นักวิทยาศาสตร์สร้างดาวในห้องปฏิบัติการ: วิทยาศาสตร์กำลังมองหาพลังงานที่ไม่มีที่สิ้นสุดของนิวเคลียร์ฟิวชันอย่างไร

ฟิวชั่นแสนสาหัสเป็นสภาวะที่ไม่สามารถควบคุมได้หรือเป็นแหล่งพลังงานที่น่าหวังหรือไม่? นักวิทยาศาสตร์

พวกเขาเชื่อว่าข้อที่สองเป็นจริง 

นักวิทยาศาสตร์ในสหรัฐฯ และยุโรป มีความก้าวหน้าไปมากการสร้างพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันทดแทนได้เอง นิวเคลียร์ฟิวชันคือสิ่งที่เกิดขึ้นในดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์อื่นๆ ในระหว่างกระบวนการนี้ นิวเคลียสของอะตอมสองตัวรวมกันเป็นนิวเคลียสขนาดใหญ่หนึ่งอัน

พลังงานฟิวชันสามารถเป็นแหล่งพลังงานที่แทบจะไม่มีวันหมดสำหรับคนรุ่นอนาคต แต่ก็ยังมีงานอีกมากรออยู่ข้างหน้า

ผู้เขียนของการศึกษาใหม่ทำอะไร?

นักวิจัยกล่าวว่าในเดือนกุมภาพันธ์ 2022พวกเขาได้รับพลังงานฟิวชั่นที่ยั่งยืน 59 เมกะจูล - พวกเขาทำซ้ำกระบวนการเดียวกับที่ให้พลังงานแก่ดวงดาวโดยเฉพาะดวงอาทิตย์ สถิติก่อนหน้านี้มีเพียง 22 เมกะจูล มันถูกติดตั้งในปี 1997

เอียน แชปแมน หัวหน้าหน่วยงานพลังงานปรมาณูสหราชอาณาจักรเรียกสิ่งนี้ว่าเป็นเหตุการณ์สำคัญที่ทำให้นักวิจัยเข้าใกล้การแก้ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดข้อหนึ่งทางวิทยาศาสตร์: วิธีสร้างพลังงานที่ไม่มีที่สิ้นสุดผ่านนิวเคลียร์ฟิวชัน 

“เราสั่งสมความรู้และพัฒนาสิ่งใหม่ๆเทคโนโลยีที่จำเป็นในการสร้างแหล่งพลังงานพื้นฐานที่มีคาร์บอนต่ำและยั่งยืน ซึ่งจะช่วยให้เราใช้ทรัพยากรของโลกน้อยลง" แชปแมนกล่าว "โลกของเราต้องการพลังงานฟิวชัน"

การทดลองเป็นอย่างไร?

ปลายเดือนมกราคม 2022 นักวิจัยสหรัฐใช้เลเซอร์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกและเชื้อเพลิงฟิวชั่นบังคับเพื่อให้ความร้อนกับพลาสมาที่เผาไหม้ มันเป็นความพยายามที่จะสร้างพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันแบบยั่งยืนในตัวเอง

พลาสมาคือก๊าซร้อนที่เกิดปฏิกิริยาฟิวชัน ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุซึ่งยึดสนามแม่เหล็กอันทรงพลังไว้

นักวิทยาศาสตร์ได้เตือนว่าในทิศทางนี้ต้องใช้เวลาหลายปีในการทำงานและระดับพลังงานที่ทำได้อยู่ในระดับต่ำ สำหรับการเปรียบเทียบ 59 เมกะจูลก็เพียงพอที่จะต้มน้ำได้ประมาณ 60 กาต้มน้ำ

นิวเคลียร์ฟิวชันทำงานอย่างไร?

