สหรัฐฯ สร้างนิวเคลียร์ฟิวชันจากธาตุหาง่ายได้เป็นครั้งแรกของโลก

บริษัท ทีเออี เทคโนโลยี (TAE Technologies) สตาร์ตอัปด้านพลังงานจากรัฐแคลิฟอร์เนียในประเทศสหรัฐอเมริกา จับมือกับสถาบันวิจัยแห่งชาติเพื่อวิทยาศาสตร์ฟิวชัน (National Institute for Fusion Science: NIFS) จากประเทศญี่ปุ่น สร้างกระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชันจากธาตุไฮโดรเจน (Hydrogen) และโบรอน (Boron) ซึ่งเป็นธาตุกึ่งโลหะราคาถูกเป็นครั้งแรกของโลกได้สำเร็จ

ความน่าตื่นตะลึงของการทดลองครั้งนี้อยู่ที่ธาตุโบรอน ซึ่งกลายเป็นธาตุคู่ประกบกับธาตุไฮโดรเจนสำหรับทำกระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชัน หรือการหลอมรวมอะตอมของธาตุ 2 ชนิด เข้าด้วยกันจนปล่อยพลังงานส่วนเกินที่ได้จากกระบวนการหลอมละลายในระดับโมเลกุลออกมาเป็นไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริง จากเดิมที่ใช้ธาตุทริเทียม (Tritium) ซึ่งมีราคาที่สูงมากและหาได้ยากมาก ๆ ที่ราคา 30,000 ดอลลาร์สหรัฐ หรือประมาณ 1 ล้านบาทต่อกรัม ต่างจากโบรอนซึ่งนิยมใช้เป็นแร่ธาตุเสริมดินสำหรับการเกษตรที่มีราคาไม่ถึง 5 บาทต่อกรัมเท่านั้น

กระบวนการดังกล่าวเริ่มจากการกระตุ้นธาตุไฮโดรเจนด้วยลำแสงเลเซอร์อานุภาพสูงจากธาตุฮีเลียม (Helium) เพื่อให้ปลดปล่อยขั้วบวกของธาตุ ก่อนจะพุ่งชนกับธาตุโบรอน-11 ในอุปกรณ์ที่ถูกเตรียมเอาไว้ให้เอื้อต่อการหลอมละลาย การหลอมรวมกันของธาตุทั้ง 2  จะปล่อยอนุภาคอัลฟา (Alpha Particle) ออกมา ซึ่งเป็นอนุภาคที่ทำให้เกิดพลังงานในกระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชัน

หรือโดยสรุปแล้ว กระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชันที่เดิมจะยืนพื้นด้วยธาตุไฮโดรเจนที่ถูกยิงด้วยเลเซอร์แล้วไปชนกับธาตุทริเทียม จะเปลี่ยนเป็นการชนกับธาตุโบรอนแทน โดยกระบวนการนี้ถูกวัดได้จากเครื่องมือที่ชื่อว่าปิ๊ปส์ (PIPS: Passivated Implanted Planar Silicon)

ในขณะที่อุปกรณ์ที่ใช้ในครั้งนี้เป็นเครื่องหลอมละลายอะตอมของไฮโดรเจนและโบรอนให้อยู่ในสถานะพิเศษที่เรียกว่าพลาสมา (Plasma) หรือเรียกว่าเครื่องฟิวชัน (Fusion Device) ชื่อเครื่องว่าแอลเอชดี (LHD: Large Helical Device) ของสถาบันที่ญี่ปุ่น ซึ่งต้องรองรับการเกิดกระบวนการฟิวชันที่อุณหภูมิสูงกว่า 75 ล้านองศาเซลเซียส (°C)  

ความสำเร็จดังกล่าวถือเป็นก้าวแรกที่สำคัญของบริษัท ทีเออี (TAE) แต่ทว่าการพัฒนายังคงมีความท้าทายหลากหลายด้าน เช่น เครื่องฟิวชันนั้นมีต้นทุนที่สูง โดยบริษัทได้รับเม็ดเงินลงทุนไปกว่า 1,200 ล้านเหรียญสหรัฐ หรือเกือบ 42,000 ล้านบาท ซึ่งคาดว่าจะนำไปใช้พัฒนาเครื่องฟิวชันของตัวเอง รวมถึงปัญหาความคุ้มทุนในการผลิตที่ปัจจุบันต้องใช้พลังงานสูงมากเพียงเพื่อให้เกิดปฏิกิริยาขั้นต่ำที่สุดที่เครื่องมือจะวัดได้ว่าเกิดขึ้นจริง

อย่างไรก็ตาม ทางบริษัท ทีเออี ยังคงเดินหน้าวิจัยเพื่อแก้ปัญหาหลัก 2 ประการ นี้ต่อไปให้ทันภายในช่วงต้นทศวรรษ 2030 ส่วนตัวงานวิจัยในครั้งนี้ได้รับการตีพิมพ์ลงในวารสารวิชาการเนเชอร์ คอมมูนิเคชันส์ (Nature Communications) ที่ได้รับการยอมรับอย่างมากในวงการวิชาการ

ที่มาข้อมูล New Atlas, Science

ที่มารูปภาพ TAE Technologies