‘ความก้าวหน้า’ ทางวิทยาศาสตร์ในนิวเคลียร์ฟิวชันสามารถเปิดศักราชใหม่ของพลังงานสะอาดได้

14 Dec 2022
1070


เมื่อวันอังคารที่ผ่านมา กระทรวงพลังงานได้ประกาศความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ของนิวเคลียร์ฟิวชันที่ห้องทดลองแห่งชาติในแคลิฟอร์เนีย นับเป็นก้าวสำคัญสู่การพัฒนาพลังงานรูปแบบใหม่ที่ยั่งยืน ซึ่งแทบจะไม่ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือมลพิษทางอากาศประเภทอื่นเลย

นักวิทยาศาสตร์จากห้องทดลองแห่งชาติ Lawrence Livermore ในแคลิฟอร์เนียประสบความสำเร็จในการสร้างปฏิกิริยาฟิวชันระหว่างอะตอมของไฮโดรเจน 2 อะตอม และรักษาปฏิกิริยานั้นไว้ในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุม ซึ่งแสดงถึงศักยภาพในการใช้ปฏิกิริยาดังกล่าวเพื่อสร้างพลังงานจำนวนมหาศาลโดยไม่ต้องเผาเชื้อเพลิง

การประกาศดังกล่าวอาจเป็นก้าวสำคัญในการสร้างรูปแบบของพลังงานที่จะไม่ปล่อยก๊าซที่ทำให้โลกร้อนขึ้นและมีส่วนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ แต่ยังห่างไกลจากความพร้อมสำหรับการใช้งานในวงกว้างหลายทศวรรษ

ภาพ: Jennifer Granholm เลขาธิการ Energey ของสหรัฐฯ ประกาศความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ครั้งสำคัญจากนักวิจัยที่ Nuclear Security and National Nuclear Security Administrations Lawrence Livermore National Laboratory ในกรุงวอชิงตัน ดี.ซี. วันที่ 13 ธันวาคม 2022

Jennifer Granholm เลขาธิการ Energey ของสหรัฐฯ ประกาศความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ครั้งสำคัญจากนักวิจัยที่ Nuclear Security and National Nuclear Security Administrations Lawrence Livermore National Laboratory ในกรุงวอชิงตัน ดี.ซี. เมื่อวันที่ 13 ธันวาคม 2022

Olivier Douliery / AFP ผ่าน Getty Images

“วันนี้เป็นวันที่ยอดเยี่ยม” เจนนิเฟอร์ แกรนโฮล์ม รัฐมนตรีกระทรวงพลังงานกล่าวในการแถลงข่าวที่กรุงวอชิงตัน พร้อมเสริมว่าความสำเร็จ “จะจารึกอยู่ในหน้าหนังสือประวัติศาสตร์”

“วันนี้ เราประกาศให้โลกรู้ว่าอเมริกาประสบความสำเร็จในการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์ครั้งยิ่งใหญ่ เมื่อสิ่งนั้นเกิดขึ้น นั่นเป็นเพราะเราลงทุนในห้องปฏิบัติการระดับชาติของเราและเราลงทุนในการวิจัยขั้นพื้นฐาน และพรุ่งนี้จะดำเนินต่อไปเพื่ออนาคตที่ขับเคลื่อนโดยส่วนหนึ่งจากการหลอมรวม พลังงาน” เธอกล่าว

Granholm กล่าวว่า “เหตุการณ์สำคัญนี้ทำให้เราเข้าใกล้ความเป็นไปได้ของพลังงานฟิวชันที่มีคาร์บอนเหลือเฟือเป็นศูนย์ซึ่งขับเคลื่อนสังคมของเรา “หากเราสามารถพัฒนาพลังงานฟิวชันได้ เราก็สามารถใช้มันเพื่อผลิตไฟฟ้า การขนส่ง เชื้อเพลิง พลังงาน อุตสาหกรรมหนัก และอื่นๆ อีกมากมาย ก็เหมือนกับการใส่สว่านไฟฟ้าลงในกล่องเครื่องมือของเรา และสร้างการประหยัดพลังงานสะอาด”

