การแข่งขันของรุ่นใหญ่

เมื่อวันที่ 3 ก.พ.ปีที่แล้ว อังเกลา แมร์เกิล นายกรัฐมนตรีเยอรมนี ทำพิธีกดปุ่มปล่อย ไฮโดรเจนไหลเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่น เครื่องใหม่ของประเทศเยอรมนีเป็นครั้งแรก แก๊สไฮโดรเจนที่ถูกทำให้มีประจุและมีความร้อน สูงมากถูกกักไว้ภายในกรงแม่เหล็กเป็นระยะเวลา 1/4 วินาที อาจเป็นระยะเวลาไม่นานนัก แต่มันเป็นก้าวเล็กๆ ก้าวแรกในการควบคุมขุมพลัง อันมหาศาลแบบเดียวกับบนดวงอาทิตย์และเข้ามาแก้ปัญหาวิกฤตการณ์พลังงานโลก เชื้อเพลิงสำหรับโรงไฟฟ้าฟิวชั่นต้องรักษา อุณหภูมิไว้ไม่ให้ต่ำกว่า 100 ล้านองศาเซลเซียส จึงไม่สามารถสัมผัสผนังของเครื่องปฏิกรณ์ได้โดยตรง เพราะจะทำให้อุณหภูมิของไฮโดรเจน ลดลงได้ กรงแม่เหล็กจึงเป็นสิ่งจำเป็น เมื่ออะตอมของไฮโดรเจนหลอมรวมกัน จนกลายเป็นฮีเลียมและปลดปล่อยพลังงานมหาศาลออกมา Wendelstein 7-X ซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์เครื่องใหม่ถูกตั้งความหวังว่า จะกักเก็บไฮโดรเจนไว้ภายในกรงแม่เหล็กได้นานถึง 0.5-1 ชั่วโมง ถ้าทำสำเร็จก็จะเป็นการบุกเบิกเส้นทางสำหรับโรงไฟฟ้า รุ่นต่อไปที่จะกักเก็บเชื้อเพลิงฟิวชั่นไว้ภายในกรงแม่เหล็กได้นานเป็นเดือนๆ ความคาดหวังนี้เองที่ทำให้เครื่องปฏิกรณ์ของฝั่งเยอรมนีได้แต้มต่อเมื่อต้องแข่งกับเครื่องปฏิกรณ์ ITER ที่เกิดจากความร่วมมือของหลายประเทศที่อยู่ ระหว่างการก่อสร้างในประเทศฝรั่งเศส

ITER เป็นเครื่องปฏิกรณ์ชนิดโทคาเมกขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นเพื่อทดลองวิธีการใหม่ให้กับโรงไฟฟ้าฟิวชั่นด้วยระบบการป้อนพลังงานเป็นช่วงๆ เชื้อเพลิงจะถูกป้อนเข้าไปในวงแหวนของเครื่องปฏิกรณ์และกักเก็บไว้ภายในกรงแม่เหล็กเป็นเวลาไม่กี่นาทีหรืออาจนานถึงหนึ่งชั่วโมง กรงแม่เหล็กไม่สามารถกักเก็บไว้ได้นานกว่านั้น เมื่อเวลาผ่านไป วงแหวนของเครื่องปฏิกรณ์ก็จะว่างเปล่าและต้องเติมเชื้อเพลิงใหม่เข้าไป

รูปทรงบิดเบี้ยวคือดีไซน์อันชาญฉลาด

Wendelstein 7-X เป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบสเทลลาเรเตอร์ ซึ่งออกแบบแม่เหล็กที่ล้อมรอบวงแหวนของเครื่องปฏิกรณ์ให้มีหน้าตาบิดเบี้ยว การออกแบบในลักษณะนี้ช่วยสร้างกรงแม่เหล็กที่มีความเสถียรสำหรับกักเก็บเชื้อเพลิงให้ “ลอยตัว” อยู่ในนั้นได้ตลอดไปในทางทฤษฎี รูปทรงเฉพาะตัวนี้จะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อโรงไฟฟ้าฟิวชั่นที่ต้องเดินเครื่องตลอด 24 ชั่วโมง แต่มันก็มีข้อเสียตรงที่รูปทรงซับซ้อน ย่อมทำให้เกิดปัญหาทางเทคนิคตามมา ด้วยเหตุนี้ เครื่องปฏิกรณ์แบบโทคาเมกที่ซับซ้อนน้อยกว่า จึงเป็นที่ชื่นชอบมาตั้งแต่ทศวรรษ 1960 แต่ถ้าเครื่องปฏิกรณ์สเทลลาเรเตอร์เครื่องใหม่ของเยอรมนีเกิดใช้ได้จริง คะแนนของมันก็จะพลิกกลับมานำหน้าในทันที

นักฟิสิกส์และวิศวกรจากทั่วโลกได้ร่วมกันทำความฝันที่จะสร้างพลังงานฟิวชั่นให้เป็นจริงขึ้นมาเป็นเวลากว่า 7 ทศวรรษมาแล้ว และนั่นก็หมายความว่าเราสามารถลืมเรื่องการขาดแคลน พลังงานในอีก 1,000 ปีข้างหน้าไปได้เลย เชื้อเพลิงของมันประกอบด้วยไฮโดรเจนมวลหนักซึ่งสกัดได้จากน้ำทะเลและซูเปอร์เฮฟวีไฮโดรเจนซึ่งผลิตได้จากการฉายรังสีนิวตรอนไปยังอะตอมของธาตุลิเทียมภายในเครื่องปฏิกรณ์
ปฏิกิริยาฟิวชั่นเป็นจุดกำเนิดของพลังงานปริมาณมหาศาลโดยพลังงานที่เกิดจากการเผาไหม้ของถ่านหิน 40 ตันสามารถทดแทนได้ด้วยน้ำทะเลเพียง 40 ลิตรและลิเทียมอีก 5 กรัม ซึ่งเทียบได้กับปริมาณของลิเทียมในแบตเตอรี่ของสมาร์ทโฟนเพียงก้อนเดียว นอกจากนี้พลังงานที่ได้ออกมายังเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย พลังงานฟิวชั่นไม่ก่อให้เกิดกากกัมมันตรังสีแต่อย่างใด จึงไม่ต้องหาที่ฝังกลบเชื้อเพลิงที่ปลอดภัยเป็นเวลา 1 แสนปีอีกด้วย แถมโรงไฟฟ้ายังไม่ปล่อยมลพิษหรือก๊าซเรือนกระจกออกมาอีกต่างหาก และโรงไฟฟ้าฟิวชั่นยังมีความปลอดภัยสูงมากเพราะไม่ต้องมีความเสี่ยงที่จะต้องรับมือกับปฏิกิริยาลูกโซ่ที่อยู่เหนือการควบคุมดังเช่นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบที่เรารู้จักกัน เราสามารถหยุดปฏิกิริยาฟิวชั่นของไฮโดรเจนได้อย่างรวดเร็วด้วยการตัดวงจรการเติมเชื้อเพลิง เข้าไปภายในวงแหวนของเครื่องปฏิกรณ์ปฏิกิริยาฟิวชั่นก็จะหยุดลงทันที

ไม่มีวัสดุใดที่ทนความร้อนขนาดนั้นได้

ความท้าทายของพลังงานฟิวชั่นคือการนำไฮโดรเจนมาหลอมรวมกันให้เกิดเป็นฮีเลียม การทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นที่สมบูรณ์มากพอ จนปล่อยพลังงานส่วนเกินออกมามากกว่าพลังงาน ที่ป้อนเข้าไปนั้นต้องใช้อุณหภูมิที่สูงถึง 100-200 องศาเซลเซียส ซึ่งไม่มีวัสดุชนิดใดทนได้ เชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์จึงต้องถูกตรึงไว้ด้วยกรงแม่เหล็ก การสร้างกรงแม่เหล็กประสิทธิภาพสูงนั้น ต้องใช้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดขนาดใหญ่หุ้มวงแหวนของเครื่องปฏิกรณ์ไว้ทั้งหมด แม่เหล็กเหล่านี้จะต้องได้รับการหล่อเย็นให้มีอุณหภูมิ -269 องศาเซลเซียส ตลอดเวลาด้วยฮีเลียมเหลวเพื่อให้ทำงานได้เต็มประสิทธิภาพและติดตั้งอยู่รอบวงแหวนของเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งมีเชื้อเพลิงที่ร้อนสุดๆ อยู่ภายใน