ในเดือนสิงหาคม ปี 2022 เมื่อทีมนักวิทยาศาสตร์ที่ National Ignition Facility (NIF) ของ Lawrence Livermore National Lab (LLNL) ยิงกระสุนที่ให้พลังงานฟิวชัน 1.35 เมกะจูล (MJ) กับพลังงานเลเซอร์ 1.9 MJ นับเป็นความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ที่รอคอยมานานในการส่งสัญญาณการเผาไหม้ฟิวชัน
ต่อมาในปีเดียวกันนั้นในระหว่างการทดลองฟิวชันเฉื่อยอีกครั้ง (หรือที่รู้จักกันในชื่อฟิวชั่นที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์) นักวิทยาศาสตร์ได้รับพลังงานฟิวชัน 3.15 เมกะจูล พร้อมด้วยพลังงานเลเซอร์ 2.05 เมกะจูล และเกิดการลุกติดไฟ มันเป็นปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์แสนสาหัสที่สร้างขึ้นภายในห้องปฏิบัติการ-และเป็นจุดเริ่มต้นของการแข่งขันระดับโลกเพื่อนำพลังงานฟิวชันที่ขับเคลื่อนโดย-เลเซอร์อิสระ-มาสู่กริดภายในทศวรรษ 2030 หรือ 2040
"นี่เป็นจุดเปลี่ยนเมื่อ NIF ประสบความสำเร็จในการแสดงครั้งแรกว่าปฏิกิริยาเฉื่อยฟิวชั่นเป็นไปได้ และกุญแจสำคัญคือการมีเชื้อเพลิง-ดิวเทอเรียม-ทริเทียม-ที่เหมาะสม และใช้เลเซอร์เพื่อบีบอัดและหลอมรวมเพื่อสร้างกำไร (พลังงานที่ปล่อยออกมามากกว่าที่ใส่เข้าไป)" Arianna Gleason นักวิทยาศาสตร์และรองผู้อำนวยการแผนกวิทยาศาสตร์ความหนาแน่นพลังงานสูงของ SLAC กล่าว "มันเหมือนกับการคงเชื้อเพลิงของดวงดาวไว้-เพียงเสี้ยววินาทีภายในห้องปฏิบัติการ"
ในเดือนสิงหาคม ปี 2022 เมื่อทีมนักวิทยาศาสตร์ที่ National Ignition Facility (NIF) ของ Lawrence Livermore National Lab (LLNL) ยิงกระสุนที่ให้พลังงานฟิวชัน 1.35 เมกะจูล (MJ) กับพลังงานเลเซอร์ 1.9 MJ นับเป็นความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ที่รอคอยมานานในการส่งสัญญาณการเผาไหม้ฟิวชัน
ต่อมาในปีเดียวกันนั้นในระหว่างการทดลองฟิวชันเฉื่อยอีกครั้ง (หรือที่รู้จักกันในชื่อฟิวชั่นที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์) นักวิทยาศาสตร์ได้รับพลังงานฟิวชัน 3.15 เมกะจูล พร้อมด้วยพลังงานเลเซอร์ 2.05 เมกะจูล และเกิดการลุกติดไฟ มันเป็นปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์แสนสาหัสที่สร้างขึ้นภายในห้องปฏิบัติการ-และเป็นจุดเริ่มต้นของการแข่งขันระดับโลกเพื่อนำพลังงานฟิวชันที่ขับเคลื่อนโดย-เลเซอร์อิสระ-มาสู่กริดภายในทศวรรษ 2030 หรือ 2040
