นิวเคลียร์ฟิวชันแทนการแยกตัว (หนทางแห่งความรอดสำหรับมนุษยชาติ?) ฟิวชั่น

“โหฬารอุม” นี้คืออะไร?

เลเซอร์ฟิวชั่นโฮลเราม์สีทอง

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ความร้อนด้วยเลเซอร์แห่งชาติที่ซับซ้อน (ระบบจุดระเบิดแห่งชาติ NIF)ในสหรัฐอเมริกาเรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์เลเซอร์แสนสาหัสแบบใช้คู่ มีวัตถุประสงค์เพื่อช่วยเหลือชาวอเมริกัน กองทัพรักษาคลังแสงนิวเคลียร์ของตนให้อยู่ในสภาพพร้อมรบภายใต้คำสั่งเลื่อนการชำระหนี้ชั่วคราว การทดสอบนิวเคลียร์และเขายังเสนอการค้นพบที่ก้าวล้ำซึ่งสามารถให้อารยธรรมมีทะเลพลังงานที่สะอาดและราคาถูก

หากสื่อเชื่อได้ สิ่งต่างๆ ที่ NIF กำลังไปได้สวย แต่ผู้ตรวจสอบบัญชีของสำนักงานบัญชีกลางแห่งสหรัฐอเมริกา (GAO อะนาล็อกของหอการค้ารัสเซีย)มีข้อสงสัยเกี่ยวกับเรื่องนี้ ซึ่งพวกเขาแบ่งปันกับสภาคองเกรสในรายงานหมายเลข GAO-10-488

NIF, NIC และ NNSA

ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2552 สำนักงานความมั่นคงทางนิวเคลียร์แห่งชาติของสหรัฐอเมริกา (NNSA) เสร็จสิ้นการก่อสร้าง NIF ซึ่งเป็นโครงการมูลค่า 3.5 พันล้านดอลลาร์ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์ลิเวอร์มอร์ การประมาณการนี้รวมถึง 2.2 พันล้านดอลลาร์สำหรับการก่อสร้างจริง และ 1.3 พันล้านดอลลาร์สำหรับการประกอบและติดตั้งเลเซอร์ 192 ชิ้นและอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้อง

ฝ่ายบริหารมีแผนสร้างสรรค์อย่างยิ่ง แรงดันสูงและอุณหภูมิปกติสำหรับ การระเบิดของนิวเคลียร์- ถ้าทุกอย่างเป็นไปด้วยดีล่ะก็ การติดตั้งใหม่จะอนุญาตให้ชาวอเมริกันศึกษาคุณลักษณะของอุปกรณ์ระเบิดนิวเคลียร์โดยไม่ต้องทดสอบสิ่งเหล่านั้น ซึ่งเป็นสิ่งต้องห้ามตามข้อกำหนดของการเลื่อนการชำระหนี้ที่นำมาใช้ในสหรัฐอเมริกาในปี 1992

NNSA เรียกเลเซอร์ฟิวชั่นว่าเป็น "องค์ประกอบสำคัญ" ของโครงการขนาดใหญ่อย่างถูกต้องเพื่อรักษาความพร้อมรบของอเมริกา คลังแสงนิวเคลียร์- วัตถุประสงค์ทางทหารจะเป็นสิ่งสำคัญอันดับแรกของ NIF แต่ การบริหารราชการทหารพร้อมที่จะให้กำลังการผลิตติดตั้งแก่นักวิจัยพลเรือน

ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Livermore รับผิดชอบโดยตรงในการออกแบบและก่อสร้าง NIF การศึกษาเชิงทฤษฎีครั้งแรกที่มุ่งเตรียมการสำหรับการเกิดขึ้นของ NIF ย้อนกลับไปในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2540 ในปี 2548 NNSA ได้ก่อตั้ง NIC ขึ้นตามคำสั่งของรัฐสภา (รณรงค์จุดไฟแห่งชาติ)และมอบหมายให้เธอดูแลปัญหาการบริหารจัดการโครงการ นอกจากนี้ สำหรับการควบคุมโครงการของบุคคลที่สามที่เราเชิญ ผู้เชี่ยวชาญอิสระและกลุ่มผู้เชี่ยวชาญ

เลเซอร์และโหราศาสตร์

เทคโนโลยีที่ใช้ใน NIF เรียกได้ว่าเป็น "เลเซอร์ฟิวชั่น" ในวรรณคดีอเมริกัน คำว่า "การจุดไฟ" ถูกกำหนดไว้ เมื่อทุกอย่างพร้อม ผู้ปฏิบัติงาน NIF จะต้องรวมลำแสงเลเซอร์ 192 ดวงไปที่เป้าหมายที่มีขนาดเล็กกว่าเหรียญ 10 เซ็นต์ไปพร้อมกัน พลังงานรวมของคานจะเท่ากับ 1.8 MJ

ในวงจรการทำงานหนึ่งรอบซึ่งกินเวลาประมาณหนึ่งในล้านของวินาที ลำแสงจะต้องผ่านชุดตัวคูณแสง จากนั้นจึงมุ่งความสนใจไปที่เป้าหมายขนาดเล็กมาก ส่วนหลังจะอยู่ภายในห้องทรงกลมสูง 10 เมตร

แผนภาพการติดตั้ง NIF - วาดโดยผู้ตรวจสอบ GAO

เป้าหมายก็คือกระบอกทองคำกลวง พวกเขาเรียกเขาว่า คำภาษาเยอรมัน"ฮอลรอม" (โฮห์ลรอม)เป็นช่องที่มีผนังอยู่ในภาวะสมดุลของการแผ่รังสีกับช่องนั้น Hohlraum เหมือนกับตุ๊กตาทำรัง ซ่อนแคปซูลเชื้อเพลิงขนาดเท่าเมล็ดพริกไทย ประกอบด้วยชั้นดิวทีเรียมและไอโซโทปที่แช่แข็งซึ่งล้อมรอบส่วนผสมที่เป็นก๊าซเย็นของไอโซโทปเดียวกันนี้

ระหว่างการทำงาน เลเซอร์ของการติดตั้ง NIF จะต้องให้ความร้อนแก่ผนังภายในของ hohlraum อย่างรวดเร็ว ซึ่งจะแปลงพลังงานเลเซอร์เป็น การฉายรังสีเอกซ์- ในทางกลับกัน รังสีเอกซ์ควรให้ความร้อนแก่พื้นผิวด้านนอกของแคปซูลน้ำมันเชื้อเพลิงอย่างรวดเร็ว เมื่อได้รับความร้อนอย่างเหมาะสม แคปซูลควรยุบตัวด้วยแรงที่เทียบได้กับแรงที่เกิดขึ้นเมื่อปล่อยจรวด กล่าวคือ การระเบิดภายใน (การระเบิด) ของชั้นดิวทีเรียม-ทริเทียมควรเกิดขึ้น

หากการระเบิดเกิดขึ้นอย่างสมมาตรและด้วยความเร็วที่ต้องการ อะตอมของดิวทีเรียมและทริเทียมจะถูกบังคับให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันนาน 10 ล้านล้านวินาที อุณหภูมิที่จะสร้างในแคปซูลเชื้อเพลิงคาดว่าจะอยู่ที่ประมาณ 100 ล้านองศา กล่าวคือ แคปซูลจะร้อนกว่าใจกลางดวงอาทิตย์

แผนผังการถ่ายโอนพลังงานใน hohlraum - วาดโดยผู้ตรวจสอบ GAO
คลิกซ้ายเพื่อดูขนาดเต็ม

การทดสอบเบื้องต้นเพื่อยืนยันกระบวนการที่มีอยู่ในการติดตั้ง NIF เกิดขึ้นที่ห้องปฏิบัติการพลังงานเลเซอร์ของมหาวิทยาลัยโรเชสเตอร์ (นิวยอร์ก) ปัจจุบันระบบเลเซอร์ OMEGA และ OMEGA EP ของห้องปฏิบัติการทำหน้าที่เป็นตัวขับเคลื่อนสำหรับการวิจัยเลเซอร์ฟิวชั่นของ NNSA ทั้งหมด ก่อนที่จะมีการสร้าง NIF พวกเขาได้สร้างสถิติโลกในด้านพลังงานลำแสงเลเซอร์

เป้าหมาย โฮห์ราอุม และอุปกรณ์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้องสำหรับ NIF จัดหาโดย General Atomics ในแคลิฟอร์เนีย ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Los Alamos รับผิดชอบระบบการวินิจฉัย และห้องปฏิบัติการ Sandia รับผิดชอบในการสนับสนุนการวิจัยโดยใช้เครื่อง Z ซึ่งสามารถแปลง รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในการเอ็กซเรย์

ปัญหาทางเทคนิค

การสร้าง NIF จะนำไปสู่ความสำเร็จหรือไม่ และนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันจะสามารถจุดชนวนปฏิกิริยาแสนสาหัสโดยใช้เลเซอร์ได้หรือไม่ ผู้ตรวจสอบของ GAO จำข้อค้นพบของคณะผู้พิจารณาอิสระอย่าง JASON ได้ยาก ซึ่งระบุถึงความท้าทายที่นักพัฒนา NIF เผชิญอยู่ ปัญหาทางเทคนิค.

