เกริ่นคร่าวๆก่อนว่าโลกร้อนเนื่องจากเราใช้พลังงานจากการเผาไหม้เกิดภาวะเรือนกระจก
เป็นวิกฤติของโลกที่คนทั่วๆไปเคยได้ยินแต่ไม่ได้สนใจนัก
โลกอุณหภูมิสูงขึ้น น้ำแข็งขั้วโลกละลาย น้ำทะเลอุณหภูมิสูงขึ้นปะการังเริ่มตาย ผลกระทบอื่นๆอีกมากมายจนต้องหาทางได้พลังงานสะอาด
จริงๆเป็นประเด็นที่พูดถึงกันอย่างมาก และเป็นเรื่องใหญ่มากแต่เรายังรู้สึกไกลตัวทั้งที่มันใกล้ตัวเข้ามาเรื่อยๆถ้ายังหาพลังงานสะอาดไม่ได้
สมดุลของสิ่งแวดล้อมกำลังสูญเสีย สิ่งมีชีวิตทุกชนิดจะได้รับผลกระทบมากขึ้นเรื่อยๆ
ในที่สุดวันนี้ก็มีการประกาศความสำเร็จที่สำคัญ และบ่งบอกว่าเราจะมีพลังงานสะอาดได้ในอีกไม่กี่สิบปีจากนี้
v
v
v
นักวิทยาศาสตร์บรรลุความก้าวหน้าของนิวเคลียร์ฟิวชันด้วยการระเบิดของเลเซอร์ 192 ตัว
ความก้าวหน้าของนักวิจัยจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Livermore จะถูกสร้างขึ้นเพื่อพัฒนาการวิจัยด้านพลังงานฟิวชันต่อไป
การตรวจสอบชุดประกอบเลนส์ขั้นสุดท้ายระหว่างการบำรุงรักษาตามปกติใน National Ignition Facility ของ Lawrence Livermore National Laboratory ในแคลิฟอร์เนียเครดิต...Jason Laurea / Lawrence Livermore National Laboratory
โดยเคนเนธ ชาง
13 ธ.ค. 2565อัปเดต13:38 น. ET
นักวิทยาศาสตร์ศึกษาพลังงานฟิวชันที่ Lawrence Livermore National Laboratory ในแคลิฟอร์เนีย ประกาศเมื่อวันอังคารที่ผ่านมาว่า พวกเขาได้ก้าวข้ามหลักชัยสำคัญในการสร้างพลังของดวงอาทิตย์ในห้องทดลอง
นักวิทยาศาสตร์หลายทศวรรษกล่าวว่าปฏิกิริยาฟิวชันซึ่งเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ทำให้ดาวส่องแสงสามารถให้แหล่งพลังงานที่อุดมสมบูรณ์ในอนาคตได้
ผลลัพธ์ที่ประกาศเมื่อวันอังคารเป็นปฏิกิริยาฟิวชันครั้งแรกในห้องปฏิบัติการที่ผลิตพลังงานมากกว่าที่ใช้ในการเริ่มปฏิกิริยา
“นี่เป็นตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมของความเป็นไปได้ ความสำเร็จครั้งสำคัญทางวิทยาศาสตร์ และหนทางสู่ความเป็นไปได้ของพลังงานสะอาด” อาราตี ประภาการ์ ที่ปรึกษาด้านวิทยาศาสตร์ของทำเนียบขาว กล่าวระหว่างการแถลงข่าวเมื่อเช้าวันอังคารที่กระทรวงกลาโหม สำนักงานใหญ่ของ Energy ในกรุงวอชิงตัน ดี.ซี.
