นิวเคลียร์ฟิวชั่น หลังสหรัฐฯ ประกาศความสำเร็จ บนเส้นทางที่ยังต้องพัฒนาต่อไป

KEY :

• เมื่อวันที่ 5 ธ.ค. ที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ในสหรัฐฯ ได้ประกาศความสำเร็จในการทดลองสร้างปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น ได้เป็นผลสำเร็จ จนสามารถให้พลังงานกลับคืนมาได้มากกว่า พลังงานที่ใช้ไปในกระบวนการได้
• ถือเป็นหนึ่งในความก้าวหน้าด้านพลังงานจากนิวเคลียร์ฟิวชั่น ที่จะให้พลังงานทางเลือกใหม่ที่ดีกว่า นิวเคลียร์ฟิชชั่นที่ใช้ในปัจจุบัน
• แต่การพัฒนาจนนำมาสู่การใช้งานจริง ในการผลิตไฟฟ้าให้กับประชาชนนั้น ยังคงต้องใช้เวลาอีกมาก
• ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ยังคงต้องค้นคว้าหาแนวทางในการเพิ่มประสิทธิภาพ และเสถียรภาพของปฏิกิริยานิวเคลียร์, การจัดหาเชื้อเพลิงแคปซูล และการลดต้นทุนในการสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่นแบบใหม่นี้ลงมา

…

นักวิทยาศาสตร์จากสถาบัน Lawrence Livermore National Lab ในสหรัฐฯ แถลงข่าวความสำเร็จในการทดลองสร้างพลังงานจากปฏิกิริยา “นิวเคลียร์ฟิวชั่น” ได้เป็นผลสำเร็จ โดย ในการทดลองเมื่อวันที่ 5 ธ.ค. ที่ผ่านมาได้ทดลองยิงแสงเลเซอร์พลังงานสูง 2 ล้านจูล จากลำแสงเลเซอร์ 192 ลำ ไปยังเม็ดเชื้อเพลิงขนาด 1 มิลลิเมตร ที่บรรจุดิวทีเรียมและตริเตียมเอาไว้ หลังจากระดมยิงเลเซอร์เข้าไป ทำให้มีการรวมกันของไฮโดรเจนของธาตุทั้งสอง กลายเป็นนิวตรอนและนิวเคลียสของฮีเลียม จนทำให้เกิดปฎิกิริยาฟิวชั่น ปลดปล่อยพลังงาน 3 ล้านจูล ออกมา ซึ่งทำให้พลังงานที่เกิดขึ้นนั้นสูงกว่า พลังงานที่ใช้ไปถึง 1.5 เท่า และได้สูงกว่าการทดลองในครั้งก่อน เมื่อเดือนสิงหาคม 2021 ที่ได้พลังงานกลับคืนมาสูงกว่า พลังงานที่ใช้ไปเพียง 0.7 เท่า

ความต่างระหว่างนิวเคลียร์ฟิชชั่น – ฟิวชั่น

สิ่งหนึ่งที่ต้องเข้าใจสำหรับพลังงานนิวเคลียร์ที่มีการใช้กันอยู่ในขณะนี้ เป็นเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบฟิชชั่น ซึ่งเป็นการอะตอมของธาตุที่มีขนาดใหญ่เกิดการแตกตัวของอะตอมขนาดเล็กลง พร้อมกับให้พลังงานออกมา ปัจจุบันนิยมใช้กันคือ ยูเรเนียม กับ พลูโตเนียม ซึ่งเป็นธาตุที่หนักที่สุดตามธรรมชาติ แต่นอกจากพลังงานที่ได้ออกมาแล้ว ยังคงมีส่วนที่เหลือกลายเป็นกากกัมมันตรังสีเกิดขึ้น

กากกัมมันตรังสีที่เกิดขึ้น ร่วมกับธาตุที่ใช้จะมีกัมมันตภาพรังสีสูง ทำให้มีปัญหาในการดูแลและจัดการทั้งก่อน และหลังจากการใช้งานแล้ว จึงส่งผลให้การใช้งานนิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นนี้ เป็นข้อกังวลเรื่องของของความปลอดภัยตลอดเวลาที่ผ่านมา

