ฟิวชั่นนิวเคลียร์จะทำให้น้ำมันและก๊าซเลิกกิจการเมื่อใด

เทศกาลคริสต์มาสนี้เป็นช่วงเวลาแห่งการขอบคุณและความหวังสำหรับการก้าวกระโดดทางวิทยาศาสตร์ที่กำลังเกิดขึ้น:

ประการแรก เจ้าชายวิลเลียมผู้ก่อตั้ง Earthshots Prizeประกาศรางวัลในบอสตันในปี 2022 เรียกหมวดหมู่หนึ่ง ฟื้นฟูมหาสมุทรของเรา. ผู้ชนะคือกลุ่มที่เรียกว่า ผู้หญิงพื้นเมืองแห่ง Great Barrier Reef. แนวปะการังถูกโจมตี และผู้ชนะมุ่งมั่นที่จะป้องกัน พวกเขาทำงานเพื่อปกป้องชายหาดและเต่า และอนุรักษ์หญ้าทะเลที่ดักจับ CO2 ได้มากกว่าป่าอะเมซอนถึงสิบเท่า พวกเขาต่อสู้กับความรู้ดั้งเดิมของชาวอะบอริจินและใช้เครื่องมือที่ทันสมัยเช่นโดรนเพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงของแนวปะการังในแนวปะการังและไฟป่าในแผ่นดิน

ประการที่สอง เป็นเวลา 20 ปีที่กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาได้ให้ทุนสนับสนุนแนวคิดและการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบโมดูลาร์ขนาดเล็ก (SMR) ที่เรียกว่า NuScale Power Module ปลอดภัยกว่า ถูกกว่า ปรับขนาดได้ และปลอดคาร์บอนคือข้อดี เป็น SMR แห่งเดียวที่ได้รับการอนุมัติการออกแบบจากคณะกรรมการกำกับดูแลกิจการนิวเคลียร์ (NRC) สูงน้อยกว่า 100 ฟุต โมดูลนี้เป็นทรงกระบอกกว้าง 15 ฟุตที่วางอยู่ในอ่างน้ำที่ต่ำกว่าระดับพื้นดิน สามารถผลิตไฟฟ้าได้ 77 เมกะวัตต์ จ่ายไฟให้กับบ้าน 60,000 หลัง เป้าหมายคือเริ่มดำเนินการในไอดาโฮภายในปี 2029

ประการที่สามสถานพยาบาลมี ความก้าวหน้าในการรักษามะเร็งบางชนิด. วิธีการนี้จะนำ T-cells ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบภูมิคุ้มกันที่ต่อสู้กับมะเร็งออกจากร่างกายเพื่อดัดแปลงพันธุกรรมโดยใช้เทคนิค CRISPR แล้วส่งกลับเข้าไปในร่างกายในฐานะ "ยาที่มีชีวิต" การใช้ CRISPR ทำให้ T-cells สามารถปรับละเอียดได้และทำให้อันตรายถึงชีวิตมากขึ้นในการโจมตีเซลล์มะเร็งโดยเฉพาะ

T-เซลล์ที่ “หาซื้อได้ทั่วไป” เหล่านี้สามารถผลิตได้ในปริมาณมากอย่างรวดเร็วโดยใช้ CRISPR แทนที่จะต้องรอหลายสัปดาห์หรือหลายเดือนก่อนหน้านี้ เมื่อวันที่ 12 ธันวาคม พ.ศ. 2022 ดร. แมคไกวร์กจากมหาวิทยาลัยแคนซัส ประกาศผลการทดลองซึ่งออกมาดีอย่างน่าประหลาดใจและเปิดประตูบานใหม่สู่การรักษามะเร็ง: เนื้องอกลดลง 67% ของผู้ป่วยมะเร็งต่อมน้ำเหลือง 32 ราย 40% ของผู้ป่วยได้รับการให้อภัยอย่างสมบูรณ์ มีความกระตือรือร้นอย่างมากสำหรับศักยภาพของเทคนิคนี้ในการรักษามะเร็งอื่นๆ อีกมากมาย

ประการที่สี่คือความก้าวหน้าของนิวเคลียร์ฟิวชั่นที่น่าทึ่งมาก

ความก้าวหน้าของนิวเคลียร์ฟิวชัน

ในศตวรรษที่ผ่านมา ซึ่งเป็นศตวรรษที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของฟิสิกส์ การค้นพบอย่างหนึ่งคือนิวเคลียร์ฟิชชัน เมื่ออะตอมหนักเช่นพลูโตเนียมแตกตัว มวลจำนวนเล็กน้อยจะสูญเสียไปและปรากฏขึ้นอีกครั้งเป็นพลังงานจำนวนมาก เนื่องจาก E = mc^2 โดยที่ c คือความเร็วของแสงและจำนวนที่มาก

