حلقة أوروبية مشتركة

بحلول أوائل الستينيات، كان مجتمع أبحاث الاندماج النووي يعاني من ركود. فقد فشلت العديد من المسارات التجريبية الواعدة في البداية في إنتاج نتائج مفيدة، وأشارت أحدث التجارب إلى أن الأداء قد توقف عند حد انتشار بوم ، وهو أقل بكثير مما هو مطلوب لمولد اندماج عملي. ^{[ 7 ]}

في عام 1968، عقد السوفييت الاجتماع الدوري لباحثي الاندماج النووي في نوفوسيبيرسك ، حيث عرضوا بيانات من جهاز توكاماك T-3 الخاص بهم. مثّل هذا قفزة نوعية في أداء الاندماج النووي، إذ فاق أداء أفضل الأجهزة في العالم آنذاك بعشرة أضعاف على الأقل. كانت النتائج مبهرة لدرجة أن البعض شكك في صحتها واعتبرها قياسات خاطئة. ولمواجهة هذا التشكيك، دعا السوفييت فريقًا من المملكة المتحدة لاختبار جهازهم بشكل مستقل. أكد تقريرهم الصادر عام 1969 النتائج السوفيتية، مما أدى إلى موجة بناء واسعة النطاق لأجهزة التوكاماك في جميع أنحاء العالم. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

كانت إحدى المشكلات الرئيسية في تصميمات التوكاماك هي عدم توليدها تيارًا كهربائيًا كافيًا في بلازماها لتوفير التسخين اللازم لتسخين الوقود إلى ظروف الاندماج النووي. لذا، كان لا بد من وجود نوع من التسخين الخارجي. لم تكن الأفكار شحيحة في هذا الصدد، وفي منتصف سبعينيات القرن الماضي، بُنيت سلسلة من الأجهزة حول العالم لاستكشاف هذه المفاهيم. أحد هذه الأجهزة، وهو جهاز برينستون الحلقي الكبير (PLT)، أثبت أن حقن الحزمة المحايدة مفهوم عملي، حيث استخدمه للوصول إلى درجات حرارة قياسية تتجاوز بكثير 50  ​​مليون  كلفن، وهي الحد الأدنى المطلوب لمفاعل عملي. ^{[ 10 ]}

مع نجاح مفاعل PLT، بدا الوصول إلى نقطة التعادل العلمي ممكنًا أخيرًا بعد عقود من الجهود. نقطة التعادل العلمي هي النقطة التي تتساوى فيها الطاقة الناتجة عن تفاعلات الاندماج مع كمية الطاقة المُدخلة لتسخين البلازما. بمجرد تحقيق نقطة التعادل، تبدأ حتى التحسينات الطفيفة من تلك النقطة في زيادة كمية الطاقة الصافية المنبعثة بسرعة. بدأت فرق من جميع أنحاء العالم بالتخطيط لجيل جديد من الأجهزة يجمع بين حاقنات مفاعل PLT ومغناطيسات فائقة التوصيل وأوعية مفرغة من الهواء يمكنها استيعاب وقود الديوتيريوم-التريتيوم بدلًا من أنواع الوقود التجريبية التي تحتوي على الديوتيريوم النقي أو الهيدروجين والتي كانت تُستخدم حتى ذلك الحين. ^{[ 11 ]}

في عام ١٩٧١، قررت الدول الأعضاء في الجماعة الأوروبية للطاقة الذرية (يوراتوم) دعم برنامج اندماج نووي قوي، ووفرت الإطار القانوني اللازم لتطوير جهاز اندماج أوروبي. ^{[ ١٢ ]} وفي عام ١٩٧٥، اكتملت المقترحات الأولى لجهاز JET. واستغرق التصميم التفصيلي ثلاث سنوات. ^{[ ١٣ ]} وفي نهاية عام ١٩٧٧، وبعد نقاش مطول، تم اختيار كولهام موقعًا لاستضافة التصميم الجديد. وتمت الموافقة على التمويل في ١ أبريل ١٩٧٨ تحت اسم "مشروع JET المشترك". ^{[ ١٤ ]}

بُني المفاعل في موقع جديد بجوار مركز كولهام لطاقة الاندماج ، وهو مختبر أبحاث الاندماج النووي في المملكة المتحدة الذي افتُتح عام 1965. تولّت شركة تارماك للإنشاءات بناء المباني ، ^{[ 15 ]} بدءًا من عام 1978 بقاعة التوروس. اكتمل بناء القاعة في يناير 1982، وبدأ بناء جهاز جيت نفسه فور اكتمال قاعة التوروس. ^{[ 14 ]} بلغت التكلفة 198.8 مليون وحدة حساب أوروبية (عملة سابقة لليورو) ^{[ 16 ]} أو 438 مليون دولار أمريكي في عام 2014. ^{[ 17 ]}

