درجة الاشتعال Ignition Temperature

لكي يحدث الاندماج النووي بين أنوية الهيدروجين فإنه على هذه الأنوية اقتحام حاجز كولوم الناتج بينهما نظراً لأن هذه الأنوية مشحونة بشحنات موجبة. وتبلغ قيمة حاجز كولوم حوالي 10 ك. أ. ف. ومن ثم فإنه علينا أن نزود هذه الأنوية بطاقة تساوي على الأقل هذه الطاقة كي يتم الالتحام بينها. ويمكن أن يتم ذلك بطريقتين:

1- تعجيل هذه الأنوية إلى طاقة حركة تسمح لها باقتحام حاجز كولوم ويمكن أن يتم ذلك في المعجلات (Acceleraters).

ومن ثم يبدو أن هذه المهمة غير شاقة وسهلة التنفيذ. إذ يمكننا أن نقوم بقذف الديوتيريوم على أهداف من الديوتيريوم او التريتيوم ليتم الاندماج؟!. ولكن الذي يحدث في حقيقة الأمر هو تشتت هذه القذائف عن أهدافها بدلاً من التحامها بها. . لقد وجد أن احتمال التشتت يفوق احتمال الاندماج بملايين المرات. ومن ثم فعلينا أن نقوم بترتيب معين يسمح بتصادم هذه الجسيمات مع بعضها البعض ملايين المرات قبل أن تنجح في الحصول على التحام واحد. وبالتالي يبدو أن هذا الخيار غير عملي.

كما وأننا نذكر هنا أنه نتيجة لحركة الشحنات بسرعات كبيرة فإنها تفقد جزءاً من طاقتها عن طريق إشعاع الإيقاف.

2- يمكن تسخين هذه الأنوية إلى درجات حرارة ينتج عنها طاقة حركة كافية لاقتحام حاجز كولوم ومن ثم اندماجها مع بعضها البعض. حيث نجد أن :

ومن ثم فإن حاجز كولوم الذي يبلغ حوالي 10 Kev يعني أننا يجب أن نسخن الأنوية إلى درجة حرارة تساوي حواليK 7.710⁷ ×. إن درجة الحرارة الهائلة هذه تضعنا في مأزق حقيقي!!. فلا توجد مادة في حالتها السائلة أو الغازية يمكنها أن تحتمل هذه الدرجة ومن ثم فإن ذرة المادة تتأين تأييناً كاملاً. ومن ثم نحصل على غاز مؤين عند درجات حرارة عالية وهو ما يعرف بالبلازما. يبين الشكل (1) مقارنة بين حالتي البلازما والحالة الغازية، إن حالة البلازما ليست جديدة على القارئ ولو أنها تبدو كذلك للوهلة الأولى، إلا أنه يشاهدها في مصابيح أنابيب النيون التي تملأ واجهات المحلات التجارية وتنير البيوت والطرقات. كما وأنها حالة شائعة في الكون إذ أن النجوم تتكون أساساً من جسيمات في حالة البلازما وعند درجات حرارة هائلة (K10⁸~). كما ويمكن أن نحصل على درجة الحرارة الهائلة هذه عند تفجير القنابل النووية. يمكن الآن النظر إلى عملية تسخين الوقود الاندماجي للحصول على الطاقة النووية على أنها تماثل عملية تسخين بعض المواد الكيميائية للحصول

الشكل (1)

يبين الشكل (2) التفاعل الاندماجي بين الديوترون والتريتيوم. ولكي

الشكل (2)

يتم الاندماج النووي فإنه لا بد لنا من الاحتفاظ بالبلازما عند درجة الحرارة الهائلة المذكورة لمدة زمنية كافية وذلك لأن تصادمات التشتت تفوق كثيراً تفاعلات الاندماج التي تنتج عنها الطاقة الاندماجية، ومن ثم يمكن تعريف درجة الحرارة التي يصبح عندها التفاعل الاندماجي ذاتي ومستمر (-SustainingSelf). هذه الدرجة تعرف بدرجة الاشتعال والتي يمكن تعريفها كما يلي:

درجة الاشتعال هي درجة الحرارة التي تتساوى عندها الطاقة الاندماجية الناتجة مع الطاقة المفقودة (غالباً بواسطة إشعاع الإيقاف). وعند درجات حرارة أعلى من هذه الدرجة لا يصبح التفاعل ذاتياً فحسب إنما يتحرر المزيد من الطاقة. وللاحتفاظ بالبلازما عند درجات حرارة هائلة يجب عزلها عن الإناء الحاوي لها. ومن ثم يصبح احتواء Confinement البلازما والسيطرة عليها من أكبر المشاكل التي تواجه بناء المفاعل الاندماجي.

يبين الشكل (3) درجة الاشتعال للبلازما.

الشكل (3)