นิวเคลียร์ เมื่ออะตอมของไฮโดรเจนหลอมรวมกัน นิวเคลียสจะต้องมารวมกัน อย่างไรก็ตาม โปรตอนในแต่ละนิวเคลียส มักจะผลักกันเพราะมีประจุบวกเท่ากัน หากคุณเคยลองวางแม่เหล็ก 2 อันเข้าด้วยกัน แล้วรู้สึกว่ามันดันออกจากกัน แสดงว่าคุณได้สัมผัสกับหลักการนี้โดยตรงแล้ว เพื่อให้เกิดการหลอมรวม คุณต้องสร้างเงื่อนไขพิเศษเพื่อเอาชนะแนวโน้มนี้ นี่คือเงื่อนไขที่ทำให้ฟิวชันเป็นไปได้
อุณหภูมิสูงทำให้อะตอมของไฮโดรเจน มีพลังงานเพียงพอที่จะเอาชนะการผลักกันทางไฟฟ้าระหว่างโปรตอน ฟิวชันต้องการอุณหภูมิประมาณ 100 ล้านเคลวิน ร้อนกว่าแกนกลางของดวงอาทิตย์ประมาณ 6 เท่า ที่อุณหภูมิเหล่านี้ ไฮโดรเจนเป็นพลาสมา ไม่ใช่ก๊าซ พลาสมาเป็นสถานะของสสารที่มีพลังงานสูง ซึ่งอิเล็กตรอนทั้งหมดถูกดึงออกจากอะตอม และเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ
เราต้องบีบอะตอมของไฮโดรเจนเข้าหากันจำเป็นต้องใช้สนามแม่เหล็กที่รุนแรง เลเซอร์อันทรงพลังหรือลำแสงไอออน ด้วยเทคโนโลยีปัจจุบัน เราสามารถบรรลุอุณหภูมิ และความดันที่จำเป็นต่อการเกิดฟิวชันดิวเทอเรียม-ทริเทียมเท่านั้น ดิวทีเรียมฟิวชันต้องการอุณหภูมิที่สูงขึ้น ซึ่งอาจเป็นไปได้ในอนาคต ในที่สุดดิวเทอเรียม-ดิวทีเรียมฟิวชัน จะใช้ได้ดีกว่าเพราะการคัดดิวทีเรียมจากน้ำทะเล ทำได้ง่ายกว่าการสกัดไอโซโทปจากลิเทียม นอกจากนี้ ดิวทีเรียมไม่มีกัมมันตภาพรังสี และปฏิกิริยาระหว่างดิวทีเรียมกับดิวเทอเรียมจะให้พลังงานมากกว่า
เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่น การกักขังแม่เหล็ก มี 2 วิธีในการบรรลุอุณหภูมิ และความดันที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาฟิวชันของไฮโดรเจน การกักเก็บด้วยแม่เหล็กใช้สนามแม่เหล็ก และสนามไฟฟ้าเพื่อให้ความร้อน และบีบไฮโดรเจนพลาสมา โครงการวิจัยและวิศวกรรมนิวเคลียร์ฟิวชันระดับนานาชาติ ในฝรั่งเศสกำลังใช้วิธีนี้ การกักขังแบบเฉื่อย ใช้ลำแสงเลเซอร์หรือลำแสงไอออนเพื่อบีบ และให้ความร้อนแก่ไฮโดรเจนพลาสมา
นักวิทยาศาสตร์กำลังศึกษาวิธีการทดลองนี้ ที่สถานที่จุดระเบิดแห่งชาติของห้องปฏิบัติการลอว์เรนซ์ลิเวอร์มอร์ ในสหรัฐอเมริกา มาดูการกักขังแม่เหล็กกันก่อน นี่คือวิธีการทำงาน ไฟฟ้า และลำอนุภาคที่เป็นกลาง จากเครื่องเร่งอนุภาคจะทำให้กระแสก๊าซไฮโดรเจนร้อนขึ้น ความร้อนนี้ เปลี่ยนก๊าซให้เป็นพลาสมา พลาสมานี้ถูกบีบโดยแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด จึงทำให้เกิดการหลอมรวมได้ รูปร่างที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับพลาสมา ที่กักด้วยสนามแม่เหล็ก คือรูปทรงโดนัททอรอยด์
เครื่องปฏิกรณ์ที่มีรูปทรงนี้ เรียกว่า โทคาแมคของโครงการวิจัยและวิศวกรรมนิวเคลียร์ฟิวชันระดับนานาชาติ จะเป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบบรรจุในตัวเอง ซึ่งมีชิ้นส่วนอยู่ในตลับต่างๆ ตลับเหล่านี้สามารถใส่ และถอดได้ง่ายโดยไม่ต้องรื้อเครื่องปฏิกรณ์ทั้งหมด เพื่อการบำรุงรักษาโทคาแมค จะมีพลาสมาทอรอยด์ที่มีรัศมีภายใน 2 เมตร และรัศมีภายนอก 6.2 เมตร
การกักกันทางแม่เหล็ก ตัวอย่าง โครงการวิจัยและวิศวกรรมนิวเคลียร์ฟิวชันระดับนานาชาติ ชิ้นส่วนหลักของเครื่องปฏิกรณ์ โครงการวิจัยและวิศวกรรม นิวเคลียร์ ฟิวชันระดับนานาชาติโทคาแมค คือภาชนะสุญญากาศ เก็บพลาสมา และเก็บห้องปฏิกิริยาไว้ในสุญญากาศ หัวฉีดลำแสงเป็นกลาง ระบบไอออนไซโคลตรอน ฉีดลำอนุภาคจากเครื่องเร่งความเร็วเข้าไปในพลาสมา เพื่อช่วยให้พลาสมาร้อนจนถึงอุณหภูมิวิกฤต
