ฉันมาที่ซอลท์เลคซิตี้โดยหวังว่าจะได้ข้อมูลเล็กๆ น้อยๆ เกี่ยวกับการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงในอนาคตที่เราสามารถคาดหวังได้จาก LIGO สิ่งที่ฉันพบคือการทำงานร่วมกันเป็นไปอย่างราบรื่นเหมือนที่เคยเกี่ยวกับการหารือเกี่ยวกับผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ นั่นยุติธรรมเพียงพอแล้วและฉันเข้าใจคำเตือน อย่างไรก็ตาม ฉันหวังว่านักวิจัยจะผ่อนคลายลงเล็กน้อยหลังจากประกาศการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง
ครั้งแรก
ในเดือนกุมภาพันธ์ และแบ่งปันข้อมูลอีกเล็กน้อยกับสาธารณชนทั่วไปแล้วฉันได้เรียนรู้อะไรบ้าง?
อธิบายว่าเครื่องตรวจจับขนาดใหญ่ 2 เครื่องของความร่วมมือนี้กำลังได้รับการอัปเกรดหลังจากดำเนินการครั้งแรกตั้งแต่เดือนกันยายน 2558 ถึงมกราคม 2559 การทดสอบนี้ขยายออกไปอีก 1 เดือน
เนื่องจากการตรวจจับครั้งแรกเกิดขึ้นในเดือนกันยายน และทีมงานหวังว่าจะมีอีกครั้งก่อน ปิด.การทดสอบครั้งที่สองจะเริ่มในฤดูใบไม้ร่วงนี้ด้วยความไวที่สูงขึ้น ซึ่งอาจทำให้ LIGO ตรวจจับได้เดือนละครั้ง จากนั้นจะมีการอัปเกรดครั้งที่สอง ซึ่งสามารถจัดให้ LIGO ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงได้หนึ่งครั้ง
ต่อสัปดาห์ สิ่งนี้จะช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถสร้างภาพความโน้มถ่วงของท้องฟ้าได้ ซึ่งเป็นโอกาสที่น่าตื่นเต้นมาก เกี่ยวกับซึ่งเป็นสัญญาณที่วัด ในการรันครั้งแรก มันอ่อนแอเกินไปที่จะประกาศการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง เพราะมันมีนัยสำคัญทางสถิติเพียง 2σ ซึ่งต่ำกว่า 5σ ที่จำเป็นสำหรับการค้นพบ
อย่างไรก็ตาม ชี้ให้เห็นว่าสัญญาณดูเหมือนจะมีรูปคลื่น “ร้องเจี๊ยก ๆ ” ซึ่งสอดคล้องกับหลุมดำสองแห่งที่รวมกันฮันนายังกล่าวด้วยว่านักฟิสิกส์ ได้เผยแพร่ผลลัพธ์เพียงประมาณหนึ่งในสามของข้อมูลการวิ่งครั้งแรกเท่านั้น ดังนั้นจึงอาจมีการประกาศการค้นพบที่น่าสนใจก่อนที่การทดลองจะเริ่มขึ้น
คำถามทางเทคนิคที่ท้าทายที่สุดที่ชุมชนฟิวชันต้องเผชิญคือการกำหนดเวลาจำกัดเวลาและเราจะแน่ใจได้อย่างไรว่าเวลาดังกล่าวจะถึง 3.5–4 วินาที เราทราบดีว่าการสูญเสียความร้อนจากพลาสมาที่กักด้วยสนามแม่เหล็กถูกควบคุมโดยความปั่นป่วนขนาดเล็ก ความปั่นป่วนประกอบด้วยความหนาแน่น
ของพลาสมา
และความผันผวนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการไหลเวียนของพลาสมาเล็กน้อย – วน ความผันผวนที่ปั่นป่วนเป็นคลื่นเสียงที่ไม่เสถียรซึ่งขับเคลื่อนโดยการไล่ระดับอุณหภูมิในพลาสมา เช่นเดียวกับการพาความร้อนในกระทะ น้ำวนจะลำเลียงพลาสมาร้อนออกและพลาสมาเย็นเข้ามา ความก้าวหน้า
ในประสิทธิภาพของโทคามัคในช่วง 40 ปีที่ผ่านมาทำได้โดยการยับยั้งการพาความร้อนที่ปั่นป่วนมากขึ้นและเพิ่ม τ E. หนึ่งในความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ในทศวรรษที่ผ่านมาคือความสามารถในการคำนวณความปั่นป่วนนี้โดยใช้คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงเพื่อสร้างการจำลองที่ล้ำสมัย (รูปที่ 4)
