เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นฟิวชั่นของสหรัฐฯล่มสลาย

2023 ผู้เขียน: Peter Bradberry | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-05-21 22:39

ข้อบกพร่องด้านการออกแบบที่เกิดขึ้นระหว่างการอัปเกรดล่าสุดอาจทำให้เครื่องปฏิกรณ์ออฟไลน์เป็นเวลาอย่างน้อยหนึ่งปี

เป็นปีที่ยากลำบากสำหรับนักวิจัยฟิวชั่นของสหรัฐฯ เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันทดลองที่เป็นเรือธงของประเทศได้พังลงไม่ถึงหนึ่งปีหลังจากเสร็จสิ้นสี่ปี USonent ทำให้เครื่องปฏิกรณ์ล้มเหลว

เจ้าหน้าที่ห้องปฏิบัติการแจ้งว่าเครื่องอาจออฟไลน์ได้นานถึงหนึ่งปี สิ่งที่เลวร้ายยิ่งกว่าคือหนึ่งในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันอีกสองเครื่องที่ได้รับทุนจากกระทรวงพลังงานสหรัฐ (DOE) มีกำหนดปิดตัวลงในวันที่ 30 กันยายน นั่นทำให้นักวิทยาศาสตร์สหรัฐฯมีสถานที่สำคัญเพียงแห่งเดียวในการทดลองฟิวชั่นที่ General Atomics ผู้รับเหมาด้านการป้องกันในซานดิเอโกรัฐแคลิฟอร์เนีย

“มันเป็นความท้าทายสำหรับทุกคนอย่างแน่นอน” เอิร์ลมาร์มาร์ผู้ดูแลเครื่องปฏิกรณ์ Alcator C-Mod ที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ในเคมบริดจ์ซึ่งกำลังจะปิดตัวลงหลังจากผ่านไปกว่าสองทศวรรษกล่าว “เราจะไม่สามารถเข้าถึงสิ่งอำนวยความสะดวกทดลองได้อย่างสมบูรณ์ แต่มันก็ไม่ดีเท่าที่ควรในปีหน้า”

เครื่องปฏิกรณ์พรินซ์ตันที่ได้รับการอัพเกรดเรียกว่า National Spherical Torus Experiment Upgrade (NSTX-U) มีประสิทธิภาพมากกว่ารุ่นก่อนถึงสองเท่า เช่นเดียวกับเครื่องปฏิกรณ์ 'tokamak' อื่น ๆ รวมถึงโครงการ ITER ระหว่างประเทศที่กำลังก่อสร้างในฝรั่งเศสเครื่องทรงกลมใช้สนามแม่เหล็กเพื่อกักขังไฮโดรเจนพลาสม่า จากนั้นพลาสมาจะถูกทำให้ร้อนจนอะตอมหลอมรวมและปลดปล่อยพลังงานออกมา ในทางทฤษฎีฟิวชั่นสามารถขับเคลื่อนโลกได้อย่างไม่มีกำหนดและสะอาดหมดจด

การพังทลายของเครื่องจักร Princeton มีขึ้นในวันที่ 27 กันยายนหลังจาก Stewart Prager ผู้อำนวยการ PPPL ลาออก เจ้าหน้าที่ห้องปฏิบัติการกล่าวว่าเครื่องปฏิกรณ์ที่ได้รับการอัพเกรดเริ่มทำงานโดยใช้พลังงานต่ำในเดือนธันวาคม 2558 และให้ข้อมูลคุณภาพสูง 10 สัปดาห์ นักวิทยาศาสตร์ปิดตัวลงในเดือนกรกฎาคมหลังจากพบว่าขดลวดตัวหนึ่งที่สร้างกับดักแม่เหล็กไฟฟ้าทำงานผิดปกติ

Prager กล่าวว่าเขากำลังคิดที่จะก้าวลงจากตำแหน่งผู้อำนวยการก่อนที่ขดลวดของเครื่องปฏิกรณ์จะแตก เขาเลือกที่จะจากไปตอนนี้หลังจากแปดปีเพื่อให้ผู้นำคนใหม่สามารถดำเนินการสอบสวนต่อไปและซ่อมแซมเครื่องได้ “มันเป็นเรื่องธรรมดาของกระบอง” เขากล่าว

ตามล่าหาเบาะแส

ในตอนแรกเจ้าหน้าที่ของ PPPL ปฏิเสธที่จะคาดเดาเกี่ยวกับสาเหตุของความผิดปกติของขดลวดโดยกล่าวว่ากำลังดำเนินการตรวจสอบอยู่ แต่ในภายหลังห้องปฏิบัติการได้ยืนยันกับ Nature ว่ามีคำถามเกี่ยวกับความแข็งแรงของทองแดงในขดลวดที่ผิดพลาดเกิดขึ้นและได้รับการตรวจสอบเมื่อชิ้นส่วนนั้นถูกประดิษฐ์ขึ้น

ข้อเท็จจริงที่ว่าความกังวลเหล่านี้เกิดขึ้นระหว่างการอัปเกรดโทคามัคชี้ให้เห็นว่าการวิเคราะห์อย่างรอบคอบมากขึ้นอาจป้องกันเครื่องปฏิกรณ์ล้มเหลวได้สตีเฟนดีนประธานของ Fusion Power Associates กลุ่มผู้สนับสนุนในเกเธอร์สเบิร์กรัฐแมริแลนด์กล่าว.. “บางครั้งเกิดข้อผิดพลาดเช่นนี้ แต่ด้วยประสบการณ์ทั้งหมดที่โปรแกรมฟิวชั่นมีไม่ควรเกิดขึ้นในลักษณะนี้”.

