อธิบาย: เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นทดลอง 'ดวงอาทิตย์เทียม' ของจีนที่สร้างสถิติคืออะไร?

เป็นเวลา 20 วินาที ที่ 'ดวงอาทิตย์เทียม' ตะวันออกของจีนมีอุณหภูมิสูงสุด 288 ล้านองศาฟาเรนไฮต์ ซึ่งร้อนกว่าดวงอาทิตย์ถึงสิบเท่า EAST คืออะไรและทำงานอย่างไร

อุปกรณ์ EAST Tokamak ได้รับการออกแบบมาเพื่อจำลองกระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชันที่ดำเนินการโดยดวงอาทิตย์และดวงดาว (ภาพ: เว็บไซต์ของ ASIPP)

สื่อของรัฐกล่าวว่า Tokamak ตัวนำยิ่งยวดขั้นสูงสำหรับการทดลองของจีน (EAST) ซึ่งเลียนแบบกระบวนการสร้างพลังงานของดวงอาทิตย์ สร้างสถิติใหม่หลังจากที่มันวิ่งที่อุณหภูมิ 216 ล้านฟาเรนไฮต์ (120 ล้านองศาเซลเซียส) เป็นเวลา 101 วินาที อีก 20 วินาที ดวงอาทิตย์เทียมยังมีอุณหภูมิสูงสุดที่ 288 ล้านองศาฟาเรนไฮต์ (160 ล้านองศาเซลเซียส) ซึ่งร้อนกว่าดวงอาทิตย์ถึงสิบเท่า

ความสำเร็จล่าสุดโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวจีนถือเป็นก้าวสำคัญในการแสวงหาพลังงานสะอาดและพลังงานที่ไร้ขีดจำกัดของประเทศ โดยมีของเสียเหลือน้อยที่สุด Li Miao ผู้อำนวยการภาควิชาฟิสิกส์ของ Southern University of Science and Technology ในเมืองเซินเจิ้น ประเทศจีน เปิดเผยว่า ความก้าวหน้าครั้งดังกล่าวเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญ และเป้าหมายสูงสุดควรจะรักษาระดับอุณหภูมิให้คงที่เป็นเวลานาน ครั้ง

จดหมายข่าว| คลิกเพื่อรับคำอธิบายที่ดีที่สุดของวันนี้ในกล่องจดหมายของคุณ

แต่ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่ายังมีหนทางอีกยาวไกลสำหรับการทดลอง 'ดวงอาทิตย์เทียม' ของจีน Lin Boquiang ผู้อำนวยการศูนย์วิจัยเศรษฐศาสตร์พลังงานแห่งประเทศจีนแห่งมหาวิทยาลัยเซียะเหมิน จะใช้เวลาหลายทศวรรษกว่าเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้งานได้จะโผล่ออกมาจากขั้นตอนการทดลอง

ดังนั้น 'ดวงอาทิตย์เทียม' ตะวันออกของจีนคืออะไร?

เครื่องปฏิกรณ์ Tokamak ตัวนำยิ่งยวดขั้นทดลองขั้นสูง (Experimental Advanced Superconducting Tokamak - EAST) เป็นอุปกรณ์วิจัยทดลองนิวเคลียร์ฟิวชันขั้นสูง ซึ่งตั้งอยู่ที่สถาบันฟิสิกส์พลาสม่าแห่งสถาบันวิทยาศาสตร์จีน (ASIPP) ในเมืองเหอเฟย์ ประเทศจีน จุดประสงค์ของดวงอาทิตย์ประดิษฐ์คือเพื่อจำลองกระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งเป็นปฏิกิริยาเดียวกับที่ให้พลังงานแก่ดวงอาทิตย์

EAST เป็นหนึ่งในสามของ tokamak หลักในประเทศที่กำลังดำเนินการอยู่ทั่วประเทศ นอกเหนือจากตะวันออกแล้ว จีนกำลังดำเนินการเครื่องปฏิกรณ์ HL-2A เช่นเดียวกับ J-TEXT ในเดือนธันวาคม 2020 HL-2M Tokamak ซึ่งเป็นอุปกรณ์วิจัยทดลองนิวเคลียร์ฟิวชันที่ใหญ่ที่สุดและทันสมัยที่สุดของจีน ได้รับการขับเคลื่อนอย่างประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรก ซึ่งเป็นก้าวสำคัญในการเติบโตของความสามารถในการวิจัยพลังงานนิวเคลียร์ของจีน

นับตั้งแต่เริ่มดำเนินการครั้งแรกในปี 2549 EAST ได้จัดทำบันทึกหลายรายการในช่วงเวลาของการกักขังพลาสมาที่ร้อนจัด โครงการ EAST เป็นส่วนหนึ่งของโรงงาน International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) ซึ่งจะกลายเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันที่ใหญ่ที่สุดในโลกเมื่อเริ่มดำเนินการในปี 2578 โครงการนี้รวมถึงการสนับสนุนจากหลายประเทศ รวมถึงอินเดีย เกาหลีใต้ ญี่ปุ่น รัสเซีย และสหรัฐอเมริกา

