ในโลกที่ดิ้นรนเพื่อเตะการติดเชื้อเพลิงฟอสซิลและให้ความอยากอาหารเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ มีเทคโนโลยีหนึ่งในการพัฒนาที่เกือบจะฟังดูดีเกินกว่าที่จะเป็นจริง:ฟิวชั่นนิวเคลียร์-
ถ้าใช้งานได้พลังฟิวชั่นเสนอพลังงานสะอาดจำนวนมหาศาลพร้อมแหล่งเชื้อเพลิงที่ไร้ขีด จำกัด และการปล่อยคาร์บอนเป็นศูนย์ นั่นคือถ้ามันใช้งานได้ แต่มีทีมนักวิจัยทั่วโลกและใช้เงินหลายพันล้านดอลลาร์เพื่อให้แน่ใจว่าเป็นเช่นนั้น
ในเดือนกุมภาพันธ์ปีที่แล้วบทใหม่ของการวิจัยพลังงานฟิวชั่นเริ่มต้นด้วยการเปิดอย่างเป็นทางการของWendelstein 7-X-
นี่คือการทดลอง 1 พันล้านยูโร (AU $ 1.4 พันล้าน, 1.06 พันล้านเหรียญสหรัฐ) เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นที่สร้างขึ้นใน Greifswald ประเทศเยอรมนีเพื่อทดสอบการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ที่เรียกว่า Aเครื่องดวล-
มีการวางแผนว่าประมาณปี 2021 จะสามารถทำงานได้นานถึง 30 นาทีซึ่งจะเป็นบันทึกสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่น นี่เป็นขั้นตอนที่สำคัญในการแสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติที่สำคัญของโรงไฟฟ้าฟิวชั่นในอนาคต: การดำเนินงานอย่างต่อเนื่อง
แต่ W-7X ไม่ใช่เกมฟิวชั่นเดียวในเมือง ทางตอนใต้ของฝรั่งเศสiterกำลังถูกสร้างขึ้นมา 20 พันล้านเหรียญสหรัฐ (AU $ 26.7 พันล้าน) เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นทดลองที่ใช้การออกแบบที่แตกต่างกันที่เรียกว่ากโทคามาค-
อย่างไรก็ตามแม้ว่า W-7X และ ITER จะใช้การออกแบบที่แตกต่างกัน แต่ทั้งสองโครงการเสริมซึ่งกันและกันและนวัตกรรมในหนึ่งเดียวมีแนวโน้มที่จะแปลเป็นโรงไฟฟ้าฟิวชั่นนิวเคลียร์ที่ทำงานในที่สุด
บิดและเปลี่ยน
พลังงานฟิวชั่นพยายามที่จะทำซ้ำปฏิกิริยาที่ทำให้ดวงอาทิตย์ของเราเป็นที่ซึ่งอะตอมที่มีน้ำหนักเบาสองตัวเช่นไฮโดรเจนหรือฮีเลียมถูกหลอมรวมเข้าด้วยกัน
อะตอมหลอมรวมที่เกิดขึ้นจะเบากว่าสองอะตอมดั้งเดิมเล็กน้อยและความแตกต่างของมวลจะถูกแปลงเป็นพลังงานตามสูตรของ Einstein E = MC²
ความยากลำบากเกิดขึ้นในการกระตุ้นให้อะตอมทั้งสองหลอมรวมซึ่งต้องการให้พวกเขาได้รับความร้อนถึงหลายล้านองศาเซลเซียส
การมีเชื้อเพลิงที่ร้อนจัดนั้นไม่ใช่เรื่องง่ายดังนั้นจึงกลายเป็นก๊าซไอออนร้อน - พลาสมา - ซึ่งสามารถอยู่ในสนามแม่เหล็กได้ดังนั้นจึงไม่ได้สัมผัสกับเครื่องปฏิกรณ์ภายใน
สิ่งที่ทำให้ W-7X น่าสนใจเป็นพิเศษคือการออกแบบตัวดาวฤกษ์ ประกอบด้วยห้องสูญญากาศที่ฝังอยู่ในขวดแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยระบบขดลวดแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด 70 ตัว สิ่งเหล่านี้สร้างสนามแม่เหล็กที่ทรงพลังสำหรับการ จำกัด พลาสมาร้อน
