ITER ทางเลือกใหม่ของพลังงานทดแทนแห่งอนาคต

����������หลายคนที่ชอบอ่านข่าวจากสื่อต่างประเทศในช่วง 1 เดือนที่ผ่านมาแล้วคงเห็นผ่านหูผ่านตากับข่าวของโครงการ ITER อย่างแน่นอน เป็นข่าวใหญ่พอสมควร มีการเสนอข่าวนี้ในหลายรุปแบบ ทั้ง ทีวี และ หนังสือพิมพ์ รวมไปถึง อินเตอร์เนต ข่าวดังกล่าวได้แสดงความยินดีในความก้าวหน้าครั้งสำคัญของโครงการนี้ โดยมีนัยสำคัญคือ การตกลงกันได้ในสถานที่ตั้งของโครงการดังกล่าว โดยที่จะสร้าง ITER ที่ฝรั่งเศส การตัดสินใจครั้งนี้เป็นสิ่งที่มีค่ามากสำหรับการพัฒนาพลังงานทดแทนเพื่ออนาคตของเรา ความฝันที่จะนำปฏิกิริยานิวเคลียฟิวชั่นมาใช้ผลิตพลังงานคงอยู่ไม่ไกลนัก ซึ่งถ้าความฝันนี้เป็นจริงความต้องการน้ำมันคงลดลงและพลังงานที่เราใช้คงมีราคาถูกลงด้วย แต่น่าเสียดายที่ข่าวสำคัญเช่นนี้ไม่ได้รับความสนใจจากสื่อในประเทศไทยเลยแม้แต่น้อย แต่ไม่เป็นไรวันนี้เรามารู้จักโครงการนี้กันเถอะ

����������โครงการ ITER เป็นโครงการที่เกิดจากการร่วมมือกันของหลายๆประเทศ คำว่า ITER เป็นคำย่อมาจากชื่อเต็มว่า “International Thermonuclear Experimental Reactor” และในภาษาละตินคำว่า ITER นี้มีความหมายว่า “the way” แปลเป็นไทยคือ “หนทาง” หรือ “ทางออก” ซึ่งมีความหมายสอดคล้องกับโครงการนี้ได้ดีเพราะเป็นทางเลือกใหม่ของพลังงานในอนาคตหรือที่เรามักจะเรียกว่าพลังงานทดแทน ITER เป็นความร่วมมือกันในระดับนานาชาติ โดยมีสมาชิกหลัก 6 ประเทศ คือ ประเทศสหรัฐอเมริกา สหภาพยุโรป ประเทศรัสเซีย ประเทศจีน ประเทศญี่ปุ่น และ ประเทศเกาหลีใต้ ความคิดในการก่อตั้งเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 20 ปีก่อนในประเทศรัสเซีย ต่อมาได้มีความร่วมมือกันในระดับนานาชาติ ในช่วงแรกมีประเทศสมาชิกเพียงแค่ 4 ประเทศคือ ประเทศสหรัฐอเมริกา สหภาพยุโรป ประเทศรัสเซีย และ ประเทศญี่ปุ่น ได้ช่วยกันออกแบบ ITER โดยใช้ชื่อว่า
ITER-EDA แต่เนื่องจากขนาดที่ใหญ่ทำให้ต้องใช้งบประมาณที่สูง แบบของ ITER จึงต้องเปลี่ยนไปให้มีขนาดเล็กลงในเวลาต่อมา

