100 مليون درجة لإلكترونات آلة اندماج مدمجة

في مفاعل اندماج مستقبلي «يحترق» ذاتيًا، ستمنح جسيمات ألفا الناتجة عن الاندماج معظم طاقتها إلى إلكترونات البلازما، عبر التصادمات. ومدى سخونة هذه الإلكترونات، وسرعة تسرّب حرارتها، سيحددان إلى حد كبير مدى جودة عمل المفاعل.

إحدى طرق تسخين الإلكترونات مباشرةً هي الموجات الميكروية: التسخين بالرنين السيكلوتروني الإلكتروني (ECRH). ويُتوقع أن تزداد أهميته في أجهزة الاندماج المدمجة المستقبلية. غير أن التجارب على الطارات الكروية — وهي أجهزة شديدة الصغر تحصر البلازما في مجال مغناطيسي — سُخّنت في الغالب بحزم من الجسيمات المتعادلة السريعة، ودُرست مع أيونات ساخنة. ويكتب المؤلفون أن البلازما التي تُسخَّن فيها الإلكترونات الساخنة بالموجات الميكروية وحدها تقريبًا لا تزال غير مستكشفة إلى حد كبير.

الطلقة 18325

يقدّم غوانغ يانغ ويويه جيانغ شي وفريق EXL-50U، وهو طارة كروية تشغّلها شركة ENN Fusion في بكين، تقريرًا عن تفريغ من هذا النوع. فخلال الطلقة 18325، حملت البلازما تيارًا بنحو 500 كيلو أمبير، ولم تُسخَّن إلا بموجات ميكروية بتردد 50 غيغاهرتز، من نظامين استُخدما الواحد تلو الآخر: مُطلِق أول بنحو 230 كيلوواط حتى 0.5 ثانية، ثم ثانٍ بنحو 200 كيلوواط.

• أثناء تشغيل المُطلِق الأول، بقيت إلكترونات اللبّ قرب 2 كيلو إلكترون فولت.
• بعد الانتقال، ارتفعت حرارتها بسرعة. وعند 0.60 ثانية، قاست أداة تشخيص ليزرية (تشتت طومسون) نحو 10 كيلو إلكترون فولت في المركز. ولأن هوامش الخطأ كبيرة، يحتفظ الفريق بقيمة 8.6 كيلو إلكترون فولت — أي 100 مليون كلفن — حدًّا أدنى حذرًا.
• دامت المرحلة الساخنة نحو 150 ميلي ثانية، عند كثافة لبّ منخفضة جدًا تبلغ نحو 0.4 × 10¹⁹ جسيم في المتر المكعب، قبل أن تنهار مع انخفاض التيار وارتفاع الكثافة.

الطلقة 18325 على EXL-50U: تبلغ درجة حرارة إلكترونات اللبّ (اللوحة a6) ذروتها قرب 0.6 ثانية بعد الانتقال إلى نظام الموجات الميكروية الثاني؛ وتُظهر اللوحة B منحنى درجة الحرارة الحاد القمة. — الشكل 1، Yang وآخرون (2026)، arXiv:2610.14684.

ولأن القدرة المحقونة لم تتغير تقريبًا عند الانتقال، يعزو المؤلفون القفزة إلى تغيّر في المكان الذي يودِع فيه المُطلِق الثاني طاقته — خارج المحور، بحسب نموذج تتبع الأشعة لديهم. أما الآلية الدقيقة، وما إذا كان اختلاف استقطاب الموجتين هو السبب الحاسم، فلا يزالان مسألتين مفتوحتين.

إلكترونات ساخنة وأيونات باردة

منحنى درجة الحرارة حاد القمة: إذ ينخفض إلى نحو 1 كيلو إلكترون فولت في منتصف الطريق إلى الحافة، فيما تبقى الكثافة شبه مستوية. فالحرارة مركّزة قرب المحور.

لم تُقَس الأيونات خلال النافذة الساخنة. وفي اليوم نفسه، وجد مطياف للأشعة السينية أيونات اللبّ متجمعة قرب 0.5 كيلو إلكترون فولت، وفي طلقات قريبة ازدادت نسبة درجة حرارة الإلكترونات إلى الأيونات مع انخفاض الكثافة. وبعبارة أخرى، عند الكثافة المنخفضة تكون إلكترونات هذه البلازما وأيوناتها منفصلة بشدة: فالـ100 مليون درجة تخص الإلكترونات وحدها.

ونمذج الفريق أيضًا كيفية تسرّب الحرارة. فحرارة الإلكترونات تتسرب أسرع بما بين 100 و10,000 مرة مما تتنبأ به أبسط نظرية تصادمية — وهو ما يسميه الفيزيائيون النقل الشاذ — لكن بدرجة أقل قرب المحور تمامًا. وتشير المحاكاة إلى نوعين من عدم الاستقرار الصغير النطاق، أحدهما في اللبّ والآخر عند منتصف نصف القطر؛ ويشدّد المؤلفون على أن ذلك ليس تنبؤًا كميًا بفقدان الحرارة.

ما ينبغي أخذه في الحسبان

تأتي درجة الحرارة المركزية مع تحفظات يفصّلها المؤلفون. فالقياس مشوَّش عند هذه الكثافة المنخفضة؛ وهو يفترض أن الإلكترونات تتبع توزيعًا حراريًا عاديًا، ولم تُرصد على حدة الإلكترونات السريعة «غير الحرارية» المحتملة الناتجة عن الموجات الميكروية. كما أن مستوى الشوائب في البلازما افتُرض ولم يُقَس.

وثمة أيضًا تضارب مصالح تجدر الإشارة إليه. فالمؤلفون منتسبون إلى ENN Fusion، الشركة الخاصة التي تشغّل EXL-50U، ومُوِّل العمل من شركة تابعة لـENN. وهم يصرّحون بعدم وجود تضارب، ويذكرون أن الجهة الممولة لم يكن لها أي دور في الدراسة. ومع ذلك، فهذه شركة تعلن عن إنجاز في أداء آلتها الخاصة، في نسخة أولية قصيرة لم تخضع لمراجعة الأقران.