قرصة على شكل حرف Z

كانت أجهزة الانضغاط من أوائل الجهود المبذولة في مجال طاقة الاندماج النووي. بدأ البحث في المملكة المتحدة في فترة ما بعد الحرب مباشرة، لكن قلة الاهتمام أدت إلى قلة التطوير حتى خمسينيات القرن العشرين. أدى الإعلان عن مشروع هيمول في أوائل عام 1951 إلى جهود الاندماج النووي في جميع أنحاء العالم، ولا سيما في المملكة المتحدة والولايات المتحدة (انظر: هابيرساترون ، وهو جهاز انضغاط من نوع z في مختبر لوس ألاموس الوطني ). تم بناء تجارب صغيرة في المختبرات لمعالجة مختلف المشكلات العملية، لكن جميع هذه الأجهزة أظهرت عدم استقرار غير متوقع للبلازما مما تسبب في اصطدامها بجدران الحاوية. أصبحت هذه المشكلة تُعرف باسم " عدم استقرار الانحناء ".

بحلول عام ١٩٥٣، بدا أن تقنية "الضغط المُستقر" قد حلت المشاكل التي واجهتها الأجهزة السابقة. أضافت هذه التقنية مغناطيسات خارجية تُولّد مجالًا مغناطيسيًا حلقيًا داخل الحجرة. عند تشغيل الجهاز، يُضاف هذا المجال إلى المجال الناتج عن التيار في البلازما. ونتيجةً لذلك، يتحول المجال المغناطيسي المستقيم إلى شكل حلزوني، تتبعه الجسيمات أثناء دورانها حول الأنبوب بفعل التيار. الجسيم القريب من السطح الخارجي للأنبوب والذي يرغب في الانحناء للخارج، يتحرك على طول هذه الخطوط حتى يعود إلى داخل الأنبوب، حيث تعيده حركته الخارجية إلى مركز البلازما.

بدأ باحثون في المملكة المتحدة بناء جهاز زيتا عام ١٩٥٤. وكان زيتا آنذاك أكبر جهاز اندماج نووي في عصره. في ذلك الوقت، كانت معظم أبحاث الاندماج النووي سرية، لذا لم يكن التقدم المحرز في زيتا معروفًا على نطاق واسع خارج المختبرات العاملة عليه. إلا أن باحثين أمريكيين زاروا زيتا وأدركوا أنهم على وشك التخلف عن الركب. فسارعت فرق من كلا جانبي المحيط الأطلسي لتكون أول من يكمل آلات الضغط المستقرة.

فاز جهاز زيتا بالسباق، وبحلول صيف عام ١٩٥٧، كان يُنتج دفعات من النيوترونات في كل دورة تشغيل. ورغم تحفظات الباحثين، نُشرت نتائجهم بحفاوة بالغة باعتبارها الخطوة الأولى الناجحة على طريق الطاقة الاندماجية التجارية. إلا أن دراسات لاحقة سرعان ما أظهرت أن القياسات كانت مُضللة، وأن أيًا من الأجهزة لم يكن قريبًا من مستويات الاندماج. تضاءل الاهتمام بأجهزة الانضغاط، مع أن جهاز زيتا وجهاز سيبتر ، وهو جهاز مشابه له ، استُخدما لسنوات عديدة كأجهزة تجريبية.

طُوِّر مفهوم نظام الدفع الاندماجي بتقنية الانضغاط Z من خلال تعاون بين وكالة ناسا وشركات خاصة. ^{[ 1 ]} تعمل الطاقة المنبعثة من تأثير الانضغاط Z على تسريع وقود الليثيوم إلى سرعة عالية، مما ينتج عنه قيمة دفع نوعية تبلغ 19400 ثانية وقوة دفع تبلغ 38  كيلو نيوتن. ويتطلب الأمر فوهة مغناطيسية لتحويل الطاقة المنبعثة إلى دفع مفيد. من المحتمل أن تُقلل طريقة الدفع هذه من أوقات السفر بين الكواكب. على سبيل المثال، تستغرق مهمة إلى المريخ حوالي 35 يومًا في اتجاه واحد، مع إجمالي وقت احتراق يبلغ 20 يومًا وكتلة وقود محترق تبلغ 350 طنًا. ^{[ 2 ]}

