ดวงอาทิตย์เทียม ของประเทศจีน คืออะไร และทำไมต้องสร้างดวงอาทิตย์เทียม

ดวงอาทิตย์เทียม ความสำเร็จครั้งใหม่ของประเทศจีน

เมื่อวันที่ 4 ธันวาคม ปี 2020 ที่ผ่านมา ประเทศจีนประสบความสำเร็จในการทดสอบการทำงานของ “ดวงอาทิตย์เทียม” (Artificial Sun) หรือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน (Nuclear Fusion Reactor) ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดและทันสมัยที่สุดของประเทศเป็นครั้งแรก

ดวงอาทิตย์เทียม หรือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ รุ่นเอชแอล-ทูเอ็มโทคาแมค (HL-2M Tokamak) เครื่องนี้ ได้กลายเป็นก้าวสำคัญและความหวังของวงการวิทยาศาสตร์โลกในการแสวงหาแหล่งพลังงานสะอาดและปลอดภัยที่สามารถรองรับความต้องการของมนุษย์ในอนาคต

ดวงอาทิตย์เทียมดวงนี้ ตั้งอยู่ ณ เมืองเฉิงตู ในมณฑลเสฉวน ทางตะวันตกเฉียงใต้ของประเทศจีน เป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันที่มีขนาดความสูงราว 11 เมตร มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 เมตร และมีน้ำหนักกว่า 400 ตัน ซึ่งถูกออกแบบและพัฒนาโดยเทคโนโลยีและอุปกรณ์โทคาแมค (Tokamak) ขั้นสูง ซึ่งใช้สนามแม่เหล็กรูปวงแหวน (Magnetic Confinement: MFE) ทำหน้าที่เหนี่ยวนำพลาสมา (Plasma) หรือสสารที่มีน้ำหนักเบา จนหลอมรวมกันเป็นฮีเลียม (ธาตุหนัก) ซึ่งปลดปล่อยพลังงานนิวเคลียร์ความร้อนสูงออกมา

ดังนั้น พลังและความเข้มของสนามแม่เหล็ก จึงเป็นปัจจัยหลักที่กำหนดการหลอมรวมกันของพลาสมาและการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน (Nuclear Fusion Reaction) ซึ่งดวงอาทิตย์เทียมดวงนี้ สามารถสร้างพลาสมาที่มีความร้อนกว่า 150 ล้านองศาเซลเซียส สูงกว่าแกนกลางของดวงอาทิตย์ถึง 10 เท่า (แกนกลางดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิอยู่ที่ราว 15 ล้านองศาเซลเซียส) และสามารถเพิ่มระดับกระแสไฟฟ้าของพลาสมาได้มากกว่า 2.5 ล้านล้านแอมแปร์อีกด้วย

ดวงอาทิตย์เทียม, จีน, เทคโนโลนี, นวัตกรรม, การค้นพบ, การทดลอง, ปฏิกิริยาฟิวชั่น, ดวงอาทิตย์
ภายในแกนกำเนิดปฏิกิริยาฟิวชัน ซึ่งเป็นปฏิกิริยาเดียวกันกับที่เกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์ จึงเป็นที่มาของชื่อ ดวงอาทิตย์เทียม

ประวัติของการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันหรือ “ดวงอาทิตย์เทียม”

นักฟิสิกส์และนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกต่างให้ความสนใจต่อพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันมาเนิ่นนาน ตั้งแต่รับรู้ถึงกระบวนการหลอมรวมกันของอะตอม หรือนิวเคลียส ของธาตุเบาบริเวณแกนกลางของดวงอาทิตย์ ที่ทำให้เกิดการปลดปล่อยแสงสว่าง และพลังงานความร้อนในปริมาณมหาศาลออกมา ซึ่งพลังงานเพียงบางส่วนที่เดินทางข้ามอวกาศมากกว่า 150 ล้านกิโลเมตร ยังเพียงพอต่อการก่อกำเนิด และหล่อเลี้ยงชีวิตมากมายบนโลกมาตลอดระยะเวลาหลายล้านปี