ขดลวดสนามแม่เหล็ก โพลอยด์ และทอรอยด์ แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดที่จำกัดรูปร่าง และบรรจุพลาสมาโดยใช้สนามแม่เหล็ก หม้อแปลงโซลินอยด์กลาง จ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับขดลวดสนามแม่เหล็ก อุปกรณ์ทำความเย็น โครสแตท ไครโอพุมพ์ ทำให้แม่เหล็กเย็นลง โมดูลผ้าห่มทำจากลิเทียม ดูดซับความร้อน และนิวตรอนพลังงานสูงจากปฏิกิริยาฟิวชัน
นี่คือวิธีการทำงานของกระบวนการเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน จะให้ความร้อนกับเชื้อเพลิงดิวทีเรียม และไอโซโทปเพื่อสร้างพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูง มันจะบีบพลาสมาเพื่อให้เกิดฟิวชั่น พลังงานที่จำเป็นในการเริ่มปฏิกิริยาฟิวชันจะอยู่ที่ประมาณ 70 เมกะวัตต์ แต่ผลผลิตพลังงานจากปฏิกิริยาจะอยู่ที่ประมาณ 500 เมกะวัตต์ ปฏิกิริยาฟิวชันจะใช้เวลา 300 ถึง 500 วินาที ในที่สุดจะเกิดปฏิกิริยาฟิวชันอย่างต่อเนื่อง
แผ่นลิเทียมที่อยู่นอกห้องปฏิกิริยาพลาสมา จะดูดซับนิวตรอนพลังงานสูงจากปฏิกิริยาฟิวชัน เพื่อสร้างเชื้อเพลิงไอโซโทปมากขึ้น ผ้าห่มจะได้รับความร้อนจากนิวตรอน ความร้อนจะถูกถ่ายเทโดยวงจรระบายความร้อนด้วยน้ำ ไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เพื่อสร้างไอน้ำ ไอน้ำจะขับเคลื่อนกังหันไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ไอน้ำจะถูกควบแน่นกลับเป็นน้ำ เพื่อดูดซับความร้อนจากเครื่องปฏิกรณ์ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
ในขั้นต้น โครงการวิจัยและวิศวกรรมนิวเคลียร์ฟิวชันระดับนานาชาติโทคาแมค จะทดสอบความเป็นไปได้ของเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันแบบยั่งยืน และในที่สุดก็จะกลายเป็นโรงไฟฟ้าฟิวชันทดสอบเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน การกักขังเฉื่อย ตั้งแต่ทศวรรษ 1960 เลเซอร์จุดระเบิดแห่งชาติและอาคารพื้นที่เป้าหมาย ที่ลอว์เรนซ์ลิเวอร์มอร์ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ ได้ทำงานที่ซับซ้อน นั่นคือการค้นหาวิธีใช้เลเซอร์ในการจุดปฏิกิริยาฟิวชัน
ภายในโรงงาน ลำแสงเลเซอร์มากถึง 192 ลำถูกยิงเข้าไปในกระบอกกลวงขนาดเซนติเมตรที่เรียกว่าโฮลเราม์ เพื่อสร้างรังสีเอกซ์ที่ยิงใส่แคปซูลขนาดเล็กที่มีไอโซโทปไฮโดรเจน เป้าหมายคือการระเบิดแคปซูล ระเบิดพื้นผิวของมัน และทำให้ไอโซโทปร้อนขึ้น จำลองสภาพที่รุนแรงที่พบในแกนกลางของดาวฤกษ์ และดาวเคราะห์แก๊สยักษ์ การระเบิดนั้นเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วจนทำให้ปฏิกิริยาฟิวชันเกิดขึ้นก่อนที่เชื้อเพลิงจะแยกชิ้นส่วนได้
หากกระบวนการทำงานอย่างถูกต้อง การจุดระเบิดแบบฟิวชันจะเกิดขึ้น ในขณะที่พลังงานของอนุภาคแอลฟา เข้าสู่ใจกลางของแคปซูลเท่ากับการสูญเสียพลังงาน จากรังสีเอกซ์ที่ปล่อยออกมา และการผลิตความร้อนของอิเล็กตรอน เป้าหมายคือการสร้าง พลาสมาที่กำลังลุกไหม้ ซึ่งคลื่นของปฏิกิริยาฟิวชันจะกระจายเป็นเชื้อเพลิงรอบๆ จุดร้อนนั้น หากมีการดูดซับอนุภาคแอลฟาไว้เพียงพอ อุณหภูมิของเชื้อเพลิงจะสูงพอที่จะสร้างปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ยั่งยืนในตัวเอง ซึ่งนำไปสู่การจุดระเบิด
นานาสาระ : ต่อมลูกหมาก มะเร็งต่อมลูกหมากและเนื้องอกที่อ่อนโยนที่พบได้บ่อย
