتذكر كيف قلت أن قوة الليزر هو ألف مرة

of the US electrical grid?

للشبكة الكهربائية الأمريكية؟

Well, power is defined as energy per unit time.

حسنًا، يتم تعريف القوة على أنها الطاقة لكل وحدة زمنية.

So what we're doing is taking a huge amount of energy

لذا فإن ما نقوم به هو أخذ كمية هائلة من الطاقة

and compressing it down into just nanoseconds.

وضغطها إلى نانوثانية فقط.

And that's why every time we fire the lasers,

ولهذا السبب في كل مرة نطلق فيها أشعة الليزر،

the lights don't flicker across the globe.

لا تومض الأضواء في جميع أنحاء العالم.

But we are able to create conditions that are the hottest

لكننا قادرون على تهيئة الظروف الأكثر سخونة

in the entire solar system.

في النظام الشمسي بأكمله.

All right, so I know what you guys are all thinking.

حسنًا، أعرف ما تفكرون فيه جميعًا.

Like, how could this actually possibly work, right?

مثل، كيف يمكن أن يعمل هذا في الواقع، أليس كذلك؟

And who would be crazy enough to try?

ومن سيكون مجنونا بما يكفي للمحاولة؟

Well, tens of thousands of scientists and engineers around the world,

حسنًا، عشرات الآلاف من العلماء والمهندسين حول العالم،

including me.

بمن فيهم أنا.

And scientists are trying all different approaches to fusion.

ويحاول العلماء بأساليب مختلفة عدة للاندماج.

Not just giant lasers, but sometimes giant magnets.

ليس فقط الليزر العملاق، ولكن في بعض الأحيان مغناطيسات عملاقة.

Things that have cool names like tokamaks or stellarators

الأشياء التي لها أسماء رائعة مثل tokamaks أو stellarators

that can help shape and contain the fusion.

التي يمكن أن تساعد في تشكيل واحتواء الاندماج.

And right now, we're actually seeing

وفي الوقت الحالي، نحن نرى بالفعل

a whole bunch of new, private start-up fusion companies

مجموعة كاملة من شركات الاندماج الناشئة الجديدة والخاصة

pop up all across the globe,

تظهر في جميع أنحاء العالم،

each one trying a unique and different approach to fusion.

كل واحدة تحاول نهجًا فريدًا ومختلفًا للاندماج.

It's a whole host of brave and brilliant individuals

إنها مجموعة كاملة من الأفراد الشجعان والرائعين الذين

working hard to make this dream a reality.

يعملون بجد لجعل هذا الحلم حقيقة.

And our team at Lawrence Livermore National Lab

وفريقنا في مختبر لورانس ليفرمور الوطني

are the stewards of work that started in 1960

هم المشرفون على العمل الذي بدأ في عام 1960

because of national security.

بسبب الأمن القومي.

We need to understand fusion,

نحن بحاجة إلى فهم الاندماج،

to understand how to ensure

لفهم كيفية ضمان

that our US nuclear arsenal stays safe and effective.

بقاء ترسانتنا النووية الأمريكية آمنة وفعالة.

And that is what has provided the steady funding

وهذا ما وفره التمويل الثابت

to pursue this very difficult physics challenge over decades.

لمتابعة هذا التحدي الفيزيائي الصعب للغاية على مدى عقود.

So yeah, it took us 12 years to build the NIF,

لذا نعم، لقد استغرقنا 12 عامًا لبناء NIF،

and we've been doing experiments using it

ونحن نجري تجارب باستخدامه

for nearly 15 years more now.

لما يقرب من 15 عامًا أخرى حتى الآن.

And in that time, we've improved our physics understanding

وفي ذلك الوقت، قمنا بتحسين فهمنا للفيزياء

and computational simulation models.

ونماذج المحاكاة الحسابية.

We've designed new diagnostic instruments capable of taking better, clearer,

لقد قمنا بتصميم أدوات تشخيصية جديدة قادرة على التقاط صور أفضل وأكثر وضوحًا

faster pictures of the experiment.

وأسرع للتجربة.

We've continuously pushed up the laser energy

لقد قمنا باستمرار بزيادة طاقة الليزر

and found ways to build better targets.

ووجدنا طرقًا لبناء أهداف أفضل.

And guess what?

وخمن ماذا؟

In December of 2022, we finally did it.

في ديسمبر من عام 2022، قمنا بذلك أخيرًا.

(Applause)

(تصفيق)

Our team at Lawrence Livermore National Lab demonstrated fusion ignition.

