เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน. การทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันคือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นภายในดวงดาว เช่น ของเรา ดวงอาทิตย์ ซึ่งนิวเคลียสอะตอมที่เล็กกว่าสองตัวรวมกันทำให้เกิดนิวเคลียสอะตอมที่ใหญ่กว่าและใหญ่กว่า มั่นคง ด้านล่างนี้ เรามีกลไกสำหรับปฏิกิริยาประเภทนี้ที่เกิดขึ้นในดวงอาทิตย์ ระหว่างไฮโดรเจนที่ก่อให้เกิดฮีเลียม:

ปฏิกิริยาฟิวชันไฮโดรเจนที่เป็นไปได้บนดวงอาทิตย์

แต่สิ่งสำคัญที่สุดของปฏิกิริยานิวเคลียร์ประเภทนี้คือปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมา เพื่อให้ได้ไอเดีย การรวมตัวของ 2 เท่านั้น 10^-9% ของดิวเทอเรียม (ไฮโดรเจนที่มีนิวตรอนและโปรตอนในนิวเคลียส)มันจะให้พลังงานในปริมาณที่เพียงพอต่อความต้องการพลังงานของโลกทั้งโลกเป็นเวลาหนึ่งปี!

นั่นเป็นเหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์หลายคนใฝ่ฝันที่จะสามารถควบคุมพลังงานที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาฟิวชัน เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบันคือนิวเคลียร์ฟิชชัน ซึ่งเป็นกระบวนการต่อต้านการหลอมรวมและผลิตพลังงานในปริมาณที่น้อยกว่า

ฟิวชั่นที่ไม่สามารถควบคุมได้ถูกใช้ไปแล้วใน ระเบิดไฮโดรเจน หรือ เทอร์โมนิวเคลียร์ในปี ค.ศ. 1952 สหรัฐอเมริกาได้ปล่อยเรือบนเกาะอะทอลล์ในมหาสมุทรแปซิฟิก ระเบิดนี้ถูกขนานนามว่า "ไมค์" และมีพลังมากกว่าระเบิดฮิโรชิม่า 700 เท่า

นอกจากพลังงานจำนวนมากที่ปล่อยออกมาแล้ว อื่นๆ ประโยชน์ ของการใช้นิวเคลียร์ฟิวชันเพื่อสร้างพลังงานคือ to วัสดุที่ใช้ในปฏิกิริยาเหล่านี้หาได้ง่าย, สำหรับดิวเทอเรียมจะพบในโมเลกุลของน้ำ ทริเทียม (ไอโซโทปของไฮโดรเจนที่มีโปรตอน และสองนิวตรอนในนิวเคลียส) สามารถหาได้จากลิเธียม และลิเธียมเป็นโลหะที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ

อีกปัจจัยหนึ่งคือ ไม่เหมือนนิวเคลียร์ฟิชชัน ผลิตภัณฑ์ฟิวชันไม่มีกัมมันตภาพรังสี จึงถือเป็นพลังงานประเภท "สะอาด" ที่ไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสิ่งแวดล้อม

แต่การจะนำไปใช้ผลิตพลังงานได้นั้นจะต้องเป็นปฏิกิริยาที่ควบคุมได้และสำหรับสิ่งนั้นยังมีอยู่บ้าง อุปสรรค:

• เพื่อให้การหลอมรวมมีประสิทธิภาพ จำเป็นต้องมีอุณหภูมิสูง เช่นเดียวกับในดวงอาทิตย์ ซึ่งมีบริเวณที่มีอุณหภูมิอยู่ที่ 100 ล้านองศาเซลเซียส! จำเป็นต้องใช้พลังงานจำนวนมากเพื่อเอาชนะแรงผลักที่เกิดจากประจุบวกของนิวเคลียสที่จะรวมกัน

  อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)

ปัจจุบันนี้ทำได้โดยพลังงานที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาฟิชชันแบบควบคุมของระเบิดปรมาณู ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน

• ปัญหาที่เกิดขึ้นอีกประการหนึ่งคือ การทำงานในลักษณะควบคุมด้วยวัสดุที่อุณหภูมิหลายพันองศาเซลเซียสได้อย่างไร? วัสดุใดบ้างที่สามารถนำมาใช้สร้างเครื่องปฏิกรณ์ที่ทนต่ออุณหภูมิสูงเช่นนี้ได้?

• นอกจากนี้ยังมีความต้องการการไหลของพลังงานอย่างรวดเร็วที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยาฟิวชัน

การวิจัยในพื้นที่นี้ได้นำไปสู่ประเภทของเครื่องปฏิกรณ์ที่เรียกว่า โทคามัก, ซึ่งใช้ในปัจจุบันนี้เพื่อการวิจัยเท่านั้น ที่มีชื่อเสียงที่สุดคือเมืองพรินซ์ตัน สหรัฐอเมริกา ซึ่งทำงานที่อุณหภูมิ 100 ล้านองศาเซลเซียส ด้านล่างคือ Tokamak COMPASS ที่ IPP ที่นำเสนอในปราก สาธารณรัฐเช็ก ในช่วงสัปดาห์ของ Science and Technology จัดโดย Academy of Sciences of the Czech Republic เมื่อวันที่ 2 พฤศจิกายน 2012:

Tokamak COMPASS ที่ IPP นำเสนอในปราก^[2]

ในเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้จะมีการสร้างสนามแม่เหล็กที่แรงมาก ก๊าซดิวเทอเรียมและไอโซโทปถูกฉีดและทำให้ร้อนถึงหลายพันองศาเซลเซียสเพื่อทำปฏิกิริยา เนื่องจากมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านและการสร้างสนามแม่เหล็กแรงสูง พลาสมาจึงก่อตัวขึ้น ซึ่งอยู่ในท่อภายในเครื่องปฏิกรณ์โดยไม่สัมผัสกับผนัง

ตราประทับด้านบนซึ่งพิมพ์ในสหภาพโซเวียต แสดงให้เห็นอุปกรณ์หลอมนิวเคลียร์แบบเทอร์โมนิวเคลียสของโทคามัก ประมาณปี 1987^[3]

อย่างไรก็ตาม จนถึงปัจจุบัน ยังไม่มีการค้นพบวิธีการรับพลังงานที่มีประโยชน์จากเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าว พลังงานที่ใช้ในการกระตุ้นสนามแม่เหล็กที่พลาสมาถูกกักขังยังคงมากกว่าพลังงานที่ได้จากการหลอมเหลวภายในเครื่องปฏิกรณ์

_{* เครดิตรูปภาพ:}

_{[1] ผู้แต่ง: Mike Garrett/วิกิมีเดียคอมมอนส์
[2] Nataliya Hour/ Shutterstock.com
[3] จิม พรูอิท/Shutterstock.com}

โดย เจนนิเฟอร์ โฟกาซา
จบเคมี

คุณต้องการอ้างอิงข้อความนี้ในโรงเรียนหรืองานวิชาการหรือไม่ ดู:

โฟกาซ่า, เจนนิเฟอร์ โรชา วาร์กัส "เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่น"; โรงเรียนบราซิล. มีจำหน่ายใน: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reator-fusao-nuclear.htm. เข้าถึงเมื่อ 27 มิถุนายน 2021.