พลาสมาความร้อนสูงในเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน TCV ที่สวิตเซอร์แลนด์

เตาปฏิกรณ์โทคาแมกหรือโทกามัก (Tokamak) เป็นระบบผลิตพลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันรูปแบบหนึ่ง ที่หลายชาติกำลังเร่งพัฒนาให้ใช้งานได้จริง โดยหวังให้ผลิตพลังงานสะอาดในปริมาณมหาศาลแก่ชาวโลก ทดแทนพลังงานรูปแบบอื่นที่ไม่ยั่งยืนและทำลายสิ่งแวดล้อม

.

ล่าสุดทีมนักฟิสิกส์จากสถาบันโพลีเทคนิคเมืองโลซานน์ (EPFL) ของสวิตเซอร์แลนด์ เผยผลการศึกษาล่าสุดที่จะช่วยพัฒนาประสิทธิภาพของเตาปฏิกรณ์โทคาแมกไปอีกขั้น โดยพวกเขาได้ปรับปรุงแก้ไขข้อผิดพลาดในสูตรคำนวณโครงสร้างและการทำงานของเตาปฏิกรณ์ จนพบว่าค่าสูงสุดของขีดจำกัดบางอย่างที่กำหนดไว้เดิมนั้นไม่ถูกต้อง

.

รายงานวิจัยดังกล่าวตีพิมพ์ลงในวารสาร Physical Review Letters เมื่อวันที่ 6 พ.ค.ที่ผ่านมา โดยระบุว่าตัวเลขของ "ขีดจำกัดกรีนวัลด์" (Greenwald limit) ซึ่งนักฟิสิกส์ของเอ็มไอทีได้คำนวณไว้เมื่อกว่า 30 ปีก่อน เพื่อควบคุมพลาสมาในเตาปฏิกรณ์โทคาแมกไม่ให้รั่วไหล ยังไม่ใช่ขีดจำกัดที่แท้จริงและยังเพิ่มสูงกว่านั้นได้อีก 2 เท่า

.

ภาพจำลองเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน ITER เมื่อก่อสร้างเสร็จเรียบร้อยแล้ว

ขีดจำกัดกรีนวัลด์คือค่าความหนาแน่นสูงสุดของพลาสมาที่สามารถจะมีได้ในเตาปฏิกรณ์ เพื่อป้องกันไม่ให้พลาสมาขยายตัวเกินขอบเขตจนรั่วไหลออกสู่ภายนอก ส่วนพลาสมาที่มีอุณหภูมิถึงกว่าร้อยล้านองศาเซลเซียส ซึ่งร้อนยิ่งกว่าใจกลางดวงอาทิตย์นับสิบเท่านี้ ก็คือเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ใช้ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันนั่นเอง

.

นอกจากจะมีการแก้ไขสูตรคำนวณแล้ว ยังมีการทดลองเพิ่มขีดจำกัดกรีนวัลด์ให้สูงขึ้นในเตาปฏิกรณ์โทคาแมกหลายแห่งของยุโรปและสหรัฐฯ ซึ่งรวมถึงเตาปฏิกรณ์ TCV ของสวิตเซอร์แลนด์ เตาปฏิกรณ์ JET ในสหราชอาณาจักร และเตาปฏิกรณ์ ASDEX ในเยอรมนี โดยผลปรากฎว่าเตาปฏิกรณ์เหล่านี้เดินเครื่องได้ดีขึ้นและควบคุมได้ง่ายขึ้น

.

การที่ทีมผู้วิจัยค้นพบว่า สามารถจะเพิ่มความหนาแน่นสูงสุดของพลาสมาในเตาปฏิกรณ์ได้อีกอย่างน้อย 2 เท่า ทำให้คาดการณ์ได้ว่าเตาปฏิกรณ์โทคาแมกแบบใหม่ที่เพิ่มขีดจำกัดกรีนวัลด์แล้ว จะผลิตพลังงานออกมาได้ในปริมาณสูงขึ้นตามไปด้วย โดยจะมีการนำแนวคิดนี้ไปปรับใช้กับการเดินเครื่องเตาปฏิกรณ์ ITER ที่ฝรั่งเศส รวมทั้งใช้ในการก่อสร้างเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันสาธิต DEMO ซึ่งจะเป็นรุ่นลูกของ ITER อีกด้วย

.

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในครั้งนี้ อาจส่งผลให้การพัฒนาเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน เข้าใกล้จุดที่ผลิตพลังงานออกมาได้มากกว่าที่ใช้ตั้งต้นกระบวนการทั้งหมด (breakeven) เร็วขึ้น ซึ่งก่อนหน้านี้บรรดานักวิทยาศาสตร์หวังเอาไว้ว่า จะสามารถบรรลุถึงเป้าหมายดังกล่าวได้ภายในปี 2030

ที่มา : BBC https://www.bbc.com/thai/international-61616818