24-25 กุมภาพันธ์ 2567…Euronews Next เจาะลึกเบื้องหลังอุปกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันใหญ่ที่สุดในโลกที่พยายามควบคุมปฏิกิริยาเดียวกันกับที่ให้พลังงานแก่ดวงอาทิตย์และดวงดาว
ใจกลางของ Provence ในฝรั่งเศส ที่ตั้งของบริษัทเทคโนโลยีชั้นนำหลายแห่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งด้านอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ นักวิทยาศาสตร์ฉลาดที่สุดในโลกกำลังเตรียมพร้อมสำหรับสิ่งที่เรียกว่า การทดลองวิทยาศาสตร์ใหญ่ที่สุด ทะเยอทะยานที่สุดในโลก
“เรากำลังสร้างเครื่องจักรซับซ้อนที่สุดเท่าที่เคยออกแบบมา” Laban Coblentz หัวหน้าฝ่ายสื่อสารของ ITER องค์การวิจัยและวิศวกรรมนิวเคลียร์ฟิวชันระหว่างประเทศ กล่าว
ITER – International Thermonuclear Experimental Reactor ก่อตั้งขึ้นภายใต้การลงนามอย่างเป็นทางการในปี 2006 โดยสหรัฐอเมริกา สหภาพยุโรป รัสเซีย จีน อินเดีย และเกาหลีใต้ ที่พระราชวังเอลิเซ่ในกรุงปารีส
ภารกิจปัจจุบันคือ สาธิตความเป็นไปได้ในการควบคุมนิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งเป็นปฏิกิริยาเดียวกับที่ส่งพลังงานให้กับดวงอาทิตย์และดวงดาวในระดับอุตสาหกรรม เพื่อทำเช่นนี้ ห้องเก็บพลังแม่เหล็กใหญ่ที่สุดในโลกหรือ Tokamak อยู่ระหว่างการก่อสร้างทางตอนใต้ของฝรั่งเศส เพื่อผลิตพลังงาน
ขณะนี้มีมากกว่า 30 ประเทศที่ร่วมมือกันสร้างอุปกรณ์ทดลอง ซึ่งคาดว่าจะมีน้ำหนัก 23,000 ตัน และทนทานต่ออุณหภูมิได้สูงถึง 150 ล้าน°C เมื่อสร้างเสร็จ
“ในแง่หนึ่ง นี่เป็นเหมือนห้องปฏิบัติการระดับชาติ เป็นสถาบันวิจัยขนาดใหญ่ แต่เป็นการรวมตัวกันของห้องปฏิบัติการระดับชาติของ 35 ประเทศจริงๆ” Coblentz หัวหน้าฝ่ายสื่อสารของ ITER กล่าว
นิวเคลียร์ฟิวชันทำงานอย่างไร ?
นิวเคลียร์ฟิวชันเป็นกระบวนการที่นิวเคลียสของอะตอมเบาสองอันหลอมรวมกันเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่าเพียงอันเดียว ทำให้เกิดการปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาล
กรณีดวงอาทิตย์ อะตอมของไฮโดรเจนที่แกนกลางของดวงอาทิตย์จะถูกหลอมรวมด้วยแรงโน้มถ่วง ขณะเดียวกัน โลกก็ค้นพบการสร้างฟิวชั่น 2 วิธี
“วิธีแรก คุณอาจเคยได้ยินเกี่ยวกับโครงการ National Ignition Facility ในสหรัฐอเมริกา คุณนำไฮโดรเจน 2 แบบ ดิวทีเรียมและทริเทียมมาเล็กน้อย ขนาดเท่าเม็ดพริกไทย แล้วยิงเลเซอร์ใส่ เพิ่มแรงดัน เพิ่มความร้อนแล้วพลังงานจะระเบิดตามสมการ E = mc² สสารจำนวนเล็กน้อยจะถูกแปลงเป็นพลังงาน”
โครงการของ ITER เน้นที่วิธีที่ 2 ฟิวชั่นเก็บกักพลังงานแม่เหล็ก
“กรณีนี้ เรามีห้องขนาดใหญ่มากขนาด 800 ลบ.ม. เราใส่เชื้อเพลิง ดิวทีเรียม และไอโซโทปปริมาณเพียงเล็กน้อย และให้ความร้อนสูงถึง 150 ล้านองศาผ่านระบบทำความร้อนต่างๆ นั่นคืออุณหภูมิที่ความเร็วของอนุภาคเหล่านี้สูงมาก แทนที่จะผลักกันด้วยประจุบวกพวกมันจะหลอมรวมกัน เมื่อหลอมรวม พวกมันจะปล่อยอนุภาคอัลฟา และปล่อยนิวตรอนออกมา” Laban กล่าว
