รู้จักกับ "ดวงอาทิตย์ประดิษฐ์" พลังงานสะอาดรูปแบบใหม่ที่กำลังอยู่ในระหว่างการพัฒนา ซึ่งหากทำสำเร็จ นี่อาจเป็นคำตอบสุดท้ายของมนุษย์

เกาะติดข่าวสาร >> Nation Online
logoline

ไฮไลท์

  • ดวงอาทิตย์ประดิษฐ์ หรือ เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่น กลายเป็นกระแสได้รับความสนใจหลังความพยายามในการพัฒนาของจีน
  • รูปแบบการทำงานของเตาปฏิกรณ์คือจำลองกระบวนการเกิดของดวงอาทิตย์ โดยการหลอมรวมธาตุเบาให้กลายเป็นธาตุหนักจากสนามแม่เหล็กแรงสูง ซึ่งทำให้เกิดพลังงานมหาศาลจากกระบวนการดังกล่าว
  • มีความแตกต่างจากเตาปฏิกรณ์ฟิชชั่นแบบเดิมคือ ความเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมลดลง อีกทั้งเชื้อเพลิงยังหาได้ง่ายกว่าเพราะไม่ต้องใช้แร่ธาตุเฉพาะอย่าง ยูเรเนียม แต่อาศัยธาตุทั่วไปคือ ไฮโดรเจน ก็เพียงพอ
  • ปัจจุบันกระบวนการและขั้นตอนทั้งหมดยังอยู่ในห้องทดลอง จำเป็นต้องได้รับการพัฒนาต่อยอดเพิ่มเติมอีกมาก แต่ถือเป็นตัวเลือกพลังงานสะอาดที่น่าสนใจอนาคต

--------------------

          กระแสพลังงานสะอาดกลับมาได้รับความสนใจ หลังประเด็นด้านสิ่งแวดล้อมได้รับการพูดถึงกว้างขวางในปีที่ผ่านมา ภายหลังปัญหาสิ่งแวดล้อมและสภาพอากาศสุดขั้วที่มาพร้อมภัยธรรมชาติร้ายแรง ผู้คนในหลายประเทศจึงเริ่มตระหนัก มองหาตัวเลือกทดแทนพลังงานถ่านหินหรือฟอสซิลที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน

 

          ในบรรดาตัวเลือกมากมายพลังงานที่ถูกหยิบขึ้นมาพูดถึงอีกครั้งคือพลังงานนิวเคลียร์ ด้วยความสามารถในการจ่ายพลังงานได้มหาศาลจากต้นทุนไม่สูงมากเหมาะสำหรับการหล่อเลี้ยงพื้นที่ชุมชนเป็นวงกว้าง นั่นทำให้โครงการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่บางประเทศเคยพับเก็บหลังเกิดเหตุการณ์ เชอร์โนบิล และ ฟุกุชิมะ ได้รับการพูดถึงอีกครั้ง

 

          ล่าสุดทางการจีนเพิ่งประสบความสำเร็จในการสร้างสถิติโลก จากการใช้เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่นเพื่อสร้างพลังงาน โดยในการทดลองครั้งล่าสุดสามารถปล่อยประจุพลาสม่าออกมาที่อุณหภูมิ 70 ล้านองศาเซลเซียส เป็นเวลา 1,056 วินาที ในวันที่ 30 ธันวาคม 2021 ถือเป็นผลสำเร็จอีกขั้นของเตาปฏิกรณ์แบบโทคาแมคหรือเรียกกันว่า “ดวงอาทิตย์ประดิษฐ์”

ดวงอาทิตย์ประดิษฐ์ พลังงานสะอาดที่ไม่มีวันหมดไปจากโลก ดวงอาทิตย์ประดิษฐ์คืออะไร? ทำงานอย่างไร?
          ดวงอาทิตย์ประดิษฐ์ ชื่อเต็ม เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ รุ่นเอชแอล-ทูเอ็มโทคาแมค (HL-2M Tokamak) นี้ ตั้งอยู่ในเมืองเฉิงตู มลฑลเสฉวน ทางตะวันตกเฉียงใต้ของประเทศจีน ถูกสร้างขึ้นเพื่อพัฒนาและวิจัยพลังงานสะอาด อาศัยหลักการของปฏิกิริยาฟิวชั่วแบบเดียวกับที่เกิดในแกนของดวงอาทิตย์ เป็นที่มาของชื่อ ดวงอาทิตย์เทียม หรือ ดวงอาทิตย์ประดิษฐ์

