‘TOKAMAK’ เทคโนโลยีฟิวชัน ประตูสู่พลังงานสะอาดโลกอนาคต

วันนี้ ทุกองค์กรทั่วโลกต่างกำลังมุ่งมั่นสู่เป้าหมายสากล ที่จะลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สุทธิเป็นศูนย์ ภายในปี พ.ศ.2573 สำหรับด้านพลังงาน ก็เร่งหาพลังงานสะอาด ที่ตอบโจทย์ทั้งการเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและเป็นพลังงานที่มีใช้ได้อย่างยั่งยืนให้แก่มวลมนุษยชาติ

หนึ่งในเทคโนโลยีพลังงานที่มีศักยภาพและกำลังเป็นที่จับตามองว่า อาจจะเป็นหนทางสร้างพลังงานสะอาดจำนวนมหาศาลในโลกอนาคต ที่เรากำลังรอคอยกันอยู่ก็ได้ นั่นคือ เทคโนโลยีฟิวชัน ด้วย'TOKAMAK : โทคาแมค'

โทคาแมค (Tokamak) ดวงอาทิตย์ประดิษฐ์ฝีมือมนุษย์
'โทคาแมค' เป็นเครื่องจำลองปฏิกิริยาฟิวชัน ซึ่งเลียนแบบการทำงานของดวงอาทิตย์ โดยเป็นการจำลองการรวมกันของนิวเคลียสของธาตุที่มีน้ำหนักเบา อย่างดิวทีเรียม (Deuterium) และทริเทียม (Tritium) ภายใต้แรงดันและอุณหภูมิที่สูงมาก ที่ใจกลางดวงอาทิตย์มีความกดดันจากแรงโน้มถ่วงมหาศาลทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันได้ที่อุณหภูมิสูงในระดับ 10 ล้านองศาเซลเซียส แต่บนโลกมีความดันต่ำกว่ามาก การทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันต้องใช้อุณหภูมิที่สูงกว่า 100 ล้านองศาเซลเซียส จึงจะเกิดปฏิกิริยาฟิวชันและปลดปล่อยพลังงานมหาศาลออกมา ซึ่งพลังงานฟิวชันนี้เป็นแหล่งพลังงานสะอาดที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ไม่ก่อให้เกิดมลพิษและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ หลายประเทศทั่วโลกจึงร่วมมือกันพัฒนาเพื่อเป็นพลังงานสะอาดให้กับโลกในอนาคต

ความท้าทายของเทคโนโลยีฟิวชัน
ปฏิกิริยาฟิวชันที่เกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์ เป็นสิ่งที่มนุษย์สามารถสร้างเลียนแบบได้ โดยนักวิจัยต้องสร้างเงื่อนไขของการเกิดดวงอาทิตย์บนโลกและควบคุมพลังงานพลาสมาให้ได้ตลอดเวลา บรรดาประเทศมหาอำนาจได้เริ่มศึกษาเทคโนโลยีนี้มาแล้วไม่ต่ำกว่า 60 ปี แต่ก็ยังไม่มีประเทศไหนในโลกที่สามารถสร้างพลาสมาและควบคุมการเกิดฟิวชันได้อย่างมีเสถียรภาพ ระยะเวลาที่ยาวนานที่สุดที่ทำได้ คือ 1,056 วินาที โดยใช้เตาปฏิกรณ์ EAST สาธารณรัฐประชาชนจีน

Thailand Tokamak I : TT-1 ก้าวแรกของโทคาแมคเครื่องแรกของไทยและอาเซียน
เมื่อเดือนสิงหาคม พ.ศ.2560 สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) หรือ สทน. ได้รับอุปกรณ์บางส่วนของเครื่องโทคาแมคที่เลิกใช้งานแล้ว จากสถาบันฟิสิกส์พลาสมา สังกัดสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน (Institute of Plasma Physics of Chinese Academy of Sciences : ASIPP) นับเป็นก้าวแรกในการพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชันของไทย

โดย สทน. ร่วมกับ การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) หน่วยงานหลักด้านการดูแลรักษาความมั่นคงทางพลังงานของประเทศ สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน และสถาบันการศึกษาชั้นนำ ได้ส่งทีมนักวิจัยไปเรียนรู้เทคโนโลยีและพัฒนาระบบร่วมกับ ASIPP เพื่อสร้างให้เป็นเครื่องโทคาแมคเครื่องใหม่ โดยใช้ชื่อว่า Thailand Tokamak I (TT-1) เพื่อนำกลับมาเป็นต้นแบบในการค้นคว้าหาวิธีการสร้างพลาสมาและเทคโนโลยีฟิวชันให้กับนักวิจัยไทย