ใน Tokamak อนุภาคที่มีประจุจะถูกจำกัดด้วยสนามแม่เหล็ก ยกเว้นนิวตรอนที่มีพลังงานสูง ซึ่งหลุดออกไปชนผนังห้อง ถ่ายเทความร้อน ทำให้น้ำร้อนไหลผ่านด้านหลังผนัง ตามทฤษฎี พลังงานจะถูกควบคุมโดยไอน้ำที่ขับเคลื่อนกังหัน
Richard Pitts หัวหน้าแผนกวิทยาศาสตร์ของ ITER ให้ข้อมูลว่า Tokamak เป็นอุปกรณ์ที่มีมานานแล้ว ชุดแรกเกิดขึ้นประมาณ 70 ปีที่แล้ว ถูกสร้างขึ้นในรัสเซียช่วงทศวรรษที่ 1940 และ 1950 ยุคแรกๆ เป็นอุปกรณ์ตั้งโต๊ะขนาดเล็ก
“มันใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ทีละน้อย เราค่อยๆเรียนรู้จากการทำงานกับอุปกรณ์ขนาดเล็กเหล่านี้ จากนั้นศึกษาการปรับขนาดจากเล็กไปสู่ใหญ่ เพื่อสร้างพลังงานฟิวชั่นสุทธิ เป็นเหตุผลว่า ทำไมต้องทำให้ใหญ่โตขนาดที่มีในปัจจุบัน” เขากล่าว
ข้อดีของ Fusion
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีมาตั้งแต่ทศวรรษ 1950 ใช้ประโยชน์จากปฏิกิริยา Fission โดยที่อะตอมจะถูกแยกออกจากเครื่องปฏิกรณ์ และปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมาในกระบวนการ
Fission มีข้อได้เปรียบชัดเจน เพราะเป็นวิธีที่ทดลองและทดสอบแล้ว โดยมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชันมากกว่า 400 เครื่องที่ใช้งานอยู่ทั่วโลกในปัจจุบัน
ในประวัติศาสตร์ แม้ภัยพิบัติจากนิวเคลียร์จะเกิดขึ้นได้ยาก แต่การรั่วไหลของเครื่องปฏิกรณ์หมายเลข 4 ที่เชอร์โนบิลในเดือนเมษายน 1986 ถือเป็นเครื่องเตือนใจว่า ไม่มีสิ่งใดที่ปราศจากความเสี่ยงโดยสิ้นเชิง นอกจากนี้ เครื่องปฏิกรณ์ฟิชชันยังต้องมีการบริหารจัดการกากกัมมันตภาพรังสีจำนวนมหาศาลให้ปลอดภัย ซึ่งปกติใช้วิธีฝังกลบลงไปใต้ดิน
ในทางตรงกันข้าม ITER ตั้งข้อสังเกตว่าโรงงานฟิวชันที่มีขนาดใกล้เคียงกันจะสร้างพลังงานจากการใช้สารเคมีในปริมาณที่น้อยกว่ามาก จากการใช้ไฮโดรเจนเพียงไม่กี่กรัม
“คุณใช้วัตถุดิบเพียง 2 ถึง 3 กรัม ยิ่งกว่านั้น เป็นวัตถุดิบที่ใช้ในโรงงาน Fusion ดิวทีเรียมและทริเทียม สิ่งที่ปล่อยออกมา คือ ฮีเลียมที่ไม่มีกัมมันตภาพรังสี และนิวตรอน ซึ่งล้วนถูกควบคุม ดังนั้นจึงไม่มีสารตกค้าง พูดอีกอย่างก็คือ กัมมันตภาพรังสีน้อยมาก”
ความล้มเหลวของโครงการ ITER
Coblentz เน้นย้ำว่า ความท้าทายในการหลอมรวม คือ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เหล่านี้สร้างได้ยากมาก
“คุณพยายามทำบางสิ่งที่มีอุณหภูมิสูงถึง 150 ล้านองศา จึงต้องทำให้มีขนาดที่จำเป็นต้องใช้จริงๆเท่านั้น และมันเป็นสิ่งที่ทำได้ยาก”
แน่นอนว่าโครงการ ITER ได้ต่อสู้กับความซับซ้อนของการดำเนินการขนาดใหญ่นี้
ไทม์ไลน์ดั้งเดิมสำหรับโครงการ ITER กำหนดให้ปี 2025 เป็นวันที่พลาสมาตัวแรกใช้ได้ และใช้งานระบบเต็มรูปแบบในปี 2035
แต่ความล้มเหลวของส่วนประกอบ และความล่าช้าที่เกี่ยวข้องกับโควิด-19 ส่งผลให้ต้องเปลี่ยนไทม์ไลน์การทดสอบระบบ ที่สำคัญคือ ต้องใช้งบประมาณเพิ่มขึ้น ประมาณการต้นทุนเริ่มต้นของโครงการอยู่ที่ 5,000 ล้านยูโร เพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 20,000 ล้านยูโร
