จีนประสบความสำเร็จในการเปิดทดลองขับเคลื่อนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่น “ดวงอาทิตย์เทียม” เป็นครั้งแรก โดยเตาปฏิกรณ์ตั้งอยู่ทางตะวันตกเฉียงใต้ของมณฑลเสฉวนและสร้างเสร็จเมื่อปลายปีที่แล้ว ความสำเร็จดังกล่าวนับเป็นความก้าวหน้าอย่างมากในความพยายามวิจัยพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่นของจีน
ฟิวชั่นเป็นการรวมนิวเคลียสและอะตอมเพื่อสร้างพลังงาน เป็นกระบวนการเช่นเดียวกันกับการเกิดขึ้นของดวงอาทิตย์ ซึ่งมีศักยภาพในการผลิตพลังงานได้มหาศาล และเป็นกระบวนการตรงกันข้ามกับฟิชชันที่ใช้ในการผลิตอาวุธปรมาณูและโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ อีกทั้งพลังงานฟิวชั่นยังเป็นพลังงานสะอาด ไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจก และมีความเสี่ยงต่อการเกิดอุบัติเหตุน้อยกว่าพลังงานนิวเคลียร์ แต่การจะสร้างแหล่งกำเนิดพลังงานฟิวชั่นนั่น ก็เป็นเรื่องที่ทำได้ไม่ง่าย และที่สำคัญมีราคาที่แพงมาก โดย ITER หรือ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ในการทดลองนั้น มีค่าใช้จ่ายสูงถึงกว่า 22.5 พันล้านดอลลาร์
สรุปง่าย ๆ ฟิวชัน คือ การสร้างปฏิกิริยาฟิวชันที่เกิดขึ้นภายในดาวฤกษ์และดวงอาทิตย์ขึ้นมาใหม่บนโลก โดยเราได้สัมภาษณ์ นายทาคุมะ วาคาสึกิ นักวิจัยด้านฟิวชัน แห่งสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีควอนตัมและรังสีแห่งชาติ (QST) และขอให้เขาช่วยอธิบายคอนเซ็ปต์นี้ในแบบที่คนทั่วไปจะเข้าใจได้
“ทุกสิ่งในจักรวาลนี้ล้วนประกอบขึ้นด้วยอะตอม และอะตอมก็ประกอบขึ้นด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอน เมื่อนิวเคลียสเหล่านี้ปะทะกันด้วยความเร็วสูง มันจะรวมตัวกันเป็นอะตอมที่หนักขึ้น ซึ่งเราเรียกกระบวนการนี้ว่า ฟิวชัน นายทาคุมะ วาคาสึกิ อธิบาย คุณอาจจะไม่คุ้นเคยกับกระบวนการที่ว่านี้ แต่เราทุกคนล้วนได้รับประโยชน์จากแหล่งพลังงานที่สร้างขึ้นจากกระบวนการฟิวชัน เป็นแหล่งพลังงานที่มอบแสงสว่างให้เราในทุก ๆ วัน ซึ่งก็คือ ดวงอาทิตย์ นั่นเอง ปฏิกิริยาฟิวชันที่เกิดขึ้นระหว่างนิวเคลียสไฮโดรเจนของดวงอาทิตย์คือต้นกำเนิดของความร้อน และแสงสว่างที่มนุษย์เราได้รับในทุก ๆ วัน
อย่างที่เราเห็นได้จากดวงอาทิตย์ว่า ฟิวชันสามารถผลิตพลังงานความร้อนได้มหาศาลเพียงใด จนสามารถนำมาใช้ผลิตไฟฟ้าและพลังงาน โดยแหล่งเชื้อเพลิงของฟิวชันคือ ดิวเทอเรียม และทริเทียม ซึ่งเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจน ด้วยปริมาณเชื้อเพลิงเพียง 1 กรัม ฟิวชันสามารถผลิตพลังงานได้เทียบเท่ากับการเผาไหม้ปิโตรเลียมถึง 8 ตัน แม้ว่าปัจจุบันเราจะมีวิธีการมากมายในการผลิตพลังงาน แต่มีเพียงโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบดั้งเดิมและฟิวชันเท่านั้นที่สามารถผลิตพลังงานในปริมาณมหาศาลได้จากเชื้อเพลิงปริมาณเล็กน้อย” นายวาคาสึกิ กล่าว
ความปลอดภัยของพลังงานนิวเคลียร์ถูกตั้งคำถามมาโดยตลอด ตั้งแต่การเกิดอุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิล แต่ในทางตรงกันข้าม พลังงานฟิวชันมีความปลอดภัยสูงมาก
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ มันจะสื่อถึงการเปลี่ยนแปลงแกนกลางของอะตอมนั่นคือ “นิวเคลียส” ซึ่งเรารู่ว่าอะตอมประกอบไปด้วย โปรตอนและนิวตอนเป็นนิวเคลียสอยู่
บริเวณตรงกลางที่ถูกยึดไว้ด้วยแรงนิวเคลียร์อย่างเข้มแล้วล้อมรอบไปด้วยอิเล็กตรอน
ส่วนปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน หมายถึง นิวเคลียสธาตุเบาสองนิวเคลียสหลอมรวมเข้าด้วยกันกลายเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่า ยกตัวอย่างเช่น
H + H –> ดิวทีเรียม + โพซิตรอน + นิวตริโน
ดิวทีเรียม + H –> ฮีเลียม-3 + แกมมา
ฮีเลียม-3 + ฮีเลียม-3 –> ฮีเลียม-4 + H + H
