พามารู้จัก “โทคาแม็ค” อุปกรณ์ที่จะทำให้ความฝันของพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่นเป็นจริงขึ้นมาได้

พามารู้จัก “โทคาแม็ค” อุปกรณ์ที่จะทำให้ความฝันของพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่นเป็นจริงขึ้นมาได้

ทุกคนคงทราบกันดีแล้วว่าโลกของเราในปัจจุบันกำลังประสบปัญหาวิกฤติด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม เรื่องที่เป็นวาระแห่งโลก ที่มนุษย์ชาติจำเป็นต้องรีบทำอย่างเร่งด่วน คือการมองหาแหล่งพลังงานแหล่งใหม่ที่เป็นพลังงานสะอาด ใช้ง่าย ควบคุมได้ง่าย และมีความปลอดภัย หนึ่งในแหล่งพลังงานรูปแบบใหม่ที่ทุกคนตั้งความหวังไว้มากที่สุดก็คือ พลังงานนิวเคลียร์รูปแบบใหม่ที่เรียกว่า “นิวเคลียร์ฟิวชั่น” (Fusion Nuclear) ที่นักวิทยาศาสตร์ด้านนิวเคลียร์ระดับโลกมั่นใจว่าการพัฒนานิวเคลียร์ฟิวชั่นจะเสร็จและเราสามารถสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชั่นได้อย่างสมบูรณ์ พร้อมกับจ่ายให้ให้กับชาวโลกได้ภายใน 200 ปีนับจากนี้

รูปแบบของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นเป็นอย่างไร และมันจะอันตรายหรือไม่?

นิวเคลียร์ฟิวชั่นคือรูปแบบปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นภายในดวงอาทิตย์ ที่เกิดจากการหลอมรวมอะตอมของธาตุที่เบาที่สุดในจักรวาลให้กลายเป็นอะตอมของธาตุที่หนักกว่าเช่นฮีเลียม ผลผลิตที่ได้จากการหลอมรวมนี้จะเป็นพลังงานที่มหาศาลอย่างต่อเนื่อง ส่วนสิ่งที่คาดว่าจะเป็นมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมนั้นไม่มีเลย เพราะจะมีเพียงน้ำบริสุทธิ์เท่านั้นที่เป็นผลผลิตจากปฏิกิริยาที่ได้ออกมา แต่การจะเริ่มต้นปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นนั้นไม่ง่ายเลย เพราะเราจะต้องเริ่มต้นมันด้วยพลังงานที่มหาศาลมาก ด้วยการให้ความร้อนแก่อะตอมของไฮโดรเจนจนมันอยู่ในสภาวะพลาสม่าที่อุณหภูมิหลายล้านองศาเซลเซียส เพื่อที่จะหลอมอะตอมของมันเข้าด้วยกัน

ปัจจุบันมนุษย์เราสามารถก่อกำเนิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นได้กี่วิธี?

เมื่อได้ทราบเช่นนี้แล้วหลายคนคงคิดว่าแทบจะไม่มีความเป็นไปได้เลยที่จะก่อกำเนิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นบนโลกของเราได้ แต่คุณคิดผิดแล้ว เพราะตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบันมีนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรจากหลายทีมทั่วโลกได้พยายามค้นหาวิธีก่อกำเนิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น โดยหลัก ๆ ในตอนนี้โลกเรามีวิธีกำเนิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นอยู่ 2 วิธีคือ เลเซอร์ฟิวชั่น (Laser Fusion) ที่เกิดจากการยิงลำแสงเลเซอร์พลังงานสูงหลายลำโฟกัสไปที่แคปซูลที่อัดแน่นไปด้วยอะตอมของไฮโดรเจน จนก่อกำเนิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นได้ และอีกวิธีการหนึ่งก็คือการใช้ภาชนะที่เป็นท่อรูปโดนัทที่เรียกว่า โทคาแม็ค (Tokamak)

โทคามัคคืออะไร ความสามารถพิเศษของมันมีอะไรบ้าง ?

