นักวิจัยอเมริกันได้ประสบความสำเร็จในการใช้อุปกรณ์ที่ไม่ซับซ้อนมากนักและมีขนาดเล็กพอที่จะวางอยู่บนโต๊ะทดลอง สำหรับเร่งอนุภาคให้มีพลังงานสูงจนก่อให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นภายใต้สภาวะอุณหภูมิห้องได้

อุปกรณ์ที่ว่านี้อาจจะเรียกว่า “เครื่องเร่งอนุภาคขนาดตั้งโต๊ะ (tabletop particle accelerator)” ก็ได้ เพราะปฏิกิริยาฟิวชั่นเป็นเพียงปรากฏการณ์ข้างเคียง และไม่สามารถนำมาใช้สร้างพลังงานเพื่อนำไปใช้ในชีวิตประจำวันได้ แต่อุปกรณ์ชิ้นนี้ คาดว่า อาจจะถูกนำไปประยุกต์สร้างเครื่องกำเนิดนิวตรอนพลังงานสูงในห้องทดลองหรืออุปกรณ์ตรวจวัตถุระเบิดหรือสแกนกระเป๋าผู้โดยสารในสนามบิน หรือแม้กระทั่งอาจนำไปทำเป็นอุปกรณ์รักษามะเร็งด้วยรังสีแบบพกพาได้อีกด้วย

ผลงานวิจัยชิ้นนี้เป็นผลมาจากการศึกษาโดยทีมนักวิจัยที่ Rensselaer Polytechnic Insitute (RPI) และได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Physical Review Letters ฉบับวันที่ 10 กุมภาพันธ์ 2549

หัวใจของอุปกรณ์ที่ใช้ทำเครื่องเร่งอนุภาคขนาดตั้งโต๊ะคือผลึกคริสตัล pyroelectric สองอันที่วางหันหน้าเข้าหากัน ซึ่งเมื่อพวกมันถูกทำให้ร้อนขึ้นหรือเย็นลง มันจะให้สนามไฟฟ้าพลังงานสูง (ซึ่งเป็นคุณสมบัติเฉพาะของวัสดุ pyroelectric) และจุดชนวนให้เกิดปฏิกิริยาไอออไนเซชั่นกับแก๊สที่บรรจุอยู่ภายในกล่อง (ซึ่งในที่นี้ คือแก๊สของดิวเทอเรียม) และจากนั้นไอออนที่เกิดขึ้นก็จะถูกเร่งด้วยสนามไฟฟ้าพลังงานสูงเข้าไปชนกับเป้าที่มีดิวเทอเรียมเป็นส่วนประกอบ ก่อให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นของดิวเทอเรียมอะตอม ผลผลิตที่ได้คือ ฮีเลียมและอนุภาคนิวตรอนพลังงานสูง

“เพียงแค่ให้ความร้อนแก่ผลึกคริสตัล จนมีอุณหภูมิประมาณ 130 องศา” กล่าวโดย Yaron Danon หัวหน้าทีมวิจัย “จากนั้นเมื่อเราปล่อยผลึกร้อนขึ้นหรือเย็นลง เราก็สามารถใช้สนามไฟฟ้าพลังงานสูงที่เกิดขึ้นมาเร่งอนุภาคได้ สำหรับส่วนที่เราทำคือเราทำขณะมันเย็นตัวลง เราปล่อยให้ผลึกเย็นตัวลงจนมีระดับอุณหภูมิเท่าอุณหภูมิห้อง ขณะที่มันกำลังเย็นตัวลง สนามไฟฟ้าจากผลึกจะไปเร่งอนุภาคไอออนเหมือนกับการที่เครื่องเร่งอนุภาคทำการเร่งอนุภาคให้มีพลังงานสูง”

Danon กล่าวอีกว่า อุปกรณ์ที่เขาใช้นั้นมีขนาดเล็กแต่มีประสิทธิภาพ ด้วยแบตเตอรี่ขนาดเพียง 6 โวลต์มันก็สามารถทำงานได้แล้ว แต่เนื่องจากจำนวนของนิวตรอนพลังงานสูงที่จะถูกปลดปล่อยออกมา อาจจะก่อให้เกิดอันตรายต่อร่างกายเราได้ การทดลองจึงต้องกระทำอย่างระมัดระวังพอสมควร

ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2548 ทีมนักวิจัยที่นำโดย Seth Putterman ศาสตราจารย์ สาขาฟิสิกส์ที่ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแองเจลลิส (UCLA) ได้ทำการทดลองกับอุปกรณ์ที่มีลักษณะคล้ายกันและประสบความสำเร็จเช่นเดียวกัน และผลงานของทีมของ Danon ได้เป็นข้อยืนยันอันหนึ่งของการทดลองของทีมจาก UCLA แต่ทั้งนี้ Jeffrey Geuther นิสิตปริญญาเอก สาขาวิศวกรรมนิวเคลียร์ ที่สถาบัน Rensselaer หนึ่งในทีมวิจัยได้กล่าวว่า อุปกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่นแบบตั้งโต๊ะที่พวกเขาออกแบบขึ้นใหม่นี้มีลักษณะสำคัญที่แตกต่างจากของทีมนักฟิสิกส์ UCLA อย่างชัดเจนอยู่สองลักษณะ “อุปกรณ์ของเราใช้ผลึกคริสตัลสองอัน ซึ่งช่วยเพิ่มศักย์ในการเร่งอนุภาคเป็นสองเท่า” Jeffrey กล่าวต่อว่า “(ข้อแตกต่างอีกอย่างก็คือ) อุปกรณ์ของเราไม่จำเป็นต้องทำให้ผลึกคริสตัลเย็นลงจนถึงระดับอุณหภูมิ cryogenic อันเป็นการช่วยลดความซับซ้อนของการทดลองและช่วยประหยัดงบประมาณในการสร้างอุปกรณ์อีกด้วย”

ผลการศึกษาครั้งนี้ยังได้ช่วยพิสูจน์ความถูกต้องของทฤษฎีพื้นฐานทางฟิสิกส์ และยังช่วยส่งสัญญาณแก่นักวิจัยในวงการว่า pyroelectric crystals จะเป็นหนึ่งในหัวใจของการพัฒนางานวิจัยด้านนิวเคลียร์ฟิวชั่น อีกทั้งยังบ่งชี้ด้วยว่า การนำอุปกรณ์ลักษณะนี้ไปใช้ในเชิงพาณิชย์นั้นเข้าใกล้ความเป็นจริงขึ้นมาทุกที Danon กล่าว

“นิวเคลียร์ฟิวชั่นเป็นปฏิกิริยาที่ได้มีการคิดว่าจะเป็นแหล่งกำเนิดพลังงาน แต่ว่า เรายังไม่มองว่ามันจะมาเป็นแหล่งให้พลังงานที่นำไปใช้ในชีวิตประจำวัน” Danon กล่าว ในทางกลับกัน การประยุกต์ใช้ของอุปกรณ์ที่พวกเขาได้คิดค้นขึ้นมานี้ก็คือ การนำไปสร้างแหล่งกำเนิดนิวตรอนขนาดตั้งโต๊ะที่ทำงานโดยแบตเตอรี่ หรือการนำไปตรวจสอบวัตถุระเบิดหรือสแกนหาสิ่งผิดกฎหมายในสนามบิน อีกทั้ง สามารถนำไปใช้ในงานต่างๆมากมายในห้องทดลอง

หลักการของอุปกรณ์ชิ้นนี้ยังสามารถนำไปสร้างเครื่องกำเนิดรังสีเอ็กส์แบบพกพาได้ Danon กล่าว “ในตลาดตอนนี้ มีอุปกรณ์กำเนิดรังสีเอ็กส์แบบพกพาอยู่แล้ว แต่มันยังไม่สามารถให้พลังงานขนาดเพียงพอต่อการนำไปใช้เชิงรังสีรักษา ซึ่งต้องได้อย่างต่ำระดับ 50.000 electron volt” เขากล่าวต่ออีกว่า “ส่วนอุปกรณ์ของเรานั้น สามารถให้พลังงานได้ถึงระดับ 200,000 electron volts ซึ่งมากเกินพอสำหรับการรักษาด้วยรังสี อีกทั้งยังพอที่จะทะลุทลวงผ่านเข้าไปในแผ่นเหล็กได้หลาย มิลลิเมตร”

และในอนาคตไม่ไกลนัก Danon ได้วาดภาพไว้ว่าจะมีอุปกรณ์ด้านการแพทย์ใหม่ๆ ที่ทำงานโดยอาศัย pyroelectric crystal เป็นหัวใจหลักตามมาอีกมากมาย อย่างเช่น อุปกรณ์ที่สามารถสวมใส่ได้เพื่อช่วยการบำบัดรักษามะเร็งอย่างปลอดภัยและต่อเนื่อง

ต้องเฝ้าติดตามกันให้ดี


( ภาพข้างบนแสดงภายในอุปกรณ์ฟิวชั่นภายใต้สภาวะสุญญากาศ จะเห็นผลึก pyroelectric สองอันวางหันหน้าเข้าหากัน ผลึกทั้งสองจะก่อกำเนิดสนามไฟฟ้าพลังงานสูงเมื่อถูกทำให้ร้อนขึ้นหรือเย็นลง (Photo by Rensselaer/Yaron Danon) )

- ข้อมูลจาก
http://news.rpi.edu/update.do