الاندماج المحفز بالميون

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

الاندماج المحفز بالميونات (يُختصر بـ μCF أو MCF ) هو عملية تسمح بحدوث الاندماج النووي عند درجات حرارة أقل بكثير من تلك اللازمة للاندماج النووي الحراري ، حتى عند درجة حرارة الغرفة أو أقل. وهو أحد الطرق القليلة المعروفة لتحفيز تفاعلات الاندماج النووي.

الميونات جسيمات دون ذرية غير مستقرة تشبه الإلكترونات ، لكن كتلتها أكبر منها بـ 207 مرات. إذا حلّ ميون محل أحد الإلكترونات في جزيء الهيدروجين ، فإن النوى تتقارب نتيجة لذلك بمقدار 186 مرة مقارنةً بالجزيء العادي، [ 1 ] [ 2 ] وذلك لأن كتلة الميون المخفّضة تساوي 186 ضعف كتلة الإلكترون. وعندما تتقارب النوى، يزداد احتمال الاندماج النووي، إلى الحد الذي يمكن أن يحدث فيه عدد كبير من عمليات الاندماج عند درجة حرارة الغرفة.

مع ذلك، تتطلب طرق الحصول على الميونات طاقةً أكبر بكثير مما يمكن إنتاجه من تفاعلات الاندماج الناتجة. ويبلغ متوسط ​​عمر الميونات 10 ...2.2 ميكروثانية  ، وهي أطول بكثير من مدة العديد من الجسيمات دون الذرية الأخرى، ولكنها مع ذلك قصيرة جدًا بحيث لا تسمح بتخزينها بشكل مفيد. [ 3 ]

لإنشاء اندماج مفيد محفز بالميون في درجة حرارة الغرفة، ستحتاج المفاعلات إلى مصدر ميون رخيص وفعال و/أو طريقة لكل ميون فردي لتحفيز المزيد من تفاعلات الاندماج.

تاريخ

تنبأ أندريه ساخاروف وإف سي فرانك [ 4 ] بظاهرة الاندماج النووي المحفز بالميونات نظريًا قبل عام 1950. كما كتب ياكوف بوريسوفيتش زيلدوفيتش [ 5 ] عن هذه الظاهرة عام 1954. ولاحظ لويس دبليو ألفاريز وآخرون [ 6 ] ، عند تحليل نتائج بعض التجارب التي أجريت على الميونات الساقطة على حجرة فقاعات الهيدروجين في بيركلي عام 1956، تحفيز الميونات للاندماج النووي الطارد للحرارة بين البروتون والديوتريون، والذي ينتج عنه أيون الهيليوم ، وأشعة غاما ، وانبعاث  طاقة تبلغ حوالي 5.5 ميغا إلكترون فولت. وقد حفزت نتائج تجارب ألفاريز، على وجه الخصوص، جون ديفيد جاكسون على نشر إحدى أوائل الدراسات النظرية الشاملة حول الاندماج النووي المحفز بالميونات في بحثه الرائد عام 1957. [ 7 ] تضمنت هذه الورقة البحثية أولى التكهنات الجادة حول إطلاق الطاقة المفيدة من الاندماج المحفز بالميونات. وخلص جاكسون إلى أنه سيكون غير عملي كمصدر للطاقة، ما لم يتم حل "مشكلة التصاق جسيمات ألفا" (انظر أدناه)، مما قد يؤدي إلى طريقة أرخص وأكثر كفاءة من الناحية الطاقية لاستخدام الميونات المحفزة. [ 7 ]

اعتبارًا من عام 2026هناك شركتان على الأقل تعملان على تطوير مفاعلات الاندماج المحفزة بالميونات، وكلاهما يعمل بتفاعلات الديوتيريوم والتريتيوم : شركة Acceleron Fusion في الولايات المتحدة، التي تأسست عام 2008 كجزء من شركة NK Labs، ثم انفصلت عنها عام 2022، [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] وشركة Norrønt AS في النرويج، التي تأسست عام 2016 باسم Ultrafusion Nuclear Power، ثم اندمجت مع شركة Norrønt عام 2017. [ 11 ] [ 12 ]

الفوائد المحتملة

إذا تم تحقيق الاندماج النووي d-t المحفز بالميون عمليًا، فسيكون ذلك طريقة أكثر جاذبية لتوليد الطاقة من مفاعلات الانشطار النووي التقليدية لأن الاندماج النووي d-t المحفز بالميون (مثل معظم أنواع الاندماج النووي الأخرى ) ينتج نفايات مشعة أقل ضررًا (وأقل عمرًا بكثير).

