นิวเคลียร์ การผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชันในเชิงพาณิชย์ของสหรัฐอเมริกา

นิวเคลียร์ การใช้นิวเคลียร์ฟิวชันผลิตไฟฟ้าในเชิงพาณิชย์ในโลกดูเหมือนจะใกล้เข้ามาอีกก้าวหนึ่ง ณ สิ้นปี 2022 สหรัฐอเมริกาประกาศอย่างมีหน้ามีตาว่า นักวิจัยทางวิทยาศาสตร์ของพวกเขาได้บรรลุความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการวิจัยพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน และประสบความสำเร็จในการได้รับพลังงานสุทธิเป็นครั้งแรก

กล่าวคือความหวังของมนุษย์ที่จะใช้การผลิตไฟฟ้า จากนิวเคลียร์ฟิวชันเป็นพลังงานในแต่ละวันเพิ่มขึ้นอีกครั้ง ความก้าวหน้านี้ประสบความสำเร็จที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ แพทริก ลีห์ เฟอร์มอร์ในแคลิฟอร์เนีย เจนนิเฟอร์ แกรนโฮล์ม รัฐมนตรีกระทรวงพลังงานของสหรัฐฯ กล่าวอย่างตื่นเต้นว่านี่เป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญของสหรัฐอเมริกาในด้านพลังงานสะอาด

เจนนิเฟอร์กล่าวว่าหากพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันก้าวหน้าไปอย่างราบรื่น พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันสามารถนำมาใช้เพื่อทดแทนโหมดการผลิตไฟฟ้าที่มีอยู่ในอนาคตและจัดหาเชื้อเพลิงสำหรับการขนส่งและอุตสาหกรรมทั้งหมด นอกจากนี้ สหรัฐอเมริกายังสามารถขายพลังงาน นิวเคลียร์ ฟิวชันในเชิงพาณิชย์ได้ภายใน 10 ปี ทำให้ประโยชน์ของพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันสามารถแทรกซึมไปสู่ครอบครัวทั่วไป

ทันทีที่คำพูดนี้ออกมา หลายคนตกใจ ภายใต้การโจมตี 2 ครั้ง ของปัญหาสภาพอากาศและวิกฤตพลังงานการพัฒนาแหล่งพลังงานใหม่ที่มีเสถียรภาพ ได้กลายเป็นความสำคัญสูงสุดบนเส้นทางสู่การพัฒนาที่ยั่งยืนของมนุษยชาติ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าเป็นเรื่องท้าทายอย่างยิ่งที่จะตระหนักถึง การใช้พลังงานใหม่อย่างเป็นสากลในช่วงเวลาสั้นๆเช่นนี้

ชาวเน็ตต่างประเทศบางคนระบุอย่างมั่นใจว่าความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของสหรัฐอเมริกานี้ มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลงโครงสร้างพลังงานของโลกโดยสิ้นเชิงและแก้ปัญหาวิกฤตพลังงานตลอดไป บริษัทพลังงานเฮลิออนในสหรัฐอเมริกากระโดดออกมาและกล่าวว่ามันจะเป็นเรื่องง่ายๆ และพวกเขาจะสร้างเครื่องกำเนิดฟิวชันเครื่องแรกในปี 2024

พลังงานเฮลิออนเป็นบริษัทพลังงานสะอาดที่ก่อตั้งขึ้นในปี 2556 และมีสำนักงานใหญ่ในรัฐวอชิงตัน พื้นหลังของบริษัทนี้คืออะไรกล้าที่จะโอ้อวดไหโข่วที่ยิ่งใหญ่เช่นนี้ พลังงานเฮลิออนมีนักลงทุนที่มีชื่อเสียงชื่อแซม อัลท์แมน ซึ่งเป็น CEO คนปัจจุบันของแชตจีพีทีที่ได้รับความนิยมเมื่อไม่นานมานี้ แซม อัลท์แมนทิ้งเงิน 375 ล้านดอลลาร์ จากพลังงานเฮลิออน ซึ่งเขาบอกว่าเป็นการลงทุนครั้งใหญ่ที่สุดของเขาจนถึงปัจจุบัน

