ถอดรหัส “ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น” คำตอบของพลังงานสะอาดไร้ขีดจำกัด
นักวิทยาศาสตร์จากห้องทดลอง Lawrence Livermore National Laboratory ในรัฐแคลิฟอร์เนีย ทำการยิงลำแสงเลเซอร์ที่มีพลังงานมหาศาลไปยังแคปซูลที่มีขนาดราวครึ่งหนึ่งของลูกกระสุนปืน BB ซึ่งทำให้เกิดปฏิกิริยาที่สร้างพลังงานได้มากกว่าแหล่งพลังงานเดิมที่ยิงออกมาถึง 1.5 เท่า
อย่างไรก็ดี การค้นพบที่น่าสนใจครั้งนี้ยังต้องใช้เวลาอีกนานหลายทศวรรษ ก่อนที่ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นจะถูกนำมาใช้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับใช้งานทั่วไป
ถ้าหากได้รับการควบคุมพร้อมทั้งใช้ประโยชน์อย่างเหมาะสม วิธีนี้จะสามารถผลิตพลังงานในปริมาณที่เกือบไร้ขีดจำกัดพร้อมทั้งปราศจากก๊าซคาร์บอนที่จะตอบสนองการใช้งานไฟฟ้าของมนุษยชาติ โดยที่ไม่ส่งผลให้อุณหภูมิโลกสูงขึ้นหรือทำให้ปัญหาการเปลี่ยนแปลงของภูมิอากาศเลวร้ายลงไปกว่าที่เป็นอยู่ได้
มาร์วิน “มาร์ฟ” อดัมส์ รองผู้อำนวยการของสำนักงานความมั่นคงทางนิวเคลียร์แห่งชาติสหรัฐฯ กล่าวในงานแถลงข่าวว่า แม้จะมีการทดลองเช่นนี้มาแล้วหลายร้อยครั้ง แต่การทดลองครั้งล่าสุดนี้เป็นครั้งแรกที่มีการออกแบบกระบวนการที่ช่วยให้เชื้อเพลิงฟิวชั่นในแคปซูลถูกบีบอัด รักษาสถานะความร้อนพร้อมทั้งความหนาแน่นเป็นระยะเวลาที่ยาวนานเพียงพอที่จะนำไปสู่การจุดติดลุกไหม้ต่อได้ โดยปฏิกริยานี้ผลิตพลังงานได้มากกว่าพลังงานที่แสงเลเซอร์ยิงส่งเข้าไปเสียอีก
อ้างอิงตามคำอธิบายของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสของอะตอมของธาตุที่มีน้ำหนักเบาคู่หนึ่ง หลอมรวมกันจนเกิดเป็นนิวเคลียสที่มีน้ำหนักของธาตุมากขึ้นกว่าเดิม พร้อมทั้งมีพลังงานส่วนเกินถูกผลิตออกมาจากกระบวนการดังกล่าว
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นเป็นแหล่งพลังงานของดาวต่าง ๆ รวมถึงดวงอาทิตย์ที่ซึ่งอุณหภูมิความร้อนที่สูงนับล้านองศาเซลเซียส ผนวกกับแรงดันที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงในดวงอาทิตย์ ก่อให้เกิดปฏิกริยาทำให้อะตอมหลอมรวมกันเกิดเป็นพลังงานนั่นเอง
นักวิทยาศาสตร์มีความเข้าใจเกี่ยวกับการทำงานของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นมานานแล้ว พร้อมทั้งได้จำลองกระบวนการข้างต้นทดลองบนโลกมาตั้งแต่ในช่วงปี 1930
รายงานของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ พบว่า ในปัจจุบันมีความพยายามที่จะหลอมรวมไอโซโทปไฮโดรเจนคู่หนึ่ง ได้แก่ ดูเทอเรียม (deuterium) พร้อมทั้งทริเทียม (tritium) โดยกระบวนการนี้จะปลดปล่อย “พลังงานมากกว่าปฏิกิริยาฟิวชั่นส่วนใหญ่” พร้อมทั้งใช้อุณหภูมิความร้อนที่ต่ำกว่า
ศาสตราจารย์แดเนียล เเคมเมน ผู้เชี่ยวชาญด้านพลังงานพร้อมทั้งมิติด้านสังคม ที่มหาวิทยาลัยแห่งเเคลิฟอร์เนีย วิทยาเขตเบิร์คลีย์ ชี้ว่า พลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นอาจนำไปต่อยอดได้อย่างไร้ขีดจำกัด เมื่อมีเทคโนโลยีมารองรับในการใช้งานเชิงพานิชย์ โดยอะตอมของธาตุที่ต้องใช้ก็มีอยู่ในน้ำทะเลอยู่แล้ว อีกทั้งกระบวนการดังกล่าวยังไม่ก่อให้เกิดกากกัมมันตภาพรังสี แบบที่พบได้จากกระบวนการนิวเคลียร์ฟิชชั่น (nuclear fission) ซึ่งเป็นการแบ่งแยกนิวเคลียส
แคโรลีน คูรานซ์ ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยแห่งมิชิแกนพร้อมทั้งเป็นนักฟิสิกส์ด้านการทดลองพลาสมา กล่าวเสริมว่า การสร้างพลังงานได้มากกว่าพลังงานสุทธิถือเป็นความสำเร็จครั้งสำคัญอย่างยิ่ง
หนึ่งในวิธีที่นักวิทยาศาสตร์เคยพยายามสร้างนิวเคลียร์ฟิวชั่น โดยใช้เตาปฏิกรณ์โทคาแมค (tokamak) ซึ่งเป็นห้องสุญญากาศรูปทรงคล้ายโดนัทพร้อมทั้งใช้พลังงานมหาศาลจากแม่เหล็กในการเปลี่ยนเชื้อเพลิงให้เป็นพลาสมาที่มีอุณหภูมิความร้อนสูงถึงระหว่าง 150 ล้าน ถึง 300 ล้านองศาเซลเซียส จนอาจก่อให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น
แต่ในการทดลองครั้งล่าสุด ห้องปฏิบัติการ Livermore ใช้เทคนิคที่ต่างออกไป โดยนักวิจัยทำการยิงแสงเลเซอร์ 192 ลำแสงใส่แคปซูลขนาดเล็กที่บรรจุเชื้อเพลิงดูทีเรียมพร้อมทั้งทริเทียม
รายงานผลการทดสอบในเดือนสิงหาคม ปี 2021 พบว่า การทดลองครั้งนั้นสามารถผลิตพลังงานฟิวชั่นได้ 1.35 เมกะจูล ซึ่งถือว่ามากกว่าประมาณ 70% ของพลังงานที่ยิงเข้าไป อย่างไรก็ดี การทดลองที่ตามมาอีกหลายครั้งได้ผลลัพธ์ที่ลดลง แต่นักวิจัยเชื่อว่า พวกเขาสามารถระบุปัจจัยในการแก้ไขให้ดีขึ้นได้ อย่างเช่น คุณภาพของเชื้อเพลิงในแคปซูล หรือการตั้งค่าความสมมาตรของลำแสงเลเซอร์
ทั้งนี้ สเตฟานี ดีม ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์วิศวกรรม จากมหาวิทยาลัยแห่งวิสคอนซิน-เมดิสัน อธิบายว่า องค์ประกอบที่สำคัญของการสร้างปฏิกิริยานี้ไม่ใช่เรื่องของความร้อนพร้อมทั้งแรงกดดันมหาศาลเท่านั้น แต่พลังงานจากลำแสงเลเซอร์ยังต้องถูกยิงออกไปอย่างแม่นยำเพื่อที่จะก่อเกิดเชื้อเพลิงฟิวชั่น
ถ้าหากว่า แม้ความสำเร็จในห้องปฏิบัติการนี้จะยืนยันว่า การผลิตพลังงานฟิวชั่นนั้นเป็นไปได้จริง การพัฒนาต่อยอดไปสู่การผลิตไฟฟ้าในขั้นของโรงไฟฟ้ายังถือว่าเป็นเรื่องยากกว่ามาก
แคโรลีน คูรานซ์ ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยแห่งมิชิแกน ยกตัวอย่างให้ฟังว่า การยิงแสงเลเซอร์ในห้องปฏิบัติการนั้นสามารถทำได้เพียงไม่กี่ครั้งต่อวัน แต่ในการผลิตพลังงานเพื่อใช้งานจริง จำเป็นที่จะต้องยิงลำแสงอย่างรวดเร็วพร้อมทั้งต้องมีการบรรจุแคปซูลหลายครั้งภายในช่วงเวลา 1 นาทีหรืออาจต้องเร็วกว่านั้นด้วยซ้ำ
เจเรมี ชิทเทนเดน ศาสตราจารย์ที่เชี่ยวชาญด้านพลาสมาฟิสิกส์ จาก Imperial College กรุงลอนดอน ประเทศอังกฤษ ชี้ให้เห็นถึงความท้าทายอีกข้อ ซึ่งก็คือ การเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการนี้ โดยบอกว่า เลเซอร์ในห้องปฏิบัติการของ Livermore ต้องใช้พลังงานไฟฟ้าจำนวนมาก ซึ่งหมายความว่า เหล่านักวิจัยจำเป็นต้องหาวิธีที่ที่จะนำไปสู่ผลลัพธ์แบบเดียวกันได้อีกเรื่อย ๆ ในแบบที่ให้ผลตอบแทนที่สูงแต่มีต้นทุนที่ต่ำกว่าให้ได้
ที่มา: เอพี