 

          รูปแบบการทำงานของดวงอาทิตย์ประดิษฐ์นั้นสมชื่อคือการสร้างกระบวนการของดวงอาทิตย์ โดยอาศัยพลาสม่าภายในเตามาเหนี่ยวนำเข้าหากันผ่านการสร้างสนามแม่เหล็กแรงสูง กระบวนการดังกล่าวจะทำให้นิวเคลียสและอะตอมของธาตุเบาหลอมรวมกันเป็นธาตุหนัก สร้างพลังงานมหาศาลออกมาในชั่วพริบตาเหมือนกับที่เกิดภายในแกนดวงอาทิตย์

 

          ปริมาณความร้อนและพลังงานที่เกิดขึ้นนั้นมหาศาล จากสถิติสูงสุดที่ถูกปล่อยออกมาคือ 160 ล้านองศาเซลเซียส เป็นเวลา 20 วินาที ซึ่งเป็นขีดความร้อนที่สูงกว่าแกนกลางดวงอาทิตย์ที่ 15 ล้านองศาเซลเซียสนับสิบเท่า ถือเป็นความก้าวหน้าของเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ครั้งสำคัญ ยกระดับการสร้างพลังงานของมนุษยชาติไปอีกขั้น

 

          จากการประเมินขีดความสามารถ เตาโทคาแมคสามารถสร้างพลังงานความร้อนได้มากกว่า 100 เมกะวัตถ์ ซึ่งเพียงพอในการหล่อเลี้ยงเมืองขนาดเล็กทั้งเมือง ซึ่งนี่เป็นเศษเสี้ยวพลังงานที่เกิดขึ้นจากการเดินเครื่องเตาปฏิกรณ์แค่เพียง 10 วินาที หากสามารถใช้งานได้เต็มรูปแบบก็อาจมากพอหล่อเลี้ยงได้ทั้งประเทศเลยทีเดียว

 

          ในอนาคตถ้าเราสามารถใช้งานเตาปฏิกรณ์ชนิดนี้ ควบคุมปฏิกิริยาฟิวชั่นให้จ่ายพลังงานแก่เราได้สมบูรณ์ จะถือเป็นพลังงานสะอาดแหล่งสำคัญและยั่งยืนที่สุดในโลก จนเหมือนการสร้างดวงอาทิตย์ขึ้นมาใช้งานเองเลยทีเดียว นี่จึงถือเป็นเรื่องน่าตื่นเต้นทั้งในแวดวงวิทยาศาสตร์และพลังงาน

เตาปฏิกรณ์ที่สร้างดวงอาทิตย์ประดิษฐ์

ความแตกต่างระหว่างเตาปฏิกรณ์แบบฟิวชั่นกับเตาปฏิกรณ์ฟิชชั่น
          ถึงตรงนี้ผู้คนย่อมต้องเกิดคำถามว่านำพลังงานนิวเคลียร์มาใช้จะไม่เป็นอันตรายอย่างนั้นหรือ เมื่อบทเรียนปรากฏออกมาให้เห็นทั้งจากเชอโนบิลและฟุกุชิมะ สองดินแดนมรณะที่ยังคงความอันตรายมาจนทุกวันนี้ อาจทำให้เกิดความกังวลในการหยิบจับใช้งานพลังงานชนิดนี้ขึ้นมาอีกครั้งว่าหากเกิดการรั่วไหลจะเป็นอันตรายขนาดไหน

 

          ก่อนอื่นต้องเข้าใจก่อนว่าเตาปฏิกรณ์รุ่นเก่าใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชั่นในการสร้างพลังงาน กล่าวคือการยิงตรอนเข้าหานิวเคลียสของธาตุหนักจำพวกยูเนียมให้เกิดการแตกตัวจนเกิดพลังงานจากขั้นตอนนั้น เป็นรูปแบบการใช้พลังงานนิวเคลียร์ส่วนมากตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน

 

          ส่วนนี้เองที่เป็นปัญหาเมื่อธาตุหนักมีความเป็นพิษสูงทำให้เกิดกัมมันตรังสีตกค้าง หลังการใช้งานจะทิ้งกากกัมมันตรังสีรวมถึงวัตถุปนเปื้อนซึ่งยากในการกำจัด เป็นบ่อเกิดปัญหาชิ้นสำคัญที่เรามักได้ยินอยู่บ่อยครั้ง และเมื่อเกิดการผิดพลาดขึ้นมาจึงทิ้งความเป็นพิษไว้สูงมากเหมือนที่เกิดในเชอโนบิล