แซม อัลท์แมนไม่กลัวว่าต้นทุนจะไม่ได้คืนในระยะสั้น เพราะเขาจินตนาการถึงโอกาสที่พลังงานเฮลิออนจะผลิตพลังงานสะอาด พลังงานเฮลิออนประกาศในปี 2564 ว่าเครื่องกำเนิดฟิวชันรุ่นที่หกเทรนตาที่พวกเขาผลิตได้ผ่านการทดสอบอุณหภูมิที่ 100 ล้านองศาเซลเซียส และกำลังพัฒนาเครื่องกำเนิดไฟฟ้ารุ่นที่ 7 โพลาริสอยู่ในขณะนี้

มีรายงานว่าเครื่องต้นแบบโพลาริสจะมีขนาดเล็กกว่าเทรนตารุ่นที่ 6 มาก และสามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ ด้วยวิธีนี้มนุษย์จะมีพลังงานสะอาดที่ใช้แก้ปัญหาสภาพอากาศได้ นอกจากเป้าหมายเล็กๆในการสร้างเครื่องกำเนิดพลังงานฟิวชันในปี 2024 แล้วพลังงานเฮลิออน ยังมีเป้าหมายระยะยาวในการมีโรงไฟฟ้าฟิวชันทั่วโลกภายใน 10 ปี

เมื่อมีโรงไฟฟ้ามากขึ้น ต้นทุนก็จะถูกควบคุม ถึงตอนนั้นผู้คนจำนวนมากขึ้นจะสามารถใช้พลังงานที่เกิดขึ้นใหม่นี้ และมาตรฐานการครองชีพของพวกเขาก็จะสูงขึ้นเรื่อยๆ พลังงานเฮลิออนนอกจากจะได้รับเงินลงทุน 375 ล้าน ของแซม อัลท์แมนแล้วยังระดมทุนได้อีก 500 ล้านดอลลาร์สหรัฐอีกด้วย นี่คือความมุ่งมั่นและความมั่นใจ ดูเหมือนว่าพวกเขากำลังสาบานว่าจะเปลี่ยนโครงการล้ำสมัยของการผลิตไฟฟ้า จากนิวเคลียร์ฟิวชันให้เป็นรูปแบบธุรกิจพลเรือน

ดังนั้นเป้าหมายของการผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชันในปริมาณมากในชีวิตประจำวันจะสามารถเป็นจริงได้หรือไม่ พูดง่ายๆก็คือการผลิตไฟฟ้าจากนิวเคลียร์ฟิวชันคือการให้ความร้อนแก่เชื้อเพลิงฟิวชัน เพื่อผลิตนิวเคลียร์ฟิวชันที่อุณหภูมิมากกว่า 100 ล้านองศา ฟิวชันนี้สามารถสร้างพลังงานความร้อนแล้ว ใช้พลังงานความร้อนของนิวเคลียร์ฟิวชันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

ดังนั้น เครื่องกำเนิดรุ่น ที่หกของพลังงานเฮลิออนจึงผ่านการทดสอบที่อุณหภูมิสูงถึง 100 ล้านองศา และสามารถผลิตพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันขนาดเล็กได้จริง แต่ดูเหมือนว่าเมื่อพูดถึงพลังงานนิวเคลียร์ หลายๆคนคงจะกลัวเพราะการคุกคามของอาวุธนิวเคลียร์และการรั่วไหลของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟุกุชิมะในญี่ปุ่น ทำให้ผู้คนคิดว่าพลังงานนิวเคลียร์เป็นสิ่งที่อันตราย

อย่างไรก็ตาม ประเด็นนี้ไม่สามารถเปรียบเทียบกันได้จริงๆ เครื่องปฏิกรณ์ นิวเคลียร์ ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟุกุชิมะนั้นแตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับของโรงไฟฟ้าเฮลิออน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟุกุชิมะใช้พลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน ในขณะที่พลังงานเฮลิออนใช้พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน ความปลอดภัยของเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันนั้นสูงมาก และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบฟิชชันก็เทียบไม่ได้เลย

นอกจากนี้ เทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันยังมีกระแสพลังงานที่สม่ำเสมออีกด้วยโดยทั่วไปแล้ว เทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันจะต้องเป็นไปตามเงื่อนไข 2 ประการเท่านั้น จึงจะอยู่ในช่วงที่ควบคุมได้ เงื่อนไขหนึ่งคืออุณหภูมิสูงพอ และอีกเงื่อนไขหนึ่งคือใช้เวลานานพอ ดังนั้นโรงไฟฟ้าฟิวชันจึงปลอดภัยและจะไม่ระเบิดโดยบังเอิญ เมื่อเชื้อเพลิงไม่สามารถผลิตได้ทันการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์จะหยุดลงโดยอัตโนมัติ