ซึ่งปฏิกิริยานิวเคลียร์ดังกล่าวเป็นปฏิกิริยา
นิวเคลียร์ที่สร้างพลังงานให้กับดวงอาทิตย์ของเรานั่นเอง
ซึ่งจะแตกต่างกับปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ใช้ทำระเบิดปรมาณูและโรงไฟฟ้าในปัจจุบัน นั่นคือ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน หมายถึง นิวเคลียสธาตุหนักหนึ่งถูกชนโดยอนุภาคหนึ่งที่มีพลังงานและโมเมนตัมเพียงพอที่จะทำให้นิวเคลียสแยกออกจากกัน หรือ ที่เราเรียกว่า ปฏิกิริยาลูกโซ่
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันจะให้พลังงาน แต่เหลือเป็นกากกัมมันตรังสีไว้ด้วย เป็นอันตรายต่อมนุษย์เรา ส่วนปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันให้พลังงาน เหลือไว้เพียงนิวตรอน
และสิ่งที่จะเกิดขึ้นคือกระบวนการ Neutron activation โดยนิวตรอนจะทำให้
วัสดุอย่างผนังของอุโมงค์กักเก็บพลาสมา
กลายเป็นธาติกัมมันตรังสีได้ แต่วิจัยได้วางแผนหาวัสดุที่ดีที่สุดที่จะ
คงทนต่อการยิงด้วยนิวตรอนนี้
การสร้างปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันบนโลก ant ได้ยินมาว่าเป็นสิ่งที่ยาก ฟิวชันจะเกิดขึ้นได้ เมื่อมีพลังงานหรืออุณหภูมิสูงมากพอ สำหรับสภาวะบนโลก ต้องใช้อุณหภูมิสูงกว่า 100 ล้านเคลวิน (อุณหภูมิสูงกว่าแกนกลางของดวงอาทิตย์
ถึง 6.7 เท่า) ในสภาวะที่ร้อนจัดขนาดนี้ จะทำให้ส่วนผสมของก๊าซดิวทีเรียม (Deuterium) กับตริเตียม (Tritium) อยู่ในสถานะของพลาสมา (plasma)
ทำไมนักวิจัยไม่ใช้ไฮโดรเจนเหมือนที่เกิด
ขึ้นบนดวงอาทิตย์ละ เพราะว่าบนดวงอาทิตย์มีเงื่อนไขที่จำเป็น
ต่อการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันมากว่าบนโลก นั่นคือเงื่อนไขของอุณหภูมิและความดันที่สูง และการเลือกใช้ไอโซโทปของไฮโดรเจน
อย่าง ดิวทีเรียม (Deuterium) กับตริเตียม (Tritium) เป็นเงื่อนไขที่ง่ายต่อการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันนั่นเอง และ 3 ตัวแปรที่สำคัญที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันบนโลกได้ต่อเนื่อง คือ
1.อุณหภูมิของพลาสมา
2.ความหนาแน่นของพลาสมา
3.เวลาที่สามารถกักเก็บพลาสมาเอาไว้ด้วยกัน
มาดูการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันกันบ้าง หลายคนอาจจะเคย
ได้ยินข่าวความร่วมมือของหน่วยงานระดับประเทศเช่น ITER เป็นการทดลองวิจัยด้านฟิสิกส์พลาสมาที่
ใหญ่ที่สุดในโลก ในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน tokamak ที่ตั้งอยู่ทางตอนใต้ของฝรั่งเศส มีชาติสมาชิก 6 ชาติ คือ อินเดีย, ญี่ปุ่น, จีน, รัสเซีย, เกาหลีใต้, สหรัฐอเมริกา และอีกหนึ่งสมาชิกหลัก คือ สหภาพยุโรป คาดว่าจะสามารถเดินเครื่องทดสอบได้ภายในปี 2025 และใช้งานในเชิงพาณิชย์ในปี 2035
ล่าสุดที่จีน ประสบความสำเร็จในการในการเดินเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันในเมือง Hefei ภายใต้ชื่อโครงการ Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) ที่สามารถทำอุณหภูมิให้สูงถึง100 ล้านเคลวิน (อุณหภูมิสูงกว่าแกนกลาง
ของดวงอาทิตย์ถึง 6.7 เท่า)
พอเล่ามาถึงตรงนี้เพื่อน ๆ ทุกคนพอเห็นภาพของการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันและความเป็นไปได้ของการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน ว่ามันสามารถเกิดขึ้นได้บนโลกของเรา และยังมีอีกหลายข่าวที่กำลังดำเนินการก่อสร้างกันอย่างแข็งขันและประสบความสำเร็จไปบ่้างแล้ว ใน EP1-2 มาต่อกันกันเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน ที่เรียกว่า DFD engine มันจะเป็นยังไง? รอติดตามครับ
ขอบคุณข้อมูล https://www.greennetworkthailand.com/ และ
Author: Tuemaster Admin
ทีมงานจากเว็บไซต์ติวกวดวิชาออนไลน์ที่ดีที่สุด !! สำหรับ การเรียนออนไลน์ ม.ปลาย (ม.4, ม.5, ม.6)