ภารกิจหลักประการหนึ่งคือการลดการสูญเสียให้เหลือน้อยที่สุด รังสีเลเซอร์นั่นคือเพื่อลดส่วนแบ่งพลังงานที่จะผ่านโฮห์ราอุมหรือสะท้อนจากผนังลงอย่างมาก หากการสะท้อนกลับคุกคามการสูญเสียพลังงาน ลำแสงแต่ละลำที่พลาดไปจะส่งผลเสียต่อความสมมาตรของการบีบอัดของแคปซูลเชื้อเพลิง ดังนั้นจึงทำให้เกิดข้อสงสัยในการเริ่มต้นปฏิกิริยาแสนสาหัส

แม้แต่การกำหนดเป้าหมายที่แม่นยำที่สุดของลำแสงเลเซอร์ก็ไม่รับประกันความสำเร็จอย่างสมบูรณ์ ภายใต้อิทธิพลของการแผ่รังสีเลเซอร์ กระบวนการไอออไนเซชันเริ่มต้นภายในโฮห์ราอุม และก๊าซที่มีประจุที่เกิดขึ้นจะรบกวนกระบวนการถ่ายโอนพลังงาน กล่าวโดยย่อ จากการทำงานร่วมกันของอนุภาคไอออไนซ์และลำแสงเลเซอร์ พลังงานส่วนหนึ่งที่มาถึงโฮห์ราอุมจะถูกถ่ายโอนกลับออกนอกขอบเขต

นักวิทยาศาสตร์เรียกกระบวนการนี้ว่า "ความไม่แน่นอนของเลเซอร์-พลาสมา" (ความไม่เสถียรของเลเซอร์-พลาสมา)- นอกจากการสูญเสียพลังงานแล้ว ยังนำไปสู่การรบกวนที่ไม่พึงประสงค์ระหว่างลำแสงเลเซอร์ ซึ่งจะส่งผลเสียต่อความสมมาตรของการระเบิด

ปัญหาสำคัญประการที่สองของ NIF เกี่ยวข้องกับความเร็วของการระเบิด เพื่อเริ่มต้นปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ แคปซูลเชื้อเพลิงจะต้องถูกบีบอัด 40,000 ครั้งเมื่อเทียบกับขนาดดั้งเดิม ในกรณีนี้แคปซูลจะต้องคงรูปทรงกลมไว้ ยิ่งไปกว่านั้น การระเบิดจะต้องเกิดขึ้นที่ความเร็วที่กำหนด ไม่เช่นนั้นจะไม่สามารถสร้างแรงกดดันที่จำเป็นในการเริ่มการสังเคราะห์นิวเคลียสของแสงได้

หากพื้นผิวของแคปซูลเชื้อเพลิงไม่เรียบเพียงพอ หรือหากรังสีเอกซ์กระทบแคปซูลไม่เท่ากัน ส่วนที่ยื่นออกมาคล้ายนิ้วจะเริ่มก่อตัวบนแคปซูล ตามผลการคำนวณที่แสดง แบบจำลองทางคณิตศาสตร์การก่อตัวของส่วนที่ยื่นออกมาจะเป็นผลมาจากความไม่เสถียรทางอุทกพลศาสตร์ที่เกิดขึ้นเมื่อวัสดุที่มีความหนาแน่นต่างกันสัมผัสกัน หากมีส่วนที่ยื่นออกมามากเกินไปปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์จะไม่เกิดขึ้นเนื่องจากอุณหภูมิภายในแคปซูลจะลดลงเนื่องจากการยื่นออกมา

การฉายภาพด้วยนิ้วบนพื้นผิวของแคปซูลเชื้อเพลิง - วาดโดยผู้ตรวจสอบของ GAO
คลิกซ้ายเพื่อดูขนาดเต็ม

นอกเหนือจากปัญหาทั้งสองที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว ผู้สร้าง NIF ยังเผชิญกับความยากลำบากแบบดั้งเดิมมากกว่า แต่ก็ไม่ร้ายแรงน้อยกว่า ดังนั้นพวกเขาจึงต้องมั่นใจในการควบคุมสภาพของเลนส์ได้อย่างน่าเชื่อถือ ซึ่งแน่นอนว่าจะเสียหายเมื่อเวลาผ่านไปจากลำแสงเลเซอร์ที่ทะลุผ่านเลนส์

ในตอนแรก ความเสียหายดังกล่าวจะมีเพียงเล็กน้อย แต่เมื่อเวลาผ่านไป จำนวนของมันจะเริ่มเพิ่มขึ้น และหากเปอร์เซ็นต์ของความเสียหายทั้งหมดเกินขีดจำกัดที่กำหนด การดำเนินการ NIF ที่พารามิเตอร์ที่ระบุจะเป็นไปไม่ได้

เพื่อเป็นการยกย่องผู้สร้าง NIF พวกเขาไม่ได้หนีจากปัญหา การออกแบบ hohlraum ได้รับการออกแบบใหม่ทั้งหมด และการออกแบบใหม่สัญญาว่าจะลดการสูญเสียพลังงานเลเซอร์ให้เหลือน้อยที่สุด การครอบคลุมจุดเข้าของลำแสงเลเซอร์ถูกลบออกจากโครงการของเขาทันทีที่ปรากฎว่าความคิดที่ดีที่ดูเหมือนจะจัดเรียงในลักษณะพิเศษที่ลำแสงกระทบเป้าหมายทำให้ความไม่เสถียรของเลเซอร์ - พลาสมาเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

หลังจากการค้นหาเป็นเวลานาน นักวิทยาศาสตร์ก็พบว่าฮีเลียมเป็นวัสดุที่บรรจุโฮห์เราม์ การออกแบบดั้งเดิมควรจะใช้ส่วนผสมของไฮโดรเจนและฮีเลียม การดัดแปลงเหล่านี้และการดัดแปลงอื่นๆ ได้รับการทดสอบในการรบระหว่างการทดลองครั้งแรกที่ NIF ซึ่งดำเนินการในปี 2552 ผลลัพธ์ที่ได้ถือว่าน่าพอใจ และหวังว่าจะหลีกเลี่ยงความไม่เสถียรเมื่อทำงานที่กำลังไฟพิกัด

ความเข้าใจเกี่ยวกับกระบวนการระเบิดควรปรับปรุงหลังจากเสร็จสิ้นการคำนวณด้วยคอมพิวเตอร์ในแบบจำลองสองและสามมิติ นอกจากนี้ ความไม่เสถียรทางอุทกพลศาสตร์กำลังได้รับการศึกษาอย่างจริงจังในคอมเพล็กซ์ OMEGA ที่กล่าวถึงแล้ว เจ้าหน้าที่ NIF ยังหวังที่จะสามารถตรวจสอบสภาพของเลนส์ได้

การดำเนินการ NIF ด้วยพลังงานลำแสงเลเซอร์รวม 1.8 MJ ถูกเลื่อนออกไปเป็นปี 2554 จนถึงสิ้นปี 2553 การติดตั้งจะดำเนินการโดยใช้พลังงาน 1.2-1.3 MJ ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่า ด้วยพลังงาน 1.2 MJ การสูญเสียพลังงานเนื่องจากความไม่เสถียรไม่เกิน 6% ในการทดลองครั้งแรก แม้ว่าโครงการจะยอมให้มีการสูญเสีย 15% ก็ตาม

การรวมครั้งแรกยังนำไปสู่การสูญเสียครั้งแรกในด้านทัศนศาสตร์ ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2552 คานบางส่วนสะท้อนอย่างไม่คาดคิดระหว่างทางไปยังเป้าหมาย การระดมยิงที่ "สำเร็จ" เมื่อรวมกับข้อผิดพลาดในการออกแบบ ได้ปิดการใช้งาน 4% ของจำนวนกระจกทั้งหมดในระบบ โชคดีที่ "การประหารชีวิต" เกิดขึ้นที่พลังงานไฟต่ำ ไม่เช่นนั้นผลที่ตามมาอาจเลวร้ายยิ่งกว่านั้นอีก

การติดตั้ง NIF กำลังก้าวไปสู่พาร์ทีละขั้นตอน ผลลัพธ์ล่าสุดที่ได้จากการทดลองในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2552 ได้พลังงานเลเซอร์ 1.2 MJ

ผู้เชี่ยวชาญอิสระขอเตือนด้วยความระมัดระวัง พวกเขาคาดการณ์ว่า NIF จะเผชิญกับความท้าทายทางเทคโนโลยีและทางกายภาพใหม่ๆ ที่ไม่สามารถคาดเดาได้ในระยะนี้ และผู้ตรวจสอบของ GAO กำลังสงสัยว่ากำหนดการปัจจุบันของปฏิกิริยาเลเซอร์ฟิวชั่นครั้งแรกที่เกิดขึ้นในปี 2555 นั้นเป็นจริงหรือไม่

หน้า 1

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเรียกว่าเทอร์โมนิวเคลียร์เพราะว่า วิธีเดียวเท่านั้นการกระตุ้นปฏิกิริยา - ให้ความร้อนแก่เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ถึง อุณหภูมิสูง.  

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันยังสามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานได้อีกด้วย  

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันต้องใช้อุณหภูมิและแรงกดดันที่สูงมากจึงจะเกิดขึ้น  

ไฮโดรเจน-3 เข้าสู่ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันได้ง่ายที่สุด แต่ก็มีอยู่ในนั้น ชั้นบรรยากาศของโลกในปริมาณที่น้อยเช่นนี้และการผลิตมีความเกี่ยวข้องกับต้นทุนที่สูงมากจนทำให้เกิดคำถามถึงความเป็นไปได้ในการใช้เป็นเชื้อเพลิง  

ปฏิกิริยานี้เรียกว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน เนื่องจากนิวเคลียสรวมกันเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่า  

เพื่อให้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเริ่มต้นได้ จำเป็นต้องมีอุณหภูมิประมาณหนึ่งล้านองศา เนื่องจากวิธีเดียวที่ทราบในปัจจุบันในการบรรลุอุณหภูมิดังกล่าวคือผ่านปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน จึงมีการใช้ระเบิดปรมาณูจากปฏิกิริยาฟิชชันเพื่อเริ่มปฏิกิริยาไฮโดรเจนฟิวชัน สันนิษฐานว่าพลังงานที่ดวงดาวปล่อยออกมารวมถึงดวงอาทิตย์ของเรานั้นก่อตัวขึ้นจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันคล้ายกับปฏิกิริยาที่กล่าวข้างต้น นิวเคลียสของคาร์บอน ออกซิเจน และไนโตรเจน รวมถึงไอโซโทปของไฮโดรเจนและฮีเลียม สามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาดังกล่าวได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอายุและอุณหภูมิของดาวฤกษ์  

ปัญหาหลักที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันคือการพัฒนาเทคโนโลยีที่สามารถกักเก็บก๊าซของอนุภาคมีประจุ พลาสมา ไว้ที่อุณหภูมิหลายล้านองศาเป็นเวลานานพอสมควรเพื่อปลดปล่อยพลังงานตามปริมาณที่ต้องการ ในขณะที่พลาสมาอยู่ในสถานะแยกตัว มีสองวิธีที่ทราบกันว่าใช้ควบคุมกระบวนการนี้: วิธีการของสนามแม่เหล็ก และวิธีการจำกัดอะตอมไฮโดรเจนหนักโดยใช้เลเซอร์อันทรงพลัง วิธีนี้เป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการทำปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งเกี่ยวข้องกับดิวเทอเรียมและทริเทียม และเกิดขึ้นในพลาสมาที่ถูกกักขังโดยสนามแม่เหล็กที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 ล้านเซลเซียส ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายปฏิกิริยาฟิวชัน ได้แก่ ฮีเลียมไอออน (He-4) และนิวตรอน พลังงานประมาณ 80% ที่ปล่อยออกมาอันเป็นผลมาจากฟิวชันมาจากนิวตรอน ระบบถ่ายเทความร้อนและการแปลงความร้อนที่เป็นขั้นตอนต่อไปจะคล้ายคลึงกับระบบที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชัน  

การเรียนรู้ที่จะผลิตพลังงานที่เป็นประโยชน์ผ่านปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเป็นสิ่งสำคัญในเบื้องต้น เนื่องจากฟิวชันนิวเคลียร์แสนสาหัสเป็นแหล่งพลังงานที่ไม่มีวันหมดสิ้น ต้นทุนของเชื้อเพลิงแสนสาหัสมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับต้นทุนเชื้อเพลิงฟอสซิล มีจำหน่ายทุกที่ และกระบวนการได้มาซึ่งมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเพียงเล็กน้อยเท่านั้น นอกจากนี้ แม้ว่าพลังงานแสนสาหัสก็เป็นพลังงานปรมาณูประเภทหนึ่งเช่นกัน แต่ก็แตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากพลังงานปรมาณูธรรมดา ซึ่งถูกปล่อยออกมาในระหว่างการแตกตัวของยูเรเนียม พลูโตเนียม และทอเรียม เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องปฏิกรณ์ฟิชชันและอันตรายที่เกิดขึ้น เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันดูเหมือนจะมีอันตรายน้อยกว่ามาก  

อัตราการปลดปล่อยพลังงานอันเป็นผลจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันทั้งหมดที่เกิดขึ้นทุกวินาทีนั้นมีค่าน้อยอย่างน่าประหลาดใจเมื่อแสดงเป็นแคลอรี่ต่อกรัมของสาร มันจะน้อยกว่าความเร็วมากกว่า 100 เท่า ร่างกายมนุษย์ปล่อยความร้อนออกมาภายในหนึ่งวินาทีระหว่างการเผาผลาญ แน่นอน, ปริมาณรวมความร้อนที่เกิดจากดวงอาทิตย์ไม่สามารถเทียบได้กับความร้อนในร่างกายของเรา เนื่องจากมีค่ามหาศาลมากของมวลรวมของดวงอาทิตย์ แต่นี่ทำให้เกิดคำถามว่าดวงอาทิตย์จะร้อนขนาดนี้ได้อย่างไรหากอัตราการปล่อยความร้อนต่อมวลกรัมในนั้นน้อยกว่าในร่างกายของเรา 100 เท่า  

เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าการสร้างพลังงานผ่านปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันควรก่อให้เกิดมลพิษน้อยลง สิ่งแวดล้อมกว่าการใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน อย่างไรก็ตามก็ควรสังเกตว่า วัสดุก่อสร้างสำหรับชิ้นส่วนภายในของเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันจะต้องมีกัมมันตรังสีสูงและมักจะต้องเปลี่ยนใหม่ สาเหตุของโรคแทรกซ้อนเหล่านี้คืออะไร?  

ความอุดมสมบูรณ์ของธาตุสัมพันธ์กับความเสถียรของนิวเคลียสและปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันของธาตุต่างๆ ด้วยเหตุนี้จึงมีกฎโดยประมาณซึ่งกำหนดความชุกขององค์ประกอบ มีการสังเกตว่าธาตุที่มีมวลอะตอมต่ำจะมีมากกว่าธาตุหนัก ต่อไป, มวลอะตอมองค์ประกอบที่พบบ่อยที่สุดจะแสดงเป็นตัวเลขที่เป็นผลคูณของสี่ องค์ประกอบที่มีเลขลำดับคู่นั้นพบได้บ่อยกว่าองค์ประกอบที่เป็นเลขคี่ที่อยู่ติดกันหลายเท่า  

โอกาสอันยิ่งใหญ่อย่างแท้จริงสำหรับการพัฒนาพื้นฐานพลังงานของการผลิต สังคมสัญญาว่าการเรียนรู้ของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันที่ควบคุมได้ การแก้ปัญหาการควบคุมปฏิกิริยาแสนสาหัสถือเป็นวาระของวิทยาศาสตร์โซเวียต หน้าที่ของบริษัท ได้แก่ การค้นพบวิธีแปลงพลังงานความร้อน นิวเคลียร์ พลังงานแสงอาทิตย์ และเคมีให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง  

หากโปรตอนเข้าใกล้ระยะทาง z r0 ก็จะเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นขึ้น นิวคลีออนจะก่อตัวเป็นระบบที่ถูกผูกไว้ - นิวเคลียสของอะตอมดิวทีเรียม สถานะที่ถูกผูกไว้นั้นสอดคล้องกับแบบจำลองของอนุภาคในหลุมศักย์ แต่การบรรจบกันของอนุภาคดังกล่าวถูกป้องกันโดยสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น เพื่อตรวจสอบความเป็นไปได้ของการเกิดปฏิกิริยาจำเป็นต้องแก้ปัญหาการผ่านของอนุภาคผ่านสิ่งกีดขวางที่มีพลังงานต่างกัน  

ลิเธียมเป็นแหล่งของไอโซโทปหนักของไฮโดรเจน ไอโซโทป ซึ่งใช้ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน  

ฟิวชั่น (เทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชัน, ฟิวชันเทอร์โมนิวเคลียร์ควบคุม, ฟิวชันควบคุม) - วิธีการเก่าแต่ยังคงใช้ได้ในการตัดแป้งตามงบประมาณในระดับโลก ซึ่งสามารถผลิตเป็นผลพลอยได้ซึ่งเป็นแหล่งพลังงาน ยานอวกาศ และสิ่งของโคเชอร์อื่น ๆ หลายร้อยชนิด

ต้นแบบการทำงานของเครื่องจักรมหัศจรรย์นั้นถูกนำเสนออย่างชัดเจนในรูปแบบของดวงอาทิตย์ที่หมุนอยู่เหนือพื้นผิวของดิสก์โลก จริงอยู่ เราไม่สามารถสร้างสิ่งเดียวกันได้ทั้งหมด เพื่อให้ไฮโดรเจนสามารถเกิดปฏิกิริยาแสนสาหัสได้ด้วยตัวเอง โดยไม่ต้องใช้ชุดบอดี้คิท คุณจำเป็นต้องอาศัยมันจำนวนมาก ไม่ เยอะมาก 80 มวลดาวพฤหัสบดีหรือมากกว่า แต่เรากำลังดำเนินการอยู่

พลาสมาแสนสาหัส

ดิ เอสเซ้นส์™

สั้น ๆ เกี่ยวกับสิ่งสำคัญ นานมาแล้ว ไอน์สไตน์ขยาย E=mc² ซึ่งปัจจุบันแม้แต่เด็กๆ รู้จักกับวัตถุทั้งหมด (รวมถึงวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้แสง โดยไม่มีอีเทอร์และอิเล็กโทรไดนามิกส์) ในเวลาเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์ตระหนักว่าไม่ใช่โดยไม่มีเหตุผลที่นิวเคลียสสองตัวของอะตอมดิวทีเรียม ²H (นี่คือไอโซโทปหนักของไฮโดรเจน) มีน้ำหนักมากกว่าหนึ่งฮีเลียม-4 4 He นิวเคลียสเล็กน้อย ยิ่งไปกว่านั้น ในระหว่างการสังเคราะห์ฮีเลียมเดียวกันนี้จากไฮโดรเจน พลังงานยึดเหนี่ยว Δm×c² โดยที่ Δm คือข้อบกพร่องของมวล จะบินหนีไปอย่างมีความสุขในรูปของพลังงานจลน์ของผลิตภัณฑ์การสังเคราะห์

โดยหลักการแล้ว จริงๆ แล้วมีตัวเลือกการสังเคราะห์มากกว่าตัวเลือกการสังเคราะห์เพียงเล็กน้อย คุณสามารถใช้ดิวทีเรียม ลิเธียม และไอโซโทปได้ อะไรก็ได้! เพียงแค่นี้:

1. สำหรับการสังเคราะห์องค์ประกอบที่หนักกว่าที่คุณต้องการ โออุณหภูมิที่สูงขึ้น
2. ในระหว่างการสังเคราะห์ธาตุที่หนักกว่าเหล็ก พลังงานจะถูกปล่อยออกมาน้อยกว่าในระหว่างการสังเคราะห์เหล็ก

การวิจัยฟิวชั่นส่วนใหญ่เป็นวิทยาศาสตร์เชิงทดลอง นี่ไม่ใช่ Perelman คุณไม่สามารถทำอะไรที่มีความหมายด้วยเงินสามโกเปคได้ คุณต้องมีอุปกรณ์ที่ซับซ้อนและมีราคาแพง และมีเด็กเนิร์ดผิวดำจำนวนหนึ่งที่จะคอยดูแลอุปกรณ์นี้ ทั้งหมดนี้ต้องใช้เงินเป็นจำนวนมาก และที่น่าแปลกก็คือพวกมันยังคงโดดเด่น และเมื่อรัฐบาลใดจัดสรรเงินเพื่อบางสิ่งบางอย่าง ย่อมไม่เพียงแต่จะส่งผลไปยังด้านที่มีความสำคัญจริงๆ เท่านั้น แต่ยังรวมถึงด้านที่โฆษณาดีกว่าด้วย แม้กระทั่งพวกนั้น องค์กรทางวิทยาศาสตร์ผู้ที่ต้องการทำสิ่งที่มีประโยชน์จริงๆ มักจะถูกบังคับให้ทำสิ่งที่ "ทันสมัย" มากกว่าที่สำคัญจริงๆ เพราะไม่เช่นนั้นพวกเขาจะไม่ได้รับเงิน

พูดตามตรง เป็นที่น่าสังเกตว่าต้นทุนของการหลอมฟิวชั่นนั้นดูมหาศาลจนกว่าคุณจะเปรียบเทียบกับนาโนเทคโนโลยีทุกประเภทและความสนุกสนานอื่น ๆ ของโรงเลื่อย

เหตุใดสิ่งนี้จึงจำเป็น?

ดังที่คุณทราบ น้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซจะอยู่ได้ไม่นานนัก และนักอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมก็ไม่มีความสุขเช่นกัน ดูเหมือนว่าจะมียูเรเนียมและทอเรียมเพียงพอ แต่ผู้คนกลับกลัวบางสิ่ง และไม่มีความชัดเจนว่าจะทิ้งกากกัมมันตภาพรังสีจำนวนมากไว้ที่ใด

ในอนาคตฟิวชั่นแสนสาหัสทำให้สามารถรับพลังงานจากน้ำได้อย่างแท้จริงและของเสียจากการดำเนินงานจะเป็นเพียงไฮโดรเจนและฮีเลียมที่ไม่เป็นอันตรายธรรมดาเท่านั้น จะมีไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีอยู่ภายในเครื่องปฏิกรณ์ แต่จะมีน้ำหนักหลายร้อยกรัม เมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงที่ใช้ไปครึ่งหนึ่งหลายร้อยตันในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทั่วไป ดังนั้นจึงไม่มีอะไรที่เหมือนกับเชอร์โนบิลสามารถเกิดขึ้นได้แม้ว่าเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันจะระเบิดก็ตาม แต่การระเบิดของมันจะเกิดขึ้นได้ในกรณีที่มีการโจมตีของผู้ก่อการร้ายเท่านั้น เนื่องจากโดยหลักการแล้วปฏิกิริยาที่นั่นไม่สามารถพัฒนาได้เองตามธรรมชาติ

นอกจากนี้ในทางทฤษฎีแล้ว เครื่องยนต์จรวดขึ้นอยู่กับวัตถุนั้น สามารถสร้างแรงกระตุ้นได้มากกว่าพลาสมา ไฟฟ้า และนิวเคลียร์ทุกประเภท ทำให้สามารถหารถแทรกเตอร์ที่เหมาะสำหรับใช้กับดาวเคราะห์และแม้แต่ระหว่างดวงดาวได้ด้วยความเร็ว 10% ของความเร็วแสง อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่สอง เที่ยวบินดังกล่าวจะเป็นแบบไร้คนขับ แต่คุณสามารถอยู่ห่างจากดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุดได้ประมาณ 50 ปี

ทำไมมันไม่ทำงาน?

เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชัน นิวเคลียสทั้งสองจะต้องเข้ามาใกล้กันมาก ระยะใกล้- แต่นิวเคลียสมีประจุบวกจึงผลักกัน เพื่อให้พวกมันอยู่ใกล้กันมากขึ้น พวกมันจะต้องถูกเร่งความเร็วให้มหาศาล หนึ่งในตัวเลือกหลักสำหรับการโอเวอร์คล็อกคือการให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง จากการคำนวณแสดงว่าต้องมีอุณหภูมิประมาณ 10^9 เคลวิน แต่เนื่องจากสิ่งที่เรียกว่า "หางแมกซ์เวลเลียน" การสังเคราะห์จึงจุดประกายที่ 10^7 โดยทั่วไปสามารถอธิบายสิ่งนี้ได้ดังต่อไปนี้: ที่อุณหภูมิที่กำหนด อนุภาคของก๊าซจะเคลื่อนที่ไปด้วย หลากหลายความเร็วที่กำหนด (ในภูมิภาคก่อนสัมพัทธภาพ) โดยการแจกแจงแมกซ์เวลล์ ดังนั้น ที่อุณหภูมิ 10^7K แล้ว จะมีอนุภาคซึ่งมีความเร็วเพียงพอที่จะเอาชนะแรงผลักของคูลอมบ์ และรวมนิวเคลียสสองนิวเคลียสให้เป็นหนึ่งเดียว แต่ที่อุณหภูมิดังกล่าว สารจะกลายเป็นพลาสมาและปล่อยพลังงานออกมาอย่างเข้มข้นมาก กล่าวคือ สารจะเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว

ฟาร์นเวิร์ธ ฟูเซอร์

หากคุณอานนท์ต้องการดำเนินการฟิวชั่นเทอร์โมนิวเคลียร์และไม่ต้องการพลังงาน การสร้างเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ก็ไม่จำเป็นเลย วัตถุก็เพียงพอแล้ว - อุปกรณ์ขนาดเล็กที่ช่วยให้คุณเริ่มปฏิกิริยาแสนสาหัสบนโต๊ะของคุณได้อย่างอิสระ ข้อเสียอย่างเดียวคือฟิวเซอร์ Farnsworth ไม่ได้สร้างพลังงาน แต่ในทางกลับกัน มันกินไม่น้อย ในยุค 2000 ในสหรัฐอเมริกา พวกเขาพยายามสร้างฟิวเซอร์เวอร์ชันปรับปรุงใหม่ที่เรียกว่า "โพลีเวลล์" ด้วยความหวังว่าจะได้ผลอย่างน้อยบางอย่าง มันไม่ได้ผล มันไม่ได้ผล - เขาเพิ่งเริ่มบริโภคน้อยลงเล็กน้อย

ฟิวชั่นเย็นและสิ่งต่างๆ

การรวมตัวครั้งยิ่งใหญ่ของผู้หลอกลวง ยิ่งไปกว่านั้น แม้ว่าบางบริษัทจะเสนอเฉพาะ “โซลูชันที่มีแนวโน้มดี” เท่านั้น แต่บางบริษัทยังเสนอโซลูชันสำเร็จรูปที่ใช้งาน “ในฮาร์ดแวร์” อีกด้วย

ท่ามกลางเรื่องไร้สาระมากมายเหล่านี้ การพัฒนาตามปกติก็เกิดขึ้นเป็นครั้งคราว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การเร่งปฏิกิริยามิวออน การใช้คานชนกันของดิวทีเรียมเร็วและทริเทียมไอออน เป็นต้น แต่ทั้งหมดนี้ยังห่างไกลจากการได้รับพลังงานที่เป็นประโยชน์อย่างมาก และในทางปฏิบัติสามารถ (และ) ใช้เป็นแหล่งของนิวตรอนเร็วเท่านั้น

เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันไฮบริด

เป็นที่ทราบกันว่าใน ระเบิดแสนสาหัสมักใช้เปลือกยูเรเนียมหมดเพื่อเพิ่มพลังการระเบิดอย่างมีนัยสำคัญ: นิวตรอน ปฏิกิริยา D-Tมีพลังงานสูงจนทำให้เกิดฟิชชันของไอโซโทปหนักที่ "ไม่ฟิสไซล์" แน่นอนว่า แนวคิดนี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วเพื่อนำหลักการเดียวกันนี้ไปใช้กับเครื่องปฏิกรณ์แบบสันติ

ทำไมสิ่งนี้ถึงดี?

• คุณสามารถเริ่มสร้างโรงไฟฟ้าไฮบริดได้แม้พรุ่งนี้ เนื่องจากการใช้ยูเรเนียมหมดจะช่วยเพิ่มการปล่อยพลังงานได้ 5-10 เท่า
• ในที่สุดก็จะพบยูเรเนียมหมดสิ้นหลายพันตัน แอปพลิเคชั่นที่มีประโยชน์(สำหรับตอนนี้พวกเขาถูกยิงอย่างโง่เขลาจากปืนรถถังในรูปแบบของช่องว่างธรรมดาไปยังเกราะรถถัง);
• ในฟลักซ์ที่รุนแรงของนิวตรอนเร็ว ไอโซโทปอายุยาวจำนวนมากจะถูกแปลงเป็นไอโซโทปอายุสั้น ซึ่งทำให้สามารถรีไซเคิลของเสียจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบธรรมดาได้
• ในเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าว มีความเป็นไปได้ที่จะผลิตยูเรเนียม-238 และพลูโทเนียม-239 ที่สะอาดและราคาถูกจำนวนมากสำหรับระเบิดปรมาณู (เป็นที่น่าสังเกตว่าสิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์นิวตรอนเร็ว และ 239 Pu เดียวกันนั้นมักจะถูกนำมาใช้มากที่สุด เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์ เนื่องจากเครื่องปฏิกรณ์ BN สามารถผลิตได้จากยูเรเนียม-238 ที่ไร้ประโยชน์ใน ปริมาณมหาศาล(หรือมากกว่าโดยมีค่าสัมประสิทธิ์เอาต์พุต 1.4-1.5))

• เครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวประกอบด้วยสารกัมมันตภาพรังสีหลายร้อยตันซึ่งหมายความว่าคุณสามารถคาดหวังทะเลแห่ง lulz ได้ แม้ว่าที่นี่จะแตกต่างจากเครื่องปฏิกรณ์ฟิชชัน แต่สามารถรับได้ภายใต้อิทธิพลภายนอกที่ทรงพลังเท่านั้น แต่การพัฒนาปฏิกิริยาที่ไม่สามารถควบคุมได้นั้นเป็นไปไม่ได้ที่นี่
• ในเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าว กากกัมมันตภาพรังสีไม่เพียงแต่ถูกแปรรูปเท่านั้น แต่ยังผลิตออกมาด้วย ซึ่งจำเป็นต้องกำจัดทิ้งที่ไหนสักแห่ง (แต่โดยส่วนใหญ่แล้วกากกัมมันตภาพรังสีจะมีอายุสั้น ต่างจากเครื่องปฏิกรณ์ฟิชชัน)

มัน

รุ่งอรุณเหนือสถานที่ก่อสร้างอันยิ่งใหญ่ของเทอร์โมนิวเคลียร์

ใหญ่ที่สุดบน ในขณะนี้หน่วย. ประเภท - โตกมัก สร้างขึ้นทางตอนใต้ของฝรั่งเศส เดิมชื่อหมายถึง "เครื่องปฏิกรณ์ทดลองเทอร์โมนิวเคลียร์ระหว่างประเทศ" ("เครื่องปฏิกรณ์ทดลองเทอร์โมนิวเคลียร์ระหว่างประเทศ") แต่ตอนนี้พวกเขาไม่ต้องการถอดรหัสเลย - พวกเขากล่าวว่าคำว่า "เทอร์โมนิวเคลียร์" มีความสัมพันธ์ที่ไม่ดีสำหรับบางคน อย่างไรก็ตาม เราได้รับใบรับรองความปลอดภัยแล้ว มากกว่าหนึ่งใบด้วยซ้ำ เมื่อต้นปี 2014 มีแฟนๆ คนหนึ่งเริ่มรวบรวมคะแนนโหวตสำหรับการผลิตโมเดล LEGO ชิ้นที่ค่อนข้างเล็กต้องใช้อิฐประมาณห้าร้อยก้อน

