สหรัฐฯ ทำลายสถิติผลิตพลังนิวเคลียร์ เกือบถึงระดับจุดชนวนปฏิกิริยาฟิวชันแบบยั่งยืน

ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์ ลิเวอร์มอร์ (LLNL) ของสหรัฐฯ ทำลายสถิติในการผลิตพลังงานนิวเคลียร์แบบฟิวชันครั้งประวัติศาสตร์ โดยสามารถใช้เครื่องยิงเลเซอร์สร้างพลาสมาความร้อนมหาศาล จนเกือบถึงระดับที่สามารถจุดชนวนให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันอย่างต่อเนื่องและยั่งยืนได้

หอยิงเลเซอร์เพื่อทดลองจุดชนวนนิวเคลียร์ฟิวชันในครั้งนี้ก็คือ National Ignition Facility (NIF) ที่รัฐแคลิฟอร์เนีย ซึ่งสถานที่แห่งนี้ใช้เลเซอร์พลังงานสูงให้ความร้อนและบีบอัดเชื้อเพลิงไฮโดรเจน เพื่อทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันขึ้นในขั้นแรก ก่อนจะพยายามหาทางพัฒนากระบวนการดังกล่าวไปสู่จุดหมาย ซึ่งก็คือการจุดชนวนฟิวชันแบบยั่งยืน (Fusion Ignition) ซึ่งจะผลิตพลังงานนิวเคลียร์ออกมาได้อย่างต่อเนื่องยาวนาน ในระดับที่มากกว่าพลังงานตั้งต้นซึ่งใส่เข้าไปในระบบตอนแรก

วิธีสร้างปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันด้วยเลเซอร์นี้ เรียกว่าการควบคุมพลาสมาด้วยความเฉื่อย (Inertial Confinement Fusion - ICF) ซึ่งแตกต่างจากเตาปฏิกรณ์ฟิวชันอย่างดวงอาทิตย์เทียมของจีน ที่ควบคุมพลาสมาด้วยสนามแม่เหล็ก (Magnetic Confinement Fusion) โดยทั้งสองวิธีต้องอาศัยความร้อนและความดันในระดับที่เหมาะสม เพื่อบรรลุถึงการจุดชนวนฟิวชันแบบยั่งยืน ซึ่งจะเป็นแหล่งที่มาของพลังงานสะอาดที่มนุษย์สามารถตักตวงใช้ได้อย่างไม่สิ้นสุด

มีการใช้แสงเลเซอร์ 192 ลำระดมยิงไปยังเป้าหมาย ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงเม็ดเล็กเท่าหัวเข็มหมุด ทำจากไอโซโทป 2 ชนิดของไฮโดรเจนและบรรจุไว้ในแคปซูล โดยพลังงานจากเลเซอร์จะบีบอัดให้เชื้อเพลิงมีความหนาแน่นเพิ่มขึ้นเป็น 100 เท่าของตะกั่ว และมีอุณหภูมิสูงถึง 100 ล้านองศาเซลเซียส ซึ่งร้อนกว่าใจกลางของดวงอาทิตย์หลายเท่า

เม็ดเชื้อเพลิงที่เป็นเป้าของเลเซอร์ในสภาวะดังกล่าวจะระเบิดออก ปลดปล่อยความร้อนให้แก่เม็ดเชื้อเพลิงอื่น ๆ โดยรอบ ทั้งยังทำให้เกิดคลื่นกระแทกสะท้อนกลับจากพื้นผิวด้านในของแคปซูลด้วย ซึ่งจะทำให้อนุภาคของไฮโดรเจน 2 แบบหลอมรวมกันกลายเป็นฮีเลียม รวมทั้งปลดปล่อยพลังงานมหาศาลออกมาตามหลักของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน

ผลการทดลองเมื่อวันที่ 8 ส.ค.ที่ผ่านมา หอยิงเลเซอร์ NIF สามารถผลิตพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันได้ 1.35 เมกะจูล (MJ) หรือ 1.35 ล้านจูลนั่นเอง ซึ่งคิดเป็น 70% ของพลังงานจากเลเซอร์ที่เป็นพลังงานตั้งต้นในระบบตอนแรก ทำให้ระดับของพลังงานนิวเคลียร์ที่ได้ ขยับเข้าใกล้การจุดชนวนฟิวชันแบบยั่งยืน ซึ่งอยู่ที่ 1.9 เมกะจูลมากขึ้น

ความสำเร็จนี้ถือเป็นการก้าวกระโดดครั้งใหญ่ของวงการนิวเคลียร์ฟิวชันแบบ ICF นับแต่ถือกำเนิดขึ้นเมื่อช่วงทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา โดยระดับพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันที่ผลิตได้ล่าสุดสูงกว่าช่วงต้นปีนี้ 8 เท่า และสูงกว่าของเมื่อปี 2018 ถึง 25 เท่า แต่อย่างไรก็ตาม พลังงานที่เกิดขึ้นทั้งหมดคงอยู่ได้เพียงชั่วพริบตาเพียง 1 ในล้านล้านส่วนของวินาทีเท่านั้น

ทีมนักวิทยาศาสตร์ของ NIF ยังคาดว่า พวกเขาได้ทำความร้อนให้พลาสมาได้สูงขึ้น จนบรรลุถึงจุดที่เรียกว่า burning plasma ไปแล้ว ซึ่งตัวปฏิกิริยาฟิวชันที่เกิดขึ้นในจุดนี้ สามารถสร้างความร้อนได้สูงพอที่จะกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันต่อไปเรื่อย ๆ ได้เอง โดยใช้เชื้อเพลิงน้อยมาก ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญยิ่งที่จะช่วยให้จุดชนวนฟิวชันแบบยั่งยืนได้ในอนาคตอันใกล้นี้