Fusion

ฟิวชั่น

(Fusion)

จัดทำโดย
นายณภัทร ดวงสิมมา ม.6/16 เลขที่ 5

ฟิวชั่น

คือ พลังงานที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น ปฏิกิริยาชนิดนี้

เกิดจากการที่นิวเคลียสของอะตอมธาตุเบาหลอมตัวเข้าด้วยกัน และ

ได้นิวเคลียสที่หนักกว่าเดิมและมีเสถียรภาพมากขึ้น มวลของธาตุ

เบาที่รวมกันจะหายไปเล็กน้อยซึ่งส่วนที่หายไปนั้นเองได้เปลี่ยนแปลง

เป็นพลังงานตามสมการกระบวนการ นี้ได้ปลดปล่อยพลังงาน

มหาศาลออกมา

สำหรับปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน (Fusion Process) จะตรงข้าม กับ
ฟิชชัน นั่นคือแทนที่จะแตกอะตอมของธาตุหนักให้เป็นธาตุเบา ก็จะกลาย
เป็นการรวมธาตุเบาสองอะตอมให้กลายเป็นอะตอมเดียวที่หนักขึ้น เช่น
ตัวอย่างนี้

จะเห็นได้ว่า ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยานี้ เราจะได้ฮีเลียม (He) ที่มี
จำนวนนิวตรอนน้อยกว่าปกติ (ปกติฮีเลียมจะมีนิวตรอน 2 ตัว) ซึ่งสภาพ
ที่ไม่เสถียรของอะตอมนี้เอง จึงทำให้เกิดการคายพลังงานออกมาได้

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันบนดาวฤกษ์

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเกือบทั้งหมดเกิดขึ้นที่แกนกลาง
ของดวงอาทิตย์ ในตอนเริ่มต้นที่แกนกลางนี้มีองค์ประกอบ
เหมือนส่วนอื่นๆ ของดวงอาทิตย์ คือ ไฮโดรเจน 72% ฮีเลียม
26% และธาตุหนักอื่น ๆ (คาร์บอน,ไนโตรเจน,ออกซิเจน, ...)
รวม 2% ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันนี้ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลง
ขององค์ประกอบของดวงอาทิตย์อย่างช้าๆ ซึ่งในปัจจุบันองค์
ประกอบที่แกนกลางของดวงอาทิตย์กลายเป็น ไฮโดรเจน 35%,
ฮีเลียม 63%, และธาตุอื่น ๆ (คาร์บอน,ไนโตรเจน,ออกซิเจน,
...) 2% โดยมวล

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันภายในดวงอาทิตย์ สามารถเกิดขึ้นได้
เพราะที่แกนกลางดวงอาทิตย์นั้นมีอุณหภูมิสูงและมีความหนา แน่นมาก
ปกติแล้วนิวเคลียส 2 นิวเคลียสจะผลักกันตามแรงคูลอมบ์ (Coulomb's
force) เนื่องจากมีประจุบวกเหมือนกัน แต่ที่แกนกลางของดวงอาทิตย์มี
อุณหภูมิสูงมากพอและมีความหนาแน่นมากจนกระทั่ง นิวเคลียสทั้ง
สองอยู่ใกล้กันมากจนกระทั่งสามารถเอาชนะแรงคูลอมบ์และเกิดปฏิ
กิริยานิวเคลียร์ฟิวชันได้ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันในดวงอาทิตย์ที่เกิดขึ้น
มากที่สุดคือ ปฏิกิริยาโปรตอน-โปรตอน (p-p reaction) กระบวนการนี้
เกิดจากนิวเคลียสของไฮโดรเจนซึ่งก็คือโปรตอน 2 นิวเคลียสรวมกัน
ปฏิกิริยานี้ยังให้นิวตริโนออกมาอีกด้วย

ข้อดีของพลังงานฟิวชั่น

ให้พลังงานสูง - พลังงานที่ได้จากนิวเคลียร์ฟิวชั่น นั้นมากกว่า
พลังงานที่ได้จากการเผาฟอสซิลถึง 10 ล้านเท่า ทำให้เชื้อเพลิงที่
ต้องการในโรงงานนิวเคลียร์นั้นน้อยกว่า เชื้อเพลิงในโรงงานไฟฟ้าปกติ
มาก

แหล่งเชื้อเพลิงที่ยั้งยืน - เชื้อเพลิงหลักของนิวเคลียร์ฟิวชั่นคือ
deuterium ซึ่งหาได้มากจากมหาสมุทร หรือแม้แต่ส่วนประกอบอื่นๆก็
สามารถสร้างหรือหาได้ง่าย