ปฏิกิริยาดังกล่าวเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 5 ธันวาคมที่ National Ignition Facility ซึ่งเป็นระบบเลเซอร์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่ Lawrence Livermore National Laboratory คิม บัดิล ผู้อำนวยการของแล็บพูดติดตลกว่า LLNL ตัวย่อของแล็บย่อมาจาก “เลเซอร์ เลเซอร์ ไม่มีอะไรนอกจากเลเซอร์”

การทดลองชี้เลเซอร์ 192 ลำไปที่ภาชนะบรรจุเชื้อเพลิงเม็ดเล็กๆ ขนาดเท่าเม็ดพริกไทย โดยเฉพาะที่ประกอบด้วยดิวทีเรียมและทริเทียม ซึ่งเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจนทั้งคู่

เลเซอร์เหล่านั้นสร้างพลังงาน 2.05 เมกะจูลภายในภาชนะนั้น ซึ่งกระทบกับเม็ดเชื้อเพลิงและจุดประกายปฏิกิริยา ทำให้ร้อนขึ้นในช่วงสั้นๆ จนมีอุณหภูมิสูงกว่า 3 ล้านองศาเซลเซียส สร้างสภาพของดาวฤกษ์ และสร้างพลังงาน 3.15 เมกะจูล

รูปถ่าย: NIF Target Bay ซึ่งทำหน้าที่เป็นฉากสำหรับห้องเครื่องยนต์ของ Starship Enterprise ในภาพยนตร์ปี 2013 "สตาร์ เทรค: สู่ความมืดมิด.

NIF Target Bay ซึ่งใช้เป็นฉากสำหรับห้องเครื่องยนต์ของ Starship Enterprise ในภาพยนตร์เรื่อง “Star Trek: Into Darkness” ในปี 2013 ลำแสงเลเซอร์ 192 ลำของ NIF มาบรรจบกันที่ใจกลางทรงกลมยักษ์นี้เพื่อทำให้เม็ดเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเล็กๆ ระเบิดออก

Damian Jemison / Lawrence Livermore National Laboratory

การเพิ่มขึ้นนั้นเป็นสาเหตุที่ทำให้การทดลองนี้ถูกเรียกว่าประสบความสำเร็จ เนื่องจากการสร้างพลังงานมากกว่าที่พวกเขาใส่เข้าไป พิสูจน์ให้เห็นถึงศักยภาพที่ปฏิกิริยาประเภทนี้อาจเป็นแหล่งพลังงานในสักวันหนึ่ง หากพวกเขาสามารถขยายขนาดและทำให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น นอกห้องปฏิบัติการ

เลเซอร์เองต้องการพลังงาน 300 เมกะจูล ซึ่ง Budil กล่าวว่าส่วนหนึ่งเป็นเพราะเลเซอร์ใช้เทคโนโลยีที่เก่ากว่า แต่พวกเขาเชื่อว่ามันสามารถทำให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการสร้างพลังงานที่มากกว่าการทดลองในห้องปฏิบัติการด้วยการวิจัยที่ยาวนานกว่าทศวรรษและการลงทุนของภาคเอกชนที่สำคัญ

“สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าสามารถทำได้ การข้ามเกณฑ์ดังกล่าวช่วยให้พวกเขาเริ่มทำงานกับเลเซอร์ที่ดีขึ้น เลเซอร์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น บนแคปซูลบรรจุที่ดีกว่า ฯลฯ สิ่งที่สุทธิจำเป็นเพื่อให้โมดูลาร์ไลเซชันและนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ “แกรนโฮล์มกล่าว

แกรนโฮล์มและเจ้าหน้าที่คนอื่นๆ ย้ำว่าการประกาศดังกล่าวเป็นประโยชน์ต่อความมั่นคงแห่งชาติของสหรัฐฯ ด้วย ปฏิกิริยาที่สร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ที่ห้องแล็บแคลิฟอร์เนียเป็นรูปแบบการควบคุมของปฏิกิริยาแบบเดียวกับที่เกิดขึ้นในอาวุธนิวเคลียร์โดยไม่มีการทำลายล้างสูง ดังนั้นสิ่งนี้อาจทำให้รัฐบาลสามารถวิจัยการป้องปรามสำหรับอาวุธนิวเคลียร์โดยไม่ต้องมีการทดสอบอาวุธในโลกแห่งความเป็นจริง

