E - Book เรื่อง ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ฟิชชันและฟิวชัน

หนังสืออิเล็กทรอนิกส์
E - Book




ปฏิกิริยานิวเคลียร์
ฟิชชัน ฟิวชัน

คำนำ

หนังสืออิเล็กทรอนิกส์ เล่มนี้จัดทำขึ้น เพื่อให้
ความรู้เกี่ยวกับเรื่ องของปฏิิกิริยานิวเคลียร์ฟิ ชชัน
และฟิวชัน ในรายวิชา ว30101

ผู้จัดทำหวังเป็ นอย่างยิ่งผู้อ่านจะได้รับความรู้
ไปไม่มากก็น้ อยและหากมีข้อผิดพลาดประการใดก็
ขออภัยมา ณ ที่นี้

นายณัฏฐ์สรชัช เหมืองหม้อ 6.13 25

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน

ประวัติ (History)

กระบวนการของนิวเคลียร์ฟิชชันได้รับการค้นพบในปี 1939 โดย Otto Hahn, Lise
Meitner และเพื่อร่วมงาน ที่ Kaiser-Wilhelm-Institute for Chemistry ในกรุงเบอร์ลิน
ประเทศเยอรมันนี

Enrico Fermi และเพื่อนร่วมงาน ได้ทดสอบการยิงยูเรเนียมด้วยนิวตรอน ในปี
1934 และพบว่ามีความแปลกประหลาดและน่าสนใจเกิดขึ้น พวกเขาใช้เวลาหลายปีจึง
แปลผลการทดลองนี้ออกมาได้

ในวันที่ 16 มกราคม 1939 Niels Bohr จากกรุง Copenhagen ประเทศเดนมาร์ก
ได้เดินทางไปสหรัฐอเมริกา และใช้เวลาหลายเดือนที่ Princeton รัฐนิวเจอร์ซี่ ในการถก
ปัญหาที่เขากังวลอยู่กับ Albert Einstein

สี่ปีหลังจากนั้น นาซีเข้ายึดเดนมาร์ก Bohr ได้หลบจไปอยู่ที่ Sweden ด้วยเรือลำเล็ก
พร้อมกับชาวเดนมาร์กเชื้อสายยิว (Danish Jews) หลายพันคน

ก่อนที่ Bohr จะหลบออกจากเดนมาร์กไม่นาน เพื่อนร่วมงานของเขาสองคน Otto
Robert Frisch และ Lise Meitner ซึ่งทั้งคู่ลี้ภัยมาจากเยอรมันนี ได้บอกเขาว่า พวกเขา
คาดว่าการดูดกลืนนิวตรอนของนิวเคลียสของยูเรเนียม อาจจะทำให้นิวเคลียสนั้นแตก
ออกเป็นสองส่วนเท่าๆ กัน และปล่อยพลังงานจำนวนมากออกมา กระบวนการนี้ พวกเขา
ตั้งชื่อว่า นิวเคลียร์ฟิชชัน (fission)

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน

นิวเคลียร์ฟิชชัน (Nuclear fission)

รูปด้านล่าง แสดงการเหนี่ยวนำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน โดยนิวตรอน (n) เข้าชนนิวเคลียสของ

ยูเรเนียม ทำให้แตกออกเป็นสองส่วน (Fission Product) มีพลังงานปลดปล่อยออกมาในรูปของรังสีแกมมา
และรังสีชนิดอื่นๆ และให้นิวตรอนออกมาจำนวนมากขึ้น ทำให้เกิดปฏิกิริยาขึ้นอีก เป็นกระบวนการที่ต่อเนื่อง

ในทางฟิสิกส์ ฟิชชันเป็นกระบวนการทางนิวเคลียร์ หมายถึงมีการเกิดขึ้นที่นิวเคลียสของอะตอม ฟิชชันเกิด
ขึ้นเมื่อนิวเคลียสแบ่งออกเป็นนิวเคลียสที่เล็กลง 2 หรือ 3 นิวเคลียส โดยทำให้เกิดผลพลอยได้ (by-product )
ในรูปอนุภาคหรือรังสีออกมาด้วย ฟิชชันจะมีการปลดปล่อยพลังงานปริมาณมากออกมา โดยได้มาจากพลังงาน
ยึดเหนี่ยว (binding energy) ซึ่งเป็นแรงนิวเคลียร์แบบแรง (strong nuclear force)

ฟิชชันสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดได้หลายวิธี รวมทั้งการยิงนิวเคลียสของธาตุที่เป็นวัสดุ fissile ด้วยอนุภาคที่
มีพลังงานพอดี อนุภาคที่ใช้ยิงส่วนใหญ่จะเป็นนิวตรอนอิสระที่มีพลังงานพอเหมาะ นิวตรอนอิสระจะถูกดูดกลืน
โดยนิวเคลียส ทำให้เกิดความไม่เสถียร และจะแตกออกเป็น 2 เสี่ยงหรือมากกว่า แต่ละเสี่ยงที่เกิดจากการแตก
ออกของนิวเคลียส เรียกว่า ผลผลิตฟิชชัน (fission product) โดยมีนิวตรอนอิสระ 2-3 นิวตรอนและโฟตอน
ให้ออกมาด้วย กระบวนการนี้มีการปลดปล่อยพลังงานออกมาสูงมาก เมื่อเทียบกับปฏิกิริยาเคมี โดยให้ออกมา
ในรูปของรังสีโฟตอน (photon radiation) เช่น รังสีแกมมา พลังงานจลน์ หรือพลังงานในการเคลื่อนที่ของ
นิวตรอนและนิวเคลียสของผลผลิตฟิชชัน โดยทั่วไปปฏิกิริยาฟิชชันแต่ละปฏิกิริยา จะให้พลังงานออกมาประมาณ
200 MeV

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน

การเหนี่ยวนำให้เกิดฟิชชัน (Inducing fission)



แม้ว่าฟิ ชชันสามารถทำให้เกิดขึ้นได้ง่ายโดยวิธีการดูดกลืนนิวตรอนอิสระ
แต่ก็สามารถเหนี่ยวให้เกิดขึ้นได้ โดยการยิงอนุภาคชนิดอื่นเข้าใส่
นิวเคลียสที่เกิดฟิชชันได้ (fissionable nucleus ) อนุภาคชนิดอื่นที่
สามารถใช้ได้ ได้แก่ นิวเคลียสพลังงานสูง อนุภาคโปรตอน หรือรังสี
แกมมาความเข้มสูง
นิวเคลียสที่เกิดฟิชชันได้ (fissionable nucleus) สามารถเกิดปฏิกิริยา
นิวเคลียร์ฟิชชันได้เอง (spontaneous nuclear fission) อย่างช้าๆ โดย
ไม่มีนิวตรอนจากภายนอกมาเหนี่ยวนำ
การเหนี่ยวนำให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชัน จะทำได้ง่ายในธาตุหนัก (heavy
elements) โดยธาตุที่ยิ่งหนักมากก็ยิ่งเกิดฟิชชันได้ ธาตุที่หนักกว่าเหล็กจะ
ปฏิกิริยาฟิชชันโดยให้พลังงานออกมา ส่วนธาตุที่เบากว่าต้องใช้พลังงานใน
การทำให้เกิดฟิชชัน ซึ่งจะมีลักษณะตรงข้ามกับปฏิกริยานิวเคลียร์ฟิวชัน
(nuclear fusion) ที่ธาตุเบากว่าเหล็กเกิดฟิวชันแล้วให้พลังงานออกมา และ
ธาตุที่หนักกว่าเหล็กต้องใช้พลังงานเข้าไปเพ่อให้เกิดฟิวชัน สังเกตได้ที่รูป
ของกราฟพลังงานยึดเหนี่ยว
ธาตุที่มักจะใช้ในการทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน คือ ยูเรเนียม
(uranium) กับพลูโตเนียม (plutonium) ยูเรเนียมเป็นธาตุที่หนักที่สุดที่เกิด
ขึ้นตามธรรมชาติ ส่วนพลูโตเนียมเป็นธาตุที่เกิดปฏิกิริยาฟิชชันเองได้
(spontaneous fission) และมีครึ่งชีวิตสั้น แม้ว่าจะมีธาตุที่สามารถทำให้
เกิดฟิชชันได้อีก แต่สองธาตุนี้ใช้ได้ดีที่สุด เนื่องจากมีปริมาณมากพอและ
เกิดฟิ ชชันได้ง่าย

