พลังงานฟิวชัน พลังงานแห่งอนาคต

หนึ่งในความฝันของนักฟิสิกส์ คือ การสร้างโรงไฟฟ้าที่เลียนแบบกระบวนการ ซึ่งเกิดขึ้นภายในดวงอาทิตย์ การรวมตัวกัน (Fusion) ของอะตอมไฮโดรเจนสามารถปลดปล่อยพลังงานบริสุทธิ์ปลอดภัยออกมาในปริมาณมหาศาล นักฟิสิกส์ในสหรัฐอเมริกาเพิ่งประสบความสำเร็จในการทดลองสร้างพลังงานขึ้นมาจากเตาปฏิกรณ์ ในขณะเดียวกันเตาปฏิกรณ์ฟิวชั่นอีเทอร์ (ITER) ซึ่งอาจจะเป็นเครื่องจักรที่มีความซับซ้อนที่สุดในโลกก็กำลังถูกสร้างขึ้นในประเทศฝรั่งเศส

ภายในสิ่งปลูกสร้างหน้าตาคล้ายโรงงานยาว 100 เมตร ในเมืองลิเวอร์มอร์ รัฐแคลิฟอร์เนีย นักฟิสิกส์กำลังจะได้บันทึกเหตุการณ์สำคัญครั้งใหม่ในประวัติศาสตร์วงการฟิสิกส์ เลเซอร์ทั้ง 192 ชุด พร้อมเริ่มงานทันที เพียงแค่พวกเขากดปุ่ม ลำแสงจะพุ่งตรงไปยังอุปกรณ์เพิ่มความเข้มแสงนับครั้งไม่ถ้วน ก่อนถูกปล่อยเข้าสู่ห้องทำปฏิกิริยาทรงกลมภายในเตาปฏิกรณ์ เลเซอร์ทั้งหมดจะระดมยิงไปที่แคปซูลพลาสติกขนาดจิ๋วด้วยแรงดัน

150,000 ล้านบรรยากาศ ที่อุณหภูมิ 50 ล้านองศาเซลเซียส จนทำให้แคปซูลระเหยหายไปและปลดปล่อยไฮโดรเจนที่บรรจุไว้ออกมา สิ่งที่บรรดานักฟิสิกส์ต่างเฝ้ารอก็คือการเห็นอะตอมของไฮโดรเจนหลอมรวมกันจนเกิดเป็นฮีเลียมพร้อมๆ กับปลดปล่อยพลังงานออกมาด้วย

นักวิทยาศาสตร์แห่งเตาปฏิกรณ์เพื่อการวิจัยเอ็นไอเอฟ สหรัฐ เพิ่งประสบความสำเร็จในการสร้างแหล่งพลังงานด้วยกระบวนการเดียวกับที่เกิดขึ้นในดวงอาทิตย์ พวกเขาทำงานอย่างหนักมาเป็นเวลาร่วม 60 ปี กระทั่งโครงการที่ทุกคนรอคอยมาถึงจุดนี้ พลังงานที่ผลิตได้นั้นมีปริมาณมากกว่าพลังงานเริ่มต้นที่ป้อนให้กับแคปซูลไฮโดรเจนชิ้นเล็กๆ ในรูปลำแสงเลเซอร์ 192 ชุดเสียอีก ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นเป็นแหล่งกำเนิดพลังงานที่แทบไม่มีจุดสิ้นสุด เชื้อเพลิงที่ใส่เข้าไปคือไฮโดรเจนมวลหนัก (Heavy Hydrogen) ซึ่งได้จากน้ำทะเล และไฮโดรเจนมวลหนักยิ่งยวด (Superheavy Hydrogen) จากลิเทียม ซึ่งมีมากพอสำหรับการใช้งานอย่างน้อย 1,000 ปี เตาปฏิกรณ์ชนิดนี้ไม่เสี่ยงต่ออุบัติเหตุแกนปฏิกรณ์หลอมละลาย เนื่องจากกระบวนการฟิวชั่นจะยุติลงทันทีเมื่อเราหยุดป้อนเชื้อเพลิงเข้าไปในระบบ เช่นเดียวกับรถที่ไม่มีน้ำมันเหลืออยู่ในเครื่องยนต์นั่นเอง

ปฏิกิริยาฟิวชั่นอาจช่วยแก้ปัญหาพลังงานให้กับโลกใบนี้ได้ แต่สำหรับใครที่กำลังมองหาเครื่องผลิตไฟฟ้าพลังงานฟิวชั่นไว้ใช้ตามบ้านก็คงต้องคอยกันอีกนานพอสมควร

เหมือนจุดไฟบนไม้เปียก

การเริ่มกระบวนการและควบคุมให้ปฏิกิริยาฟิวชั่นเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องนั้นทำได้ยากมาก ไม่ต่างจากการจุดไฟบนไม้เปียกน้ำ ในกรณีของระเบิดไฮโดรเจนนั้น เราปล่อยให้ปฏิกิริยาฟิวชั่นเกิดขึ้นอย่างไร้การควบคุมโดยมีระเบิดนิวเคลียร์ลูกเล็กๆ เป็นตัวจุดชนวน แต่วิธีดังกล่าวไม่สามารถนำมาใช้กับโรงไฟฟ้า ซึ่งจำเป็นต้องควบคุมพลังงานปริมาณมหาศาลที่ปลดปล่อยออกมาเพื่อใช้ผลิตไฟฟ้า ด้วยเหตุนี้นักวิทยาศาสตร์จึงนำเอากระบวนการที่เกิดขึ้นภายในดวงอาทิตย์มาเป็นต้นแบบในการสร้างโรงไฟฟ้า ด้วยการนำอะตอมของไฮโดรเจนมาหลอมรวมกับฮีเลียมที่อุณหภูมิ 15 ล้านองศาเซลเซียส ภายใต้แรงดันอันมหาศาล

ดูเหมือนว่าไฮโดรเจนจะเป็นเชื้อเพลิงหลักสำหรับปฏิกิริยาฟิวชั่นที่พบได้ทั่วไปบนโลกใบนี้ แต่นักวิทยาศาสตร์กลับต้องหาหนทางจุดชนวนปฏิกิริยาดังกล่าวด้วยวิธีอื่น เนื่องจากไม่อาจสร้างความดันและอุณหภูมิให้ใกล้เคียงบนดวงอาทิตย์ได้ พวกเขาจึงเลือกใช้การระดมยิงแคปซูลไฮโดรเจนด้วยพลังงานจากเลเซอร์

ความเข้มสูงจำนวน 3 ชุด ภายในเวลา 20 นาโนวินาที (20 ส่วนในพันล้านส่วนของวินาที) พลังงาน 10 กิโลจูลจากเลเซอร์จะถูกส่งผ่านไปยังไฮโดรเจน 170 ไมโครกรัม ภายในแคปซูลเชื้อเพลิง และจุดชนวนให้เกิดกระบวนการฟิวชั่น ซึ่งปลดปล่อยพลังงาน 15 กิโลจูล แม้อาจดูน้อยนิด แต่ส่วนที่เกินนั้นคิดเป็นร้อยละ 50 ของพลังงานที่ป้อนเข้าไปเลยทีเดียว