เชื้อเพลิงสำหรับนิวเคลียร์ฟิวชันคือดิวทีเรียมและทริเทียม สารเหล่านี้สามารถหาได้จากวัสดุสังเคราะห์และไม่ใช่ทรัพยากรธรรมชาติ ไม่มีปัญหาในการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลเลย ดังนั้นต้นทุนจึงค่อนข้างต่ำเพราะตราบใดที่มีเทคโนโลยีอยู่ทุกประเทศก็สามารถพัฒนาได้เอง และไม่มีปัญหาการผูกขาดด้านพลังงาน การผลิตไฟฟ้าจากนิวเคลียร์ฟิวชันมีข้อดีหลายประการ

นอกจากปฏิกิริยาและการปล่อยพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงแล้ว โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะไม่สร้างขยะนิวเคลียร์ และจะไม่ก่อให้เกิดปัญหาการแผ่รังสีนิวเคลียร์ในระดับสูงและยาวนาน เช่น นิวเคลียร์ฟิชชันข้อเสียประการเดียวของการผลิตไฟฟ้าจากนิวเคลียร์ฟิวชันคือยากที่จะเกิดขึ้นจริง และต้องใช้กำลังคน วัสดุ และทรัพยากรทางการเงินจำนวนมากและต่อเนื่อง

เมื่อมีการรับรู้พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันรุ่นแรกในปี 1970 ชุมชนวิทยาศาสตร์โดยทั่วไปเชื่อว่าต้องใช้เวลาอย่างน้อย 50 ปีก่อนที่มันจะถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย ตอนนี้ 50 ปีผ่านไป และแม้ว่าเฮลีออนจะมั่นใจเมื่อประกาศต่อโลกภายนอก แต่คนส่วนใหญ่เชื่อว่าการบรรลุความสำเร็จนี้ยังอีกยาวไกลในความเป็นจริง ชาวเน็ตมีทัศนคติมากมายเกี่ยวกับผลการวิจัยของบริษัท บางคนเชื่อว่ามันสามารถนำไปใช้ได้จริง

ในขณะที่บางคนคิดว่ามันเป็นเพียงกลไก ท้ายที่สุด ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีทุกครั้งในสหรัฐอเมริกาในช่วงหลายปีที่ผ่านมาได้รับความสนใจอย่างมาก สำหรับต้นแบบเทรนตาของพลังงานเฮลิออนนั้นสร้างสำเร็จในปี 2020 หลังจากเข้าประจำการแทบไม่ได้พักร้อนเลย และยังคงดำเนินการอย่างเข้มข้นทุกวัน สามารถสร้างสนามแม่เหล็กมากกว่า 10 แห่ง เทสลาเพื่อบีบอัดพลาสมาและรักษาพลาสมาไว้ได้นานกว่า 1 มิลลิวินาที

จากข้อมูลของพลังงานเฮลิออนเทรนตา สามารถกู้คืนพลังงานได้อย่างน้อย 95 เปอร์เซ็นต์ และอัตราการสูญเสียนั้นน้อยมาก เมื่อโพลาริสพัฒนาสำเร็จประสิทธิภาพของมันจะสูงกว่าเทรนต์ ทาวเวอร์มาก นอกจากนี้โพลาริสยังสามารถเพิ่มอัตราชีพจรของนิวเคลียร์ฟิวชันได้อย่างมากชีพจรของนิวเคลียร์ฟิวชันของเทรนตาจะเกิดขึ้นทุกๆ 10 นาที และการคาดการณ์ของพลังงานเฮลิออนสำหรับโพลาริสจะเกิดขึ้นทุกๆวินาที

การปรับปรุงที่กล่าวถึงข้างต้นเป็นวิธีทั้งหมด ในการประหยัดพลังงานสุทธิก่อนการรับรู้พลังงานสุทธิที่เพิ่มขึ้นนี้ในปี 2565 ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดของอุปกรณ์จุดระเบิดแห่งชาติของห้องปฏิบัติการแห่งชาติ แพทริก ลีห์ เฟอร์มอร์ คือพลังงานที่เพิ่มขึ้นคือ 70 เปอร์เซ็นต์ และสุทธิ พลังงานที่ได้รับคือ 70 เปอร์เซ็นต์ การสูญเสียพลังงานมีขนาดใหญ่มาก