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน

มวลวิกฤต (Critical mass)

เมื่อเกิดปฏิกิริยาในก้อนมวลของยูเรเนียมหรือวัสดุฟิสไซล์อื่นก็ตาม จะมีนิวตรอนเกิดขึ้น

มา นิวตรอนบางส่วนจะจับกับนิวเคลียสอื่นของยูเรเนียมทำให้เกิดฟิชชันขึ้นอีก ขณะที่
นิวตรอนอีกบางส่วนจะหลุดออกไปจากก้อนมวล หรือถูกดูดกลืนโดยนิวเคลียสของธาตุอื่นที่
ไม่ทำให้เกิดฟิชชัน ถ้าจำนวนนิวตรอนที่ทำให้เกิดฟิชชันชุดใหม่ต่อจำนวนนิวตรอนที่ทำให้เกิด
ฟิชชันชุดเดิม มีค่าน้ อยกว่า 1 ปฏิกิริยาลูกโซ่ของฟิชชันจะเกิดลดลงแบบเอกซ์โปเนนเชียล
และถ้าสัดส่วนนี้มากกว่า 1 ปฏิกิริยาลูกโซ่ของฟิชชันจะเกิดเพิ่มขึ้นแบบเอกซ์โปเนนเชียล
สภาวะที่สัดส่วนจำนวนนิวตรอนที่ทำให้เกิดฟิชชัน เท่ากับ 1 เรียกว่า สภาวะวิกฤต
(criticality) มวลที่ทำให้เกิดสภาวะนี้ได้ เรียกว่า มวลวิกฤต (critical mass) ซึ่งในความเป็น
จริง ทั้งมวลและรูปร่างของวัสดุฟิสไซล์ ต่างก็มีผลต่อการเกิดภาวะวิกฤตได้

การทำให้มวลที่มากพอจะเกิดภาวะวิกฤต สามารถเพิ่มปฏิกิริยาแบบเอกซโปเนนเชียลได้
จะมีหลายปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา เช่น มวลที่มีปริมาณเหนือวิกฤต
(supercritical) ถ้าจำนวนนิวตรอนที่ทำให้เกิดฟิชชันถูกหน่วงให้ช้าลง ก็จะทำให้ปฏิกิริยา
ลูกโซ่นั้นสามารถควบคุมได้ แต่ถ้าเกิดฟิชชันในเวลาพร้อมกัน จะทำให้อัตราการปฏิกิริยาสูง
ขึ้นอย่างรวดเร็วแบบเอกซ์โปเนนเชียล เรียกว่า วิกฤตทันใด (prompt critical) ซึ่งจะทำให้
การควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยาทำได้ยาก

อาวุธนิวเคลียร์จะมีการเหนี่ยวนำให้เกิดปฏิกิริยาแบบเอกซ์โปเนนเชียล โดยต้องมีปริมาณ
ของวัสดุฟิสไซล์ที่มากพอ และต้องทำให้อยู่ในภาวะที่ไม่เพียงแต่เป็นวิกฤตทันใด (prompt
critical) เท่านั้น แต่ต้องทำให้เป็น เหนือวิกฤตทันใดแบบสูงมาก (highly prompt critical )
ด้วย นอกจากนั้น การจัดรูปของก้อนมวล ต้องทำให้เปลี่ยนจากภาวะใต้วิกฤต (subcritical)
ให้เป็นเหนือวิกฤตทันใดแบบสูงมากในทันที จึงจะเกิดการระเบิดได้ ซึ่งกระบวนการนี้ทำให้
เกิดขึ้นได้ยาก

จำนวนนิวตรอนที่หลุดรอดออกไปจากก้อนมวลยูเรเนียม สามารถที่จะทำให้ลดลงได้โดย
การปรับเปลี่ยนรูปร่างและขนาด ในกรณีของรูปร่างทรงกลม พื้นที่ผิวเป็นสัดส่วนโดยตรงกับ
กำลังสองของรัศมี และมีปริมาตรแปรผันกับกำลังสามของรัศมี เนื่องจากจำนวนนิวตรอนที่
หลุดออกไป ขึ้นกับขนาดของพื้นที่ผิว ขณะที่จำนวนของปฏิกิริยาฟิชชันขึ้นกับปริมาตร ดังนั้น
การเพิ่มปริมาณยูเรเนียมจึงอาจทำให้นิวตรอนหลุดออกไปจากก้อนมวลได้น้ อยลง และทำให้
เกิดฟิชชันได้เพิ่มขึ้น แต่ก็ทำให้สูญเสียนิวตรอนไปบางส่วนจากการเกิดปฏิกิริยาอื่นที่ไม่ใช่ฟิช
ชัน (non-fission) การเพิ่มขนาดมวลยูเรเนียมให้ใหญ่มากขึ้นจึงอาจไม่มีผลต่ออัตราการเกิด
ปฏิกิริยาเสมอไป

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน

ผลของไอโซโทป (Effects of isotopes)

ยูเรเนียมธรรมชาติ ประกอบด้วย 3 ไอโซโทป ได้แก่ U-234 (0.006%), U-235 (0.7%)และ
U-238 (99.3%) อัตราการเกิดปฏิกิริยาฟิชชัน ต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ไม่ใช่ฟิชชัน มีค่าแตก
ต่างกัน เมื่อมีไอโซโทปที่แตกต่างกัน U-238 จะเกิดฟิชชันได้กับนิวตรอนที่มีพลังงาน >1 MeV
ซึ่งเป็นนิวตรอนที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิวชัน แต่ปฏิกิริยาฟิชชัน ไม่ได้ให้นิวตรอนออกมามีพลังงาน
สูงถึงระดับนั้น U-238 จึงจับนิวตรอนที่เกิดจากฟิชชัน โดยไม่ทำให้เกิดฟิชชันต่อเนื่อง ดังที่เกิด
กับ U-235 U-238 ไม่มีค่าของมวลวิกฤต เมื่อ U-238 ดูดกลืนนิวตรอน จะกลายเป็น U-239 ซึ่ง
ไม่เสถียร โดยสลายตัวเป็น Np-239 และต่อมาเป็น Pu-239 ซึ่ง Pu-239 นี้สามารถเกิดฟิชชัน
เมื่อได้รับนิวตรอนช้า (slow neutron) เช่นเดียวกับ U-235 ดังนั้นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้
เชื้อเพลิงยูเรเนียม จึงปฏิกิริยาฟิชชันบางส่วนมาจากพลูโตเนียม (plutonium)

U-235 เกิดฟิชชันได้กับนิวตรอนที่มีช่วงพลังงานกว้างกว่า U-238 และมี cross section ใน
การเกิดฟิชชันกับได้สูงที่สุดกับนิวตรอนที่มีพลังงานต่ำมาก เรียกว่า เทอร์มัลนิวตรอน (thermal
neutron) ซึ่งมีพลังงานต่ำกว่านิวตรอนที่เกิดจากฟิชชันของ U-235 การทำให้นิวตรอนที่เกิดจาก
ฟิชชันมีพลังงานต่ำลง จะใช้ moderator เช่น น้ำ หรือกราไฟท์ ทำให้นิวตรอนมีความเร็วลดลง
และเกิดฟิชชันกับ U-235 ได้ดีขึ้น การทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชันต่อเนื่องได้ เครื่องปฏิกรณ์
นิวเคลียร์ส่วนใหญ่ จึงต้องมีการเสริมสรรถนะ (enrich) ยูเรเนียม โดยการเพิ่มความเข้มข้นหรือ
สัดส่วนของ U-235 ให้สูงขึ้น

U-235 มีเพียง 1/140 ของยูเรเนียมธรรมชาติเท่านั้น การที่แต่ละไอโซโทปของยูเรเนียมมี
มวลแตกต่างกันเพียงเล็กน้ อย ทำให้การแยกแต่ละไอโซโทปออกจากทำได้ยาก การที่โครงการ
แมนฮัตตัน (Manhattan Project) สามารถแยก U-235 ออกมาได้ จึงถือเป็นส่วนสำคัญที่ทำให้
โครงการนี้ประสบความสำเร็จ

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน

ฟิวชันคืออะไร?

นิวเคลียร์ฟิวชัน เป็นกระบวนการที่ทำให้เกิดพลังงานในดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ ที่แกนกลางของ

ดวงอาทิตย์ มีอุณหภูมิ 10-15 ล้านเคลวิน ทำให้ไฮโดรเจนกลายเป็นฮีเลียมจากปฏิกิริยาฟิวชัน และ
ทำให้ดวงอาทิตย์มีพลังงานสูงมากพอ ที่จะทำให้เกิดการเผาไหม้ได้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งส่งผลทำให้สิ่งมี
ชีวิตบนโลกดำรงอยู่ได้
มีโครงการวิจัยที่กำลังดำเนินการในเรื่องฟิวชันนี้อยู่หลายแห่งทั่วโลก โดยมีวัตถุประสงค์ที่จะนำพลัง
งานฟิวชันมาใช้ในการผลิตไฟฟ้ า ถ้าประสบความสำเร็จ จะกลายเป็นแหล่งพลังงานใน 30-40 ปีข้าง
หน้ า ซึ่งไม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และมีความปลอดภัยมากกว่าพลังงานที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน

ฟิวชันจะเกิดขึ้นได้ เมื่อมีพลังงานหรืออุณหภูมิสูงมากพอ สำหรับสภาวะบนโลก ต้องใช้อุณหภูมิสูง
กว่า 100 ล้านเคลวิน ในสภาวะที่ร้อนจัดขนาดนี้ จะทำให้ส่วนผสมของก๊าซดิวทีเรียม (Deuterium)
กับตริเตียม (Tritium) อยู่ในสถานะของพลาสมา (plasma) ซึ่งอิเล็กตรอนของอะตอมของธาตุ แยก
ออกจากนิวเคลียส ทำให้มีประจุเรียกว่า ไอออน (ion )
พลาสมาเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงมาก ทำให้อิเล็กตรอน หลุดจากนิวเคลียสของอะตอม

การที่จะทำให้ไอออนที่มีประจุบวกหลอมรวมกันได้ ต้องใช้อุณหภูมิหรือพลังงานสูงมากพอที่จะ
เอาชนะแรงผลักไฟฟ้ าได้ ในการควบคุมพลังงานของฟิวชัน นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรต้องหาวิธีที่จะ
ควบคุมพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงมากนี้ให้ได้ก่อน ในปัจจุบัน มีการนำพลาสมาที่มีอุณหภูมิต่ำกว่านี้มาใช้
งานอย่างแพร่หลายแล้วในด้านอุตสาหกรรม โดยเฉพาะการผลิตสารกึ่งตัวนำ แต่การควบคุมพลาสมา
อุณหภูมิสูงในระดับของฟิวชัน ยังเป็นงานท้าทายความสามารถทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม ในการ
ที่จะทำความร้อนให้พลาสมามีอุณหภูมิสูงเกิน 100 ล้านเคลวิน รวมทั้งการหาวิธีบีบลำพลาสมา ให้มี
ความหนาแน่นมากพอที่จะเกิดปฏิกิริยาฟิ วชันได้อย่างต่อเนื่ อง
พลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ ให้ออกมากมากกว่าพลังงานจากปฏิกิริยาเคมีมาก เนื่องจากพลังงาน
ยึดเหนี่ยวของนิวเคลียส สูงกว่าพลังงานยึดเหนี่ยวอิเล็กตรอนมาก

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน

สภาวะที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชัน

การทำให้พลาสมาสามารถเกิดปฏิกิริยาฟิวชันอย่างต่อเนื่องได้ ต้องประกอบด้วย 3 ตัวแปรในเวลา