การสร้างปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นโดยท่อโทคาแม็คนั้น เป็นวิธีการที่นักวิทย์ฯให้ความหวังมากกว่าเลเซอร์ฟิวชั่น เพราะใช้ง่ายกว่า และมีประสิทธิภาพมากกว่า แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าต้นแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบเลเซอร์ฟิวชั่นจะไม่มีโอกาสสำเร็จ ดังนั้นในบทความนี้เราจึงของอธิบายพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่นจากโทคาแม็ค เพราะในปี 2018 นี้ มีข่าวความเคลื่อนไหวว่านิวเคลียร์ฟิวชั่นจากโทคาแม็คได้พัฒนาไปไกลแล้ว หากจะให้อธิบายเกี่ยวกับโทคาแม็คแบบขอสั้น ๆ มันก็คือภาชนะตัวหนึ่งที่ถูกออกแบบมาเพื่อวัตถุประสงค์ในการสร้างปฏิกิริยานิวเคลียร์โดยเฉพาะ มันถูกคิดค้นขึ้นในปี ค.ศ. 1966 โดยนักฟิสิกส์แห่งสหภาพโซเวียตอย่างลับ ๆ หลังจากที่ความรู้นี้ได้แพร่งพรายออกไปงานวิจัยการสร้างนิวเคลียร์ฟิวชั่นโดยโทคาแม็คก็เริ่มแพร่กระจายออกไปทั่วโลก ทำให้ปัจจุบันมี รัสเซีย ยุโรป อเมริกา ญี่ปุ่น และจีน (น้องใหม่) เป็นผู้นำด้านเทคโนโลยีนิวเคลียร์ฟิวชั่นที่กำเนิดโดยโทคาแม็ค คุณสมบัติสำคัญของท่อโทคาแม็คก็คือ สามารถให้พลังงานแก่อะตอมของไฮโดรเจนจนสามารถก่อเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นได้ และสามารถสร้างม่านพลังแม่เหล็กให้สามารถเก็บกับพลาสม่าร้อนที่อุณหภูมิหลายล้านองศาเซลเซียสไว้ได้ และสามารถควบคุมทิศทางการไหลของพลาสม่าร้อนที่เป็นการจำลองปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์ จนสามารถสร้างเสถียรภาพการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นได้อย่างต่อเนื่อง

ปัจจุบันในปี 2018 นี้เทคโนโลยีฟิวชั่นในโทคาแม็คของโลกเราก็ได้พัฒนามาไกลแล้ว โดยล่าสุดที่เพิ่งจะเป็นข่าวครึกโครมไปในช่วงเดือนพฤศจิกายน 2018 ที่ผ่านมาที่ทางการจีนได้ประโคมข่าวว่าสามารถสร้าง “ดวงอาทิตย์เทียม” ที่ร้อนที่สุดในโลกได้เป็นผลสำเร็จ ซึ่งความหมายที่แท้จริงก็คือ จีนประสบความสำเร็จในการสร้างพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่นจากโทคาแม็คที่สามารถปล่อยพลังงานออกมาได้ร้อนที่สุดถึง 10 ล้านองศาเซลเซียส ซึ่งร้อนกว่าแกนกลางของดวงอาทิตย์ และสามารถรักษาเสถียรภาพไว้ได้นานถึง 10 วินาที ซึ่งถือว่านานที่สุดในโลกเท่าที่มนุษย์เคยทำได้ ความสำเร็จของจีนในครั้งนี้จึงถือเป็นความสำเร็จครั้งสำคัญ เป็นก้าวใหญ่ ๆ ของอนาคตพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่นที่สดใสของลูกหลานเราต่อไป

พลังงาน “นิวเคลียร์ฟิวชั่น” พลังงานทางเลือกที่คนยุคใหม่ไม่รู้จักไม่ได้แล้ว !

พลังงาน “นิวเคลียร์ฟิวชั่น” พลังงานทางเลือกที่คนยุคใหม่ไม่รู้จักไม่ได้แล้ว !

ปัจจุบันปัญหาด้านการขาดแคลนพลังงานนั้นเป็นปัญหาใหญ่ที่ถือได้ว่าเป็นวาระแห่งโลกไปแล้ว เพราะโลกเราในตอนนี้ที่พึ่งพาพลังงานมากกว่า 90 % จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงจากซากดึกดำบรรพ์ ไม่ว่าจะเป็นน้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติ ซึ่งนับวันมีแต่ร่อยหรอลงไปทุกที ที่สำคัญไปกว่านั้นคือผลกระทบจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลพวกนี้ก็คือการทำลายชั้นบรรยากาศก่อให้เกิดสภาวะโลกร้อน และการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลก พลังงานทดแทนจึงถือได้ว่าเป็นความหวังใหม่ในวงการพลังงาน

