| ที่มา | คอลัมน์ ฟิสิกส์ธรรมดาสาระมันส์ มติชนรายวัน |
|---|---|
| ผู้เขียน | อาจวรงค์ จันทมาศ www.facebook.com/ardwarong |
| เผยแพร่ |
ล่าสุดนักฟิสิกส์อเมริกันและเยอรมันยืนยันการทำงานของเตาปฏิกรณ์ฟิวชั่นที่ชื่อ Wendelstein 7-X ว่าสามารถทำงานได้อย่างแม่นยำตามที่ออกแบบไว้ การทำแผนที่สนามแม่เหล็กภายในเตาปฏิกรณ์ทำให้นักฟิสิกส์พบว่ามันมีความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 1 ในแสนส่วน
กล่าวได้ว่านักฟิสิกส์กลุ่มนี้ควบคุมสนามแม่เหล็กอันรุนแรงได้อย่างแม่นยำเป็นประวัติการณ์
เตาปฏิกรณ์ Wendelstein 7-X ถูกสร้างโดยสถาบันมักซ์พลังค์ ในประเทศเยอรมนี สร้างเสร็จในเดือนตุลาคมปี 2015
เตาปฏิกรณ์ฟิวชั่นถูกประเภทถูกออกแบบมาเพื่อแก้ปัญหาอย่างหนึ่งนั่นคือ ต้องพยายามเก็บกักพลาสมาที่ร้อนจัดไว้ให้ได้เพราะหากพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงมากๆ สัมผัสเข้ากับส่วนใดส่วนหนึ่งของเตาปฏิกรณ์ย่อมก่อให้เกิดความเสียหายอย่างแน่นอน
วิธีการที่ตรงไปตรงมาที่สุดคือ การนำลวดมาม้วนเข้ากับทรงกระบอกยาวๆ ขดลวดลักษณะดังกล่าวเรียกว่า โซลินอยด์ (solenoid) จากนั้นปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าไปในลวดเส้นนั้น ผลลัพธ์คือสนามแม่เหล็กที่เกิดภายในขดลวดจะกักให้พลาสมาวิ่งในท่อทรงกระบอกได้โดยไม่สัมผัสกับส่วนใดๆ ของขดลวดเลย แต่ปัญหาคือมันมีปลายเปิดอยู่สองด้าน ลำพลาสมาที่วิ่งมาจนสุดที่ปลายด้านหนึ่งย่อมหลุดออกมาทำความเสียหายได้
ดังนั้นนักฟิสิกส์จึงม้วนลวดทรงกระบอกมาประกบกันเป็นทรงโดนัทที่เรียกว่า ทอรอยด์ (toroid) เพื่อไม่ให้มีปลายเปิดและกักพลาสมาให้วิ่งในนั้นได้นานเท่าที่ต้องการ
เตาปฏิกรณ์ฟิวชั่นทั่วไปที่เป็นแบบ tokamak จะควบคุมให้พลาสมาวิ่งในท่อรูปโดนัท แต่เครื่อง Wendelstein 7-X ควบคุมให้พลาสมาวิ่งเป็นรูปโดนัทที่บิดเป็นเกลียว ซึ่งมีข้อได้เปรียบเตาแบบ tokamak
ท่อทรงโดนัทแบบ tokamak จะทำให้สนามแม่เหล็กบริเวณขอบด้านในมีความเข้มมากกว่าขอบด้านนอก ผลที่เกิดคือเมื่อเดินเครื่องไปนานๆ พลาสมาจะถูกดันออกมาบริเวณขอบด้านนอก ทางออกหนึ่งของปัญหานี้คือออกแบบเตาปฏิกรณ์ให้คดโค้งขึ้นลงเล็กน้อยจนมีรูปทรงเป็น Wendelstein 7-X ซึ่งจะสามารถเดินเครื่องได้อย่างต่อเนื่องและพลาสมาภายในจะมีความเสถียรสูงมาก
พลาสมาสีแดงเข้มวิ่งเป็นรูปโดนัทในเตาปฏิกรณ์ tokamak
วงสีน้ำเงินคือ ขดลวดที่ใช้สร้างสนามแม่เหล็ก, เส้นสีเหลืองคือ ลำพลาสมา
เตาปฏิกรณ์อย่าง Wendelstein 7-X เป็นเตาปฏิกรณ์ฟิวชั่นประเภท stellarator ถูกคิดค้นขึ้นมาตั้งแต่ช่วงปี 1950-1960 แล้วโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกันชื่อ Lyman Spitzer (คำว่า stellarator หมายถึงการสร้างและควบคุมพลังงานของดาวฤกษ์ มาจากคำว่า stellar ซึ่งแปลว่าดาวฤกษ์)
แต่ด้วยความซับซ้อนของมันและการทำงานได้ผลที่ดีเยี่ยมของเตาแบบ tokamak ในช่วงปี 1970 ทำให้เตาแบบ stellarator ไม่ได้รับความสนใจ
ทว่าในตอนนี้มันกลับมาได้รับความสนใจอีกครั้ง เนื่องจากความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ช่วยให้การออกแบบเป็นไปได้ง่ายขึ้นและลักษณะของสนามแม่เหล็กที่แสนซับซ้อนภายในนั้นสามารถวิเคราะห์คำนวณได้แล้ว
ปัจจุบัน เตาปฏิกรณ์ประเภท stellarator ไม่ได้มีแค่ที่เยอรมนี แต่ยังมีเตาปฏิกรณ์ Helically Symmetric Experiment ของสหรัฐอเมริกา ที่รัฐวิสคอนซิน และเตาปฏิกรณ์ Large Helical Device ของประเทศญี่ปุ่นที่เมืองกิฟุ
อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์มองว่าพวกเรายังต้องวิจัยเตาปฏิกรณ์ทั้งสองแบบร่วมกับพลังงานทางเลือกอื่นๆ อีกต่อไป เผื่อทางใดทางหนึ่งเกิดปัญหาขึ้นจะได้มีทางอื่นช่วยสนับสนุน และทางที่เคยพัฒนาอย่างเชื่องช้า ในอนาคตอาจก้าวหน้าได้เร็วกว่าทางอื่นๆ ก็ได้
อ้างอิง
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468080X16300322
http://www.nature.com/articles/ncomms13493