ดังนั้น นักฟิสิกส์ทั่วโลกจึงตั้งเป้าหมายที่จะสร้างปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันที่เกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์ให้สามารถเกิดขึ้นบนโลกเช่นเดียวกัน โดยในช่วงแรกของงานวิจัยนั้น ส่วนใหญ่มีความเชื่อมโยงกับการพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์ทั้งในประเทศสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียต ทำให้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันที่เกิดขึ้นครั้งแรกบนโลก เกิดจากการทิ้งระเบิดไฮโดรเจนหรือระเบิดปรมาณู (Atomic Bomb) เหนือหมู่เกาะในมหาสมุทรแปซิฟิกของสหรัฐอเมริกา ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 ซึ่งทำให้นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกรู้ว่าปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นต้องการพลังงานมหาศาลในการเริ่มต้น

โรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์จากปฏิกิริยาฟิชชันในปัจจุบัน

อีกทั้ง ยังควบคุมและหยุดยั้งได้ยาก การสร้างเตาปฏิกรณ์หรือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันของสหรัฐอเมริกาจึงล้มเหลวมาโดยตลอด จากเหตุระเบิดที่ทำให้โครงการถูกยุบไป และทำให้หลายประเทศทั่วโลกหันกลับมาใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จากปฏิกิริยาฟิชชัน (Nuclear Fission Reaction) ที่ควบคุมได้ง่ายและมีค่าใช้จ่ายถูกกว่าเช่นเดิม

หลังการประชุมปรมาณูเพื่อสันติ (Atoms for Peace) ในปี 1958 หลายประเทศทั่วโลกทั้งในยุโรป สหรัฐอเมริกา รัสเซีย และญี่ปุ่น รวมไปถึงจีน บราซิล แคนาดา และเกาหลีใต้ ได้ทำความตกลงร่วมกัน เพื่อดำเนินการและศึกษาวิจัยในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันนี้ จนเกิดเป็นโครงการวิจัยนิวเคลียร์ฟิวชันที่ใหญ่ที่สุดในโลก (International Thermonuclear Experimental Reactor: ITER) เนื่องจากความต้องการทางงบประมาณที่สูงมากและความซับซ้อนของอุปกรณ์ ซึ่งประเทศจีนได้เริ่มดำเนินการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันขนาดเล็กมาตั้งแต่ปี 2006 จนกระทั่งมาประสบผลสำเร็จในปี 2020 นี้เอง

ข้อดีของพลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน (Nuclear Fusion) คือ การหลอมรวมกันของนิวเคลียสและอะตอมของธาตุจำนวนมาก จนเกิดเป็นนิวเคลียสหรืออะตอมของธาตุที่หนักขึ้น พร้อมกับการปลดปล่อยพลังงานปริมาณมหาศาลออกมา ซึ่งเป็นกระบวนการตรงกันข้ามกับปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน (Nuclear Fission) ที่มนุษย์นำมาใช้ในการผลิตอาวุธปรมาณู และพลังงานจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบัน ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่เกิดจากการแตกตัวของธาตุที่ปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของรังสีแกมมาและรังสีชนิดต่าง ๆ

ดังนั้น พลังงานที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันจึงเป็นพลังงานสะอาดที่มีสารกัมมันตรังสีต่ำมาก อีกทั้ง ในกระบวนการผลิตพลังงานยังไม่ก่อให้เกิดก๊าซเรือนกระจก เขม่าควัน หรือฝุ่นกัมมันตรังสี และยังมีความเสี่ยงต่อการเกิดอุบัติเหตุค่อนข้างต่ำ เมื่อเปรียบเทียบกับการผลิตพลังงานนิวเคลียร์ที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันในปัจจุบัน พลังงานฟิวชันจึงเป็นพลังงานที่ยั่งยืนและเหมาะสมต่อการนำมาใช้ในอนาคต

แต่อย่างไรก็ตาม การสร้างแหล่งกำเนิดพลังงานหรือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันที่เสถียรเป็นเรื่องยาก ที่ต้องการทั้งงบประมาณและเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่นักวิทยาศาสตร์ในโครงการ ITER ที่ผ่านมา ใช้ในการทดลองมีค่าใช้จ่ายมากถึง 22.5 พันล้านดอลลาร์ และถึงแม้จีนจะประสบความสำเร็จในการสร้างดวงอาทิตย์เทียมขึ้นในปี 2020 นี้ แต่การเปลี่ยนพลังงานนิวเคลียร์ที่ได้จากเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันมาเป็นพลังงานไฟฟ้าที่เสถียรและมั่นคง มีต้นทุนการผลิตต่ำลงอย่างเหมาะสมและคุ้มค่า ยังเป็นงานที่ต้องการการศึกษาค้นคว้าและวิจัยกันต่อไป

