ทางเลือกของพลังงานสะอาด ความสำเร็จในการผลิตพลังงานจากปฏิกริยาฟิวชันด้วยเตาปฏิกรณ์ขนาดเล็ก

พลังงานนิวเคลียร์ เป็นพลังงานทางเลือกจากเทคโนโลยีที่ออกแบบมาเพื่อนำพลังงานจากอะตอมของสสารมาใช้งาน บางประเทศมีการผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์ โดยการต้มน้ำ แล้วเอาพลังงานที่ได้มาหมุนกังหันเปลี่ยนเป็นกระแสไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม พลังงานนิวเคลียร์ ดูเหมือนจะไม่เป็นที่ยอมรับมากนัก อาจเพราะคุ้นเคยกับคำว่าระเบิดปรมาณู หรืออาจคิดว่าเป็นพลังงานที่อันตราย หรือแม้แต่ความเชื่อที่ว่าเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม จากเหตุการณ์อุบัติภัยเชอร์โนบิลเมื่อปี 1986 ซึ่งเป็นอุบัติภัยจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ร้ายแรงที่สุดที่เคยเกิดขึ้นบนโลก

พลังงานนิวเคลียร์ที่สามารถนำมาเป็นแหล่งพลังงานได้ หลักๆ มี 2 แบบด้วยกันคือ

1. พลังงานนิวเคลียร์ฟิชชัน (Fission) 

เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์โดยการแยกตัว หรือแตกตัวของนิวเคลียสของธาตุหนัก เช่น ธาตุยูเรเนียม ธาตุพลูโตเนียม โดยการยิงด้วยนิวตรอน ซึ่งการแตกตัวแต่ละครั้งของนิวเคลียสของธาตุหนักจะทำให้มวลของนิวเคลียสบางส่วนจะหายไป กลายเป็นพลังงานออกมาในรูปของรังสีแอลฟา เบต้า แกมมาและรังสีชนิดอื่นๆ และเกิดนิวตรอนใหม่อีก 2 หรือ 3 ตัว ซึ่งวิ่งเร็วมากพอที่จะไปยิงนิวเคลียสของอะตอมอื่นต่อไปทำให้เกิดปฏิริยาต่อเนื่องไปเรื่อยๆ เป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ (chain reaction) ) ซึ่งให้พลังงานออกมามหาศาล มีการนำปฏิกิริยาฟิชชันไปใช้ในการผลิตไฟฟ้า (ไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์) แต่ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันนี้จะได้กากกัมมันตรังสีออกมาด้วย

2. พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน (Fusion) 

เกิดจากการรวมตัวของนิวเคลียสของธาตุเบาเข้าด้วยกัน ได้นิวเคลียสของธาตุที่หนักกว่าคือฮีเลียม และนิวตรอน โดยมีการปลดปล่อยพลังงานออกมาด้วย เช่น พลังงานที่เกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์ โดยปกติเชื้อเพลิงของปฏิกิริยาฟิวชันประกอบด้วยไอโซโทปของไฮโดรเจน 2 ชนิด คือ ดิวทีเรียม (2H) และตริเตียม (3H) ซึ่งสามารถสกัดออกมาได้จากน้ำ และลิเทียมซึ่งเป็นธาตุที่มีในปริมาณมากบนโลก จึงเป็นที่เชื่อกันว่า พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน เป็นพลังงานสะอาด ปลอดภัย ใช้ได้ระยะยาว ไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากการหลอมรวมกันของโปรตอนเป็นกระบวนการหลักที่ดวงอาทิตย์ใช้ผลิตพลังงาน ไม่ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ไม่มีกัมมันตรังสี และกากกัมมันตรังสี เเพราะไม่ใด้ใช้แร่กัมมันตรังสี (เช่น แร่ยูเรเนียม) เป็นเชื้อเพลิง หากแต่เป็นพลังงานที่เกิดขึ้นด้วยปฏิกิริยาทางฟิสิกส์ของเชื้อเพลิงฟิวชันที่มีอยู่ในธรรมชาติ แบบเดียวกับดวงอาทิตย์ซึ่งถือเป็นเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันขนาดยักษ์ ซึ่งถ้าหากมนุษย์สามารถสร้างปฎิกรณ์ฟิวชันได้เหมือนที่สร้างปฎิกรณ์ฟิชชัน (เช่น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์) เราก็จะมีพลังงานที่สะอาดปริมาณมหาศาลไว้ใช้ในราคาที่ถูกลง

ความยากของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันคือการที่อะตอมของไฮโดรเจนทั้งคู่ที่จะมารวมกันมีเป็นประจุเป็นบวก ทำให้เกิดแรงผลักกัน การที่จะทำให้อะตอมทั้งคู่เข้าใกล้กันและเกิดปฏิกิริยาได้จึงเป็นเรื่องท้าทาย วิธีการก็คือการให้ความร้อนมากกว่า 100 ล้าน องศาเซลเซียสแก่อะตอมของไฮโดรเจนจนกลายเป็นพลาสมา (หรือเป็นแก๊สของนิวเคลียสและอิเล็กตรอน) ซึ่งที่สภาวะนั้นนิวเคลียสจะสามารถเอาชนะแรงผลักและเกิดปฏิกิริยาได้

จริงๆ แล้วปัจจุบันมีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชันต้นแบบอยู่หนึ่งแห่ง ซึ่งมีเตาปฏิกรณ์ที่มีมูลค่าถึง 8 แสนล้านบาท ตั้งอยู่ที่เมืองคาดารัช ประเทศฝรั่งเศส โดยทำการค้นคว้าทดลองภายใต้ความร่วมมือกันของประเทศฝรั่งเศส เกาหลีใต้ ญี่ปุ่น จีน อเมริกา ยุโรป และอินเดีย ในโครงการ International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) ซึ่งในขณะนี้มีความก้าวหน้าในระดับหนึ่งและกำลังพัฒนา

เมื่อเดือนตุลาคมที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน ได้เปิดเผยถึงความสำเร็จของของในการพัฒนาเตาปฏิกรณ์ขนาดเล็กสำหรับปฎิกริยาฟิวชันที่ราคาถูก (Lockheed’s fusion) โดยการใช้วงแหวนแม่เหล็กไฟฟ้าในการบังคับการเคลื่อนที่ของพลาสมา เมื่อพลาสมาที่เกิดขึ้นพยายามจะเคลื่อนที่ออกจากวง สนามแม่เหล็กจะดึงให้พลาสมากลับเข้ามาที่ศูนย์กลางดังเดิม 

จริงๆ แล้วเทคนิคนี้ถูกค้นพบตั้งแต่ปี 1960 แต่ยังมีจุดอ่อนคือพลาสมาที่เกิดขึ้นยังสามารถรั่วไหลออกไปได้ และไม่สามารถเพิ่มอุณหภูมิให้สูงเพียงพอได้ ในกรณีนี้นักวิทยาศาสตร์กลุ่มนี้ได้แก้ปัญหาโดยการห่อหุ้มวงแหวนด้วยกระจกเพื่อป้องกันการรั่วไหลของพลาสมาและยังมีเทคนิคพิเศษเพื่อดึงพลาสมาที่รั่วไหลบางส่วนให้กลับเข้ามาอีกครั้ง อย่างไรก็ตามไม่มีการเปิดเผยถึงอุณหภูมิ ความหนาแน่นและเวลาที่ใช้ในการสร้างพลาสมาดังกล่าวนี้ จากการพัฒนาดังกล่าวนี้ทำให้เราเห็นถึงความเป็นไปได้ที่เราจะมีพลังงานสะอาดจากปฏิกิริยาฟิวชันไว้ใช้ในอนาคต

ผู้เขียน: อันดาผู้ช่วยวิจัย/นิสิตปริญญาเอก
สาขา Polymer Science
The Petroleum and Petrochemical College
จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

อ้างอิง:https://cosmosmagazine.com/technology/lockheed%E2%80%99s-fusion-project-breaking-new-ground
http://www.technologyreview.com/news/531836/does-lockheed-martin-really-have-a-breakthrough-fusion-machine/
http://aviationweek.com/technology/skunk-works-reveals-compact-fusion-reactor-details
http://www.the-weinberg-foundation.org/wp-content/uploads/2013/02/Lockheed-Fusion-Graph.jpg

ที่มา : http://www.vcharkarn.com/varticle/501485