สหรัฐฯ พัฒนาเทคโนโลยีรีไซเคิลขยะนิวเคลียร์เป็นเชื้อเพลิงไฮโดรเจน

นักวิทยาศาสตร์ชาวสหรัฐฯ กำลังพัฒนาวิธีการรีไซเคิลขยะนิวเคลียร์เพื่อผลิตทริเทียม ซึ่งเป็นไอโซโทปกัมมันตรังสีหายากของไฮโดรเจน

Báo Khoa học và Đời sống•26/08/2025

ปัจจุบันยังไม่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใดใน โลก ที่ทำงานบนหลักการฟิวชันนิวเคลียร์ (ปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์) โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทุกแห่งทำงานบนหลักการฟิชชันยูเรเนียมเพื่อสร้างพลังงานความร้อน

ปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์คือกระบวนการรวมอะตอมสองอะตอมเข้าด้วยกันเพื่อปลดปล่อยความร้อน ซึ่งจะช่วยหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะรับประกันการจ่ายไฟฟ้าปริมาณมากโดยแทบไม่มีการแผ่รังสีใดๆ ดังนั้น ในทางทฤษฎีแล้ว ปฏิกิริยาฟิวชันจึงถือเป็นพลังงานที่สะอาดที่สุดรูปแบบหนึ่ง

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ดำเนินการอยู่ในปัจจุบันอาศัยปฏิกิริยาฟิชชันนิวเคลียร์เพื่อผลิตพลังงาน แต่ยังมีขยะนิวเคลียร์จำนวนมากที่สร้างขึ้นซึ่งยังคงกัมมันตภาพรังสีอยู่เป็นเวลาหลายปีอีกด้วย

ขยะนิวเคลียร์จากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จัดการได้ยากและมีค่าใช้จ่ายในการจัดเก็บสูงมาก

ในทางตรงกันข้าม กระบวนการฟิวชันนิวเคลียร์ที่ให้พลังงานแก่ดวงดาวในจักรวาลจะก่อให้เกิดกากกัมมันตรังสีน้อยมากในขั้นตอนสุดท้าย กระบวนการนี้จำเป็นต้องอาศัยปฏิกิริยาฟิวชันของดิวทีเรียมและทริเทียม

มนุษยชาติได้ก้าวหน้าอย่างมากในการใช้ประโยชน์จากพลังงานฟิวชัน โดยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของ OpenAI ในรัฐโอไฮโอ สหรัฐอเมริกา เป็นหนึ่งในนั้น อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ยากยิ่งกว่าคือเชื้อเพลิงทริเทียมที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาฟิวชัน

แม้ว่าดิวทีเรียมจะหาได้ง่าย แต่ปัจจุบันสหรัฐอเมริกากำลังประสบปัญหาการขาดแคลนทริเทียมอย่างรุนแรง “ปัจจุบัน มูลค่าของทริเทียมเชิงพาณิชย์อยู่ที่ประมาณ 15 ล้านดอลลาร์สหรัฐต่อปอนด์ [33 ล้านดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลกรัม] และสหรัฐอเมริกายังไม่มีกำลังการผลิตภายในประเทศเพียงพอ” เทอเรนซ์ ทาร์นอฟสกี นักฟิสิกส์ประจำห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอะลามอส (LANL) และหัวหน้าทีมวิจัยกล่าว

ทริเทียมสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันนิวเคลียร์ ทริเทียมพบได้ตามธรรมชาติในชั้นบรรยากาศเบื้องบน และเครื่องปฏิกรณ์ในแคนาดาเป็นผู้ผลิตเชิงพาณิชย์หลัก

ในข่าวเผยแพร่ Tarnowsky กล่าวว่าปัจจุบันปริมาณทริเทียมทั้งหมดที่มีอยู่ในโลกอยู่ที่ประมาณ 55 บวกลบ 31 ปอนด์ [25 บวกลบ 14 กิโลกรัม]

ตามการประเมินของทาร์นอฟสกี พลังงาน 25 กิโลกรัมเพียงพอสำหรับให้พลังงานแก่บ้านมากกว่า 500,000 หลังเป็นเวลาหกเดือน "นั่นมากกว่าจำนวนบ้านในวอชิงตัน ดี.ซี. เสียอีก"

