หลังจาก LLNL ประกาศความสำเร็จในการสร้างปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ทั้งโลกก็เริ่มมีความหวังว่าต่อจากนี้คงจะมีพลังงานที่สะอาดและไม่มีวันหมดไปแถมดีต่อสิ่งแวดล้อมให้ได้ใช้กัน แต่น่าเสียดายที่อาจยังไม่ใช่ในเร็ววันนี้ ยังมีสิ่งที่เราต้องรู้เกี่ยวกับพลังงานใหม่นี้เช่นกัน
ครั้งแรกที่ผมได้ยินชื่อของ Nuclear Fusion ย้อนกลับไปในปี 1997 จากหนัง The Saint ภาพยนตร์สร้างชื่อที่ทำให้ Val Kilmer ในฐานะพระเอกรูปหล่อมาดกวน ในบทบาทจารชนรับจ้างผู้ที่รับงานจากมาเฟียรัสเซียในการขโมยสูตรค้นคว้าพลังงานที่เป็นความหวังของโลกอย่าง Cold Fusion ซึ่งในหนังเองก็อธิบายว่ามันคือพลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบหนึ่ง แม้จะเป็นการใส่ความเป็นแฟนตาซีเข้าไปบ้าง แต่ถือว่ายังอิงหลักทางฟิสิกส์อยู่ไม่มากก็น้อย
Nuclear Fusion พลังงานที่ใช้ได้ไม่มีวันหมด (ตามทฤษฎี)
นิวเคลียร์ฟิวชัน (nuclear fusion) เป็นปฏิกิริยาแบบเดียวกับที่เกิดในดวงอาทิตย์ เกิดจากการจับคู่อะตอมเพื่อสร้างพลังงานมหาศาลออกมาในรูปของความร้อน ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับกระบวนการนี้มานานหลายทศวรรษ
ถ้าเทียบกับสิ่งที่เรารู้กันมาตลอดสำหรับนิวเคลียร์ที่มีการใช้ผลิตพลังงานไฟฟ้าที่มีอยู่ทั่วโลก เราเรียกว่า นิวเคลียร์ฟิชชัน (nuclear fission) ที่เป็นการแยกอะตอมหนักออกจากกัน ก่อให้เกิดกากกัมมันตภาพรังสีจำนวนมากและต้องใช้เวลานานกว่าจะสลายตัว จึงมีความอันตรายและต้องอาศัยการจัดเก็บเป็นอย่างดี เพราะหากเกิดความผิดพลาด อาจทำให้มีการรั่วไหลของกัมมันตภาพรังสีได้
ที่สำคัญนิวเคลียร์ฟิวชันสร้างกากกัมมันตรังสีในปริมาณน้อยกว่า ใช้เวลาสลายตัวแค่เพียง 50-100 ปี ทั้งยังไม่ก่อให้เกิดก๊าซเรือนกระจก และแทบไม่มีความเสี่ยงที่จะเกิดอุบัติเหตุนิวเคลียร์ เนื่องจากหากว่าเกิดความผิดพลาดขึ้นกระบวนการปฏิกิริยาฟิวชันจะหยุดลง
ฟิวชันใช้หลักการที่มีพลังงานปลดปล่อยออกมา จากการทำให้นิวเคลียสของอะตอมของธาตุเข้ารวมกัน ซึ่งแตกต่างจากกรณีของปฏิกิริยาฟิชชัน ที่ให้พลังงานออกมาจากการทำให้นิวเคลียสของอะตอมของธาตุแตกออก ซึ่งมีการใช้อยู่ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบัน
ที่ใจกลางของดวงอาทิตย์ มีความกดดันจากแรงโน้มถ่วงมหาศาล ทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันได้ ที่อุณหภูมิสูงในระดับ 10 ล้านองศาเซลเซียส แต่บนโลกมีความดันต่ำกว่ามาก การทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชัน ต้องใช้อุณหภูมิที่สูงกว่า 100 ล้านองศาเซลเซียส
