ความก้าวหน้าของพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน: วิดีโอและวิธีรับชม

13 Dec 2022
1070


นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาพลังงานฟิวชันที่ Lawrence Livermore National Laboratory ในแคลิฟอร์เนีย ประกาศเมื่อวันอังคารว่า พวกเขาได้ก้าวข้ามหลักชัยสำคัญในการสร้างพลังของดวงอาทิตย์ในห้องทดลอง

นักวิทยาศาสตร์หลายทศวรรษกล่าวว่าปฏิกิริยาฟิวชันซึ่งเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ทำให้ดวงดาวส่องแสงสามารถให้แหล่งพลังงานที่อุดมสมบูรณ์ในอนาคตได้

ผลลัพธ์ที่ประกาศเมื่อวันอังคารเป็นปฏิกิริยาฟิวชันครั้งแรกในห้องปฏิบัติการที่ผลิตพลังงานมากกว่าที่ใช้ในการเริ่มปฏิกิริยา

Mark Herrmann ผู้อำนวยการโครงการด้านฟิสิกส์และการออกแบบอาวุธของห้องปฏิบัติการ Livermore กล่าวว่า “ข้อเท็จจริงที่ว่าเราสามารถดึงเอาพลังงานออกมาได้มากกว่าที่เราใส่เข้าไปนั้นเป็นข้อพิสูจน์ว่าสิ่งนี้เป็นไปได้” “มันสามารถสร้างและปรับปรุงและทำให้ดีขึ้นได้ และอาจเป็นแหล่งพลังงานในอนาคต”

จากมุมมองด้านสิ่งแวดล้อม ฟิวชั่นมีเสน่ห์ดึงดูดใจเสมอ ภายในดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ ฟิวชันจะรวมอะตอมของไฮโดรเจนเข้ากับฮีเลียมอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดแสงอาทิตย์และความอบอุ่นที่อาบดาวเคราะห์

ในเครื่องปฏิกรณ์ทดลองและแล็บเลเซอร์บนโลก ฟิวชันมีชื่อเสียงในฐานะแหล่งพลังงานที่สะอาดมาก ปราศจากมลพิษและก๊าซเรือนกระจกที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิลและกากกัมมันตภาพรังสีที่มีอายุยืนยาวที่เป็นอันตรายซึ่งสร้างโดยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบัน ซึ่งใช้การแตกตัวของยูเรเนียมเพื่อผลิตพลังงาน

อย่างไรก็ตามมีข้อแม้ที่จู้จี้อยู่เสมอ ในความพยายามทั้งหมดของนักวิทยาศาสตร์ในการควบคุมพลังอันไร้เทียมทานของฟิวชัน การทดลองของพวกเขาใช้พลังงานมากกว่าปฏิกิริยาฟิวชันที่เกิดขึ้น

สิ่งนั้นเปลี่ยนไปในเช้าวันที่ 5 ธันวาคม เมื่อสัปดาห์ที่แล้ว เมื่อเลเซอร์ขนาดยักษ์ 192 ตัวที่ National Ignition Facility ของห้องปฏิบัติการได้ทำลายกระบอกขนาดเล็กที่มีขนาดเท่ากับยางลบดินสอซึ่งมีก้อนไฮโดรเจนเยือกแข็งห่อหุ้มอยู่ในเพชร

ลำแสงเลเซอร์เข้ามาที่ด้านบนและด้านล่างของกระบอกสูบ ทำให้กลายเป็นไอ นั่นทำให้เกิดการโจมตีภายในของรังสีเอกซ์ที่บีบอัดเม็ดเชื้อเพลิงขนาด BB ของดิวเทอเรียมและไอโซโทป ซึ่งเป็นรูปแบบไฮโดรเจนที่หนักกว่า

ในช่วงเวลาสั้น ๆ ซึ่งกินเวลาน้อยกว่า 100 ล้านล้านส่วนของวินาที พลังงาน 2.05 เมกะจูล ซึ่งเทียบเท่ากับทีเอ็นทีหนึ่งปอนด์ ได้ระดมยิงเม็ดไฮโดรเจน อนุภาคนิวตรอนไหลออกมาอย่างท่วมท้น ซึ่งเป็นผลผลิตจากการฟิวชัน ซึ่งมีพลังงานเทียบเท่ากับทีเอ็นทีประมาณ 1.5 ปอนด์ หรือได้รับพลังงานเพิ่มขึ้นประมาณ 1.5

สิ่งนี้ข้ามเกณฑ์ที่นักวิทยาศาสตร์ฟิวชั่นเลเซอร์เรียกว่าการจุดระเบิด ซึ่งเป็นเส้นแบ่งที่พลังงานที่เกิดจากการหลอมรวมจะเท่ากับพลังงานของเลเซอร์ที่เข้ามาซึ่งเริ่มปฏิกิริยา

ในที่สุด การทดลองที่ประสบความสำเร็จก็บรรลุเป้าหมายการจุดระเบิดตามที่สัญญาไว้เมื่อการก่อสร้าง National Ignition Facility เริ่มขึ้นในปี 2540 อย่างไรก็ตาม เมื่อเริ่มดำเนินการในปี 2552 โรงงานแทบไม่ได้เกิดการหลอมรวมใดๆ เลย นับเป็นความผิดหวังที่น่าอับอายหลังจากลงทุนไป 3.5 พันล้านดอลลาร์จากรัฐบาลกลาง รัฐบาล.

