“ดวงอาทิตย์เทียม” อุณหภูมิ 150 ล้านองศาเซลเซียส เปิดแหล่งพลังงานที่ไม่มีที่สิ้นสุด

ด้วยสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งกว่าโลกถึง 280,000 เท่า กลุ่มแม่เหล็กกลางของเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน ITER ซึ่งมีน้ำหนักเกือบ 1,000 ตัน เพิ่งสร้างโครงสร้างเสร็จเรียบร้อย พร้อมสำหรับขั้นตอนการติดตั้งที่สำคัญ

ถือเป็นก้าวสำคัญในการบรรลุความฝันในการมีแหล่งพลังงานสะอาดที่แทบไม่มีสิ้นสุด เช่นเดียวกับแสงอาทิตย์

ปลุกพลังแห่งดวงดาว

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่กระบวนการฟิวชัน ซึ่งเป็นกระบวนการรวมนิวเคลียสเบา เช่น ไฮโดรเจน เพื่อสร้างฮีเลียม และปลดปล่อยพลังงานออกมา ได้รับการมองว่าเป็น “จอกศักดิ์สิทธิ์” ของอุตสาหกรรมพลังงาน

ภาพการออกแบบ ITER (รูปถ่าย: ITER)

ปฏิกิริยาฟิวชันไม่ก่อให้เกิดขยะกัมมันตภาพรังสีในระยะยาว มีความเสี่ยงน้อยกว่า และมีแหล่งเชื้อเพลิงที่แทบไม่มีขีดจำกัด ซึ่งแตกต่างจากปฏิกิริยาฟิชชัน (กระบวนการแยกนิวเคลียสหนักอย่างยูเรเนียม)

อย่างไรก็ตาม เพื่อเหนี่ยวนำปฏิกิริยาฟิวชันที่คล้ายกับที่แกนกลางของดวงอาทิตย์ มนุษย์จะต้องสร้างเงื่อนไขที่รุนแรง เช่น อุณหภูมิสูงถึง 150 ล้านองศาเซลเซียส ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิที่ศูนย์กลางดวงอาทิตย์ถึง 10 เท่า เพื่อบังคับให้อะตอมไฮโดรเจนหลอมรวมกัน แม้ว่าจะมีแรงผลักกันทางไฟฟ้าสถิตระหว่างอะตอมก็ตาม

นั่นคือเหตุผลที่ ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) ซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก ได้ถูกสร้างขึ้นในตอนใต้ของฝรั่งเศส โดยได้รับความร่วมมือจากกว่า 30 ประเทศ รวมถึงสหรัฐอเมริกา รัสเซีย จีน ญี่ปุ่น อินเดีย เกาหลีใต้ และสหภาพยุโรปทั้งหมด

“ยึดดวงอาทิตย์” ด้วยแม่เหล็กซุปเปอร์

เพื่อควบคุมพลาสมาที่อุณหภูมิ 150 ล้านองศาเซลเซียส ซึ่งเป็นสารที่ร้อนเพียงพอที่จะทำลายวัตถุทั่วไปได้ ITER จึงใช้เทคโนโลยีโทคาแมก ซึ่งเป็นการออกแบบรูปโดนัทที่สร้างสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งเพื่อให้พลาสมา "ลอยอยู่" ห่างจากผนังเตาเผา

ITER ใช้เทคโนโลยีโทคาแมก ซึ่งเป็นการออกแบบรูปโดนัทที่สร้างสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งเพื่อทำให้พลาสมา "ลอย" ได้ (ภาพถ่าย: ITER)

ตัวละครหลักในระบบนี้คือ Central Solenoid ซึ่งเป็นคลัสเตอร์คอยล์ซุปเปอร์คอนดักเตอร์ขนาดยักษ์ที่มีน้ำหนักเกือบ 1,000 ตัน ซึ่งเพิ่งสร้างส่วนประกอบหลักเสร็จสมบูรณ์และพร้อมสำหรับการติดตั้ง

โซลินอยด์ส่วนกลางสามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่มีความแรงถึง 13 เทสลา ซึ่งเทียบเท่ากับสนามแม่เหล็กโลกถึง 280,000 เท่า แม้จะเป็นส่วนประกอบเพียงชิ้นเดียวแต่ก็ประกอบด้วยพลังงานแม่เหล็กถึง 6.4 กิกะจูล ซึ่งเทียบเท่ากับแรงระเบิดของทีเอ็นที 1,500 กิโลกรัม