كان جهاز JET أحد نموذجين فقط من أجهزة التوكاماك المصممة للعمل بمزيج وقود حقيقي من الديوتيريوم والتريتيوم ، والآخر هو جهاز TFTR الذي بنته الولايات المتحدة . ^{[ 18 ]} وقد بُني كلا الجهازين على أمل الوصول إلى نقطة التعادل العلمي حيث يكون "عامل كسب طاقة الاندماج" أو Q = 1.0. ^{[ 19 ] [ 6 ] [ 20 ] [ 21 ]}

حقق جهاز JET أول إنتاج للبلازما في 25 يونيو 1983. ^{[ 14 ]} وافتتحته الملكة إليزابيث الثانية رسميًا في 9 أبريل 1984. ^{[ 22 ]} وفي 9 نوفمبر 1991 ، أجرى JET أول تجربة في العالم باستخدام الديوتيريوم والتريتيوم. ^{[ 23 ]} متفوقًا بذلك على جهاز TFTR الأمريكي بسنتين كاملتين. ^{[ 24 ]}

على الرغم من نجاحهما الكبير، فشل كل من جهاز JET ونظيره TFTR في تحقيق نقطة التعادل العلمي. ويعود ذلك إلى مجموعة من التأثيرات التي لم تُلاحظ في الأجهزة السابقة التي تعمل بكثافات وضغوط أقل. وبناءً على هذه النتائج، وعدد من التطورات في تشكيل البلازما وتصميم المحول، ظهر تصميم جديد لجهاز التوكاماك، يُعرف أحيانًا باسم "التوكاماك المتقدم". وكان من الضروري أن يكون التوكاماك المتقدم القادر على تحقيق نقطة التعادل العلمي ضخمًا للغاية ومكلفًا جدًا، مما أدى إلى الجهد الدولي لمشروع ITER . ^{[ 25 ]}

في عام 1991، أُجريت أولى التجارب باستخدام التريتيوم ، مما سمح بتشغيل جهاز JET بوقود إنتاجي مكون من مزيج متساوٍ من التريتيوم والديوتيريوم . ^{[ 2 ]} كما تقرر في ذلك الوقت إضافة مُحوِّل، مما أتاح إزالة المواد المُهدرة من البلازما. ^{[ 26 ]} وقد تحسّن الأداء بشكل ملحوظ، مما مكّن JET من تسجيل العديد من الأرقام القياسية من حيث زمن الحصر ودرجة الحرارة وناتج الاندماج الثلاثي . في عام 1997، سجّل JET رقماً قياسياً لأقرب اقتراب من نقطة التعادل العلمي. فقد حقق Q = 0.67، منتجاً 16  ميغاواط من طاقة الاندماج مع حقن 24  ميغاواط من الطاقة الحرارية لتسخين الوقود، ^{[ 27 ]} وهو رقم قياسي استمر حتى عام 2021. ^{[ 28 ] [ 29 ]} وكان هذا أيضاً الرقم القياسي لأكبر طاقة اندماج مُنتجة. ^{[ 30 ] [ 31 ]} _{تُحسب قيمة Q الأساسية} المركزية ، المُعرَّفة بأنها نسبة طاقة الاندماج المركزية المُنتَجة إلى طاقة التسخين المركزية المُطبَّقة، باستخدام برنامج TRANSP لتفريغ Q القياسي، لتكون Q _{الأساسية} حوالي 1.3 (التفريغ 42976). أما القيم القياسية المُقابلة لـ TFTR فهي Q=0.26 وQ _{الأساسية} حوالي 0.8 (التفريغ 80539). ^{[ 32 ]}

في عام ١٩٩٨، طوّر مهندسو مشروع JET نظامًا للتحكم عن بُعد، مكّن لأول مرة من استبدال بعض المكونات باستخدام أيادٍ اصطناعية فقط. يُعدّ نظام "التحكم عن بُعد" أداةً أساسيةً لأي محطة طاقة اندماجية لاحقة، ولا سيما للمفاعل التجريبي النووي الحراري الدولي (ITER) الذي يجري تطويره في سان بول ليه دورانس ، في بروفانس ، جنوب فرنسا. وقد أدى هذا النظام لاحقًا إلى تطوير مشروع RACE (التطبيقات عن بُعد في البيئات الصعبة) . ^{[ ٣٣ ]}

في عام 1999، تم إنشاء اتفاقية تطوير الاندماج الأوروبية (EFDA) مع مسؤولية الاستخدام الجماعي المستقبلي لـ JET. ^{[ 34 ]}

في أكتوبر 2009، بدأت فترة توقف لمدة 15 شهرًا لإعادة بناء أجزاء عديدة من جهاز JET لتبني المفاهيم المستخدمة في تطوير مشروع ITER في سان بول ليه دورانس ، في بروفانس ، جنوب فرنسا. ^{[ 2 ]} وشمل ذلك استبدال مكونات الكربون في وعاء التفريغ بمكونات من التنجستن والبريليوم . ^{[ 35 ]}

في منتصف مايو 2011، انتهى الإغلاق. ^{[ 36 ]} بدأت أول حملة تجريبية بعد تركيب "الجدار الشبيه بجدار ITER" في 2 سبتمبر 2011. ^{[ 37 ]}

