UKAEA ควบคุมพลาสม่าใน MAST Upgrade ให้ความดันสูงโดยไม่มี ELM

การวิจัยของ UK Atomic Energy Authority (UKAEA) ณ ค่าย Culham, อ็อกซ์ฟอร์ดเชียร์ ได้ประกาศว่าได้ทำลายอุปสรรคด้านความไม่เสถียรของพลาสม่าในเครื่องทดลอง MAST Upgrade** หลังจากดำเนินการชุดการทดลองที่ห้าตลอดปี 2025‑2026 ผลลัพธ์แสดงให้เห็นถึงความกดดันสูงสุดของพลาสม่าที่เคยทำได้โดยไม่เกิดการสั่นไหวรุนแรง ซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญต่อการพัฒนาโรงไฟฟ้าเทคนิครวม (fusion) เชิงพาณิชย์

Overview

ทีมวิจัยที่ดูแล MAST Upgrade ได้สร้างพลาสม่ามากกว่า 1,100 ครั้ง ในช่วงเวลาการทดลองนี้ ซึ่งเป็นจำนวนครั้งสูงสุดของการผลิตพลาสม่าในเครื่องเดียวตามประวัติของโครงการ การบรรลุความกดดันสูงสุดโดยไม่มีอาการสั่นไหวทำให้สามารถตรวจสอบและยืนยันแนวทางใหม่ในการควบคุมพลังงานภายในวงจรของเทอโรกาแม็ค (tokamak) ได้อย่างชัดเจน

จากมุมมองของผู้เชี่ยวชาญ การที่เครื่อง MAST Upgrade สามารถรักษาความเสถียรขณะทำการฉายความร้อนสูงเป็นสัญญาณว่าแนวคิดการออกแบบของ Spherical Tokamak กำลังเข้าสู่ระดับที่อาจนำไปใช้จริงในโครงการพัฒนาโรงไฟฟ้าเทคนิครวมระดับโลกต่อไป

Experimental Results

ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าความกดดันของพลาสม่าที่บรรลุได้สูงกว่าเดิมโดยไม่มีการเกิด **Edge Localised Modes (ELM) ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่มักทำให้สูญเสียพลังงานถึงหนึ่งในสิบของทั้งหมด การควบคุม ELM อย่างมีประสิทธิภาพจึงถือเป็นปัจจัยสำคัญต่ออายุการใช้งานของผนังภายในและส่วนประกอบระบายความร้อน

ทีมวิจัยยังได้ตรวจสอบรูปทรงพลาสม่าที่เรียกว่า negative triangularity ซึ่งให้ผลลัพธ์ว่าการทำงานที่กำลังสูงสามารถทำได้โดยไม่เกิด ELM การทดลองในรูปแบบนี้ได้รับความสนใจจากชุมชนฟิวชั่นระดับนานาชาติและอาจเป็นแนวทางใหม่สำหรับการออกแบบเครื่องเทอโรกาแม็คในอนาคต

Instability Mitigation Techniques

เพื่อแก้ไขปัญหา ELM ทีมงานได้นำวิธีการสองรูปแบบที่เคยทดสอบมาก่อนมาปรับใช้ ได้แก่ Quasi‑Continuous Exhaust mode (QCE‑mode) และ Resonant Magnetic Perturbations (RMP)

• QCE‑mode ทำให้ขอบของพลาสม่ามีฟิลเมนต์ความถี่สูงและแอมปลิจูดต่ำ ซึ่งช่วยระบายแรงดันก่อนที่มันจะสะสมถึงระดับทำลาย
• RMP ใช้สนามแม่เหล็กในการสร้างการรบกวนเล็ก ๆ ที่ขอบพลาสม่า ทำให้แรงดันถูกระบายออกอย่างต่อเนื่อง

นอกจากนี้ยังมีการทดสอบโหมดการทำงานที่เสถียรสองแบบคือ Quiescent H‑mode (QH‑mode) และ I‑mode** ซึ่งต่างกันในการจัดการความร้อนและอนุภาคเพื่อให้ได้การกักเก็บพลังงานที่ดีขึ้นโดยไม่เกิด ELM อย่างมีนัยสำคัญ

Upcoming Upgrades & Future Plans

ในปีนี้ MAST Upgrade จะได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติมสองส่วนหลัก: การติดตั้ง neutral beam injectors ใหม่สองตัวซึ่งจะทำให้ความสามารถในการให้ความร้อนของเครื่องเพิ่มเป็นสองเท่า และระบบ **Electron Bernstein Wave (EBW) ที่มีกำลังไฟฟ้า 1.6 MW เพื่อเสริมการอุ่นและขับกระแสในพลาสม่าที่หนาแน่น

การพัฒนาเหล่านี้เตรียมความพร้อมสำหรับชุดการทดลองที่หกซึ่งกำหนดไว้ให้เริ่มต้นในปี 2028 ระบบ EBW นี้ยังเป็นเทคโนโลยีสำคัญที่วางแผนจะใช้ในโครงการ **STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) ซึ่งตั้งอยู่บนพื้นที่โรงไฟฟ้าถ่านหินเก่าใน Nottinghamshire

Industry Impact

ผลการทดลองของ UKAEA สอดคล้องกับแนวโน้มระดับโลกที่เห็นความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่อง เช่น การบรรลุ “ignition” ที่ National Ignition Facility (NIF) ของสหรัฐอเมริกา และเป้าหมายเชิงพาณิชย์ของบริษัทฟิวชั่นอังกฤษ Tokamak Energy** ที่คาดว่าจะส่งมอบไฟฟ้าเทคนิครวมภายในทศวรรษหน้า

เจมส์ แฮร์ริสันหัวหน้าฝ่ายวิทยาศาสตร์ของ MAST Upgrade กล่าวว่า “These findings take us another step closer to practical fusion energy” และย้ำว่า “The results genuinely shape the design of future fusion power plants” ซึ่งชี้ให้เห็นว่าการเข้าถึงโหมดพลาสม่าเสถียรสี่แบบพร้อมประสิทธิภาพสูงเป็นเครื่องมือสำคัญในการกำหนดแนวทางการออกแบบของโรงไฟฟ้าเทคนิครวมรุ่นต่อไป

Summary

UKAEA ประสบความสำเร็จในการควบคุมและเพิ่มความกดดันของพลาสม่าใน MAST Upgrade โดยใช้เทคนิค QCE‑mode, RMP, QH‑mode และ I‑mode พร้อมเตรียมการอัปเกรดระบบให้มีกำลังไฟฟ้าเพิ่มขึ้น การทดลองเหล่านี้เสริมสร้างความเชื่อมั่นว่าการผลิตพลังงานเทคนิครวมเชิงพาณิชย์อาจเป็นจริงได้ในไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า.