เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน

หลังจากที่ใช้เวลาในการเจรจากันมาเกือบ 1 เดือนเต็ม ระหว่างประเทศที่เข้าร่วมโครงการ ซึ่งประกอบด้วยสหภาพยุโรป สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น รัสเซีย จีน และเกาหลีใต้ ในที่สุดก็ได้ข้อยุติ ในการเลือกสถานที่ตั้งของโครงการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน Iter มูลค่า 10,000 ล้านยูโร หรือ 6.6 พันล้านปอนด์ ได้ที่เมือง Cadarache ประเทศฝรั่งเศส

Iter (International Thermonuclear Experimental Reactor) คืออะไร ?

Iter เป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ในการทดลอง เพื่อทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์บนโลก แบบเดียวกับปฏิกิริยาที่ให้พลังงานออกมาดวงอาทิตย์หรือดาวฤกษ์ โดยจะเป็นการรวบรวมผลการศึกษาวิจัย ที่ต้องใช้เวลาหลายสิบปี ถ้าประสบผลสำเร็จและสามารถพัฒนาเทคโนโลยีจนใช้งานได้ จะมีความร่วมมือระหว่างประเทศ ในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ต้นแบบ ชื่อว่า Demo และในที่สุดจะมีการใช้เทคโนโลยีฟิวชันไปทั่วทั้งโลก

ฟิวชันใช้หลักการที่มีพลังงานปลดปล่อยออกมา จากการทำให้นิวเคลียสของอะตอมของธาตุเข้ารวมกัน ซึ่งแตกต่างจากกรณีของปฏิกิริยาฟิชชัน ที่ให้พลังงานออกมาจากการทำให้นิวเคลียสของอะตอมของธาตุแตกออก ซึ่งมีการใช้อยู่ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบัน

ที่ใจกลางของดวงอาทิตย์ มีความกดดันจากแรงโน้มถ่วงมหาศาล ทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันได้ ที่อุณหภูมิสูงในระดับ 10 ล้านองศาเซลเซียส แต่บนโลกมีความดันต่ำกว่ามาก การทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชัน ต้องใช้อุณหภูมิที่สูงกว่า 100 ล้านองศาเซลเซียส

จนถึงวันนี้ ยังไม่มีวัตถุใดบนโลกที่สามารถคงรูปอยู่ได้ เมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิที่สูงขนาดนั้น การทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันให้ได้ นักวิทยาศาสตร์ต้องหาวิธีการแก้ปัญหา การกักเก็บก๊าซที่ร้อนจัด (super-heated gas) หรือพลาสมา (plasma) ให้รวมกลุ่มกันอย่างหนาแน่นในสนามแม่เหล็กรูปวงแหวนหรือโดนัท

เชื้อเพลิงที่ดีที่สุดของปฏิกิริยาฟิวชัน ประกอบด้วยไฮโดรเจน 2 ชนิด หรือ 2 ไอโซโทป คือ deuterium กับ tritium ซึ่งแต่เดิมสกัดออกมาจากน้ำ ที่มีอยู่ปริมาณมากและพบได้ทั่วไป ต่อมาภายหลังสามารถผลิตได้จากลิเทียม (lithium) ซึ่งเป็นธาตุที่มีอยู่ปริมาณมากบนเปลือกโลก

ปฏิกิริยาฟิวชัน แตกต่างจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล เนื่องจากไม่มีก๊าซ คาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งนักวิทยาศาตร์ถือว่าเป็นสาเหตุของปรากฏการณ์เรือนกระจก ที่ทำให้โลกร้อนขึ้น

นักวิทยาศาสตร์ด้านฟิวชันกล่าวว่า ระบบมีความปลอดภัยในตัวเองอยู่แล้ว เนื่องจากการทำงานที่ปกติ จะส่งผลให้ระบบปิดตัวเองลงทันที

Iter จะทำให้เกิดกากกัมมันตรังสีหรือไม่?

ใช่แล้ว นิวตรอนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาฟิวชัน จะทำปฏิกิริยากับวัสดุที่ใช้ทำผนังของอุโมงค์กักเก็บพลาสมา (plasma chamber) ของ Iter แต่ภารกิจอีกอย่างหนึ่งของโครงการนี้ คือการหาวัสดุที่ดีที่สุด ที่จะคงทนต่อการยิงด้วยนิวตรอนนี้ได้

ผลการวิจัยจะทำให้ได้วัสดุ ที่ทำให้เกิดกากกัมมันตรังสีที่สามารถควบคุมได้อย่างปลอดภัย มีอายุสั้นลง ในระดับ 50-100 ปี ซึ่งสั้นกว่าอายุของกากกัมมันตรังสี ที่เกิดจากการแตกตัวของอะตอมในปฏิกิริยาฟิชชัน ที่มีอายุหลายพันปี

มีการคำนวณออกมาได้ว่า หลังงจากที่ปล่อยให้สารังสีสลายตัวไปเป็นเวลา 100 ปี Iter จะมีกากที่มีกัมมันตภาพรังสีเหลืออยู่ 6,000 ตัน เมื่อนำมากองรวมกัน จะได้ปริมาตรเท่ากับลูกบาศก์ที่มีความยาวด้านละ 10 เมตร

เมื่อวันที่ 28 มิถุนายน 2005 มีการประชุมกลุ่มประเทศที่เข้าร่วมโครงการ และมีความเห็นร่วมกัน ในการเลือกที่ตั้งของเครื่องปฏิกรณ์ที่เมือง Cadarache ทางตอนใต้ของประเทศฝรั่งเศส มากกว่าเมือง Rokkasho ทางเหนือของประเทศญี่ปุ่น ซึ่งการก่อสร้างยังต้องการความก้าวหน้าทางเทคนิคมากกว่านี้ แต่ทุกฝ่ายก็หวังว่าจะสามารถไปถึงจุดนั้นได้ในสิ้นปีนี้ ดังนั้น Iter จึงจะเริ่มการก่อสร้างในปลายปี 2005

Iter ต้องใช้เงินลงทุนเท่าไหร่?

การก่อสร้าง Iter ใช้เงินลงทุนประมาณ 4.57 พันล้านยูโร (ราคาในปี 2000) ในช่วงเวลาประมาณ 10 ปี และจะใช้เงินใกล้เคียงกันนี้ ในการดำเนินงานในช่วงเวลาประมาณ 20 ปี

Iter มีแหล่งเงินมาจากไหน?

กลุ่มประเทศยุโรป (EU) และฝรั่งเศส ออกเงินสนับสนุน 50% ของค่าก่อสร้าง อีก 5 ปะเทศที่เข้าร่วม จะออกเงินประเทศละ 10% เนื่องจากญี่ปุ่นไม่เห็นด้วยที่จะให้สร้างที่เมือง Cadarache จึงจะรับผิดชอบด้านอุปกรณ์การวิจัยด้านวัสดุศาสตร์ โดย EU จะลงทุนครึ่งหนึ่งของค่าก่อสร้าง เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ของ EU จะเป็นผู้ที่มีโอกาสที่จะได้ประโยชน์จากงานวิจัยของ Iter มากกว่า

ต่อไป EU จะให้การสนับสนุนให้คนญี่ปุ่นเป็นผู้อำนวยการ (director-general) โครงการ Iter และจะสนับสนุนให้มีการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันต้นแบบ Demo ที่ญี่ปุ่น

ทำไม EU จึงมีความต้องการให้สร้างเครื่องปฏิกรณ์ในประเทศของตน?

Iter จะใช้เงินลงทุนมหาศาลจาก 6 ประเทศที่เข้าร่วมโครงการ ซึ่งการจ่ายเงินออกไปย่อมต้องการผลตอบแทนที่คุ้มค่า

การเป็นที่ตั้งของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สำหรับทดลอง ย่อมทำให้ EU อยู่ในลำดับต้นๆ ของความก้าวหน้าทางด้านฟิวชัน

คาดว่าโครงการนี้จะมีตำแหน่งงานมากกว่า 10,000 ตำแหน่ง และการพัฒนาความเชี่ยวชาญด้าน Iter จะทำให้ยุโรปก้าวกระโดดทางเทคโนโลยี

กวิทยาศาสตร์เชื่อว่า การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลจะปล่อยก๊าซที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจก ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้โลกร้อนขึ้น

นอกจากนั้น ความต้องการพลังงานเพิ่มสูงขึ้น ในปี 1990 ประชากร 75% ของทั้งโลก ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในประเทศกำลังพัฒนา ใช้พลังงานเพียง 33% เท่านั้น

แต่ในปี 2020 ประชากร 75% จะเพิ่มเป็น 85% และการใช้พลังงานจะเพิ่มขึ้นเป็น 55% ซึ่งจะทำให้มีการแข่งขันกัน แสวงหาแหล่งพลังงานมากขึ้น

บางคนคิดว่า fusion จะมีความปลอดภัยกว่า สะอาดกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิล และเป็นแหล่งที่ให้พลังงานปริมาณมากออกมา

คงอีกไม่นาน เพราะเดี๋ยวนี้ เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันสำหรับทดลอง (Experimental fusion reactors) อย่างเช่น Joint European Torus (Jet) ซึ่งอยู่ที่เมือง Culham ประเทศอังกฤษ สามารถให้พลังงานออกมา มากกว่าพลังงานที่ป้อนเขาไปได้แล้ว

แต่ก่อนที่เทคโนโลยีนี้จะนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้ ยังต้องผ่านอุปสรรคใหญ่ๆ ทางด้านวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมอีกมาก คาดว่าเครื่องปฏิกรณ์เชิงพาณิชย์คงสร้างได้หลังจากปี 2045 หรือ 2050 ไปแล้ว และในความเป็นจริง ยังไม่มีอะไรประกันว่า Iter จะประสบความสำเร็จ

มีนักวิจารณ์จำนวนมากออกมาตั้งข้อสงสัยเรื่องฟิวชัน โดยเฉพาะนักอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมที่มีแนวคิดต่อต้านนิวเคลียร์ฟิชชัน พวกเขาคิดว่าเงินลงทุนของ Iter ถ้านำไปใช้สนับสนุนโครงการพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานลม คลื่น แสงอาทิตย์ ซึ่งมีความพร้อมทางเทคนิคแล้วจะดีกว่า