يمكن استخدام العدد الكبير من النيوترونات الناتجة عن اندماجات الديوتيريوم-تريتيوم النووية المحفزة بالميونات لإنتاج وقود انشطاري من مواد خام - على سبيل المثال، يمكن للثوريوم -232 أن ينتج اليورانيوم -233 بهذه الطريقة. [ ملاحظة 1 ] يمكن بعد ذلك "حرق" الوقود الانشطاري الناتج، إما في مفاعل انشطار نووي حرج تقليدي أو في مفاعل انشطار دون حرج غير تقليدي ، على سبيل المثال، مفاعل يستخدم التحويل النووي لمعالجة النفايات النووية ، أو مفاعل يستخدم مفهوم مضخم الطاقة الذي ابتكره كارلو روبيا وآخرون.

من فوائد الاندماج المحفز بالميونات إمكانية بدء عملية الاندماج بغاز الديوتيريوم النقي دون الحاجة إلى التريتيوم. بينما تحتاج مفاعلات الاندماج البلازمي، مثل ITER وWendelstein X7، إلى التريتيوم لبدء العملية، بالإضافة إلى حاجتها إلى مصدر لإنتاج التريتيوم. يُنتج الاندماج المحفز بالميونات التريتيوم أثناء التشغيل، ويرفع كفاءة التشغيل حتى يصل إلى المستوى الأمثل عندما تبلغ نسبة الديوتيريوم إلى التريتيوم حوالي 1:1. ويمكن للاندماج المحفز بالميونات أن يعمل كمصدر لإنتاج التريتيوم، موفراً إياه لأبحاث الاندماج في المواد والبلازما.

الجدوى كمصدر للطاقة

المشاكل التي تواجه الاستغلال العملي

باستثناء بعض التحسينات، لم يطرأ تغيير يُذكر منذ تقييم جاكسون عام 1957 لجدوى الاندماج المحفز بالميونات، باستثناء تنبؤ فيسمان عام 1967 بتكوين الرنين فائق الدقة للأيون الجزيئي الميوني (d–μ–t) +، والذي رُصد تجريبيًا لاحقًا. وقد ساهم ذلك في تجدد الاهتمام بمجال الاندماج المحفز بالميونات برمته، والذي لا يزال مجالًا بحثيًا نشطًا على مستوى العالم. مع ذلك، وكما لاحظ جاكسون في بحثه، فإن الاندماج المحفز بالميونات "من غير المرجح" أن يوفر "إنتاجًا مفيدًا للطاقة... ما لم يتم إيجاد طريقة أقل تكلفة من الناحية الطاقية لإنتاج ميزونات μ− [ ملاحظة 2 ] ". [ 7 ]

تتمثل إحدى المشكلات العملية في عملية الاندماج المحفز بالميونات في أن الميونات غير مستقرة، وتتحلل في2.2 ميكروثانية  (في إطار سكونها ). [ 13 ] لذا، يجب أن تكون هناك وسيلة رخيصة لإنتاج الميونات، ويجب ترتيب الميونات لتحفيز أكبر عدد ممكن من تفاعلات الاندماج النووي قبل أن تتحلل.

ثمة مشكلة أخرى، وأكثر خطورة من نواحٍ عديدة، وهي مشكلة "التصاق جسيمات ألفا"، التي أشار إليها جاكسون في بحثه عام 1957. [ 7 ] [ ملاحظة 3 ] تتمثل مشكلة التصاق جسيمات ألفا في احتمالية التصاق الميون بجسيم ألفا الناتج عن اندماج الديوتريوم والتريتون النووي ، والتي تبلغ حوالي 1%، مما يؤدي فعليًا إلى استبعاد الميون من عملية التحفيز بالميونات تمامًا. حتى لو كانت الميونات مستقرة تمامًا، فإن كل ميون لا يستطيع تحفيز سوى 100 عملية اندماج ديوتريوم-تريتون في المتوسط ​​قبل أن يلتصق بجسيم ألفا، وهو ما يعادل خُمس عدد عمليات اندماج الديوتريوم-تريتون المحفزة بالميونات اللازمة للوصول إلى نقطة التعادل ، حيث تتساوى الطاقة الحرارية المتولدة مع الطاقة الكهربائية المستهلكة لإنتاج الميونات في المقام الأول، وفقًا لتقدير جاكسون التقريبي. [ 7 ]

