‘นิวเคลียร์ฟิวชัน’ เมื่อโลกเข้าใกล้พลังงานไร้ขีดจำกัดแบบในหนัง Iron Man

ผู้อ่านลองจินตนาการดูว่า โลกและชีวิตมนุษยชาติจะเปลี่ยนไปแค่ไหน หากเรามีแก้วน้ำขนาดหนึ่งลิตรที่ภายในเต็มไปด้วยพลังงานจากนิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งสามารถปล่อยพลังงานออกมาให้บ้านของคุณทั้งหลังใช้ได้นานนับร้อยปี นั่นถือเป็นสิ่งพลิกเกมของพลังงานสะอาดในโลกอนาคตไปโดยสิ้นเชิง 

เมื่อไม่กี่วันก่อนโลกได้พบกับความสำเร็จก้าวเล็กๆ แต่สำคัญยิ่ง เมื่อโลกขยับเข้าใกล้ความสามารถในการผลิตพลังงานสะอาดได้เองแบบไร้ขีดจำกัด เมื่อกลุ่มนักวิทยาศาสตร์สหรัฐฯ ประกาศความสำเร็จสร้างพลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันได้เป็นครั้งแรก ความสำเร็จนี้เรียกได้ว่าเป็นเสมือน 'กุญแจแห่งโฮลีเกรล' ในการที่อนาคตโลกจะมีพลังงานสะอาดใช้แบบไร้ขีดจำกัด  

เจนนิเฟอร์ แกรนโฮล์ม รัฐมนตรีว่าการกระทรวงพลังงานสหรัฯญ ประกาศว่าห้องทดลองแห่งชาติลอว์เรนซ์ ไลฟ์มอร์  (LLNL) ภายในหน่วยงานวิจัยนิวเคลียร์ National Ignition Facility ที่รัฐแคลิฟอร์เนีย สามารถสร้างพลังงานจากการใช้ปฏิกริยานิวเคลียร์ฟิวชันในระดับ 2.5 เมกะจูล  (MJ) ซึ่งมากพอที่จะผลักดันให้เกิดปฏิกิริยาสร้างกระแสไฟฟ้าได้ ถือเป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์สร้างพลังงานจากปฏิกิริยา 'นิวเคลียร์ฟิวชัน' ได้สำเร็จ  

ถึงตรงนี้ผู้อ่านอาจสงสัยว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันคืออะไร เหมือนหรือต่างกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีอยู่ทั่วไปอย่างไร

โฮลีเกรลแห่งพลังงานสะอาดอันไร้ขีดจำกัด

พอหลายคนได้ยินคำว่า "นิวเคลียร์" อาจกังวลเรื่องความปลอดภัย แต่ต้องอธิบายก่อนว่าพลังงานนิวเคลียร์เกิดจากการเอาธาตุอะตอม ที่มีจากแร่ที่มีรังสีไอโซโทปอย่างพวกยูเรเนียม พลูโทเนียม มาทำให้เกิดการปล่อยพลังงานโดยใช้วิธี 2 รูปแบบคือ นิวเคลียร์ฟิชชัน (Nuclear Fission) และนิวเคลียร์ฟิวชัน (Nuclear fusion) 

นิวเคลียร์ฟิชชัน (Nuclear Fission) เป็นคำเรียกกระบวนการสร้างพลังงานนิวเคลียร์ ซึ่งใช้กันโดยทั่วไปในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั่วโลก คือการนำอะตอมธาตุหนักให้หลายเป็นธาตุเบา โดยการแบ่งแยกนิวเคลียสของอะตอม ผ่านกระบวนการเร่งสลายของกัมมันตรังสีซึ่งพออะตอมจาก 1 แตกเป็น 2x10x20x30 ไปเรื่อยๆ ระหว่างแตกตัวมันจะปล่อยนิวตรอนและโปรตอนในรูปแบบรังสีแกมมา ซึ่งจะทำให้ปล่อยพลังงานออกมามาก โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เอาพลังงานความร้อนส่วนนั้นไปปั่น Generator เพื่อปั่นไฟต่อไป แต่มันก็มีข้อเสียคือสร้างพลังงานได้น้อยกว่า แถมเหลือกากกัมมันตรังสีที่เป็นอันตรายให้ต้องจัดการ 

เมื่อเทียบกับนิวเคลียร์ฟิวชัน (Nuclear fusion)  เป็นปฏิกิริยาแบบเดียวกับที่เกิดในดวงอาทิตย์ จากนิวเคลียสของอะตอมของธาตุหลอมรวมกันพร้อมให้พลังงานมหาศาลออกมา กระบวนการนี้ยังไม่เคยมีนักวิทย์ใดที่สามารถสร้างพลังงานออกมามากกว่าพลังงานที่ใช้สร้างปฏิกิริยาฟิวชันได้สำเร็จ แต่วิธีการที่นักวิทย์สหรัฐฯ ใช้คือ นำอะตอมจากธาตุกัมมันตรังสีหลายตัวมารวมกันผ่านการยิงเลเซอร์บีม กลายเป็นนิวเคลียสอะตอมที่หนักขึ้น และปล่อยพลังงานออกมาในจำนวนมาก ซึ่งสามารถนำความร้อนไปผลิตกระแสไฟฟ้าต่อ  

