ITER คืออะไร? ทำไม ITER ถึงสำคัญ? มาไขข้อสงสัยไปพร้อมกัน! กับโครงการวิจัยนิวเคลียร์ฟิวชันระดับโลกที่กำลังจะเปลี่ยนแปลงอนาคตของพลังงานครั้งยิ่งใหญ่
ITER คืออะไร?
ITER หรือ International Thermonuclear Experimental Reactor คือโครงการวิจัยพลังงานฟิวชันระดับนานาชาติที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อพัฒนาพลังงานฟิวชันให้กลายเป็นแหล่งพลังงานที่ยั่งยืน ปลอดภัย ไม่สร้างผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และมีปริมาณมากพอที่จะตอบสนองความต้องการของมนุษยชาติในอนาคต
โครงการ ITER เป็นความร่วมมือของ 33 ประเทศเพื่อสร้างโทคาแมค (Tokamak) ที่ใหญ่ที่สุดในโลก อุปกรณ์ฟิวชันแม่เหล็กนี้ถูกออกแบบขึ้นเพื่อพิสูจน์ความเป็นไปได้ของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันในฐานะแหล่งพลังงานขนาดใหญ่และปลอดคาร์บอน
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันคืออะไร?
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ถูกแบ่งหลัก ๆ เป็น 2 ชนิด คือ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน (Nuclear Fission) และ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน (Nuclear Fusion) โดย ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน เป็นปฏิกิริยาที่นิวเคลียสของอะตอมเบาๆ สองตัวมารวมตัวกันกลายเป็นนิวเคลียสอะตอมใหม่ที่หนักกว่า และในระหว่างกระบวนการนี้ จะมีการปลดปล่อยพลังงานออกมาในปริมาณมหาศาล ปฏิกิริยานี้เป็นแหล่งพลังงานหลักของดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์อื่นๆ
จุดมุ่งหมายของ ITER
ITER ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นเพื่อผลิตพลังงานสำหรับใช้งานโดยตรง แต่ถูกสร้างขึ้นเพื่อแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการผลิตพลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันในระดับอุตสาหกรรม
วัตถุประสงค์หลักของ ITER คือการตรวจสอบและสาธิตการเผาไหม้ของพลาสมา ซึ่งเป็นสถานะที่สี่ของสสาร นอกเหนือจากของแข็ง ของเหลว และแก๊สที่เราคุ้นเคยกันดี พลาสมาเป็นแก๊สที่ได้รับพลังงานสูงมากจนอิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอม ทำให้เกิดเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าทั้งบวกและลบเคลื่อนที่อิสระอยู่ภายใน
ITER จะทดสอบความพร้อมใช้งาน และการบูรณาการของเทคโนโลยีที่จำเป็นสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน เช่น แม่เหล็กยิ่งยวด การบำรุงรักษาจากระยะยาว และระบบเพื่อดูดซับพลังงานจากพลาสมา นอกจากนี้ยังทดสอบความถูกต้องของแนวคิดการสร้างทริเทียม (Tritium) ที่จะนำไปสู่การสร้างเครื่องปฏิกรณ์ในอนาคต
เป้าหมายสำคัญของโครงการ ITER
- การควบคุมปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน: ITER มีเป้าหมายในศึกษาสร้างกระบวนการฟิวชันที่สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องและเสถียร
- ผลิตพลังงานมากกว่าที่ใช้: ITER มีเป้าหมายในการผลิตพลังงานฟิวชันอย่างน้อย 10 เท่าของพลังงานที่ใช้ในการสร้างพลาสมา
- ศึกษาพลาสมาสภาวะสูง: ITER มีเป้าหมายในทดลองและเก็บข้อมูลเกี่ยวกับพฤติกรรมของพลาสมาเพื่อการพัฒนาต่อไป
- พัฒนาเทคโนโลยีสนับสนุน: เช่น การผลิตไอโซโทปไทรเทียม และการป้องกันการกัดกร่อนในเครื่องปฏิกรณ์
ความเป็นมาของ ITER
ITER เริ่มต้นจากการประชุมสุดยอดระหว่างประเทศมหาอำนาจที่เจนีวา ในเดือนพฤศจิกายน ปี 1985 เมื่อ มิคาอิล กอร์บาชอฟ (Mikhail Gorbachev) ผู้นำของสหภาพโซเวียตในขณะนั้น ได้เสนอแนวคิดโครงการความร่วมมือระหว่างประเทศเพื่อพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันเพื่อสันติภาพต่อประธานาธิบดีโรนัลด์ เรแกน (Ronald Wilson Reagan) แห่งสหรัฐอเมริกา
หนึ่งปีต่อมา ข้อตกลงก็เกิดขึ้นจริง จากการร่วมือกันของ สหภาพยุโรป (Euratom) ญี่ปุ่น สหภาพโซเวียต และสหรัฐอเมริกา ขณะที่สาธารณรัฐประชาชนจีนและสาธารณรัฐเกาหลีเข้าร่วมโครงการในปี 2003 ตามด้วยอินเดียในปี 2005
ITER เริ่มการออกแบบในปี 1988 จนกระทั่งการออกแบบขั้นสุดท้ายได้รับการอนุมัติจากสมาชิกในปี 2001 การเลือกสถานที่สำหรับ ITER เป็นกระบวนการที่ยาวนาน ซึ่งได้ข้อสรุปในปี 2005 เมื่อสมาชิก ITER เห็นพ้องกันอย่างเป็นเอกฉันท์ว่าสถานี ITER จะถูกสร้างขึ้นทางตอนใต้ของฝรั่งเศส
ในปลายปี 2010 ITER ก็ได้เริ่มต้นก่อสร้างขึ้น จนในปัจจุบัน มีผู้คนหลายพันคนกำลังร่วมมือกันที่ ITER รวมถึงในประเทศจีน สหภาพยุโรป อินเดีย ญี่ปุ่น เกาหลี รัสเซีย และสหรัฐอเมริกา เพื่อสร้าง ITER Tokamak ซึ่งเป็นการทดลองการควบคุมฟิวชันแม่เหล็กที่ทันสมัยที่สุดในโลก
ITER กับประเทศไทย
ประเทศไทยเข้าร่วมโครงการ ITER ในปี 2018 โดยสถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (สทน.) ได้ลงนามข้อตกลงความร่วมมือกับองค์กร ITER ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อส่งเสริมความเข้าใจและยอมรับพลังงานฟิวชันในประเทศไทย รวมถึงอำนวยความสะดวกในการแลกเปลี่ยนความรู้และความเชี่ยวชาญระหว่างทั้งสององค์กร เช่น การจัดหลักสูตรและการบรรยายให้แก่นักศึกษาและนักวิทยาศาสตร์ไทย และการจัดเตรียมการเยี่ยมชม ITER สำหรับนักวิจัยไทย
โครงสร้างและเทคโนโลยีของ ITER
เครื่องปฏิกรณ์ของ ITER ใช้หลักการ Tokamak ซึ่งเป็นรูปทรงโดนัทที่สร้างสนามแม่เหล็กแรงสูงเพื่อควบคุมพลาสมา โดยอุณหภูมิในใจกลางของ ITER อาจสูงถึง 150 ล้านองศาเซลเซียส ซึ่งร้อนกว่าดวงอาทิตย์ถึง 10 เท่า
Tokamak คืออะไร?
Tokamak เป็นเครื่องจักรทดลองที่ออกแบบมาเพื่อใช้พลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน โดยพลังงานที่เกิดจากการหลอมรวมของอะตอมจะถูกดูดซับเป็นความร้อนในผนังเพื่อนำไปผลิตไอน้ำ เพื่อนำไปผลิตกระแสไฟฟ้า
หัวใจของ Tokamak คือห้องสุญญากาศรูปโดนัท ที่ต้องรับมือกับความร้อนและความดันสูง ก๊าซไฮโดรเจนจะกลายเป็นพลาสมา ซึ่งเป็นสภาพแวดล้อมที่อะตอมไฮโดรเจนสามารถรวมกันและให้พลังงานตามปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน อนุภาคที่มีประจุของพลาสมาสามารถปรับรูปร่างและควบคุมได้โดยขดลวดแม่เหล็กขนาดใหญ่ที่วางอยู่รอบ ๆ นักฟิสิกส์ใช้คุณสมบัติสำคัญนี้เพื่อกักขังพลาสมาร้อนให้ออกจากผนัง คำว่า Tokamak มาจากคำย่อภาษารัสเซียที่มีความหมายว่า “Toroidal Chamber with Magnetic Coils”
Tokamak ได้รับการพัฒนาครั้งแรกโดยการวิจัยของโซเวียตในช่วงปลายทศวรรษ 1950 และได้รับการยอมรับทั่วโลกว่าเป็นโครงสร้างอุปกรณ์ฟิวชันแม่เหล็กที่มีเป็นไปได้มากที่สุด ITER จะเป็น Tokamak ที่ใหญ่ที่สุดในโลก มีขนาดใหญ่เป็นสองเท่าของเครื่องที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน โดยมีปริมาตรห้องพลาสมาเป็นหกเท่า
การทดลองใน ITER
ITER Tokamak ได้รับการออกแบบมาเพื่อทำการศึกษาหลายอย่างได้แก่
1) รวบรวมพลาสมาของดิวเทอเรียม-ทริเทียม (Deuterium-Tritium) ซึ่งเป็นเงื่อนไขของปฏิกิริยาฟิวชันที่สามารถคงอยู่ได้โดยอาศัยความร้อนภายในที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิวชันเป็นความร้อนหลัก
ปัจจุบันการวิจัยด้านฟิวชันอยู่ในจุดที่สามารถสำรวจ “พลาสมาที่เผาไหม้ได้” ซึ่งหมายถึงพลาสมาที่ความร้อนจากปฏิกิริยาฟิวชันจะถูกกักเก็บไว้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงพอ ซึ่งความร้อนที่เกิดขึ้นนี้จะกลายเป็นแหล่งพลังงานหลักแทนการให้ความร้อนจากภายนอก นักวิทยาศาสตร์มั่นใจว่าพลาสมาใน ITER จะสามารถผลิตพลังงานฟิวชันได้มากกว่าที่เคยทดลอง และยังสามารถรักษาสถานะเสถียรได้นานขึ้นด้วย.
2) ผลิตพลังงานฟิวชันได้ 500 เมกะวัตต์ในพลาสมา
สถิติโลกสำหรับการผลิตพลังงานฟิวชันในอุปกรณ์ที่ใช้สนามแม่เหล็กกักพลาสมา (Magnetic Confinement Fusion) เป็นของโทคาแมค JET (Joint European Torus) ในยุโรป ซึ่งในปี 1997 JET สามารถผลิตพลังงานฟิวชันได้ 16 เมกะวัตต์ โดยใช้พลังงานความร้อนที่ป้อนเข้า 24 เมกะวัตต์ ทำให้มีค่าพลังงานที่ได้จากฟิวชันเทียบกับพลังงานที่ป้อนเข้า หรือ Q = 0.67 หรือการได้พลังงานกลับมา 0.67 เท่าของพลังงานที่ป้อนเข้า
ITER ได้รับการออกแบบเพื่อให้สามารถผลิตพลังงานฟิวชันได้ถึง 500 เมกะวัตต์จากพลังงานความร้อนที่ป้อนเข้าเพียง 50 เมกะวัตต์ ซึ่งเท่ากับ Q = 10 หรือการได้พลังงานกลับมา 10 เท่าของพลังงานที่ป้อนเข้า
อย่างไรก็ตาม ITER ไม่ได้มีเป้าหมายในการเปลี่ยนพลังงานที่ได้เป็นไฟฟ้าโดยตรง แต่เป็นการทดลองครั้งแรกในประวัติศาสตร์ที่จะผลิตพลังงานสุทธิในพลาสมา ซึ่งจะปูทางสำหรับเครื่องมือในอนาคตที่จะสามารถแปลงพลังงานฟิวชันเป็นไฟฟ้าในระดับอุตสาหกรรม
3) มีส่วนช่วยในการสาธิตการทำงานร่วมกันของเทคโนโลยีสำหรับโรงไฟฟ้าฟิวชัน
ITER มีเป้าหมายที่จะเชื่อมโยงช่องว่างระหว่างอุปกรณ์ทดลองฟิวชันขนาดเล็กในปัจจุบันกับโรงไฟฟ้าฟิวชันต้นแบบในอนาคต โดยจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาพลาสมาในสภาวะที่ใกล้เคียงกับโรงไฟฟ้าฟิวชันในอนาคต รวมถึงทดสอบเทคโนโลยีสำคัญต่าง ๆ เช่น:
- ระบบทำความร้อนพลาสมา: เพื่อให้พลาสมามีอุณหภูมิสูงพอสำหรับการเกิดปฏิกิริยาฟิวชัน
- ระบบควบคุม: สำหรับการรักษาเสถียรภาพของพลาสมา
- ระบบการวินิจฉัย: เพื่อวิเคราะห์พฤติกรรมและคุณสมบัติของพลาสมา
- ระบบไครโอเจนิกส์ (Cryogenics): สำหรับการหล่อเย็นแม่เหล็กยิ่งยวด
- การบำรุงรักษาระยะไกล: เพื่อจัดการซ่อมแซมส่วนประกอบที่ยากต่อการเข้าถึง
ด้วยการทดลองและพัฒนาใน ITER นักวิทยาศาสตร์จะสามารถออกแบบและปรับปรุงเทคโนโลยีที่จำเป็นสำหรับโรงไฟฟ้าฟิวชันแห่งอนาคตได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น.
