แสงอาทิตย์คือพลังงานสะอาดที่ไม่มีวันหมด ไม่มีใครปฏิเสธความจริงข้อนี้ แต่เรามักจะไม่ได้นึกถึงว่า จริงๆ แล้วแสงอาทิตย์ก็คือผลผลิตของพลังงานนิวเคลียร์รูปแบบหนึ่งที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิวชันภายใต้อุณหภูมิ 15 ล้านองศาสเซลเซียส บวกกับแรงกดดันอันมหาศาลบริเวณใจกลางดวงอาทิตย์ ก่อให้เกิดสภาวะที่อะตอมของธาตุเบาอย่างไฮโดรเจนหลอมรวมกันจนเกิดเป็นอะตอมฮีเลียม ซึ่งเป็นธาตุที่หนักกว่า พร้อมทั้งคายพลังงานอันมากมายออกมา 

ที่แล้วมาเหล่านักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกต่างใช้ความพยายามมาอย่างยาวนานในการสร้างเตาปฏิกรณ์ฟิวชันบนโลกเรานี้ เพื่อหลอมรวมอะตอมของไฮโดรเจนให้กลายเป็นฮีเลียมเลียนแบบสิ่งที่เกิดขึ้นตรงใจกลางดวงอาทิตย์ เพื่อนำพลังงานจากการหลอมรวมอะตอมออกมาใช้ ซึ่งก็คือพลังงานสะอาดที่จะหล่อเลี้ยงผู้คนได้มากมาย อีกทั้งยังมีราคาต่อหน่วยถูกมากๆ เนื่องจากเชื้อเพลิงของระบบนี้ก็คือ ‘ดิวเทอเรียม’ ไอโซโทปที่ 2 ของไฮโดรเจนที่สกัดได้จากน้ำทะเล ซึ่งมีอยู่แทบนับไม่ถ้วนในธรรมชาติ

แต่เรื่องราวกลับไม่ได้ง่ายอย่างที่คิด เนื่องจากไม่พบหนทางที่จะสร้างแรงกดดันบนผิวโลกให้สูงใกล้เคียงใจกลางดวงอาทิตย์ได้เลย ทางออกของเรื่องนี้ก็คือต้องไปเพิ่มในด้านของอุณหภูมิเป็นการทดแทน ซึ่งเป็นเรื่องที่เป็นไปได้มากกว่า และอุณหภูมิเป้าหมายที่มองกันไว้คือ 150 ล้านองศาเซลเซียส หรือ 10 เท่าของใจกลางดวงอาทิตย์ 

อุปสรรคประการต่อไปก็คือไม่มี ‘ภาชนะ’ ใดๆ บนโลกใบนี้ที่จะใส่ของที่ร้อนระดับหมื่นองศาเซลเซียสขึ้นไปได้โดยไม่เสื่อมสภาพ โดยเฉพาะพลาสมาในเตาปฏิกรณ์ฟิวชันที่ร้อนเป็นล้านองศาเซลเซียสก็ยิ่งเป็นไปไม่ได้ 

วิธีแก้คือต้องใช้วิธีการสร้างสนามแม่เหล็กแรงสูงขึ้นมาห่อหุ้มพลาสมาที่ร้อนจัดนี้เอาไว้ อุปสรรคทั้งสองประการที่กล่าวมานี้พาให้เกิดอุปสรรคประการสุดท้าย นั่นคือการที่ต้องใช้พลังงานมากมายในด้าน ‘ขาเข้า’ ไปสู่เตาปฏิกรณ์เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กแรงสูง และเพื่อเร่งอุณหภูมิของพลาสมาไปจนถึงจุดที่เกิดการหลอมรวมของอะตอมดิวเทอเรียมแล้วคายพลังงานออกมา 

แต่สภาวะของพลาสมาที่สร้างขึ้นได้ในเวลานี้ยังไม่คงทน พลาสมายังไม่อาจคงอยู่ได้นานเพียงพอที่จะสามารถจ่ายพลังงาน ‘ขาออก’ มาได้อย่างคุ้มค่า นั่นคือจะต้องมากกว่าพลังงานที่ใส่เข้าไปในระบบ อธิบายได้ด้วยอัตราส่วน Q ซึ่งเป็นอัตราส่วนที่มาจากพลังงานขาเข้าหารด้วยพลังงานขาออก หรือที่เรียกว่า Breakeven ที่จนถึงเวลานี้ก็ยังไม่มีวิทยาการใด หรือนักวิทยาศาสตร์จากประเทศไหนที่จะทำให้เตาปฏิกรณ์ฟิวชันเกิดค่า Q>1 ได้ และการค้นคว้าทั้งหมดก็มาชะงักอยู่ตรงนี้