تشير القياسات الحديثة إلى قيم أكثر تشجيعًا لاحتمالية التصاق جسيمات ألفا، حيث وُجدت هذه الاحتمالية بين 0.3% و0.5%، ما يعني إمكانية حدوث ما يصل إلى 200 (أو حتى 350) اندماج d-t محفز بالميونات لكل ميون. [ 14 ] في الواقع، حقق الفريق بقيادة ستيفن إي. جونز 150 اندماج d-t لكل ميون (كمعدل) في مرفق فيزياء الميزون في لوس ألاموس . [ 15 ] كانت النتائج واعدة وكافية تقريبًا للوصول إلى نقطة التعادل النظرية. مع ذلك، لا تزال هذه القياسات لعدد اندماجات d-t المحفزة بالميونات لكل ميون غير كافية للوصول إلى نقطة التعادل الصناعية. فحتى مع الوصول إلى نقطة التعادل، لا تتجاوز كفاءة تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية 40% تقريبًا، ما يحدّ من جدوى المشروع. وتشير أفضل التقديرات الحديثة لتكلفة الطاقة الكهربائية لكل ميون إلى حوالي6  جيجا إلكترون فولت مع مسرعات تكون (بالصدفة) فعالة بنسبة 40٪ تقريبًا في تحويل الطاقة الكهربائية من شبكة الطاقة إلى تسريع الديوترونات.

حتى عام 2012، لم يتم نشر أي طريقة عملية لإنتاج الطاقة بهذه الوسيلة، على الرغم من أن بعض الاكتشافات التي تستخدم تأثير هول تبدو واعدة. [ 16 ]

تقدير بديل لنقطة التعادل

بحسب غوردون بوش، الفيزيائي في مختبر أرغون الوطني ، فإن حسابات نقطة التعادل المختلفة للاندماج النووي المحفز بالميونات تتجاهل الطاقة الحرارية التي يودعها شعاع الميونات نفسه في الهدف. [ 17 ] وبأخذ هذا العامل في الحسبان، يمكن للاندماج النووي المحفز بالميونات أن يتجاوز نقطة التعادل؛ ومع ذلك، فإن الطاقة المعاد تدويرها عادةً ما تكون كبيرة جدًا مقارنةً بالطاقة المُوَزَّعة إلى الشبكة الكهربائية (حوالي 3-5 أضعاف، وفقًا للتقديرات). على الرغم من هذه الطاقة المعاد تدويرها العالية نسبيًا، فإن كفاءة الدورة الإجمالية تُضاهي كفاءة مفاعلات الانشطار التقليدية؛ إلا أن الحاجة إلى 4-6  ميغاواط من قدرة توليد الكهرباء لكل ميغاواط مُوَزَّع إلى الشبكة تُمثل على الأرجح استثمارًا رأسماليًا ضخمًا وغير مقبول. اقترح بوش استخدام مفهوم " ميغما " لشعاع التصادم الذاتي لبوجدان ماغليتش لزيادة كفاءة إنتاج الميونات بشكل كبير، وذلك عن طريق التخلص من فقدان الهدف، واستخدام نوى التريتيوم كشعاع دافع، لتحسين عدد الميونات السالبة.

في عام 2021، طوّر كيلي وهارت وروز نموذجًا لـ μCF، حيث تم تحسين نسبة Q ، وهي الطاقة الحرارية المُنتجة إلى الطاقة الحركية للديوترونات المُسرّعة المُستخدمة في تكوين البيونات السالبة (وبالتالي الميونات السالبة من خلال اضمحلال البيونات). [ 18 ] في هذا النموذج، تم استعادة الطاقة الحرارية للديوترونات الواردة، وكذلك الطاقة الحرارية للجسيمات الناتجة عن اصطدام حزمة الديوترونات بهدف من التنجستن، إلى أقصى حد ممكن، كما اقترح جوردون بوش في الفقرة السابقة. علاوة على ذلك، تم استعادة الطاقة الحرارية الناتجة عن توليد التريتيوم في غلاف من الليثيوم والرصاص، كما اقترح ياندل ودانوس ورافيلسكي في عام 1988. [ 19 ] وُجد أن أفضل قيمة لـ Q تبلغ حوالي 130% بافتراض أن 50% من الميونات المُنتجة تُحفّز الاندماج. علاوة على ذلك، وبافتراض أن كفاءة المُسرِّع في تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية للديوترون تبلغ 18%، وكفاءة تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية تبلغ 60%، فإنهم يُقدِّرون أن كمية الطاقة الكهربائية التي يُمكن إنتاجها حاليًا بواسطة مفاعل μCF تُشكِّل 14% فقط من الطاقة الكهربائية المُستهلكة. ولتحسين ذلك، يقترحون ضرورة الجمع بين زيادة كلٍّ من: أ) كفاءة المُسرِّع، و ب) عدد تفاعلات الاندماج لكل ميون سالب، بما يتجاوز المستوى المُفترض وهو 150.

عملية

لإحداث هذا التأثير، يُرسل سيل من الميونات السالبة، التي غالبًا ما تنتج عن تحلل البيونات  ، إلى كتلة قد تتكون من نظائر الهيدروجين الثلاثة (البروتيوم، والديوتيريوم، و/أو التريتيوم)، حيث تكون الكتلة عادةً مجمدة، وقد تصل درجة حرارتها إلى حوالي 3 كلفن (-270 درجة مئوية). قد يصطدم الميون بالإلكترون من أحد نظائر الهيدروجين. الميون، الذي تزيد كتلته عن كتلة الإلكترون بمقدار 207 أضعاف، يحجب ويقلل التنافر الكهرومغناطيسي بين نواتين، ويجذبهما معًا لتكوين رابطة تساهمية أقوى بكثير مما يستطيع الإلكترون فعله. ولأن النواتين متقاربتان جدًا، فإن القوة النووية القوية قادرة على ربطهما معًا. تندمج النواتان، وينطلق الميون المحفز (في معظم الأحيان)، وينطلق جزء من الكتلة الأصلية لكلتا النواتين على شكل جسيمات عالية الطاقة، كما هو الحال في أي نوع آخر من الاندماج النووي . يُعد انطلاق الميون المحفز أمرًا بالغ الأهمية لاستمرار التفاعلات. تستمر غالبية الميونات في الارتباط بنظائر الهيدروجين الأخرى، مما يؤدي إلى اندماج النوى معًا. مع ذلك، لا يُعاد تدوير جميع الميونات، إذ يرتبط بعضها بمخلفات أخرى تنبعث بعد اندماج النوى (مثل جسيمات ألفا والهيليونات )، مما يُقصي الميونات من العملية التحفيزية. يُؤدي هذا تدريجيًا إلى إبطاء معدل التفاعلات، نظرًا لنضوب الميونات التي يُمكن أن ترتبط بها النوى. يُمكن أن يصل متوسط ​​عدد التفاعلات التي تُجرى في المختبر إلى 150 اندماجًا من نوع d-t لكل ميون.

الديوتيريوم-التريتيوم (d-t أو dt)

في تفاعل الاندماج المحفز بالميونات، وهو الأكثر أهمية، يتحد ديوترون موجب الشحنة (d) مع تريتون موجب الشحنة (t) وميون ليشكلا معًا أيون هيدروجين جزيئي ثقيل ميوني موجب الشحنة (d–μ–t) + . الميون، الذي تبلغ كتلته السكونية 207 أضعاف كتلة سكون الإلكترون، [ 13 ] قادر على سحب التريتون والديوترون الأثقل وزنًا إلى مسافة أقرب 207 مرات [ 1 ] [ 2 ] في الأيون الجزيئي الميوني (d–μ–t) + مقارنةً بقدرة الإلكترون على فعل ذلك في الأيون الجزيئي الإلكتروني المقابل (d–e–t) + . يبلغ متوسط ​​المسافة بين التريتون والديوترون في الأيون الجزيئي الإلكتروني حوالي أنغستروم واحد (100 بيكومتر )، [ 7 ] [ ملاحظة 4 ] لذا فإن متوسط ​​المسافة بينهما في الأيون الجزيئي الميوني أصغر 207 مرات من ذلك. [ ملاحظة 5 ] نظرًا للقوة النووية القوية ، فعندما يقترب التريتون والديوترون في الأيون الجزيئي الميوني من بعضهما البعض أثناء حركتهما الاهتزازية الدورية، يزداد احتمال خضوعهما للنفق الكمومي عبر حاجز كولوم التنافري الذي يفصل بينهما بشكل كبير. في الواقع، يعتمد احتمال النفق الكمومي تقريبًا بشكل أُسّي على متوسط ​​المسافة بين التريتون والديوترون، مما يسمح لميون واحد بتحفيز الاندماج النووي d-t في أقل من نصف بيكو ثانية تقريبًا، بمجرد تكوّن الأيون الجزيئي الميوني. [ 7 ]

يُعدّ زمن تكوين الأيون الجزيئي الميوني أحد "الخطوات المحددة لمعدل التفاعل" في الاندماج المحفز بالميونات، والذي قد يستغرق بسهولة ما يصل إلى عشرة آلاف بيكو ثانية أو أكثر في خليط جزيئي سائل من الديوتيريوم والتريتيوم (D₂ ، DT، T₂ ) ، على سبيل المثال. [ 7 ] وبالتالي، يقضي كل ميون محفز معظم فترة وجوده القصيرة التي تبلغ 2.2 ميكروثانية، [ 13 ] كما تم قياسها في إطار سكونه ، وهو يتجول باحثًا عن ديوترونات وتريتونات مناسبة للارتباط بها.