ในขณะที่นิวเคลียร์ฟิวชั่น ที่ค้นพบใหม่นี้เป็นสิ่งที่ตรงข้ามกันโดยสิ้นเชิง นิวเคลียร์ฟิวชั่นจะเป็นการรวมตัวของอะตอมไฮโดรเจนของดิวทีเรียม และ ตริเตียม กลายเป็นฮีเลียม และปลดปล่อยพลังงานส่วนเกินออกมา ซึ่งให้พลังงานมากกว่า รวมถึงก่อให้เกิดกากกัมมันตภาพรังสีที่น้อยกว่า

หรือหากสรุปง่าย ๆ คือ ปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิวชั่นนั้นก่อให้เกิดผลกระทบและของเสียน้อยกว่า ปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิชชั่นที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันอย่างมาก และให้พลังงานที่มากกว่า นั่นเอง

ที่ผ่านมานั้น มีความพยายามในการค้นคว้า วิจัยและพัฒนามาอย่างต่อเนื่องหลายสิบปี จึงจะประสบความสำเร็จในครั้งนี้

แม้วิจัยสำเร็จ แต่ยังต้องใช้เวลาพัฒนาต่อ

ความสำเร็จในการพัฒนาปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นในครั้งนี้ ถือเป็นผลสำเร็จในก้าวแรกของการเปลี่ยนผ่านพลังงานนิวเคลียร์ที่ใช้กันในปัจจุบันสู่พลังงานนิวเคลียร์ในยุคใหม่ ท่ามกลางวิกฤติราคาพลังงานที่เกิดขึ้นอยู่ในขณะนี้

หลายประเทศจึงมองว่า นี่เป็นก้าวที่สำคัญของการเปลี่ยนผ่าน แต่สิ่งที่เกิดขึ้น เพิ่งเป็นก้าวแรกของความสำเร็จในปลายทางที่ยังต้องใช้เวลาอีกระยะ เพื่อพัฒนาให้สามารถนำพลังงานมาใช้ได้จริง ซึ่งในขั้นตอนของการพัฒนานั้นยังมีอีกหลายส่วน เช่น

การรักษาสภาวะฟิวชั่น

สิ่งที่ท้าทายอย่างมากนั่นคือ การพัฒนาให้ปฏิกิริยาฟิวชั่นที่เกิดขึ้นนั้น สามารถเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง และมีเสถียรภาพ ในการทดลองที่ประสบผลสำเร็จเมื่อวันที่ 5 ธ.ค. ที่ผ่านมานั้น สามารถสร้างพลังงานได้มากพอที่จะใช้งานเครื่องเป่าผมได้ราว 15 นาที จากการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ในเสี้ยววินาที

ดังนั้น การให้พลังงานที่เกิดขึ้นได้อย่างต่อเนื่อง ยังคงต้องค้นคว้าหาวิธีที่จะทำให้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ดังกล่าวนั้น เกิดขึ้นต่อเนื่อง ยาวนานกว่านี้

การเพิ่มประสิทธิภาพของการเกิดปฏิกิริยา

ในการทดลองครั้งแรก และครั้งล่าสุดนั้น สามารถสร้างพลังงานส่วนต่างที่เกิดขึ้นได้แตกต่างกัน ดังนั้น การเพิ่มประสิทธิภาพของการลดพลังงานเลเซอร์ที่ใช้ยิงไปยังแคปซูลเชื้อเพลิง เพื่อให้ได้พลังงานส่วนเกินที่มากขึ้นจึงมีส่วนสำคัญ เพื่อให้คุ้มค่าต่อการลงทุนก่อสร้างโรงไฟฟ้าที่มีขนาดใหญ่ขึ้น และให้พลังงานได้เพียงพอที่จะใช้งานให้กับเมืองใหญ่ ๆ ได้

การจัดหาเซลล์เชื้อเพลิง

ในการวิจัยในครั้งนี้ ใช้เซลล์เชื้อเพลิงแคปซูลที่บรรจุดิวทีเรียม และตริเทียมไว้ภายใน ดังนั้นหากต้องการที่จะผลิตโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชั่นนั้น จำเป็นต้องจัดหาแคปซูลเชื้อเพลิงให้มากขึ้น ซึ่งดิวทีเรียมนั้นจะสามารถหาได้ในน้ำทะเล ที่มีอยู่ทั่วโลกได้