มนุษยชาติกำลังมองหาแหล่งพลังงานทดแทนที่สะอาด ยั่งยืนและสามารถควบคุมได้

ปัจจุบันแวดวงพลังงานทดแทนมีการพัฒนาก้าวหน้าไปมาก ไม่ว่าจะเป็นพลังงานจากแสงอาทิตย์ ลม และน้ำ แต่อย่างไรก็ตามแหล่งพลังงานเหล่านี้ถือว่าควบคุมได้ยาก เพราะเราไม่สามารถความคุมทิศทางลม ความเข้มของแสงอาทิตย์ และความเร็วของกระแสน้ำได้ มนุษย์จึงอยากได้แหล่งพลังงานสะอาดที่ควบคุมได้ง่ายเหมือนกับการเร่งไฟหรือหรี่ไฟบนเตาแก๊ส แล้วเราจะหากแหล่งพลังงานสะอาดแบบนั้นได้ที่ไหน? คำตอบก็คือจากแหล่งพลังงานนิวเคลียร์นั่นไง! เพราะเมื่อพูดถึงนิวเคลียร์ทุกคนก็ทราบดีว่าเป็นแหล่งพลังงานที่มหาศาลและมีประสิทธิภาพ ให้เชื้อเพลิงที่สูงกว่าโรงไฟฟ้าถ่านหินมาก แต่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมไม่น้อย ไม่ว่าจะเป็นเรื่องกากกัมมันตรังสีที่อาจปนเปื้อนสู่สิ่งแวดล้อมได้ เช่นกรณีของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่เชินโนบิล และที่ฟุกูชิมะ แต่ช้าก่อนเพราะสิ่งที่เราจะพูดต่อไปนี้ไม่ใช่รูปแบบของนิวเคลียร์ที่ทุกคนกลัวกัน แต่นี่คือนิวเคลียร์ที่เป็นพลังงานสะอาดอย่างแท้จริง

พลังงานนิวเคลียร์ ฟิวชั่น แหล่งพลังงานสะอาดความหวังพลังงานที่เราจะส่งต่อเป็นมรดกให้แก่คนรุ่นต่อไป

พลังงานนิวเคลียร์รูปแบบที่ทุกคนกลัวกันนั้น คือรูปแบบของปฏิกิริยานิวเคลียร์แตกตัว หรือ ฟิชชั่น ซึ่งผลที่ได้จากการแตกตัวของอะตอมของธาตุนิวเคลียร์ที่เกิดเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ นอกจากจะมีพลังงานแล้วยังมีรังสีนิวเคลียร์ที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตด้วย ซึ่งเป็นรูปแบบของพลังงานนิวเคลียร์ที่ไม่ปลอดภัย และไม่สามารถพูดได้เต็มปากว่าเป็น “แหล่งพลังงานสะอาดแห่งอนาคต” ได้แม้ว่าหลายบริษัทจะอ้างว่ามีวิธีการจัดการกับรังสีเหล่านี้ได้อย่างปลอดภัยก็ตาม แต่รูปแบบนิวเคลียร์ที่เรากำลังจะพูดถึงคือ “นิวเคลียร์ฟิวชั่น” (Fusion) ตัวนี้สิถึงเรียกว่าพลังงานสะอาดอย่างแท้จริง ซึ่งเป็นกลไกการสร้างพลังงานที่เกิดขึ้นในดวงอาทิตย์ ที่เกิดจากการรวมอะตอมของธาตุของธาตุไฮโดรเจนที่เป็นธาตุที่มีมวลเบาที่สุดในตารางธาตุให้กลายเป็นอะตอมของธาตุฮีเลียมที่มีน้ำหนักมากขึ้น เมื่อการหลอมรวมเสร็จสิ้นมันจะปล่อยพลังงานออกมามหาศาล ผลที่ได้นอกจากพลังงานก็คือน้ำบริสุทธิ์เท่านั้น

เมื่อพูดโดยหลักการแล้วนิวเคลียร์ฟิวชั่นนั้นทำง่าย แต่ในทางปฏิบัติจริง ๆ แล้วทำได้ยากมาก เพราะต้องใช้พลังงานในการเริ่มต้นปฏิกิริยาที่สูงมาก และที่ยากกว่าก็คือการรักษาเสถียรภาพของการเกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นเอาไว้ให้ได้จนทำให้เราสามารถเร่งไฟหรือหรี่ไฟได้เหมือนกับการเปิดเตาแก๊สนั่นเอง แต่เมื่อวันใดที่งานวิจัยนิวเคลียร์ฟิวชั่นสำเร็จ วันนั้นจะถือได้ว่ามนุษยชาติเราจะได้รับการปลดแอกจากการเป็นทาสของพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิล ทำให้เราไม่ต้องง้อน้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติอีกต่อไป