การเปรียบเทียบโดยละเอียดของการจำลองและการวัดแสดงให้เห็นว่าในหลายกรณี การคำนวณสามารถจับไดนามิกที่ซับซ้อนได้อย่างถูกต้อง อย่างไรก็ตาม ยังมีช่องว่างสำหรับการปรับปรุง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่น่าสนใจซึ่งความปั่นป่วนจำลองถูกระงับเกือบทั้งหมด ทฤษฎีการวิเคราะห์ของความปั่นป่วนนี้
ซับซ้อนและเพิ่งจะเริ่มเข้าใจเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ความเข้าใจในเชิงคุณภาพเกี่ยวกับการเคลื่อนที่แบบปั่นป่วนสามารถหาได้จากการโต้เถียงแบบเดินสุ่มอย่างง่ายตามลักษณะของคลื่นเสียงที่ไม่เสถียรซึ่งก่อตัวเป็นโครงสร้างวน อาร์กิวเมนต์นี้ให้ค่าประมาณ τ E ∝ L 3 B 2 T –3/2โดยที่Lคือขนาด
ของอุปกรณ์Bคือความแรงของสนามแม่เหล็ก และTคืออุณหภูมิ เห็นได้ชัดว่าอุปกรณ์ที่ใหญ่กว่าควรทำงานได้ดีกว่ามากเนื่องจากการปรับขนาดL 3 ที่สูงชัน แท้จริงแล้ว สเกลเชิงประจักษ์ที่ได้จากการทดลองหลายครั้งแตกต่างจากค่าประมาณอย่างง่ายเพียงเล็กน้อยเท่านั้น การคาดการณ์เวลากักเก็บ
พลังงานของ ITER ทำได้สองวิธี วิธีแรกโดยการคาดคะเนจากเครื่องจักรที่มีอยู่โดยใช้มาตราส่วนเชิงประจักษ์ และประการที่สอง ใช้แบบจำลองการขนส่งในท้องถิ่นที่ซับซ้อนซึ่งได้มาจากการจำลอง การคาดคะเนเหล่านี้คาดว่าจะแม่นยำมาก โดยมีเวลาจำกัดในช่วง 3.5–4 วินาที การคาดคะเนนี้เป็นพื้นฐาน
ของความมั่นใจ
ของเราว่า จะไปถึงระบอบพลาสมาเผาไหม้ที่ร้อนในตัวเอง เราสามารถรับความรู้สึกเชิงคุณภาพสำหรับการประมาณค่าได้โดยใช้มาตราส่วนสุ่มเดินอย่างง่าย: บรรลุ τ ประมาณE ~ 0.5–1 วินาที เวลากักขัง ดังนั้น (ซึ่งจะใหญ่ขึ้นประมาณสองเท่า ร้อนขึ้น 30% และมีสนามใหญ่ขึ้นประมาณ 30%)
มีประมาณ τ E ~ 4 วินาทีวิศวกรรมผ้าห่มจากความรู้ในปัจจุบันของเรา มีเหตุผลมากกว่าที่จะสันนิษฐานว่า ITER จะบรรลุเป้าหมายในการเผาพลาสมาในช่วงกลางปี 2020 อย่างไรก็ตาม ตามที่วิศวกรคนใดยืนยัน การผลิตไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ยังมีอะไรอีกมากที่มากกว่าการพิสูจน์ว่าการออกแบบนั้นเป็นไปได้
ในทางวิทยาศาสตร์ แท้จริงแล้ว ส่วนประกอบหลายอย่างของเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันในอนาคต โดยเฉพาะอย่างยิ่งระบบที่เพาะทริเทียมจากลิเธียม (ปฏิกิริยาที่สองในรูปที่ 1) และเปลี่ยนพลังงานนิวตรอนเป็นพลังงานไฟฟ้า ยังไม่ได้มีการทดสอบในทุกขนาด นิวตรอนที่ผลิตในปฏิกิริยาดิวทีเรียม-ทริเทียม
ซึ่งมีพลังงานฟิวชัน 4 ใน 5 ไม่ได้ถูกจำกัดโดยสนามแม่เหล็ก ดังนั้นจึงออกจากพลาสมาและผ่านผนังรอบๆ ภายในผนังจะต้องมีระบบที่ซับซ้อนที่ดูดซับนิวตรอนมีการออกแบบผ้าห่มหลายแบบ แต่ทั้งหมดมีบางสิ่งที่เหมือนกัน: โดยทั่วไปจะมีความหนา 0.5–1 ม. แยกออกจากพลาสมาด้วยผนังเหล็ก
และล้อมรอบด้านนอกด้วยเกราะเหล็ก ผ้าห่มประกอบด้วยลิเธียมซึ่งดูดซับนิวตรอนจากการหลอมรวมเพื่อสร้างไอโซโทป (รูปที่ 1) จากนั้นป้อนกลับเข้าไปในพลาสมาเพื่อเป็นเชื้อเพลิง นอกจากนี้ ในผ้าห่มยังมีตัวคูณนิวตรอนและสารหล่อเย็นที่ใช้เพื่อชะล้างไอโซโทปและความร้อน ซึ่งนำไปใช้ในการขับเคลื่อนกังหันและผลิตกระแสไฟฟ้า
