การสร้างพลังงานด้วยนิวเคลียร์ฟิวชัน การกระแทกไอโซโทปของไฮโดรเจนเข้าด้วยกันจนหลอมรวมกันเป็นฮีเลียม ได้พิสูจน์แล้วว่ายากที่จะบรรลุผลสำเร็จมากกว่าการทำปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิชชัน แต่ในตอนนี้ หลังจากการวิจัยมากว่า 60 ปี นักฟิสิกส์หวังว่าพวกเขาจะได้กลับบ้านทันทีด้วยการทดลอง ITER มูลค่า 16 พันล้านยูโร ซึ่งเป็นโทคามัคขนาดใหญ่ที่กำลังก่อสร้างในเมืองคาดาราเช ประเทศฝรั่งเศส
ผลจาก
ความร่วมมือทั่วโลกที่เกี่ยวข้องกับจีน สหภาพยุโรป (EU) อินเดีย ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ รัสเซีย และสหรัฐอเมริกา ITER เป็นเครื่องจักรขนาดใหญ่ที่เมื่อสร้างเสร็จในปี 2019 จะมีน้ำหนักเท่ากับเรือบรรทุกเครื่องบิน นักวิจัย หวังว่า จะเป็นโทคาแมคเครื่องแรกที่ผลิตพลังงานได้มากกว่าที่จำเป็น
เพื่อให้มันดำเนินต่อไป ประมาณ 500 เมกะวัตต์จากอินพุต 50 เมกะวัตต์ อินพุตส่วนใหญ่ให้ความร้อนแก่เชื้อเพลิงฟิวชันซึ่งเป็นส่วนผสมของไฮโดรเจนไอโซโทปดิวทีเรียมและทริเทียมในอัตราส่วน 50:50 ถึงหลายล้านองศาและใช้แม่เหล็กจับตรงเพื่อยึดให้อยู่กับที่ในขณะที่เกิดการเผาไหม้
แม่เหล็กที่จำเป็นสำหรับการสร้างสนามแม่เหล็กนั้น – 13 T ที่จุดที่แข็งแกร่งที่สุด ขณะนี้ถูกสร้างขึ้นในโรงงานทั่วโลก (ดูตาราง) และกำลังพิสูจน์ให้เห็นว่าเป็นความท้าทายทางวิศวกรรมครั้งใหญ่ พวกเขาต้องทนต่อแรงทางกลมหาศาล กระแสพัลส์นับพัน การทิ้งระเบิดนิวตรอนที่รุนแรง และการไล่ระดับความร้อน
ที่ทะยานจาก 4 K ถึง 150 ล้าน K ในระยะเพียงไม่กี่เมตร หัวหน้าแผนกแม่เหล็กของ ITER กล่าวว่า “ขนาดของปัญหาไม่ใช่วิทยาศาสตร์ เมื่อ ITER ได้รับการออกแบบในช่วงปลายทศวรรษ 1980 และต้นทศวรรษ 1990 เห็นได้ชัดว่าเครื่องปฏิกรณ์จะต้องใช้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด เนื่องจากแม่เหล็กทั่วไป
ต้องใช้พลังงานกิกะวัตต์เพื่อบรรจุพลาสมาที่อุณหภูมิหลายล้านองศา โทคามัคสองสามตัวที่มีแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดเคยสร้างมาก่อน เช่น ของฝรั่งเศส ซึ่งเริ่มใช้งานในปี 1988 และเก็บพลังงานได้ประมาณ 700 MJ ในแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด แต่ไม่มีใครใหญ่เท่า ITER ซึ่งจะมีแม่เหล็กที่สามารถเก็บได้ถึง 50 GJ
แท้จริงแล้ว
ขดลวดบางส่วนมีขนาดใหญ่มากจนไม่สามารถขนส่งทางถนนได้ และจะพันกันที่โรงงานที่สร้างขึ้นตามวัตถุประสงค์ แม่เหล็กหมุน มีแม่เหล็กหลายชุดที่ทำหน้าที่ต่างกันในการกักพลาสมาซุปเปอร์ร้อนไว้ภายในถังปฏิกรณ์ โซลินอยด์กลางเป็นขดลวดที่อยู่ในรูตรงกลางของทอรัส มันทำหน้าที่เป็น “หลัก”
ของหม้อแปลงยักษ์โดยพลาสมาเองเป็นขดลวด “ทุติยภูมิ” การขับกระแสผ่านโซลินอยด์กลางจะเหนี่ยวนำให้พลาสมาไหลไปรอบๆ ทอรัส ทำให้เกิดกระแส กระแสนี้สร้างสนามแม่เหล็กอีกสนามหนึ่งซึ่งจากนั้นจะ “บีบ” กระแสพลาสมาเข้าหาศูนย์กลาง และป้องกันไม่ให้มันอยู่ห่างจากผนัง
