แล็บมะกันยิง "ซูเปอร์เลเซอร์" ร้อนเท่าใจกลางดาวดวงน้อย หวังทดลอง "นิวเคลียร์ฟิวชัน"

สหรัฐฯ เดินเครื่อง "ซูเปอร์เลเซอร์" ยิงลำแสงได้ 192 ลำ สร้างความร้อน-ความดันได้เท่าใจกลางดาวดาวฤกษ์ สร้างความหวังในการทดลอง "นิวเคลียร์ฟิวชัน" เพื่อสร้างแหล่งพลังงาน ที่นักวิทยาศาสตร์ทุ่มเทศึกษามาเกินครึ่งศตวรรษ

หน่วยงานการเผาไหม้เครื่องยนต์แห่งสหรัฐฯ หรือเอ็นไอเอฟ (The US National Ignition Facility : NIF)  ได้ทดลองจุดการเผาไหม้จาก "ซูเปอร์เลเซอร์" ซึ่งสร้างความร้อนได้สูงพอๆ กับดวงอาทิตย์ดวงหนึ่งไปเมื่อวันที่ 28 พ.ค.ที่ผ่านมาตามเวลาท้องถิ่น ซึ่งตามรายงานโดยเอเอฟพีระบุว่า มีเจ้าหน้าที่ทั้งระดับรัฐและระดับชาติของสหรัฐฯ นับพันเข้าร่วม โดยนักวิทยาศาสตร์ชี้ว่าการทดลองดังกล่าวมีเป้าหมายเพื่อผลิตพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันที่มีความปลอดภัย

สถาบันเอ็นไอเอฟเป็นสถาบันที่มีระบบเลเซอร์ที่มีพลังงานสูงที่สุดในโลก ซึ่งระบบดังกล่าวตั้งอยู่ภายในห้องปฏิบัติการลอเรนซ์ลิเวอร์มอร์แห่งสหรัฐฯ (Lawrence Livermore National Laboratory) โดยเครื่องมือเชื่อมต่อภายในห้องทรงกลมขนาดเท่าบ้านและโฟกัสลำแสงเลเซอร์ไปยังจุดเล็กๆ ได้ถึง 192 ลำ ซึ่งทำเกิดความร้อนและความดันได้เท่ากับใจกลางดาวฤกษ์หรือดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ได้

อีกทั้งห้องปฏิบัติการของเอ็นไอเอฟ ยังสร้างเงื่อนไขและชักนำให้เกิดการทดลองที่ไม่เคยทำได้มาก่อนมาบนโลก อย่างปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันซึ่งเหนี่ยวนำด้วยซูเปอร์เลเซอร์ที่เกิดจากการชนกันของอะตอมไฮโดรเจน และผลิตพลังงานได้มากเกินที่ต้องการสำหรับเตรียมพร้อมใน "การจุดระเบิดเผาไหม้" กิริยา ซึ่งระหว่างสร้างปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันนั้นบีบีซีนิวส์ระบุว่า ลำเลเซอร์ทั้งหมดจากเชื้อเพลิงไฮโดรเจน ที่มีขนาดเท่าลูกปืนกลมๆ เม็ดเล็กๆ ได้สร้างกำลังไฟฟ้ามากกว่า 50 ล้านล้านวัตต์ ซึ่งมากกว่าการใช้ในช่วงสูงสุดของสหรัฐฯ ทั้งหมดเสียอีก

“นี่คือเป้าหมายจากการค้นหาอันยาวไกลเพื่อ "พลังงาน" ซึ่งเป็นเป้าหมายของนักวิจัยด้านนิวเคลียร์ฟิวชันมายาวนานกว่าครึ่งศตวรรษ ความสำเร็จของเอ็นไอเอฟจะเป็นการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่มีนัยสำคัญต่อประวัติศาสตร์ ที่การพิสูจน์ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเกิดขึ้นครั้งแรก และกระบวนการที่สร้างพลังให้กับดวงดาวได้เกิดขึ้นบนโลก" เอ็ดวาร์ด มอเซ็ส (Edward Moses) ผู้อำนวยการเอ็นไอเอฟให้ความเห็น

ทั้งนี้ เอ็นไอเอฟก่อตั้งขึ้นเมื่อปี 2540 โดยองค์การความมั่นคงทางนิวเคลียร์ (National Nuclear Security Administration: NNSA) ของกระทรวงพลังงานแห่งสหรัฐฯ ขณะที่ห้องปฏิบัติการก่อตั้งมาตั้งแต่ปี 2495 โดยเป็นสถาบัน ทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีประยุกต์เพื่อความมั่นคงของสหรัฐฯ ซึ่งนอกจากเป้าหมายทางด้านพลังงานแล้ว สถาบันแห่งนี้ยังมีพันธสัญญาที่จะทำการค้นพบวิทยาศาสตร์ทางด้านดวงดาวและฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ด้วยการสร้างเงื่อนไขที่มีอยู่ในซูเปอร์โนวา หลุมดำและใจกลางดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ด้วย

“เพื่อเข้าใจการค้นพบเราเองในเอกภพและอะไรที่สร้างเราขึ้นมา สิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่งก็คือทำความเข้าใจการระเบิดของดวงดาว" บีบีซีินิวส์อ้างคำพูดของ ศ.พอล แดรค (Professor Paul Drake) จากมหาวิทยาลัยมิชิแกน (University of Michigan) ซึ่งเป้นหนึ่งในนักวิจัยไม่กี่คน ที่ได้นั่งคอยการทดลองในตึกของเอ็็นไอเอฟ และคาดหวังที่จะได้ทดสอบทฤษฎีของพวกเขาด้วยอุปกรณ์ขนาดใหญ่นี่

ขณะที่ ดร.อีริค สตอร์ม (Dr Erik Storm) จากห้องปฏิบัติการลอว์เรนซ์ลิเวอร์มอร์กล่าวว่า เราสามารถกำหนดตารางการเกิดซูเปอร์โนวาได้จากสิ่งอำนวยความสะดวกในเอ็นไอเอฟ แทนที่จะต้องนั่งรอการเกิดสักครั้งอย่างไม่ตั้งใจในเอกภพ ขณะเดียวกันภายในห้องปฏิบัติการเรายังสามารถเปลี่ยนแปลงการทดลองในแต่ละครั้งได้ เราจึงสร้างระเบิดซูเปอร์โนวาได้อย่างซ้ำๆ

พร้อมกันนี้ บีบีซีนิวส์ยังได้อธิบายการทำงานของซูเปอร์เลเซอร์ ซึ่งทำให้เกิดอุณหภูมิได้สูงถึง 100 ล้านองศาเซลเซียสและสร้างความดันได้มากกว่าความดันของชั้นบรรยากาศโลกอีกหลายพันล้านเท่า โดยการบังคับให้นิวเคลียสของไฮโดรเจนหลอมรวม จากนั้นพลังงานมหาศาลก็จะถูกปลดปล่อยออกมา

ในส่วนของการทดลองทางด้านฟิสิกส์ดาราศาสตร์นั้น ศ.แดรคอธิบายว่า ก้อนเชื้อเพลิงถูกออกแบบให้เป็นชั้นๆ รูปครึ่งวงกลม เพื่อเลียนแบบใจกลางของดวงดาว จากนั้นยิงลำเลเซอร์เข้าสู่ใจกลางก้อนเชื้อเพลิง แล้วทำให้เกิดคลื่นกระแทกที่พัดให้ก้อนเชื้อเพลิงแยกกระจาย ซึ่งการทดลองดังกล่าวใช้เวลาเพียงในหลายพันล้านวินาที ดังนั้นรายละเอียดของการระเบิดจะถูกจับตาด้วยเซนเซอร์ที่เหมาะสม

ส่วนนักวิทยาศาสตร์ทางด้านดวงดาวก็ตื่นเต้นที่ได้มีส่วนร่วมกับเอ็นไอเอฟเช่นกัน โดยปรารถนาที่จะใช้เครื่องมือไฮเทคทดสอบทฤษฎีของพวกเขา โดย ศ.เดวิด สตีเฟนสัน (Prof. David Stevenson) จากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย (California Institute of Technology) กล่าวว่า ดาวพฤหัสบดีมีบทบาทสำคัญต่อระบบสุริยะ เนื่องจากแรงดึงดูดของดาวเคราะห์ขนาดยักษ์ทำให้เกิดเมฆฝุ่นและเศษซากอวกาศกลุ่มใหญ่ในอวกาศใกล้ๆ กับเรา และก่อเกิดเป็นดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ รวมทั้งโลกของเรา

อีกทั้ง มีการค้นพบดาวเคราะห์ก๊าซขนาดยักษ์กว่า 300 ดวง ทั้งที่มีมวลใกล้เคียงและมากกว่าดาวพฤหัส โคจรอยู่รอบดาวฤกษ์ที่อยู่ห่างไกล ซึ่งการเข้าใจว่าดาวก๊าซยักษ์เหล่านี้ก่อตัวขึ้นอย่างไรและเมื่อไหร่ ช่วยฉายภาพวิวัฒนาการระบบดาวเคราะห์อื่นๆ ได้ แต่การจะเข้าใจเช่นนั้นได้นักวิทยาศาสตร์ต้องช่วยเอ็นไอเอฟทำความเข้าใจเกี่ยวกับอุณหภูมิสุดขั้วและวามดันที่ใจกลางดาวกลาง รวมถึงผลกระทบที่จะเกิดขึ้นกับสสารในสภาวะดังกล่าว

กลไกการจุดระเบิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน

- เติมเชื้อเพลิงปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันในแคปซูลทรงกลมขนาดเท่าเม็ดถั่ว ซึ่งประกอบด้วยส่วนผสมของดิวเทอเรียมและตริเทียม 150 ไมโครกรัม

- เลเซอร์ถูกกำหนดให้ยิงคลื่นสั้นที่มีความเร็ว 1 ใน 2 หมื่นล้านส่วนของวินาที ซึ่งช่วงเวลาดังกล่าวจะทำให้เกิดกำลังไฟฟ้าสูงถึง 50 ล้านล้านวัตต์ หรือเทียบเท่ากับพลังงานที่ทำให้หลอดไป 100 วัตต์จำนวน 50 ล้านล้านดวงสว่างพร้อมกัน

- กำลังเลเซอร์ทั้งหมดจะโฟกัสไปที่ผิวของแคปซูล โดยที่เชื้อเพลิงภายในจะถูกอัดแน่นให้มีความหนาแน่นมากกว่าตะกั่ว 100 เท่า

- แคปซูลจะถูกให้ความร้อนด้วยอุณหภูมิที่สูงกว่า 100 ล้านองศาเซลเซียส ซึ่งภายใต้เงื่อนไขที่สุดขั้วขนาดนี้ จะทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันขึ้น.