4) ทดสอบการสร้างไทรเทียม (Tritium)
หนึ่งในภารกิจสำคัญของ ITER คือการผลิตไทรเทียมจากลิเทียมภายในระบบสูญญากาศของเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน ปัจจุบันปริมาณไทรเทียมในโลก ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงสำคัญที่ใช้ร่วมกับดิวทีเรียมในปฏิกิริยาฟิวชัน ไม่เพียงพอต่อความต้องการของโรงไฟฟ้าฟิวชันในอนาคต
ITER เป็นโอกาสพิเศษในการทดสอบระบบ Tritium Breeding Blankets แบบจำลองในสภาพแวดล้อมจริงของปฏิกิริยาฟิวชัน ระบบนี้ออกแบบให้สามารถผลิตไทรเทียมได้โดยการโต้ตอบระหว่างลิเทียมและนิวตรอนพลังงานสูงที่ปลดปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาฟิวชัน การทดลองนี้มีความสำคัญต่อการสร้างวงจรเชื้อเพลิงที่สามารถพึ่งพาตัวเองได้สำหรับโรงไฟฟ้าฟิวชันในอนาคต
ความสำเร็จในการพัฒนาระบบนี้จะช่วยให้โรงไฟฟ้าฟิวชันในอนาคตสามารถผลิตไทรเทียมที่ต้องการได้เอง ลดการพึ่งพาทรัพยากรโลก และเพิ่มความยั่งยืนในระบบพลังงานฟิวชัน.
5) สาธิตลักษณะด้านความปลอดภัยของอุปกรณ์ฟิวชัน
หนึ่งในเป้าหมายสำคัญของการดำเนินงาน ITER คือการแสดงให้เห็นถึงการควบคุมพลาสมาและปฏิกิริยาฟิวชันได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในระดับต่ำมาก ซึ่งรวมถึงการออกแบบที่ไม่ทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ไม่สามารถควบคุมได้ และไม่มีการปล่อยกัมมันตรังสีในปริมาณที่เป็นอันตรายสู่ภายนอก
การสาธิตนี้จะช่วยสร้างความมั่นใจในความปลอดภัยของเทคโนโลยีฟิวชัน ซึ่งเป็นก้าวสำคัญในการสร้างโรงไฟฟ้าฟิวชันในอนาคตที่มีความปลอดภัยสูงและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม.
สถานะปัจจุบันของ ITER (พฤศจิกายน 2024)
- เป้าหมายเดิม ในปี 2025 จะมีการผลิตพลาสมา แต่ถูกเลื่อนออกไป โดยตอนนี้ ITER มีแผนเริ่มการทดลองพลาสมาด้วยไอโซโทปดีเทอเรียมในปี 2035 และจะเข้าสู่การปฏิบัติการเต็มรูปแบบด้วยดีเทอเรียม-ทริเทียมในระยะต่อไป การล่าช้านี้เกิดจากปัญหาทางเทคนิค เช่น การเชื่อมส่วนประกอบที่มีข้อบกพร่อง ปัญหาของท่อระบายความร้อน รวมถึงผลกระทบจากการแพร่ระบาดของ COVID-19
- โครงการมีความคืบหน้าในด้านการผลิตส่วนประกอบสำคัญ เช่น ขดลวดแม่เหล็กที่ซับซ้อน รวมถึงการติดตั้งระบบสนับสนุนต่าง ๆ ในบริเวณที่สร้าง Tokamak มีการดำเนินการทดสอบและติดตั้งส่วนประกอบสำคัญอย่างต่อเนื่อง
- โครงการ ITER ยังคงได้รับการสนับสนุนจากนานาประเทศที่มีส่วนร่วม โดยมีการส่งมอบส่วนประกอบและงบประมาณ ความร่วมมือดังกล่าวยังคงดำเนินต่อไป แม้ในสภาพแวดล้อมทางภูมิศาสตร์การเมืองที่เปลี่ยนแปลงไป
ITER ถูกคาดการณ์ว่าจะสร้างเสร็จในปี 2039 และโครงการนี้ถือเป็นหนึ่งในโครงการที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์มนุษยชาติ เพื่อค้นหาคำตอบสำหรับปัญหาพลังงานในอนาคต ความสำเร็จของ ITER อาจนำไปสู่การปฏิวัติวงการพลังงานและการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างยั่งยืน
อ้างอิง iter.org princess-it.org world-nuclear-news.org world-nuclear-news.org world-nuclear-news.org และ cover iter.org
อ่านบทความและข่าวอื่นๆเพิ่มเติมได้ที่ it24hrs.com
ITER คืออะไร? ก้าวสำคัญสู่อนาคตพลังงานโลก
อย่าลืมกดติดตามอัพเดตข่าวสาร ทิปเทคนิคดีๆกันนะคะ Please follow us
Youtube it24hrs
Twitter it24hrs
Tiktok it24hrs
facebook it24hrs