เดียวกัน ได้แก่ อุณหภูมิของพลาสมา ความหนาแน่นของพลาสมา และเวลาที่สามารถกักเก็บพลาสมา
เอาไว้ด้วยกัน สิ่งที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาฟิวชันของ ดิวทีเรียม-ตริเตียม (D-T fusion) มีพลังงานที่ให้
ออกมามากกว่าพลังงานที่ป้ อนเข้าไป เรียกว่า Lawson Criterion ซึ่งเรียกชื่อตาม John Lawson นัก
วิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ที่คำนวณสมการนี้ออกมา ในปี 1955
การทำให้เกิดผลตาม Lawson criterion ต้องทำให้พลาสมาอยู่ในสภาวะที่สูงกว่า Breakeven ซึ่งเป็น
จุดที่ให้พลังงานจากการเกิดฟิวชันออกมา มากกว่าพลังงานที่ใช้ในการทำให้ความร้อนสูงแก่พลาสมา

อุณหภูมิ

ปฏิกิริยาฟิวชันจะเกิดขึ้นในสภาวะที่อุณหภูมิสูงมาก ในการเอาชนะแรงผลักทางไฟฟ้ า เพื่อทำให้
พลาสมาที่มีประจุบวกหลอมรวมกัน ในการทดลองที่ JET ต้องใช้อุณหภูมิสูงกว่า 100 ล้านเคลวินใน
การทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันของ Deuterium-Tritium สำหรับการทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันแบบอื่น
เช่น D-D หรือ D-He3 ต้องใช้อุณหภูมิที่สูงมากกว่านี้

ความหนาแน่น

การทำให้มีอัตราการเกิดปฏิกิริยาฟิวชันต่อเนื่องได้ ความหนาแน่นของไอออน (จำนวนไอออนต่อ
ลูกบาศก์เมตร) ต้องมากพอ ถ้าไอออนของเชื้อเพลิงเจือจาง โดยมีอะตอมของธาตุอื่นปะปนเข้าไป หรือ
มีการสะสมของฮีเลียมจากปฏิกิริยามากขึ้น จะทำให้พลังงานที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิวชันลดลง เมื่อ
ไอออนของเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้จากปฏิกิริยาฟิวชันไปแล้ว ต้องป้ อนเชื้อเพลิงใหม่เข้าไป และดึงฮีเลียม
ที่เกิดขึ้นออกมา

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน

การกักเก็บพลังงาน



เวลาในการกักเก็บพลังงาน (Energy Confinement Time) เป็น
ตัววัดช่วงเวลาในการรักษาระดับพลังงานของพลาสมาก่อนที่จะสูญเสีย
พลังงานไป ซึ่งค่านี้แสดงถึงสัดส่วนของพลังงานความร้อนของ
พลาสมาต่อพลังงานที่ป้ อนเข้าไป เพื่อรักษาระดับความร้อนให้คงที่ ใน
การทดลองที่ JET นักวิทยาศาสตร์ใช้สนามแม่เหล็ก ในการควบคุม
และรักษาพลาสมาร้อน ให้อยู่ห่างจากผนังอุโมงค์ที่เย็นกว่า เพื่อรักษา
พลังงานให้คงที่อยู่ได้นานมากขึ้น การสูญเสียพลังงานของพลาสมาที่
บีบด้วยสนามแม่เหล็ก (magnetically-confined plasma) ส่วนใหญ่
เป็นการแผ่รังสี เวลาที่สามารถรักษาพลังงานของลำไอออนได้
(confinement time) จะมีค่าสูงขึ้นแปรตามขนาดของลำพลาสมา โดย
ลำพลาสมาที่มีปริมตรมากจะรักษาระดับอุณหภูมิได้ดีกว่าลำพลาสมาที่
มีขนาดเล็ก ตัวอย่างเช่น ดวงอาทิตย์ที่มี energy confinement time
สูงมาก