ข้อดี

• ควรให้พลังงานคืนเป็นสิบเท่าในระยะเวลาอันสั้น นี่เป็นสิ่งที่โรงไฟฟ้าจริงต้องการโดยประมาณ - แน่นอนเท่านั้นอย่างต่อเนื่อง
• มีเว็บไซต์เป็นของตัวเอง มีการอัปเดตเป็นประจำ เพื่อให้ทุกคนสามารถชื่นชมยินดีในความสำเร็จของมนุษยชาติได้อย่างสม่ำเสมอ
• เว็บไซต์นี้มีลิงค์ไปยัง ยืนอยู่ใกล้ ๆพร้อมเว็บแคมที่ไซต์ก่อสร้างเพื่อให้ทุกคนสามารถมั่นใจได้ (ยกเว้นกรณีที่ถูกถ่ายโอนไปยังมุมมองจากอีกด้านหนึ่ง) ว่าพวกเขาทำงานอยู่ที่นั่นจริงและไม่ได้เลื่อย หรือบางทีพวกเขาอาจจะเริ่มตัดภาพ - ด้วยเหตุผลบางอย่างพวกเขาจึงจำกัดตัวเองอยู่เพียงภาพถ่ายที่ค่อนข้างธรรมดามาเป็นเวลานานแล้ว

ลุซ

นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎียังคงทำเรื่องไร้สาระอยู่ และเมอร์ฟีย์กำลังประกอบแม่แบบจากการติดตั้งโหมด H ที่มีการกักขังด้วยแม่เหล็ก ดังนั้นเมื่อถึงพลังความร้อนของพลาสมาเพิ่มเติมในโทคามัค (และต่อมาก็ทำได้ในเครื่องสร้างดาวฤกษ์) การถ่ายโอนและการสูญเสียพลังงานในพลาสมาจึงช้าลงอย่างมาก ลองนึกภาพ: คุณใช้เวลานานในการพัฒนาทุกอย่าง ทำการคำนวณ สร้างโทคามัค และทันใดนั้น มันก็ทำงานได้ดีกว่าที่คาดไว้ถึงสองเท่า!

นักทฤษฎีได้ตั้งสมมติฐานมากมายเกี่ยวกับวิธีอธิบายลักษณะของโหมด H และความคลาดเคลื่อนโดยสมบูรณ์ระหว่างสูตรทดลองกับสูตรทางทฤษฎีคลาสสิก แม้ว่าในแง่ของสัญลักษณ์ของอนุพันธ์ แต่ก็ยังไม่มีแบบจำลองที่ชัดเจนเพียงตัวเดียว . ผู้ทดลองค้นพบวิธีการทำงานและเริ่มมีลักษณะคล้ายกับหมอผีไม่น้อยไปกว่าผู้ดูแลระบบ: พวกเขาไม่สามารถอธิบายได้ว่ามันทำงานอย่างไร แต่ก็ยังใช้งานได้

ผู้ที่ชอบมองหาความหมายที่ลึกซึ้งและคนเคร่งศาสนาอาจเชื่อว่านี่คือสัญญาณจาก G-d ว่าเรากำลังเดินไปในทิศทางที่ถูกต้องหรือมานาสมัยใหม่จากสวรรค์จากเขา

นอกจากนี้ยังช่วยให้ผู้มองโลกในแง่ดีสามารถวางใจในการค้นพบโหมด UH บางอย่างในอนาคตและการเกิดขึ้นของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แสนสาหัสได้เร็วกว่าการคาดการณ์ในปัจจุบันมาก หรือสำหรับผู้มองโลกในแง่ร้ายคาดว่าจะมีโหมดย้อนกลับบางประเภทซึ่งจะทำให้สถานการณ์เลวร้ายยิ่งกว่าที่เคยเป็นก่อนที่จะค้นพบโหมด H และอาหารสำหรับนักทฤษฎี แน่นอนว่า กรณีสัมพัทธภาพขัดแย้งกันอย่างใกล้ชิดกับควอนตัม และมีอะไรอีกที่จำเป็นสำหรับทฤษฎีสตริง? พวกมันมีหลุมดำ ตอนนี้ก็มีฮิกส์โบซอนด้วย แล้วก็มีโหมด H

แกลเลอรี่

ลิงค์

หมายเหตุ

โครงการนวัตกรรมที่ใช้ตัวนำยิ่งยวดสมัยใหม่จะทำให้สามารถควบคุมฟิวชันนิวเคลียร์แสนสาหัสได้ในไม่ช้า ตามที่นักมองโลกในแง่ดีบางคนกล่าว อย่างไรก็ตามผู้เชี่ยวชาญคาดการณ์ว่า การประยุกต์ใช้จริงจะใช้เวลาหลายสิบปี

ทำไมมันถึงยากขนาดนี้?

พลังงานฟิวชันถือเป็นแหล่งพลังงานที่มีศักยภาพ แต่มันคืออะไรและเหตุใดจึงยากที่จะบรรลุผล? ขั้นแรก คุณต้องเข้าใจความแตกต่างระหว่างฟิวชั่นแบบคลาสสิกและแบบเทอร์โมนิวเคลียร์

ฟิชชันของอะตอมคือการที่ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี - ยูเรเนียมหรือพลูโตเนียม - ถูกแยกและแปลงเป็นไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีสูงอื่น ๆ ซึ่งจะต้องถูกกำจัดหรือรีไซเคิล

ฟิวชั่นประกอบด้วยไอโซโทป 2 ไอโซโทปของไฮโดรเจน ได้แก่ ดิวทีเรียมและทริเทียม ซึ่งรวมกันเป็นอันเดียว เกิดเป็นฮีเลียมที่ไม่เป็นพิษและนิวตรอนเดี่ยว โดยไม่ก่อให้เกิดกากกัมมันตภาพรังสี

ปัญหาการควบคุม

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในดวงอาทิตย์หรือใน ระเบิดไฮโดรเจน, - นี่คือฟิวชั่นแสนสาหัสและวิศวกรต้องเผชิญกับงานใหญ่ - จะควบคุมกระบวนการนี้ที่โรงไฟฟ้าได้อย่างไร?

นี่คือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ได้ดำเนินการมาตั้งแต่ปี 1960 เครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันทดลองอีกเครื่องหนึ่งชื่อเวนเดลสไตน์ 7-X เริ่มดำเนินการในเมืองไกรฟสวาลด์ทางตอนเหนือของเยอรมนี ยังไม่มีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างปฏิกิริยา - เป็นเพียงการออกแบบพิเศษที่กำลังได้รับการทดสอบ (ตัวสร้างดาวฤกษ์แทนตัวโทคามัก)

พลาสมาพลังงานสูง

การติดตั้งเทอร์โมนิวเคลียร์ทั้งหมดมี คุณสมบัติทั่วไป- เป็นรูปวงแหวน. มีพื้นฐานมาจากแนวคิดในการใช้แม่เหล็กไฟฟ้าอันทรงพลังเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีกำลังแรงในรูปของพรู - ยางในของจักรยานที่พองตัว

สนามแม่เหล็กไฟฟ้านี้จะต้องมีความหนาแน่นมากจนเมื่อได้รับความร้อน เตาอบไมโครเวฟถึงหนึ่งล้านองศาเซลเซียส พลาสมาควรปรากฏที่กึ่งกลางวงแหวน จากนั้นจะติดไฟเพื่อให้นิวเคลียร์ฟิวชันสามารถเริ่มต้นได้

การสาธิตความสามารถ

ขณะนี้มีการทดลองที่คล้ายกันสองรายการในยุโรป หนึ่งในนั้นคือ Wendelstein 7-X ซึ่งเพิ่งสร้างพลาสมาฮีเลียมตัวแรก อีกแห่งคือ ITER ซึ่งเป็นศูนย์ทดลองฟิวชั่นขนาดใหญ่ทางตอนใต้ของฝรั่งเศสที่ยังอยู่ระหว่างการก่อสร้างและจะพร้อมเริ่มดำเนินการในปี 2566

สันนิษฐานว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่แท้จริงจะเกิดขึ้นที่ ITER แม้ว่าจะเป็นเพียงช่วงเวลาสั้นๆ และไม่เกิน 60 นาทีอย่างแน่นอน เครื่องปฏิกรณ์นี้เป็นเพียงหนึ่งในหลายขั้นตอนในการทำให้นิวเคลียร์ฟิวชันใช้งานได้จริง

เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่น: เล็กลงและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น

เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักออกแบบหลายคนได้ประกาศการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ใหม่ ตามที่กลุ่มนักศึกษาจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์รวมถึงตัวแทนของผู้ผลิตอาวุธ Lockheed Martin กล่าวว่านิวเคลียร์ฟิวชั่นสามารถทำได้ในโรงงานที่ทรงพลังและเล็กกว่า ITER มากและพวกเขาก็พร้อมที่จะทำภายในสิบ ปี.