ภายใต้คำขู่ที่ว่าเยอรมนีจะพัฒนาระเบิดปฏิกิริยาลูกโซ่จากปฏิกิริยานี้ รัฐบาลสหรัฐฯ ได้ทุ่มเงินจำนวนมหาศาลเพื่อสร้างระเบิดฟิชชันในลอสอาลามอส รัฐนิวเม็กซิโก ซึ่งอยู่ไม่ไกลจากบ้านที่ฉันอาศัยอยู่ ได้รับการทดสอบในทะเลทราย White Sands ทางตอนใต้ของ Albuquerque และในที่สุดก็ใช้เพื่อยุติสงครามกับญี่ปุ่น

การใช้งานเชิงพาณิชย์นำไปสู่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดกริดอย่างรวดเร็วในประเทศต่างๆ บางคนประสบความสำเร็จ – ฝรั่งเศสได้รับพลังงานไฟฟ้า 70% จากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ 56 เครื่อง ในขณะที่สหรัฐอเมริกาได้รับพลังงานประมาณ 20% จากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ 93 เครื่อง

แต่ความสำเร็จนั้นไม่สบายใจเมื่อเกิดอุบัติเหตุร้ายแรง เช่น เชอร์โนปิล รัสเซียในปี 1986 และฟุกุชิมะ ประเทศญี่ปุ่นในปี 2011 และความกังวลเกี่ยวกับการกำจัดกากนิวเคลียร์ในสหรัฐฯ

ปฏิกิริยานิวเคลียร์น้องสาวคือเมื่อนิวเคลียสของไฮโดรเจน 1950 อันถูกบังคับให้รวมกันเป็นฮีเลียมโดยการเอาชนะแรงที่น่ารังเกียจและพลังงานจำนวนมหาศาลจะถูกปลดปล่อยออกมาอีกครั้ง นี่เป็นพื้นฐานของการทดสอบระเบิดไฮโดรเจนของสหรัฐฯ ในแปซิฟิกใต้ (เกาะปะการังบิกินี่) ในปี 1963 ก่อนสนธิสัญญาห้ามการทดสอบในปี XNUMX

การประยุกต์ใช้นิวเคลียร์ฟิวชันในเชิงพาณิชย์ได้รับการแสวงหามานานหลายทศวรรษตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ตัวอย่างเช่น ความพยายามหนึ่งตั้งอยู่ใน Sandia National Laboratories ใน Albuquerque ที่ซึ่งพลาสมาที่มีประจุร้อนถูกจำกัดโดยสนามไฟฟ้า แนวคิดคือการกักขัง บีบอัด และทำให้พลาสมาร้อน (พลังงานเข้า) จนกว่านิวเคลียสของไฮโดรเจนจะรวมกัน (พลังงานออก) แต่พลังงานเข้ามากกว่าพลังงานออกเสมอ

การใช้งานเชิงพาณิชย์อีกรายการหนึ่งคือที่ Lawrence Livermore Laboratory ในบริเวณอ่าวซานฟรานซิสโกของรัฐแคลิฟอร์เนีย ที่นี่ ใช้เลเซอร์ 192 ครั้ง เพื่อจำกัด บีบอัด และให้ความร้อนแก่พลาสมาโดยการระเบิดไอโซโทปไฮโดรเจนผสมเม็ดมูลค่า 1 ล้านดอลลาร์ ผลลัพธ์ก็เหมือนเดิมเสมอ – จนถึงตอนนี้ ประกาศในสัปดาห์ที่สิ้นสุดวันที่ 16 ธันวาคม 2022 พลังงานออก (3.1 เมกะจูล) มากกว่าพลังงานเข้า (2.1 เมกะจูล) เป็นครั้งแรก มันคือความก้าวหน้าอย่างแท้จริง อุณหภูมิที่ทำได้คือ 3 ล้านองศาเซลเซียส

วางสิ่งนี้ในมุมมอง

ประการแรก พลังงานเข้าและพลังงานออกนั้นง่ายเกินไป เนื่องจากการเพิ่มพลังงานให้กับเลเซอร์ต้องใช้พลังงานที่มากกว่าอย่างมหาศาล: 400 เมกะจูล ดูการอ้างอิง 1