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบันใช้นิวเคลียร์อันที่จริงฟิชชันคือการแยกนิวเคลียสของอะตอม และนิวเคลียสฟิวชันเป็นกระบวนการของการรวมนิวเคลียสของอะตอมสองอันเข้าด้วยกัน ปฏิกิริยาทั้งสองปล่อยพลังงานจำนวนมาก แต่นิวเคลียร์ฟิวชันผลิตพลังงานมากกว่าและสร้างกากนิวเคลียร์เพียงเล็กน้อย

ฟิวชั่นเกิดขึ้นเมื่อสองอะตอมของแสงหลอมรวมกันหรือรวมกันเป็นก้อนที่หนักกว่า มวลรวมของอะตอมใหม่นั้นน้อยกว่ามวลของอะตอมทั้งสองที่ก่อตัวขึ้น มวลที่หายไปจะถูกปลดปล่อยออกมาเป็นพลังงาน ซึ่งได้รับการยืนยันโดยสมการที่มีชื่อเสียงของ Albert Einstein: E = mc²

มีหลายวิธีในการเล่นนิวเคลียสฟิวชัน: ทั้งหมดมีพื้นฐานมาจากการผสมผสานของอะตอมที่แตกต่างกัน ที่นิยมมากที่สุดคือการหลอมรวมของอะตอมดิวเทอเรียมกับอะตอมไอโซโทป กระบวนการนี้ต้องใช้อุณหภูมิประมาณ 39 ล้าน°C เป็นผลให้มีการผลิตพลังงาน 17.6 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์

ดิวเทอเรียมเป็นองค์ประกอบที่น่าสนใจเนื่องจากเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจน ไฮโดรเจนเป็นส่วนประกอบของน้ำ และน้ำ 3.8 ลิตรสามารถผลิตพลังงานได้มากเท่ากับน้ำมันเบนซิน 1,136 ลิตร

ปัญหานิวเคลียร์ฟิวชั่นคืออะไร?

พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันอาจเกือบเป็นแหล่งพลังงานที่ไม่สิ้นสุดสำหรับคนรุ่นอนาคต แต่ยังสร้างความท้าทายทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมมากมาย ดวงอาทิตย์มีสภาวะที่จำเป็นสำหรับนิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งเกิดขึ้นจากแรงโน้มถ่วงที่ทรงพลัง แต่มันยากกว่ามากที่จะทำซ้ำสิ่งนี้บนโลก

เชื้อเพลิงฟิวชัน - ตัวอย่างเช่น ต่างๆไอโซโทปไฮโดรเจน - ต้องได้รับความร้อนจนถึงอุณหภูมิสุดขั้ว: ประมาณ 50 ล้าน° C และต้องคงสภาพดังกล่าวไว้ภายใต้แรงกดดันอันรุนแรงนานพอที่นิวเคลียสจะรวมตัว

ในการทดลองนิวเคลียร์ฟิวชันล่าสุดนักวิทยาศาสตร์ได้รับพลังงาน 59 เมกะจูลใน 5 วินาที แสดงสิ่งนี้ในแง่ของพลังงาน มันออกมามากกว่า 11 MW โดยเฉลี่ยในห้าวินาที บันทึกก่อนหน้าของ 22 เมกะจูลคือ 4.4 เมกะวัตต์ใน 5 วินาที

Tony Donne ผู้จัดการโครงการกลุ่ม EUROfusion ที่รับผิดชอบการศึกษานี้กล่าวว่านักวิทยาศาสตร์มาถูกทางแล้ว

“ถ้าเราสามารถรักษานิวเคลียร์ฟิวชันได้เป็นเวลาห้าวินาที เราก็สามารถทำได้เป็นเวลาห้านาทีและห้าชั่วโมง ในขณะที่เราขยายขีดความสามารถของเรา” ดอนน์กล่าว

ศาสตราจารย์ดอนน์กล่าวว่านิวเคลียร์ฟิวชั่นทำได้กลายเป็นแหล่งพลังงานหลักที่สะอาดและยั่งยืนในอนาคต มีข้อได้เปรียบที่สำคัญ เช่น ไม่มีกากกัมมันตภาพรังสี และวัสดุเครื่องปฏิกรณ์สามารถนำกลับมาใช้ใหม่หรือนำกลับมาใช้ใหม่ได้ภายใน 100–300 ปี

อ่านเพิ่มเติม:

หลุมดำในดาราจักรพิสูจน์แล้วว่าไอน์สไตน์คิดถูก สิ่งหลัก

อวกาศทำลายกระดูกและเปลี่ยนโครงสร้าง: นักวิทยาศาสตร์ไม่รู้ว่าผู้คนจะบินไปยังดาวอังคารอย่างไร

นักดาราศาสตร์พบดาวเคราะห์ที่แตกต่างจากโลกแต่เหมาะสมกับชีวิต