'ดวงอาทิตย์เทียม' ตะวันออกทำงานอย่างไร

อุปกรณ์ EAST Tokamak ได้รับการออกแบบมาเพื่อจำลองกระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชันที่ดำเนินการโดยดวงอาทิตย์และดวงดาว นิวเคลียร์ฟิวชันเป็นกระบวนการที่ผลิตพลังงานในระดับสูงโดยไม่ก่อให้เกิดของเสียจำนวนมาก ก่อนหน้านี้ พลังงานเกิดขึ้นจากการแตกตัวของนิวเคลียร์ ซึ่งเป็นกระบวนการที่นิวเคลียสของอะตอมหนักถูกแบ่งออกเป็นสองนิวเคลียสหรือมากกว่าของอะตอมที่เบากว่า

แม้ว่าการแยกตัวเป็นกระบวนการที่ง่ายกว่าในการดำเนินการ แต่ก็ทำให้เกิดกากนิวเคลียร์มากขึ้น ปฏิกิริยาฟิวชันไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจกต่างจากฟิชชัน และถือเป็นกระบวนการที่ปลอดภัยกว่าโดยลดความเสี่ยงในการเกิดอุบัติเหตุ เมื่อเข้าใจแล้ว นิวเคลียร์ฟิวชันอาจให้พลังงานสะอาดไม่จำกัดและต้นทุนที่ต่ำมาก

เพื่อให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ความร้อนและความดันมหาศาลถูกนำไปใช้กับอะตอมไฮโดรเจนเพื่อให้หลอมรวมเข้าด้วยกัน นิวเคลียสของดิวเทอเรียมและทริเทียม ซึ่งพบในไฮโดรเจนทั้งคู่ ถูกสร้างมาเพื่อหลอมรวมเพื่อสร้างนิวเคลียสของฮีเลียม ซึ่งเป็นนิวตรอนพร้อมกับพลังงานจำนวนมาก

เชื้อเพลิงถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิมากกว่า 150 ล้านองศาเซลเซียส เพื่อก่อตัวเป็นซุปพลาสม่าร้อนที่มีอนุภาคย่อยของอะตอม ด้วยความช่วยเหลือของสนามแม่เหล็กแรงสูง พลาสมาจะถูกเก็บไว้ให้ห่างจากผนังของเครื่องปฏิกรณ์เพื่อให้แน่ใจว่าจะไม่เย็นลงและสูญเสียศักยภาพในการผลิตพลังงานจำนวนมาก พลาสมาถูกจำกัดไว้เป็นเวลานานเพื่อให้เกิดการหลอมรวม

สถิติล่าสุดคืออะไรและเหตุใดจึงสำคัญ

เครื่องปฏิกรณ์ EAST สร้างสถิติใหม่เมื่อวันศุกร์ที่ผ่านมา เมื่อมันบรรลุอุณหภูมิพลาสม่าที่ 216 ล้านองศาฟาเรนไฮต์ และยังสามารถทำงานได้ 20 วินาทีที่ 288 ล้านฟาเรนไฮต์ ในมุมมองนี้ แกนกลางของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิเพียง 15 ล้านองศาเซลเซียส ซึ่งหมายความว่าเครื่องปฏิกรณ์สามารถสัมผัสอุณหภูมิที่ร้อนกว่านั้น 10 เท่า

เป้าหมายต่อไปสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังเครื่องปฏิกรณ์ทดลองคือการรักษาอุณหภูมิที่สูงไว้เป็นระยะเวลานาน ก่อนหน้านี้ ตะวันออกมีอุณหภูมิสูงสุดเป็นประวัติการณ์ที่ 100 ล้านองศาเซลเซียสในปี 2561

Lin Boquiang บอกกับ Global Times ว่านี่เป็นขั้นตอนในทิศทางที่ถูกต้องเกี่ยวกับการพัฒนาสีเขียวของจีน มันเหมือนกับเทคโนโลยีในอนาคตที่มีความสำคัญต่อการผลักดันการพัฒนาสีเขียวของจีนมากกว่า เขากล่าว แต่ถึงแม้จะเป็นการพัฒนาที่สำคัญ โบเกียงกล่าวว่ายังมีเวลาอีกสามทศวรรษกว่าที่จีนจะสามารถเห็นดวงอาทิตย์เทียมที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์

แต่จีนไม่ใช่ประเทศเดียวที่มีอุณหภูมิพลาสม่าสูง ในปี 2020 เครื่องปฏิกรณ์ KSTAR ของเกาหลีใต้สร้างสถิติใหม่ด้วยการรักษาอุณหภูมิพลาสม่าที่มากกว่า 100 ล้านองศาเซลเซียสเป็นเวลา 20 วินาที

แบ่งปันกับเพื่อนของคุณ: