ตอนนี้ทั่วโลกต่างให้ความสำคัญในเรื่องของพลังงานสะอาด มีเป้าหมายในการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซค์ให้เป็นศูนย์ และยังคงมีการพัฒนาและหาวิธีการหาแหล่งพลังงานสะอาดที่สามารถให้พลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ และยังเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมไปด้วย ซึ่งหนึ่งในแหล่งพลังงานสะอาดที่กำลังมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องนั่นก็คือ TOKAMAK โทคาแมค เป็นเทคโนโลยีฟิวชั่น ที่สามารถสร้างพลังงานสะอาดได้อย่างมหาศาล
TOKAMAK โทคาแมค คืออะไร?
โทคาแมคเป็นเครื่องจำลองปฏิกิริยาฟิวชัน ซึ่งเลียนแบบการทำงานของดวงอาทิตย์ มีความสามารถในการกักเก็บพลาสมาพลังงานสูงโดยใช้สนามแม่เหล็ก โดยเป็นการจำลองการรวมกันของนิวเคลียสของธาตุที่มีน้ำหนักเบา อย่างดิวทีเรียม (Deuterium) และทริเทียม (Tritium) ภายใต้แรงดันและอุณหภูมิที่สูงมาก มีการใช้มาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1975 ในสหภาพโซเวียต โดยเครื่องที่มีชื่อว่า T-10 ในปัจจุบันเครื่อง JET ในอังกฤษ เป็นเครื่องโทคาแมกที่สร้างพลังงานจากฟิวชันได้สูงสุดที่ 30 MW นอกจากนี้ในหลายๆ ประเทศอาทิเช่น ประเทศสหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น ฝรั่งเศส โปรตุเกส เกาหลีใต้ และจีน ก็ได้มีมีการศึกษาทดลองเกี่ยวกับโทคาแมกอย่างจริงจังด้วยเช่นกัน
โดยการที่จะให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นนั้น จะใช้วิธีการหลักๆ คือ
- ใช้กระแสวิ่งผ่าน (ohmic heating) โดยใช้สมบัติการเป็นตัวนำไฟฟ้าของพลาสมา คล้ายกับการที่อิเล็กตรอนสร้างความร้อนในสายไฟ
- ใช้ลำอนุภาคไร้ประจุ (neutral beam injection) วิ่งเข้าชนกับพลาสมาและให้ถ่ายเทพลังงานให้กับพลาสมา
- ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (radio frequency heating) โดยคลื่นนี้มีพลังงานในช่วงคลื่นวิทยุ โดยอนุภาคมีประจุในพลาสมา จะถูกเร่งและเข้าชนกับอนุภาคตัวอื่น ๆ
เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นขึ้นได้ จำเป็นต้องมีเงื่อนไขที่เหมาะสม ได้แก่
- อุณหภูมิสูงมาก หลายล้านองศาเซลเซียส เพื่อให้อนุภาคมีพลังงานสูงพอที่จะเอาชนะแรงผลักทางไฟฟ้าระหว่างกัน
- ความหนาแน่นสูง เพื่อเพิ่มโอกาสที่อนุภาคจะชนกัน
- การกักเก็บพลาสมา พลาสมาคือสภาวะของสสารที่อิเล็กตรอนหลุดออกจากนิวเคลียส ต้องมีระบบที่สามารถกักเก็บพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงได้
TOKAMAK โทคาแมค ในประเทศไทย
เครื่องโทคาแมคในประเทศไทยนั้น ทางสถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) ได้รับอุปกรณ์บางส่วนของเครื่องโทคาแมคที่เลิกใช้งานแล้ว จากสถาบันฟิสิกส์พลาสมา สังกัดสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน (Institute of Plasma Physics of Chinese Academy of Sciences : ASIPP) เข้ามา และทางสนทได้มีการพัฒนาร่วมกับทาง ASIPP โดยจะใช้ชื่อว่า Thai Tokamak-1 หรือเรียกสั้นๆ ว่า TT-1 เครื่องนี้จะถูกติดตั้งเอาไว้ที่ สนท. องครักษ์ จ.นครนายก และเดินเครื่องอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 25 กรกฎาคม พ.ศ. 2566 ถือเป็นโทคาแมคเครื่องแรกของประเทศไทยและภูมิภาคอาเซียน ซึ่งเมื่อเริ่มการทำงานของเครื่องแล้ว ทางนักวิจัยคาดว่าอุณหภูมิของพลาสมาในระยะแรกจะอยู่ที่ประมาณ 100,000 องศาเซลเซียส และ ทาง สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ หรือ สทน. มีแผนในการพัฒนาระบบให้ความร้อนเสริมแก่พลาสมาด้วยวิธีการให้ความร้อนด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อเพิ่มระดับอุณหภูมิของพลาสมาไปสู่ที่ระดับ 1,000,000 องศาเซลเซียส
และในอนาคตนี้ จะมีการออกแบบและจัดสร้างเครื่องโทคาแมคตัวใหม่ขึ้นเอง โดยจะใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่า Superconducting magnet ที่จะทำหน้าที่สร้างสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงมากขึ้นสำหรับกักพลาสมา และช่วยในเรื่องของการให้ความร้อนเสริมด้วยวิธีการต่าง ๆ ทางนักวิจัยคาดว่าจะสามารถสร้าง พลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงในระดับ 10,000,000 องศาเซลเซียสได้อย่างแน่นอน สำหรับเครื่องโทคาแมคที่ติดตั้งที่ สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ จะใช้สำหรับการศึกษาปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน เพื่อใช้เป็นพลังงานสะอาดในการผลิตกระแสไฟฟ้าในอนาคต และการนำพลาสมาไปใช้ในด้านอุตสาหกรรม การเกษตร และด้านการแพทย์
ทำไมโทคาแมคจึงสำคัญ?
- พลังงานสะอาด พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันเป็นพลังงานที่ไม่ก่อให้เกิดกากกัมมันตรังสีหรือก๊าซเรือนกระจก ช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
- ความมั่นคงทางพลังงาน การพัฒนาเทคโนโลยีโทคาแมคทำให้ประเทศไทยมีความมั่นคงทางพลังงานในระยะยาว และลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล
- การพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี การวิจัยและพัฒนาโทคาแมคส่งเสริมให้เกิดการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในประเทศ
- ศักยภาพในการแข่งขัน การเป็นผู้นำในการพัฒนาเทคโนโลยีโทคาแมคจะช่วยเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันของประเทศในระดับสากล
สรุป
TOKAMAK โทคาแมคเป็นเครื่องมือสำคัญในการศึกษาวิจัยและพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งเป็นพลังงานแห่งอนาคตที่น่าจับตามอง หากการวิจัยประสบความสำเร็จ จะเป็นการแก้ไขปัญหาพลังงานของโลกและสร้างอนาคตที่ยั่งยืนให้กับมนุษยชาติได้อย่างแน่นอน