أظهر فريقنا في مختبر لورنس ليفرمور الوطني اشتعال الاندماج.

For the very first time in human history,

لأول مرة في تاريخ البشرية،

we generated a controlled thermonuclear fusion reaction

قمنا بتوليد تفاعل اندماج نووي حراري محكم

in the laboratory

في المختبر

that generated more energy out

والذي أنتج طاقة أكثر

than went in with the lasers to start it.

من تلك المستخدمة عند بدء تشغيل الليزر.

(Applause)

(تصفيق)

That's right, we were able to light a match

هذا صحيح، لقد تمكنا من إشعال عود ثقاب

and turn that into a bonfire.

وتحويله إلى نار.

And in the process, release a new form of energy

وخلال العملية، أطلق شكلاً جديدًا من الطاقة

that is a million times more energetic than a chemical reaction.

هذا أكثر نشاطًا بمليون مرة من التفاعل الكيميائي.

And now,

والآن،

now we've actually been able to repeat ignition four more times

والآن تمكننا بالفعل من تكرار الاشتعال أربع مرات أخرى

in just the last 15 months,

خلال الخمسة عشر شهرا الماضية فقط،

with our most successful experiment

وأعطتنا تجربتنا الأكثر نجاحا

giving us over twice as much energy out as we put in with the lasers.

أكثر من ضعف الطاقة التي وضعت في الليزرات.

So are we done?

إذن هل انتهينا؟

Well, not quite.

حسنا، ليس تماما.

In order to move towards that fusion-energy future,

من أجل المضي قدمًا نحو مستقبل الطاقة الاندماجية،

we'll have to figure out how to harness this energy

سيتعين علينا معرفة كيفية تسخير هذه الطاقة

in a working fusion power plant.

في محطة طاقة اندماجية عاملة.

And to be clear,

ولكي أكون واضحة،

there's still a long scientific and engineering road ahead.

هناك طريق علمي وهندسي طويل أمامنا.

Just to build on our successes at NIF,

فقط للبناء على نجاحاتنا في NIF،

we'll have to build more efficient lasers,

سيتعين علينا بناء أجهزة ليزر أكثر كفاءة،

mass manufacture targets

وأهداف تصنيع جمعية

and figure out robotics for automated operations and more.

واكتشاف الروبوتات للعمليات الآلية والمزيد.

The depth and breadth of this challenge

سيتطلب عمق واتساع هذا التحدي

will require sustained investment from government and private industry,

استثمارا مستداما من الحكومة والصناعة الخاصة،

and all of us working together.

وأن نعمل جميعنا معا.

We're all racing to make this a reality,

نتسابق جميعًا لجعل هذا حقيقة واقعة،

but there's still a lot more work to be done.

ولكن لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين إنجازه.

I don't know exactly how long this will all take,

لا أعرف بالضبط كم من الوقت سيستغرق كل هذا،

but I do know that we can do it.

لكنني أعلم أنه يمكننا القيام بذلك.

And when we do it,

وعندما نفعل ذلك،

when we make fusion energy a reality,

عندما نجعل طاقة الاندماج واقعة،

energy will become so plentiful

ستصبح الطاقة وفيرة جدًا

that it will no longer be a limited resource.

لدرجة أنها لن تكون موردا محدودا.

This will change the world as we know it.

هذا سيغير العالم كما نعرفه.

When energy becomes essentially unlimited,

عندما تصبح الطاقة غير محدودة بشكل أساسي،

there are unlimited ways to use this energy.

هناك طرق غير محدودة لاستخدام هذه الطاقة.

Every country will be energy independent.

ستكون كل دولة مستقلة طاقيا.

Standards of living will rise around the world,

سترتفع مستويات المعيشة في جميع أنحاء العالم،

and we'll be able to use energy in creative new ways as well,

وسنكون قادرين على استخدام الطاقة بطرق إبداعية جديدة أيضًا،

like carbon capture at scale to combat climate change.

مثل تقييد الكربون على نطاق واسع لمكافحة تغير المناخ.

Vertical farming for delicious, sustainable food for all,

الزراعة العمودية من أجل طعام لذيذ ومستدام للجميع،

and desalination of seawater

وتحلية مياه البحر

so that everybody has access to clean water.

حتى يتمكن الجميع من الوصول إلى المياه النظيفة.

We can do all this and more with fusion.

يمكننا القيام بكل هذا وأكثر من خلال الاندماج.

Fusion can ignite that future.

يمكن أن يشعل الاندماج هذا المستقبل.

Thank you.

شكرا لكم.

(Applause)

(تصفيق)