يعتمد مستقبل طاقة الاندماج النووي على فهم ألغاز البلازما، وهي الحالة الرابعة للمادة التي تتسم بسلوك معقد وديناميكي. تتيح المحاكاة المتقدمة والتعلم الآلي إمكانية التنبؤ بكيفية تصرف البلازما داخل أجهزة الاندماج، ما يساعد الباحثين على تحسين تصميماتها وضمان كفاءتها قبل تنفيذها عملياً.

يعد تحقيق الاندماج النووي والحفاظ عليه تحدياً علمياً معقداً، حيث يسعى العلماء إلى استنساخ الظروف النجمية على الأرض. ناثان هوارد، الباحث العلمي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT PSFC)، يرى أن الاندماج النووي يمثل أحد أهم الحلول المستقبلية للطاقة النظيفة والمستدامة. ويعمل مع فريقه في مجموعة النمذجة المتكاملة لتجارب الاندماج المغناطيسي (MFE-IM) على تطوير نماذج رياضية متقدمة تحاكي أداء البلازما، ويتم التحقق من دقة هذه النماذج باستخدام بيانات تجريبية لضمان توافقها مع الواقع.

في بحث حديث، استخدم هوارد محاكاة عالية الدقة لدراسة التوربولانس في البلازما، والتي تعد واحداً من العوامل الأساسية التي تؤثر على استقرار وأداء أجهزة الاندماج النووي. وتهدف هذه الدراسة إلى التحقق من أن جهاز ITER، وهو أكبر تجربة اندماجية يتم إنشاؤها حالياً في جنوب فرنسا، سيحقق أهدافه عند تشغيله. وأظهرت النتائج أنه يمكن تحقيق نفس مستوى إنتاج الطاقة مع تقليل مدخلات الطاقة، ما يعزز كفاءة تشغيل مثل هذه الأجهزة بشكل كبير.

تم تنفيذ هذه الدراسة باستخدام كود CGYRO، وهو أداة محاكاة متقدمة تولد نماذج تفصيلية لسلوك البلازما. ولتسريع عمليات التنبؤ، تم تعزيز هذه النماذج باستخدام إطار PORTALS، وهو نظام يعتمد على تقنيات الذكاء الاصطناعي لبناء محاكٍ سريع يمكنه تقليد نتائج المحاكاة المعقدة بدقة عالية. بعد التحقق من صحة هذه النماذج، تمكن الباحثون من استكشاف سيناريوات تشغيل بديلة يمكن أن تقلل من استهلاك الطاقة دون التأثير سلبًا على أداء البلازما.

أكدت النتائج أن سيناريو الأساس في ITER يمكن أن ينتج طاقة تفوق المدخلات بعشرة أضعاف، كما كشفت أن خفض مدخلات الطاقة لا يؤثر بشكل كبير على درجة حرارة نواة البلازما، ما يفتح الباب أمام تحسينات مستقبلية قد تزيد من كفاءة أجهزة الاندماج.

يشير هوارد إلى أن هذه الدراسة تمثل خطوة هامة نحو تسريع أبحاث الاندماج النووي، إذ يمكن استخدامها لتوجيه تخطيط التجارب وتحسين أداء أجهزة الاندماج المستقبلية. ويضيف أن التقدم المستمر في مجال المحاكاة والذكاء الاصطناعي يعزز فرص تحقيق طاقة اندماجية نظيفة وفعالة، ما يجعل هذا المصدر الواعد للطاقة أقرب إلى أن يصبح واقعاً ملموساً. مع استمرار الجهود البحثية، قد يكون الاندماج النووي هو الحل الأمثل لتوفير طاقة مستدامة تلبي احتياجات العالم دون التسبب في تلوث بيئي أو استنزاف الموارد الطبيعية.