ในการทดลองนี้ พลังงานและเวลามีค่าสูงสุด และพลังงานที่ได้รับนั้นมากกว่าการใช้พลังงานมาก สิ่งนี้จะช่วยส่งเสริมการผลิตไฟฟ้าแบบฟิวชันในเชิงพาณิชย์อย่างมาก เพราะด้วยการปรับปรุงกำลังการผลิตและประสิทธิภาพอย่างต่อเนื่องเท่านั้นจึงจะสามารถลดราคาลงได้ และผลิตภัณฑ์จะเข้าใกล้ตลาดมวลชนมากขึ้น

การจุดระเบิดด้วยฟิวชันเป็นหนึ่งในความท้าทายทางวิทยาศาสตร์ที่ยากที่สุด สำหรับมนุษยชาติเสมอมาความสำเร็จของห้องปฏิบัติการแห่งชาติ แพทริก ลีห์ เฟอร์มอร์ถือได้ว่าเป็นชัยชนะสำหรับวิทยาศาสตร์ของมนุษย์ทุกคน อันที่จริงไม่เพียงแต่สหรัฐอเมริกาเท่านั้นที่มีความคืบหน้าในการทดลองนิวเคลียร์ฟิวชันที่ควบคุมได้ แต่ประเทศจีนก็ได้รับผลสำเร็จอย่างมากเช่นกันในปี 2565

กระแสพลาสมาของอุปกรณ์โทคาแมคของจีนทะลุระดับ 1 เมกะแอมแปร์ ซึ่งเป็นสถิติใหม่สำหรับการวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์ฟิวชันที่ควบคุมได้ของจีน นอกจากนี้ เรากำลังทำงานอย่างหนักเพื่อผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชันในเชิงพาณิชย์ ด้วน ซูรู หัวหน้าผู้เชี่ยวชาญของบริษัทนิวเคลียร์แห่งชาติจีน เคยให้มุมมองเกี่ยวกับเรื่องนี้ในการให้สัมภาษณ์เขากล่าวว่า แม้ว่าจะยังคงเป็นเรื่องยากที่จะรักษาปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันไว้เป็นเวลานานเพื่อให้ได้พลังงาน

แต่เราสามารถทำงานอย่างหนักเพื่อพัฒนาวิธีการผลิตไฟฟ้าจากนิวเคลียร์ฟิวชันและทำการค้า ด้วน ซูรู ยังกล่าวอีกว่าการวิจัยเกี่ยวกับนิวเคลียร์ฟิวชันที่ควบคุมได้นั้น กำลังเป็นที่สนใจของคนทั้งโลกและยังอยู่ในช่วงวิกฤตของการพัฒนาอีกด้วย ทีมวิจัยทางวิทยาศาสตร์ของประเทศจีนกำลังทำงานอย่างหนัก และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชันแห่งแรกของโลกควรได้รับการตระหนักในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

ทุกประเทศกำลังแข่งขันกันเพื่อศึกษาโครงการนี้โดยหวังว่าจะเป็นผู้นำในการใช้งานเชิงพาณิชย์ในอนาคต ไม่เพียงแต่สหรัฐอเมริกาและจีนเท่านั้น แต่รวมถึงยุโรปด้วยที่ทำการทดลองมากมายเกี่ยวกับเทคโนโลยีการควบคุมการทำงานของฟิวชั่นดิวทีเรียม-ทริเทียมอย่างไรก็ตาม ด้วน ซูรู ยังคงเชื่อในเชิงบวกว่าอุปกรณ์โทคาแมคนั้นสมบูรณ์กว่า และสามารถรับประกันการส่งออกพลังงานอย่างต่อเนื่อง

เพื่อตอบสนองการใช้งานเชิงพาณิชย์ในอนาคต แน่นอนมีปัญหาที่เราต้องชัดเจนคือการผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชันในเชิงพาณิชย์ไม่ได้เกิดขึ้นในชั่วข้ามคืน การค้าในเชิงพาณิชย์ที่เสนอโดยสหรัฐอเมริกาและจีนในขณะนี้หมายถึงการแทรกแซงของทุนเอกชน ซึ่งสัมพันธ์กับการลงทุนของรัฐ ไม่รู้ต้องรออีกกี่ปีกว่าประชานิยมที่แท้จริง

บทความที่น่าสนใจ : การปฏิสนธิ การพบกันของอสุจิและไข่ กระบวนการปฏิสนธิใช้เวลากี่ชั่วโมง