อีกนานเท่าไรเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันถึงจะเสร็จสมบูรณ์?

            เมื่อวันที่ 31 มกราคม พ.ศ.2561 ผู้เขียนได้มีโอกาสเข้าร่วมงานเสวนาหัวข้อ “นิวเคลียร์ฟิวชัน : นวัตกรรมพลังงานเพื่อมนุษยชาติ” ซึ่งถูกจัดขึ้นโดยสถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) ที่โรงแรมดุสิตธานี จากการแลกเปลี่ยนความคิดเห็นกับนักวิจัยด้านนิวเคลียร์ฟิสิกส์บางท่านทำให้ผู้เขียนได้ทราบข้อมูลเพิ่มเติมว่านักวิจัยในต่างประเทศคาดว่าเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน “น่าจะ” เสร็จสมบูรณ์ภายในปี ค.ศ.2030 เป็นอย่างเร็ว ซึ่งคำกล่าวนี้ตรงกับที่นักวิจัยจาก MIT ได้กล่าวเอาไว้ก่อนหน้านั้น


          กระทั่งเดือนพฤศจิกายนของปีเดียวกันก็มี “ข่าวใหญ่” ที่ได้รับความสนใจจากคนทั่วโลก นั่นคือเตาปฏิกรณ์ Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) แห่ง Hefei Institutes of Physical Science ของประเทศจีนสามารถสร้างอุณหภูมิได้สูงถึง 100,000,000 องศาเซลเซียสซึ่งร้อนกว่าแก่นกลางของดวงอาทิตย์ประมาณ 6 เท่า แต่สถานะดังกล่าวคงอยู่ได้เพียง 10 วินาทีก็สิ้นสุดลงจึงยังไม่สามารถนำมาใช้งานได้จริง

            1. Magnetic Confinement Fusion (MCF) หมายถึงการให้ความร้อนกับพลาสมาของไอโซโทปไฮโดรเจนจนถึงจุดที่เกิดปฏิกิริยาฟิวชัน โดยกระแสของพลาสมาจะถูกบังคับให้เคลื่อนที่ด้วยสนามแม่เหล็กที่อยู่ภายในระบบกักเก็บรูปวงแหวน (Toroidal Confinement System) เพื่อลดโอกาสที่กระแสพลาสมาจะสัมผัสกับผนังของวงแหวนจนเกิดการสูญเสียความร้อน เตาปฏิกรณ์ฟิวชันส่วนใหญ่มีรูปแบบการทำงานลักษณะนี้ ตัวอย่างโครงการวิจัยเตาปฏิกรณ์แบบ MCF ได้แก่ JET ในประเทศอังกฤษ EAST ในประเทศจีน และ ITER ซึ่งเป็นโครงการระดับนานาชาติในประเทศฝรั่งเศส

            2. Inertial Confinement Fusion (ICF) เป็นรูปแบบที่เกิดขึ้นภายหลังและแตกต่างจาก MCF โดย ICF จะเป็นการใช้แสงเลเซอร์ยิงเข้าไปที่เม็ดเชื้อเพลิงซึ่งทำจากไอโซโทปไฮโดรเจนจนมีอุณหภูมิกับความดันสูงขึ้นและทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชัน โดยระยะเวลาที่ใช้ในการเกิดปฏิกิริยาจะขึ้นอยู่กับความเฉื่อยของเม็ดเชื้อเพลิง ตัวอย่างโครงการวิจัยเตาปฏิกรณ์แบบ ICF ได้แก่ เตาปฏิกรณ์ของ NIF ที่ LLNL ในประเทศสหรัฐอเมริกา และ SG-III ในประเทศจีน

            ในเวลาต่อมาได้มีการผนวกข้อดีของ MCF กับ ICF เข้าด้วยกัน เรียกเทคโนโลยีใหม่นี้ว่า Magneto-Inertial Fusion (MIF) ซึ่งเป็นการควบคุมเม็ดเชื้อเพลิงเอาไว้ภายในโครงสร้างกักเก็บ แล้วจึงเพิ่มอุณหภูมิกับความดันจนถึงจุดเกิดปฏิกิริยาฟิวชันด้วยลำพลาสมาร้อนที่ยิงออกมาจากท่อลำเลียงที่อยู่โดยรอบ ซึ่งนักนิวเคลียร์ฟิสิกส์เชื่อว่า MIF จะมีความซับซ้อนน้อยและราคาถูกกว่า 2 รูปแบบแรก