 

          ตรงข้ามปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นที่เกิดจากการนำธาตุเบามารวมกันเป็นธาตุหนัก แกนพลังงานส่วนมากเผาไหม้ไปเกือบหมดเมื่อเกิดปฏิกิริยา เช่นเดียวกับธาตุหลักที่ใช้งานเป็นธาตุเบา ความเป็นพิษต่ำจึงทิ้งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมไว้น้อยกว่า

 

          อีกทั้งปริมาณพลังงานจากปฏิกิริยาฟิวชั่นยังสูงกว่าฟิชชั่นจนเทียบกันไม่ได้ แม้ขั้นตอนการสร้างปฏิกิริยานี้ให้เกิดขึ้นจะยากกว่า แต่หากสามารถนำมาใช้งานแพร่หลายเป็นวงกว้างได้สำเร็จ ย่อมทำให้การกินทรัพยากรที่เกิดขึ้นน้อยกว่ารวมถึงไม่ทิ้งมลพิษตกค้างบนโลก กลายเป็นอีกตัวเลือกน่าสนใจสำหรับพลังงานสะอาดในอนาคต

 

          นอกจากนี้ข้อแตกต่างประการสำคัญอีกอย่างของคือแกนหลักของเชื้อเพลิง ปฏิกิริยาฟิชชั่นอาศัยการแตกตัวของยูเรเนียม - 235 ถือเป็นแร่ที่หาตามธรรมชาติได้น้อยมาก อีกทั้งยูเรเนียมที่นำมาใช้งานเป็นเชื้อเพลิงจำเป็นต้องมีความบริสุทธิ์สูงพอ เมื่อรวมกับการที่ยูเรเนียมชนิดนี้ค้นพบตามธรรมชาติได้เพียง 0.7% จึงถือเป็นแร่อันล้ำค่าสำหรับนำไปทำเป็นเชื้อเพลิง

 

          แตกต่างจากปฏิกิริยาฟิวชั่นที่วัตถุดิบหลักคือดิวเทอเรียม ไอโซโทปของธาตุที่มีอยู่ตามธรรมชาติอย่าง ไฮโดรเจน แม้อัตราส่วนการค้นพบตามธรรมชาติจะมีจำนวนน้อย แต่สามารถแยกไอโซโทปจากไฮโดรเจนได้จากหลาหลายวิธีการ จนสามารถสร้างและเพิ่มอัตราส่วนของดิวเทอเรี่ยมได้ดังใจ เรียกว่าที่ใดมีไฮโดรเจนก็ย่อมมีดิวเทอเรียมนั่นเอง

 

          นี่เป็นสาเหตุว่าทำไมปฏิกิริยาฟิวชั่นถูกมองเป็นกุญแจสู่อนาคต เนื่องจากไฮโดรเจนคือธาตุที่ถูกพบได้ทั่วไปไม่เว้นแม้แต่ในน้ำทะเล หากสามารถผลิตและควบคุมปฏิกิริยาฟิวชั่นได้สำเร็จ เราจะมีเชื้อเพลิงจำนวนมหาศาลจนเกือบไร้ขีดจำกัด อีกทั้งยังเป็นพลังงานสะอาดที่เกิดจากน้ำและมีความเป็นพิษต่ำอีกด้วย
เตาปฏิกรณ์ที่สร้างดวงอาทิตย์ประดิษฐ์ ข้อจำกัดในปัจจุบันที่ทำให้ปฏิกิริยาฟิวชั่นยังอยู่แต่ในห้องทดลอง
          ขั้นตอนการสร้างรวมถึงความสามารถในการคายพลังงานนั้นน่าตื่นตา แต่ถึงปัจจุบันเราจะประสบความสำเร็จในการสร้างดวงอาทิตย์ การนำพลังงานนี้ไปใช้งานก็ยังอยู่ในขั้นทดลองที่ไม่สามารถนำไปใช้งานจริง จากข้อจำกัดหลายด้านที่เรายังประสบอยู่ในปัจจุบัน

 

          แรกสุดคืองบประมาณในการสร้างเตาปฏิกรณ์ฟิวชั่นเป็นเรื่องยาก ด้วยความซับซ้อนในการทำงานและปริมาณพลังงานรวมที่เพิ่มขึ้น การจัดสร้างหรือใช้งานเตาปฏิกรณ์ในชนิดนี้ปัจจุบันจึงยังไม่สามารถทำได้ โดยเฉพาะในวันที่ทุกอย่างยังอยู่ในขั้นการทดลอง ยังต้องการทรัพยากรอีกมหาศาลสำหรับการใช้จริง