ثمة طريقة أخرى للنظر إلى الاندماج المحفز بالميونات، وهي محاولة تصور مدار الحالة الأرضية للميون حول الديوتريوم أو التريتون. لنفترض أن الميون قد سقط في مدار حول الديوتريوم في البداية، وهو احتمال يبلغ حوالي 50% في حال وجود أعداد متساوية تقريبًا من الديوتريوم والتريتون، مُشكِّلًا ذرة ديوتيريوم ميونية متعادلة كهربائيًا (d-μ) ⁰، والتي تتصرف إلى حد ما كـ"نيوترون ثقيل" نظرًا لصغر حجمها نسبيًا (أصغر بـ207 مرة من ذرة ديوتيريوم إلكترونية متعادلة كهربائيًا (d-e) ⁰ )، ولـ"حجب" الميون الفعال للشحنة الموجبة للبروتون في الديوتريوم. مع ذلك، لا يزال لدى الميون فرصة أكبر بكثير للانتقال إلى أي تريتون يقترب بدرجة كافية من ذرة الديوتيريوم الميونية مقارنةً بفرصة تكوين أيون جزيئي ميون. ستتصرف ذرة التريتيوم الميونية المتعادلة كهربائياً (t–μ) 0 المتكونة بهذه الطريقة إلى حد ما مثل نيوترون "أكثر سمكاً وثقلاً"، ولكنها على الأرجح ستحتفظ بميونها، لتشكل في النهاية أيونًا جزيئيًا ميونيًا، على الأرجح بسبب التكوين الرنيني لحالة جزيئية فائقة الدقة داخل جزيء الديوتيريوم D 2 بأكمله (d=e 2 =d)، حيث يعمل الأيون الجزيئي الميوني كنواة "أكثر سمكاً وثقلاً" لجزيء الديوتيريوم "الميوني/الإلكتروني" المتعادل "الأكثر سمكاً وثقلاً" ([d–μ–t]=e 2 =d)، كما تنبأ بذلك فيسمان، وهو طالب دراسات عليا إستوني، في عام 1967. [ 20 ]

بمجرد تكوّن حالة الأيون الجزيئي الميوني، يسمح حجب الميون للشحنات الموجبة لبروتون التريتون وبروتون الديوترون لبعضهما البعض، للتريتون والديوترون بالمرور عبر حاجز كولوم في غضون نانوثانية [ 21 ]. يبقى الميون بعد تفاعل الاندماج النووي المحفز بالميون بين الديوترون والتريتون، ويظل متاحًا (عادةً) لتحفيز المزيد من تفاعلات الاندماج النووي المحفزة بالميون بين الديوترون والتريتون. يُطلق كل اندماج نووي طارد للحرارة بين الديوترون والتريتون حوالي 17.6 ميغا إلكترون فولت من الطاقة على شكل نيوترون "سريع جدًا" بطاقة حركية تبلغ حوالي 14.1 ميغا إلكترون فولت، وجسيم ألفا ( نواة هيليوم -4) بطاقة حركية تبلغ حوالي 3.5 ميغا إلكترون فولت. [ 7 ] يمكن الحصول على طاقة إضافية قدرها 4.8 ميغا إلكترون فولت عن طريق تهدئة النيوترونات السريعة في "غطاء" مناسب يحيط بغرفة التفاعل، ويحتوي هذا الغطاء على الليثيوم -6، الذي تمتص نواته، المعروفة لدى البعض باسم "الليثيونات"، النيوترونات الحرارية بسهولة وبشكل طارد للحرارة ، مما يؤدي إلى تحويل الليثيوم-6 إلى جسيم ألفا وتريتون. [ ملاحظة 6 ]    

الديوتيريوم-الديوتيريوم وأنواع أخرى

كان أول نوع من الاندماج المحفز بالميونات الذي رُصد تجريبياً، بواسطة إل دبليو ألفاريز وآخرون [ 6 ] ، هو اندماج البروتون (H أو 1H1 ) والديوتيريوم (D أو 1H2 ) المحفز بالميونات . وقد قُدِّر معدل اندماج البروتون-ديوتيريوم (أو البروتون - ديوتيريوم ) المحفز بالميونات بأنه أبطأ بحوالي مليون مرة من معدل اندماج الديوتيريوم-تريتيوم المحفز بالميونات . [ 7 ] [ ملاحظة 7 ]

من الناحية العملية، لوحظ اندماج الديوتيريوم-ديوتيريوم المحفز بالميونات بشكل متكرر ودُرِسَ تجريبياً على نطاق واسع، ويعود ذلك في جزء كبير منه إلى وجود الديوتيريوم بوفرة نسبية، ولأنه، مثل البروتون، غير مشع على الإطلاق. أما التريتيوم فنادراً ما يوجد في الطبيعة، وهو مشع ويبلغ عمر النصف له حوالي 12.5 سنة. [ 13 ]

