พลังนิวเคลียร์จากเลเซอร์ไปถึงระดับ “จุดชนวนฟิวชัน” แล้ว แต่ทำซ้ำไม่สำเร็จ

เครื่องยิงเลเซอร์ของห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์ ลิเวอร์มอร์ (LLNL) ในสหรัฐฯ ผ่านการตรวจสอบที่ยืนยันว่าได้ผลิตพลังงานนิวเคลียร์สูงขึ้น จนบรรลุถึงระดับ “จุดชนวนฟิวชัน” (fusion ignition) เมื่อวันที่ 8 ส.ค. 2021 หรือราวหนึ่งปีก่อน

การผลิตพลังงานได้สูงถึงระดับนี้ จะทำให้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเกิดขึ้นได้จากพลังงานของตนเองอย่างต่อเนื่องยาวนาน ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการสร้างเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันที่ใช้งานได้จริงและผลิตพลังงานอย่างคุ้มค่า

อย่างไรก็ตามเป็นที่น่าเสียดายว่า จนถึงขณะนี้ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์ ลิเวอร์มอร์ ยังไม่สามารถจะทำซ้ำการทดลองดังกล่าวให้บรรลุผลเหมือนเดิมได้ แม้จะพยายามเดินเครื่องยิงเลเซอร์อีกถึง 4 ครั้ง ตลอดช่วงหนึ่งปีที่ผ่านมา

ที่มาของภาพ, LLNL

รายงานข้างต้นตีพิมพ์เผยแพร่ในวารสาร Physical Review Letters ฉบับล่าสุด โดยยืนยันว่าหอยิงเลเซอร์ NIF ที่รัฐแคลิฟอร์เนีย สามารถผลิตพลังงานนิวเคลียร์จนสูงถึงระดับจุดชนวนฟิวชันได้เป็นแห่งแรกของโลก ผ่านเกณฑ์มาตรฐานของลอว์สัน (Lawson-like ignition criteria) ที่กำหนดลักษณะของการจุดชนวนฟิวชันไว้ 9 แบบด้วยกัน

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันจะเกิดขึ้น เมื่อสองอะตอมมารวมตัวกันและกลายเป็นอะตอมเดียวของธาตุที่หนักกว่าเดิม ทั้งยังปลดปล่อยพลังงานมหาศาลออกมาในกระบวนการนี้ ซึ่งก็เป็นวิธีเดียวกับที่ดวงอาทิตย์ผลิตพลังงานให้ระบบสุริยะ โดยอะตอมของไฮโดรเจนจะชนและรวมตัวเข้าด้วยกันจนกลายเป็นอะตอมฮีเลียม

แต่การจะทำให้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเกิดขึ้นและคงอยู่ได้นาน จะต้องให้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์เผาไหม้อยู่ท่ามกลางสภาพแวดล้อมที่มีพลังงานสูงเท่านั้น

นักวิทยาศาสตร์จึงต้องชดเชยการสูญเสียพลังงานออกจากระบบตามธรรมชาติ โดยใช้การจุดชนวนฟิวชันที่ปกติพบในการระเบิดซูเปอร์โนวาของดาวฤกษ์หรือการระเบิดของอาวุธนิวเคลียร์ มาเป็นตัวช่วยสร้างพลังงานในตนเองให้คงอยู่ในระดับสูงกว่าพลังงานที่สูญเสียไป

ในการทดลองเมื่อวันที่ 8 ส.ค. 2021 มีการระดมยิงเลเซอร์พลังงานสูงไปที่แคปซูลบรรจุเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ขนาดเล็ก ซึ่งภายในมีไอโซโทป 2 ชนิดของไฮโดรเจนอยู่  เลเซอร์จะบีบอัดเชื้อเพลิงให้หนาแน่นขึ้นและมีอุณหภูมิสูงขึ้นถึง 100 ล้านองศาเซลเซียส ก่อนจะระเบิดออกและปล่อยคลื่นกระแทกรุนแรง ทำให้อะตอมไฮโดรเจนหลอมรวมกันและผลิตพลังงานมหาศาลออกมา

ที่มาของภาพ, LLNL

ผลปรากฏว่าการทดลองครั้งดังกล่าวมีการจุดชนวนฟิวชันเกิดขึ้น โดยปลดปล่อยพลังงานนิวเคลียร์ 1.3 เมกะจูล ภายในช่วงเวลาสั้น ๆ ชั่วพริบตาเพียง 1 / 100 ล้านล้านวินาที ซึ่งเทียบเท่ากับพลังงานไฟฟ้า 1,000 ล้านล้านวัตต์

ทว่าหลังจากการทดลองครั้งนี้แล้ว หอยิงเลเซอร์ NIF ยังไม่เคยทำให้การจุดชนวนฟิวชันเกิดขึ้นซ้ำได้อีกเลย แม้จะพยายามจัดสภาพแวดล้อมและควบคุมปัจจัยต่าง ๆ ให้เหมือนเดิมมากเพียงใดก็ตาม โดยการทดลองครั้งล่าสุดสามารถผลิตพลังงานได้เพียงครึ่งเดียวเมื่อเทียบกับของปีก่อน

เหตุที่เป็นเช่นนั้น เนื่องจากสภาวะของการจุดชนวนฟิวชันอ่อนไหวต่อความเปลี่ยนแปลงแม้แต่ในระดับเล็กน้อย เช่นหากโครงสร้างของแคปซูลบรรจุเชื้อเพลิงเปลี่ยนไปนิดหน่อย หรือความเข้มของพลังงานเลเซอร์ผิดเพี้ยนไปบ้าง ก็จะทำให้ระดับพลังงานที่ผลิตออกมาแตกต่างไปจากเดิมอย่างมาก

ทีมวิจัยของห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์ ลิเวอร์มอร์ จึงยังคงต้องศึกษาต่อไป เพื่อให้ทราบชัดว่าสิ่งใดกันแน่ที่เป็นหัวใจสำคัญของการจุดชนวนฟิวชัน และจะต้องทำอย่างไรเพื่อให้ระบบเลเซอร์ที่ใช้ทดลองปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันมีความเสถียร สามารถรองรับความผิดพลาดคลาดเคลื่อนเล็ก ๆ น้อย ๆ ได้

……

ข่าว บีบีซี ไทย ที่เผยแพร่ในเว็บไซต์ ประชาชาติธุรกิจ เป็นความร่วมมือของสององค์กรข่าว