โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน...ใกล้แล้วแค่ไหน?

วันที่ 7 เดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ.2566 บริษัท โทคาแมกเอนเนอร์จี (Tokamak Energy) ในประเทศอังกฤษ ประกาศความสำเร็จในการสร้าง “ซูเปอร์แม่เหล็ก” ที่จำเป็นสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน

ต้นเดือนธันวาคม พ.ศ.2565 ห้องปฏิบัติการลอเรนซ์ลิเวอร์มอร์แห่งชาติ (LLNL : Lawrence Livermore National Laboratory) ในแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา ประกาศความสำเร็จครั้งแรก ในการผลิตพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันได้มากกว่าพลังงานที่ใช้

ทั่วโลกในปัจจุบัน มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อยู่ทั้งหมดมากกว่า 400 แห่ง ในประมาณ 30 ประเทศ แต่ทั้งหมดเป็น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิชชัน

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน เป็น “จอกศักดิ์สิทธิ์” แห่งพลังงาน

“เชื่อ คิด และทำอย่างวิทยาศาสตร์” วันนี้ ขอนำท่านผู้อ่านไปติดตาม “มิชชัน” ของนักวิทยาศาสตร์ ในการแสวงหา “จอกศักดิ์สิทธิ์” แห่งวงการพลังงานอย่างเร็วๆ เพื่อตอบคำถามว่า ความก้าวหน้าล่าสุดเปิดเรื่องของเราวันนี้ มีความหมายอย่างไร? นักวิทยาศาสตร์เข้าใกล้ “จอกศักดิ์สิทธิ์” แค่ไหน?

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน “จอกศักดิ์สิทธิ์” แห่งพลังงาน!

ทำไมโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน (Nuclear Fusion Power Plant) จึงเป็น “จอกศักดิ์สิทธิ์” แห่งพลังงาน ?

คำตอบคือ .....

• พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน ให้พลังงานมากกว่า พลังงานจากถ่านหิน, น้ำมัน และแก๊สธรรมชาติ เกือบสี่ล้านเท่า

• พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน ให้พลังงานมากกว่า พลังงานนิวเคลียร์ฟิชชัน สี่เท่า

• พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันจากเชื้อเพลิง (คิวเทอเรียมและทริเทียม) ไม่กี่กรัม ให้พลังงานได้สูง เป็น เทระจูล หรือ 10¹²  จูล (หนึ่งล้านล้านจูล) หรือประมาณ 0.278 จิกะวัตต์ชั่วโมง (GWH) เพียงพอสำหรับคนในประเทศที่พัฒนาแล้วหนึ่งคน เป็นเวลากว่า 60 ปี

• เชื้อเพลิงดีที่สุดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน คือ ไฮโดรเจน และ ลิเทียม ไฮโดรเจน มีมากในน้ำ ส่วน ลิเทียม ก็เป็นแร่ มีมากในเปลือกโลก

• ไม่มี “ขยะนิวเคลียร์” จากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน ดังเช่น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิชชัน

• ไม่มีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ถูกปล่อยออกมาจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน ไฟฟ้าจากนิวเคลียร์ฟิวชัน จึงเป็น “พลังงานสะอาด” และไม่เพิ่มปัญหาวิกฤติโลกร้อน

เส้นทางสู่ “จอกศักดิ์สิทธิ์" พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน!

พลังานนิวเคลียร์ทุกรูปแบบ ไม่ว่าจะเป็น ระเบิดนิวเคลียร์ หรือ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบฟิชชัน ที่กำลังทำงานอยู่ทั่วโลกในปัจจุบัน และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน ที่เป็น “จอกศักดิ์สิทธิ์” เรื่องของเราวันนี้ ล้วนมีจุดเริ่มต้นเดียวกัน คือ สมการ E = mc² ของไอน์สไตน์

ระเบิดนิวเคลียร์ เป็นตัวอย่างของพลังงานนิวเคลียร์จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ ที่ไม่มีการควบคุม

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เป็นตัวอย่างของพลังงานนิวเคลียร์จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ภายใต้การควบคุมโดยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้งหมด ที่กำลังทำงานอยู่ทั่วโลก ล้วนอาศัย พลังงานจาก ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน อาศัยธาตุกัมมันตรังสีที่หนัก คือ ยูเรเนียม เป็นเชื้อเพลิง

ส่วน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน ที่กำลังพยายามสร้างกัน จะต้องอาศัยพลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน มีไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงหลัก

เส้นทางสู่ “จอกศักดิ์สิทธิ์" พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันภายใต้การควบคุม มีจุดเริ่มต้นกว่าหนึ่งร้อยปี จากปี พ.ศ.2448 ที่ไอน์สไตน์ให้กำเนิด สมการ E = mc²

จริงๆ แล้ว นักวิทยาศาสตร์ก็มองพลังงานนิวเคลียร์ว่า มีศักยภาพ จะใช้ประโยชน์เพื่อการรับใช้มนุษย์มานาน ก่อนที่พลังงานนิวเคลียร์จะถูกใช้เสียก่อน เป็นอาวุธทำลายล้างชีวิตมนุษย์

แต่ สงครามโลกครั้งที่สอง ทำให้เรื่องของพลังงานเพื่อการรับใช้มนุษย์ เปลี่ยนมาเป็น “ฝันร้าย” ที่ถึงทุกวันนี้ ก็ยัง “ไม่ตื่น” !!!

ก่อนสงครามโลกครั้งที่สองที่เกิดขึ้นในปี พ.ศ.2482 วงการวิทยาศาสตร์ทั่วโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในสหรัฐอเมริกา และ ยุโรป ก็กำลังตื่นเต้นกับ ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ ทั้งภาคพิเศษและภาคทั่วไป และก็เริ่มมีการศึกษากันอย่างจริงจัง ในการนำพลังงานนิวเคลียร์ ทั้งจากฟิชชัน และ ฟิวชัน มาใช้ประโยชน์

อย่างตรงประโยชน์ชัดเจนที่สุด ก็คือนำพลังงานนิวเคลียร์มาใช้ผลิตไฟฟ้า

แล้วสงครามโลกครั้งที่สอง ก็เกิดขึ้น!

ทุกสิ่งทุกอย่าง ก็เปลี่ยน!

แม้แต่ ไอน์สไตน์ ก็ต้องเปลี่ยนใจ ยอมลงชื่อในจดหมายถึง ประธานาธิบดี แฟรงกลิน คี. รูสเวลต์ แห่งสหรัฐฯ ซึ่งมีบทบาทสำคัญต่อการเกิดขึ้นของ โครงการแมนฮัตตัน สร้างระเบิดนิวเคลียร์ของสหรัฐฯ

ยุคทองของพลังงานนิวเคลียร์ เพื่อรับใช้มนุษย์ !

สงครามโลกครั้งที่สอง ยุติลงในปี พ.ศ.2488

หลังสงครามโลกครั้งที่สองเป็นเวลาเก้าปี โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิชชันแห่งแรกของโลกจึงเกิดขึ้น คือ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์อ๊อบนินสค์ (Obninsk Nuclear Power Plant) ของสหภาพโซเวียต เริ่มต้นผลิตไฟฟ้าในปี พ.ศ.2497

ต่อจากนั้นมา ก็มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เกิดขึ้นมากมายในหลายประเทศทั่วโลก นับเป็นยุคทองของพลังงานนิวเคลียร์เพื่อการรับใช้มนุษย์

หลังสงครามโลกครั้งที่สอง และหลังความสำเร็จของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิชชัน โลกวิทยาศาสตร์ก็กลับมาคึกคักกับเรื่องของ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน กันอีก จนกระทั่ง วิธีการที่นักวิทยาศาสตร์ จะใช้ในการควบคุมพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน ตกผลึกมา เป็น 2 วิธีใหญ่ในปัจจุบัน

วิธีที่หนึ่ง เรียกกันว่า วิธีโทคาแมก (Tokamak) หรือวีธี “ขวดแม่เหล็ก” (Magnetic bottle)

อีกวิธีหนึ่ง ใช้ เลเซอร์พลังสูง มักเรียกกันเป็น “เลเซอร์ฟิวชัน” (Laser fusion)

วิธีแรก เกิดขึ้นก่อนโดยนักฟิสิกส์โซเวียตสองคน คือ ไอ.อี. แทมม์ (I.E.Tamm) และ เอ.ดี. ซาคารอฟ (A.D. Sakharov) เสนอความคิดสร้างสนามแม่เหล็กความเข้มสูง เพื่อเก็บกักเชื้อเพลิงและควบคุมปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน

Tokamak เป็นคำภาษารัสเซีย หมายถึง “ท่อวงกลมสนามแม่เหล็ก” รูปร่างคล้ายขนมโดนัท ตั้งขึ้นในปี พ.ศ.2500 โดย อิกอร์ โกโลวิน (Igor Golovin)

วิธีที่สอง ใช้เลเซอร์พลังสูง ทั้งในการสร้างและควบคุมปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน

เลเซอร์เครื่องแรกของโลก เป็นผลงานของนักฟิสิกส์และวิศวกรอเมริกัน ทีโอดอร์ เอช. ไมแมน (Theodore H. Maiman) เปิดตัวเมื่อเดือนกรกฎาคม พ.ศ.2503

หลังการเปิดตัวเลเซอร์เครื่องแรกของโลก นักฟิสิกส์ก็มองเห็นศักยภาพของเลเซอร์ สำหรับการสร้างและควบคุมพลังงานนิวเคลียร์

สองปีหลังการเปิดตัวเลเซอร์เครื่องแรก คณะนักวิทยาศาสตร์ที่ “ห้องปฏิบัติการลอเรนซ์ลิเวอร์มอร์แห่งชาติ” เสนอความคิดเรื่อง “เลเซอร์ฟิวชัน” แล้วก็เดินหน้าปฏิบัติจริง กับเครื่องเลเซอร์ฟิวชันเครื่องแรก ชื่อ อาร์กัส (Argus) เปิดตัวในปี พ.ศ.2519 ....

ตามมาด้วย เลเซอร์ฟิวชัน รุ่นต่อๆ มา ชื่อไซคลอปส์ (Cyclops) , เจนัส (Janus) , ลองพาธ (Long Path) , ศิวะ (Shiva) และ โนวา (Nova)

ห้องปฏิบิติการลอเรนซ์ลิเวอร์มอร์แห่งชาติ ของสหรัฐฯ เป็นทั้งผู้บุกเบิกและพัฒนา เลเซอร์ฟิวชันอย่างสม่ำเสมอตลอดมาถึงปัจจุบัน โดยมีห้องปฏิบัติการหน่วยงาน และบริษัทเอกชนในหลายประเทศที่ร่วมวงศึกษาและพัฒนาเลเซอร์ฟิวชันด้วย ดังเช่นในสหรัฐอเมริกาเอง, ฝรั่งเศส, เยอรมนี, อังกฤษ, ญี่ปุ่น, จีน, ออสเตรเลีย ฯลฯ

ในขณะเดียวกับที่ เลเซอร์ฟิวชัน กำลังเดินหน้าเต็มที่ ฝ่ายคู่แข่งคือ โทคาแมก ก็กำลังคึกคักกันอย่างเต็มที่เช่นกัน และจริงๆ แล้ว ฝ่ายโทคาแมก เป็นฝ่ายหรือกลุ่มที่ใหญ่กว่า เพราะความพยายามและเงินลงทุนส่วนใหญ่ โดยภาพรวมทั่วโลกก็ไปทุ่มให้กับฝ่าย โทคาแมก มากกว่า

โดยภาพรวมในปัจจุบัน มีโครงการหรือห้องปฏิบัติการ ทั้งภาครัฐและเอกชน มากกว่า 100 แห่งในหลายประเทศ ที่กำลัง “วิจัยและพัฒนา” เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันแบบโทคาแมก

ใหญ่ที่สุด คือ โครงการนานาชาติ “อิเทอร์” (Iter : International Thermonuclear Experimental Reactor) มีสำนักกลางอยู่ที่ ประเทศฝรั่งเศส โดยความสนับสนุนและร่วมมือของประเทศต่างๆ ทั่วโลก 35 ประเทศ รวมทั้ง ประเทศไทย ด้วย

แล้วอย่างไร ?

แต่แล้ว เมื่อเวลาผ่านไป ความพยายามในการเข้าถึง “จอกศักดิ์สิทธิ์” พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน ทั้งฝ่ายเลเซอร์ฟิวชันและโทคาแมก ก็พบว่าเทคโนโลยีการควบคุมพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน ยากกว่าที่คิดจริงๆ

ซ้ำร้าย ความพยายามในการควบคุมพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน ก็เผชิญกับมรสุมใหญ่เพิ่มขึ้นมาอย่างไม่คาดคิด คือ อุบัติเหตุเกิดกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

เริ่มต้นกับอุบัติเหตุ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ที่เกาะทรีไมล์ (Three Mile Island ) สหรัฐอเมริกา เมื่อปี พ.ศ.2522

ตามมาด้วยเหตุไฟไหม้และการระเบิด ที่ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบีล (Chernobyl) ในสหภาพโซเวียตเดิม ปัจจุบันอยู่ในยูเครน เมื่อปี พ.ศ.2529 มีผู้เสียชีวิตอย่างน้อย 31 คน และการแพร่กระจายของฝุ่นกัมมันตรังสีไปเกือบทั่วยุโรป

