โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ฟิ ว ชั่ น.

นักวิทยาศาสตร์ขยับเข้าใกล้การนำปฏิกิริยา ‘นิวเคลียร์ฟิวชัน’ มาใช้เป็นแหล่งพลังงานใหม่ให้แก่มนุษยชาติเข้าไปอีกขั้น หลังจากเมื่อวันพุธที่ 9 ก.พ. 2565 ทีมจากห้องปฏิบัติการ Joint European Torus (JET) ในออกซ์ฟอร์ดประสบความสำเร็จในการใช้ปฏิกิริยาที่ว่า ผลิตพลังงานได้ถึง 59 เมกะจูล ภายในเวลา 5 วินาที ซึ่งมากกว่าสถิติก่อนหน้านี้ที่ทำไว้ตั้งแต่ปี 2540 เกิน 2 เท่า

นิวเคลียร์ฟิวชันเป็นกระบวนการผลิตพลังงานแบบเดียวกับที่ทำให้ดาวฤกษ์ต่างๆ รวมถึง ดวงอาทิตย์ของเราเปล่งแสงสว่างออกมา และถูกมองว่าเป็นแหล่งพลังงานแห่งอนาคต เนื่องจากในทางทฤษฎี มันไม่ต้องการเชื้อเพลิงจำนวนมากในการผลิต และก่อให้เกิดกากกัมมันตรังสีปริมาณเพียงเล็กน้อยและคงอยู่ในระยะเวลาสั้นๆ และที่สำคัญ ไม่ต้องเผาคาร์บอน ไม่ผลิตก๊าซเรือนกระจก

แม้ว่าในความเป็นจริงแล้ว พลังงาน 59 เมกะจูล ที่ผลิตออกมาได้นั้น ไม่ใช้ปริมาณที่มากมายนัก เพียงพอต้มน้ำได้ราว 60 กาเท่านั้น แต่สิ่งที่เกิดขึ้นที่ JET นับเป็นการฝ่าทางตันครั้งใหญ่ และจะถูกนำไปใช้ในการสร้างเตาปฏิกรณ์ขนาดใหญ่กว่าซึ่งกำลังมีการก่อสร้างที่ฝรั่งเศส เพื่อไขว่คว้าหนทางผลิตพลังงานเกือบไร้ขีดจำกัดที่จะเกิดขึ้นในอนาคต

การใช้พลังงานนิวเคลียร์นั้น มีด้วยกัน 2 วิธีคือ 1.การทำปฏิกิริยา “ฟิสชัน” (Fission) ที่โรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบันใช้กันอยู่ และ 2.การทำปฏิกิริยา “ฟิวชัน” (Fusion)

ในการทำปฏิกิริยาฟิสชัน จะใช้การแตกแยกอะตอมหนักของยูเรเนียมออกมาเป็นอะตอมขนาดเล็กกว่า เพื่อปลดปล่อยพลังงานออกมา ส่วนกระบวนการฟิวชันนั้นตรงกันข้าม โดยจะใช้อะตอมเบารวมเข้าสู่อะตอมที่หนักกว่า เพื่อปล่อยพลังงานออกมา แบบเดียวกับกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในแกนพลาสมาของดวงอาทิตย์

แต่ตามปกติแล้ว อะตอมจะผลักกันและกัน ทำให้ต้องใช้อุณหภูมิที่สูงเกินจินตนาการเพื่อเร่งความเร็วของพวกมัน ให้เคลื่อนที่เร็วมากพอจนกระทั่งชน และรวมเข้าด้วยกัน

ในการทดลองที่ JET นักวิทยาศาสตร์เพิ่มความร้อนให้แก่อนุภาครังสี ดิวเทอเรียม (deuterium) หรือเรียกอีกอย่างว่า ไฮโดรเจนหนัก และ ทริเทียม (tritium) ซึ่งเป็นหนึ่งในไอโซโทปของอะตอมไฮโดรเจนทั้งคู่ ให้มีอุณหภูมิสูงกว่า 100 ล้านองศาเซลเซียส ร้อนกว่าแกนกลางของดวงอาทิตย์ถึง 10 เท่า