يُقدّر معدل الاندماج النووي المحفز بواسطة الميونات من نوع d-d بنحو 1% فقط من معدل الاندماج النووي المحفز بواسطة الميونات من نوع d-t، ومع ذلك، يُنتج هذا اندماجًا نوويًا واحدًا من نوع d-d كل 10 إلى 100 بيكو ثانية تقريبًا. [ 7 ] ومع ذلك، فإن الطاقة المنبعثة مع كل تفاعل اندماج نووي محفز بواسطة الميونات من نوع d-d لا تتجاوز 20% من الطاقة المنبعثة مع كل تفاعل اندماج نووي محفز بواسطة الميونات من نوع d-t. [ 7 ] علاوة على ذلك، فإن للميون المحفز احتمال الالتصاق بواحد على الأقل من نواتج تفاعل الاندماج المحفز بواسطة الميون d-d والذي قدر جاكسون في هذه الورقة البحثية لعام 1957 [ 7 ] أنه أكبر بعشر مرات على الأقل من الاحتمال المقابل لالتصاق الميون المحفز بواحد على الأقل من نواتج تفاعل الاندماج المحفز بواسطة الميون d-t، وبالتالي منع الميون من تحفيز المزيد من عمليات الاندماج النووي. وهذا يعني فعلياً أن كل ميون يحفز تفاعلات الاندماج المحفزة بالميون d-d في الديوتيريوم النقي لا يستطيع إلا تحفيز حوالي عُشر عدد تفاعلات الاندماج المحفزة بالميون d-t التي يستطيع كل ميون تحفيزها في خليط من كميات متساوية من الديوتيريوم والتريتيوم، وأن كل اندماج d-d ينتج حوالي خُمس ناتج كل اندماج d-t، مما يجعل احتمالات إطلاق طاقة مفيدة من الاندماج المحفز بالميون d-d أسوأ بخمسين مرة على الأقل من الاحتمالات الضئيلة أصلاً لإطلاق طاقة مفيدة من الاندماج المحفز بالميون d-t.

إن احتمالات الاندماج النووي "الخالي من النيوترونات" (أو شبه الخالي من النيوترونات) ، والتي لا ينتج عنها أي نيوترونات تقريبًا ضمن نواتج الاندماج النووي، تكاد تكون غير قابلة للاندماج المحفز بالميونات. [ 7 ] أحد هذه التفاعلات النووية الخالية من النيوترونات تقريبًا يتضمن اندماج ديوترون من الديوتيريوم مع هيليوم -3 (He +2 ) ، مما ينتج عنه جسيم ألفا عالي الطاقة وبروتون ذو طاقة أعلى بكثير ، وكلاهما موجب الشحنة (مع وجود عدد قليل من النيوترونات نتيجة لتفاعلات الاندماج النووي d-d الجانبية الحتمية). ومع ذلك، فإن ميونًا واحدًا بشحنة كهربائية سالبة واحدة فقط غير قادر على حجب الشحنتين الموجبتين للهيليوم عن الشحنة الموجبة للديوترون. لذا فإن احتمالية وجود الميونين المطلوبين في آن واحد ضئيلة للغاية.

في الثقافة

صِيغ مصطلح "الاندماج البارد" للإشارة إلى الاندماج المحفز بالميون في مقال نُشر عام 1956 في صحيفة نيويورك تايمز حول ورقة لويس دبليو ألفاريز . [ 22 ]

في عام ١٩٥٧، كتب ثيودور ستورجون رواية قصيرة بعنوان " الكبسولة في الحاجز "، حيث تمتلك البشرية مفاعلات اندماج بارد منتشرة في كل مكان تعمل باستخدام الميونات. وتتلخص آلية التفاعل في: "عندما يتواجد الهيدروجين-١ والهيدروجين-٢ في وجود ميزونات الميو، يندمجان لتكوين الهيليوم-٣، بطاقة تساوي ٥.٤ × ١٠ أس ٥ إلكترون فولت". وعلى عكس القنبلة النووية الحرارية الموجودة في الكبسولة (والتي تُستخدم لتدمير الحاجز)، يمكن تعطيل هذه المفاعلات مؤقتًا بسبب "عدم التصديق المُركّز" بأن اندماج الميونات يعمل. [ ٢٣ ]

في رواية السير آرثر سي كلارك الثالثة من سلسلة أوديسة الفضاء، بعنوان "2061: الأوديسة الثالثة" ، يُعدّ الاندماج النووي المحفز بالميونات التقنية التي تُمكّن البشرية من السفر بين الكواكب بسهولة. ويُشبّه بطل الرواية، هيوود فلويد، لويس ألفاريز باللورد رذرفورد لتقليله من شأن الإمكانات المستقبلية لاكتشافاتهما.

