- กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ เลือก OpenStar และมหาวิทยาลัยโคลัมเบียออกแบบระบบระบายอากาศสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันแบบสองขั้วลอยตัว
- ฟิวชันแบบสองขั้วลอยตัวช่วยกำจัดช่องทางการรั่วไหลของความร้อนหลัก ทำให้พลาสมามีเสถียรภาพ
- นักวิจัยจะใช้เครื่องมือซอฟต์แวร์ขั้นสูงในการจำลองพฤติกรรมความร้อนและอนุภาคในสนามแม่เหล็กสองขั้ว
- โครงการนี้เป็นการรวมตัวใหม่ของผู้บุกเบิกฟิวชันแบบสองขั้ว ซึ่งจะส่งเสริมการพลังงานฟิวชัน
กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ (DOE) ได้เลือก OpenStar Technologies และมหาวิทยาลัยโคลัมเบียออกแบบระบบระบายอากาศสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันแบบสองขั้วลอยตัวแห่งแรกของโลก ฟิวชันเชิงพาณิชย์ต้องอาศัยการกักเก็บก๊าซที่ร้อนจัด (หรือที่เรียกว่า พลาสมา) ไว้ในสนามแม่เหล็ก อย่างไรก็ตาม เครื่องปฏิกรณ์แต่ละเครื่องต้องสามารถกำจัดความร้อนและอนุภาคที่หลุดลอยออกมาอย่างปลอดภัย เพื่อป้องกันไม่ให้ผนังภายในของอุปกรณ์ละลาย เครื่องฟิวชันแบบดั้งเดิมมักใช้ "divertor" ในการแก้ปัญหานี้ ซึ่งอุปกรณ์นี้จะนำพลาสมาที่หลุดลอยไปยังแผ่นเป้าหมายที่เย็นลง จนถึงปัจจุบันยังไม่มีการสร้าง divertor สำหรับฟิวชันแบบสองขั้วลอยตัว
แตกต่างจากเครื่องปฏิกรณ์รูปโดนัทแบบดั้งเดิม ฟิวชันแบบสองขั้วลอยตัวจะมีแม่เหล็กซุปเปอร์คอนดักเตอร์หนึ่งตัวลอยอยู่ในห้องสุญญากาศ ซึ่งจำลองสนามแม่เหล็กธรรมชาติของดาวเคราะห์เช่นโลกและดาวพฤหัสบดี การกำจัดโครงสร้างสนับสนุนทางกายภาพช่วยกำจัดช่องทางการรั่วไหลของความร้อนหลัก ทำให้พลาสมามีเสถียรภาพ
ข้อดีของฟิวชันแบบสองขั้วลอยตัว
ศาสตราจารย์เบน จู (Prof. Ben Zhu) จากวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์มหาวิทยาลัยโคลัมเบียกล่าวว่า "แม่เหล็กสองขั้วเป็นแนวคิดฟิวชันที่เรียบง่ายและมีเสน่ห์ แต่ยังไม่ได้รับการสำรวจอย่างเต็มที่ การหาวิธีระบายอากาศที่มีประสิทธิภาพเป็นหนึ่งในความท้าทายที่เร่งด่วนที่สุดที่ระบบพลังงานฟิวชันต้องเผชิญ ดังนั้นความรู้ที่เราได้เรียนรู้ที่นี่จะช่วยสนับสนุนการพัฒนาพลังงานฟิวชันเชิงพาณิชย์ในวงกว้าง"
ในระยะเวลา 12 เดือนข้างหน้า นักวิจัยจะสร้างแผนภาพพฤติกรรมความร้อนและอนุภาคที่ขอบสนามแม่เหล็กสองขั้ว รูปร่างทางเรขาคณิตนี้สร้างจุดศูนย์กลางสนามแม่เหล็กที่แท้จริง ซึ่งเรียกว่า X point ซึ่งบังคับให้วิศวกรต้องก้าวข้ามโมเดลเครื่องปฏิกรณ์มาตรฐาน เพื่อจุดประสงค์นี้ มหาวิทยาลัยโคลัมเบียจะรวมสองเครื่องมือซอฟต์แวร์ขั้นสูง ได้แก่ TokaMaker และโค้ดการสร้างแบบจำลองขอบที่ชื่อว่า Hermes-3 ทีมงานจะทดสอบผลการจำลองของตนตามข้อมูลจริงจากต้นแบบ Junior ของ OpenStar ในประเทศนิวซีแลนด์
ในเดือนกุมภาพันธ์ที่ผ่านมา OpenStar ได้ใช้เครื่องมูลค่า 10 ล้านดอลลาร์ในการลอยแม่เหล็กน้ำหนัก 0.5 ตันในห้องสุญญากาศขนาด 5 เมตร และประสบความสำเร็จในการกักเก็บพลาสมาไว้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000,000 องศาเซลเซียส
ดร.คริสโตเฟอร์ แฮนเซน (Dr. Christopher Hansen) นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียกล่าวว่า "การร่วมมือกับ OpenStar เราจะศึกษาแนวทางการขยายความรู้ทางฟิสิกส์พื้นฐานของเราไปยังเครื่องมือการสร้างแบบจำลอง"
การรวมตัวใหม่ของผู้บุกเบิกฟิวชันแบบสองขั้ว
โครงการนี้เป็นการรวมตัวใหม่ของผู้บุกเบิกฟิวชันแบบสองขั้ว มหาวิทยาลัยโคลัมเบียเคยร่วมมือกับสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ในการทดลองฟิวชันแบบสองขั้วลอยตัวครั้งแรก ขณะที่ดร.ดาร์เรน การ์นิเยร์ (Dr. Darren Garnier) หัวหน้าฝ่ายวิทยาศาสตร์ของ OpenStar เคยดำรงตำแหน่งหัวหน้าผู้ทดลอง เขาจะร่วมกับดร.เจอโรม กูเทล (Dr. Jerome Guterl) หัวหน้าฝ่ายวิทยาศาสตร์ของ OpenStar ในการนำงานใหม่นี้ไปข้างหน้า การออกแบบ divertor สุดท้ายของพวกเขาจะเปิดตัวครั้งแรกในเครื่อง Tahi ของ OpenStar
Tahi จะถูกสร้างขึ้นเพื่อให้บรรลุเงื่อนไขที่เกี่ยวข้องกับฟิวชัน และในเบื้องต้นจะผลิตนิวตรอนสำหรับใช้ในสารกัมมันตรังสีทางการแพทย์ ซึ่งเป็นก้าวแรกสู่การสร้างโรงไฟฟ้าฟิวชันในขนาดที่เชื่อมต่อกับกริด
กูเทลสรุปว่า "เรารู้สึกตื่นเต้นที่จะนำความเชี่ยวชาญอันยอดเยี่ยมของมหาวิทยาลัยโคลัมเบียในด้านการสร้างแบบจำลองพลาสมาขอบมารวมกับประสบการณ์ที่ได้รับจากการวิจัย divertor ของ Tokamak ตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา เพื่อพัฒนาโซลูชันการระบายอากาศสำหรับ Tahi และฟิวชันแบบสองขั้วในอนาคต" ความร่วมมือนี้ได้รับการสนับสนุนจากเครือข่ายนวัตกรรมพลังงานฟิวชันของ DOE (INFUSE) ในปีนี้ โครงการนี้จะจัดสรรเงินทุน 8.5 ล้านดอลลาร์ระหว่างบริษัทเอกชน ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ และมหาวิทยาลัย รวม 28 โครงการร่วม OpenStar ได้รับเงินทุนนี้ผ่านบริษัทลูกในสหรัฐอเมริกา OpenStar USA
บริษัทยังได้รับรางวัล INFUSE ที่สองในรอบนี้เพื่อพัฒนาทักษะการวินิจฉัยพลาสมาร่วมกับมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก
ศักยภาพและความท้าทายของเทคโนโลยีฟิวชันแบบสองขั้วลอยตัว
การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันแบบสองขั้วลอยตัวแสดงถึงเส้นทางเทคโนโลยีใหม่ที่มุ่งหวังจะเพิ่มเสถียรภาพและประสิทธิภาพของฟิวชัน การกำจัดโครงสร้างสนับสนุนทางกายภาพในเครื่องปฏิกรณ์แบบดั้งเดิมทำให้การรั่วไหลของความร้อนลดลงอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งช่วยรักษาเสถียรภาพของพลาสมา การวิจัยนี้ไม่เพียงแต่ช่วยให้เข้าใจพฤติกรรมของพลาสมา แต่ยังสามารถผลักดันการพัฒนาฟิวชันเชิงพาณิชย์ต่อไปได้ ด้วยความร่วมมือระหว่าง OpenStar และมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย การวิจัยในอนาคตอาจมอบพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์และการสนับสนุนทางเทคนิคที่สำคัญต่อการใช้งานเทคโนโลยีฟิวชัน