 

          นับจากแค่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้ในการทดลองในโครงการ ITER ที่เกิดจากความร่วมมือของนานาชาติ ยังมีค่าใช้จ่ายในการทดลองมากถึง 22.5 พันล้านดอลลาร์ ซึ่งปัจจุบันเตาของทาง ITER และดวงอาทิตย์ประดิษฐ์ของจีนเอง ทั้งหมดอยู่ในขั้นทดลองที่จำเป็นต้องได้รับการส่งเสริมต่อยอดเพิ่มเติม ซึ่งนั่นเป็นงบประมาณที่มีแค่มหาอำนาจที่รับไหว

 

          เทคโนโลยีก็เป็นอีกประเด็นสำคัญแม้เราจะสร้างพลังงานขึ้นมาจากสิ่งนี้ได้แล้วก็จริง แต่การเปลี่ยนพลังงานมหาศาลจากปฏิกิริยาฟิวชั่นมาใช้เป็นพลังงานไฟฟ้าในการใช้งานจริงยังเป็นเรื่องยาก โดยเฉพาะการทำให้มันเสถียรและมั่นคงมากพอเป็นแกนหลักในการขับเคลื่อนโลก จำเป็นต้องผ่านการพัฒนาต่อไปเพื่อให้สามารถใช้ได้แพร่หลายในอนาคต

 

          นอกจากงบประมาณกับเทคโนโลยีปัจจุบันยังไม่รองรับแล้ว อีกส่วนที่สำคัญไม่แพ้กันคือประเด็นด้านความปลอดภัย แม้ในเชิงทฤษฎีปฏิกิริยาฟิวชั่นจะไม่ทิ้งกากกัมมันตรังสี ตัวการสำคัญในด้านก่อให้เกิดพิษระบาดเป็นวงกว้างแบบครั้งของเชอโนบิลหรือฟุกุชิมะก็จริง แต่การสร้างและใช้งานพลังงานมหาศาลนั้นขึ้นมาก็เป็นอันตรายไม่แพ้กัน

 

          ปัจจุบันทุกขั้นตอนอยู่ในห้องทดลองซึ่งมีการควบคุมความปลอดภัยค่อนข้างสูง ดังนั้นโอกาสเกิดเหตุผิดพลาดหรือเรื่องร้ายแรงใดก็ตามจึงน้อย แต่เมื่อวันหนึ่งเข้าสู่ขั้นตอนการใช้งานจริง จำเป็นอย่างยิ่งในการต้องมีระบบรักษาความปลอดภัยที่แข็งแรงและขั้นตอนรับมือแก้ไขปัญหาอย่างจริงจัง

 

          การรั่วไหลหรือข้อผิดพลาดคือเรื่องที่ทุกคนไม่ต้องการให้เกิดขึ้นและยิ่งทำให้เราต้องเฝ้าระวัง เพราะกรณีของเชอโนบิลกับฟุกุชิมะเองล้วนไม่มีใครปรารถนาให้เป็นจริงแต่มันก็ยังเกิด ยิ่งเมื่อพลังงานจากปฏิกิริยาฟิวชั่นมีมากกว่านับร้อยนับพันเท่า ความเสียหายที่ตามมาก็อาจเกินจินตนาการ

 

          ครั้งนี้จะไม่ใช่แค่สร้างผลร้ายต่อทั่วทั้งทวีป แต่อาจลบล้างมนุษยชาติให้หายวับไปกับตาเลยทีเดียว

 

          แต่แน่นอนหากนำไปใช้อย่างถูกวิธีนี่อาจเป็นทางรอดและแสงสว่างดวงใหม่แห่งมวลมนุษย์ ทำให้เราสามารถหลีกเลี่ยงหายนะจากธรรมชาติ บรรเทาปัญหาภาวะโลกร้อน ลดผลกระทบจากปัญหาสภาพอากาศได้ในอนาคต เป็นเส้นทางสายใหม่ที่ทำให้เรามีชีวิตต่อไปบนโลกใบนี้ได้ที่คุ้มค่าพอจะเดิมพัน

 

          และได้แต่หวังว่ามันจะสามารถพัฒนาจนนำมาใช้จริงได้ก่อนจะถึงวันที่ทุกอย่างสายเกินไป

ดวงอาทิตย์ประดิษฐ์ พลังงานสะอาดที่ไม่มีวันหมดไปจากโลก --------------------

ที่มา