จนถึงวันนี้ ยังไม่มีวัตถุใดบนโลกที่สามารถคงรูปอยู่ได้ เมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิที่สูงขนาดนั้น การทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันให้ได้ นักวิทยาศาสตร์ต้องหาวิธีการแก้ปัญหา การกักเก็บก๊าซที่ร้อนจัด (super-heated gas) หรือพลาสมา (plasma) ให้รวมกลุ่มกันอย่างหนาแน่นในสนามแม่เหล็กรูปวงแหวนหรือโดนัท
ปฏิกิริยาฟิวชัน แตกต่างจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล เนื่องจากไม่มีก๊าซ คาร์บอนไดออกไซด์ นั่นหมายถึงไม่ทำให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจก ที่ทำให้โลกร้อนขึ้น
จะสร้างปฏิกิริยาฟิวชันได้อย่างไร
ความท้าทายคือการรักษาพลังงานที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งต้องใช้อุณหภูมิและแรงกดมหาศาล ดังนั้นการทดลองจนถึงตอนนี้จึงยังไม่มีครั้งใดที่ผลิตพลังงานออกมาเพียงพอจะนำมาใช้งานได้
การสร้างปฏิกิริยาฟิวชัน เป็นการใช้อะตอมคู่หนึ่งคือ อะตอมไฮโดรเจนที่ชื่อดิวทีเรียมและตริเตียม มาหลอมรวมกัน โดยสมาคมนิวเคลียร์แห่งประเทศไทยระบุว่า เมื่อทำให้นิวเคลียร์ของดิวทีเรียม และตริเตียมหลอมรวมกันแล้ว จะเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์แล้วแยกออกจากกัน กลายเป็นนิวตรอนกับนิวเคลียสของฮีเลียมซึ่งมี 2 โปรตอน กับ 2 นิวตรอน และให้พลังงานส่วนเกินจากปฏิกิริยาออกมา โดยส่วนใหญ่จะเป็นพลังงานจลน์ของนิวตรอนอิสระที่เกิดขึ้น เนื่องจากอนุภาคที่เกิดจากปฏิกิริยามีความเสถียรมากกว่า
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันตรงข้ามกับนิวเคลียร์ฟิชชัน ซึ่งเป็นการแยกอะตอมหนักออกจากกัน โดยฟิชชันเป็นเทคโนโลยีที่ใช้ตามสถานีพลังงานไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ในปัจจุบัน แต่กระบวนการฟิชชันก่อให้เกิดกากของเสียกัมมันตรังสีจำนวนมาก ซึ่งกากเหล่านี้ยังปล่อยกัมมันตภาพรังสีอยู่เป็นเวลายาวนาน จึงถือว่าเป็นอันตรายและต้องกักเก็บอย่างระมัดระวังมาก
ในการทดลองครั้งล่าสุดนี้ นักวิทยาศาสตร์ของ LLNL ได้ทดลองสร้างปฏิกิริยาฟิวชันขึ้นด้วยการยิงแสงเลเซอร์แรงสูงใส่แคปซูลขนาดเล็กที่บรรจุไฮโดรเจนไว้ภายใน เพื่อให้เกิดความร้อน และการบีบแน่น จนทำให้แคปซูลมีความร้อนสูงถึง 100 ล้านองศาเซลเซียส ซึ่งเป็นระดับความร้อนที่มากกว่าใจกลางดวงอาทิตย์ หลอมนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนเข้าด้วยกัน จนเกิดปฏิกิริยาฟิวชันที่ปล่อยพลังงานออกมา โดยได้พลังงานมา 3.15 เมกะจุล
อุปสรรคเยอะ และยังเอามาใช้จริงได้ยาก
จากความสำเร็จล่าสุดของ LLNL แม้ว่าจะเป็นการจุดประกายสำคัญครั้งใหม่ให้กับนักฟิสิกส์ทั่วโลกในการพิสูจน์ว่า ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น นั้นเกิดขึ้นได้จริง แถมยังได้ฝันต่อไปได้ว่ามนุษยชาติกำลังจะจำลองพลังงานของดวงอาทิตย์ได้สำเร็จแล้ว แต่เดี๋ยวก่อน คุณยังลืมอะไรไปหรือเปล่า