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


ข้อมูลอ้างอิง

Global News – https://globalnews.ca/news/7505850/china-artificial-sun/
Phys.org – https://phys.org/news/2020-12-china-nuclear-powered-artificial-sun.html
Green Network – https://www.greennetworkthailand.com/นิวเคลียร์ฟิวชั่น/
Manager Online – https://mgronline.com/science/detail/9620000121542
สมาคมนิวเคลียร์แห่งประเทศไทย – http://www.nst.or.th/article/article5001/article5001p.htm


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : พลังงานหมุนเวียน 

เรื่องแนะนำ

ที่ใต้ทะเลลึก ผมของเมร่าไม่มีทางเป็นสีแดง

เข้าใจได้ว่าหากฮอลลีวูดสร้างภาพยนตร์ตามหลักวิทยาศาสตร์ ความสนุกเร้าใจคงหายไปเป็นกอง อย่างไรก็ดีเป็นโอกาสที่คุณผู้อ่านจะได้ศึกษาว่าโลกแห่งความเป็นจริงแตกต่างจากในหนังอย่างไร

ท่องอวกาศแบบ 360 องศา

ท่องอวกาศแบบ 360 องศา ร่วมเดินทางบินทะยานไปบนอวกาศพร้อมกับบรรดานักบินอวกาศตัวจริง ซึ่งเป็นครั้งแรกที่เนชั่นแนล จีโอกราฟฟิกถ่ายทอดประสบการณ์ในสภาวะไร้น้ำหนักแบบ 360 องศา ชมบรรยากาศการทำงานของนักบินบนสถานีอวกาศที่โคจรรอบโลกด้วยความเร็ว 17,000 ไมล์ต่อชั่วโมง และมอง “โลก” ดาวเคราะห์สีน้ำเงินดวงนี้ที่เราเรียกว่าบ้านในมุมมองที่เปลี่ยนไปจากเดิม เพราะนี่คือมุมมองจากสวรรค์ที่แท้จริง   อ่านเพิ่มเติม โรงแรมอวกาศพร้อมเปิดให้บริการในปี 2022 นี้

เคยเห็นลูกแมงกะพรุนไฟกันไหม?

เคยเห็น ลูกแมงกะพรุนไฟ กันไหม? เจ้าสิ่งมีชีวิตตัวจ้อยที่แหวกว่ายไปมาในน้ำเหล่านี้คือ ลูกแมงกะพรุนไฟ สัตว์แปลกที่ไม่มีกล้ามเนื้อ มันสมอง และหัวใจ โดยจากในวิดีโอเป็นตัวอ่อนในขั้นอีฟีราที่กำลังจะพัฒนาไปเป็นตัวเต็มวัยแล้วในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้า โดยเมื่อถึงเวลานั้นมันจะมีขนาดตัวที่ใหญ่กว่าที่เห็นถึง 700 เท่าเลยทีเดียว วงจรชีวิตของแมงกะพรุนนั้นก็แปลกพอๆ กับร่างกายของมัน เมื่อตัวอ่อนถือกำเนิดขึ้นจากไข่มันจะลอยไปหาที่ที่เหมาะสมและฝังตัวเป็น “พลานูลา” จากนั้นพลานูลาจะเติบโตเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีหน้าตาคล้ายกับดอกไม้ทะเลเล็กๆ เราเรียกขั้นนี้ว่า “โพลิป” จากนั้นเมื่อเติบโตขึ้นลูกแมงกะพรุนจิ๋วที่เรียกว่า “อีฟีรา” หรือ “เมดูซ่า” จะหลุดออกมาและล่องลอยไปตามกระแสน้ำ เติบโตเป็นแมงกะพรุนในที่สุด   อ่านเพิ่มเติม พบลูกสิงโตขาวในป่าแอฟริกาใต้

