ไดโพลลอยตัว
ได โพ ลลอยตัว เป็นเครื่องปฏิกรณ์ นิวเคลียร์ฟิว ชั่น แบบกักเก็บด้วยสนามแม่เหล็ก ชนิดหนึ่ง ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้ทอรัสตัวนำยิ่งยวดที่ ลอยตัว ด้วยสนามแม่เหล็กภายในห้องปฏิกรณ์ ชื่อนี้หมายถึงไดโพลแม่เหล็กที่ก่อตัวขึ้นภายในห้องปฏิกรณ์ คล้ายกับสนามแม่เหล็กโลกมีการกล่าวอ้างว่าอุปกรณ์ดังกล่าวสามารถกักเก็บพลาสมาได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นแบบอื่น[ 1 ]แนวคิดในการใช้อุปกรณ์นี้เป็นเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นได้รับการแนะนำโดยAkira Hasegawaในปี 1987 [ 2 ]
แนวคิด
สนามแม่เหล็กโลกเกิดจากการหมุนเวียนของประจุในแกนโลกที่หลอมเหลว สนามแม่เหล็กแบบไดโพลที่เกิดขึ้นจะก่อตัวเป็นรูปร่างที่มีเส้นสนามแม่เหล็กผ่านใจกลางโลก ไปถึงพื้นผิวใกล้ขั้วโลก และแผ่ขยายออกไปไกลในอวกาศเหนือเส้นศูนย์สูตร อนุภาคที่มีประจุที่เข้าสู่สนามมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่ตามเส้นแรงแม่เหล็กไปทางเหนือหรือใต้ เมื่อพวกมันไปถึงบริเวณขั้วโลก เส้นสนามแม่เหล็กจะรวมตัวกัน สนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งขึ้นนี้อาจทำให้อนุภาคที่มีพลังงานต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนดสะท้อนกลับ และเริ่มเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม อนุภาคเหล่านี้จะกระเด้งไปมาระหว่างขั้วโลกจนกว่าจะชนกับอนุภาคอื่น อนุภาคที่มีพลังงานมากกว่าจะเคลื่อนที่ต่อไปยังโลก กระทบกับชั้นบรรยากาศและทำให้เกิดแสงเหนือ
กระจกแม่เหล็ก
แนวคิดนี้ถูกนำมาใช้ใน วิธีการใช้ กระจกแม่เหล็กในการผลิตพลังงานฟิวชั่น กระจกนี้ใช้ขดลวดโซลีนอยด์เพื่อกักพลาสมาไว้ตรงกลางทรงกระบอก จากนั้นแม่เหล็กที่ปลายทั้งสองข้างจะบังคับให้เส้นแรงแม่เหล็กเข้าใกล้กันมากขึ้นเพื่อสร้างพื้นที่สะท้อนแสง อย่างไรก็ตาม ในที่สุดกระจกนี้ก็พิสูจน์แล้วว่า "รั่ว" กล่าวคือ เชื้อเพลิงไม่สะท้อนจากปลายทั้งสองข้างอย่างเหมาะสมเมื่อความหนาแน่นและพลังงานเพิ่มขึ้น น่าเสียดายที่อนุภาคที่มีพลังงานมากที่สุด (ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นมากที่สุด) จะหลุดรอดออกไปก่อน การวิจัยเกี่ยวกับเครื่องจักรที่มีกระจกขนาดใหญ่จึงยุติลงในทศวรรษ 1980
กระจกทรงกลม
ไดโพลที่ลอยอยู่สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นกระจกทรงวงแหวน ซึ่งคล้ายคลึงกับสนามแม่เหล็กของโลกมากกว่าระบบเชิงเส้นในกระจกแบบดั้งเดิม บริเวณกักเก็บคือบริเวณทรงวงแหวนรอบนอกของแม่เหล็กกลาง คล้ายกับบริเวณรอบเส้นศูนย์สูตรของโลก อนุภาคในบริเวณนี้ที่เคลื่อนที่ออกไปจะพบกับความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กที่เพิ่มขึ้นและมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่กลับเข้าสู่ศูนย์กลาง ซึ่งมีแนวโน้มที่จะทำให้ระบบมีเสถียรภาพ อนุภาคที่มีพลังงานสูงกว่า ซึ่งจะหลุดออกไปจากกระจกแบบดั้งเดิม จะเคลื่อนที่ตามเส้นสนามแม่เหล็กผ่านศูนย์กลางที่กลวงของแม่เหล็ก และหมุนเวียนกลับเข้าไปในบริเวณเส้นศูนย์สูตร
สิ่งนี้ทำให้ไดโพลลอยตัวมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวเมื่อเปรียบเทียบกับ เครื่องฟิ วชั่นแบบกักเก็บด้วยสนามแม่เหล็ก อื่นๆ ในการทดลองเหล่านั้น ความผันผวนเล็กน้อยอาจทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ ในทางตรงกันข้าม ในสนามแม่เหล็กแบบไดโพล ความผันผวนมีแนวโน้มที่จะบีบอัดพลาสมาโดยไม่สูญเสียพลังงาน ผลกระทบจากการบีบอัดนี้ถูกสังเกตเห็นครั้งแรกโดยAkira Hasegawa (จากสมการ Hasegawa–Mima ) หลังจากเข้าร่วมใน การเผชิญหน้าของยาน Voyager 2กับดาวยูเรนัส[ 2 ]
ตัวอย่าง
แนวคิดของไดโพลลอยตัวเกิดขึ้นครั้งแรกเมื่อ Jay Kesner จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) และ Michael Mauel จากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียได้ร่วมกันเสนอแนวคิดนี้เพื่อทดสอบในปี 1997 [ 3 ]ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาการทดลองสองครั้ง ได้แก่การทดลองไดโพลลอยตัว (LDX) ที่ MIT และการทดลองเทอร์เรลลาแบบไร้การชน (CTX) ที่โคลัมเบีย[ 4 ]
ณ ปี 2026อย่างน้อยสองบริษัทกำลังดำเนินการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นแบบกักเก็บด้วยสนามแม่เหล็กโดยใช้รูปทรงไดโพลแบบลอยตัว ซึ่งทั้งสองแบบใช้ปฏิกิริยาดิวเทอเรียม-ดิวเทอเรียมเป็นเชื้อเพลิงโดยมีการระงับทริเทียม: OpenStar Technologies ในนิวซีแลนด์ ก่อตั้งขึ้นในปี 2021 ใช้การลอยตัวด้วยสนามแม่เหล็ก [ 5 ] และ Deutelio ในสวิตเซอร์แลนด์ก่อตั้งขึ้นในปี 2022 ใช้การลอยตัวด้วยโครงสร้าง[ 6 ] [ 7 ]
ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2567 OpenStar Technologies ได้สร้างเมฆฮีเลียมไอออนไนซ์ที่บรรจุอยู่ในไดโพลซึ่งถูกยกขึ้นโดยแม่เหล็กถาวร พลาสมาถูกควบคุมโดยใช้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด ส่วนกลาง แม่เหล็กถูกทำให้เย็นลงล่วงหน้าจนถึงประมาณ30 K (−243.2 °C; −405.7 °F)ความดันพลาสมาสำหรับสนามแม่เหล็กที่กำหนดจะสูงกว่าในเครื่องไดโพลถึง 13 เท่าเมื่อเทียบกับเครื่องโทคาแมค พลังงานฟิวชั่นที่มีศักยภาพจะมากกว่า 150 เท่า[ 8 ]