ที่ต่างจากนิวเคลียร์ฟิสชันคือ มันจะไม่เหลือกากกัมมันตรังสีที่อันตราย ไม่ปล่อยคาร์บอนระหว่างกระบวนการ ที่สำคัญให้ปริมาณพลังงานที่มากกว่าพลังงานที่ได้จากนิวเคลียร์ฟิชชัน 

ข้อมูลของทบวงปรมานูระหว่างประเทศเพื่อสันติ (IAEA) ระบุว่า พลังงานที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันสามารถผลิตพลังงานได้มากกว่าไฟฟ้าที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันถึง 4 เท่า และได้พลังงานไฟฟ้าที่ผลิตจากเชื้อเพลิงฟอสซิลมากกว่า 4 ล้านเท่า แถมยังไร้ของเสียจากกากกัมมันตรังสี  

โดยปกติแล้วปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันมักเกิดขึ้นติในดาวฤกษ์ตามธรรมชาติ เช่น ดวงอาทิตย์ เพราะที่ดวงอาทิตย์ปล่อยพลังงานออกมาได้นานนับล้านปี เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันที่เกิดขึ้นภายในแกนกลางของดวงอาทิตย์ นั่นหมายความว่า หากโลกสามารถสร้างพลังงานสะอาดที่มีปริมาณมหาศาลได้เพียงเศษเสี้ยวหนึ่งของดวงอาทิตย์ เราคงไม่ต้องจินตนาการว่าอนาคตของมวลมนุษยชาติจะเปลี่ยนไปแค่ไหน 

การวิจัยพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกวิจัยกันมานานกว่า 50-60 ปีแล้ว เพราะมองว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันถือเป็นแหล่งพลังงานทั้งสะอาด ดีต่อสิ่งแวดล้อมและมีราคาประหยัด สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ในปริมาณมหาศาล วิธีการสร้างพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่นนักวิทย์ทั่วโลกเชื่อว่าเป็นไปได้ในทางทางทฤษฏี แต่ยังเคยมีห้องทดลองใดสร้างพลังงานได้มากพอจะผลักดันให้เกิดปฏิกิริยาในระดับสร้างพลังงานได้ 

พลังงานแบบในหนัง Iron Man

ถึงตรงนี้ ผู้อ่านอาจเกิดคำถามว่าแล้วมันเหมือนกับในหนังไอรอนแมนยังไง ปัจจุบัน มีการศึกษาปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันใน 2 รูปแบบคือ การทำให้เกิดฟิวชันด้วยเทคนิค magnetic confinement (MFE) หรือการใช้สนามแม่เหล็กแรงสูงจับพลาสมาร้อนไว้ วิธีที่สองคือการทำให้เกิดฟิวชัน ด้วยเทคนิค inertial confinement (ICF)  ผ่านการใช้ลำอนุภาคหรือเลเซอร์บีมพลังงานสูงบีบไฮโดรเจนให้เป็นกลุ่มก้อน จนปล่อยพลังงานมหาศาลออกมา  

ในภาพยนตร์เรื่องไอรอนแมนภาคแรก เราจะเห็นว่าที่ชุดเกราะของไอรอนแมนจะมีก้อนพลังงานตรงกลางอกของชุดที่ในหนังเรียกว่า "ปฏิกรณ์อาร์ค"  ตามที่หนังนำเสนอในไอรอนแมนภาคแรก เตาปฏิกรณ์อาร์มีหลักการทำงานเดียวกับตาปฏิกรณ์ฟิวชันแบบเทคนิค (MFE) (แต่ทำให้มีขนาดเล็ก) โดยใช้พลังงานนิวเคลียร์จากธาตุ "พาลาเดียม" เป็นพลังงานแก่ชุดเกราะไอรอนแมน  

ปฏิกรณ์อาร์คในหนังไอรอนแมน เป็นนิวเคลียร์ฟิวชันแบบควบคุมพลาสมาในวงแหวนแม่เหล็ก (MFE) ซึ่งในความเป็นจริงมันจะมีขนาดใหญ่มาก (ใหญ่ชนิดที่ไม่มีทางยัดไว้กลางชุดเกราะได้) ขณะที่ฟิวชั่นที่นักวิทย์สหรัฐฯ เพิ่งทำสำเร็จเป็นเทคนิค ICF ที่ใช้แสงเลเซอร์บีมยิ่งยวดนับร้อยเลเซอร์ รวมอะตอมเข้าด้วยกันจนเกิดพลังงาน โดยใช้นิวเคลียร์ของธาตุ 'ทริเทียม' ที่มาจากไอโซโทปชนิดหนึ่งของอะตอมไฮโดรเจน ซึ่งหายากมากอีกทั้งต่างจากพวกยูเรเนียม พลูโทเนียม เพราะปล่อยพลังงานได้มากกว่า 

แม้ความสำเร็จนี้จะเป็นกุญแจที่ไขโฮลีเกรลแห่งพลังงานสะอาดในอนาคต แต่ปัญหาตอนนี้คือการใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันในการผลิตกระแสไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ซึ่งยังเป็นไปได้ยาก ก้าวเล็กๆ นี้ แม้ยังไม่ใช่ทางออกของการแก้ไขวิกฤตพลังงานในวงกว้างได้ แต่ก็ถึงเป็นก้าวกระโดดครั้งสำคัญในการมุ่งหน้าสู่พลังงานไฟฟ้าจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งต้องวิจัยค้นคว้าต่อไปอีกหลายปี