ดาวเด่นและโทคามาคส์เป็นอุปกรณ์กักกันแม่เหล็ก Toroidal (รูปตัวโดนัท) ทั้งสองประเภทที่กำลังตรวจสอบพลังฟิวชั่น
ในการทดลองเหล่านี้สนามแม่เหล็ก toroidal (หรือแหวน) ที่แข็งแกร่งสร้างขวดแม่เหล็กเพื่อ จำกัด พลาสมา
อย่างไรก็ตามเพื่อให้พลาสมามีการกักขังที่ดีในห้องรูปโดนัทสนามแม่เหล็กจะต้องบิด ใน Tokamak เช่นในเครื่องปฏิกรณ์ ITER กระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ในพลาสมาเพื่อสร้างเส้นทางบิดที่ต้องการ
อย่างไรก็ตามกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่สามารถขับเคลื่อนความไม่แน่นอน 'kink' ซึ่งอาจทำให้พลาสมาถูกรบกวน
หากพลาสม่าหยุดชะงักเครื่องปฏิกรณ์จะต้องถูกน้ำท่วมด้วยก๊าซเพื่อดับพลาสมาและป้องกันไม่ให้เกิดความเสียหายจากการทดลอง
ในตัวดาวฤกษ์การบิดในสนามแม่เหล็กนั้นได้มาจากการบิดเครื่องทั้งหมด สิ่งนี้จะช่วยขจัดกระแส toroidal ขนาดใหญ่และทำให้พลาสมามีเสถียรภาพมากขึ้น
ค่าใช้จ่ายมาในความซับซ้อนทางวิศวกรรมของขดลวดสนามและการกักขังที่ลดลงซึ่งหมายความว่าพลาสมามีอยู่น้อยกว่าในฟองแม่เหล็ก
เข้าร่วม
ในขณะที่ W7-X และ ITER ใช้วิธีการที่แตกต่างกัน แต่เทคโนโลยีพื้นฐานส่วนใหญ่ก็เหมือนกัน
พวกเขาเป็นทั้งเครื่องตัวนำยิ่งยวด toroidal และทั้งสองใช้ระบบทำความร้อนภายนอกเช่นความถี่วิทยุและการฉีดลำแสงที่เป็นกลางเพื่อให้ความร้อนในพลาสมาและเทคโนโลยีการวินิจฉัยพลาสมาส่วนใหญ่เป็นเหมือนกัน
ในโรงไฟฟ้าไอโซโทปหนักของไฮโดรเจน (ดิวเทอเรียมและไอโซโทป) ฟิวส์เพื่อสร้างฮีเลียมพร้อมกับนิวตรอนที่มีพลัง
ในขณะที่ฮีเลียมอยู่ในพลาสมานิวตรอนมีประจุไฟฟ้าที่เป็นกลางและยิงเข้าไปใน 'ผ้าห่ม' โดยรอบพลาสมา สิ่งนี้ทำให้ร้อนขึ้นซึ่งจะขับเคลื่อนกังหันไอน้ำที่ผลิตกระแสไฟฟ้า
คุณลักษณะทั่วไปในพลังงานฟิวชั่นคือความจำเป็นในการพัฒนาวัสดุที่สามารถทนต่อความร้อนสูงและนิวตรอนเร็วที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิวชั่น
โดยไม่คำนึงถึงการออกแบบผนังแรกของเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นจะต้องทนต่อการทิ้งระเบิดขนาดใหญ่จากอนุภาคพลังงานสูงตลอดอายุการใช้งาน
ในขั้นตอนนี้มันเร็วเกินไปที่จะบอกว่าการออกแบบ Tokamak ที่ใช้โดย ITER หรือ stellarator ที่ใช้โดย W-7X จะเหมาะกว่าสำหรับโรงไฟฟ้าฟิวชั่นเชิงพาณิชย์
แต่การเริ่มต้นของการดำเนินการวิจัยของ W-7X จะไม่เพียง แต่ช่วยตัดสินใจว่าเทคโนโลยีใดที่ดีที่สุดในการติดตาม แต่จะมีส่วนร่วมในการทดลองฟิวชั่นในอนาคตและบางทีวันหนึ่งเป็นการปฏิวัติพลังงานที่แท้จริง
Matthew Holeเพื่อนร่วมงานวิจัยอาวุโสห้องปฏิบัติการวิจัยพลาสมามหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลีย
บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรกโดยบทสนทนา- อ่านบทความต้นฉบับ-
