ด้วยเลเซอร์อันทรงพลัง นักวิทยาศาสตร์ได้ก้าวไปสู่ความสำเร็จครั้งสำคัญสำหรับนิวเคลียร์ฟิวชัน
การทดลองฟิวชันที่โรงงานเลเซอร์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกได้บาคาร่าเว็บตรงปล่อยพลังงาน 1.3 ล้านจูล เข้าใกล้จุดคุ้มทุนที่เรียกว่าการจุดระเบิด ซึ่งการหลอมรวมเริ่มปล่อยพลังงานมากกว่าที่จำเป็นในการระเบิด การบรรลุจุดไฟจะช่วยเสริมความหวังว่าการหลอมรวมสามารถเป็นแหล่งพลังงานที่สะอาดและอุดมสมบูรณ์ในวันหนึ่ง ซึ่งเป็นเป้าหมายที่นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามดิ้นรนเพื่อให้ก้าวหน้าไปสู่ ( SN: 2/8/18 )
ด้วยการทุบแคปซูลขนาดเล็กด้วยเลเซอร์ที่ National Ignition Facility
หรือ NIF ที่ Lawrence Livermore National Laboratory ในแคลิฟอร์เนีย นักวิทยาศาสตร์ได้กระตุ้นปฏิกิริยาฟิวชันที่ปั่นพลังงานออกมามากกว่า 10 พันล้านล้านวัตต์ในระยะเวลามากกว่า 100 ล้านล้านวินาที การทดลองทั้งหมด ซึ่งดำเนินการเมื่อวันที่ 8 สิงหาคม โดยปล่อยพลังงานประมาณ 70 เปอร์เซ็นต์ของแสงเลเซอร์ที่ใช้ในการทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชัน ทำให้โรงงานใกล้จุดไฟมากขึ้นกว่าเดิมมาก
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เนื่องจากแคปซูลดูดซับพลังงานเลเซอร์เพียงบางส่วนที่เน้นไปที่แคปซูล ปฏิกิริยาจึงผลิตพลังงานมากกว่าการจุดไฟโดยตรง Carolyn Kuranz นักฟิสิกส์พลาสมาแห่งมหาวิทยาลัยมิชิแกนใน Ann Arbor กล่าวว่า “โดยพื้นฐานแล้วเป็นความสำเร็จที่น่าทึ่งอย่างแท้จริง” ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว จากตัวชี้วัดนั้น ปฏิกิริยาฟิวชันสร้างพลังงานได้มากถึงห้าเท่าของพลังงานที่ถูกดูดซับ
“เป็นผลลัพธ์ที่น่าตื่นเต้นจริงๆ และไม่ชัดเจนว่า NIF จะสามารถบรรลุผลลัพธ์นี้ได้” Kuranz กล่าว เป็นเวลาหลายปีแล้วที่นักวิทยาศาสตร์ของ NIF ได้พยายามที่จะจุดประกายไฟ แต่พวกเขาก็พบกับความพ่ายแพ้ ( SN: 4/4/13 ) ในขณะที่ผลการวิจัยใหม่ยังไม่ได้ตีพิมพ์ในวารสารทางวิทยาศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์ของ NIF ได้เปิดเผยต่อสาธารณะพร้อมกับการค้นพบของพวกเขาหลังจากที่คำพูดถูกเผยแพร่สู่ชุมชนวิทยาศาสตร์และความตื่นเต้นก็เพิ่มขึ้น
“มันทำให้ฉันมีความหวังมาก … สำหรับการหลอมรวมในอนาคต” คูรานซ์กล่าว
นิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งเป็นกระบวนการเดียวกับที่ให้พลังงานกับดวงอาทิตย์ จะเป็นแหล่งพลังงานที่น่าสนใจบนโลก เพราะมันตรวจสอบกล่องหลายกล่องเพื่อความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม โดยจะไม่สร้างก๊าซเรือนกระจกที่ร้อนขึ้นจากสภาพอากาศหรือของเสียจากกัมมันตภาพรังสีที่เป็นอันตรายและมีอายุยืนยาว ในการหลอมรวมของนิวเคลียส นิวเคลียสของไฮโดรเจนจะหลอมรวมกันเป็นฮีเลียม และปล่อยพลังงานออกมาในกระบวนการ แต่การหลอมรวมต้องใช้อุณหภูมิและความดันสูง ทำให้ควบคุมได้ยาก