ค่าใช้จ่ายน้อย - หากทำสำเร็จ มีการประมาณการไว้ว่าพลังงานจา
กนิวเคลียร์ฟิวชั่นนั้นจะมีค่าประมาณ 0.03 USD ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง ทำ
ให้นิวเคลียร์ฟิวชั่นจะเป็นแหล่งพลังงานที่ถูกที่สุดที่มนุษย์เคยค้นพบ

มีความเสี่ยงต่ำ - โรงงานนิวเคลียร์ฟิวชั่นนั้นหากเกิดการผิดพลาด
เกิดขึ้น พลาสม่าในเตาปฏิกรณ์จะดับลงไป และปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น
จะหยุดลงเองโดยไม่ก่อความเสียหายใดๆ นอกจากนี้โรงงานฟิวชั่นยังไม่
ปล่อยกัมมันตรังสีรุนแรงเหมือนของฟิชชั่นอีกด้วย

ข้อเสียของพลังงานฟิวชั่น

โรงงานมีค่าใช้จ่ายสูง - พลังงานที่ได้จากฟิวชั่นอาจราคาแค่ 0.03
USD ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง แต่นั้นยังไม่ได้รวมถึงค่าก่อสร้างที่จำเป็นในการ
สร้าง infrastructure ต่างๆที่จำเป็นในการสร้างโรงงานฟิวชั่น การลุง
ทุนสร้างโรงงานอาจใช้งบประมาณมากถึงล้านล้านดอลล่าหากต้องการ
ใช้ในระดับ Global

ใช้พลังงานสูง - พลังงานที่ใช้ในการรวมกันของอะตอมนั้นสูงมาก
พลังงานที่ได้จากฟิวชั่นนั้นมากกว่าพลังงานที่ใช้ในการเกิดฟิวชั่นไปนิด
เดียว และด้วยเทคโนโลยีปัจจุบันการทำให้ได้พลังงานมากกว่าที่ใส่
เข้าไปก็ยังเป็นไปไม่ได้

ปฏิกิริยาฟิวชั่นบนโลก

ในการทดลองครั้งล่าสุดนี้ นักวิทยาศาสตร์ของ LLNL ได้

ทดลองสร้างปฏิกิริยาฟิวชันขึ้นด้วยการยิงแสงเลเซอร์แรงสูงใส่

แคปซูลขนาดเล็กที่บรรจุไฮโดรเจนไว้ภายใน เพื่อให้เกิดความ

ร้อน และการบีบแน่น จนทำให้แคปซูลมีความร้อนสูงถึง 100

ล้านองศาเซลเซียส ซึ่งเป็นระดับความร้อนที่มากกว่าใจกลาง

ดวงอาทิตย์ หลอมนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนเข้าด้วยกัน

จนเกิดปฏิกิริยาฟิวชันที่ปล่อยพลังงานออกมา โดยได้พลังงาน

มา 3.15 เมกะจุล ในขณะที่ใช้พลังงานกับเลเซอร์ไป 2.05 เมกะ

จุล เท่ากับว่าได้พลังงานมามากกว่าพลังงานที่ใช้ไปกับ

กระบวนการสร้าง

แต่ความท้าทายคือการรักษาพลังงานที่เกิดจากปฏิกิริยา

นิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งต้องใช้อุณหภูมิและแรงกดมหาศาล ดังนั้น

การทดลองจนถึงตอนนี้จึงยังไม่มีครั้งใดที่ผลิตพลังงานออกมา

เพียงพอจะนำมาใช้งานได้ การทดลองครั้งนี้ยังสะท้อนว่า

วิทยาศาสตร์ใช้ได้ผล โดยกระบวนการต่อไป นักวิทยาศาสตร์

อาจขยายขนาดการทดลองสร้างปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน และ

ผลิตซ้ำไปเรื่อย ๆ จนกระบวนการสมบูรณ์ เพื่อให้ผลิตพลังงาน

ออกมาได้มากขึ้น แต่การทดลองนี้ต้องใช้เงินทุนหลายพันล้าน

ดอลลาร์สหรัฐ ดังนั้นพลังงานฟิวชันจึงไม่ถูกนัก แต่มีศักยภาพ

เป็นแหล่งพลังงานอาด ที่ไม่กระทบต่อปัญหาโลกร้อนซึ่งจำเป็น

ต่อการรับมือความท้าทายต่าง ๆ ในอนาคต