เคยสงสัยไหมว่าการหลอมนิวเคลียร์มีหน้าตาเป็นอย่างไร?

การหลอมนิวเคลียร์อาจจะดูเหมือนอยู่อีกสิบปีข้างหน้าเสมอ แต่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่มุ่งไปสู่เป้าหมายนั้นได้เกิดขึ้นแล้ว รวมถึงเทคนิคการสร้างภาพที่แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าเหตุใดการหลอมรวมจึงกล่าวได้ว่าเป็นการควบคุมพลังงานของดวงดาว

การเปิดตัวล่าสุดจาก Tokamak Energy สตาร์ทอัพในสหราชอาณาจักร นำเสนอภาพสีสันที่ไม่เคยมีมาก่อนของปฏิกิริยาฟิวชั่น ซึ่งจับภาพโดยใช้กล้องสีความเร็วสูงที่ 16,000 เฟรมต่อวินาที ภาพที่น่าหลงใหลนี้เป็นสิ่งที่น่าจับตามอง แต่ละสีแสดงถึงข้อมูลที่มีค่าสำหรับนักวิจัยด้านฟิวชั่นที่ตรวจสอบประสิทธิภาพของเครื่องปฏิกรณ์

ตัวอย่างเช่น แสงสีชมพูสดใสแสดงถึงขอบของพลาสมาไฮโดรเจน เส้นสีเขียวมาจากลิเธียมไอออนที่ติดตามเส้นทางของพลาสมาไปรอบๆ โทคาแมค ซึ่งเป็นเครื่องมือรูปทรงโดนัทที่กักเก็บพลาสมาความร้อนสูงสำหรับปฏิกิริยาฟิวชั่น แกนกลางของพลาสมานั้น “ร้อนเกินกว่าจะปล่อยแสงที่มองเห็นได้” บริษัทอธิบาย แต่สัญญาณสีอื่นๆ ให้ข้อมูลที่มีค่าเกี่ยวกับวิธีที่ส่วนผสมฟิวชั่นต่างๆ ทำปฏิกิริยากัน

พูดง่ายๆ ก็คือ การหลอมนิวเคลียร์มีหน้าตาเป็นอย่างไร? มันคือการรวมอะตอมน้ำหนักเบาสองอะตอม ซึ่งส่วนใหญ่มักจะเป็นดิวทีเรียมและทริเทียม ซึ่งเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจนสองชนิด เพื่อสร้างพลังงานจำนวนมหาศาล ต่างจากฟิชชัน ซึ่งแยกอะตอมหนัก การหลอมรวมไม่ทิ้งของเสียที่เป็นอันตรายและกัมมันตภาพรังสีไว้เบื้องหลัง

การหลอมรวมจะเป็นทางเลือกที่ดีที่สุดสำหรับเชื้อเพลิงฟอสซิล หากเราสามารถทำให้มันขยายขนาดในเชิงพาณิชย์ได้ นั่นคือ แม้ว่าสนามนี้จะมีความก้าวหน้าอย่างมากในช่วงหลายปีที่ผ่านมา แต่ความเข้าใจโดยทั่วไปคือพลังงานฟิวชั่นที่ใช้งานได้จริงยังคงอยู่ห่างออกไปอีกหลายปี

เช่นเคย เป้าหมายของการหลอมรวมคือการจำลองพลังงานดาวฤกษ์บนโลก ซึ่งหมายความว่าการทดลองการหลอมรวมเกี่ยวข้องกับสภาวะที่รุนแรงหลายอย่าง ซึ่งยากต่อการตรวจสอบอย่างมาก เช่นเดียวกับเทคโนโลยีอื่นๆ นักวิจัยต้องการทำความเข้าใจว่าสิ่งต่างๆ สามารถผิดพลาดได้อย่างไรและที่ไหน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องจัดการกับวัสดุที่ระเหยง่าย เช่น พลาสมาที่มีความร้อนสูงมากซึ่งถูกกักไว้ภายในเครื่องปฏิกรณ์

โดยธรรมชาติแล้ว นักฟิสิกส์ต่างทำงานอย่างหนักเพื่อหาทางแก้ไข ฟุตเทจใหม่นี้เป็นส่วนหนึ่งของการตรวจสอบระบอบการแผ่รังสี X-point ซึ่งเป็นแนวทางที่พยายามควบคุมการไหลของพลาสมาให้ดีขึ้นเพื่อ “ลดการสึกหรอโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพ” ตามข้อมูลของ Tokamak Energy

Laura Zhang นักฟิสิกส์พลาสมาของ Tokamak Energy กล่าวว่า “กล้องสีมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการทดลองเช่นนี้ มันช่วยให้เราทราบได้ทันทีว่าสิ่งเจือปนที่เป็นก๊าซที่เรากำลังนำเข้ามานั้นแผ่รังสีในตำแหน่งที่คาดไว้หรือไม่ และผงลิเธียมแทรกซึมเข้าไปในแกนพลาสมาหรือไม่”

นักวิจัยกล่าวเสริมว่า “งานนี้กำลังพัฒนาความเข้าใจของเราเกี่ยวกับพฤติกรรมของพลาสมาในขณะที่เราขยายขนาดไปสู่เครื่องมือฟิวชั่นที่ผลิตพลังงาน การเพิ่มการถ่ายภาพสีได้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีค่าเกี่ยวกับวิธีที่วัสดุทำปฏิกิริยากันภายในพลาสมาแล้ว”