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ يحدث التكاثر بسبب تفاعلات نووية معينة لالتقاط النيوترونات، متبوعة بتحلل بيتا ، وهو قذف الإلكترونات والنيوترينوات من النوى حيث تتحلل النيوترونات داخل النوى إلى بروتونات نتيجة للقوى النووية الضعيفة.
  2. ↑ الميونات ليست ميزونات ؛ إنها ليبتونات . ومع ذلك، لم يكن هذا واضحًا حتى عام 1947، واستمر اسم "ميزون مو" لبعض الوقت بعد تحديد الميون كلبتون.
  3. ↑ أشار يوجين ب. ويغنر إلى مشكلة الالتصاق ألفا لجاكسون.
  4. ↑ وفقًا لكوهين، إس.؛ وجود، دي إل؛ وريدل، الابن، آر جيه (1960). "جزيئات μ-ميزونية. الجزء الثاني: تكوين الأيونات الجزيئية والحفز النووي". مجلة Physical Review . 119 (1): 397. Bibcode : 1960PhRv..119..397C . doi : 10.1103/PhysRev.119.397 .، الحاشية 16، ربما كان جاكسون متفائلاً للغاية في الملحق د من ورقته البحثية لعام 1957 في "تقديره التقريبي" لمعدل تكوين أيون جزيئي ميوني (p–μ–p) بعامل حوالي مليون أو نحو ذلك.
  5. ↑ بعبارة أخرى، يبلغ الفصل في حالة الميون حوالي 500 فيمتومتر
  6. ↑ " النيوترونات الحرارية " هي نيوترونات تم "تهدئتها" عن طريق التخلي عن معظم طاقتها الحركية في تصادمات مع نوى "مواد التهدئة" أو المهدئات ، وتبريدها إلى " درجة حرارة الغرفة " وامتلاكها طاقة حركية حرارية تبلغ حوالي 0.025 إلكترون فولت، وهو ما يتوافق مع متوسط ​​"درجة حرارة" يبلغ حوالي 300 كلفن أو نحو ذلك. 
  7. ↑ من حيث المبدأ، بالطبع، يمكن تحفيز الاندماج النووي p-d بواسطة الإلكترونات الموجودة في جزيئات الماء "الثقيلة نوعًا ما" DO التي توجد بشكل طبيعي بنسبة 0.0154٪ في الماء العادي (H2O ) . ومع ذلك، ولأن البروتون والديوترون سيكونان أبعد بأكثر من 200 مرة في حالة جزيء HDO الإلكتروني مقارنة بحالة الأيون الجزيئي الميوني (p–μ–d) + ، يقدر جاكسون أن معدل الاندماج المحفز بالإلكترون p–d (eCF) أبطأ بحوالي 38 رتبة مقدارية (10 38 ) من معدل الاندماج المحفز بالميون p–d (μCF)، والذي يقدره جاكسون بحوالي 10 6 في الثانية، لذلك من المتوقع أن تحدث عمليات الاندماج المحفز بالإلكترون p–d (eCF) بمعدل حوالي 10 −32 في الثانية، مما يعني أن عملية اندماج واحدة محفزة بالإلكترون p–d (eCF) قد تحدث مرة واحدة كل 10 24 سنة أو نحو ذلك.