ความคิด การออกแบบใหม่ประกอบด้วยการใช้ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงสมัยใหม่ในแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งแสดงคุณสมบัติเมื่อระบายความร้อนด้วยไนโตรเจนเหลว แทนที่จะเป็นตัวนำไฟฟ้าทั่วไป ซึ่งต้องใช้เทคโนโลยีใหม่ที่ยืดหยุ่นมากขึ้น ซึ่งจะเปลี่ยนการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ไปโดยสิ้นเชิง

Klaus Hesch ซึ่งดูแลด้านเทคโนโลยีที่สถาบันเทคโนโลยีคาร์ลสรูเฮอทางตะวันตกเฉียงใต้ของเยอรมนีเกิดความสงสัย รองรับการใช้ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงตัวใหม่สำหรับการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ใหม่ แต่ตามที่เขาพูดการพัฒนาบางอย่างบนคอมพิวเตอร์โดยคำนึงถึงกฎแห่งฟิสิกส์นั้นไม่เพียงพอ จำเป็นต้องคำนึงถึงความท้าทายที่เกิดขึ้นเมื่อนำแนวคิดไปปฏิบัติ

นิยายวิทยาศาสตร์

ตามข้อมูลของ Hesch แบบจำลองของนักศึกษา MIT แสดงให้เห็นเฉพาะความเป็นไปได้ของโครงการเท่านั้น แต่ในความเป็นจริงแล้ว มีนิยายวิทยาศาสตร์อยู่มากมายในนั้น โครงการนี้สันนิษฐานว่าปัญหาทางเทคนิคร้ายแรงของนิวเคลียร์ฟิวชันได้รับการแก้ไขแล้ว แต่ วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ไม่มีความคิดว่าจะแก้ปัญหาอย่างไร

ปัญหาอย่างหนึ่งคือแนวคิดเรื่องวงล้อที่ยุบได้ ในการออกแบบของ MIT สามารถถอดประกอบแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อเข้าไปในวงแหวนที่ยึดพลาสมาได้

สิ่งนี้จะมีประโยชน์มากเพราะจะสามารถเข้าถึงและแทนที่อ็อบเจ็กต์ในระบบภายในได้ แต่ในความเป็นจริงแล้ว ตัวนำยิ่งยวดนั้นทำมาจาก วัสดุเซรามิก- หลายร้อยรายการจะต้องเชื่อมโยงกันด้วยวิธีที่ซับซ้อนเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กที่ถูกต้อง และนี่คือปัญหาพื้นฐานที่มากขึ้น: การเชื่อมต่อระหว่างกันนั้นไม่ง่ายเหมือนการเชื่อมต่อระหว่างสายทองแดง ไม่มีใครคิดเกี่ยวกับแนวคิดที่จะช่วยแก้ไขปัญหาดังกล่าวด้วยซ้ำ

ร้อนเกินไป

อุณหภูมิสูงก็เป็นปัญหาเช่นกัน ที่แกนกลางของฟิวชันพลาสมา อุณหภูมิจะสูงถึงประมาณ 150 ล้านองศาเซลเซียส ความร้อนจัดนี้ยังคงอยู่ตรงใจกลางของก๊าซไอออไนซ์ แต่ถึงแม้รอบๆ จะยังร้อนมาก - จาก 500 ถึง 700 องศาในโซนเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งเป็นชั้นในของท่อโลหะซึ่งไอโซโทปที่จำเป็นสำหรับการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันจะถูก "ทำซ้ำ"

มันมีปัญหาที่ใหญ่กว่านั้นอีก - สิ่งที่เรียกว่ากำลังขับ นี่เป็นส่วนหนึ่งของระบบที่เชื้อเพลิงใช้แล้ว ซึ่งส่วนใหญ่เป็นฮีเลียม มาจากกระบวนการสังเคราะห์ ส่วนประกอบโลหะชิ้นแรกที่ก๊าซร้อนเข้าไปเรียกว่า "ไดเวอร์เตอร์" สามารถให้ความร้อนได้สูงถึงกว่า 2000 °C

ปัญหาตัวเปลี่ยนทิศทาง

เพื่อช่วยให้ตัวเครื่องทนทานต่ออุณหภูมิดังกล่าว วิศวกรจึงพยายามใช้ทังสเตนโลหะที่ใช้ในหลอดไส้แบบเก่า จุดหลอมเหลวของทังสเตนอยู่ที่ประมาณ 3,000 องศา แต่ก็มีข้อจำกัดอื่นๆ

ซึ่งสามารถทำได้ใน ITER เนื่องจากความร้อนไม่ได้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง คาดว่าเครื่องปฏิกรณ์จะทำงานเพียง 1-3% ของเวลาทั้งหมด แต่นี่ไม่ใช่ทางเลือกสำหรับโรงไฟฟ้าที่ต้องทำงานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน และถ้ามีคนอ้างว่าสามารถสร้างเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กที่มีกำลังเท่ากับ ITER ได้ ก็ปลอดภัยที่จะบอกว่าพวกเขาไม่มีวิธีแก้ปัญหาสำหรับตัวเปลี่ยนเส้นทาง

โรงไฟฟ้าหลังจากไม่กี่ทศวรรษ

อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์มีทัศนคติในแง่ดีเกี่ยวกับการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัส แม้ว่าจะไม่เร็วเท่าที่ผู้ที่ชื่นชอบบางคนคาดการณ์ไว้ก็ตาม

ITER ควรแสดงให้เห็นว่าฟิวชันแบบควบคุมสามารถผลิตพลังงานได้มากกว่าที่จะใช้ในการทำความร้อนพลาสมา ขั้นตอนต่อไปคือการสร้างโรงไฟฟ้าสาธิตไฮบริดแห่งใหม่ที่ผลิตกระแสไฟฟ้าได้จริง

วิศวกรกำลังทำงานในการออกแบบอยู่แล้ว พวกเขาจะต้องเรียนรู้บทเรียนจาก ITER ซึ่งมีกำหนดเปิดตัวในปี 2566 เมื่อคำนึงถึงเวลาที่ใช้ในการออกแบบ การวางแผน และการก่อสร้าง ดูเหมือนว่าไม่น่าเป็นไปได้ที่โรงไฟฟ้าฟิวชันแห่งแรกจะเริ่มดำเนินการได้เร็วกว่ากลางศตวรรษที่ 21 มากนัก

ฟิวชั่นเย็นรัสเซีย

ในปี 2014 การทดสอบเครื่องปฏิกรณ์ E-Cat โดยอิสระได้ข้อสรุปว่าอุปกรณ์ดังกล่าวผลิตพลังงานเอาท์พุตเฉลี่ย 2,800 วัตต์ในระยะเวลา 32 วัน ในขณะที่ใช้พลังงาน 900 วัตต์ ซึ่งเกินกว่าใครจะจัดสรรได้ ปฏิกิริยาเคมี- ผลลัพธ์ที่ได้บ่งบอกถึงความก้าวหน้าของการหลอมนิวเคลียร์แสนสาหัสหรือการฉ้อโกงโดยสิ้นเชิง รายงานดังกล่าวทำให้ผู้คลางแคลงใจผิดหวัง โดยตั้งคำถามว่าการตรวจสอบนั้นเป็นอิสระอย่างแท้จริงหรือไม่ และเสนอแนะว่าผลการทดสอบอาจเป็นเท็จ คนอื่นๆ เริ่มค้นหา "ส่วนผสมลับ" ที่ทำให้ Rossi สามารถหลอมรวมเข้าด้วยกันเพื่อเลียนแบบเทคโนโลยีนี้ได้

Rossi เป็นคนฉ้อโกงหรือไม่?