���������� ส่วนประเทศจีนและเกาหลีใต้ได้เข้าร่วมโครงการในระยะหลัง ประมาณปี คศ 1998 เกิดปัญหากับโครงการ ITER คือประเทศสหรัฐอเมริกา ขอถอนตัวออกจากการเป็นสมาชิก ทำให้การพัฒนา ITER เป็นไปได้ช้าลง แต่ในที่สุด ประเทศสหรัฐอเมริกาก็กลับมาร่วมอีกครั้งในปี คศ 2003 เป้าหมายหลักของโครงการ ITER คือการสาธิตความเป็นไปได้ในเชิงรูปธรรมของการนำเอาพลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นมาใช้ ซึ่งมีการคาดการณ์ว่า ITER จะสามารถผลิตพลังงานได้ถึง 500 MW สถานที่ก่อสร้าง ITER เป็นปัญหาที่ต้องถกเถียงกันเป็นเวลานานระหว่างประเทศสมาชิก เริ่มต้นจากมีการเสนอ 4 สถานที่คือ ประเทศแคนาดา, ประเทศสเปน, ประเทศญี่ปุ่นและประเทศฝรั่งเศส ต่อมาได้มีการคัดเลือกเหลือ 2 สถานที่คือ ประเทศญี่ปุ่นและประเทศฝรั่งเศส ต้องใช้เวลาเกือบ 2 ปีจึงตกลงได้ว่าจะสร้างที่เมืองคาดาราชในประเทศฝรั่งเศส ในการก่อสร้าง ITER จะต้องใช้เวลาประมาณ 10 ปี และคาดว่าการทดลองปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น (Fusion) จะสามารถเริ่มต้นได้ในปี คศ 2016

����������โครงการ ITER จะอาศัยปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นเพื่อที่จะผลิตพลังงาน ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นในดวงอาทิตย์ สามารถให้พลังงานตอบแทนที่สูงกว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิสชั่น(Fission) แต่มีผลกระทบทางสิ่งแวดล้อมน้อยมาก หลักการสำคัญของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นคือ ในการรวมกันของนิวเคลียสของอะตอมขนาดเล็กเช่น ดิวเทอร์เรียมและตริเตรียมซึ่งต่างเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจน ผลต่างของมวลก่อนและหลังการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์นี้ทำให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานออกมาตามสมการที่เรารู้จักกันดีว่า E = mc² ดิวเทอร์เรียมและตริเตรียมเป็นสิ่งที่หาได้ไม่ยากเช่น ดิวเทอร์เรียมที่มีอยู่ทั่วไปในน้ำทะเล สิ่งที่ยากในการนำพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่นมาใช้คือการควบคุมให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งในโครงการ ITER จะใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อควบพลาสมาให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น โดยจะอาศัยหลักการของเครื่องมือที่ชื่อว่า Tokamak ซึ่งมีลักษณะดังรูปที่ 1

รูปที่ 1: รูปแบบของ tokamak ซึ่งมีลักษณะเหมือนโดนัท เป็นความหวังในการพัฒนาปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นมาใช้ผลิตพลังงานสำหรับอนาคต

����������โครงสร้างของ ITER มีขนาดใหญ่มาก โดยที่มีรายละเอียดดังในตารางที่ 1 การออกแบบของ ITER ได้รับการศึกษาและพัฒนามาเป็นเวลาเกือบ 10 ปี โดยแบบที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน โดยจะใช้เทคโนโลยีใหม่ๆ มากมายเช่น ตัวสร้างสนามแม่เล็กความเข้มสูงโดยใช้ superconductor, การให้ความร้อนแก่พลาสมาแบบใหม่ที่มีพลังงานสูงขึ้น และ การนำเอาหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติต่างๆ ซึ่งการพัฒนาสิ่งเหล่านี้จะเป็นประโยชน์ต่อเราอย่างสูงในอนาคต

����������การศึกษาและวิจัยเกี่ยวกับปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นในรูปแบบของ Tokamak มีความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่อง สามารถสรุปประสิทภาพของการปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นในปีต่างๆและการค้นพบที่สำคัญของการวิจัยด้านนี้ได้ในรูปที่ 2 จะเห็นได้ว่า ITER จะเป็นก้าวที่สำคัญของงานวิจัยด้านนี้ โดยที่มีความคาดหวังว่า ITER จะสามารถผลิตพลังงานได้ถึง 500MW

รูปที่ 2: ประสิทธิภาพของการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นในปีต่างๆและการค้นพบที่สำคัญของการวิจัยด้านการพัฒนาปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นในรูปแบบของ tokamakมาใช้ผลิตพลังงานสำหรับอนาคต