จากมุมมองด้านสิ่งแวดล้อม ฟิวชั่นมีเสน่ห์ดึงดูดใจเสมอ ภายในดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ ฟิวชันจะรวมอะตอมของไฮโดรเจนเข้ากับฮีเลียมอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดแสงอาทิตย์และความอบอุ่นที่อาบดาวเคราะห์
ในเครื่องปฏิกรณ์ทดลองและแล็บเลเซอร์บนโลก ฟิวชันมีชื่อในฐานะแหล่งพลังงานที่สะอาดมาก ปราศจากมลพิษและก๊าซเรือนกระจกที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิลและกากกัมมันตภาพรังสีที่มีอายุยืนยาวที่เป็นอันตรายที่สร้างโดยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบันซึ่งใช้การแตกตัวของยูเรเนียมเพื่อผลิตพลังงาน
อย่างไรก็ตามในความพยายามทั้งหมดของนักวิทยาศาสตร์ การทดลองของพวกเขาใช้พลังงานมากกว่าปฏิกิริยาฟิวชันที่เกิดขึ้น
แต่เมื่อเวลา 01.03 น. ของวันที่ 5 ธันวาคม เมื่อเลเซอร์ขนาดยักษ์ 192 ตัวที่ National Ignition Facility ของห้องปฏิบัติการได้ส่องไปยังกระบอกขนาดเล็กที่มีขนาดเท่ากับยางลบดินสอซึ่งมีก้อนไฮโดรเจนเยือกแข็งห่อหุ้มอยู่ในเพชร
ลำแสงเลเซอร์เข้ามาที่ด้านบนและด้านล่างของกระบอกสูบ ทำให้กลายเป็นไอ นั่นทำให้เกิดรังสีเอกซ์ที่เชื้อเพลิงขนาด BB ของดิวเทอเรียมและไอโซโทป ซึ่งเป็นรูปแบบไฮโดรเจนที่หนักกว่า
ในช่วงเวลาสั้น ๆ ซึ่งกินเวลาน้อยกว่า 100 ล้านล้านของวินาที พลังงาน 2.05 เมกะจูล ซึ่งเทียบเท่ากับทีเอ็นทีหนึ่งปอนด์ได้ทำปฏิกริยากับเม็ดไฮโดรเจน เกิดอนุภาคนิวตรอนไหลออกมาอย่างท่วมท้น ซึ่งเป็นผลผลิตของฟิวชั่น ซึ่งมีพลังงานประมาณ 3 เมกะจูล ซึ่งคิดเป็น 1.5 เท่าของการเพิ่มพลังงาน
ความหวังสำหรับพลังงานฟิวชัน
นิวเคลียร์ฟิวชันซึ่งจำลองกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในดวงอาทิตย์ ถูกมองว่าเป็นทางออกที่เป็นไปได้สำหรับความท้าทายด้านพลังงานของโลก
ความก้าวหน้าครั้งสำคัญ:นักวิทยาศาสตร์คาดว่าจะประกาศความก้าวหน้าที่สำคัญที่อาจเกิดขึ้นในการวิจัยฟิวชัน นี่คือสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับฟิวชั่น
สิ่งนี้ข้ามเกณฑ์ที่นักวิทยาศาสตร์ฟิวชั่นเลเซอร์เรียกว่าการจุดระเบิด ซึ่งเป็นเส้นแบ่งที่พลังงานที่เกิดจากการฟิวชันจะเท่ากับพลังงานของเลเซอร์ที่เข้าไปเมื่อเริ่มปฏิกิริยา
Annie Kritcher นักฟิสิกส์จาก Livermore ผู้อธิบายการตรวจสอบข้อมูลหลังการทดลองกล่าวว่า "คุณเห็นผลที่ได้ และคุณคิดว่านั่นอาจไม่จริงก็ได้ และจากนั้นคุณก็เริ่มตรวจสอบผลลัพธ์อย่างถี่ถ้วน ทั้งหมดชี้ไปที่สิ่งเดียวกันว่านั่นคือผลลัพธ์ที่ได้ถูกต้อง" “มันเป็นความรู้สึกที่ดี”
ในที่สุด การทดลองที่ประสบความสำเร็จก็บรรลุเป้าหมายตามที่สัญญาไว้เมื่อการก่อสร้าง National Ignition Facility เริ่มขึ้นในปี 1997 อย่างไรก็ตาม เมื่อเริ่มดำเนินการในปี 2009 โรงงานแทบไม่ได้ฟิวชั่นใดๆ เลย นับเป็นความผิดหวังที่น่าอับอายหลังจากลงทุนไป 3.5 พันล้านดอลลาร์จากรัฐบาลกลาง รัฐบาล.
ในปี 2014 ในที่สุดนักวิทยาศาสตร์ของ Livermore ก็รายงานความสำเร็จแต่พลังงานที่ผลิตได้นั้นน้อยนิด — เทียบเท่ากับหลอดไฟขนาด 60 วัตต์ที่กินไฟภายในห้านาที ความก้าวหน้าในอีกไม่กี่ปีข้างหน้านั้นเล็กน้อย
จากนั้นในเดือนสิงหาคมปีที่แล้ว โรงงานแห่งนี้ได้ผลิตพลังงานออกมาในปริมาณที่มากกว่าพลังงานแสงเลเซอร์ 70 เปอร์เซ็นต์