ภาพช่วงการศึกษาเทคโนโลยีฟิวชันจากเครื่องโทคาแมคที่สาธารณรัฐประชาชนจีน

กฟผ. ได้คัดเลือกบุคลากรที่มีความเชี่ยวชาญในแต่ละด้าน ไม่ว่าจะเป็นวิศวกรไฟฟ้าที่มีความถนัดด้านระบบจ่ายไฟฟ้าแรงสูง ระบบควบคุมและเก็บข้อมูล วิศวกรเครื่องกลที่มีความเชี่ยวชาญด้านระบบสุญญากาศ รวมถึงนักวิทยาศาสตร์ที่เป็นนักวิจัยด้านพลาสมาและระบบวัดคุณสมบัติของพลาสมา ทำให้สามารถศึกษาแลกเปลี่ยนความรู้ ทั้งภาคทฤษฎีและภาคปฏิบัติอย่างเข้มข้นได้ตลอด 3 เดือนของการศึกษาวิจัย ร่วมพัฒนา TT-1 จนสามารถสร้างพลาสมาและคงสภาพเสถียรเอาไว้ได้ในระยะเวลา 0.1 วินาที

แต่ 0.1 วินาทีนั้นยังไม่เพียงพอที่จะนำพลังงานไปผลิตเป็นกระแสไฟฟ้า ต้องศึกษาวิจัยกันอีกมากเพื่อรักษาและควบคุมเสถียรภาพให้ได้ตลอดเวลา ซึ่งหากประสบความสำเร็จก็จะสามารถใช้พลังงานสะอาดนี้ได้อย่างไร้ขีดจำกัด และแน่นอนว่า นักวิจัยไทยก็อาจเป็นผู้ค้นพบทางสำเร็จจนสร้างประวัติศาสตร์โลกได้เช่นกัน

21 เมษายน พ.ศ.2566Thailand Tokamak I : TT-1 ผลงานของทีมนักวิจัยไทยได้ถูกถอดประกอบจากสาธารณรัฐประชาชนจีน นำเครื่องกลับมาติดตั้งไว้ที่ สทน.องครักษ์ จ.นครนายก และเดินเครื่องอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 25 กรกฎาคม พ.ศ.2566 ถือเป็นโทคาแมคเครื่องแรกของประเทศไทยและภูมิภาคอาเซียน

Thailand Tokamak I : TT-1

หลังจากนี้ นักวิจัยไทยจะสามารถนำสมมติฐานมาทดลองกับ TT-1 เพื่อร่วมเป็นส่วนหนึ่งสร้างความเป็นไปได้ให้กับเทคโนโลยีฟิวชัน โดย สทน. ตั้งเป้าว่าภายใน 10 ปี จะมีการออกแบบและสร้างเครื่องโทคาแมคเครื่องใหม่ขึ้นมาเอง เพื่อขับเคลื่อนให้ประเทศไทยเป็นศูนย์กลางการพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชันและกำลังคนระดับสูงด้านเทคโนโลยีฟิวชันของอาเซียน ซึ่งจะเป็นส่วนหนึ่งในการเปลี่ยนแปลงประเทศไทยไปสู่ประเทศที่ขับเคลื่อนด้วยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ก้าวสู่ ITER โทคาแมคที่ใหญ่ที่สุดในโลก
แม้หนทางจะดูยาวไกล แต่หากนานาประเทศพร้อมใจและร่วมมือกันก็อาจจะสร้างประวัติศาสตร์ให้โลกก็เป็นได้ 7 ประเทศใหญ่ ได้แก่ จีน สหภาพยุโรป อินเดีย ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ รัสเซีย และสหรัฐอเมริกา รวมถึงผู้ร่วมลงทุนอีกกว่า 30 ประเทศ ได้ร่วมลงขันกันกว่า 10,000 ล้านยูโร สร้างโทคาแมคที่ใหญ่ที่สุดในโลกติดตั้งที่เมือง Cadarache ประเทศฝรั่งเศส ตั้งแต่ปี พ.ศ.2556 ภายใต้โครงการ International Thermonuclear Experimental Reactor : ITER

คาดว่าจะเริ่มเดินเครื่องครั้งแรกในปี พ.ศ.2568 เพื่อพิสูจน์หาหนทางการสร้างพลังงานฟิวชันก่อนพัฒนาไปสู่การใช้ผลิตไฟฟ้าในอนาคต และจากการที่ประเทศไทยได้ส่งนักวิจัยร่วมศึกษาเทคโนโลยีฟิวชัน จึงเป็นการสร้างโอกาสให้นักวิจัยไทยได้ร่วมในเวทีการศึกษาพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชันระดับโลก เพื่อต่อยอดการพัฒนาพลังงานของไทยด้วยเช่นกัน

ภาพจาก www.iter.org

บนเส้นทางการพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชัน อีกไม่นาน ITER จะพร้อมสำหรับการเดินเครื่อง ซึ่งการที่ ITER เป็นโครงการร่วมลงทุนขนาดใหญ่ ทำให้มีการนำเทคโนโลยีและความรู้ของแต่ละประเทศที่ทุ่มเทศึกษาวิจัยกันมายาวนานหลายสิบปีมาประยุกต์ใช้ร่วมกัน ถึงแม้จะยังไม่รู้ว่าปลายทางจะเป็นอย่างไร แต่อย่างน้อยก็เป็นการขยับก้าวเข้าใกล้เป้าหมายสู่พลังงานสะอาดจากเทคโนโลยีฟิวชันได้เร็วขึ้น และเชื่อว่าเทคโนโลยีฟิวชัน โดย Tokamak จะเป็นประตูที่นำพาโลกของเราไปสู่พลังงานสะอาดที่ไร้ขีดจำกัดในอนาคตอันใกล้