อีเมลมาถึงกล่องจดหมายของฉันในเช้าวันนี้ ซึ่งเรียกตัวเองว่า “ผู้ดูแลระบบ” ของมูลนิธิรางวัลฟิสิกส์พื้นฐานเพื่อขอเสนอชื่อเข้าชิงรางวัลซึ่งมีมูลค่า 3 ล้านเหรียญสหรัฐ และรางวัล มูลค่า 100,000 เหรียญสหรัฐ ซึ่งมุ่งเป้าไปที่ “นักวิจัยรุ่นใหม่” ในกรณีที่คุณลืม มูลนิธิได้รับทุนสนับสนุนจากนักลงทุนชาวรัสเซียยูริ มิลเนอร์ ผู้ซึ่งสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาด้านฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย แห่งรัฐมอสโก
ก่อนที่จะลงทุน
เป็นพันล้านในบริษัทสตาร์ทอัพ รางวัลดังกล่าวตกเป็นเป้าสายตา ผู้ซึ่งเมื่อปีที่แล้วบ่นว่าเน้นไปที่นักทฤษฎีสตริงมากเกินไป และยังคงมอบรางวัลให้กับคนจำนวนน้อยเท่าเดิม อย่างไรก็ตาม อาจมีนักฟิสิกส์ไม่กี่คนที่ฉันจะเถียง ผู้ที่จะเชิดหน้าชูตาด้วยเงิน 3 ล้านดอลลาร์ และราวกับจะพิสูจน์ประเด็นนี้
อีเมลมีลิงก์ไปยังกฎที่ควบคุมรางวัล ฉันต้องยอมรับว่าฉันคาดหวังที่จะได้เห็น สำหรับรางวัลใหญ่ขนาดนี้ หน้าเพจขนาดยาวมหาศาลเต็มไปด้วยข้อกำหนดและเงื่อนไข หลักเกณฑ์ แนวทางการเสนอชื่อ บลา บลา บลา บลา อันที่จริงแล้วกฎนั้นสั้นและน่าฟังราวกับว่ามันถูกกำหนดขึ้นเพื่อการขายเค้ก
เพื่อการกุศลในท้องถิ่นของคุณ กระบวนการเสนอชื่อยังดูเหมือนไม่ลำบากนักและคณะกรรมการคัดเลือกที่คุณจะต้องโน้มน้าวใจสามารถดูได้ที่นี่ฉันไม่สนับสนุนรางวัล แต่อย่างใด แต่อย่างที่พวกเขาพูดว่า “คุณต้องอยู่ในนั้นเพื่อรับรางวัล” สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการได้รับรางวัลสามารถช่วยและขัดขวาง
อาชีพการงานของผู้รับรางวัลได้ในบางครั้ง อย่าพลาดบทความ เพื่อนร่วมงานของฉัน ซึ่งเชื้อเพลิงถูกบีบอัดด้วยความเร็วสูงจนเกิดการหลอมเหลวก่อนที่เชื้อเพลิงจะมีเวลาขยายตัวและสัมผัสกับผนังภาชนะ เทคนิคหลังนี้เป็นหลักการเบื้องหลังระเบิดไฮโดรเจน และขณะนี้กำลังได้รับการศึกษาในห้องปฏิบัติการ
วิจัยหลายแห่งโดยใช้เลเซอร์กำลังสูง นักวิจัยติดตามฟิวชันที่จำกัดด้วยสนามแม่เหล็กมาตั้งแต่ปี 1958 เมื่อการวิจัยฟิวชันส่วนใหญ่ไม่เป็นความลับอีกต่อไปในการประชุม โทคามักเป็นภาชนะรูปทรงโดนัทหรือทอรัส ซึ่งสนามแม่เหล็กแบบขดลวดจะกั้นอนุภาคที่มีประจุในพลาสมาจากผนังโดยรอบ
สนามเฮลิคอล
เกิดจากการรวมสนามทอรอยด์ ซึ่งนำทางอนุภาค “ทางยาว” ของทอรัส และสนาม “โพลอยด์” อีกสนามหนึ่ง ซึ่งนำทางอนุภาค “ทางยาว” รอบทอรัส (รูปที่ 1) แบบแรกมาจากขดลวดภายนอกขนาดใหญ่ ส่วนแบบหลังเกิดจากกระแสที่ไหลผ่านพลาสมาในทิศทาง กระแสพลาสมานี้เกิดขึ้นจากสนามไฟฟ้า
แบบวงแหวนที่ผลิตขึ้นแบบเหนี่ยวนำโดยขดลวดที่ผ่านศูนย์กลางของทอรัส ซึ่งทำหน้าที่เป็นขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้า (ขดลวดที่สองมาจากวงแหวนพลาสมา) เพื่อให้เกิดการฟิวชันได้ นิวเคลียสจะต้องถูกกระแทกเข้าด้วยกันอย่างรวดเร็วและบ่อยพอที่จะเอาชนะแรงผลักของคูลอมบ์
