ความปั่นป่วนของพลาสมาในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน

ภายในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันอาจเกิดความโกลาหลอย่างมาก ด้วยเหตุผลหลายประการ เช่น อุณหภูมิและความดันที่สูง นักวิจัยจึงไม่สามารถมองเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ได้โดยตรง นักฟิสิกส์บางคนได้พบวิธีแก้ไข และเมื่อพวกเขาทำได้ ผลลัพธ์ที่ได้ดูเหมือนจะขัดแย้งกับทฤษฎีทั่วไปเกี่ยวกับสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์คิดว่าควรจะเกิดขึ้นภายใน

ระหว่างการทดลองฟิวชัน เครื่องปฏิกรณ์จะให้ความร้อนแก่พลาสมาภายในจนมีอุณหภูมิสูงกว่าร้อยล้านองศา หากทุกอย่างเป็นไปด้วยดี จะสร้างความร้อนและความดันเพียงพอที่จะชักนำอนุภาคที่มีน้ำหนักเบาสองอนุภาคให้รวมกัน ปลดปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาล ในกระบวนการนี้ พลาสมาจะเกิดความปั่นป่วนหรือคลื่นที่ผันผวนโดยธรรมชาติ

เป็นครั้งแรกที่นักวิจัยจาก National Institute for Fusion Science (NIFS) ในญี่ปุ่น ได้จับภาพความปั่นป่วนของพลาสมาอย่างละเอียด เผยให้เห็นบทบาทที่ไม่คาดฝันสองประการที่ปรากฏการณ์นี้มีในการทดลองฟิวชัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความปั่นป่วนทำหน้าที่เป็นทั้งตัวนำและตัวกลางของความร้อน ตามรายงานจาก Communications Physics ฉบับล่าสุดเกี่ยวกับผลการวิจัย

เช่นเดียวกับความปั่นป่วนในเที่ยวบิน ซึ่งเป็นการหยุดชะงักของกระแสลมที่ไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้การเดินทางด้วยเครื่องบินเป็นหลุมเป็นบ่อ ความปั่นป่วนของพลาสมาจะส่งความร้อนและอนุภาคออกไปข้างนอกในรูปแบบที่ขรุขระ หากปล่อยทิ้งไว้โดยไม่ควบคุม อาจนำไปสู่การสูญเสียพลังงานจำนวนมาก ซึ่งอาจถูกจัดสรรให้กับปฏิกิริยาฟิวชัน นั่นไม่ดีต่อประสิทธิภาพ

ในทางกลับกัน มีความไม่ตรงกันระหว่างการคาดการณ์ทางทฤษฎีและผลการทดลองเกี่ยวกับความปั่นป่วนของพลาสมาอยู่แล้ว ตามทฤษฎี ความร้อนและความปั่นป่วนควรค่อยๆ แผ่กระจายจากศูนย์กลางของเครื่องปฏิกรณ์ไปยังขอบ อย่างไรก็ตาม การทดลองบางครั้งแสดงให้เห็นว่าความปั่นป่วนแพร่กระจายเร็วกว่ามาก นักวิจัยอธิบายไว้ในแถลงการณ์

สำหรับการทดลองนี้ นักวิจัยได้ใช้อุปกรณ์ทดลองพลาสมาแบบเกลียวขนาดใหญ่ของ NIFS เพื่อตรวจสอบว่าความร้อนและความปั่นป่วนตอบสนองต่อรูปแบบความร้อนแบบสั้นและยาวอย่างไร จากนั้น พวกเขาทำการวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ความปั่นป่วน การแพร่กระจายความร้อน และเมตริกอื่นๆ อย่างละเอียด

สิ่งที่ทำให้พวกเขาประหลาดใจคือ บางส่วนของความปั่นป่วน ซึ่งนักวิจัยขนานนามว่า “ตัวกลาง” ได้เชื่อมต่อบริเวณต่างๆ ของพลาสมาอย่างรวดเร็ว สิ่งนี้เกิดขึ้นในเวลาน้อยกว่า 0.0001 วินาทีหลังจากการให้ความร้อนครั้งแรก ตามที่ระบุไว้ในรายงาน

หลังจาก “ตัวกลาง” ความปั่นป่วนที่เป็น “ตัวนำ” จะลำเลียงความร้อนไปทั่วพลาสมา ทำให้การกระจายอุณหภูมิของโครงสร้างทั้งหมดสม่ำเสมอ “ตัวกลาง” เติบโตแข็งแกร่งขึ้นและแพร่กระจายความร้อนได้เร็วขึ้นด้วยเวลาการให้ความร้อนเริ่มต้นที่สั้นลง

“ดังนั้น ภายในพลาสมา ความปั่นป่วนจึงมีบทบาทสองอย่างคือ ‘ตัวกลาง’ และ ‘ตัวนำ’ เพื่อถ่ายโอนการเปลี่ยนแปลงบางส่วนไปยังโครงสร้างโดยรวมแทบจะในทันที” นักวิจัยกล่าว

ขณะนี้ทีมงานกำลังตรวจสอบว่าบทบาท “ตัวกลาง” นี้สามารถควบคุมโดยเจตนาเพื่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์พลาสมาที่ช้าลงแต่มีประสิทธิภาพมากขึ้นได้หรือไม่ แต่ปฏิกิริยา “ไกลแต่ทันทีทันใด” นี้อาจแสดงถึงฟิสิกส์เบื้องหลังปรากฏการณ์ทางธรรมชาติอื่นๆ ที่แสดงให้เห็นถึงความปั่นป่วน เช่น มหาสมุทร สภาพบรรยากาศ และอื่นๆ

ความปั่นป่วนของพลาสมา

บทความที่เกี่ยวข้อง: ความก้าวหน้าครั้งใหญ่ของพลังงานฟิวชันนิวเคลียร์ในปี 2025

ความปั่นป่วนของพลาสมาทำหน้าที่อะไรในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน?

การค้นพบว่า ความปั่นป่วนของพลาสมา มีบทบาทมากกว่าแค่การเป็นตัวการทำให้พลังงานรั่วไหลนั้นน่าสนใจอย่างยิ่ง การที่มันทำหน้าที่เป็นทั้ง “ตัวกลาง” และ “ตัวนำ” บ่งชี้ว่ามีความซับซ้อนในการควบคุมพลาสมามากกว่าที่เราเคยคิดไว้ ในอนาคต เราอาจสามารถควบคุมกลไกเหล่านี้เพื่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นได้ นี่อาจเป็นกุญแจสำคัญในการปลดล็อกพลังงานฟิวชันในที่สุด

การควบคุมความปั่นป่วนของพลาสมา

ที่มา – Plasma Turbulence Is Doing Surprising Things Inside Fusion Reactors