����������การศึกษาและทำนายผลของ ITER ได้เป็นไปอย่างละเอียด เทคโนโลยีทางคอมพิวเตอร์ได้ถูกนำมาใช้ในรูปแบบต่างๆ เช่น การนำเอา integrated modeling code มาใช้ เพื่อให้เป็นการทำนายที่สมบูรณ์แบบและมีลักษณะใกล้เคียงกับการทดลองจริง กล่าวคือ เพียงแค่ใส่ค่าของตัวแปรต่างที่ใช้ในการทดลองจริง เช่น รูปแบบเรขาคณิตของ tokamak, กระแสพลาสมา, สนามแม่เหล็ก, พลังงานที่ใช้, ความหนาแน่นของพลาสมา เป็นต้น คอมพิวเตอร์จะคิดคำนวณและทำนายผลของพลาสมาในเวลาต่างโดยอาศัยทฤษฎีที่เป็นที่ยอมรับ ผลที่ได้อย่างหนึ่งคือประสิทภาพในการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นใน Tokamak ซึ่งจะช่วยในการพัฒนาและปรับปรุงแบบของ tokamak ใหมีประสิทภาพสูงสุด ตัวอย่างผลการวิจัยโดยใช้ integrated modeling code สำหรับ ITER ได้แสดงในรูปที่ 3 จะเห็นได้ว่า ค่าที่ต้องการคือ Q = 10 (Q เป็นการแสดงประสิทภาพของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นใน tokamak รูปแบบหนึ่ง) การที่ ITER จะประสบความสำเร็จ (Q > 10) เกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิที่ pedestal มีค่ามากกว่า 4 keV ซึ่งมีความเป็นไปได้สูง

รูปที่ 3: ประสิทธิภาพของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นใน ITER ทำนายจาก 2 code (GLF23 และ MMM95) โดยประสิทธิภาพของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นขึ้นอยู่กับค่า ของอุณหภูมิที่ pedestal (งานวิจัยของ J. Kinsey, G. Bateman, T. Onjun et al. Nucl. Fusion 43, 1845 (2003))

����������โครงการ ITER จะใช้เงินงบประมาณทั้งสิ้นประมาณ 12,000 ล้านเหรียญ หรือประมาณ 480,000 ล้านบาท สหภาพยุโรปจะต้องออกเงินประมาณครึ่งหนึ่ง คือประมาณ 6,000 ล้านเหรียญ หรือประมาณ 240,000 ล้านบาท เนื่องจากโครงการนี้จะสร้างที่เมืองคาดาราชในประเทศฝรั่งเศส (รูปที่ 4) ส่วนประเทศสมาชิกที่เหลือคือ ประเทศสหรัฐอเมริกา ประเทศรัสเซีย ประเทศจีน ประเทศญี่ปุ่น และ ประเทศเกาหลีใต้ จะแบ่งกันออกในจำนวนเงินที่เท่ากันสำหรับส่วนที่เหลือ ปัจจุบันนี้มีประเทศอื่นๆสนใจเข้าร่วมอีกหลายประเทศ เช่น ประเทศอินเดีย เป็นต้น

รูปที่ 4: สถานที่ตั้งของ ITER เมืองคาดาราชในประเทศฝรั่งเศส

����������การวิจัยเพื่อที่จะพัฒนาปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นเพื่อใช้ผลิตพลังงานทดแทนมีอนาคตสดใสเมื่อโครงการ ITER ได้เกิดขึ้นอย่างเป็นรูปธรรม อีกประมาณ 20 ปีข้างหน้าเราคงจะได้รับคำตอบของความเป็นไปได้ในพลังงานทดแทนรูปแบบนี้ ซึ่งถ้าเป็นไปได้ ITER จะกลายต้นแบบของโรงผลิตพลังงานไฟฟ้าจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น การวิจัยในโครงการนี้ต้องใช้งบประมาณที่สูงมากและประเทศไทยเราไม่สามารถเข้าร่วมได้โดยตรงเนื่องจากข้อจำกัดในงบประมาณ แต่การศึกษาวิจัยด้านนี้ ก็ควรได้รับความสนใจอย่างใกล้ชิดทั้งภาครัฐและหน่วยงานวิชาการต่างๆ เพื่อไม่ให้ประเทศเราล้าหลัง และสามารถแก้ไขปัญหาการขาดแคลนพลังงานในระยะยาวเพื่ออนาคตของตัวเราเอง