ในการให้สัมภาษณ์ Mark Herrmann ผู้อำนวยการโครงการฟิสิกส์และการออกแบบอาวุธที่ Livermore กล่าวว่า นักวิจัยได้ทำการทดลองหลายครั้งเพื่อทำความเข้าใจความสำเร็จที่น่าประหลาดใจในเดือนสิงหาคม และพวกเขาทำงานเพื่อเพิ่มพลังงานของเลเซอร์ขึ้นเกือบ 10 เปอร์เซ็นต์ และ ปรับปรุงการออกแบบเป้าหมายไฮโดรเจน
การยิงเลเซอร์ครั้งแรกที่ 2.05 เมกะจูลมีขึ้นในเดือนกันยายน และการทดลองครั้งแรกนั้นสร้างพลังงานฟิวชันได้ 1.2 เมกะจูล นอกจากนี้ การวิเคราะห์ยังแสดงให้เห็นว่าเม็ดไฮโดรเจนทรงกลมไม่ได้ถูกบีบให้เท่ากัน และไฮโดรเจนบางส่วนก็กระจายออกมาทางด้านข้างทำให้ไม่ถึงอุณหภูมิฟิวชัน
นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการปรับเปลี่ยนบางอย่างที่พวกเขาเชื่อว่าจะทำงานได้ดีขึ้น
ดร. แฮร์มันน์กล่าวว่า "การทำนายล่วงหน้าของการยิงคืออาจเพิ่มขึ้นถึงสองเท่า" “อันที่จริง มันขึ้นไปมากกว่านั้นนิดหน่อย”
จุดประสงค์หลักของ National Ignition Facility คือการทำการทดลองเพื่อช่วยสหรัฐฯ ในการควบคุมอาวุธนิวเคลียร์
ฟิวชั่นจะเป็นแหล่งพลังงานที่ปราศจากการปล่อยมลพิษ และจะช่วยลดความจำเป็นของโรงไฟฟ้าที่เผาถ่านหินและก๊าซธรรมชาติ ซึ่งทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ทำให้โลกร้อนขึ้นปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศหลายพันล้านตันในแต่ละปี
แต่คงต้องใช้เวลาสักระยะหนึ่งก่อนที่ฟิวชันจะพร้อมใช้งานในวงกว้างและใช้งานได้จริง
“น่าจะหลายสิบปี” Kimberly S. Budil ผู้อำนวยการของ Lawrence Livermore กล่าวระหว่างการแถลงข่าวเมื่อวันอังคาร “ฉันไม่คิดว่าหกทศวรรษ ฉันคิดว่าไม่ใช่ห้าทศวรรษซึ่งเป็นสิ่งที่เราเคยพูดกัน ฉันคิดว่ามันกำลังก้าวไปเบื้องหน้า และด้วยความพยายามและการลงทุนร่วมกัน การวิจัยสองสามทศวรรษเกี่ยวกับเทคโนโลยีพื้นฐานอาจทำให้เราอยู่ในสถานะที่จะสร้างโรงไฟฟ้าได้”
นักวิทยาศาสตร์ด้านสภาพอากาศและผู้กำหนดนโยบายส่วนใหญ่กล่าวว่าเพื่อให้บรรลุเป้าหมาย 2 องศาเซลเซียส หรือเป้าหมายที่ทะเยอทะยานยิ่งกว่านั้นคือ 1.5 องศาเซลเซียสของภาวะโลกร้อน โลกจะต้องปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศูนย์ภายในปี 2593
ฟิวชั่นเป็นทางออกหรือไม่?
ความพยายามในการฟิวชั่นจนถึงปัจจุบันใช้เครื่องปฏิกรณ์รูปโดนัทที่เรียกว่าโทคามัคเป็นหลัก ภายในเครื่องปฏิกรณ์ ก๊าซไฮโดรเจนจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่ร้อนพอที่อิเล็กตรอนจะถูกดึงออกจากนิวเคลียสของไฮโดรเจน ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าพลาสมา ซึ่งเป็นเมฆของนิวเคลียสที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ สนามแม่เหล็กดักจับพลาสมาไว้ในรูปโดนัท และนิวเคลียสจะหลอมรวมเข้าด้วยกัน ปล่อยพลังงานออกมาในรูปของนิวตรอนออกไปด้านนอก
งานที่ NIF ใช้แนวทางที่ต่างออกไป แต่จนถึงตอนนี้ งานเล็กๆ น้อยๆ ได้เปลี่ยนแนวคิดของโรงไฟฟ้าเลเซอร์ฟิวชันให้กลายเป็นความจริง “มีอุปสรรคที่สำคัญมาก ไม่ใช่แค่ในด้านวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ในด้านเทคโนโลยีด้วย” ดร. บูดิลกล่าว
NIF เป็นเลเซอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลก แต่เป็นเลเซอร์ที่ทำงานช้าและไม่มีประสิทธิภาพ โดยใช้เทคโนโลยีที่มีอายุหลายสิบปี
เครื่องมือนี้มีขนาดประมาณสนามกีฬา ได้รับการออกแบบมาเพื่อทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน ไม่ได้ใช้เป็นเครื่องต้นแบบสำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้า
สร้างเลเซอร์เฉลี่ยประมาณ 10 นัดต่อสัปดาห์ ในเชิงพาณิชย์ต้องใช้เลเซอร์ที่เร็วกว่ามาก สามารถยิงด้วยความเร็วระดับปืนกล บางทีอาจถึง 10 ครั้งต่อวินาที
NIF ยังคงใช้พลังงานมากกว่าที่ผลิตโดยปฏิกิริยาฟิวชัน
แม้ว่าการทดลองล่าสุดจะสร้างพลังงานสุทธิเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับพลังงาน 2.05 เมกะจูลในลำแสงเลเซอร์ที่เข้ามา แต่ NIF จำเป็นต้องดึงพลังงาน 300 เมกะจูลจากกริดไฟฟ้าเพื่อสร้างพัลส์เลเซอร์สั้นๆ
เลเซอร์ประเภทอื่นๆ มีประสิทธิภาพมากกว่า แต่ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าโรงไฟฟ้าพลังงานเลเซอร์ฟิวชันที่ทำงานได้น่าจะต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้นมากกว่า 1.5 เท่าที่พบในการยิงฟิวชันล่าสุดนี้
“คุณจะต้องได้รับ 30 ถึง 100 เพื่อที่จะได้พลังงานมากขึ้นสำหรับโรงไฟฟ้าพลังงาน” ดร. แฮร์มันน์กล่าว
เขากล่าวว่าลิเวอร์มอร์จะยังคงผลักดันการทดลองฟิวชันของ NIF ให้มีผลผลิตฟิวชันที่สูงขึ้น
“นั่นคือสิ่งที่เรากำลังจะพิจารณาอย่างจริงจังในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า” ดร. แฮร์มันน์กล่าว "การทดลองเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าพลังงานเลเซอร์แม้เพียงเล็กน้อยก็สามารถสร้างความแตกต่างได้มาก"
นักวิจัยที่อื่นกำลังมองหารูปแบบต่างๆ ของการทดลอง NIF เลเซอร์ประเภทอื่นๆ ที่ความยาวคลื่นต่างกันอาจให้ความร้อนแก่ไฮโดรเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า
นักวิจัยบางคนชอบวิธีการ "ขับเคลื่อนโดยตรง" ในการฟิวชั่นด้วยเลเซอร์ โดยใช้แสงเลเซอร์เพื่อให้ความร้อนแก่ไฮโดรเจนโดยตรง นั่นจะทำให้ได้พลังงานมากขึ้นในไฮโดรเจน แต่ก็สามารถสร้างความไม่เสถียรที่ขัดขวางปฏิกิริยาฟิวชันได้
ในเดือนเมษายน ทำเนียบขาวได้จัดประชุมสุดยอดเพื่อเร่งความพยายามในการผสมผสานทางการค้า
“การพัฒนาแนวทางที่น่าสนใจในเชิงเศรษฐกิจสำหรับพลังงานฟิวชันเป็นความท้าทายทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมที่ยิ่งใหญ่” แทมมี่ หม่า ซึ่งเป็นผู้นำความพยายามที่ลิเวอร์มอร์เพื่อศึกษาความเป็นไปได้ “ไม่ต้องสงสัยเลย มันจะเป็นภารกิจที่ยิ่งใหญ่”
ดร. หม่ากล่าวว่ารายงานที่ได้รับมอบหมายจากแผนกพลังงานเพื่อจัดทำกรอบสำหรับการวิจัยพลังงานเลเซอร์ฟิวชันจะออกมาในเร็วๆ นี้
“โปรแกรมดังกล่าว” เธอกล่าว “ย่อมต้องการการมีส่วนร่วมจากทั่วทั้งวงการอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้” รวมถึงสถาบันการศึกษา บริษัทสตาร์ทอัพ และระบบสาธารณูปโภค นอกเหนือไปจากห้องทดลองระดับชาติอย่างลิเวอร์มอร์
ผลลัพธ์ที่ประกาศเมื่อวันอังคารจะเป็นประโยชน์ต่อนักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานเกี่ยวกับคลังสินค้านิวเคลียร์ ซึ่งเป็นจุดประสงค์หลักของ NIF นักวิทยาศาสตร์ตั้งเป้าที่จะแทนที่ข้อมูลที่เคยรวบรวมจากการระเบิดนิวเคลียร์ใต้ดิน ซึ่งสหรัฐฯ หยุดดำเนินการในปี 2535 ด้วยการทำปฏิกิริยานิวเคลียร์ในห้องแล็บในระดับการทำลายล้างที่น้อยกว่า