และทำให้กระบวนการดำรงอยู่ได้เอง ดังนั้น จึงจำเป็นต้องรักษาไอออนเชื้อเพลิงที่มีความหนาแน่นสูงไว้ที่อุณหภูมิมหาศาล ประมาณ 100 ล้านองศา เป็นเวลานานพอสมควร การบรรลุสิ่งนี้ท่ามกลางความไม่เสถียรของพลาสมาจำนวนมากเป็นความท้าทายที่สำคัญสำหรับนักวิจัยฟิวชัน
อย่างไรก็ตาม
การขาดความเป็นไปได้ในการ “หลบหนี” ในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันนั้นทำให้การฟิวชันน่าสนใจกว่าฟิชชันมาก ซึ่งความท้าทายคือการทำให้เชื้อเพลิงทำปฏิกิริยาอย่างช้าๆ ในช่วงเวลาหลายปี นอกจากนี้ ฟิวชันไม่ก่อให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่มีกัมมันตภาพรังสีสูงหรือฟิวชัน และเชื้อเพลิง
มีอยู่ตามธรรมชาติมากมาย (ดิวทีเรียมมีอยู่ในน้ำที่ความเข้มข้นประมาณ 1 ส่วนใน 6700 และสามารถสกัดได้ง่ายโดยใช้อิเล็กโทรลิซิส ทริเทียมสามารถเพาะพันธุ์ได้ภายในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันเอง) ในบรรดาส่วนผสมของธาตุแสงที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่สามารถใช้สำหรับการหลอมรวมบนพื้นดิน
ปฏิกิริยาดิวทีเรียม-ทริเทียมดำเนินไปในอัตราสูงสุดสำหรับอุณหภูมิต่ำสุด และดังนั้นจึงเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับโรงไฟฟ้าฟิวชัน แต่ละปฏิกิริยาให้พลังงาน 17.6 MeV ซึ่งใช้ร่วมกันโดยอนุภาคแอลฟาและนิวตรอน นิวตรอนซึ่งมีพลังงานส่วนใหญ่นี้หลุดออกจากสนามกักกันและถูกจับไว้ที่ผนัง
ของโทคามักซึ่งสร้างความร้อน เป็นผลให้น้ำหล่อเย็นที่ไหลเวียนผ่านผนังสามารถผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อผลิตไอน้ำเพื่อขับเคลื่อนกังหันได้เช่นเดียวกับในโรงไฟฟ้าทั่วไป ผนังยังเป็นสองเท่าของ “ผ้าห่มผสมพันธุ์” ซึ่งนิวตรอนทำปฏิกิริยากับลิเธียมเพื่อผลิตไอโซโทปเพิ่มเติม
ในทางตรงกันข้าม อนุภาคแอลฟาถูกจำกัดโดยสนามแม่เหล็กและถ่ายโอนพลังงานไปยังไอออนเชื้อเพลิงดิวทีเรียมและทริเทียมผ่านการชนกันของคูลอมบ์ เมื่อความร้อนระดับอัลฟ่านี้เพียงพอโดยตัวมันเองเพื่อรักษาความหนาแน่นและอุณหภูมิของพลาสมาให้อยู่ในระดับที่ต้องการ กระบวนการนี้จะคงอยู่ได้เอง
และกล่าวกันว่าพลาสมาติดไฟแล้ว ด้วยกระบวนการนี้ ITER ตั้งเป้าหมายที่จะผลิตพลังงานฟิวชันประมาณ 400 เมกะวัตต์เป็นเวลาหลายนาที ซึ่งเท่ากับ “อัตราขยายของฟิวชัน” (อัตราส่วนของพลังงานฟิวชันต่อพลังงานอินพุตที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิพลาสมา)
ที่ประมาณQ DT = 10 เมื่อQ DT = 1 เราบอกว่าถึงจุดคุ้มทุน และQ DT = ∞ สำหรับ พลาสมาที่ติดไฟ
แนวคิดของฟิวชันเกนได้รับการแนะนำครั้งแรกเมื่อกว่า 50 ปีที่แล้วโดยวิศวกรหนุ่มชื่อจอห์น ลอว์สัน ซึ่งกำลังทำการทดลองฟิวชัน ZETA ที่เป็นความลับในขณะนั้น ในสหราชอาณาจักร ด้วยแรงกระตุ้นจาก
“ความคาดหวังที่ไม่สมจริงของเพื่อนฟิสิกส์ที่กระตือรือร้นของเขา” ลอว์สันได้อนุมานเงื่อนไขตามความหนาแน่นของพลาสมาและเวลากักกันซึ่งจะต้องได้รับความพึงพอใจสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ที่มีประโยชน์ มูลค่าของสิ่งที่เรียกว่าผลิตภัณฑ์สามเท่าที่ได้มาจากเกณฑ์ของลอว์สันได้เพิ่มขึ้นมากกว่าห้าลำดับ