Jonathan Menard ผู้อำนวยการโครงการ NSTX-U กล่าวว่าขดลวดสำเร็จรูปตรงตามข้อกำหนดของห้องปฏิบัติการ เขาเสริมว่ายังไม่ชัดเจนว่าการออกแบบชิ้นส่วนหรือกระบวนการผลิตทำให้เกิดปัญหาหรือไม่ ขดลวดอื่นในเครื่องปฏิกรณ์ที่มีการออกแบบคล้ายกันและประดิษฐ์จากทองแดงเกรดเดียวกันทำงานได้ดี ห้องปฏิบัติการกำลังวางแผนที่จะแทนที่อย่างไรก็ตาม

อดีตนักวิจัยจากห้องปฏิบัติการ Princeton ซึ่งปฏิเสธที่จะตั้งชื่อเนื่องจากเขาไม่ได้รับอนุญาตให้พูดเกี่ยวกับปัญหานี้กล่าวว่าทองแดงในขดลวดที่ผิดพลาดอาจแข็งแรงกว่าที่ควรจะเป็น นั่นทำให้การดัดโลหะเป็นรูปร่างที่ต้องการทำได้ยากขึ้น แม้แต่ความผิดพลาดเล็ก ๆ น้อย ๆ ในการประดิษฐ์ก็สามารถทำให้เกิดปัญหาได้เมื่อพลังงานไหลผ่านเครื่องปฏิกรณ์ทำให้ขดลวดร้อนขึ้น

Menard กล่าวว่าหลังจากขดลวดทำงานผิดปกติการวิเคราะห์ด้วยรังสีเอกซ์พบความผิดปกติของโครงสร้างที่อาจเกิดจากการหลอมละลายภายในเมื่อเครื่องปฏิกรณ์กำลังทำงาน นักวิทยาศาสตร์ของ PPPL วางแผนที่จะตัดขดลวดออกเพื่อทำการตรวจสอบเพิ่มเติม “เราจะต้องรอให้ผลลัพธ์เหล่านั้นออกมาเป็นคำสั่งที่ชัดเจนยิ่งขึ้น” เขากล่าว

อนาคตที่ไม่แน่นอน

เจ้าหน้าที่ไม่แน่ใจว่าค่าซ่อมเครื่องปฏิกรณ์จะต้องเสียค่าใช้จ่ายเท่าใด แต่บอกว่าอาจใช้เวลาถึงหนึ่งปีในการนำกลับมาออนไลน์ เนื่องจากเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันถูกกำหนดให้หยุดดำเนินการในปลายปี 2559 เพื่อบำรุงรักษาหกเดือนการสูญเสียเวลาในการวิจัยสุทธิอาจสิ้นสุดลงประมาณหกเดือน

ผลกระทบของรายละเอียดอาจขยายไปไกลกว่าห้องทดลองของ Princeton Marmar ได้วางแผนที่จะย้ายผู้คนไปที่โรงงาน Princeton เมื่อเครื่องปฏิกรณ์ Alcator ของ MIT ปิดตัวลง ตอนนี้นักวิจัยของ MIT จะช่วย Princeton รีสตาร์ทเครื่องปฏิกรณ์และพยายามทำการวิจัยที่วางแผนไว้ก่อนหน้านี้โดยร่วมมือกับทีมที่เครื่องปฏิกรณ์และโรงงานของ General Atomics ในประเทศอื่น ๆ

DOE ได้ตัดสินใจเมื่อหลายปีก่อนที่จะปิดเครื่องปฏิกรณ์ MIT แต่เพื่อรักษาสิ่งอำนวยความสะดวกใน Princeton และ San Diego สภาคองเกรสของสหรัฐฯได้กลับคำตัดสินนั้นครั้งหนึ่งในปี 2014 แต่งบประมาณปี 2559 ของรัฐบาลสหรัฐฯสันนิษฐานว่าเครื่องปฏิกรณ์ MIT จะปิดตัวลง

DOE กล่าวว่าโครงการวิจัยฟิวชันของสหรัฐฯยังคงดำเนินไปอย่างมั่นคงพร้อมด้วยความร่วมมือระหว่างประเทศที่กว้างขวางและจะกลับมาอย่างเต็มกำลังอีกครั้งเมื่อเครื่องจักร Princeton กลับมาให้บริการ คนอื่น ๆ มีความกังวลว่านักวิจัยจะรับมือกับเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่เพียงเครื่องเดียวของสหรัฐฯที่ใช้งานได้อย่างไร

คณบดีคิดว่าหน่วยงานควรให้ Alcator C-Mod ทำงานต่อไปอีกปีจนกว่าเครื่องปฏิกรณ์ Princeton จะได้รับการแก้ไข “ไม่ใช่สถานการณ์ที่ดีสำหรับนักวิทยาศาสตร์ของเราที่จะมีเครื่องจักรเพียงเครื่องเดียวทำงานอยู่” เขากล่าว

Marmar พร้อมที่จะรีสตาร์ทเครื่องปฏิกรณ์ MIT หาก DOE เปลี่ยนใจ “สิ่งอำนวยความสะดวก C-Mod ถูกวางแผนให้อยู่ในสถานะปิดระบบอย่างปลอดภัย” เขากล่าว“แต่หากต้องการก็สามารถนำกลับมาให้บริการได้ในเวลาสั้น ๆ เพื่อสนับสนุนชุมชนฟิวชั่นในสหรัฐฯและระหว่างประเทศ”