ในปี 2014 นักวิทยาศาสตร์ของลิเวอร์มอร์รายงานความสำเร็จในที่สุด แต่พลังงานที่ผลิตได้นั้นน้อยนิด เทียบเท่ากับหลอดไฟขนาด 60 วัตต์ที่กินไฟภายในห้านาที ความก้าวหน้าในอีกไม่กี่ปีข้างหน้านั้นเล็กน้อยและเล็กน้อย

จากนั้นในเดือนสิงหาคมปีที่แล้ว โรงงานแห่งนี้ได้ผลิตพลังงานออกมาในปริมาณที่มากกว่าพลังงานแสงเลเซอร์ถึง 70 เปอร์เซ็นต์

ดร. แฮร์มันน์กล่าวว่า จากนั้นนักวิจัยได้ทำการทดลองหลายชุดเพื่อทำความเข้าใจความสำเร็จที่น่าประหลาดใจในเดือนสิงหาคม และพวกเขาทำงานเพื่อเพิ่มพลังงานของเลเซอร์ขึ้นเกือบ 10 เปอร์เซ็นต์ และปรับปรุงการออกแบบเป้าหมายไฮโดรเจน

การยิงเลเซอร์ครั้งแรกที่ 2.05 เมกะจูลมีขึ้นในเดือนกันยายน และการทดลองครั้งแรกนั้นสร้างพลังงานฟิวชันได้ 1.2 เมกะจูล นอกจากนี้ การวิเคราะห์ยังแสดงให้เห็นว่าเม็ดไฮโดรเจนทรงกลมไม่ได้ถูกบีบให้เท่ากัน และไฮโดรเจนบางส่วนก็พ่นออกมาทางด้านข้างโดยหลักแล้วไม่ถึงอุณหภูมิฟิวชัน

นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการปรับเปลี่ยนบางอย่างที่พวกเขาเชื่อว่าจะทำงานได้ดีขึ้น

ดร. แฮร์มันน์กล่าวว่า “การทำนายล่วงหน้าของการยิงคืออาจเพิ่มขึ้นถึงสองเท่า” “อันที่จริง มันขึ้นไปมากกว่านั้นนิดหน่อย”

จุดประสงค์หลักของ National Ignition Facility คือการทำการทดลองเพื่อช่วยสหรัฐฯ ในการบำรุงรักษาอาวุธนิวเคลียร์ นักวิทยาศาสตร์ตั้งเป้าที่จะแทนที่ข้อมูลที่เคยรวบรวมจากการระเบิดนิวเคลียร์ใต้ดิน ซึ่งสหรัฐฯ หยุดดำเนินการในปี 2535 โดยทำปฏิกิริยานิวเคลียร์เหล่านี้ในห้องแล็บในระดับการทำลายล้างที่น้อยกว่า

ผลผลิตฟิวชันที่มากขึ้นจากโรงงานจะสร้างข้อมูลได้มากขึ้น “ซึ่งช่วยให้เรารักษาความมั่นใจในการยับยั้งนิวเคลียร์ของเราได้โดยไม่จำเป็นต้องมีการทดสอบใต้ดินเพิ่มเติม” ดร. แฮร์มันน์กล่าว “นี่เป็นเพียงการขยายความสามารถของเราที่นั่น ช่วยให้เราสามารถทำงานโดยมีการคาดการณ์น้อยลงและมีความมั่นใจมากขึ้น”

Riccardo Betti หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของ Laboratory for Laser Energetics แห่งมหาวิทยาลัย Rochester ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการทดลอง Livermore นี้กล่าวว่า “นี่คือเป้าหมาย เพื่อแสดงให้เห็นว่าเราสามารถจุดเชื้อเพลิงเทอร์โมนิวเคลียร์ในห้องปฏิบัติการได้เป็นครั้งแรก เวลา.”

“และมันก็เสร็จสิ้น” เขากล่าวเสริม “ดังนั้นนี่จึงเป็นผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยม”

ผลกระทบของการทดลองเพื่อผลิตพลังงานนั้นยังไม่แน่นอนมากนัก

ดร. Betti กล่าวว่า “การไปจากจุดนั้นไปสู่พลังงานบนกริดนั้นเป็นเส้นทางที่ยาวไกลและยากลำบากมาก

ฟิวชั่นจะเป็นแหล่งพลังงานที่ปราศจากการปล่อยมลพิษ และจะช่วยลดความจำเป็นของโรงไฟฟ้าที่เผาไหม้ถ่านหินและก๊าซธรรมชาติ ซึ่งสูบก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ทำให้โลกร้อนขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศหลายพันล้านตันในแต่ละปี

แต่ฟิวชั่นไม่น่าจะมีให้แพร่หลายในระดับที่ใช้งานได้จริงเป็นเวลาหลายทศวรรษหากเคยมีมา

นักวิทยาศาสตร์ด้านสภาพอากาศและผู้กำหนดนโยบายส่วนใหญ่กล่าวว่าเพื่อให้บรรลุเป้าหมายในการจำกัดอุณหภูมิให้ร้อนขึ้นที่ 2 องศาเซลเซียส หรือแม้แต่เป้าหมายที่ทะเยอทะยานกว่านั้นที่ 1.5 องศาเซลเซียส โลกจะต้องปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศูนย์ภายในปี 2593

น้ำพุเฮนรี่ การรายงานส่วนสนับสนุน



Source link