ผลผลิตฟิวชันที่มากขึ้นจากโรงงานจะผลิตข้อมูลได้มากขึ้น "ซึ่งช่วยให้เรารักษาความเชื่อมั่นในเครื่องควบคุมนิวเคลียร์ของเราได้โดยไม่จำเป็นต้องมีการทดสอบใต้ดินเพิ่มเติม" ดร. แฮร์มันน์กล่าว “ผลลัพธ์ที่มีกำลัง 30,000 ล้านล้านวัตต์ สร้างสภาพแวดล้อมสุดขั้วในตัวมันเอง” ซึ่งคล้ายกับอาวุธนิวเคลียร์ที่ใกล้จะระเบิดมากขึ้น
Riccardo Betti หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของ Laboratory for Laser Energetics แห่งมหาวิทยาลัย Rochester กล่าวว่า "นี่คือเป้าหมาย เพื่อแสดงให้เห็นว่าเราสามารถจุดเชื้อเพลิงเทอร์โมนิวเคลียร์ในห้องปฏิบัติการได้เป็นครั้งแรก"
“และมันก็เสร็จสิ้น” เขากล่าวเสริม “ดังนั้นนี่จึงเป็นผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยม”
https://www.nytimes.com/2022/12/13/science/nuclear-fusion-energy-breakthrough.html 
พลังงานฟิวชันความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่มากถูกประกาศวันนี้ ความหวังโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์สะอาด
เป็นวิกฤติของโลกที่คนทั่วๆไปเคยได้ยินแต่ไม่ได้สนใจนัก
โลกอุณหภูมิสูงขึ้น น้ำแข็งขั้วโลกละลาย น้ำทะเลอุณหภูมิสูงขึ้นปะการังเริ่มตาย ผลกระทบอื่นๆอีกมากมายจนต้องหาทางได้พลังงานสะอาด
จริงๆเป็นประเด็นที่พูดถึงกันอย่างมาก และเป็นเรื่องใหญ่มากแต่เรายังรู้สึกไกลตัวทั้งที่มันใกล้ตัวเข้ามาเรื่อยๆถ้ายังหาพลังงานสะอาดไม่ได้
สมดุลของสิ่งแวดล้อมกำลังสูญเสีย สิ่งมีชีวิตทุกชนิดจะได้รับผลกระทบมากขึ้นเรื่อยๆ
ในที่สุดวันนี้ก็มีการประกาศความสำเร็จที่สำคัญ และบ่งบอกว่าเราจะมีพลังงานสะอาดได้ในอีกไม่กี่สิบปีจากนี้
v
v
v
นักวิทยาศาสตร์บรรลุความก้าวหน้าของนิวเคลียร์ฟิวชันด้วยการระเบิดของเลเซอร์ 192 ตัว
ความก้าวหน้าของนักวิจัยจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Livermore จะถูกสร้างขึ้นเพื่อพัฒนาการวิจัยด้านพลังงานฟิวชันต่อไป
การตรวจสอบชุดประกอบเลนส์ขั้นสุดท้ายระหว่างการบำรุงรักษาตามปกติใน National Ignition Facility ของ Lawrence Livermore National Laboratory ในแคลิฟอร์เนียเครดิต...Jason Laurea / Lawrence Livermore National Laboratory
โดยเคนเนธ ชาง
13 ธ.ค. 2565อัปเดต13:38 น. ET
นักวิทยาศาสตร์ศึกษาพลังงานฟิวชันที่ Lawrence Livermore National Laboratory ในแคลิฟอร์เนีย ประกาศเมื่อวันอังคารที่ผ่านมาว่า พวกเขาได้ก้าวข้ามหลักชัยสำคัญในการสร้างพลังของดวงอาทิตย์ในห้องทดลอง
นักวิทยาศาสตร์หลายทศวรรษกล่าวว่าปฏิกิริยาฟิวชันซึ่งเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ทำให้ดาวส่องแสงสามารถให้แหล่งพลังงานที่อุดมสมบูรณ์ในอนาคตได้
ผลลัพธ์ที่ประกาศเมื่อวันอังคารเป็นปฏิกิริยาฟิวชันครั้งแรกในห้องปฏิบัติการที่ผลิตพลังงานมากกว่าที่ใช้ในการเริ่มปฏิกิริยา
“นี่เป็นตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมของความเป็นไปได้ ความสำเร็จครั้งสำคัญทางวิทยาศาสตร์ และหนทางสู่ความเป็นไปได้ของพลังงานสะอาด” อาราตี ประภาการ์ ที่ปรึกษาด้านวิทยาศาสตร์ของทำเนียบขาว กล่าวระหว่างการแถลงข่าวเมื่อเช้าวันอังคารที่กระทรวงกลาโหม สำนักงานใหญ่ของ Energy ในกรุงวอชิงตัน ดี.ซี.
