งานวิจัย "พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน"

โดย รศ.ดร. ธวัชชัย อ่อนจันทร์

ตำแหน่ง : ผู้ช่วยผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยและประกันคุณภาพการศึกษา

พลังงานที่เราใช้อยู่ทุกวันนี้มีราคาสูงขึ้นเรื่อยๆเนื่องจากความต้องการที่เพิ่มมากขึ้น ประเทศไทยในฐานะผู้นำเข้าพลังงานเพื่อใช้ในการพัฒนาประเทศจึงได้รับผลกระทบจากวิกฤตด้านราคาพลังงานนี้โดยตรง อีกทั้งในกระบวนการผลิตพลังงานซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล ก่อให้เกิดก๊าซ CO2 ซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดสภาวะโลกร้อนในปัจจุบัน ดังนั้นการวิจัยและพัฒนาเพื่อหาแหล่งพลังงานที่มีราคาถูก และปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมและมนุษย์ จึงเป็นสิ่งที่จำเป็นและจัดเป็นวาระเร่งด่วนของทุกประเทศ

พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันเป็นพลังงานที่เกิดจากการรวมตัวกันของธาตุที่มีน้ำหนักเบา กลายเป็นอะตอมของธาตุที่มีน้ำหนักมากขึ้นและสามารถให้พลังงานออกมา พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันได้รับความสนใจในหลายประเทศเช่น สหรัฐ รัสเซีย ญี่ปุ่น ฝรั่งเศส เป็นต้น เนื่องจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันสามารถให้พลังงานในปริมาณสูงเมื่อเทียบจากน้ำหนักของเชื้อเพลิงที่เท่ากันและเป็นพลังงานสะอาดที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยมาก อีกทั้งเชื้อเพลิงที่ใช้ เช่น ดิวเทอเรียมที่มีอยู่มากมายในน้ำทะเล ดังนั้นพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันสามารถเป็นทางเลือกที่สำคัญของพลังงานทดแทนสำหรับอนาคตของเรา

ดวงอาทิตย์ตัวอย่างของการนำพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันมาใช้ในธรรมชาติ

การศึกษาวิจัยทางด้านพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องทั้งด้านการทดลองและด้านทฤษฏี โดยเฉพาะการศึกษาโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันแบบโทคาแมคเพื่อควบคุมให้เกิดปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่อง

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันแบบโทคาแมค

ซึ่งจากการทดลองที่ผ่านมาพบว่า ประสิทธิภาพการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันภายในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันแบบโทคาแมคจะเพิ่มสูงขึ้นจากภาวะปกติเมื่อพลาสมาเข้าสู่สภาวะประสิทธิภาพสูงที่เรียกว่า H-mode จากการศึกษาพบว่าพลาสมาในสภาวะประสิทธิภาพสูงเกิดขึ้นเมื่อมีแนวต้านการสูญเสียพลังงานและอนุภาคที่ขอบของพลาสมาหรือที่เรียกว่า ETB เกิดขึ้น ซึ่งสภาวะนี้จะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติเมื่อมีสภาวะที่เหมาะสม บริเวณที่เกิดแนวต้านการสูญเสียพลังงานและอนุภาคที่ขอบของพลาสมานี้เป็นบริเวณที่มีความแตกต่างของความดัน (pressure gradient) สูงมาก ส่งผลให้อุณหภูมิของพลาสมาสูงขึ้นด้วย

ความดันของพลาสมาในสภาวะประสิทธิภาพสูงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันแบบโทคาแมค

เป็นที่ทราบกันดีว่าอุณหภูมิเป็นปัจจัยที่มีผลต่อการเกิดปฎิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเป็นอย่างมาก หากอุณหภูมิของพลาสมาที่สูงขึ้นจะทำให้ประสิทธิภาพในการเกิดปฎิกริยานิวเคลียร์ฟิวชันสูงขึ้นด้วย นอกจากนี้การทดลองพลาสมาในสภาวะประสิทธิภาพสูงได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมจนมีการค้นพบแนวต้านการสูญเสียพลังงานและอนุภาคภายในพลาสมาหรือที่เรียกว่า ITB ซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันให้สูงขึ้นไปอีก การที่พลาสมาในสภาวะประสิทธิภาพสูงเกิด ETB และ ITB เป็นสิ่งที่นักวิจัยต้องการเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ อีกทั้งผลกระทบของ ETB และ ITB ต่อการเกิดขึ้นและการสะสมของธาตุเจือปนในพลาสมา เช่น ฮีเลียม ซึ่งมีผลต่อการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเป็นอย่างมาก หรือการเติมเชื้อเพลิงโดยใช้เชื้อเพลิงแช่แข็งสามารถส่งผลกระทบต่อความเสถียรของพลาสมาซึ่งแสดงออกมาในรูปแบบของปรากฏการณ์ต่างๆ ดังนั้นจำเป็นต้องมีการศึกษาเรื่องนี้อย่างถี่ถ้วนเพื่อประโยชน์ในการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันให้เป็นพลังงานทดแทนในอนาคต