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

เรือนยอดของต้นไม้ ช่วยป้องกันโรคระบาดในพืช

เรือนยอดของต้นไม้ ในป่าล้วนรักษาระยะห่างจนเกิดเป็นช่องว่าง เรียกว่า เรือนยอดไม่บดบังกัน (crown  shyness) ซึ่งช่วยให้ต้นไม้สามารถแบ่งปันทรัพยากร และควบคุมการระบาดของโรค เดือนมีนาคม ค.ศ. 1982 ในวันที่อากาศอบอุ่น ฟรานซิส “แจ็ก” พุตซ์ (Francis “Jack” Putz) นักชีววิทยา เดินทางเข้าไปในป่าต้นโกงกางที่มี เรือนยอดของต้นไม้ เพื่อหลบหลีกจากความร้อนในช่วงบ่าย ด้วยความง่วงจากอาหารมื้อเที่ยง และการทำงานภาคสนามในอุทยานแห่งชาติ กัวนากัสเต ประเทศคอสตาริกา อย่างหนัก พุตซ์จึงตัดสินใจงีบหลับระหว่างวัน ขณะที่เขามองขึ้นไปบนท้องฟ้า สายลมพัดยอดโกงกางที่อยู่เหนือเขาไหวเอนไปมา ทำให้กิ่งก้านสาขาของต้นไม้ที่อยู่ใกล้เคียงก่ายเข้าหากัน ใบไม้และกิ่งไม้ที่อยู่ขอบนอกสุดของเรือนยอดหักลง พุตซ์สังเกตเห็นว่าการตัดแต่งกิ่งซึ่งกันและกันนี้ทิ้งร่องรอยของพื้นที่ว่างบนเรือนยอด เครือข่ายของยอดไม้ที่เรียกว่า Crown Shyness ได้รับการบันทึกไว้ในป่าทั่วโลก จากป่าโกงกางของคอสตาริกาไปจนถึงต้นการบูรบอร์เนียวที่สูงตระหง่านของมาเลเซีย มีช่องว่างระหว่างพุ่มไม้เขียวขจี แต่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ว่า เหตุใดยอดไม้จึงไม่ยอมให้เกิดการบดบังกัน พุตซ์ให้เหตุผลว่า ต้นไม้ต้องการพื้นที่ว่างซึ่งกันและกัน เพื่อใช้ในแผ่กิ่งก้าน และดูเหมือนว่าลมจะมีบทบาทสำคัญในการช่วยให้ต้นไม้จำนวนมากรักษาระยะห่างระหว่างกันได้ การแบ่งแยกพื้นที่ว่างระหว่างกิ่งก้านของแต่ละต้น อาจช่วยเพิ่มการเข้าถึงทรัพยากรของพืช เช่น แสง อีกทั้งช่วยขัดขวางการแพร่กระจายของแมลงที่กัดกินใบ เถาวัลย์ กาฝาก หรือโรคติดเชื้ออื่น ๆ เม็ก […]

พลังงานจากถ่านหิน (Coal)

มนุษย์โลกใช้ พลังงานจากถ่านหิน มาเป็นเวลาหลายศตวรรษ และในปัจจุบัน หลายประเทศกำลังกังวลเกี่ยวกับผลกระทบจากการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากกระบวนการเผาไหม้ถ่านหิน ถ่านหิน (Coal) คือหนึ่งในเชื้อเพลิงฟอสซิล (Fossil fuel) ที่เกิดจากการทับถมกันของซากพืชในพื้นที่ชื้นแฉะหรือแหล่งน้ำตื้นเขิน ภายใต้การทับถมกันของหิน ดิน ทราย และตะกอนในแหล่งน้ำ ทำให้ซากพืชไม่ย่อยสลายไปอย่างรวดเร็วตามธรรมชาติ แต่สะสมกันเป็นชั้นหนา ก่อนถูกบีบอัดให้จมลึกลงใต้พื้นโลก ภายใต้ความร้อนและความดันที่เพิ่มสูงขึ้นเป็นระยะเวลาหลายร้อยล้านปี ทำให้ซากพืชที่ทับถมกันกลายเป็นถ่านหิน ซึ่งเป็นหินตะกอนสีน้ำตาล-ดำชนิดหนึ่ง มีคุณสมบัติเป็นเชื้อเพลิงที่ดี และสังคมมนุษย์ก็ขับเคลื่อนด้วย พลังงานจากถ่านหิน มาเป็นเวลาหลายศตวรรษ ประเภทของถ่านหิน พีต (Peat) เป็นถ่านหินในขั้นแรกเริ่มของกระบวนการเกิดถ่านหิน จึงมีองค์ประกอบของซากพืชบางส่วนที่ยังย่อยสลายไม่หมด สามารถมองเห็นรูปร่างของกิ่งไม้ ลำต้น หรือใบไม้ ในเนื้อถ่านหินประเภทนี้ได้ ซึ่งส่งผลให้พีตมีลักษณะค่อนข้างร่วนและมีความชื้นสูง ดังนั้น ก่อนนำพีตมาใช้เป็นเชื้อเพลิง จึงต้องผ่านกระบวนการกำจัดความชื้นเสียก่อน ความร้อนที่ได้จากการเผาพีตสูงกว่าที่ได้จากไม้ฟืนทั่วไป สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงให้ความร้อนภายในครัวเรือนได้ดี ลิกไนต์ (Lignite) เป็นถ่านหินที่มีอายุน้อยเป็นลำดับที่ 2 รองจากพีต มีเนื้อเหนียว สีเข้ม และผิวด้าน มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าพีต ยังคงมีความชื้นและองค์ประกอบของซากพืชหลงเหลืออยู่ภายในเนื้อถ่านหินเล็กน้อย ส่งผลให้เมื่อติดไฟมักเกิดควันและเถ้าถ่านปริมาณมาก ดังนั้น ลิกไนต์จึงถือเป็นถ่านหินคุณภาพต่ำที่ให้ความร้อนได้ไม่สูงนัก แต่เพียงพอสำหรับการนำไปใช้ผลิตพลังงานไฟฟ้าและพลังงานความร้อนในโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ ซับบิทูมินัส […]