NIF ไม่ได้อยู่คนเดียวในภารกิจฟิวชั่น โครงการอื่นๆ เช่น ITER ซึ่งเป็นโรงงานขนาดใหญ่ที่อยู่ระหว่างการก่อสร้างทางตอนใต้ของฝรั่งเศส กำลังใช้เทคนิคต่างๆ เพื่อแก้ไขปัญหา ( SN: 1/27/16 ) แต่ความพยายามเหล่านั้นก็พบกับความยากลำบากเช่นกัน บางทีก็ไม่น่าแปลกใจเลยที่การควบคุมปฏิกิริยาที่คล้ายกับปฏิกิริยากับแสงแดดนั้นเป็นสิ่งที่ท้าทายไม่ว่าคุณจะดำเนินการอย่างไร
ในการทดลองฟิวชันของ NIF ลำแสงเลเซอร์ 192 ลำมาบรรจบกันบนกระบอกสูบขนาดเล็กที่บรรจุแคปซูลเชื้อเพลิงขนาดพริกไทย เมื่อเลเซอร์ระเบิดอันทรงพลังกระทบกระบอกสูบ รังสีเอกซ์จะไหลออกมา ทำให้ภายนอกของแคปซูลกลายเป็นไอและระเบิดเชื้อเพลิงภายใน เชื้อเพลิงนั้นเป็นส่วนผสมของดิวเทอเรียมและทริเทียม ซึ่งเป็นพันธุ์ของไฮโดรเจนที่มีนิวตรอนหนึ่งหรือสองนิวตรอนตามลำดับในนิวเคลียสของอะตอม เมื่อเชื้อเพลิงระเบิด มันจะไปถึงความหนาแน่น อุณหภูมิ และความดันที่จำเป็นในการหลอมไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียม ฮีเลียมนั้นสามารถทำให้เชื้อเพลิงที่เหลือร้อนขึ้นได้ ซึ่งเรียกว่าการให้ความร้อนแบบอัลฟา ทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิวชัน
ภาพประกอบของเลเซอร์สีน้ำเงินระเบิดแคปซูลเชื้อเพลิง
ในการทดลองฟิวชันที่ National Ignition Facility เลเซอร์ (สีน้ำเงินในการเรนเดอร์ของศิลปินคนนี้) ระเบิดกระบอกเล็กๆ ที่บรรจุแคปซูลเชื้อเพลิง (ทรงกลมสีขาว) กระบวนการนั้นสร้างรังสีเอกซ์ที่ทำให้ภายนอกของแคปซูลกลายเป็นไอและบีบอัดเชื้อเพลิงให้มีแรงดันและอุณหภูมิที่รุนแรงซึ่งจำเป็นต่อการขับเคลื่อนฟิวชัน
LLNL
ขั้นตอนสุดท้ายนั้นมีความสำคัญต่อการเพิ่มผลผลิตพลังงาน “สิ่งใหม่เกี่ยวกับการทดลองนี้คือเราได้สร้างระบบที่อัตราการให้ความร้อนอัลฟานั้นมากกว่าที่เราเคยทำมาก่อน” นักฟิสิกส์ NIF กล่าว Arthur Pak
นักวิทยาศาสตร์ได้สำรวจหล่มต่างๆ เพื่อไปยังขั้นตอนนี้ “มีปัญหาทางฟิสิกส์มากมาย … ที่เราเผชิญและบรรเทาลง” Pak กล่าว ตัวอย่างเช่น นักวิจัยใช้ความพยายามอย่างมากในการทำให้แคปซูลดูดซับพลังงานมากขึ้น เพื่อขจัดข้อบกพร่องเล็กๆ น้อยๆ ในแคปซูล และปรับแต่งพัลส์เลเซอร์อย่างระมัดระวังเพื่อเพิ่มการหลอมรวมสูงสุด
ในปี 2018 นักวิจัยเริ่มเห็นผลลัพธ์ของความพยายามเหล่านั้น NIF บรรลุพลังงานฟิวชั่นที่บันทึกในขณะนั้นที่ 55,000 จูล จากนั้นในฤดูใบไม้ผลิปี 2564 NIF ถึง 170,000 จูล นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าการปรับการออกแบบการทดลองเพิ่มเติมสามารถเพิ่มผลลัพธ์ได้มากขึ้น แต่การทดลองใหม่นี้ทำได้เหนือความคาดหมาย โดยให้พลังงานมากกว่าความพยายามครั้งก่อนเกือบแปดเท่าบาคาร่าเว็บตรง