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน

The Tokamak

ภายใน Tokamak ซึ่งให้ความร้อนแก่พลาสมาภายในอุโมงค์รูปวงแหวน

ใช้สนามแม่เหล็กในการรักษาลำพลาสมาให้อยู่ห่างจากผนัง ส่วนประกอบหลัก
ของระบบกักเก็บแม่เหล็ก (magnetic confinement system) ของ Tokamak
ได้แก่
Toroidal field – ทำหน้ าที่ผลิตสนามแม่เหล็กให้กับระบบวงแหวน โดยมีขด
ลวดแม่เหล็กรอบอุโมงค์สุญญากาศ toroidal field ทำหน้ าที่เป็นกลไกหลักใน
การบังคับลำอนุภาคของพลาสมา

Poloidal field – ทำหน้ าที่ผลิตสนามแม่เหล็กในทิศทางตั้งฉากกับลำ
พลาสมา ซึ่งจะผลักพลาสมาให้อยู่ห่างจากผนังอุโมงค์ จึงเป็นอุปกรณ์ในการ
รักษาเสถียรภาพและรูปร่างของลำพลาสมา poloidal field จะถูกเหนี่ยวนำทั้ง
จากกระแสที่ป้ อนให้พลาสมา (กลไกในการให้ความร้อนแก่พลาสมา) ภายใน
อุโมงค์ และจากขดลวดที่ติดตั้งอยู่รอบๆ ภายนอกอุโมงค์

กระแสในลำพลาสมาจะถูกเหนี่ยวด้วยหม้อแปลงขนาดใหญ่ การ
เปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวดที่พันอยู่รอบแกนเหล็กขนาดใหญ่ของ JET
จะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสที่สูงมาก (ถึงระดับ 5 ล้านแอมแปร์ใน JET) ใน
พลาสมา ซึ่งทำหน้ าที่เหมือนกับเป็นหม้อแปลงชุดที่สอง

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน

ฟิวชัน แหล่งพลังงานในอนาคต



จากที่มีการตรวจพบว่า การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จากการเผาไหม้ของ
เชื้อเพลิงฟอสซิล ทำให้สภาพอากาศเปลี่ยนแปลง ขณะที่ความต้องการพลังงานยัง
คงเพิ่มสูงขึ้นทุกปี ตามจำนวนประชากรโลกที่เพิ่มมากขึ้น และต้องพึ่งพาพลังงาน
ด้วยอัตราที่เพิ่มขึ้น การค้นหาแหล่งพลังงานใหม่ จึงมีความสำคัญมากยิ่งขึ้น โดย
ต้องคำนึงถึงการรักษาสภาวะแวดล้อม จากผลของการปล่อยก๊าซ
คาร์บอนไดออกไซด์ ที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล

ในยุโรป มีการหารือกันเรื่องการจัดหาแหล่งพลังงานในอนาคต และตีพิมพ์ใน
EU green paper เมื่อปี 2000 เรื่อง “การบรรลุยุทธศาสตร์ทางด้านความปลอดภัย
ในการจัดหาพลังงาน” โดยมีรายงานความก้าวหน้ าตึพิมพ์เมื่อปี 2005 โดยแสดงถึง
การคาดการณ์ ที่ยุโรปต้องอาศัยการนำเข้าพลังงานจากภายนอก EU จาก 50% ใน
ปัจจุบัน เป็น 70%ในปี 2030 ในรายงานฉบับนี้ ได้คาดการณ์ถึงบทบาทของฟิวชัน
ในระยะยาวว่า “เทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันมีแนวโน้ มที่ดี ในการเป็นแหล่งพลังงาน
ของอนาคต โดยจะอยู่เหนือแหล่งพลังงานชนิดอื่นในตอนกลางศตวรรษนี้

ปัญหาเรื่องของแหล่งพลังงานในอนาคต กลายเป็นประเด็นหลักอย่างหนึ่งทั้งใน
ระดับชาติ ภูมิภาคยุโรป และระดับนานาชาติ ฟิวชันจึงได้รับการเสนอให้เป็น
พลังงานเลือกอย่างหนึ่ งสำหรับอนาคต

จัดทำโดย



นายณัฏฐ์สรชัช เหมืองหม้อ



เสนอ



ครู จินตนา นามวงศ์

โรงเรียนสามัคคีวิทยาคม