วิทยาศาสตร์จากกาแล็กซีอันไกลโพ้น

เรื่องโดย ไมเคิล เกรทโก ในขณะที่ทุกคนกำลังออกผจญภัยไปยังกาแล็กซีอันไกลโพ้นอีกครั้งกับหนังภาคล่าสุดของมหากาพย์แห่งสงครามระหว่างดวงดาวอย่าง  สตาร์วอร์ส อุบัติการณ์แห่งพลัง (Star Wars: The Force Awakens) คงไม่มีใครตื่นเต้นไปกว่าเหล่าบรรดานักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่ได้รับแรงบันดาลใจมากมายจากหนังเรื่องนี้ “หนังเรื่องนี้ได้สร้างแรงบันดาลใจแก่นักวิทยาศาสตร์หลายคน มันทำพวกเขาคิว่าบางทีสิ่งเหล่านี้อาจเกิดขึ้นได้จริง” เอลิซาเบ็ธ โฮล์ม นักวัสดุศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมลลอน กล่าว “พวกมันทำให้ฉันคิดนอกกรอบ จากกระแสของสิ่งที่เป็นอยู่ ณ ปัจจุบันไปจนถึงอนาคต” เหล่านักวิทยาศาสตร์หันมาสนใจและวิเคราะห์เรื่องราวและสิ่งประกอบจากในหนัง โดยตั้งอยู่บนพื้นฐานแห่งความเป็นไปได้จากหลักและทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ ตั้งแต่เรื่องฟิสิกส์พลาสมาไปจนถึงจิตวิทยา การทำสิ่งเหล่านี้ไม่ใช่แค่งานอดิเรกที่ใจรัก แต่มันเป็นสื่อการเรียนที่ดีที่สุดในจักรวาล “ถ้าคุณสามารถเชื่อมโยงบางจุดของเรื่องเข้ากับหลักทางวิทยาศาสตร์ที่สมเหตุสมผล คุณจะร้อง อะ-ฮ้า!” จิม คาคาลีออสกล่าว เขาเป็นนักฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยมินนิโซตา ผู้เชี่ยวชาญด้านการเชื่อมโยงวิทยาศาสตร์กับวัฒนธรรมสมัยนิยม (Pop culture) “มันเป็นหนทางในการสร้างความเชื่อมโยง” ในวันนี้เราได้รวบรวมการค้นพบที่ดีและใหม่ที่สุดจากเหตุการณ์ตลอดหนทางของการเป็นมหากาพย์แห่งนิยายวิทยาศาสตร์เรื่องนี้เพื่อเป็นสื่อการเรียน แรงบันดาลใจ และคำแนะนำสำหรับตัวละครจากกาแล็คซี่อันไกลโพ้นทั้งหลาย การล่มสลายของดาวมรณะ ไม่เพียงได้มีเพียงแค่นักเศรษฐศาสตร์และนักวิเคราะห์นโยบายเท่านั้นที่ถูกดาวมรณะขายฝันในหัวข้อของการใช้พื้นที่อันมหาศาลของกาแล็กซีอย่างไรให้เกิดประโยชน์ แต่อาวุธชิ้นเทพของจักวรรดิเอมไพร์ชิ้นนี้ยังได้จุดประกายความคิดสร้างสรรค์ให้แก่นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรอีกด้วย กาย วอล์กเกอร์ ศาสตราจารย์วิศวกรรมโยธา มหาวิทยาลัยแฮเรียต-วัตต์ สกอตแลนด์ ได้นำการระเบิดของดาวมรณะดวงแรกมาวิเคราะห์เป็นกรณีตัวอย่างของความผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นได้ในงานวิศวกรรมขนานใหญ่ให้กับนักเรียนของเขา หลังได้รับหนังสือ คู่มือแบบละเอียดของดาวมรณะ (Death Star Owner’s Technical […]

ทำไมคนเราต้องโกหก

พฤติกรรมการโกหกพบได้ในทุกชนชาติ เหตุใดมนุษย์จึงต้องวิวัฒนาการมาพร้อมกับการพูดปดด้วย สิ่งนี้ช่วยเอื้อประโยชน์ใดให้แก่เรา?