مراجع

  1. 1 2 كلوز، فرانك إي. (1992). شديد الخطورة: السباق نحو الاندماج البارد ( الطبعة الثانية). لندن: بنغوين. ص 32، 54. ISBN   0-14-015926-6.
  2. 1 2 هويزنغا، جون ر. (1993). الاندماج البارد: الفشل العلمي للقرن ( الطبعة الثانية). أكسفورد ونيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد. ص 112. ISBN   0-19-855817-1.
  3. ↑ بيرينجر، ج. (2012). "مجموعة بيانات الجسيمات" (PDF) .
  4. ↑ فرانك، إف سي (1947). "مصادر طاقة بديلة افتراضية لأحداث 'الميزون الثاني'" . مجلة نيتشر . 160 (4068): 525-527 . Bibcode : 1947Natur.160..525F . doi : 10.1038/160525a0 . PMID 20269843 . 
  5. ↑ زيلدوفيتش، ياكوف بوريسوفيتش (1954). "التفاعلات الناتجة عن ميزونات ميو في الهيدروجين". وقائع أكاديمية العلوم في الاتحاد السوفيتي . 95 : 493. Bibcode : 1954DoSSR..95..493Z .
  6. ألفاريز ، إل دبليو ، وآخرون (1957). "تحفيز التفاعلات النووية بواسطة ميزونات μ". مجلة Physical Review ، 105 (3): 1127. Bibcode : 1957PhRv..105.1127A . doi : 10.1103/PhysRev.105.1127 . S2CID 123886206 .  
  7. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ ٦ ٧ ٨ ٩ ١٠ ١١ ١٢ ١٣ ١٤ جاكسون، جيه دي (١٩٥٧). "تحفيز التفاعلات النووية بين نظائر الهيدروجين بواسطة ميزونات μ− " . مجلة Physical Review . ١٠٦ (٢): ٣٣٠. Bibcode : 1957PhRv..106..330J . doi : 10.1103/PhysRev.106.330 .
  8. ↑ فريق العمل (2008-2024). "تطوير الاندماج المحفز بالميونات كمصدر جديد وفير للطاقة النظيفة" . شركة أكسيليرون فيوجن، كامبريدج، ماساتشوستس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 ديسمبر 2025 .
  9. ↑ كنايان، آرا (7 أبريل 2020). "شروط الاندماج المحفز بالميون عالي الإنتاجية" . وكالة مشاريع البحوث المتقدمة - الطاقة ( ARPA-E ) . وزارة الطاقة الأمريكية . تم الاطلاع عليه في 5 أغسطس 2023 .
  10. ↑ فريق التحرير (11 ديسمبر 2024). "شركة أكسيليرون فيوجن تجمع 24 مليون دولار كتمويل تأسيسي لتطوير الاندماج النووي منخفض الحرارة" . وكالة الأنباء النووية . الجمعية النووية الأمريكية . تاريخ الاطلاع: 6 ديسمبر 2025 .
  11. ^ طاقم العمل (2016-2025). "إنتاج الميزون" . نورنت أس . سليمستاد، فيكن، النرويج . تم الاسترجاع في 7 ديسمبر 2025 .
  12. ↑ سيدربيرغ، روجر (2 أبريل 2019). "تطوير حلول جديدة للطاقة النظيفة من الاندماج النووي (إعلان)" . جي يو فنتشرز (شركة مملوكة للحكومة السويدية، وتديرها الجامعة) (بيان صحفي) (باللغة السويدية). جامعة غوتنبرغ . تاريخ الاطلاع: 22 ديسمبر 2025 .
  13. 1 2 3 4 يمكن العثور على قيم الثوابت والكتل الفيزيائية المختلفة علىموقع المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا NIST Constants ، على سبيل المثال.
  14. ↑ رافيلسكي، ج .؛ جونز، إس إي (1987). "الاندماج النووي البارد". مجلة ساينتفك أمريكان . 257 : 84. Bibcode : 1987SciAm.257a..84R . doi : 10.1038/scientificamerican0787-84 .
  15. ↑ جونز، إس إي (1986). "إعادة النظر في الاندماج المحفز بالميون". مجلة نيتشر . 321 (6066): 127-133 . Bibcode : 1986Natur.321..127J . doi : 10.1038/321127a0 . S2CID 39819102 . 
  16. ↑ نيجيل، جيه دبليو؛ فوغت، إريك (1998). التطورات في الفيزياء النووية ( طبعة مصورة). سبرينغر . ص 194-198 . ISBN   9780306457579.
  17. ↑ بوش، جوردون (19 مايو 1996). ""اندماج ميغما" . مجموعة الأخبار : sci.physics.fusion . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 نوفمبر 2015 . 
  18. ↑ كيلي، آر إس؛ هارت، إل جيه إف؛ روز، إس جيه (2021). "دراسة حول إنتاج الميونات بكفاءة لاستخدامها في الاندماج المحفز بالميونات" . مجلة الفيزياء: الطاقة . 3 (3): 035003. Bibcode : 2021JPEn....3c5003S . doi : 10.1088/2515-7655/abfb4b . hdl : 10044/1/89136 .
  19. ↑ ياندل، م.؛ دانوس، م.؛ رافيلسكي، ج. (1988). "إنتاج الميونات كهدف نشط للاندماج المحفز بالميونات" . مجلة Physical Review C. 37 ( 1): 403-406 . Bibcode : 1988PhRvC..37..403J . doi : 10.1103/PhysRevC.37.403 . PMID 9954454 . 
  20. ↑ فيسمان، أ. إي. (1967). "حول إحدى الآليات المحتملة لإنتاج أيون الجزيء المتوسط ​​(ddµ) + " (PDF) . رسائل JETP . 5 (4): 91-93 .
  21. ↑ بالين، د. ف . وآخرون (2011). "دراسة عالية الدقة للاندماج المحفز بالميون في غازي D2 وH2". فيزياء الجسيمات والنوى . 42 (2): 185-214 . Bibcode : 2011PPN....42..185B . doi : 10.1134/S106377961102002X . S2CID 120359203 .  .
  22. ↑ لورانس، ويليام ل. (30 ديسمبر 1956)، "الاندماج البارد لذرات الهيدروجين: طريقة رابعة تجمع بين التقنيات" ، صحيفة نيويورك تايمز ، ص. E7 
  23. ↑ ستورجون، ثيودور (1957). "الكبسولة في الحاجز". مجلة غالاكسي للخيال العلمي . 14 : 8.كما ورد في المجموعة A Touch of Strange ، صفحة 17.
  • النسخ الاحتياطي لأرشيف الويب: مقالات وعروض تقديمية حول هذا الموضوع
  • نسخة احتياطية من أرشيف الويب: مخطط الاندماج المحفز بالميون