สิ่งที่พิเศษคือในขณะที่บริเวณพลาสมาภายในโทคาแมกต้องถึงอุณหภูมิหลายร้อยล้านองศาเซลเซียส โซลินอยด์ส่วนกลางจะต้องได้รับการทำให้เย็นลงเกือบถึง -270⁰C ซึ่งใกล้เคียงกับอุณหภูมิของฮีเลียมเหลว เพื่อรักษาสถานะตัวนำยิ่งยวดไว้ นับเป็นความท้าทายทางวิศวกรรมที่ยิ่งใหญ่ เนื่องจากสถานะอุณหภูมิที่ตรงข้ามกันสองสถานะจะต้องอยู่ร่วมกันในพื้นที่จำกัดและทำงานสอดประสานกัน

ความฝันอันแสนแพงแต่น่าปรารถนา

หากเป็นไปตามกำหนด ITER จะใช้ไฟฟ้าประมาณ 50 เมกะวัตต์เพื่อเริ่มการทำงานของพลาสมา และกู้คืนความร้อน 500 เมกะวัตต์จากปฏิกิริยาฟิวชัน ซึ่งเทียบเท่ากับอัตราการสร้างพลังงานที่สูงกว่าอัตราอินพุต 10 เท่า

อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงพลังงานความร้อนดิบ เพื่อผลิตไฟฟ้า พลังงานดังกล่าวจะต้องถูกแปลงผ่านระบบกังหัน และการสูญเสียเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

อย่างไรก็ตาม หาก ITER ประสบความสำเร็จในการรักษาปฏิกิริยาที่เสถียร นี่จะเป็นการสาธิตในระดับอุตสาหกรรมครั้งแรกที่แสดงให้เห็นว่าการหลอมรวมด้วยไฟฟ้ามีความเป็นไปได้ ไม่ใช่เพียงแค่ในเชิงทฤษฎีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในระดับที่สามารถขยายขนาดได้ในอนาคตอีกด้วย

ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่สหรัฐอเมริกา สหภาพยุโรป จีน และญี่ปุ่น ต่างตกลงที่จะแบ่งปันเทคโนโลยี ทรัพยากรบุคคล และเงินทุน (ประมาณหลายหมื่นล้านดอลลาร์สหรัฐ) สำหรับโครงการร่วมกัน Central Solenoid ซึ่งผลิตและได้รับเงินทุนจากสหรัฐอเมริกา ถือเป็นเครื่องพิสูจน์เรื่องนี้

ความเชื่อมั่นในความร่วมมือ ทางวิทยาศาสตร์ ระดับโลก

นาย Pietro Barabaschi ผู้อำนวยการทั่วไปของ ITER กล่าวเน้นย้ำว่า “ความพิเศษของ ITER ไม่ได้อยู่ที่ขนาดทางเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงรูปแบบความร่วมมือระหว่างประเทศที่เอาชนะความแตกต่าง ทางการเมือง และยุทธศาสตร์เพื่อเผชิญกับความท้าทายระดับโลก ได้แก่ วิกฤตพลังงานและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ”

ในขณะที่โลกกำลังค้นหาแหล่งพลังงานทางเลือกแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล ITER ก็ยังคงมีความหวังว่าอนาคตจะ “ปลอดคาร์บอน” โดยที่เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันจะสามารถให้พลังงานที่เสถียรและปลอดภัยได้โดยไม่ก่อให้เกิดของเสียที่เป็นพิษ

อย่างไรก็ตาม ITER ก็ยังมีผู้คลางแคลงใจอยู่บ้าง โครงการนี้ล่าช้ากว่ากำหนดเกือบสิบปี เกินงบประมาณหลายเท่า และจะไม่สามารถผลิตพลาสมาเครื่องแรกได้จนกว่าจะถึงปี 2033 การดำเนินการเชิงพาณิชย์ของโรงไฟฟ้าฟิวชันยังคงต้องรอจนถึงปี 2040-2050

ในขณะเดียวกัน บริษัทเอกชนหลายแห่ง เช่น TAE Technologies (สหรัฐอเมริกา) Tokamak Energy (สหราชอาณาจักร) และ Helion Energy ต่างก็พยายามพัฒนาโมเดลที่กะทัดรัดและยืดหยุ่นมากขึ้น โดยมีแนวโน้มที่จะสามารถนำพลังงานฟิวชันเข้าสู่ระบบไฟฟ้าได้เร็วกว่า ITER หลายปี

แต่สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าความก้าวหน้าส่วนใหญ่นั้นขึ้นอยู่กับวิทยาศาสตร์และข้อมูลที่ ITER สร้างขึ้นแล้ว

ที่มา: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/mat-troi-nhan-tao-nong-150-trieu-do-c-khai-mo-nguon-nang-luong-vo-tan-20250509092824986.htm