نموذج تنبؤي جديد يُحسّن موثوقية مفاعلات الطاقة الاندماجية

أظهرت دراسة جديدة أجرها باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) تقدماً مهماً في تحسين موثوقية مفاعلات الاندماج النووي، من خلال نموذج تنبؤي جديد يمكنه التنبؤ بسلوك البلازما أثناء إيقافها بسلاسة في مفاعلات التوكاماك. تُعد التوكاماك أجهزة تجريبية تُحاكي عملية الاندماج النووي التي تحدث في الشمس، حيث تُستخدم مجالات مغناطيسية قوية لاحتواء بلازما حرارة سطحها تفوق 100 مليون درجة مئوية، وتُدفع ذراتها للاندماج وتحرير الطاقة. ومع أن هذه المفاعلات لا تزال في مرحلة البحث، إلا أن التحدي الأكبر يكمن في إدارة عملية إيقاف البلازما بسلاسة، إذ أن التوقف غير المنضبط قد يؤدي إلى اضطرابات تسبب تلفاً في جدران المفاعل. الباحثون، بقيادة ألين وانغ، طالب دكتوراه في الهندسة الجوية والفضائية، طوّروا نموذجاً يدمج بين تعلم الآلة والنمذجة الفيزيائية للبلازما. بدل استخدام نماذج تعلم آلي فقط، التي تتطلب كميات هائلة من البيانات، قام الفريق بدمج شبكة عصبية اصطناعية مع نموذج فيزيائي يعكس القوانين الأساسية لديناميكية البلازما. هذا التكامل سمح للنموذج بالتعلم بفعالية من عدد محدود من البيانات — فقط بضع مئات من النبضات التجريبية من مفاعل TCV الصغير في سويسرا، الذي يُستخدم كمنصة لاختبار تقنيات مُستقبلية. أظهر النموذج دقة عالية في التنبؤ بسلوك البلازما أثناء عملية التخفيض التدريجي للتيار (rampdown)، بما في ذلك توقع أي اضطرابات محتملة. كما طوّر الباحثون خوارزمية قادرة على تحويل التنبؤات إلى مسارات عملية يمكن للتحكم الآلي في المفاعل تنفيذها، مثل تعديل المجالات المغناطيسية أو درجة الحرارة لضمان استقرار البلازما. عند تطبيق الخوارزمية على تجارب TCV، أظهرت النتائج تحسناً واضحاً: تم إيقاف البلازما بشكل أسرع وأكثر أماناً، دون حدوث اضطرابات، مقارنة بالتجارب التقليدية. يؤكد وانغ أن "الاندماج النووي لن يكون مصدراً موثوقاً للطاقة ما لم نتمكن من إدارة البلازما بكفاءة". ويضيف أن هذه الدراسة تمثل خطوة أولى في رحلة طويلة نحو جعل الطاقة الاندماجية جاهزة للاستخدام التجاري. وتعمل فرق الباحثين حالياً مع شركة كومونث فوشن سايستمز (CFS)، وهي شركة تابعة لـMIT، على تطبيق هذا النموذج في تطوير مفاعل SPARC، الذي يهدف إلى تحقيق إنتاج طاقة صافية، أي إنتاج طاقة أكثر من التي تستهلكها لتسخين البلازما. تم دعم البحث جزئياً من قبل CFS، وبرنامج Euratom، والمؤسسة الأوروبية للاندماج النووي (EUROfusion)، بالإضافة إلى دعم من وزارة التعليم والبحث والابتكار في سويسرا. هذه الشراكات تُظهر التزاماً متزايداً بتحويل الطاقة الاندماجية من مفهوم تجريبي إلى مصدر عملي وآمن للطاقة في المستقبل.