เครดิตภาพ ภาพปก Pixabay

Iron man arc reactor

iron-man ภาพโดย Pixabay              Iron man เป็นหนึ่งในตัวละครของ Mavel comic ที่ได้รับความนิยมมากในปัจจุบัน มักรู้จักในนามนักรบใส่เกราะที่มีเตาปฏิกรณ์อาร์คขนาดเล็กอยู่ตรงกลางคอยเป็นแหล่งพลังงานให้กับเขา

โดยคำว่า ARC นี้ย่อมาจาก “Affordable, Robust, Compact” เมื่อนำมารวมกับคำว่า  Reactor จะมีความหมายว่า เตาปฏิกรณ์ฟิวชันที่ใช้งานได้จริง มีขนาดเล็ก และต้นทุนต่ำ

 

วิวัฒนาการของเตาปฏิกรณ์อาร์คในภาพยนตร์

arc-reactor ภาพโดย Flickr            เตาปฏิกรณ์อาร์คแรกเริ่มเดิมทีเป็นเตาปฏิกรณ์ฟิวชั่นที่สร้างจากเตาปฏิกรณ์เดิมให้มีขนาดเล็กลง โดยอาศัยพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันจาก "พาลาเดียม" (Palladium) ซึ่งแม้จะให้พลังงานแก่ชุดเกราะของเขา แต่เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ตัวนี้กลับกลายเป็นพิษที่บั่นทอนสุขภาพของโทนี่ ต่อมาโทนี่ได้รับสูตรพลังงานของพ่อ ( โฮเวิร์ด สตาร์ค ) จาก นิค ฟิวรี่ ทำให้เขาค้นพบธาตุใหม่ที่มีชื่อว่า “ไวเบรเนียม” ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานใหม่ที่สะอาดและ มีประสิทธิภาพมากกว่า พาลาเดียมทำให้เขารอดตาย จากสารพิษ

Advertisement

Advertisement

 

หลักการทำงานเตาปฏิกรณ์อาร์คในภาพยนตร์

arc-reactor ภาพโดย Flickrเราทราบกันว่าในภาพยนตร์เตาปฏิกรณ์อาร์คของ Iron Man มีแกนกลางเป็นพาลาเดียมและมีการปลดปล่อยแสงสีน้ำเงิน-ขาวออกมาซึ่งปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "รังสีเชอเรนคอฟ" (Cherenkov radiation) เป็นปรากฏการณ์ที่ทำให้แสงสีขาว - น้ำเงินปรากฏจากเตาปฏิกรณ์ที่อยู่ใต้น้ำเนื่องจากการสลายตัวของนิวเคลียร์

ไอโซโทปของพาลาเดียมมีคุณสมบัติทางนิวเคลียร์ที่แตกต่างกันและเป็นผลให้เตาปฏิกรณ์ผลิตพลังงานมากกว่าพลังงานที่จำเป็นสำหรับการทำงานครั้งต่อไป ซึ่งหมายความว่าพลังงานมันจะไม่มีวันหมด และพาลาเดียมสามารถทำให้เกิด cold fusion ได้เนื่องจากการทดลองของ thomas graham พบว่าพาลาเดียมมีความสามารถในการดูดกลืนไฮโดรเจน ทำให้เตาปฏิกรณ์อาร์คของโทนี่สามารถทำงานที่อุณหภูมิต่ำได้ซึ่งไม่ส่งผลกระทบต่อร่างกายของโทนี่ ในขณะเดียวกันก็ผลิตกระแสไฟฟ้าผ่านความร้อนที่เกิดขึ้นในปริมาณที่น้อยที่สุดทำให้มีประสิทธิภาพสูง ดังนั้นการทำงานของเตาปฏิกรณ์อาร์กจะเริ่มต้นโดยการแตกตัวเป็นไอออนของพาลาเดียมจากการอาร์กในขณะที่รังสีแกมมาสร้างขึ้นควบคู่ไปกับการชนกันของอนุภาคภายในแกนทำให้เกิดความต่างศักย์ในแกนกลางเป็นผลให้เกิดการไหลของกระแสไหลในเตาปฏิกรณ์