في 14 يوليو 2014، وقعت المفوضية الأوروبية عقدًا بقيمة 283 مليون يورو لتمديد آخر لمدة 5 سنوات حتى يتسنى إجراء المزيد من الأبحاث المتقدمة في مجال الطاقة العالية في JET. ^{[ 38 ]}

أثار خروج بريطانيا من الاتحاد الأوروبي الشكوك حول خطط مشروع JET. وكجزء من خطتها لمغادرة الاتحاد، كان من المقرر أن تنسحب المملكة المتحدة من يوراتوم، الجهة الممولة للمشروع. ^{[ 39 ]} بدأت المفاوضات بشأن التمويل لما بعد عام 2018، وهو العام الذي انتهت فيه الخطة الخمسية، وبدا أن اتفاقية جديدة لتمديد تشغيل JET حتى عام 2019 أو 2020 قد اكتملت إلى حد كبير. إلا أن هذه المفاوضات عُلّقت بعد إعلان خروج بريطانيا من الاتحاد الأوروبي. ^{[ 12 ]} ومع ذلك، في مارس 2019، وقّعت حكومة المملكة المتحدة والمفوضية الأوروبية عقدًا لتمديد JET. ^{[ 40 ]} ضمن هذا العقد استمرار تشغيل JET حتى نهاية عام 2024 بغض النظر عن وضع خروج بريطانيا من الاتحاد الأوروبي. ^{[ 41 ]} في ديسمبر 2020، بدأت عملية تحديث JET باستخدام التريتيوم، كجزء من مساهمتها في مشروع ITER. ^{[ 3 ]}

في 21 ديسمبر 2021، أنتج جهاز JET 59 ميغا جول باستخدام وقود الديوتيريوم والتريتيوم أثناء الحفاظ على الاندماج خلال نبضة مدتها خمس ثوانٍ، متجاوزًا رقمه القياسي السابق البالغ 21.7 ميغا جول مع Q = 0.33، والذي تم تسجيله في عام 1997. ^{[ 29 ] [ 42 ]}

في أكتوبر 2023، حقق مفاعل JET رقمه القياسي الأخير في طاقة الاندماج النووي، حيث أنتج 69.29 ميغا جول خلال 6 ثوانٍ باستخدام 0.21 ملغ فقط من وقود الديوتيريوم والتريتيوم . ^{[ 43 ] [ 44 ]} في نوفمبر 2023، أُطلقت عريضة تطالب بعدم إغلاق JET، حيث أبدى العلماء مخاوفهم من فجوة زمنية في الأبحاث وفقدان الكوادر بين إغلاق JET وبدء عمليات ITER. ^{[ 4 ]} توقفت العمليات في ديسمبر 2023، بعد تنفيذ 105,842 نبضة، ومن المتوقع أن تستمر عملية إيقاف التشغيل حتى عام 2040. ^{[ 5 ]} استُخدمت النبضات الأخيرة لتشغيل JET خارج نطاق قدراته التصميمية. ^{[ 45 ]} من المتوقع أن تستمر عملية إيقاف التشغيل وإعادة التوظيف حتى عام 2040. ^{[ 5 ]}

مباشرةً بعد إعلان إغلاق مشروع JET في مؤتمر الوكالة الدولية للطاقة الذرية في لندن، أكتوبر 2023، أطلقت مجموعة "علماء من أجل JET" عريضةً للمطالبة بمراجعة قرار إغلاق المشروع. ^{[ 4 ]} ويشعر العلماء بالقلق من أن تاريخ انتهاء JET حُدِّد على افتراض أن مشروع ITER سيكون جاهزًا للعمل بحلول ذلك التاريخ لمواصلة تجارب الاندماج النووي، ولكن مع تأجيل بدء تشغيل ITER ^{[ 46 ]} وتحديد موعد تفاعلات الديوتيريوم-التريتيوم (DT) فيه لعام 2039 فقط، ستكون هناك فجوة لسنوات عديدة دون أي أبحاث في مجال الاندماج النووي. ^{[ 4 ] [ 46 ]}

• برومبيرغ، جوان ليزا (1982). الاندماج: العلم والسياسة واختراع مصدر طاقة جديد . مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ISBN 978-0-262-02180-7.
• كينوارد، مايكل (24 مايو 1979). "أبحاث الاندماج النووي - ارتفاع درجة الحرارة" . مجلة نيو ساينتست .
• ويسون، جون (نوفمبر 1999). علم برنامج JET (ملف PDF) . مشروع JET المشترك. ص  20.

• شرح مفاعلات الاندماج النووي من موقع HowStuffWorks
• تي. فوجيتا وآخرون، "تجارب عالية الأداء في تفريغات القص العكسي JT-60U"، الاندماج النووي ، المجلد 39، ص 1627 (1999)

51°39′33″ شمالاً 1°13′35″ غرباً / 51.65917° شمالاً 1.22639° غرباً / 51.65917; -1.22639