แนวคิดนี้มักถูกนำเสนอในนิยายวิทยาศาสตร์ที่กำลังมีชีวิตขึ้นมา พอล ดับบาร์ ผู้เยี่ยมเยียนมหาวิทยาลัยโคลัมเบียและอดีตปลัดกระทรวงพลังงานด้านวิทยาศาสตร์ ผู้ดูแลห้องปฏิบัติการระดับชาติในบทบาทของเขาที่แผนกนี้กล่าว เขากล่าวว่าพลังฟิวชันได้แสดงในภาพยนตร์เช่น “Star Trek: Into Darkness” ซึ่งถ่ายทำที่ห้องแล็บเพื่อประกาศการพัฒนาใหม่ และ “Iron Man” ที่ใช้รูปแบบหนึ่งของพลังฟิวชันในเตาปฏิกรณ์อาร์คที่ทำให้เขามีชีวิตอยู่

“สิ่งที่เพิ่งสำเร็จคือเป้าหมายของวิทยาศาสตร์ที่หวังว่าจะนำไปสู่การมีแหล่งพลังงานขั้นสูงสุด แหล่งพลังงานจากธรรมชาติบนโลก ซึ่งเป็นปฏิกิริยาฟิวชันที่มีอยู่” Dabbar กล่าวกับ ABC News

รูปถ่าย: ภาพที่ปรับปรุงสีของโครงสร้างรองรับพรีแอมปลิฟายเออร์ NIF ภายใน

ภาพปรับปรุงสีภายในโครงสร้างรองรับพรีแอมพลิฟายเออร์ NIF

Damien Jenmison / Lawrence Livermore National Laboratory

Dabbar กล่าวว่า ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นนั้นควบคุมพลังของดวงอาทิตย์เป็นหลัก หรืออย่างน้อยก็พลังเดียวกันกับที่สร้างดาวฤกษ์ เขากล่าวว่า ฟิสิกส์พื้นฐานของปฏิกิริยาเป็นที่เข้าใจกันมานานหลายทศวรรษแล้ว แต่นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถทำให้ปฏิกิริยาดำเนินต่อไปได้ เนื่องจากต้องใช้ความร้อนและความดันจำนวนมหาศาลเพื่อรักษาไว้

“ถ้าเราสามารถนำดาวลงมายังโลกได้ ใช่ไหม คุณมีดวงดาวมากมาย ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วควบคุมดวงดาวในอาคารต่างๆ รอบโลก และเรากำลังนำองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในจักรวาลมาแปลงเป็นพลังงาน เช่นเดียวกับ ดวงอาทิตย์แต่อยู่ในกล่องนี้ และไม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และเรามีพลังงานไม่จำกัดตามปริมาณไฮโดรเจนที่มีอยู่” เขากล่าว

Dabbar กล่าวว่าในขณะที่การสร้างและควบคุมปฏิกิริยานี้เป็นขั้นตอนที่ยากที่สุด แต่ก็ยังมีงานอีกมากที่ต้องทำเพื่อค้นหาวิธีบรรจุและบำรุงรักษานอกห้องปฏิบัติการ รวมถึงการออกแบบโรงไฟฟ้าที่สามารถจัดการกับความร้อนและพลังงานในปริมาณดังกล่าวได้ สร้างขึ้นจากปฏิกิริยาและยังคงอยู่อย่างน้อย 10 หรือ 20 ปี

แต่เขาบอกว่าข้อดีมีมาก โรงไฟฟ้าฟิวชันสามารถผลิตพลังงานได้จำนวนมากจากโรงไฟฟ้าแห่งเดียว และไม่ปล่อยคาร์บอน ไม่มีมลพิษทางอากาศ และสร้างของเสียน้อยมากเมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน นอกจากนี้ยังได้รับเชื้อเพลิงจากไฮโดรเจนซึ่งมีอยู่มากมายอย่างไม่น่าเชื่อ

Dabbar กล่าวว่า “มันมีข้อดีทั้งหมดของทางเลือกอื่นๆ โดยไม่มีข้อเสียเลย ดังนั้นคุณคงทราบดีว่าหากสามารถสร้างโรงไฟฟ้าได้ มันจะเป็นผลดีอย่างเหลือเชื่อ” Dabbar กล่าว



Source link