นักวิทย์เตือนเราอาจประเมินค่าวัสดุในเตาปฏิกรณ์ฟิวชันสูงเกินไป

พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันเปรียบเสมือนความหวังใหม่ของโลกในการผลิตพลังงานสะอาดที่ไม่สิ้นสุด โดยการจำลองกระบวนการที่เกิดขึ้นในดวงดาวเพื่อสร้างพลังงานมหาศาล อย่างไรก็ตาม ความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดอย่างหนึ่งคือการหาวัสดุที่สามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงได้ ล่าสุดมีงานวิจัยที่ชี้ให้เห็นว่า นักวิทย์เตือนเราอาจประเมินค่าวัสดุในเตาปฏิกรณ์ฟิวชันสูงเกินไป โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ทังสเตน ซึ่งเคยถูกมองว่าเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการสร้างผนังเตาปฏิกรณ์

นักวิทย์เตือนเราอาจประเมินค่าวัสดุในเตาปฏิกรณ์ฟิวชันสูงเกินไป

ทังสเตนเป็นโลหะที่ได้รับความสนใจอย่างมากในวงการวิจัยเนื่องจากมีความทนทานต่อความร้อนสูงมาก ซึ่งเป็นคุณสมบัติสำคัญที่จำเป็นสำหรับการเผชิญหน้ากับพลาสมาที่มีความร้อนจัดภายในเตาปฏิกรณ์แบบโทคาแมค (Tokamak) แต่ทว่า การศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ใน Physical Review Letters กลับพบความจริงที่น่าตกใจว่า ทังสเตนอาจไม่คงทนอย่างที่เคยคาดการณ์ไว้เมื่อต้องเผชิญกับรังสีระดับสูงที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาฟิวชัน

ความเสียหายจากรังสีเมื่อนักวิทย์เตือนเราอาจประเมินค่าวัสดุในเตาปฏิกรณ์ฟิวชันสูงเกินไป

Jesper Byggmästar นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเฮลซิงกิและทีมวิจัยได้ทำการจำลองสถานการณ์ขนาดใหญ่โดยใช้แบบจำลองโมเลกุลที่ซับซ้อน เพื่อดูว่าเกิดอะไรขึ้นกับอะตอมของทังสเตนเมื่อได้รับผลกระทบจากอนุภาคนิวตรอนพลังงานสูง ซึ่งผลลัพธ์ที่ได้แสดงให้เห็นว่า:

• เกิดความเสียหายขั้นต้น (Primary radiation damage) เมื่อนิวตรอนกระแทกเข้ากับอะตอมของทังสเตนจนกระเด็นออกจากตำแหน่งเดิม
• กระบวนการนี้ส่งผลกระทบต่อเนื่องเป็นลูกโซ่ ทำให้โครงสร้างวัสดุเสื่อมสภาพเร็วกว่าที่คาดไว้ในตอนแรก
• การรวมตัวของความเสียหาย (Collision cascades) ไม่ได้ช่วยฟื้นฟูสภาพวัสดุได้ดีเท่าที่ควรเมื่อเวลาผ่านไป

ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่าเมื่อต้องเผชิญกับรังสีในระยะยาว ทังสเตนมีความอ่อนไหวต่อการเสื่อมสภาพมากกว่าการทดลองหรือทฤษฎีในอดีตเคยระบุไว้ ซึ่งหมายความว่าการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ในอนาคตจำเป็นต้องมีการประเมินความคงทนของวัสดุใหม่ทั้งหมด เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์เหล่านั้นจะมีความปลอดภัยและใช้งานได้ยาวนานอย่างที่ตั้งใจไว้

แม้ว่าผลการศึกษานี้จะสร้างความกังวลให้กับวงการวิศวกรรมฟิวชัน แต่ก็ถือว่าเป็นข้อมูลที่มีค่าอย่างยิ่ง เพราะจะช่วยให้นักวิจัยสามารถปรับปรุงการออกแบบชิ้นส่วนต่าง ๆ ให้แข็งแกร่งขึ้นแทนที่จะยึดติดกับสมมติฐานเดิม ๆ โลกของการวิจัยพลังงานสะอาดนั้นเต็มไปด้วยการลองผิดลองถูก และนี่คือบทพิสูจน์ว่าวิทยาศาสตร์กำลังก้าวไปข้างหน้าด้วยการตั้งคำถามกับความเชื่อเก่า ๆ อยู่เสมอ เพื่อให้เราได้เทคโนโลยีที่ยั่งยืนที่สุดในอนาคต

ที่มา – Scientists Think We’re Overestimating a Promising Fusion Reactor Ingredient