แอนเดรียน่าประทับใจมาก เขาออกประกาศต่อโลกด้วยภาษาอังกฤษที่ไม่ซ้ำใครในส่วนความคิดเห็นของเว็บไซต์ของเขา ที่เรียกว่าวารสารฟิสิกส์นิวเคลียร์ แต่ก่อนหน้านี้ของเขา ความพยายามที่ไม่สำเร็จรวมถึงโครงการขยะเป็นเชื้อเพลิงของอิตาลี และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก Petroldragon ซึ่งเป็นโครงการเปลี่ยนขยะเป็นพลังงาน ส่วนหนึ่งล้มเหลวเนื่องจากการทิ้งขยะอย่างผิดกฎหมายถูกควบคุมโดยชาวอิตาลี องค์กรอาชญากรรมซึ่งได้ยื่นฟ้องคดีอาญาฐานฝ่าฝืนกฎการจัดการขยะ เขายังได้สร้างอุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริกสำหรับ คณะวิศวกร กองกำลังภาคพื้นดินสหรัฐอเมริกา แต่ในระหว่างการทดสอบอุปกรณ์นั้นผลิตพลังงานที่ประกาศไว้เพียงบางส่วนเท่านั้น

หลายคนไม่เชื่อใจ Rossi และหัวหน้าบรรณาธิการของ New Energy Times เรียกเขาโดยตรงว่าเป็นอาชญากรซึ่งมีโครงการพลังงานที่ไม่ประสบความสำเร็จอยู่เบื้องหลังเขา

การตรวจสอบที่เป็นอิสระ

รอสซีลงนามในสัญญากับบริษัทอินดัสเทรียล ฮีต บริษัทสัญชาติอเมริกัน เพื่อดำเนินการทดสอบความลับของโรงงานฟิวชันเย็นขนาด 1 เมกะวัตต์เป็นเวลาหนึ่งปี อุปกรณ์ดังกล่าวเป็นตู้คอนเทนเนอร์ขนส่งสินค้าที่เต็มไปด้วย E-Cats หลายสิบตัว การทดลองนี้ต้องได้รับการตรวจสอบโดยบุคคลที่สามซึ่งสามารถยืนยันได้ว่าความร้อนเกิดขึ้นจริง Rossi อ้างว่าใช้เวลาส่วนใหญ่ในปีที่ผ่านมาอาศัยอยู่ในตู้คอนเทนเนอร์และเฝ้าดูการปฏิบัติงานมากกว่า 16 ชั่วโมงต่อวันเพื่อพิสูจน์ความสามารถเชิงพาณิชย์ของ E-Cat

การทดสอบสิ้นสุดในเดือนมีนาคม ผู้สนับสนุนของ Rossi รอคอยรายงานของผู้สังเกตการณ์อย่างใจจดใจจ่อโดยหวังว่าจะพ้นผิดฮีโร่ของพวกเขา แต่สุดท้ายพวกเขาก็ถูกฟ้องร้อง

การทดลอง

ในการยื่นฟ้องต่อศาลฟลอริดา รอสซีกล่าวว่าการทดสอบประสบความสำเร็จ และอนุญาโตตุลาการอิสระยืนยันว่าเครื่องปฏิกรณ์ E-Cat ผลิตพลังงานได้มากกว่าที่ใช้ถึงหกเท่า นอกจากนี้เขายังอ้างว่า Industrial Heat ตกลงที่จะจ่ายเงินให้เขาล่วงหน้า 100 ล้านเหรียญสหรัฐ - 11.5 ล้านเหรียญสหรัฐ หลังจากการทดลองใช้ 24 ชั่วโมง (เห็นได้ชัดว่าเป็นสิทธิ์ในการอนุญาตเพื่อให้บริษัทสามารถขายเทคโนโลยีในสหรัฐอเมริกาได้) และอีก 89 ล้านเหรียญสหรัฐเมื่อดำเนินการเสร็จสิ้น ขยายเวลาทดลองใช้งานภายใน 350 วัน รอสซีกล่าวหาว่า IH ดำเนิน "แผนการฉ้อโกง" เพื่อขโมยของเขา ทรัพย์สินทางปัญญา- นอกจากนี้เขายังกล่าวหาบริษัทยักยอกเครื่องปฏิกรณ์ E-Cat โดยคัดลอกอย่างผิดกฎหมาย เทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมและผลิตภัณฑ์ ฟังก์ชั่นและการออกแบบ และการพยายามขอรับสิทธิบัตรเกี่ยวกับทรัพย์สินทางปัญญาของตนอย่างไม่เหมาะสม

เหมืองทองคำ

ที่อื่น Rossi อ้างว่าในการสาธิตครั้งหนึ่งของเขา IH ได้รับเงิน 50-60 ล้านดอลลาร์จากนักลงทุน และอีก 200 ล้านดอลลาร์จากจีน หลังจากการจำลองสถานการณ์ที่เกี่ยวข้องกับเจ้าหน้าที่อาวุโสของจีน ถ้าเป็นเรื่องจริง คงมีเงินเดิมพันกว่าแสนล้าน Industrial Heat ปฏิเสธคำกล่าวอ้างเหล่านี้ว่าไม่มีมูลความจริงและตั้งใจที่จะปกป้องตัวเองอย่างจริงจัง ที่สำคัญกว่านั้น เธออ้างว่าเธอ "ทำงานมานานกว่าสามปีเพื่อยืนยันผลลัพธ์ที่ Rossi กล่าวหาว่าประสบความสำเร็จด้วยเทคโนโลยี E-Cat ของเขา แต่ไม่ประสบความสำเร็จ"

IH ไม่เชื่อว่า E-Cat จะได้ผล และ New Energy Times ไม่เห็นเหตุผลที่ต้องสงสัย ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2554 ตัวแทนของสิ่งพิมพ์ได้ไปเยือนอิตาลี สัมภาษณ์รอสซี และถ่ายทำการสาธิต E-Cat ของเขา หนึ่งวันต่อมา เขารายงานข้อกังวลร้ายแรงเกี่ยวกับวิธีการวัดพลังงานความร้อน หกวันต่อมา นักข่าวโพสต์วิดีโอของเขาบน YouTube ผู้เชี่ยวชาญจากทั่วโลกส่งบทวิเคราะห์ที่เผยแพร่ในเดือนกรกฎาคมให้เขา เห็นได้ชัดว่านี่เป็นการหลอกลวง

การยืนยันการทดลอง

อย่างไรก็ตามนักวิจัยจำนวนหนึ่ง - Alexander Parkhomov จาก มหาวิทยาลัยรัสเซียมิตรภาพของประชาชนและโครงการอนุสรณ์สถาน Martin Fleischmann (MFPM) - จัดการเพื่อสร้างฟิวชั่นนิวเคลียร์แสนสาหัสของรัสเซีย รายงานของ MFPM มีชื่อว่า "การสิ้นสุดของยุคคาร์บอนใกล้เข้ามาแล้ว" เหตุผลของความชื่นชมนี้คือการค้นพบที่ไม่สามารถอธิบายได้ยกเว้นโดยปฏิกิริยาแสนสาหัส ตามที่นักวิจัยระบุ Rossi มีสิ่งที่เขาพูดอย่างแน่นอน

ทำงานได้ เปิดสูตรฟิวชั่นเย็นอาจทำให้เกิดพลังงาน "ตื่นทอง" อาจพบวิธีการอื่นเพื่อหลีกเลี่ยงสิทธิบัตรของ Rossi และกีดกันเขาออกจากธุรกิจพลังงานที่มีมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์

ดังนั้นบางทีรอสซีอาจต้องการหลีกเลี่ยงการยืนยันนี้