على الرغم من بقاء مفهوم "الضغط" غير معروف نسبيًا لسنوات، استخدم العلماء السوفييت هذا المفهوم لتطوير جهاز التوكاماك . وخلافًا لأجهزة الضغط المستقرة في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة، استخدم التوكاماك طاقة أكبر بكثير في المغناطيسات المثبتة، وطاقة أقل بكثير في تيار البلازما. وقد قلل هذا من عدم الاستقرار الناتج عن التيارات الكبيرة في البلازما، وأدى إلى تحسينات كبيرة في الاستقرار. كانت النتائج مبهرة لدرجة أن باحثين آخرين شككوا فيها عند الإعلان عنها لأول مرة عام 1968. واستُدعي أعضاء فريق زيتا، الذي كان لا يزال يعمل آنذاك، للتحقق من النتائج. وأصبح التوكاماك النهج الأكثر دراسة في مجال الاندماج النووي المُتحكم فيه.

تستخدم تقنية تثبيت التدفق القصي طبقة واحدة أو أكثر من طبقات البلازما الحلقية عالية السرعة، المحيطة بخيط البلازما، لتثبيت الخيط ضد عدم استقرار الانحناء والانضغاط. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

في عام 2018، أثبت جهاز Z-pinch المُثبَّت بتدفق القص قدرته على توليد النيوترونات. وقد بُني هذا الجهاز من قِبل شركة Zap Energy ، وهي شركة متخصصة في الاندماج النووي، ^{[ 5 ]} وهي شركة منبثقة عن جامعة واشنطن ، ^{[ 6 ]} ومُوِّل من قِبل مستثمرين استراتيجيين وماليين ومنح من وكالة مشاريع البحوث المتقدمة - الطاقة ( ARPA-E ). ^{[ 7 ] [ 8 ]} وقد حافظت البلازما المُثبَّتة بالتدفق على استقرارها لمدة أطول بـ 5000 مرة من البلازما الساكنة. ^{[ 9 ]} وأنتج مزيج من 20% ديوتيريوم و80% هيدروجين (حسب الضغط) انبعاثات نيوترونية استمرت حوالي 5 ميكروثانية مع تيارات انضغاطية تبلغ حوالي 200 كيلو أمبير خلال فترة سكون للبلازما تبلغ حوالي 16 ميكروثانية. وقُدِّر متوسط ​​إنتاج النيوترونات بـ (1.25±0.45)×10⁵ ^{نيوترون} /نبضة. تم قياس درجات حرارة البلازما التي تتراوح بين 1 و2 كيلو إلكترون فولت (12-24 مليون درجة مئوية) وكثافات تبلغ حوالي 10 ^{^17} سم ^{^-3} مع أنصاف أقطار انضغاط تبلغ 0.3 سم. ^{[ 10 ]} 

اعتبارًا من عام 2026هناك شركتان على الأقل تعملان على تطوير مفاعلات الاندماج المغناطيسي بالقصور الذاتي بتقنية الانضغاط Z، وكلاهما يعمل بتفاعلات الديوتيريوم والتريتيوم ، وهما في الولايات المتحدة: شركة تكنولوجيا الاندماج المغناطيسي بالقصور الذاتي (MIFTI)، التي تأسست عام 2008 كشركة منبثقة عن جامعة كاليفورنيا في إرفاين ، وهي الآن قسم من شركة يو إس نيوكلير كورب ، ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} وشركة زاب إنرجي ، التي تأسست عام 2017 كشركة منبثقة عن جامعة واشنطن . ^{[ 5 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}