จากมุมมองด้านสิ่งแวดล้อม ฟิวชั่นมีเสน่ห์ดึงดูดใจเสมอ ภายในดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ ฟิวชันจะรวมอะตอมของไฮโดรเจนเข้ากับฮีเลียมอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดแสงอาทิตย์และความอบอุ่นที่อาบดาวเคราะห์
ในเครื่องปฏิกรณ์ทดลองและแล็บเลเซอร์บนโลก ฟิวชันมีชื่อในฐานะแหล่งพลังงานที่สะอาดมาก ปราศจากมลพิษและก๊าซเรือนกระจกที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิลและกากกัมมันตภาพรังสีที่มีอายุยืนยาวที่เป็นอันตรายที่สร้างโดยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบันซึ่งใช้การแตกตัวของยูเรเนียมเพื่อผลิตพลังงาน
อย่างไรก็ตามในความพยายามทั้งหมดของนักวิทยาศาสตร์ การทดลองของพวกเขาใช้พลังงานมากกว่าปฏิกิริยาฟิวชันที่เกิดขึ้น
แต่เมื่อเวลา 01.03 น. ของวันที่ 5 ธันวาคม เมื่อเลเซอร์ขนาดยักษ์ 192 ตัวที่ National Ignition Facility ของห้องปฏิบัติการได้ส่องไปยังกระบอกขนาดเล็กที่มีขนาดเท่ากับยางลบดินสอซึ่งมีก้อนไฮโดรเจนเยือกแข็งห่อหุ้มอยู่ในเพชร
ลำแสงเลเซอร์เข้ามาที่ด้านบนและด้านล่างของกระบอกสูบ ทำให้กลายเป็นไอ นั่นทำให้เกิดรังสีเอกซ์ที่เชื้อเพลิงขนาด BB ของดิวเทอเรียมและไอโซโทป ซึ่งเป็นรูปแบบไฮโดรเจนที่หนักกว่า
ในช่วงเวลาสั้น ๆ ซึ่งกินเวลาน้อยกว่า 100 ล้านล้านของวินาที พลังงาน 2.05 เมกะจูล ซึ่งเทียบเท่ากับทีเอ็นทีหนึ่งปอนด์ได้ทำปฏิกริยากับเม็ดไฮโดรเจน เกิดอนุภาคนิวตรอนไหลออกมาอย่างท่วมท้น ซึ่งเป็นผลผลิตของฟิวชั่น ซึ่งมีพลังงานประมาณ 3 เมกะจูล ซึ่งคิดเป็น 1.5 เท่าของการเพิ่มพลังงาน
ความหวังสำหรับพลังงานฟิวชัน
นิวเคลียร์ฟิวชันซึ่งจำลองกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในดวงอาทิตย์ ถูกมองว่าเป็นทางออกที่เป็นไปได้สำหรับความท้าทายด้านพลังงานของโลก
ความก้าวหน้าครั้งสำคัญ:นักวิทยาศาสตร์คาดว่าจะประกาศความก้าวหน้าที่สำคัญที่อาจเกิดขึ้นในการวิจัยฟิวชัน นี่คือสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับฟิวชั่น
สิ่งนี้ข้ามเกณฑ์ที่นักวิทยาศาสตร์ฟิวชั่นเลเซอร์เรียกว่าการจุดระเบิด ซึ่งเป็นเส้นแบ่งที่พลังงานที่เกิดจากการฟิวชันจะเท่ากับพลังงานของเลเซอร์ที่เข้าไปเมื่อเริ่มปฏิกิริยา
Annie Kritcher นักฟิสิกส์จาก Livermore ผู้อธิบายการตรวจสอบข้อมูลหลังการทดลองกล่าวว่า "คุณเห็นผลที่ได้ และคุณคิดว่านั่นอาจไม่จริงก็ได้ และจากนั้นคุณก็เริ่มตรวจสอบผลลัพธ์อย่างถี่ถ้วน ทั้งหมดชี้ไปที่สิ่งเดียวกันว่านั่นคือผลลัพธ์ที่ได้ถูกต้อง" “มันเป็นความรู้สึกที่ดี”
ในที่สุด การทดลองที่ประสบความสำเร็จก็บรรลุเป้าหมายตามที่สัญญาไว้เมื่อการก่อสร้าง National Ignition Facility เริ่มขึ้นในปี 1997 อย่างไรก็ตาม เมื่อเริ่มดำเนินการในปี 2009 โรงงานแทบไม่ได้ฟิวชั่นใดๆ เลย นับเป็นความผิดหวังที่น่าอับอายหลังจากลงทุนไป 3.5 พันล้านดอลลาร์จากรัฐบาลกลาง รัฐบาล.
ในปี 2014 ในที่สุดนักวิทยาศาสตร์ของ Livermore ก็รายงานความสำเร็จแต่พลังงานที่ผลิตได้นั้นน้อยนิด — เทียบเท่ากับหลอดไฟขนาด 60 วัตต์ที่กินไฟภายในห้านาที ความก้าวหน้าในอีกไม่กี่ปีข้างหน้านั้นเล็กน้อย
จากนั้นในเดือนสิงหาคมปีที่แล้ว โรงงานแห่งนี้ได้ผลิตพลังงานออกมาในปริมาณที่มากกว่าพลังงานแสงเลเซอร์ 70 เปอร์เซ็นต์
ในการให้สัมภาษณ์ Mark Herrmann ผู้อำนวยการโครงการฟิสิกส์และการออกแบบอาวุธที่ Livermore กล่าวว่า นักวิจัยได้ทำการทดลองหลายครั้งเพื่อทำความเข้าใจความสำเร็จที่น่าประหลาดใจในเดือนสิงหาคม และพวกเขาทำงานเพื่อเพิ่มพลังงานของเลเซอร์ขึ้นเกือบ 10 เปอร์เซ็นต์ และ ปรับปรุงการออกแบบเป้าหมายไฮโดรเจน
