กระบวนการฟิวชันหมายถึงข้อใด

“พลังงานฟิวชั่น” ทางออกปัญหาพลังงานที่สะอาดและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

วิกฤติการขาดแคลนพลังงานและราคาน้ำมันที่พุ่งสูงกำลังส่งผลกระทบต่อผู้คนมากมายทั่วโลก ในบทความนี้ InnoHub เลยขอพาไปทำความรู้จักกับพลังงานฟิวชั่น (Fusion Power) ที่มีศักยภาพในการกลายเป็นพลังงานทางเลือกใหม่ที่ทั้งสะอาดและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

พลังงานฟิวชั่นคืออะไร  

เมื่อพูดถึง “พลังงานนิวเคลียร์” ภาพแรกที่หลายคนนึกถึงอาจเป็นโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่พร้อมสารกัมมันตภาพรังสีที่มีอันตรายร้ายแรงต่อร่างกาย แต่แท้จริงแล้วการผลิตไฟฟ้าด้วย “ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น” นั้นแตกต่างจาก “ปฏิกิริยาฟิสชั่น (Nuclear Fission)” แบบดั้งเดิมอย่างสิ้นเชิง

ปฏิกิริยาฟิวชั่น (Fusion Power) เกิดจากการที่นิวเคลียสของอะตอม 2 หน่วยของธาตุมวลเบา เช่น ไฮโดรเจน และ ฮีเลียม อยู่ท่ามกลางอุณภูมิที่สูงกว่า 100 ล้านองศาเซลเซียสจนสามารถควบรวมกันกลายเป็นธาตุที่หนักขึ้น จากนั้น จะก่อให้เกิดการปล่อยพลังงานมหาศาลออกมาโดยไม่มีสารกัมมันตรังสีเลย 

ทั้งนี้ หนึ่งในตัวอย่างของกระบวนการผลิตพลังงานฟิวชั่นที่ชัดเจนที่สุด คือ ดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์ของเราที่มีแรงดันและอุณหภูมิสูงเกิน 10 ล้านองศาเซลเซียส จนสามารถทำให้นิวเคลียสมาหลอมรวมกันแล้วเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นได้นั่นเอง 

“พลังงานฟิวชั่น” ต่างกับ “พลังงานฟิสชั่น” อย่างไร

ด้านพลังงานฟิสชั่น หรือ ปฏิกิริยาฟิสชั่น เกิดขึ้นเมื่อนิวตรอนชนกันกับอะตอมที่มีขนาดใหญ่กว่า ทำให้อะตอมแตกออกเป็น 2 หน่วยที่มีขนาดเล็กลง และปล่อยพลังงานออกมาเป็นจำนวนมหาศาล นอกจากนี้ กระบวนการฟิสชั่นยังทำให้นิวตรอนตัวอื่น ๆ วิ่งไปชนกับอะตอมอื่น ๆ จนเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ (Chain Reaction) ต่อเนื่องไม่สิ้นสุด ปัจจุบัน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์หลายแห่งเลือกใช้วิธีนี้เพื่อผลิตพลังงาน

แม้ว่าโรงไฟฟ้าพลังงานฟิสชั่นจะถูกมองว่าเป็นการผลิตไฟฟ้าที่ต้นทุนต่ำและไม่สร้างมลภาวะจากการใช้พลังงานคาร์บอน แต่สารตั้งต้นที่เลือกใช้ในการผลิตไฟฟ้ามักเป็นธาตุหนัก เช่น พลูโตเนียมและยูเรเนียม ซึ่งก่อให้เกิดกากพลังงานเหลือทิ้งที่สามารถปล่อยสารกัมมันตภาพรังสีจนอาจเป็นอันตรายต่อชุมชนและระบบนิเวศ รวมทั้งยังไม่มีวิธีการกำจัดอย่างยั่งยืนอีกด้วย

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิสชั่น Chernobyl เกิดอุบัติเหตุระเบิดครั้งใหญ่เมื่อวันที่ 26 เมษายน 2529 ส่งผลให้มีผู้เสียชีวิตหลายพันราย

เครดิต: //www.livescience.com/39961-chernobyl.html 

โปรเจกต์นำร่องเพื่อสร้าง “โรงไฟฟ้าพลังงานฟิวชั่น”

ตั้งแต่ปี 2007 เป็นต้นมา หลายประเทศทั่วโลกกว่า 35 ประเทศ เช่น จีน สหรัฐอเมริกา รัสเซีย และ สหภาพยุโรป (EU) ได้ร่วมมือกันค้นคว้าและพัฒนาการสร้างโรงไฟฟ้าด้วยพลังงานฟิวชั่นจนเกิดเป็นโครงการยักษ์ใหญ่ชื่อว่า ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor) โดยประดิษฐ์เครื่อง TOKAMAK ที่อาศัยสนามแม่เหล็กในการควบคุมให้สาร (พลาสมา) เกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นท่ามกลางอุณหภูมิอันร้อนระอุเหมือนดวงอาทิตย์ ก่อนจะนำพลังงานเหล่านั้นไปผลิตเป็นกระแสไฟฟ้าหล่อเลี้ยงผู้คนต่อไป

เทคโนโลยีด้านวิศวกรรมนี้กำลังพัฒนาอย่างก้าวกระโดดและมีประสิทธิภาพมากขึ้นเรื่อย ๆ ล่าสุด ITER คาดการณ์ว่าในเดือนธันวาคม ปี 2025จะสามารถใช้ธาตุไฮโดรเจน (Hydrogen) สร้างสถานะพลาสมา (Plasma) ซึ่งเป็นกลุ่มก๊าซร้อนของอนุภาคต่าง ๆ ในเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ให้มีความร้อนสูงมากพอสำหรับการเกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นได้เป็นครั้งแรก ก่อนจะทดลองใช้ธาตุอื่น ๆ อีกในภายหลัง