Advertisement

Advertisement

อย่างไรก็ตามพาลาเดียมก็มีข้อเสียคือเป็นพิษ และสลายตัวเป็นโรเดียมเมื่อเกิด electron capture ซึ่งต่อมาในภาพยนตร์ Tony ใช้แกน Tesseract เป็นแหล่งพลังงานที่สะอาดกว่าพาลาเดียม

 

เตาปฏิกรณ์อาร์คในปัจจุบัน

Advertisement

Advertisement

ภาพ Arc fusion reactor โดย Flickr

เตาปฏิกรณ์อาร์คของ Iron Man มีต้นแบบมาจากเครื่อง Tokamak ซึ่งเป็นเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันที่อาศัยสนามแม่เหล็กในการควบคุมพลาสมาที่ไหลวนในโดนัทหรือวงแหวน ทำให้สามารถให้ความร้อนแก่พลาสมา จนมีอุณหภูมิได้สูงเกินกว่า 100 ล้านเคลวิน และไม่มีการสูญเสียพลังงานจากการนำความร้อนสู่ผนัง รวมทั้งลดการปนเปื้อนของอนุภาคที่หลุดจากอะตอมของโครงสร้างผนังเข้าไปในลำพลาสมา ซึ่งจะทำให้พลาสมาเย็นลงจากการแผ่รังสี แม้ว่าเครื่อง tokamak จะไม่สามารถทำให้ขนาดเล็กลงเท่า เตาปฏิกรณ์อาร์คของ Iron Manได้ แต่ก็สามารถลดขนาดลงแล้วยังคงประสิทธิภาพไว้ได้ ซึ่ง MIT ได้มีการนำ rare-earth barium copper oxide (REBCO) superconductor มาใช้ในการสร้างคอยล์แม่เหล็กแรงสูงของเตาปฏิกรณ์นี้ เนื่องจากตัวนำยิ่งยวดนี้สามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่มีความแรงสูงขึ้นอย่างภายในเตาปฏิกรณ์ได้ จึงทำให้ MIT สามารถออกแบบเตาปฏิกรณ์ขนาดเล็กที่สามารถผลิตไฟฟ้าได้จำนวนมากและไม่ต้องใช้ระบบทำความเย็นขนาดใหญ่ นั่นคือใช้เวลาในการก่อสร้างน้อยลง ค่าใช้จ่ายน้อยลงด้วย แต่ยังสามารถผลิตพลังงานได้เท่ากัน ซึ่งเตาปฏิกรณ์ ARC ต้นแบบเครื่องแรกมีขนาด 270 MWe ซึ่งผลิตพลังงานได้มากถึงตั้งแต่สามเท่าถึงหกเท่าได้ สามารถสร้างพลังงานไฟฟ้าได้เพียงพอที่จะจ่ายไฟให้บ้านประมาณ 100,000 หลัง และมีขนาดค่อนข้างเล็กโดยมีขนาดครึ่งหนึ่งของ ITER โดยการออกแบบเตาปฏิกรณ์จะมีการใช้ของเหลว (FLiBe) เป็นวัสดุในการ shielding เป็นตัวหน่วงนิวตรอน และแลกเปลี่ยนความร้อนจากตัวกลาง ของเหลวเคลือบเตาปฏิกรณ์จะได้รับความร้อนจากกระบวนการฟิวชั่นที่เกิดขึ้นภายในจากนั้นส่งผ่านไปยังกังหัน (Brayton cycle ที่มีประสิทธิภาพสูง) เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

the future ภาพโดย Flickr

อย่างไรก็ตามในปัจจุบันก็ยังคงมีการพัฒนาเตาปฏิกรณ์อาร์คในหลายแบบหลายไอเดีย ไม่แน่ในอนาคตเราอาจจะได้เห็นเตาปฏิกรณ์อาร์คที่มีขนาดเทียบเท่าของไอรอนแมนก็เป็นไปได้ เหมือนที่ Ilya Prigogine เคยกล่าวไว้ The future is uncertain... but this uncertainty is at the very heart of human creativity.

 

เรื่องโดย NT

ขอบคุณภาพจาก Pixabay และ Flickr ภาพปก / ภาพที่ 1 / ภาพที่ 2 / ภาพที่ 3 / ภาพที่ 4 / ภาพที่ 5