"พระเจ้าไม่เล่นลูกเต๋า" ไอน์สไตน์กล่าวไว้ ซึ่งเป็นการวิพากษ์วิจารณ์การตีความแบบโคเปนเฮเกน (เชิงความน่าจะเป็น) ที่เป็นที่ยอมรับกันในปัจจุบันของกลศาสตร์ควอนตัมสมัยใหม่ หลายคนอาจไม่รู้ แต่ดวงอาทิตย์และดวงดาวของเราส่องสว่างได้ด้วยกฎของโลกควอนตัมที่ทำให้ไอน์สไตน์หวาดกลัวและโกรธเคือง ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์จากจีนได้นำกฎเหล่านี้มาใช้และ คิดค้นวิธีการเริ่มต้นปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ในสภาพแวดล้อมบนโลกด้วยต้นทุนต่ำ โดยไม่ต้องจำลองสภาพแวดล้อมภายในดาวฤกษ์
เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ยั่งยืนภายในเครื่องปฏิกรณ์บนโลก อะตอมเชื้อเพลิงที่แตกตัวเป็นไอออน (ไฮโดรเจน) ต้องเอาชนะแรงผลักคูลอมบ์และหลอมรวมกันเพื่อสร้างอะตอมฮีเลียม โดยทั่วไปกล่าวกันว่าความดันมหาศาลและอุณหภูมิที่ค่อนข้างสูงถึง 15 ล้านองศาเซลเซียสของดวงอาทิตย์เอื้ออำนวยต่อกระบวนการนี้ แต่ในความเป็นจริง สภาพทางกายภาพภายในดาวฤกษ์ไม่เพียงพอต่อการเกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ยั่งยืน (และยิ่งไม่เอื้ออำนวยในห้องปฏิกรณ์ฟิวชั่นบนโลก)
นิวเคลียสของไฮโดรเจนเอาชนะกำแพงคูลอมบ์ได้โดยการทะลุผ่านบ่อพลังงาน แทนที่จะกระโดดออกมา การทะลุผ่านเกิดขึ้นตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม โดยมีความน่าจะเป็นสูงสำหรับเหตุการณ์ดังกล่าว ในระดับของดาวฤกษ์ สิ่งนี้รับประกันปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์และการเผาไหม้อย่างต่อเนื่องเพียงเพราะมีนิวเคลียสของไฮโดรเจนจำนวนมากอยู่ตรงนั้น มีให้หลอมรวมกันอย่างเหลือเฟือ แม้จะคำนึงถึงคุณสมบัติเชิงความน่าจะเป็นของกระบวนการนี้แล้วก็ตาม
นักฟิสิกส์ชาวจีนได้ใช้วิธีการที่คาดไม่ถึง: แทนที่จะพยายามสูบพลาสมาในเครื่องปฏิกรณ์ให้ถึงขีดจำกัด พวกเขาเสนอให้เพิ่มความน่าจะเป็นของปรากฏการณ์การทะลุผ่าน (tunneling effect) สำหรับนิวเคลียสของเชื้อเพลิงไฮโดรเจน หากนิวเคลียสไม่สามารถหลุดออกจากบ่อพลังงานได้อยู่แล้ว ทำไมต้องสิ้นเปลืองพลังงานโดยไม่จำเป็น? นี่คือผลลัพธ์จากบทความทางทฤษฎีที่เขียนโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวจีนสามคน ได้แก่ จินเทา ฉี จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเซินเจิ้น ศาสตราจารย์จ้าวหยาน โจว จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีป้องกันประเทศ และศาสตราจารย์ซู หวัง จากบัณฑิตวิทยาลัยแห่งสถาบันวิศวกรรมฟิสิกส์แห่งประเทศจีน