            เดือนตุลาคมที่ผ่านมา American Physical Society ได้รายงานว่า Plasma Liner Experiment (PLX) ที่ Los Alamos National Laboratory ซึ่งเป็นเตาปฏิกรณ์แบบ MIF กำลังทำการติดตั้งท่อยิงลำพลาสมาความเร็วสูงอันที่ 18 จากทั้งหมด 36 อัน ซึ่งท่อยิงลำพลาสมาเหล่านี้จะทำหน้าที่สร้างปฏิกิริยาฟิวชันให้กับเชื้อเพลิงที่อยู่ภายในห้องเก็บเชื้อเพลิงทรงกลม โดยดร. Samuel Langendorf นักวิจัยประจำโครงการได้กล่าวเพิ่มเติมว่าท่อยิงลำพลาสมาที่เหลืออีก 18 อันจะติดตั้งเสร็จภายในปีหน้า และหวังว่าจะค้นพบข้อมูลใหม่ๆ เกี่ยวกับปฏิกิริยาฟิวชันเมื่อ PLX เดินเครื่องอย่างเต็มประสิทธิภาพ

             เทคโนโลยีนิวเคลียร์ฟิวชันได้รับความสนใจและมีการพัฒนามาตั้งแต่ก่อนปี ค.ศ.1940 เพราะมีข้อดีดังต่อไปนี้


          1.เชื้อเพลิงของเตาปฏิกรณ์ฟิวชันคือดิวทีเรียม (Deuterium) และทริเทียม (Tritium) ซึ่งเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจน ดิวทีเรียมมีอยู่มากในน้ำ ส่วนทริเทียมสามารถผลิตได้จากลิเธียมที่มีอยู่มากในเปลือกโลก ทำให้มีราคาต้นทุนต่ำและมีให้ใช้นานนับล้านปี
          2. เป็นพลังงานที่มีความสะอาดสูงเพราะไม่ปลดปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ขณะทำงาน แต่จะปลดปล่อยฮีเลียมซึ่งเป็นแก๊สเฉื่อยที่ไม่เป็นมลภาวะต่อบรรยากาศ
          3. มีประสิทธิภาพเชิงพลังงานมากกว่าพลังงานฟอสซิลประมาณ 10 ล้านเท่าต่อหน่วยกิโลกรัม
          4. วัสดุกัมมันตรังสีที่เกิดขึ้นภายในเตาปฏิกรณ์มีอายุสั้นและง่ายต่อการรีไซเคิล
          5. โอกาสที่จะเกิดอุบัติเหตุร้ายแรงมีต่ำมาก เนื่องจากเชื้อเพลิงภายในแกนปฏิกรณ์มีขนาดเล็กมาก
          6. สามารถสร้างให้มีขนาดเล็กคล้ายกับเตาปฏิกรณ์ฟิชชันแบบโมดูล หรือ Small Modular Reactors ได้


          จากข้อดีดังกล่าวจะเห็นได้ชัดว่าเทคโนโลยีนิวเคลียร์ฟิวชันเป็นแหล่งพลังงานที่มีประสิทธิภาพ สะอาด และยั่งยืน หมายความว่าเมื่อใดที่เทคโนโลยีนี้เสร็จสมบูรณ์และถูกใช้ในเชิงพาณิชย์ เมื่อนั้นพลังงานชนิดอื่นๆ จะถูกลดบทบาทลงอย่างแน่นอน อย่างไรก็ตาม หากเทคโนโลยีนี้จะเสร็จสมบูรณ์ภายในปี ค.ศ.2030 จริง หลายประเทศก็ควรเร่งพัฒนาบุคคลากรที่มีความเชี่ยวชาญเฉพาะด้าน รวมถึงมองหาสถานที่ที่เหมาะสมสำหรับรองรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชันเอาไว้ตั้งแต่วันนี้ เพื่อให้พร้อมรับมือกับ “พลังงานยุคใหม่” ที่จะเข้ามาเปลี่ยนแปลงทิศทางของพลังงานในอนาคตอันใกล้

 

อ้างอิง

• https://phys.org/news/2019-10-magneto-inertial-fusion-nears.html?fbclid=IwAR3YrSJPpoUe35PKc1ILRnyauOWg9y3k0rjLiyul34fQILgnLsMwMS3Kbk8
• htps://www.nap.edu/read/18288/chapter/4
• https://lasers.llnl.gov/science/icf/how-icf-works?fbclid=IwAR1SXQIhLmYK0KYCuBK1MPl2QbI6ts1nQNOENeo6fZEbMimQYKd0PTj_BpQ
• http://www.ccfe.ac.uk/introduction.aspx?fbclid=IwAR259xKKzE3pI0PjWVbq7AuP2bANnE2_fEJqDWmpKJGj98QfRRdlEVg1L_0
• https://www.sciencealert.com/mit-scientist-asserts-that-we-will-have-fusion-energy-by-2030?fbclid=IwAR3ahb5440qU8XW2gdAa9hLChxQDrRXQI0lJAkdM3GQ3_qCBbiId0dVlFVs