ภัยคุกคามด้านนิวเคลียร์ทั่วโลกเพิ่มขึ้นในช่วงไม่กี่เดือนที่ผ่านมา หลังจากการอ้างว่าเกาหลีเหนือกำลังสร้างอาวุธนิวเคลียร์และประธานาธิบดีโดนัลด์ ทรัมป์ ที่คุกคามผู้นำที่เป็นอันตรายของประเทศ ความตึงเครียดที่ทวีความรุนแรงขึ้นทำให้ Doomsday Clock ขยับเข้าใกล้เวลาเที่ยงคืนมากขึ้น
อย่างไรก็ตาม แม้จะมีศักยภาพที่จะทำลายโลกและคุกคามการดำรงอยู่ของเรา พลังงานนิวเคลียร์ก็มีศักยภาพในการแก้ปัญหาความต้องการพลังงานเร่งด่วนของโลก
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา บริษัทเอกชนจำนวนมากได้ก้าวเข้าสู่กลุ่มการวิจัย เนื่องจากความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและความเข้าใจของเราในสิ่งต่างๆ เช่น ตัวนำยิ่งยวด เมื่อเร็วๆ นี้ Google ได้ร่วมมือกับผู้เชี่ยวชาญด้านนิวเคลียร์ฟิวชันเพื่อพัฒนาอัลกอริธึมสำหรับแก้ปัญหาด้านพลังงานที่ซับซ้อน และเมื่อเร็วๆ นี้ MIT ได้กล่าวว่านิวเคลียร์ฟิวชันสามารถอยู่บนกริดได้ในเวลาเพียง 15 ปี
ไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าพวกเขาอาจไขความลึกลับประการหนึ่งของนิวเคลียร์ฟิวชันได้ด้วยการดูดาวที่ระเบิด ทีมงานจากกลุ่ม Center for Laser Experimental Astrophysical Research ของมหาวิทยาลัยมิชิแกนได้ศึกษาว่าความร้อนมีบทบาทอย่างไรในการที่วัสดุผสมกันระหว่างซุปเปอร์โนวา ซึ่งเป็นจุดกำเนิดแสงที่เกิดขึ้นเมื่อดาวฤกษ์ถึงจุดสิ้นสุดของชีวิตและระเบิด การระเบิดเหล่านี้ส่งพลังงานจำนวนมหาศาลออกไป ในบางกรณีมากกว่าที่ดวงอาทิตย์ของเราปล่อยออกมาตลอดช่วงชีวิตของมัน
บทบาทของความร้อนที่มีต่อปฏิกิริยาฟิวชันในอวกาศถูกมองข้ามไปอย่างมาก และนักวิทยาศาสตร์ได้พยายามเลียนแบบปฏิกิริยาดังกล่าวบนโลกเพื่อช่วยผลักดันให้เกิดการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ โดยการผสมพลาสมาที่แตกต่างกันกับองค์ประกอบต่างๆ เช่น เหล็ก คาร์บอนฮีเลียม และไฮโดรเจนในสภาวะของห้องปฏิบัติการ นักวิจัยสามารถระบุได้ว่าฟลักซ์ในพลังงานทำให้เกิดความร้อนขึ้นและลง ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการที่องค์ประกอบต่างๆ ผสมกับ พลาสมา สิ่งนี้ไม่ได้รับการพิจารณาในการทดลองก่อนหน้านี้ และในที่สุดก็อาจเป็นกุญแจสำคัญในการทำให้นิวเคลียร์ฟิวชันมีความยั่งยืนมากขึ้นบนโลก งานวิจัยเผยแพร่ใน การสื่อสารธรรมชาติ.
พลังงานนิวเคลียร์คืออะไร?
ในขณะที่พลังงานนิวเคลียร์มีศักยภาพที่จะให้พลังงานที่เกือบจะไร้ขีดจำกัดแก่มนุษย์ ฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังพลังงานนิวเคลียร์นั้นเกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคที่เล็กที่สุดบางตัวเท่าที่จะจินตนาการได้ ที่ใจกลางของทุกอะตอมในจักรวาลมีโปรตอนและนิวตรอนกลุ่มเล็กๆ ที่เรียกว่านิวเคลียส จำนวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสเป็นตัวกำหนดว่าอะตอมเป็นธาตุใด และนิวเคลียสประกอบขึ้นเป็นส่วนใหญ่ของมวลอะตอมนั้น
ภายในนิวเคลียส โปรตอนและนิวตรอนถูกยึดเข้าด้วยกันโดยแรงพื้นฐานหนึ่งในสี่ทางฟิสิกส์ที่เรียกว่าแรงแรง ตามชื่อของมัน แรงที่แข็งแกร่งนั้นแข็งแกร่งที่สุดในทั้งสี่ แต่มันใช้งานได้ในระยะทางเล็ก ๆ เท่านั้น เช่นเดียวกับที่อยู่ภายในนิวเคลียส อื่นๆ คือความโน้มถ่วงแม่เหล็กไฟฟ้าและอ่อนแอ วิดีโอนี้อธิบายความแตกต่างและผลกระทบที่มีต่อเรา:
อะตอมส่วนใหญ่เป็นพื้นที่ว่าง ถ้าอะตอมมีขนาดเท่ากับสนามฟุตบอล นิวเคลียสจะมีขนาดเท่ากับแมลงวันที่อยู่ตรงกลาง อีกส่วนหนึ่งของอะตอมคือเมฆอิเล็กตรอนที่โคจรรอบนิวเคลียสของอะตอม แต่แรงอย่างแรงนี้ใช้ไม่ได้กับอิเล็กตรอน พวกมันถูกผูกมัดด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากมีประจุลบในขณะที่นิวเคลียสมีประจุบวก
โดยทั่วไป ฟิสิกส์นิวเคลียร์เกี่ยวข้องกับการสร้างหรือการทำลายนิวเคลียส ทั้งสองเป็นกระบวนการที่สูญเสียมวลเพียงเล็กน้อย และปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาล
ทำไมพลังงานนิวเคลียร์จึงมีความสำคัญมาก?
ตั้งแต่ปี 1950 นักฟิสิกส์ได้พยายามเลียนแบบกระบวนการที่ให้พลังงานแก่ดวงอาทิตย์โดยควบคุมการหลอมรวมของอะตอมไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียม กุญแจสำคัญในการควบคุมพลังนี้คือการกักขังก้อนก๊าซไฮโดรเจนที่เรียกว่าพลาสมาที่มีความร้อนสูงเป็นพิเศษ จนกว่าปริมาณพลังงานที่ออกมาจากปฏิกิริยาฟิวชันจะเท่ากับมากกว่าที่ใส่เข้าไป ประเด็นนี้คือสิ่งที่ผู้เชี่ยวชาญด้านพลังงานเรียกว่าจุดคุ้มทุน และหากทำได้ จะประสบความสำเร็จ มันจะเป็นตัวแทนของความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี และสามารถจัดหาแหล่งพลังงานศูนย์คาร์บอนได้ไม่จำกัดและมีอยู่มากมาย
คุณน่าจะทราบสมการที่มีชื่อเสียงที่สุดของไอน์สไตน์ E=mc^2 สิ่งนี้ระบุว่าปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาเมื่อสูญเสียมวลเล็กน้อยจะเท่ากับมวลนั้นคูณด้วยความเร็วของแสงกำลังสอง ความเร็วแสงเป็นตัวเลขที่ค่อนข้างมาก
ดูข่าวที่เกี่ยวข้อง โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนปิลลอยน้ำของรัสเซียเพิ่งออกเรือ Faraday Challenge: รัฐบาลลงทุน 246 ล้านปอนด์เพื่อทำให้สหราชอาณาจักรเป็นผู้นำด้านเทคโนโลยีแบตเตอรี่ แผนที่ระเบิดนิวเคลียร์เผยให้เห็นว่าคุณมีโอกาสรอดจากการโจมตีด้วยนิวเคลียร์มากแค่ไหน ตรีศูลคืออะไร? ตัวยับยั้งนิวเคลียร์ของสหราชอาณาจักรอธิบายถึงภัยพิบัติที่เชอร์โนบิลและฟุกุชิมะ: จะเกิดอะไรขึ้นกับเขตยกเว้นนิวเคลียร์เมื่อมนุษย์ออกไป?
นิวเคลียสที่เล็กที่สุดของธาตุใดๆ ประกอบด้วยโปรตอนเพียงตัวเดียวที่พบในอะตอมไฮโดรเจน ไฮโดรเจน ควบคู่ไปกับฮีเลียม ลิเธียม และเบริลเลียมเป็นธาตุที่เบาที่สุดในจักรวาล ซึ่งหมายความว่าไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานมากนักในการสร้าง ธาตุแสงเหล่านี้ก่อตัวขึ้นในช่วงเริ่มต้นของเอกภพ เมื่อมีอายุประมาณสามนาทีและเย็นพอที่โปรตอนและนิวตรอนจะจับตัวกัน นี่เป็นเหตุผลหนึ่งว่าทำไมไฮโดรเจนพลาสม่าถึงถูกมองว่าเป็นแหล่งพลังงานนิวเคลียร์ที่ดีที่สุดในโลก
หลังจากสี่องค์ประกอบแรกเหล่านี้ จักรวาลชนกำแพง ต้องการพลังงานมากขึ้นสำหรับองค์ประกอบ 88 ถัดไปในตารางธาตุ เพื่อที่จะเอาชนะโปรตอนที่ขับไล่กันด้วยประจุบวกของพวกมัน และสำหรับนิวเคลียสฟิวชั่นนี้จะต้องเข้ามามีบทบาท
แล้วนิวเคลียร์ฟิวชั่นคืออะไร?
เกือบทุกอย่างรอบตัวเราถูกสร้างขึ้นภายในดวงดาว ดาวฤกษ์เริ่มต้นด้วยไฮโดรเจนซึ่งบีบเข้าหากันเพื่อสร้างฮีเลียม กระบวนการนี้ดำเนินต่อไป โดยปล่อยพลังงานและทำให้ดาวฤกษ์ร้อนขึ้น
มันคือปฏิกิริยานี้ โดยใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง ที่นักวิทยาศาสตร์และทีมงานชอบที่ thoseTAE Technologiesกำลังพยายามเลียนแบบเพื่อให้ได้พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน เมื่อนิวเคลียสของดิวเทอเรียมและทริเทียม ซึ่งพบได้ในไฮโดรเจน หลอมรวมกัน จะสร้างนิวเคลียสของฮีเลียม นิวตรอน และพลังงานจำนวนมาก
กอบกู้โลกราคาเท่าไหร่
เนื่องจากนิวเคลียร์ฟิวชันต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการเริ่มต้นปฏิกิริยา กระบวนการนี้จึงพิสูจน์แล้วว่ายากต่อการลอกเลียนแบบบนโลก ต้องใช้ความดันมหาศาลและอุณหภูมิประมาณ 150 ล้านองศาเพื่อให้อะตอมรวมตัวกันในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน
เมื่อดาวฤกษ์ที่มีขนาดเท่าแกนกลางของดวงอาทิตย์หมดไฮโดรเจน (แหล่งเชื้อเพลิงของมัน) มันก็จะเริ่มตาย ดาวฤกษ์ที่กำลังจะตายจะขยายตัวเป็นดาวยักษ์แดงและเริ่มผลิตอะตอมของคาร์บอนโดยการหลอมรวมอะตอมของฮีเลียม ดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่กว่าสามารถสร้างองค์ประกอบที่หนักกว่าได้ ตั้งแต่ออกซิเจนไปจนถึงเหล็ก ในการเผาไหม้นิวเคลียร์แบบต่อเนื่อง อะไรก็ตามที่หนักกว่าเหล็กถูกสร้างขึ้นในซุปเปอร์โนวา การระเบิดครั้งใหญ่เมื่อสิ้นสุดชีวิตของดาวมวลมาก
นิวเคลียร์ฟิวชันสัมพันธ์กับการแตกตัวของนิวเคลียร์อย่างไร?
พลังงานนิวเคลียร์อย่างที่เรารู้บนโลกนี้ใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบอื่นที่เรียกว่าฟิชชัน
เมื่อองค์ประกอบเริ่มขยายตัว เช่น ยูเรเนียมหรือพลูโทเนียม โดยมีโปรตอนและนิวตรอนจำนวนมากบรรจุอยู่ภายในนิวเคลียส เป็นไปได้ที่จะแยกพวกมันกลับเป็นองค์ประกอบที่เล็กกว่าโดยการกระแทกพวกมันด้วยนิวตรอน นอกจากนี้ยังส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของมวล ปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมา
ปัญหาอยู่ในสิ่งที่เรียกว่าผลพลอยได้จากปฏิกิริยา สารเหล่านี้มีกัมมันตภาพรังสีสูง ทำให้เป็นอันตรายอย่างเหลือเชื่อ และเป็นข้อเสียที่สำคัญที่สุดของพลังงานนิวเคลียร์
ขยะกัมมันตภาพรังสีจะต้องได้รับการจัดการอย่างระมัดระวังอย่างไม่น่าเชื่อ และวิธีที่ดีที่สุดที่เรามีในการกำจัดมันในตอนนี้คือการฝังไว้ใต้ดินลึก แต่มันทำให้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นสถานที่อันตราย และภัยพิบัติที่กากกัมมันตภาพรังสีรั่วไหลได้ก่อให้เกิดผลร้ายแรง เช่น ภัยพิบัติในเชอร์โนบิลในปี 1986 และฟุกุชิมะ
บริษัทใดบ้างที่ทำงานเกี่ยวกับนิวเคลียร์ฟิวชัน
C
เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิจัยที่ MIT ได้ทำงานร่วมกับบริษัท Commonwealth Fusion Systems ได้คิดค้นการทดลองฟิวชันและโรงไฟฟ้ารุ่นใหม่โดยใช้ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง แม้ว่าจะยังไม่เกิดขึ้นจริง แต่ความร่วมมือดังกล่าวมีเป้าหมายที่จะสร้างอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดที่เรียกว่า SPARC
เมื่อแม่เหล็กไฟฟ้ายิ่งยวดสำหรับ สปาร์ก ได้รับการพัฒนาโดยคาดว่าภายในสามปีข้างหน้า SPARC จะใช้พวกมันเพื่อสร้างพลังงานฟิวชัน 100 ล้านวัตต์หรือ 100 เมกะวัตต์ (MW) แม้ว่าจะไม่เปลี่ยนความร้อนนั้นให้เป็นไฟฟ้า แต่จะผลิตพลังงานได้มากเท่ากับที่เมืองเล็กๆ ใช้ ซึ่งมากกว่าสองเท่าของที่ใช้ในการให้ความร้อนในพลาสมา ซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะสร้างพลังงานสุทธิที่เป็นบวกจากการหลอมรวมเป็นครั้งแรก หากประสบความสำเร็จ สิ่งนี้จะช่วยสร้างต้นแบบเต็มรูปแบบของโรงไฟฟ้าฟิวชัน และทำให้โลกอยู่บนเส้นทางสู่นิวเคลียร์ฟิวชันในเวลาเพียง 15 ปี
งานวิจัยนี้สืบเนื่องมาจากงานที่ทำโดย Google และTAE Technologiesซึ่งเรียกตัวเองว่าบริษัทไพรเวทฟิวชันที่ใหญ่ที่สุดในโลก และเครื่องพลาสม่าไอออไนซ์ขนาดยักษ์ C2-U Google ได้สร้างอัลกอริธึมที่ออกแบบมาเพื่อเร่งการทดลองในพลาสมาฟิสิกส์และเป้าหมายสูงสุดของ Tri Alpha Energy คล้ายกับ CFS คือการสร้างโรงไฟฟ้าเชิงพาณิชย์แห่งแรกที่ใช้ฟิวชั่น ยิ่งทำการทดลองได้เร็วเท่าไร ก็ยิ่งเร็วและถูกกว่าเท่านั้นที่จะบรรลุเป้าหมายนี้ และขับเคลื่อนโลกไปสู่แหล่งพลังงานสะอาดที่ยั่งยืนมากขึ้น
อ่านต่อไป: เอาชีวิตรอดจากการโจมตีด้วยนิวเคลียร์
การวิจัยภาคเอกชนที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับนิวเคลียร์ฟิวชันสะท้อนให้เห็นถึงรางวัลใหญ่ที่เดิมพัน - วิธีการผลิตไฟฟ้าแบบใหม่ที่มีความรับผิดชอบต่อสิ่งแวดล้อมและปลอดภัย ศาสตราจารย์เอียน แชปแมน ซีอีโอของหน่วยงานพลังงานปรมาณูแห่งสหราชอาณาจักร กล่าว .
เพื่อทำการทดลองในลักษณะนี้ พลาสมา – ลูกก๊าซร้อนพิเศษ – จำเป็นต้องถูกจำกัดไว้เป็นเวลานานTAE Technologiesจำกัดพลาสมาเหล่านี้โดยใช้วิธีการที่เรียกว่า การกำหนดค่าแบบย้อนกลับฟิลด์ ซึ่งคาดว่าจะมีเสถียรภาพมากขึ้นเมื่อพลังงานเพิ่มขึ้น ตรงกันข้ามกับวิธีอื่นๆ ที่พลาสมาควบคุมได้ยากขึ้นเมื่อคุณให้ความร้อน
ทีเออี เทคโนโลยีส์C-2U ผลักดันการทดลองเหล่านี้จนถึงขีดจำกัดว่าจะใช้พลังงานไฟฟ้าเท่าใดเพื่อสร้างและจำกัดพลาสมาไว้ในพื้นที่เล็กๆ ดังกล่าวในช่วงเวลาสั้นๆ การปรับการตั้งค่าให้เหมาะสม (เครื่องมีปุ่มมากกว่า 1,000 ปุ่ม) และการจัดการการทำงานของพลาสม่าเป็นปัญหาที่ซับซ้อน และนี่คือที่มาของอัลกอริทึม Optometrist ของ Google
ในฐานะวิศวกรซอฟต์แวร์อาวุโสของ Google Ted Baltz อธิบาย เครื่อง C-2U จะยิงพลาสมาทุกๆ แปดนาที และการวิ่งแต่ละครั้งจะสร้างพลาสมาที่หมุนวนสองก้อนภายในสุญญากาศของ C-2U หยดเหล่านี้ถูกทุบรวมกันด้วยความเร็วมากกว่า 600,000 ไมล์ต่อชั่วโมงเพื่อสร้างลูกบอลพลาสม่าที่ใหญ่ขึ้น ร้อนขึ้น และหมุนได้
อ่านต่อไป: อัลกอริทึมคืออะไร ?
จากนั้นลูกบอลพลาสม่าจะถูกกระแทกอย่างต่อเนื่องด้วยลำอนุภาคที่ทำจากอะตอมไฮโดรเจนที่เป็นกลางเพื่อให้มันหมุน สนามแม่เหล็กถือลูกบอลหมุนได้นานถึง 10 มิลลิวินาที ของ Google อัลกอริทึม นำพารามิเตอร์ทั้งหมดจากจำนวนการตั้งค่าไปจนถึงคุณภาพของสุญญากาศและความเสถียรของอิเล็กตรอนเพื่อนำเสนอวิธีแก้ปัญหาให้กับนักฟิสิกส์ของมนุษย์
ระเบิดนิวเคลียร์ทำงานอย่างไร?
สหรัฐฯ เป็นประเทศแรกที่พัฒนาอาวุธนิวเคลียร์ รองลงมาคือรัสเซียในปี 1949 ในปี 2016 คาดว่าสหรัฐฯ มีหัวรบนิวเคลียร์ประมาณ 7,000 หัว รวมถึงอาวุธที่ปลดประจำการ จัดเก็บ และนำไปใช้งาน รัสเซียมีหัวรบประมาณ 7,300 หัว ฝรั่งเศสมีประมาณ 300 หัว และสหราชอาณาจักรมี 215 หัว เกาหลีเหนือ ซึ่งถูกมองว่าเป็นหนึ่งในภัยคุกคามทางนิวเคลียร์ที่สำคัญที่สุดในยุคปัจจุบัน มีจำนวนอุปกรณ์ที่ไม่ทราบแน่ชัด แม้ว่าการประมาณการจะทำให้ตัวเลขอยู่ที่ประมาณ 10 .
อาวุธนิวเคลียร์ทั้งหมดใช้ฟิชชันเพื่อสร้างการระเบิดทำลายล้าง อาวุธยุคแรก ๆ รวมถึง Little Boy ที่ทิ้งลงบนฮิโรชิมาในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง สร้างมวลวิกฤตที่จำเป็นในการเริ่มต้นปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันโดยยิงกระบอกสูบยูเรเนียม-235 แบบกลวงไปที่เป้าหมายที่ทำจากวัสดุชนิดเดียวกัน
อ่านเพิ่มเติม: ระเบิดไฮโดรเจนคืออะไร?
เทคนิคนี้มีความก้าวหน้าอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และในอาวุธสมัยใหม่ มวลวิกฤตขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของวัสดุ อาวุธเหล่านี้จุดชนวนระเบิดเคมีรอบๆ หลุมที่เรียกว่าโลหะยูเรเนียม-235 หรือโลหะพลูโทเนียม-239 ไอโซโทปเหล่านี้เป็นองค์ประกอบทั่วไปที่สามารถผ่านการแตกตัวได้ ยูเรเนียมและพลูโทเนียมพบได้ตามธรรมชาติในแหล่งแร่ แม้ว่าจะมีปริมาณเล็กน้อย (น้อยกว่า 1% ในกรณีของยูเรเนียมและน้อยกว่าสำหรับพลูโทเนียม) ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องได้รับการผลิต นี่เป็นกระบวนการที่มีค่าใช้จ่ายสูงและใช้เวลานาน และเป็นอุปสรรคหลักในการสร้างระเบิดนิวเคลียร์อย่างอิสระมากขึ้น
อ่านต่อไป: ระเบิดไฮโดรเจนกับระเบิดปรมาณูต่างกันอย่างไร?
วิธีตรวจสอบ ping ใน lol
ในการระเบิดนิวเคลียร์สมัยใหม่ การระเบิดจะพัดเข้าด้านใน บังคับให้อะตอมในหลุมรวมกัน เมื่อได้มวลวิกฤตแล้ว นิวตรอนจะถูกใช้เพื่อสร้างปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชัน ซึ่งในทางกลับกัน จะสร้างการระเบิดปรมาณู อาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันใช้พลังงานจากการระเบิดฟิชชันเพื่อบังคับไอโซโทปไฮโดรเจนเข้าด้วยกันทำให้เกิดลูกไฟที่เข้าใกล้อุณหภูมิที่ร้อนเท่ากับดวงอาทิตย์