การศึกษานี้อิงจากการคำนวณพฤติกรรมของนิวเคลียสเชื้อเพลิงไฮโดรเจนสองชนิด ได้แก่ ดิวเทอเรียมและทริเทียม ในอนาคต นักวิจัยจะวิเคราะห์ข้อเสนอของพวกเขาโดยคำนึงถึงนิวเคลียสหลายชนิดและอิทธิพลซึ่งกันและกัน แนวคิดคือการเสริมการให้ความร้อนแบบดั้งเดิมแก่พลาสมาเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์ด้วยกระบวนการที่จะเพิ่มโอกาสที่นิวเคลียสเชื้อเพลิงจะทะลุผ่านกำแพงคูลอมบ์โดยไม่ต้องใช้พลังงานมากนัก “วิธีลัด” ดังกล่าวอาจช่วยลดการใช้พลังงานโดยรวมของปฏิกิริยาฟิวชันในเครื่องปฏิกรณ์และส่งเสริมการพัฒนาโรงไฟฟ้าฟิวชันเชิงพาณิชย์
ตามธรรมเนียมแล้ว เลเซอร์ความถี่สูง (เช่น เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระรังสีเอ็กซ์) ถูกนำมาใช้ในการปั๊มพลังงานพลาสมา โดยเลเซอร์เหล่านี้จะส่งอนุภาคพลังงานสูงมากเข้าไปในพลาสมา แต่การวิเคราะห์ใหม่แสดงให้เห็นว่าเลเซอร์ความถี่ต่ำ (รวมถึงเลเซอร์ในช่วงใกล้อินฟราเรด) มีประสิทธิภาพมากกว่าในการเพิ่มโอกาสการเกิดปฏิกิริยาฟิวชันที่ระดับพลังงานเท่ากันหรือใกล้เคียงกัน เนื่องจากสนามความถี่ต่ำช่วยให้นิวเคลียสสามารถดูดซับและปล่อยโฟตอนซ้ำๆ ในระหว่างการเข้าใกล้กัน ทำให้เกิดปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงมากขึ้นกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของเลเซอร์ปั๊ม ขยายการกระจายพลังงานการชน และเพิ่มโอกาสในการทะลุผ่านกำแพงคูลอมบ์ด้วยกลไกควอนตัม
เพื่อเป็นตัวอย่างเชิงตัวเลข ผู้เขียนได้อ้างถึงการประมาณการดังต่อไปนี้: ที่พลังงานการชน 1 keV (กิโลอิเล็กตรอนโวลต์) โดยไม่มีเลเซอร์เสริม ความน่าจะเป็นของปฏิกิริยาดิวเทอเรียม-ทริเทียมนั้นต่ำมาก อย่างไรก็ตาม เมื่อฉายแสงเลเซอร์ความถี่ต่ำที่มีพลังงาน 1,55 eV และความเข้ม 1020²⁰ W/cm² ไปยังเชื้อเพลิง ความน่าจะเป็นของการเกิดฟิวชันจะเพิ่มขึ้นถึงสามอันดับความ magnitud หรือเพิ่มขึ้นเป็น 1000 เท่า การเพิ่มความเข้มเป็น 5×1021²¹ W/cm² จะเพิ่มความน่าจะเป็นของการเกิดฟิวชันขึ้นถึงเก้าอันดับความ magnitud (หนึ่งพันล้านเท่า!) เมื่อเทียบกับสภาวะปกติ นี่เป็นความเป็นไปได้ที่น่าทึ่ง ซึ่งก่อนหน้านี้ไม่เคยถูกพิจารณาหรือถูกมองว่าเป็นไปไม่ได้
แม้ว่างานวิจัยนี้ยังอยู่ในขั้นทฤษฎี แต่ก็เป็นพื้นฐานทั่วไปสำหรับการวิเคราะห์ปฏิกิริยาฟิวชันที่ได้รับความช่วยเหลือจากสนามเลเซอร์ที่ความถี่และความเข้มต่างๆ และชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการลดเงื่อนไขอุณหภูมิที่เข้มงวดในการควบคุมฟิวชัน ในอนาคต ผู้เขียนวางแผนที่จะขยายทฤษฎีไปยังสภาพแวดล้อมพลาสมาที่สมจริงมากขึ้น โดยคำนึงถึงผลกระทบแบบรวมกลุ่มและการปฏิสัมพันธ์ระหว่างเลเซอร์กับพลาสมา ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการประเมินความเป็นไปได้ในทางปฏิบัติของกลไกที่อธิบายไว้ภายใต้สภาวะในห้องปฏิบัติการ
ที่มา:
ที่มา: 3dnews.ru