สายฟ้าภูเขาไฟ (Volcanic Lightning)

แสงแลบแปลบปลาบที่ฟาดผ่านออกมาจากลุ่มควันบนปากปล่องภูเขาไฟ เป็นภาพที่สร้างความสะพรึงและสวยงามไปพร้อมกัน สายฟ้าภูเขาไฟ หรือ Volcanic Lightning เป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่หาดูได้ยากที่สุดอย่างหนึ่งบนโลก การเกิดพายุและสายฟ้าฟาดบนปากปล่องภูเขาไฟที่กำลังปะทุ แสงฟ้าผ่าที่เจิดจ้าท่ามกลางกลุ่มหมอกควันและเถ้าถ่านของภูเขาไฟที่กำลังพวยพุ่งขึ้นสู่ท้องฟ้า ความมหัศจรรย์ที่มาพร้อมกับการระเบิดอย่างรุนแรงของภูเขาไฟ ส่งผลให้การลงพื้นที่สำรวจและศึกษาปรากฏการณ์สายฟ้าแห่งภูเขาไฟอย่างใกล้ชิดกลายเป็นเรื่องยากและสุดแสนอันตราย ดังนั้น สาเหตุที่แท้จริงของการเกิดพายุสายฟ้าเหล่านี้ จึงกลายเป็นปริศนาที่นักวิทยาศาสตร์ทั้งหลายได้แต่ทำการคาดการณ์ตามหลักทฤษฎีเบื้องต้นตลอดมา กลไกการเกิดปรากฏการณ์สายฟ้าแห่งภูเขาไฟ พายุและสายฟ้าฟาดบนปากปล่องภูเขาไฟก่อตัวขึ้นเหนือพื้นโลก จากกลุ่มเถ้าถ่าน (Volcanic Plume) หนาแน่นที่พวยพุ่งออกมา เมื่อภูเขาไฟเกิดการระเบิด แรงดันและการปะทุที่รุนแรงส่งผลให้อนุภาคต่างๆ ของทั้งเศษหิน ไอน้ำ ลาวา และก้อนน้ำแข็งในกลุ่มหมอกควันและเถ้าถ่าน เกิดการปะทะและเสียดสีกัน จนก่อให้เกิดปฏิกิริยาจากแรงเสียดทาน (Friction) ที่ทำให้อนุภาคทั้งหลายกลายเป็นประจุไฟฟ้า เนื่องจากการชนและเสียดสีกันท่ามกลางอุณหภูมิร้อนจัด ส่งผลให้เกิดการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอน (Electron) ระหว่างอนุภาคได้ง่าย อนุภาคที่ได้รับอิเล็กตรอนกลายเป็นอนุภาคที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเป็นประจุลบ ขณะที่อนุภาค ซึ่งสูญเสียอิเล็กตรอนกลายเป็นอนุภาคที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเป็นประจุบวก อนุภาคทั้งสองขั้วเกิดการแบ่งแยกออกจากกันตามน้ำหนักและขนาดมวล ก่อตัวเป็นกลุ่มเมฆไอออน (Ion) อยู่เหนือปล่องภูเขาไฟ เมื่อการปะทุของภูเขาไฟยังคงดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง กลุ่มอนุภาคของเถ้าถ่านที่แยกออกจากกันตามคุณสมบัติทางไฟฟ้า จะมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้ความต่างศักย์ทางไฟฟ้าสูงขึ้น จนกระทั่งเกินขีดจำกัดการต้านทานของอากาศ ก่อให้เกิดสนามไฟฟ้าขนาดใหญ่ ซึ่งเหนี่ยวนำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน หรือการไหลของกระแสไฟฟ้า ซึ่งแสงจากสายฟ้าฟาด คือ การระเบิดของมวลอากาศที่ได้รับความร้อนสูงจัดในเวลาอันรวดเร็วจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ซึ่งต้องการเชื่อมต่ออนุภาคขั้วตรงข้ามเข้าหากัน เพื่อสร้างสมดุลระหว่างอนุภาคทั้งสอง ปรากฏการณ์สายฟ้าแห่งภูเขาไฟมักเกิดขึ้นจากการปะทุของภูเขาไฟขนาดใหญ่ เนื่องจากมีแต่การระเบิดอย่างรุนแรง […]