การยิงเลเซอร์ครั้งแรกที่ 2.05 เมกะจูลมีขึ้นในเดือนกันยายน และการทดลองครั้งแรกนั้นสร้างพลังงานฟิวชันได้ 1.2 เมกะจูล นอกจากนี้ การวิเคราะห์ยังแสดงให้เห็นว่าเม็ดไฮโดรเจนทรงกลมไม่ได้ถูกบีบให้เท่ากัน และไฮโดรเจนบางส่วนก็กระจายออกมาทางด้านข้างทำให้ไม่ถึงอุณหภูมิฟิวชัน
นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการปรับเปลี่ยนบางอย่างที่พวกเขาเชื่อว่าจะทำงานได้ดีขึ้น
ดร. แฮร์มันน์กล่าวว่า "การทำนายล่วงหน้าของการยิงคืออาจเพิ่มขึ้นถึงสองเท่า" “อันที่จริง มันขึ้นไปมากกว่านั้นนิดหน่อย”
จุดประสงค์หลักของ National Ignition Facility คือการทำการทดลองเพื่อช่วยสหรัฐฯ ในการควบคุมอาวุธนิวเคลียร์
ฟิวชั่นจะเป็นแหล่งพลังงานที่ปราศจากการปล่อยมลพิษ และจะช่วยลดความจำเป็นของโรงไฟฟ้าที่เผาถ่านหินและก๊าซธรรมชาติ ซึ่งทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ทำให้โลกร้อนขึ้นปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศหลายพันล้านตันในแต่ละปี
แต่คงต้องใช้เวลาสักระยะหนึ่งก่อนที่ฟิวชันจะพร้อมใช้งานในวงกว้างและใช้งานได้จริง
“น่าจะหลายสิบปี” Kimberly S. Budil ผู้อำนวยการของ Lawrence Livermore กล่าวระหว่างการแถลงข่าวเมื่อวันอังคาร “ฉันไม่คิดว่าหกทศวรรษ ฉันคิดว่าไม่ใช่ห้าทศวรรษซึ่งเป็นสิ่งที่เราเคยพูดกัน ฉันคิดว่ามันกำลังก้าวไปเบื้องหน้า และด้วยความพยายามและการลงทุนร่วมกัน การวิจัยสองสามทศวรรษเกี่ยวกับเทคโนโลยีพื้นฐานอาจทำให้เราอยู่ในสถานะที่จะสร้างโรงไฟฟ้าได้”
นักวิทยาศาสตร์ด้านสภาพอากาศและผู้กำหนดนโยบายส่วนใหญ่กล่าวว่าเพื่อให้บรรลุเป้าหมาย 2 องศาเซลเซียส หรือเป้าหมายที่ทะเยอทะยานยิ่งกว่านั้นคือ 1.5 องศาเซลเซียสของภาวะโลกร้อน โลกจะต้องปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศูนย์ภายในปี 2593
ฟิวชั่นเป็นทางออกหรือไม่?
ความพยายามในการฟิวชั่นจนถึงปัจจุบันใช้เครื่องปฏิกรณ์รูปโดนัทที่เรียกว่าโทคามัคเป็นหลัก ภายในเครื่องปฏิกรณ์ ก๊าซไฮโดรเจนจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่ร้อนพอที่อิเล็กตรอนจะถูกดึงออกจากนิวเคลียสของไฮโดรเจน ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าพลาสมา ซึ่งเป็นเมฆของนิวเคลียสที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ สนามแม่เหล็กดักจับพลาสมาไว้ในรูปโดนัท และนิวเคลียสจะหลอมรวมเข้าด้วยกัน ปล่อยพลังงานออกมาในรูปของนิวตรอนออกไปด้านนอก
งานที่ NIF ใช้แนวทางที่ต่างออกไป แต่จนถึงตอนนี้ งานเล็กๆ น้อยๆ ได้เปลี่ยนแนวคิดของโรงไฟฟ้าเลเซอร์ฟิวชันให้กลายเป็นความจริง “มีอุปสรรคที่สำคัญมาก ไม่ใช่แค่ในด้านวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ในด้านเทคโนโลยีด้วย” ดร. บูดิลกล่าว
NIF เป็นเลเซอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลก แต่เป็นเลเซอร์ที่ทำงานช้าและไม่มีประสิทธิภาพ โดยใช้เทคโนโลยีที่มีอายุหลายสิบปี
เครื่องมือนี้มีขนาดประมาณสนามกีฬา ได้รับการออกแบบมาเพื่อทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน ไม่ได้ใช้เป็นเครื่องต้นแบบสำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้า
สร้างเลเซอร์เฉลี่ยประมาณ 10 นัดต่อสัปดาห์ ในเชิงพาณิชย์ต้องใช้เลเซอร์ที่เร็วกว่ามาก สามารถยิงด้วยความเร็วระดับปืนกล บางทีอาจถึง 10 ครั้งต่อวินาที
NIF ยังคงใช้พลังงานมากกว่าที่ผลิตโดยปฏิกิริยาฟิวชัน