ประการที่สอง เรื่องราวความสำเร็จเป็นเพียงเหตุการณ์เดียว – การจุดระเบิดแบบฟิวชันหนึ่งครั้ง เพื่อให้ใกล้เคียงกับการใช้งานจริง จะต้องมีเหตุการณ์ฟิวชันจำนวนมากต่อนาที และต้องการเลเซอร์ที่ทรงพลังกว่าหลายพันเท่า แถมราคาก็ต้องถูกกว่าเป็นล้านเท่า (Ref 1) กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความสำเร็จนี้แม้ว่าจะสร้างแรงบันดาลใจ แต่ก็ไม่ได้ใกล้เคียงกับการจินตนาการถึงการใช้งานจริง

ดังนั้นจึงไม่ถูกและไม่สามารถใช้งานได้จริง แต่จะผลิตพลังงานที่มีความเข้มสูงและปราศจากคาร์บอน

พลังงานนิวเคลียร์ฟิชชันคือ แรงกว่าล้านเท่า มากกว่าแหล่งพลังงานอื่นใดในโลก และนี่คือเหตุผลสำคัญว่าทำไมจึงมีการลงทุนในประเทศต่างๆ เช่น ฝรั่งเศสและสหรัฐอเมริกา เพื่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์หลายสิบแห่ง

นิวเคลียร์ฟิวชันสร้างพลังงานได้มากกว่านิวเคลียร์ฟิชชัน 3-4 เท่า นั่นคือส่วนหนึ่งของความฝัน อีกส่วนหนึ่งของความฝันฟิวชันคือไม่มีของเสียจากนิวเคลียร์ให้กำจัด ซึ่งเป็นของเสียที่อาจใช้เวลาหลายร้อยหรือหลายพันปีในการย่อยสลาย ส่วนที่สามคือปฏิกิริยาฟิวชันไม่ใช่ปฏิกิริยาลูกโซ่ ดังนั้นอันตรายของปฏิกิริยานิวเคลียร์และการระเบิดจึงไม่มีอยู่จริง

เนื่องจากการผลิตกระแสไฟฟ้ามีส่วนรับผิดชอบต่อการปล่อยก๊าซเรือนกระจกประมาณหนึ่งในสามของโลก ส่วนสุดท้ายของความฝันคือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชันที่กระจายอยู่ทั่วประเทศเพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้าที่ปราศจากคาร์บอนความเข้มสูง

แต่จงจำไว้ว่ามันเป็นเพียงความฝัน แม้จะมีข้อได้เปรียบ แต่นิวเคลียร์ฟิวชั่นที่ปราศจากคาร์บอนจะไม่ทำให้อุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซต้องเลิกกิจการภายในปี 2050 และอาจจะไม่ใช่ภายในปี 2100

ซื้อกลับบ้าน

มนุษย์ได้จำลองแหล่งกำเนิดแสงและความร้อนจากดวงอาทิตย์ ที่อุณหภูมิประมาณ 15 ล้านองศาเซลเซียส ภายในก๊าซของดวงอาทิตย์จะถูกบีบอัดภายใต้แรงดันมหาศาล ช้อนชาหนัก 750 กรัมหรือ 1.65 ปอนด์ เพื่อจำลองสภาพภายในของดวงอาทิตย์ในห้องทดลองและเพื่อให้เกิดจุดคุ้มทุน (พลังงานออกมากกว่าพลังงานเข้า ) เป็นผลงานที่น่าประทับใจ

แต่นิวเคลียร์ฟิวชั่นไม่ได้ใกล้เคียงกับการจินตนาการถึงการใช้งานเชิงพาณิชย์

เหตุใดเราจึงใช้เงินจำนวนมากในการตรวจสอบ เพราะนั่นคือสิ่งที่ประเทศที่ก้าวหน้าทำกัน พวกเขาสร้างกล้องโทรทรรศน์เช่น James Webb และติดตั้งบนดาวเทียมเพื่อศึกษาจักรวาล พวกเขาสร้างจรวดเพื่อนำชายและหญิงไปบนดวงจันทร์ พวกเขาสร้างสนามแข่งแม่เหล็กเพื่อเร่งโปรตอนให้มีความเร็วเท่าแสงก่อนที่มันจะชน และเผยให้เห็นชิ้นส่วนของอนุภาคย่อยของอะตอมที่เข้าใจยาก เช่น ฮิกส์โบซอน

การเมืองมีส่วนสำคัญในการตัดสินใจว่าจะกระจายการสนับสนุนและเงินทุนสำหรับวิทยาศาสตร์ของรัฐบาลไปที่ใด โชคดีที่มีตัวอย่างมากมายในประเทศต่างๆ ที่ใช้วิทยาศาสตร์ในการแก้ปัญหาเร่งด่วนที่เป็นประโยชน์ต่อมนุษยชาติโดยตรง ดังที่รายงานข้างต้น

อ้างอิง 1: Jerusalem Demsas, Power of the Sun, The Atlantic Daily, 16 ธันวาคม 2022