"นี่เป็นจุดเปลี่ยนเมื่อ NIF ประสบความสำเร็จในการแสดงครั้งแรกว่าปฏิกิริยาเฉื่อยฟิวชั่นเป็นไปได้ และกุญแจสำคัญคือการมีเชื้อเพลิง-ดิวเทอเรียม-ทริเทียม-ที่เหมาะสม และใช้เลเซอร์เพื่อบีบอัดและหลอมรวมเพื่อสร้างกำไร (พลังงานที่ปล่อยออกมามากกว่าที่ใส่เข้าไป)" Arianna Gleason นักวิทยาศาสตร์และรองผู้อำนวยการแผนกวิทยาศาสตร์ความหนาแน่นพลังงานสูงของ SLAC กล่าว "มันเหมือนกับการคงเชื้อเพลิงของดวงดาวไว้-เพียงเสี้ยววินาทีภายในห้องปฏิบัติการ"
สถาปัตยกรรมเลเซอร์ก้าวหน้าเพื่อการหลอมรวม
NIF ถูกสร้างขึ้นในช่วงทศวรรษ 1990 และนำเสนอเทคโนโลยีเลเซอร์ในยุคนั้น "เราสร้างเลเซอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในปัจจุบันมากกว่าที่เราเคยทำในทศวรรษ 1990 เทคโนโลยีของเราก้าวหน้าไปถึงจุดที่เราสามารถมีเลเซอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงที่อัตราการทำซ้ำที่เราต้องการสำหรับฟิวชัน-หลายช็อตต่อวินาที" Glenzer กล่าว "ที่น่าสนใจคือ ไมโครชิปภายใน iPhone ผลิตด้วยเทคโนโลยีเลเซอร์ซึ่งจริงๆ แล้วมาจากโปรแกรมเลเซอร์ฟิวชั่น ถือเป็นความสำเร็จเชิงพาณิชย์ครั้งแรกของเลเซอร์ฟิวชั่น"
ภายในชุมชนฟิวชัน เทคโนโลยีเลเซอร์ค่อยๆ เคลื่อนตัวออกจากสถาปัตยกรรมเก่าๆ ที่เคยใช้ได้ผลในอดีต-แสงแฟลช-แบบปั๊มหรือไฟแฟลช- เลเซอร์ที่ใช้แสงแฟลชเป็น "เครื่องมือที่แข็งแกร่งมาก" กลีสันกล่าว "แต่เราต้องการอันที่มีประสิทธิภาพมากกว่า ดังนั้นเราจึงใช้เลเซอร์ไดโอด-ปั๊มโซลิดสเตต- (DPSSL)"
ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องสร้างห่วงโซ่อุปทานสำหรับเลเซอร์ DPSSL เนื่องจากทุกคนกำลังมุ่งสู่แพลตฟอร์มเลเซอร์มาตรฐาน IFE สำหรับการทดสอบที่จำเป็น "เลเซอร์คู่ไฟเบอร์-เป็นวิธีการหนึ่งในการเคลื่อนย้ายแสงจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในโทรคมนาคม แต่เมื่อชุมชนฟิวชั่นพยายามใช้ประโยชน์จากสถาปัตยกรรมเลเซอร์รุ่นปัจจุบัน และเราสร้างเลเซอร์ที่ใหญ่กว่า เราจำเป็นต้องคำนึงถึงวิธีการระบายความร้อนของสิ่งต่างๆ ให้มากขึ้น นี่เป็นพื้นที่แห่งนวัตกรรมสำหรับบริษัทต่างๆ" Gleason กล่าว
เลเซอร์ Excimer ใช้แก๊สเป็นสื่อกลางและ "มีประวัติอันยาวนานกับกระทรวงกลาโหม (DoD) สำหรับอาวุธควบคุม-พลังงาน" Gleason กล่าว "มันยังเป็นพื้นฐานของแนวคิดฟิวชั่นอีกด้วย ความก้าวหน้าอย่างมากกำลังเกิดขึ้นกับเลเซอร์เอ็กไซเมอร์ ซึ่งยืนหยัดมานานหลายทศวรรษของฟิสิกส์และการศึกษา เรากำลังดำเนินการเพื่อให้มีเลเซอร์ที่ทรงพลังเช่นนี้-อาจจะอยู่ในขนาดที่เล็กลงหรือมีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น คุณจะระบายความร้อนให้กับโครงสร้างเลเซอร์ขนาดใหญ่เช่นนี้ได้อย่างไร สถานที่เหล่านี้คือจุดที่บริษัทเอกชนสามารถพัฒนาซอสสูตรลับของตนเองได้"