แต่การจัดหาตริเตียมนั้นยากกว่ามาก ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงยังคงต้องค้นคว้าหาวิธีการเก็บตริเตียมให้ได้มากขึ้น มีประสิทธิภาพมากขึ้น เพื่อสร้างเซลล์เชื้อเพลิงให้ได้มากขึ้นตามไปด้วย

การลดต้นทุนการก่อสร้าง

แม้ว่า นักวิทยาศาสตร์จะสามารถพัฒนาให้ปฏิกิริยาฟิวชั่นนั้นมีเสถียรภาพ และประสิทธิภาพสูง ร่วมกับการสร้างเซลล์เชื้อเพลิงแคปซูลได้มากพอ ก็ยังคงต้องหาทางลดต้นทุนในด้านของการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบฟิวชั่นนี้

เนื่องจากโครงการค้นคว้าวิจัดในครั้งนี้ ใช้ต้นทุนในการพัฒนาไปกว่า 3.5 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ดังนั้น หากรวมต้นทุนทั้งหมดของการพัฒนา ก่อสร้าง จัดหาเซลล์เชื้อเพลิงต่าง ๆ ก็ยิ่งจะส่งผลให้ราคาต้นทุนของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชั่น มีมูลค่าสูงมากอยู่ดี

ความท้าทายจึงอยู่ที่จะต้อง “ลดต้นทุน” ต่าง ๆ ของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่นนี้ ให้ได้มากที่สุด เพื่อให้ต้นทุนพลังงานไฟฟ้าที่ได้ต่ำที่สุด และอยู่ในระดับที่ประชาชนสามารถจ่ายได้ ซึ่งนั่นหมายความว่า จะต้องต่ำกว่า ต้นทุนโรงไฟฟ้าเชื้อเพลิงฟอสซิล หรือ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบฟิชชั่น หรือพลังงานไฟฟ้าจากธรรมชาติในแบบอื่น ๆ

โลกแห่งนิวเคลียร์ฟิวชั่นไม่ได้มีแบบเดียว

การพัฒนานิวเคลียร์ฟิวชั่นนั้น ยังมีการค้นคว้าอีกในหลายประเทศ เช่นเตาปฏิกรณ์โทคาแมก ที่ใช้รูปแบบของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นแบบหนึ่งที่ได้รับความนิยมในการพัฒนาในหลายประเทศ ไม่ว่าจะเป็น สวิตเซอร์แลนด์, อังกฤษ, จีน เป็นต้น

แต่ทั้งหมดนั้น ก็ยังคงเป็นปัญหาเรื่องของประสิทธิภาพ เสถียรภาพต่าง ๆ เช่นกัน และยังคงเดินหน้าพัฒนากันอย่างต่อเนื่องในขณะนี้ ซึ่งในส่วนสำคัญที่เกิดขึ้นของการประกาศความสำเร็จครั้งล่าสุด นั่นคือ การที่ได้พลังงานกลับคืนมามากกว่า พลังงานที่ใช้ในการสร้างปฏิกิริยานิวเคลียร์ นั่นเอง

ดังนั้น การพัฒนาด้านพลังงานนิวเคลียร์แบบฟิวชั่นนี้ ยังคงต้องใช้เวลาอีกหลายสิบปี กว่าที่จะสามารถสร้างเป็นโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ให้เราใช้งานกันได้ ในราคาที่ประชาชนสามารถจ่ายค่าไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานเหล่านั้นได้ แม้ว่า หลายฝ่ายคาดหวังว่า

สิ่งที่ต่อยอดจากการค้นพบในครั้งนี้ น่าจะนำไปสู่ก้าวใหม่ของด้านพลังงานของโลก และการพัฒนาเพื่อให้ใช้งานได้จริง และ “ใช้ระยะเวลาน้อยกว่า การค้นพบในครั้งนี้”

ข้อมูล

• https://theconversation.com/why-fusion-ignition-is-being-hailed-as-a-major-breakthrough-in-fusion-a-nuclear-physicist-explains-196475
• https://www.llnl.gov/news/national-ignition-facility-achieves-fusion-ignition
• https://irp.fas.org/agency/dod/jason/tritium.pdf
• https://lasers.llnl.gov/about/faqs#nif_cost