บทความโดย รศ.ดร.ธวัชชัย อ่อนจันทร์

ผู้ช่วยผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยและประกันคุณภาพการศึกษา

พลังงานที่เราใช้อยู่ทุกวันนี้มีราคาสูงขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากความต้องการที่เพิ่มมากขึ้น ประเทศไทยในฐานะผู้นำเข้าพลังงานเพื่อใช้ในการพัฒนาประเทศจึงได้รับผลกระทบจากวิกฤตด้านราคาพลังงานนี้โดยตรง อีกทั้งในกระบวนการผลิตพลังงานซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล ก่อให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดสภาวะโลกร้อนในปัจจุบัน ดังนั้น การวิจัยและพัฒนาเพื่อหาแหล่งพลังงานที่มีราคาถูก และปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมและมนุษย์ จึงเป็นสิ่งที่จำเป็นและจัดเป็นวาระเร่งด่วนของทุกประเทศ

"พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่น" เป็นพลังงานที่เกิดจากการรวมตัวกันของธาตุที่มีน้ำหนักเบา กลายเป็นอะตอมของธาตุที่มีน้ำหนักมากขึ้น และสามารถให้พลังงานออกมา พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่นได้รับความสนใจในหลายประเทศ เช่น สหรัฐฯ รัสเซีย ญี่ปุ่น ฝรั่งเศส เป็นต้น เนื่องจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นสามารถให้พลังงานในปริมาณสูงเมื่อเทียบจากน้ำหนักของเชื้อเพลิงที่เท่ากันและเป็นพลังงานสะอาดที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยมาก อีกทั้งเชื้อเพลิงที่ใช้ เช่น ดิวเทอเรียมที่มีอยู่มากมายในน้ำทะเล ดังนั้น พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่นสามารถเป็นทางเลือกที่สำคัญของพลังงานทดแทนสำหรับอนาคตของเรา

ดวงอาทิตย์ ตัวอย่างของการนำพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่นมาใช้ในธรรมชาติ

การศึกษาวิจัยทางด้านพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่นมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ทั้งด้านการทดลองและด้านทฤษฏี โดยเฉพาะการศึกษาโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่นแบบโทคาแมคเพื่อควบคุมให้เกิดปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่อง

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่นแบบโทคาแมค

จากการทดลองที่ผ่านมา พบว่า ประสิทธิภาพการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นภายในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่นแบบโทคาแมคจะเพิ่มสูงขึ้นจากภาวะปกติเมื่อพลาสมาเข้าสู่สภาวะประสิทธิภาพสูงที่เรียกว่า "H-mode"

จากการศึกษา พบว่า พลาสมาในสภาวะประสิทธิภาพสูงเกิดขึ้นเมื่อมีแนวต้านการสูญเสียพลังงานและอนุภาคที่ขอบของพลาสมาหรือที่เรียกว่า "ETB" เกิดขึ้น ซึ่งสภาวะนี้จะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติเมื่อมีสภาวะที่เหมาะสม บริเวณที่เกิดแนวต้านการสูญเสียพลังงานและอนุภาคที่ขอบของพลาสมานี้เป็นบริเวณที่มีความแตกต่างของความดัน (pressure gradient) สูงมาก ส่งผลให้อุณหภูมิของพลาสมาสูงขึ้นด้วย

ความดันของพลาสมาในสภาวะประสิทธิภาพสูงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่นแบบโทคาแมค

เป็นที่ทราบกันดีว่าอุณหภูมิเป็นปัจจัยที่มีผลต่อการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นเป็นอย่างมาก หากอุณหภูมิของพลาสมาที่สูงขึ้นจะทำให้ประสิทธิภาพในการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นสูงขึ้นด้วย นอกจากนี้ การทดลองพลาสมาในสภาวะประสิทธิภาพสูงได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมจนมีการค้นพบแนวต้านการสูญเสียพลังงานและอนุภาคภายในพลาสมาหรือที่เรียกว่า "ITB" ซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นให้สูงขึ้นไปอีก

การที่พลาสมาในสภาวะประสิทธิภาพสูงเกิด ETB และ ITB เป็นสิ่งที่นักวิจัยต้องการเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ อีกทั้งผลกระทบของ ETB และ ITB ต่อการเกิดขึ้นและการสะสมของธาตุเจือปนในพลาสมา เช่น ฮีเลียม ซึ่งมีผลต่อการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นเป็นอย่างมาก หรือการเติมเชื้อเพลิงโดยใช้เชื้อเพลิงแช่แข็งสามารถส่งผลกระทบต่อความเสถียรของพลาสมา ซึ่งแสดงออกมาในรูปแบบของปรากฏการณ์ต่างๆ

ดังนั้น จำเป็นต้องมีการศึกษาเรื่องนี้อย่างถี่ถ้วน เพื่อประโยชน์ในการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่นให้เป็นพลังงานทดแทนในอนาคต