สหรัฐฯ เตรียมยิงซูเปอร์เลเซอร์ทดสอบ “นิวเคลียร์ฟิวชัน” ต.ค.นี้

สหรัฐฯ ได้ฤกษ์ยิงซูเปอร์เลเซอร์ทดสอบ “นิวเคลียร์ฟิวชัน” แหล่งพลังงานแห่งอนาคต รูปแบบเดียวกับปฏิกิริยาบนดวงอาทิตย์ แม้ยังอยู่ในขั้นทดลอง แต่ก็เป็นก้าวสำคัญ ที่อาจเปลี่ยนแปลงวงการวิทยาศาสตร์และนโยบายพลังงานไปตลอดกาล

หากทุกอย่างเป็นไปตามแผน ดิอินดิเพนเดนท์รายงานว่า หน่วยงานการเผาไหม้เครื่องยนต์แห่งสหรัฐฯ หรือเอ็นไอเอฟ (The US National Ignition Facility : NIF) จะยิงซูเปอร์เลเซอร์ 192 ลำ จากห้องปฏิบัติการขนาด 3 เท่าของสนามฟุตบอล ให้รวมกันที่จุดเดียวซึ่งมีขนาดประมาณเมล็ดพริกไทย เพื่อให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันขึ้นในเดือน ต.ค.นี้

ทั้งนี้ ปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิวชันเป็นปฏิกิริยาที่เกิดการเผาไหม้ขึ้นที่ใจกลางดวงอาทิตย์ ขณะเดียวกันก็เป็นเสมือน “จอกศักดิ์สิทธิ์” ของวงการพลังงานสะอาดที่ยั่งยืน และแม้ว่าจะเป็นเพียงการเดินเครื่องเพื่อทดสอบเทคโนโลยี แต่การทดลองครั้งสำคัญนี้จะเป็นจุดเริ่มต้นของการปฏฺวัติที่จะเปลี่ยนแปลงวิทยาศาสตร์ด้านพลังงานและนโนบายพลังงานไปตลอดกาล

นักวิทยาศาสตร์ของสหรัฐฯ ใช้เวลาหลายทศวรรษ เพื่อไล่ตามความฝันในการสร้างพลังงานจากนิวเคลียร์ฟิวชันที่จะสร้างพลังงานสะอาดอันไม่จำกัดจากไฮโดรเจน ธาตุที่มีอยู่เกลื่อนเอกภพ โดยปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน จะเกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสของ 2 อะตอมผลักกันได้อย่างยากลำบาก ที่สุดจะหลอมรวมกันกลายเป็นอนุภาคที่หนักขึ้น และปฏิกิริยาลูกโซ่ที่คงที่จะเกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสของอะตอมชนกันมากขึ้น และในกระบวนการนั้นจะปลดปล่อยพลังงานปริมาณมหาศาลออกมา

ดวงดาวทั้งหลายต่างเจิดจ้าด้วยปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน แต่ยังไม่มีใครที่จะสามารถจัดการปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันให้มั่นคงและยั่งยืนภายใต้เงื่อนไขที่ควบคุมได้ ส่วนปัญหาใหญ่ที่นักวิทยาศาสตร์ด้านนิวเคลียร์ฟิวชันต้องเผชิญคือ จะเพิ่มอุณหภูมิมหาศาลและความดันที่จำเป็นให้เพียงต่อพื้นที่อันจำกัดได้อย่างไร

การสร้างพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันที่ยั่งยืน จำเป็นต้องมีเงื่อนไขที่สุดขั้วมากกว่าใจกลางดวงอาทิตย์ ซึ่งมีอุณหภูมิสูงถึง 100 ล้านองศาเซลเซียส และนักวิทยาศาสตร์ของเอ็นไอเอฟที่ห้องปฏิบัติการลอว์เรนซ์ลิเวอร์มอร์สหรัฐฯ (Lawrence Livermore National Laboratory) ในแคลิฟอร์เนีย ได้มาถึงจุดที่เข้าใกล้ชัยชนะเหลือสิ่งกีดขวางมากกว่าที่ใครเคยทำได้มาก่อน

ห้องปฏิบัติการของเอ็นไอเอฟเพิ่งจะแล้วเสร็จเมื่อปีที่ผ่านมา ซึ่งภายในห้องปฏิบัติมีอุปกรณ์ทางแสงและอิเล็กทรอนิกส์ ที่ออกแบบให้ปลดปล่อยเลเซอร์ใน 192 ทิศทาง เพื่อสร้างพลังงานให้กับลำแสงที่รวมแล้วมีพลังงานมากถึง 1.8 เมกะจูลส์ แต่หัวใจสำคัญของห้องปฏิบัติการคือแคปซูลเบอริลเลียมที่มีขนาดเท่าเมล็ดพริกไทย ซึ่งออกแบบให้รองรับการกระแทกอย่างรุนแรงของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่อยู่ในรูปดิวเทอเรียม (deuterium) และทริเทียม (tritium) ซึ่งทั้งคู่ต่างเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจน แต่มีความแตกต่างของมวลอะตอม

เป้าหมายในการทดลองคือพุ่งลำเลเซอร์ทั้งหมดไปยังแคปซูล แล้วจุดระเบิดด้วยพัลส์หรือคลื่นสั้นเป็นช่วงๆ ของพลังงาน ซึ่งการทดลองดังกล่าวจะทำให้เชื้อเพลิงระเบิดอยู่ภายในทันทีที่อุณหภูมิและความดันสูงยิ่งกว่าที่มีอยู่ในใจกลางดวงอาทิตย์

เมื่อพุ่งชนกันแล้ว นิวเคลียสดิวเทอเรียมและทริเทียมจะหลอมรวมกันและปลดปล่อยพลังงานออกมาวูบหนึ่ง หากการทดลองสำเร็จ จะมีพลังงานปริมาณมากกกว่าที่ใส่เข้าไปในแคปซูลออกมา และการศึกษาล่าสุดที่รายงานในวารสารไซน์ได้แสดงให้เห็นว่า นักวิทยาศาสตร์ได้มาถึงเป้าหมายดังกล่าวแล้ว

ดร.ซีกฟรีด เกลนเซอร์ (Dr.Siegfried Glenzer) และคณะได้อธิบายถึงการทดลองแรก ซึ่งเลเซอร์ทั้ง 192 ลำถูกยิงทดสอบไปยังเป้าหมายที่ไม่ได้ใส่เชื้อเพลิง แต่สามารถสร้างพลังงานได้ถึง 40% ของพลังงานสูงสุดที่เอ็นไอเอฟจะสร้างได้ หากแต่ปัญหาสำคัญที่ต้องเอาชนะให้ได้คือ การทำให้แคปซูลเกิดระเบิดภายใน

“เรากำลังทำของจริง และดูท่าจะดีกว่าที่คาดไว้” ดร.เกลนเซอร์เขียนไว้ในรายงานที่เผยแพร่ในวารสารไซน์

การทดลองสร้างปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันนี้เกิดขึ้นจากการแลกเปลี่ยนแคปซูลภายในทรงกระบอกทรงคำที่เรียกว่า “ฮอล์รอม” (hohlraum) ซึ่งมีรูปให้ลำเลเซอร์พุ่งไปชน และการทดลองจุดระเบิดเผาไหม้ให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันที่ยั่งยืนนั้นจะเริ่มทำอย่างจริงจังในเดือน พ.ค.53 นี้ ส่วนการตัดสินใจว่าจะเดินเครื่องเต็มกำลังในเดือน ต.ค.นี้เลยหรือไม่นั้น จะตัดสินใจอีกครั้งในเดือน ก.ค.