จากเหตุที่เกิดกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เกาะทรีไมล์ และเชอร์โนบีล ผสมกับภาพติดตาฝันร้ายจากระเบิดนิวเคลียร์ที่ ฮิโรชิมา และ นางาซากิ ทำให้เกิดภาวะถดถอยการใช้และพัฒนาโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

หลายประเทศชะลอแผนการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขึ้นมาใหม่ และเตรียมการปิดโรงไฟฟ้าที่ใกล้จะหมดอายุ

จนกระทั่งถึง ต้นศตวรรษที่ 21 ความรู้สึกหวาดกลัวโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เริ่มลดลง อีกทั้งปัญหาการขาดแคลนพลังงานที่หวังจะได้พลังงานหมุนเวียนจากแสงอาทิตย์และลม มาแทน ก็ไม่เป็นไปตามคาด

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิชชันจึงเริ่มฟื้นตัวกลับมาใหม่ และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชันก็กลับมาคึกคักกันอีก

สถานการณ์ถึงล่าสุด กับข่าวความก้าวหน้า 2 ข่าว เปิดเรื่องของเราวันนี้!

ข่าวแรก เกี่ยวกับการประกาศความสำเร็จของ บริษัท โทคาแมกเอนเนอร์จี ในการสร้าง “ซูเปอร์แม่เหล็ก” ที่จำเป็นสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน ก็นับเป็นความก้าวหน้าสำคัญ

แต่ก็แสดงให้เห็นว่า โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชันแบบโทคาแมก ก็ยังห่างไกลอีกมาก จากการเปิดตัวผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชันออกมาได้จริงๆ

ข่าวที่สอง ซึ่งมาก่อนข่าวแรกประมาณสองเดือน จริงๆ แล้ว ก็นับเป็นความก้าวหน้าของเลเซอร์ฟิวชัน ที่เข้าใกล้เป้าหมายมากกว่าข่าวแรก

เพราะเป้าหมายแรกสุดของการพัฒนาโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน คือ จะต้องถึงจุดเกินคุ้มทุน ซึ่งหมายความว่า จะต้องได้พลังงานออกมามากกว่าพลังงานที่ป้อนเข้าไป

ดังนั้น โดยภาพรวมการแข่งขันระหว่าง โทคาแมก กับ เลเซอร์ฟิวชัน เข้าหา “จอกศักดิ์สิทธิ์” พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน ถึงขณะนี้ เลเซอร์ฟิวชัน วิ่งล้ำหน้า โทคาแมก ไปก่อนแล้ว

แต่ที่สุดของที่สุด เราก็ต้องยอมรับความจริงว่า ทั้ง โทคาแมก และ เลเซอร์ฟิวชัน ก็ยังห่างไกลจากการเข้าถึง “จอกศักดิ์สิทธิ์” แห่งพลังงานอยู่อีกมาก ...

เพราะหลังจากที่สามารถพิสูจน์เรื่อง จุดคุ้มทุน ได้แล้ว โจทย์ใหญ่และยากที่ยังรออยู่ ทั้งโทคาแมกและเลเซอร์ฟิวชัน ก็ยังมีวิธีการที่จะนำพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน ไปผลิตเป็น “ไฟฟ้า”

ดังนั้น สถานการณ์โดยสรุปรวบยอด ก็คือ เราดูเหมือนจะกลับไปสู่สถานการณ์เมื่อประมาณห้าสิบปีก่อน ที่คาดหวังว่าจะได้ใช้ไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน ในอีกประมาณ สามสิบปี คือ ประมาณต้นศตวรรษที่ยี่สิบเอ็ด

นั่นคือ เราน่าจะต้องรอไปอีกประมาณสามสิบปีข้างหน้า จึงจะได้ใช้ไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน

ยกเว้นจะมี “การก้าวกระโดดใหญ่” หรือ “Big Breakthrough” สำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน ที่ “คาดไม่ถึง” กัน

ถ้าถาม อาเธอร์ ซี. คลาร์ก ที่ผู้เขียนเคย “คุย” ด้วยเมื่อ วันที่ 6 กุมภาพันธ์ พ.ศ.2523 ที่เมืองโคลัมโบ ประเทศศรีลังกา ผู้เขียนเชื่อว่า อาเธอร์ ซี. คลาร์ก ก็จะยิ้ม และผงกหน้ากับผู้เขียนด้วย

แล้วท่านผู้อ่านล่ะครับ คิดอย่างไร ?