ภาพจำลองเครื่อง TOKAMAK ซึ่งมีน้ำหนักสูงถึง 23,000 ตัน

เครดิต: //fusionforenergy.europa.eu/the-device/ 

4 ข้อดีของนิวเคลียร์ฟิวชั่น ทางออกวิกฤติพลังงานและมลพิษของประเทศไทย

ประเทศไทยเผชิญกับปัญหามลพิษ PM2.5 จากการคมนาคมรวมถึงโรงงานอุตสาหกรรมต่าง ๆ อย่างต่อเนื่องในช่วง 5-10 ปีที่ผ่านมา โดย Greenpeace องค์กร NGO ด้านสิ่งแวดล้อมระดับโลก ระบุว่า ค่า PM 2.5 โดยเฉลี่ยในประเทศไทยนั้นสูงถึง 25 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ซึ่งมากกว่าค่ามาตรฐานที่ 10 ไมโครลูกบาศก์เมตรตามคำแนะนำขององค์การอนามัยโลก (WHO) ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงในการเจ็บป่วย เช่น โรคหลอดลมอักเสบเฉียบพลันเรื้อรัง โรคหอบหืด รวมถึงโรคหัวใจและปอด

นอกจากนี้ กระแสไฟฟ้าในประเทศไทยยังผลิตขึ้นจากก๊าซธรรมชาติในอัตราส่วนสูงถึง 69% ซึ่งนับว่ายังไม่หลากหลายมากพอและค่อนข้างเสี่ยงที่จะเผชิญกับปัญหาการขาดแคลนก๊าซธรรมชาติและต้นทุนที่พุ่งสูงขึ้นในอนาคตหากยังคงไม่สามารถจัดหาวิธีการผลิตพลังงานจากแหล่งอื่น ๆ ได้

ดังนั้น การผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานใหม่อย่างนิวเคลียร์ฟิวชั่นจึงเป็นหนึ่งในทางเลือกที่น่าสนใจเป็นอย่างยิ่งสำหรับประเทศไทย มาดูกันว่า 4 จุดเด่นหลัก ๆ ของเทคโนโลยีดังกล่าวมีอะไรบ้าง

• Thermoelectric การแปลงความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้า เทคโนโลยีสีเขียวเพื่อสิ่งแวดล้อม

4 ข้อดีหลัก ๆ ของพลังงานฟิวชั่น

1. เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เพราะพลังงานจากนิวเคลียร์ฟิวชั่นไม่มีการเผาผลาญเชื้อเพลิงคาร์บอน เป็นพลังงานที่สะอาด ไม่ก่อให้เกิดฝุ่นควันและมลพิษที่เป็นอันตรายต่อผู้คน รวมถึงไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เป็นสาเหตุของภาวะโลกร้อนอีกด้วย

2. ขุมพลังงานที่ยั่งยืน เพราะหากมนุษย์สามารถประดิษฐ์เทคโนโลยีนิวเคลียร์ฟิวชั่นได้อย่างสมบูรณ์แบบจนเหมือนกับ “ดวงอาทิตย์” ที่จะเผาไหม้และปลดปล่อยพลังงานต่อเนื่องได้อีกเป็นระยะเวลากว่า 1 พันล้านปีต่อจากนี้ นั่นหมายความว่า เราจะมีพลังงานไฟฟ้าใช้อย่างเหลือเฟือ และสามารถนำไปแบ่งปันให้กับผู้คนทั่วโลกได้อย่างมีประสิทธิภาพ 

3. มีความปลอดภัยสูง ปฏิกิริยาฟิวชั่นนั้นแตกต่างจากปฏิกิริยาฟิสชั่นอย่างสิ้นเชิง โดยหากอุณหภูมิหลายล้านองศาเซลเซียสลดลง เกิดเหตุฉุกเฉิน หรือภัยพิบัติกับอุปกรณ์ ปฏิกิริยาฟิวชั่นก็จะหยุดลงด้วยตัวเอง นอกจากนี้ ยังไม่ก่อให้เกิดสารกัมมันตภาพรังสีที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตและระบบนิเวศ ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงและบรรเทาความกังวลของภาคประชาชนที่มักมีภาพจำในแง่ลบต่อการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

4. ประสิทธิภาพสูงกว่า เพราะเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ฟิวชั่นเพียง 1 กิโลกรัมสามารถให้พลังงานในปริมาณเทียบเท่ากับเชื้อเพลิงฟอสซิล 10 ล้านกิโลกรัม และเมื่อนำไปเปรียบกับขั้วตรงข้ามอย่างปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิสชั่นแล้ว ฟิวชั่นผลิตพลังงานได้สูงกว่าถึง 4 เท่าเลยทีเดียว

วิกฤติพลังงานและภาวะโลกร้อนที่ทุก ๆ ประเทศต่างต้องเผชิญนั้นสามารถบรรเทาลงได้ด้วยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของการผลิตพลังงานไฟฟ้าด้วยนิวเคลียร์ฟิวชัน ล่าสุด ประเทศไทยเองก็ได้เริ่มปูทางสู่การใช้พลังงานฟิวชั่นแล้ว เช่น การพัฒนาเครื่อง TOKAMAK เครื่องแรกที่ จ.นครนายก ในอนาคต เราคงได้เห็นโลกที่มีพลังงานสะอาดให้ทุกคนใช้อย่างแน่นอน

กระบวนการฟิวชันหมายถึงข้อใด *

ปฏิกิริยาลูกโซ่มีความหมายตรงกับข้อใด

ข้อใดคือความหมายของปฏิกิริยาลูกโซ่ในปฏิกิริยาฟิชชัน

ข้อใดเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน