ดวงดาวกับพลังงานแห่งอนาคต

Share

เมื่อแหงนมองฟ้าในยามค่ำคืน มีดาวนับพันดวงส่องประกายแสงระยิบระยับ เคยคิดไหมว่า ดวงดาวเริ่มส่องแสงตั้งแต่เมื่อไหร่ เท่าที่จำความได้ตอนเด็กๆ ผมเคยนอนนับดาวในเวลากลางคืน นั่นก็ ผ่านมานานแล้ว แต่ดวงดาวก็ยังส่องแสงเหมือนเดิมไม่หรี่แสงลดลงเลยแม้แต่น้อย ซึ่งจริงๆ แล้วดวงดาวส่องแสงมาไม่ใช่ช่วงเวลาแค่ปีสองปี แต่เป็นเวลานับพันล้านปีมาแล้ว และจะยังส่องแสงอย่างนี้ไปอีกนานแสนนานโดยกระบวนการที่น่าอัศจรรย์ของปฏิ กิริยานิวเคลียร์ฟิวชันทำให้เราได้ทึ่งกับความสวยงามตระการตา

ภาพที่ 1 แสดงดวงดาวนับล้านดวงในทางช้างเผือก

ที่มา:ศุภฤกษ์ คฤหานนท์ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

 

 

          พูดถึงพลังงานก็อดนึกสภาพของโลกเราไม่ได้เพราะว่ามีกระแสโด่งดังเกี่ยวกับ การขาดแคลนพลังงานในอนาคต ทำให้เกิดคำถามว่า ทำไมเราไม่เลียนแบบกระบวนการผลิตพลังงานของดาว มาใช้ผลิตพลังงานบนโลกเราบ้างจะได้มีพลังงานใช้อย่างยั่งยืน

          ปัจจุบันโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ที่ใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าบนโลกเป็นโรงไฟฟ้า พลังความร้อนชนิดหนึ่ง โดยใช้ความร้อนทำให้น้ำเดือดกลายเป็นไอน้ำไปหมุนกังหัน เพื่อหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแล้วผลิตไฟฟ้าออกมา โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียรดังกล่าวเป็นการใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันซึ่ง ต่างจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันที่เกิดในแกนกลางของดวงดาว ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันเกิดจากการแตกตัวของนิวเคลียสของธาตุหนัก เช่น ยูเรเนียม พลูโตเนียม แตกตัวเป็นนิวเคลียสที่เบากว่าแล้วปล่อยพลังงานออกมา ส่วนปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเกิดจากการหลอมนิวเคลียสของธาตุเบา เช่น นิวเคลียสของธาตุไฮโดรเจน จนได้นิวเคลียสของธาตุที่หนักขึ้นและปล่อยพลังงานออกมา เมื่อนิวเคลียสก่อตัวขึ้นจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันมวลทั้งหมดของ นิวเคลียสที่เกิดหลังปฏิกิริยาจะน้อยกว่ามวลทั้งหมดที่เกิดก่อนปฏิกิริยา แสดงว่ามีมวลส่วนหนึ่งเปลี่ยนเป็นพลังงานตามสมการอันเลื่องชื่อของไอสไตน์ E=mc2  ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันภายในดวงดาว สามารถเกิดขึ้นได้เพราะที่แกนกลางดวงดาวนั้นมีอุณหภูมิสูงและมีความหนาแน่น มาก ปกติแล้วนิวเคลียส 2 นิวเคลียสจะผลักกันด้วยแรงคูลอมบ์ (Coulomb’s force) เนื่องจากมีประจุบวกเหมือนกัน แต่ที่แกนกลางของดวงดาวมีอุณหภูมิสูงมากพอและมีความหนาแน่นมากจนนิวเคลียส หลอมรวมเป็นนิวเคลียสของธาตุที่หนักขึ้นด้วยแรงระหว่างนิวคลีออนซึ่งเป็น ปรากฏการณ์ตกค้างจากแรงที่ยึดเหนี่ยวอนุภาคควาร์กเอาไว้ เรียกว่า อันตรกิริยาอย่างเข้มซึ่งมีอนุภาคพาหะที่เรียกว่า กลูออน

          ปัจจุบันได้มีโครงการวิจัยที่กำลังดำเนินการในเรื่องฟิวชันนี้อยู่หลายแห่ง ทั่วโลก โดยมีวัตถุประสงค์ที่จะนำพลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันมาใช้ในการ ผลิตไฟฟ้า การควบคุมกระบวนการฟิวชันบนโลก มีความแตกต่างจากปฏิกิริยาฟิวชันที่เกิดขึ้นที่ดวงดาว โดยการเลือกใช้อะตอมไฮโดรเจน ที่มีน้ำหนักมากกว่าไฮโดรเจนปกติ คือ ดิวทีเรียม และตริเตียม ซึ่งโอกาสเกิดปฏิกิริยาได้มากกว่า ไฮโดรเจนโดยทั่วไปที่มีเพียง 1 โปรตอนและ 1 อิเล็กตรอน เรียกว่า โปรเทียม ซึ่งเป็นรูปแบบของไฮโดรเจนปกติ ที่ไม่มีนิวตรอน ขณะที่ ดิวทีเรียม มี 1 นิวตรอน และ ตริเตียม มี 2 นิวตรอน ตามลำดับ

 

ภาพที่ 2 แสดงการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันและเตาปฎิกรนิวเคลียร์ฟิวชัน

ที่มา:http://news.bbc.co.uk/2/hi/6165932.stm

 

 

          จากภาพที่ 2 เมื่อทำให้นิวเคลียสของ ดิวทีเรียม กับ ตริเตียม หลอมรวมกันจะได้ฮีเลียม (He) นิวตรอน(n) และพลังงานออกมา อนุภาคที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิวชันมีความเสถียรมากกว่าปฏิกิริยาฟิชชันที่มี การปล่อยกัมมันตรังสีออกมา

          จะเห็นได้ว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันดูเหมือนจะมีข้อดีมากกว่าปฏิกิริยา นิวเคลียร์ฟิชชันของนิวเคลียสที่หนัก คือนิวเคลียร์ฟิวชันให้พลังงานต่อมวลมากและหาเชื้อเพลิงได้ง่ายกว่า นิวเคลียร์ฟิชชัน ตัวอย่างเช่น ยูเรเนียมยิ่งเวลาผ่านไปนานก็ยิ่งหายากเพราะมีการสลายตัวไปตามธรรมชาติอีก ทั้งโอกาสที่จะเกิดการสังเคราะห์ธาตุหนักๆ (ในดวงดาว) ยิ่งเกิดขึ้นยากทำให้ในเอกภพนี้มีจำนวนธาตุหนักน้อยกว่าธาตุเบา อย่างไรก็ตาม ฟิวชันจะเกิดขึ้นได้ ต้องมีอุณหภูมิสูงมากพอ (ประมาณ 15 ล้านเคลวิน) และความหนาแนนของสสารที่เป็นเชื้อเพลิงสูงมากเงื่อนไขนี้สามารถเกิดขึ้นได้ ในระเบิดไฮโดรเจน แต่ไม่สามารถควบคุมได้ ในการควบคุมพลังงานของปฏิกิริยาฟิวชัน นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรต้องหาวิธีที่จะควบคุมพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงมากนี้ ให้ได้ก่อน ถือเป็นงานท้าทายความสามารถทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมในการที่จะทำความร้อน ให้พลาสมามีอุณหภูมิสูงมากๆ รวมทั้งการหาวิธีบีบลำพลาสมาให้มีความหนาแน่นมากพอที่จะเกิดปฏิกิริยาฟิวชัน ได้อย่างต่อเนื่อง ถ้าประสบความสำเร็จโลกเราจะมีโอกาสเกิดโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันใช้ กันในอนาคต

 

อ้างอิง

P.-Y. Bely, C. Christian and J.-R. Roy, A Question and Answer Guide to Astronomy, 34-35, 2010

 

 

เรียบเรียงโดย

นายตอริก เฮ็งปิยา

สำนักบริการวิชาการและสื่อสารทางดาราศาสตร์

สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ(องค์การมหาชน)