แต่มนุษย์เราก็ไม่เคยยอมแพ้ ในปี 2547 ก็เกิดข้อตกลงของประเทศชั้นนำ 7 ประเทศอันได้แก่ สหรัฐอเมริกา จีน ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ รัสเซีย อินเดีย และสหภาพยุโรป เพื่อ ‘ลงขัน’ กันสร้างเตาปฏิกรณ์ฟิวชันนานาชาติขนาดยักษ์ที่มีชื่อเรียกว่า ITER ขึ้นมาที่เมือง Cadarache ทางตอนใต้ของฝรั่งเศส โดยกำหนดอายุโครงการ 30 ปี มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้สามารถข้ามผ่าน Breakeven ที่อัตราส่วน Q≧10 ไปให้ได้ นั่นหมายถึงเตาปฏิกรณ์ ITER เมื่อเสร็จสมบูรณ์จะสามารถจ่ายพลังงาน ‘ขาออก’ ได้มากกว่าพลังงานที่ต้องใช้ในทาง ‘ขาเข้า’ อย่างน้อย 10 เท่า 

โครงการ ITER ยังทำให้เกิดการแบ่งปันเทคโนโลยีให้กับประเทศสมาชิกทั้งหลาย ที่นอกจากจะมี 7 ประเทศชั้นนำที่ร่วมทุนสร้างเตาปฏิกรณ์ดังกล่าว ยังมีประเทศอื่นอีกรวม 35 ประเทศ รวมทั้งประเทศไทยของเรา เข้ามาร่วมศึกษาเทคโนโลยีทางด้านนี้ด้วย แน่นอนว่าสำหรับสมาชิกหลักๆ ทั้ง 7 ต่างก็มีเตาปฏิกรณ์ฟิวชันเพื่อการวิจัยเป็นของตนเอง ที่ต่างก็อยากให้เตาปฏิกรณ์รุ่นทดสอบในประเทศตนล้ำหน้ามากกว่าเพื่อน เรียกว่าโครงการนี้เป็นทั้งการช่วยเหลือเกื้อกูลกันระหว่างประเทศต่างๆ และเป็นการแข่งขันกันอยู่ในตัว

อีกด้านหนึ่ง ตลอดระยะ 20 ปีที่ผ่านมา โครงการวิจัยพลังงานฟิวชันของจีนก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว โดยทางจีนตั้งหมุดหมายเอาไว้ว่า จะทำให้เตาปฏิกรณ์ฟิวชันที่ใช้ในการทดลองรุ่นล่าสุดมีชื่อเรียกว่า HT-7U หรือ อีสต์ (EAST) ย่อมาจาก Experimental Advanced Superconducting Tokamak ติดตั้งอยู่ที่สถาบัน Hefei Institutes of Physical Science of the Chinese Academy of Sciences (CASHIPS) ในนครเหอเฝย มณฑลอันฮุย หรือชื่อที่รู้จักกันตามสื่อมวลชนว่า ‘ดวงอาทิตย์เทียม’ สามารถใช้งานได้จริงในปี 2593 ซึ่งทำให้จีนทุ่มเทให้กับโครงการนี้อย่างเต็มที่ และผลสำเร็จก็เริ่มปรากฏมาตามที่คาดหวัง แต่ก็มีคู่แข่งชาติอื่นโดยเฉพาะชาติเอเชียอย่างเกาหลีใต้คอยกดดันอยู่ไม่ห่าง ความก้าวหน้าในระดับทำลายสถิติโลกจึงไล่ตามกันมาติดๆ โดยเริ่มจากใน

• ปี 2553 เตาปฏิกรณ์ EASTปรากฏตัวเป็นเตาปฏิกรณ์ฟิวชันเครื่องแรกที่ใช้ตัวนำยิ่งยวดในการสร้างสนามแม่เหล็กทั้งในทิศทาง Toroidal และ Poloidal (แนวตั้งและแนวนอนของวงโดนัท)
• เดือนกรกฎาคม 2556 เตาปฏิกรณ์ EAST ของจีน ทำสถิติโลกในการสร้างพลาสมาใน H-Mode ที่ 50 ล้านองศาเซลเซียส ให้มีสภาพเสถียรได้ยาวนานถึง 101.2 วินาที
• กุมภาพันธ์ 2559 เตาปฏิกรณ์ W7-X ของประเทศเยอรมนี ทำสถิติโลกในการสร้างพลาสมาที่อุณหภูมิ 80 ล้านองศาเซลเซียส แต่อยู่ได้นานเพียง 0.25 วินาทีเท่านั้น 
• พฤศจิกายน 2561 เตาปฏิกรณ์ EAST ของจีนทำสถิติโลกในการสร้างพลาสมาใน H-Mode ที่อุณหภูมิสูงถึง 100 ล้านองศาเซลเซียสได้เป็นครั้งแรก โดยมีระยะเวลาเสถียรได้นาน 10 วินาที
• ธันวาคม 2563 เตาปฏิกรณ์ K-STAR ที่​เมืองแทจอน 대전광역시 ในภาค​กลาง​ของประเทศ​เกาหลีใต้​ ก็ลบสถิติของจีนสำเร็จ โดยสามารถสร้างพลาสมาที่อุณหภูมิสูง 100 ล้านองศาเซลเซียสได้เช่นเดียวกัน แต่สามารถคงความเสถียรได้นานกว่าจีนคือ 20 วินาที
• มิถุนายน 2564 เตาปฏิกรณ์ EAST ของจีนกลับมาเอาคืนอีกครั้ง ด้วยการสร้างพลาสมาที่อุณหภูมิสูงถึง 120 ล้านองศาเซลเซียสได้เป็นครั้งแรก และยังสามารถคงสภาพเสถียรได้นานถึง 101 วินาที

และในเดือนมกราคมปี 2565 ที่ผ่านมานี้เอง สื่อทางการจีนก็ประกาศศสถิติโลกใหม่ของเตาปฏิกรณ์ EAST นั่นคือสามารถสร้างพลาสมาที่อุณหภูมิ 70 ล้านองศาเซลเซียส และคงสภาพเสถียรเอาไว้ได้ยาวนานถึง 1,056 วินาที! หรือ 17.6 นาที นั่นคือร้อนน้อยกว่าของปี 2564 แต่อยู่ได้นานกว่ามากมายหลายเท่า

จากนี้ก็ยังคงเป็นเป้าหมายที่แต่ละประเทศจะเข้ามาแข่งขันกันสร้างเตาปฏิกรณ์ที่ร้อนกว่า และต้องทำงานได้นานกว่า ก่อนจะข้ามไปถึงขั้นที่ Breakeven ในอัตราส่วน Q=1 หรือพลังงานขาเข้าเท่ากับพลังงานขาออก เมื่อถึงตอนนั้น งานวิจัยก็จะดำเนินต่อไป ในด้านที่จะทำให้เตาสามารถจ่ายพลังงานให้กับตัวเอง คือหากวันใดที่ค่า Q>1 ส่วนเกินของพลังงานขาออกก็จะวนกลับมาจ่ายเป็นพลังงานขาเข้า เตาปฏิกรณ์ก็จะอยู่ได้ด้วยตัวเองโดยไม่ต้องเติมพลังงานอีกต่อไป คงเติมเพียงเชื้อเพลิงนั่นคือ ดิวเทอเลียมที่สกัดได้จากน้ำทะเลที่มีอยู่ทั่วโลก และแหล่งพลังงานสีเขียวที่ยั่งยืนก็จะใกล้ควาจริงเข้ามาเรื่อยๆ 

สุดท้ายความรู้ใหม่ๆ ที่ได้จากความสำเร็จของเตาปฏิกรณ์รุ่นทดสอบอย่าง ‘ดวงอาทิตย์เทียม’ ของจีนก็อาจจะย้อนกลับไปช่วยให้เตาปฏิกรณ์นานาชาติอย่าง ITER สามารถเดินเครื่องได้ที่ Q≧10 สมความตั้งใจก็เป็นได้

อ้างอิง:

• https://www.independent.co.uk/life-style/gadgets-and-tech/china-artificial-sun-nuclear-fusion-renewable-b1985795.html