“เราเคยเผชิญความท้าทายมาก่อน เพียงเพราะความซับซ้อนและความหลากหลายของวัสดุที่มีเอกลักษณ์ ส่วนประกอบที่ไม่ซ้ำใคร ใช้เครื่องจักรที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว” Coblentz อธิบาย
ความล้มเหลวสำคัญประการหนึ่ง คือ พื้นผิวการเชื่อมส่วนต่างๆ ของห้องสุญญากาศที่ผลิตในเกาหลีใต้ไม่ตรงตามสเปค
“ชิ้นที่มาถึงแล้ว มีขอบที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด มันเป็นจุดที่เชื่อมเข้าด้วยกันแล้ว ซึ่งเราจึงต้องทำขอบเหล่านั้นใหม่กรณีนี้ มันไม่ใช่เรื่องเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์จรวด ไม่ใช่ฟิสิกส์นิวเคลียร์ เป็นเพียงการตัดการเฉือน ต้องทำให้จุดต่าง ๆ แม่นยำแบบน่ามหัศจรรย์ ซึ่งเป็นเรื่องยาก”
Coblentz กล่าวว่า โครงการนี้กำลังอยู่ในกระบวนการจัดลำดับใหม่ โดยหวังว่าจะบรรลุเป้าหมายในปี 2035 ที่จะเริ่มดำเนินการฟิวชัน
“การทดสอบเครื่องจักรครั้งแรกจะเกิดในปี 2025 ส่วน 4 ขั้นตอนเพื่อให้ได้พลังงานฟิวชันเริ่มแรกในปี 2035 เราจะข้ามพลาสมาแรกไป และตรวจสอบให้แน่ใจว่าการทดสอบสามารถเสร็จด้วยวิธีอื่น ให้ทำได้ตามกำหนดการมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้”
ความร่วมมือระหว่างประเทศ
ตราบเท่าที่ความร่วมมือระหว่างประเทศดำเนินไป ITER เป็นเหมือนยูนิคอร์นในการยืนหยัดต่อความตึงเครียดทางภูมิรัฐศาสตร์ระหว่างหลายประเทศที่มีส่วนร่วมในโครงการ
“ในเชิงอุดมการณ์ ประเทศเหล่านี้ไม่ได้มีความคิดสอดคล้องอย่างชัดเจน ถ้าคุณดูธงชาติที่ไซต์งาน จีนจะอยู่ถัดจากยุโรป รัสเซียถัดจากสหรัฐอเมริกา ประเทศเหล่านี้เคยให้คำมั่นสัญญาว่า จะทำงานร่วมกันนานถึง 40 ปี แต่ถึงตอนนี้ก็อาจยังไม่แน่นอน และไม่มีใครแน่ใจว่าจะไม่มีความขัดแย้งเกิดขึ้น”
Coblentz กล่าวถึงความสมบูรณ์ของโปรเจ็กต์นี้ว่า การเริ่มใช้นิวเคลียร์ฟิวชัน และดำเนินการได้นั้นเป็นเรื่องปกติ และเป็นความฝันของคนรุ่นสู่รุ่น
“มันคือสิ่งที่นำความแข็งแกร่งมารวมกัน และก็เป็นเหตุผลว่า ทำไมจึงรอดพ้นจากการคว่ำบาตรที่ยุโรป และสถานการณ์รัสเซียกับยูเครนในปัจจุบัน”
ภาวะโลกเดือด และพลังงานสะอาด
เมื่อพิจารณาถึงระดับความท้าทายที่มาจากปัญหาโลกเดือด จึงไม่น่าแปลกใจเลยที่นักวิทยาศาสตร์กำลังเร่งค้นหาแหล่งพลังงานที่ปราศจากคาร์บอน เพื่อขับเคลื่อนโลก
แต่การจัดหาพลังงานฟิวชันที่อุดมสมบูรณ์ยังอยู่อีกไกล แม้แต่ ITER ก็ยอมรับว่าโครงการของพวกเขาเป็นตัวแทนของคำตอบระยะยาวตอบโจทย์ความกังวลด้านพลังงาน
ต่อแนวคิดที่ว่าฟิวชันจะมาสายเกินแก้ ต่อการช่วยต่อสู้กับภาวะโลกเดือดอย่างมีนัยสำคัญหรือไม่ Coblentz ยืนยันว่าพลังงานฟิวชันมีบทบาทสำคัญในอนาคตแน่นอน
“ถ้าเรามีระดับน้ำทะเลเพิ่มขึ้นจนถึงระดับที่เริ่มต้องการการใช้พลังงานเพื่อย้ายเมือง? ถ้าเราเริ่มเห็นความท้าทายด้านพลังงานระดับนั้น นี่จะเป็นคำตอบที่ชัดเจนจริงๆ” เขากล่าว
“ยิ่งเรารอฟิวชันนานเท่าไร ก็ต้องการมันมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น การลงทุนอย่างชาญฉลาดก็คือ ทำให้เกิดขึ้นเร็วที่สุด”
ที่มา