สนามบีบนี้เสริมด้วยขดลวด ขดลวดวงกลมแนวนอนหกเส้นรอบขอบด้านนอก คล้ายกับแถบรอบลำกล้อง จากนั้นจะมีขดลวด “สนามวงแหวน” 18 อันซึ่งเป็นขดลวดรูปตัว D ขนาดใหญ่ที่พันรอบพลาสมา สิ่งเหล่านี้สร้างสนามขนานกับกระแสพลาสมาซึ่งทำให้เกิดการบิดเพื่อให้พลาสมาหมุนวนขณะที่มันเคลื่อนที่
ซึ่งจะช่วยให้พลาสมามีความเสถียรและป้องกันไม่ให้พลาสมาเกาะผนัง สุดท้าย มีชุดของขดลวด “แก้ไข” พลังงานต่ำที่ช่วยปรับรูปร่างของพลาสมา ในรัฐเทนเนสซีกล่าว “มันแพง คุณจึงสร้างต้นแบบไม่ได้ คุณต้องเอามันออกมาจากกล่องทันที” การสร้างตัวนำเริ่มต้นด้วยเส้นใยแต่ละเส้น
ซึ่งแต่ละเส้นมีความยาวน้อยกว่าหนึ่งมิลลิเมตร ประกอบด้วยส่วนผสมของไนโอเบียมและดีบุกที่ห่อหุ้มด้วยเปลือกทองแดง จากนั้นจึงพันเกลียวสามเส้นเข้าด้วยกันเพื่อสร้าง “สามแฝด” และสามแฝดสามเส้นจะรวมกันเป็น “กลีบดอก” กลีบดอกหกกลีบที่เรียงรอบท่อตรงกลางสร้างสายเคเบิล
ขนาดเส้น
ผ่านศูนย์กลางประมาณ 4 ซม. โดยท่อจะปล่อยให้ฮีเลียมเหลวไหลเพื่อทำให้สายเคเบิลเย็นลงจนถึงอุณหภูมิของตัวนำยิ่งยวด ส่วนสุดท้ายของกระบวนการเกี่ยวข้องกับการหุ้มสายเคเบิลไว้ในปลอกโลหะที่มีหน้าตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส เพื่อที่ว่าเมื่อพันตัวนำเข้ากับขดลวด ขดลวดจะแนบชิดกันพอดี
และไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ ก่อนโครงการ ITER มีการผลิตสายเคเบิลตัวนำยิ่งยวดประมาณ 15 ตันต่อปี ITER ต้องใช้สายเคเบิล 400 ตัน หรือประมาณ 80 กม.ในการสร้างแม่เหล็ก ตัวนำจะถูกพันเข้าไปในท่อโลหะตามรูปร่างที่ต้องการ แม่เหล็กไนโอเบียม-ดีบุกที่ใหญ่ที่สุดคือขดลวดสนาม
ที่จะจัดเรียงในแนวตั้งรอบ แต่ละลำสูง 14 ม. และหนัก 360 ตัน หรือประมาณมวลของเครื่องบินจัมโบ้เจ็ต เมื่อพันแล้ว ขดลวดจะถูกทำให้ร้อนถึง 650 °C เป็นเวลาแปดวัน เพื่อให้ไนโอเบียมและดีบุกก่อตัวเป็นตัวนำยิ่งยวด เวลาทดสอบแม้จะมีขนาดของมัน แต่ขดลวดยังคงต้องการความแม่นยำที่ยอดเยี่ยม
เพื่อสร้างสนามที่สมบูรณ์แบบสำหรับการกักพลาสมา ต้องพันตัวนำไฟฟ้าอย่างระมัดระวังให้อยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องในท่อร้อยสาย จากนั้นจึงถือไว้ที่นั่นโดยให้มีความคลาดเคลื่อนเพียงไม่กี่มิลลิเมตร การควบคุมการผลิตแบบนั้นทำได้ยากขึ้นจากวิธีการดำเนินโครงการ ITER เนื่องจากสมาชิกทั้งเจ็ด
ของการทำงานร่วมกันต่างก็ต้องการส่วนแบ่งในสัญญาทางอุตสาหกรรม พวกเขาจึงตกลงที่จะแบ่งการผลิตระหว่างกัน และแต่ละคนจะส่งมอบส่วนประกอบของตนให้กับ “ในรูปแบบ” โดยไม่ต้องมีการแลกเปลี่ยนเงิน แต่นั่นหมายความว่า ตัวอย่างเช่น การสร้างตัวนำสำหรับขดลวดสนาม นั้นถูกแบ่งระหว่าง
หกรัฐสมาชิกที่แตกต่างกัน และเนื่องจากบางประเทศได้ทำสัญญากับบริษัทมากกว่าหนึ่งบริษัทเพื่อทำงานนี้ จึงมีทั้งหมด 10 บริษัทที่เกี่ยวข้อง “พวกเขาไม่เข้าใจเทคโนโลยีด้วยซ้ำ” มิตเชลล์กล่าว “มีการเจรจามากมายและทำให้เกิดความล่าช้าอย่างมาก จำนวนการทดสอบที่เรากำลังทำนั้นสูงกว่าที่คาดไว้เดิมถึงห้าเท่า”
แนะนำ 666slotclub.com