ฮับฟิวชั่น STARFIRE และ RISE
ศูนย์รวมฟิวชั่น STARFIRE นำโดย LLNL พร้อมด้วย SLAC เพื่อจำหน่ายพลังงานฟิวชันที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์- โดยมุ่งเน้นที่-การออกแบบตามเป้าหมาย การผลิตตามเป้าหมาย และ DPSSL สมาชิก ได้แก่ MIT; มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์; มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแอนเจลิส; มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก; มหาวิทยาลัยโอคลาโฮมา; มหาวิทยาลัยโรเชสเตอร์; เท็กซัส เอแอนด์เอ็ม; สถาบันเทคโนโลยีเลเซอร์ Fraunhofer; มูลนิธิลิเวอร์มอร์แล็บ; ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์; ห้องปฏิบัติการแห่งชาติสะวันนาริเวอร์; มุ่งเน้นพลังงานอิงค์; อะตอมมิกส์ทั่วไป เลโอนาร์โดอิเล็กทรอนิกส์สหรัฐอเมริกา; ลองวิวฟิวชั่นเอ็นเนอร์ยี่ซิสเต็มส์อิงค์; ทรัมป์; และ Xcimer Energy Corp.
ทีมงานสามารถเข้าถึงห้องปฏิบัติการเลเซอร์ที่ SLAC ดังนั้น พวกเขาจึงมีโอกาสที่จะใช้ Linac Coherent Light Source (LCLS) ซึ่งเป็นเลเซอร์อิเล็กตรอนแบบไม่มีรังสี x- (XFEL) เพียงเครื่องเดียวในสหรัฐฯ เพื่อตรวจสอบและซักถามวัสดุแคปซูลหรือเชื้อเพลิงฟิวชัน มันทำงานที่ 120 Hz แต่จะทำงานในเมกะเฮิรตซ์ในไม่ช้า
"เราใช้เลเซอร์สองตัวพร้อมกันในการทดลองที่ SLAC เลเซอร์พัลส์ยาว-จะขับคลื่นกระแทกเข้าไปในตัวอย่าง จากนั้นเราจะตรวจสอบด้วย LCLS เพื่อดูว่าเกิดอะไรขึ้นในช่วงระยะเวลาและระยะเวลาที่สั้นที่สุดเพื่อปรับปรุงแบบจำลองฟิสิกส์ของเรา" Gleason กล่าว "เราจำเป็นต้องเปรียบเทียบแอปเปิ้ลกับแอปเปิ้ลเพื่อเปรียบเทียบว่าแบบจำลองฟิสิกส์ของเราถูกต้องหรือไม่ ซึ่งไม่เพียงแต่สนับสนุนสิ่งที่ห้องปฏิบัติการระดับชาติต้องการเท่านั้น แต่ยังช่วยให้บริษัทเอกชนมีแนวทางในการคาดเดาว่าแนวคิดส่วนหนึ่งของพวกเขาจะได้ผลหรือไม่ (เช่น วิธีที่พวกเขาจำลองการมีส่วนร่วมของเป้าหมาย) และเรากำลังให้ข้อมูลที่สำคัญนี้แก่พวกเขาโดยใช้ประโยชน์จากการเข้าถึงแพลตฟอร์มเลเซอร์และเครื่องมือต่างๆ ของเรา"