แม้ว่าการทดลองล่าสุดจะสร้างพลังงานสุทธิเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับพลังงาน 2.05 เมกะจูลในลำแสงเลเซอร์ที่เข้ามา แต่ NIF จำเป็นต้องดึงพลังงาน 300 เมกะจูลจากกริดไฟฟ้าเพื่อสร้างพัลส์เลเซอร์สั้นๆ
เลเซอร์ประเภทอื่นๆ มีประสิทธิภาพมากกว่า แต่ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าโรงไฟฟ้าพลังงานเลเซอร์ฟิวชันที่ทำงานได้น่าจะต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้นมากกว่า 1.5 เท่าที่พบในการยิงฟิวชันล่าสุดนี้
“คุณจะต้องได้รับ 30 ถึง 100 เพื่อที่จะได้พลังงานมากขึ้นสำหรับโรงไฟฟ้าพลังงาน” ดร. แฮร์มันน์กล่าว
เขากล่าวว่าลิเวอร์มอร์จะยังคงผลักดันการทดลองฟิวชันของ NIF ให้มีผลผลิตฟิวชันที่สูงขึ้น
“นั่นคือสิ่งที่เรากำลังจะพิจารณาอย่างจริงจังในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า” ดร. แฮร์มันน์กล่าว "การทดลองเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าพลังงานเลเซอร์แม้เพียงเล็กน้อยก็สามารถสร้างความแตกต่างได้มาก"
นักวิจัยที่อื่นกำลังมองหารูปแบบต่างๆ ของการทดลอง NIF เลเซอร์ประเภทอื่นๆ ที่ความยาวคลื่นต่างกันอาจให้ความร้อนแก่ไฮโดรเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า
นักวิจัยบางคนชอบวิธีการ "ขับเคลื่อนโดยตรง" ในการฟิวชั่นด้วยเลเซอร์ โดยใช้แสงเลเซอร์เพื่อให้ความร้อนแก่ไฮโดรเจนโดยตรง นั่นจะทำให้ได้พลังงานมากขึ้นในไฮโดรเจน แต่ก็สามารถสร้างความไม่เสถียรที่ขัดขวางปฏิกิริยาฟิวชันได้
ในเดือนเมษายน ทำเนียบขาวได้จัดประชุมสุดยอดเพื่อเร่งความพยายามในการผสมผสานทางการค้า
“การพัฒนาแนวทางที่น่าสนใจในเชิงเศรษฐกิจสำหรับพลังงานฟิวชันเป็นความท้าทายทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมที่ยิ่งใหญ่” แทมมี่ หม่า ซึ่งเป็นผู้นำความพยายามที่ลิเวอร์มอร์เพื่อศึกษาความเป็นไปได้ “ไม่ต้องสงสัยเลย มันจะเป็นภารกิจที่ยิ่งใหญ่”
ดร. หม่ากล่าวว่ารายงานที่ได้รับมอบหมายจากแผนกพลังงานเพื่อจัดทำกรอบสำหรับการวิจัยพลังงานเลเซอร์ฟิวชันจะออกมาในเร็วๆ นี้
“โปรแกรมดังกล่าว” เธอกล่าว “ย่อมต้องการการมีส่วนร่วมจากทั่วทั้งวงการอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้” รวมถึงสถาบันการศึกษา บริษัทสตาร์ทอัพ และระบบสาธารณูปโภค นอกเหนือไปจากห้องทดลองระดับชาติอย่างลิเวอร์มอร์
ผลลัพธ์ที่ประกาศเมื่อวันอังคารจะเป็นประโยชน์ต่อนักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานเกี่ยวกับคลังสินค้านิวเคลียร์ ซึ่งเป็นจุดประสงค์หลักของ NIF นักวิทยาศาสตร์ตั้งเป้าที่จะแทนที่ข้อมูลที่เคยรวบรวมจากการระเบิดนิวเคลียร์ใต้ดิน ซึ่งสหรัฐฯ หยุดดำเนินการในปี 2535 ด้วยการทำปฏิกิริยานิวเคลียร์ในห้องแล็บในระดับการทำลายล้างที่น้อยกว่า
ผลผลิตฟิวชันที่มากขึ้นจากโรงงานจะผลิตข้อมูลได้มากขึ้น "ซึ่งช่วยให้เรารักษาความเชื่อมั่นในเครื่องควบคุมนิวเคลียร์ของเราได้โดยไม่จำเป็นต้องมีการทดสอบใต้ดินเพิ่มเติม" ดร. แฮร์มันน์กล่าว “ผลลัพธ์ที่มีกำลัง 30,000 ล้านล้านวัตต์ สร้างสภาพแวดล้อมสุดขั้วในตัวมันเอง” ซึ่งคล้ายกับอาวุธนิวเคลียร์ที่ใกล้จะระเบิดมากขึ้น
Riccardo Betti หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของ Laboratory for Laser Energetics แห่งมหาวิทยาลัย Rochester กล่าวว่า "นี่คือเป้าหมาย เพื่อแสดงให้เห็นว่าเราสามารถจุดเชื้อเพลิงเทอร์โมนิวเคลียร์ในห้องปฏิบัติการได้เป็นครั้งแรก"
“และมันก็เสร็จสิ้น” เขากล่าวเสริม “ดังนั้นนี่จึงเป็นผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยม”
https://www.nytimes.com/2022/12/13/science/nuclear-fusion-energy-breakthrough.html