ในขณะเดียวกัน สหรัฐอเมริกามีขยะนิวเคลียร์หลายพันตันจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงพาณิชย์ ขยะเหล่านี้มีสารกัมมันตรังสีสูง ซึ่งต้องใช้พื้นที่จัดเก็บที่มีราคาแพงเพื่อความปลอดภัย

ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์ จึงมองเห็นโอกาสในการประเมินความเป็นไปได้ในการใช้กากนิวเคลียร์ที่ยังคงมีกัมมันตภาพรังสีเพื่อผลิตทริเทียมที่มีคุณค่า การจำลองสถานการณ์ชี้ให้เห็นว่ากากนิวเคลียร์อาจเป็นแหล่งที่ดี และทาร์นอฟสกีได้ทำการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์หลายครั้งเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์ทริเทียมที่มีศักยภาพ เพื่อประเมินการผลิตและประสิทธิภาพพลังงานของการออกแบบ

ขณะที่อะตอมแยกตัวในระหว่างการจำลอง อะตอมจะปล่อยนิวตรอนออกมา และในที่สุดก็สร้างทริเทียมขึ้นมาหลังจากการเปลี่ยนผ่านนิวเคลียร์หลายครั้ง ตามที่ระบุในข่าวเผยแพร่

คุณสมบัติการเพิ่มแรงดันจะช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถเปิดหรือปิดปฏิกิริยาเหล่านี้ได้ และถือว่าปลอดภัยกว่าปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เกิดขึ้นในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบธรรมดา

เครื่องเร่งอนุภาคจะยิงสารกัมมันตรังสีในกากนิวเคลียร์ ปล่อยนิวตรอนออกมาเพื่อสร้างทริเทียม ภาพประกอบ: GenAI

เขาประเมินว่าระบบเชิงทฤษฎีนี้ซึ่งใช้พลังงาน 1 กิกะวัตต์ สามารถผลิตทริเทียมได้ประมาณ 2 กิโลกรัมต่อปี เขาคาดการณ์ว่าการออกแบบนี้จะผลิตทริเทียมได้มากกว่าเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันถึง 10 เท่า ที่กำลังความร้อนเท่ากัน

แผนต่อไปของนักวิทยาศาสตร์คือการคำนวณต้นทุนการผลิตทริเทียม เมื่อเขาคำนวณประสิทธิภาพของเครื่องปฏิกรณ์ได้อย่างละเอียดมากขึ้น การจำลองจะถูกปรับปรุงเพื่อประเมินประสิทธิภาพและความปลอดภัยของการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ได้อย่างแม่นยำ

นอกจากนี้ Tarnowsky ยังวางแผนที่จะพัฒนาโค้ดใหม่สำหรับแบบจำลองของขยะนิวเคลียร์ที่ล้อมรอบด้วยเกลือลิเธียมหลอมเหลว ซึ่งเป็นการออกแบบที่ได้รับการยอมรับสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียมซึ่งใช้เฉพาะสำหรับการทดลองทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น

“การเปลี่ยนผ่านด้านพลังงานนั้นมีค่าใช้จ่ายสูง และเมื่อใดก็ตามที่เราสามารถทำให้มันง่ายขึ้นได้ เราก็ควรพยายาม” Tarnowsky กล่าว ซึ่งขณะนี้เขากำลังดำเนินการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชันเชิงพาณิชย์แห่งแรกในสหรัฐอเมริกาและทั่วโลก

หากได้รับการปรับปรุงให้สมบูรณ์แบบ การออกแบบดังกล่าวจะสามารถนำไปใช้เป็นพลังงานให้กับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันในอนาคตได้ และช่วยให้การเปลี่ยนผ่านด้านพลังงานมีการปล่อยมลพิษน้อยลง

งานวิจัยนี้ได้รับทุนสนับสนุนจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอะลามอสและสำนักงานความมั่นคงนิวเคลียร์แห่งชาติสหรัฐอเมริกา นักวิทยาศาสตร์จะนำเสนอผลการวิจัยในการประชุมฤดูใบไม้ร่วงของสมาคมเคมี ซึ่งจะจัดขึ้นระหว่างวันที่ 17-21 สิงหาคม