ศูนย์กลางอีกแห่งคือ RISE นำโดย SLAC และ Colorado State University และเกี่ยวข้องกับผู้เชี่ยวชาญจาก Cornell University, University of Illinois, Texas A&M, Los Alamos National Laboratory, Naval Research Laboratory และบริษัทเอกชน -Xcimer Energy Corp., Blue Laser Fusion, Marvel Fusion และ General Atomics- ซึ่งทำงานในแนวทางที่แตกต่างกันในการใช้ไดรเวอร์เลเซอร์
“ทุกคนมีแนวทางที่น่าเชื่อถือ” Glenzer กล่าว "แต่ไม่ใช่ว่าบริษัทเดียวพยายามที่จะทำให้มันทั้งหมดเกิดขึ้น-นี่คือชุมชนและศูนย์กลางการหลอมรวมทั่วประเทศ นักวิจัยกำลังพยายามที่จะพัฒนาเทคโนโลยีและเรากำลังเรียนรู้จากกันและกันเพื่อพยายามปิดช่องว่างการวิจัยและเทคโนโลยีภายในปี 2030"
Glenzer มักถูกนักลงทุนถามบ่อยครั้งว่าบริษัทฟิวชั่นแห่งใดควรสนับสนุน “บริษัทเลเซอร์บางแห่งสามารถสร้างรายได้เร็วกว่ามากด้วยการส่งเลเซอร์เพื่อยิงโดรนภายในพื้นที่ป้องกัน” เขากล่าว “แต่นักลงทุนไม่ชอบแนวคิดนี้มากนัก เพราะพวกเขาต้องการตลาดที่ให้บริการเฉพาะฟิวชันและไฟฟ้าเท่านั้น จริงๆ แล้วพวกเขาต้องการให้บริษัทเหล่านี้สร้างฟิวชันเพื่อขายไฟฟ้า น่าสนใจจริงๆ ว่าพวกเขามุ่งเน้นไปที่การทำให้ฟิวชันเกิดขึ้นได้อย่างไร”
ชุมชนฟิวชัน "ตระหนักเป็นอย่างดีถึงข้อกำหนดด้านห่วงโซ่อุปทานสำหรับบริษัทฟิวชันที่จะต้องมีทรัพยากรที่ไม่เพียงแต่สร้างแผนนำร่องสาธิตเท่านั้น แต่ยังต้องมีกองเครื่องปฏิกรณ์ระยะยาว-ด้วย" กลีสันกล่าว "นี่เป็นแนวทางที่มีหลายแง่มุมในแง่ของแหล่งที่เราสามารถจัดหาวัตถุดิบ จากนั้นจึงผลิตส่วนประกอบต่างๆ ทั่วสหรัฐอเมริกา เพื่อสร้างห่วงโซ่อุปทานภายในประเทศ นี่คือกุญแจสำคัญ"
ยุค 2030 หรือ 2040 สำหรับโรงงานนำร่องฟิวชั่น?
ความร่วมมือภาครัฐ-และเงินทุนเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการเข้าใกล้การนำฟิวชั่นที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์-มาสู่ระบบกริดในช่วงทศวรรษ 2030
“บทบาทของเราในเบื้องต้นคือการสนับสนุนและยอมรับเทคโนโลยีที่สำคัญที่อุตสาหกรรมฟิวชั่น/บริษัทเอกชนต้องการ” กลีสันกล่าว “แต่บางบริษัทบอกว่าคาดว่าจะเกิดขึ้นในช่วงปี 2030”
กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาตั้งเป้าหมายในปี 2030 "หมายความว่าเราต้องการปิดช่องว่างด้านเทคโนโลยีและการวิจัยทั้งหมด บางส่วนภายในกลางทศวรรษ 2030 จากนั้นจึงสร้างโรงงานต้นแบบ" Glenzer กล่าว "จริงๆ มันขึ้นอยู่กับจำนวนเงินที่ลงทุนไป แต่เป็นเรื่องจริงที่คาดว่าจะมีโรงงานนำร่องในช่วงปลายทศวรรษ 2030 หรือต้นปี 2040"