แน่นอนว่าพลาสมาอุณหภูมิสูงขนาดนี้ไม่อาจเก็บไว้ได้ในภาชนะธรรมดา นักวิทยาศาสตร์จึงนำอนุภาคเหล่านี้ไปเก็บไว้ในเตาปฏิกรณ์รูปโดนัทขนาดใหญ่เรียกว่า ‘โทคาแมค’ (Tokamak) ที่มีเครื่องจักรสำหรับสร้างสนามแม่เหล็กแรงสูงกักพวกมันเอาไว้ โดยในระหว่างที่พลาสมาเหล่านี้เคลื่อนที่ไปรอบๆ และชนกัน มันจะปล่อยความร้อนออกมามหาศาล พร้อมๆ กับวัตถุนิวเคลียร์ที่ถูกแปรเปลี่ยนเป็นพลังงาน

เตาปฏิกรณ์ของ JET มีปริมาตร 80 ลูกบาศก์เมตร มีการปรับเปลี่ยนผนังด้านในจากคาร์บอนเป็นโลหะอย่าง เบริลเลียมและทังสเตน ทำให้การดูดซับไอโซโทปของไฮโดรเจนที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงลดลงร่วม 10 เท่า ส่งผลให้พลาสมามีความเสถียร คงตัวนานขึ้น ผลิตพลังงานได้มากขึ้น

แต่ตอนนี้ห้องปฏิบัติการ JET ไม่สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันนานกว่า 5 วินาทีได้ เนื่องจากอุปกรณ์แม่เหล็กทำจากทองแดง ซึ่งทนความร้อนไม่สูงนัก และคาดว่าจะปิดตัวลงในปี 2566

จุดอ่อนใหญ่หลวงที่สุดของทดลองทำปฏิกิริยาฟิวชันตลอดช่วงหลายสิบปีที่ผ่านมา คือ ใช้พลังงานในการทดลองมากกว่าพลังงานที่ผลิตออกมาได้ โดยที่ JET นักวิทยาศาสตร์ต้องติดตั้งล้อตุนกำลัง (flywheel) ซึ่งกินไฟถึง 500 เมกะวัตต์เอาไว้ถึง 2 เครื่อง แต่ข่าวดีคือ การทดลองนี้ทำให้เห็นหลักฐานชัดเจนว่า ข้อเสียนี้สามารถลบล้างได้ด้วยการเพิ่มจำนวนพลาสมาที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับผลิตพลังงานให้มากขึ้น

ข้อมูลจากการทดลองที่ JET จะถูกนำไปใช้สร้างเตาปฏิกรณ์ขนาดใหญ่กว่าชื่อ “เตาปฏิกรณ์ทดลองปฏิกิริยานิวเคลียร์ความร้อนระหว่างประเทศ” (International Thermonuclear Experiment Reactor : ITER) ที่ประเทศฝรั่งเศส โดยจะปรับปรุงให้เก็บพลาสมาในโทคาแมคได้มากกว่าที่ JET ถึง 10 เท่า และจะติดตั้งระบบทำความเย็นภายในให้แก่อุปกรณ์สร้างแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย

คาดกันว่า ITER จะเริ่มทำการทดลองพลาสมาได้ในปี 2568 โดยนักวิทยาศาสตร์หวังให้ศูนย์ปฏิบัติการแห่งนี้สามารถก้าวข้ามจุดอ่อนเรื่องการใช้พลังงานได้สำเร็จ ส่วนโรงงานไฟฟ้าพาณิชย์ที่จะเกิดขึ้นตามมาหลังจากนั้น ก็ควรผลิตพลังงานให้ได้มากกว่าที่ใช้ไป เพื่อป้อนให้แก่ระบบไฟฟ้าต่างๆ

อย่างไรก็ตาม การทดลองปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันนั้นเป็นการเดินทางระยะไกล นักวิทยาศาสตร์กว่า 300 คนที่ทำงานที่ JET กำลังส่งไม้ต่อการวิจัยไปข้างหน้า ท่ามกลางความท้าทายทางเทคนิคอีกมากมาย ซึ่งนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรร่วม 5,000 คนที่สถาบัน “ยูโรฟิวชัน” (Eurofusion) กำลังร่วมมือกันหาทางแก้ไข

เผยแพร่: 16 ก.ย. 2565 10:15   ปรับปรุง: 16 ก.ย. 2565 10:15   โดย: ผู้จัดการออนไลน์

• นิวเคลียร์ฟิวชัน
• โรงไฟฟ้า

กำลังโหลดความคิดเห็น