เพราะจากการทดลองล่าสุดของ LLNL มีการใช้แสงเลเซอร์แรงสูงยิงเข้าใส่อะตอมของไฮโดรเจนให้เกิดอุณหภูมิสูงถึง 100 ล้านองศา ด้วยพลังงาน 2.05 เมกะจูล หรือคิดเป็นพลังงานไฟฟ้าประมาณ 570 Wh. (วัตต์ต่อชั่วโมง) แต่ๆๆๆๆๆๆ ได้พลังงานกลับมาที่ 3.15 เมกะจูล หรือ 875 Wh. ตัวเลขค่าความต่างอยู่ที่ 305 Wh. หรือประมาณ 2 เมกะจูล
ซึ่งมันดูน้อยไปมากสำหรับการนำเอามาผลิตพลังงานสำหรับการใช้งานในวงกว้าง เทียบกับการนำเอายูเรเนียมหรือพลูโตเนียมเพียง 1 กรัมมาทำปฏิกิริยาฟิชชันจะได้พลังงานไฟฟ้าในระดับ 1 MegaWatts ต่อวัน เท่ากับการใช้ถ่านหินหนัก 3 ตัน หรือน้ำมันประมาณ 600 แกลลอน (2,272 ลิตร) ต่อวันสำหรับการนำมาผลิตไฟฟ้า
Nuclear Fusion พลังงานที่ค้นหาทั่วโลก
นอกจาก LLNL ในแคลิฟฟอร์เนียสหรัฐอเมริกาที่กำลังค้นคว้าหาทางไปสู่การสร้างปฏิกิริยาฟัวชันแล้วนั้น ทั่วโลกกำลังสร้างต้นแบบสำหรับการพัฒนาไปสู่การดึงพลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ชนิดนี้
ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) ซึ่งเป็นความร่วมมือระหว่างสหภาพยุโรป สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น รัสเซีย จีน และเกาหลีใต้ ในที่สุดก็ได้ข้อยุติ ในการเลือกสถานที่ตั้งของโครงการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน Iter มูลค่า 10,000 ล้านยูโร หรือ 6.6 พันล้านปอนด์ ได้ที่เมือง Cadarache ประเทศฝรั่งเศส
EAST ย่อมาจาก Experimental Advanced Superconducting Tokamak ติดตั้งอยู่ที่สถาบัน Hefei Institutes of Physical Science of the Chinese Academy of Sciences (CASHIPS) ในนครเหอเฝย มณฑลอันฮุย หรือชื่อที่รู้จักกันตามสื่อมวลชนว่า ‘ดวงอาทิตย์เทียม’ โครงการนี้มีประเทศไทยเข้าร่วมทำการศึกษาด้วย
แถมด้วยปัจจุบันประเทศไทยของเรากำลังรับมอบหนึ่งในเครื่องทดสอบปฏิกิริยาฟัวชันจากทางประเทศจีน แม้ว่าจะเป็นเครื่องรุ่นเก่าที่ผ่านการทดสอบและยังไม่สามารถไปถึงจุดการทำ Fusion นั้น อย่างน้อยก็เป็นบันไดเปิดทางสู่องค์ความรู้ใหม่ที่ประเทศไทยจะได้ศึกษาก่อนที่จะเดินหน้าสู่การทดลองครั้งใหญ่
ได้แต่หวังว่า Nuclear Fusion จะสำเร็จออกมาสมบูรณ์แบบในเร็ววัน เพราะเมื่อถึงวันนั้นหลายประเทศบนโลกจะได้หลุดจากวัฏจักรของพลังงานพื้นฐานราคาแพงและผันผวนตลอดเสียที เอ หรือว่าจะมีบุคคลชุดดำที่ไม่ชอบอนาคตที่กำลังไล่ล่า โลก แบบนี้กัน
สำหรับผู้ที่สนใจ ข่าวสาร บทความ และสาระความรู้ใหม่ๆ สามารถติดตามอ่านเพิ่มเติม ได้ ที่นี่
