Fusion : แหล่งพลังงานในอนาคต
สุทัศน์ ยกส้าน

ดวงอาทิตย์มีความสำคัญต่อชีวิตทุกชีวิตบนโลก เพราะมันให้ทั้งพลังงานแสงสว่าง และความอบอุ่นแก่มนุษย์ พืชและสัตว์ มาตั้งแต่สมัยดึกดำบรรพ์ แต่มนุษย์เราเพิ่งรู้ว่าดวงอาทิตย์ปลดปล่อยพลังงานอย่างไรเมื่อประมาณ 17 ปีมานี้เอง จากการพบว่า อนุภาคต่างๆ เช่น โปรตอน นิวตรอน และอนุภาคอัลฟา ฯลฯ สามารถทำปฏิกิริยานิวเคลียร์กันได้ และปฏิกิริยานิวเคลียร์นี้เอง ที่เป็นต้นกำเนิดของพลังงานในดวงอาทิตย์ เพราะปฏิกิริยานิวเคลียร์ให้พลังงานมากกว่าปฏิกิริยาเคมีราวล้านเท่า ทั้งนี้ เพราะ เวลาอนุภาคโปรตอนในดวงอาทิตย์รวมกัน จะทำให้เกิดอนุภาค deuteron 2H อนุภาค positron และอนุภาค neutrino และมีพลังงานปลดปล่อยออกมาด้วย แล้วอนุภาค deuteron ที่ได้ ก็จะหลอมรวมกับอนุภาคโปรตอน หรือ deuteron ตัวอื่น เป็นนิวเคลียสของธาตุ helium ส่วนอนุภาค neutrino เมื่ออุบัติแล้ว ก็แทบไม่ทำปฏิกิริยานิวเคลียร์กับอะตอมอื่นใดอีกเลย ดังนั้นมันจึงทะลุพุ่งออกมา จากแกนของดวงอาทิตย์มาสู่โลก ด้วยเหตุนี้การศึกษาอนุภาค neutrino ที่โลกได้รับ จึงทำให้นักฟิสิกส์ ล่วงรู้เหตุการณ์ที่เกิดบริเวณแกนกลางของดวงอาทิตย์ได้
และถึงแม้นักฟิสิกส์จะรู้ว่าบนดวงอาทิตย์ มีปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบ fusion ซึ่งเป็นปฏิกิริยา ที่ได้จากการหลอมรวมอะตอม ของธาตุเบา เช่น ไฮโดรเจน เป็นอะตอมของธาตุหนัก เช่น helium ก็ตาม แต่เขาก็ยังไม่สามารถสร้างปฏิกิริยานี้ ให้เกิดอย่างยั่งยืนในห้องทดลองบนโลกได้ เพราะในการที่จะให้อนุภาคโปรตอน ที่มีประจุบวกเหมือนกันหลอมรวมกันได้ เขาต้องเร่งอนุภาคดังกล่าว ให้มีความเร็วเกือบเท่าแสง ต้องใช้ความดันมากมหาศาล ประดุจความดันที่ใจกลางดวงอาทิตย์ ต้องใช้แสงเลเซอร์ความเข้มสูง และต้องใช้สนามแม่เหล็กที่มีความเข้มมหาศาล เพื่อเก็บกักอะตอมเหล่านี้ไม่ให้แตกกระจาย ทั้งนี้ก็เพื่อให้มันสามารถทำปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้อย่างต่อเนื่อง
การจำเป็นต้องใช้ปัจจัยซูเปอร์ไฮเทคหลายรูปแบบเช่นนี้ ทำให้เทคโนโลยีการผลิตพลังงานลักษณะนี้ จึงยังไม่มีในปัจจุบัน
ดังนั้น ในอดีตเมื่อ Stanley Pons และ Martin Fleischman แห่งมหาวิทยาลัย Utah และ Southampton ได้ออกมาประกาศทางสื่อมวลชน เมื่อวันที่ 23 มีนาคน พ.ศ. 2532 ว่า เขาทั้งสองพบวิธีสร้างปฏิกิริยา fusion ซึ่งจะให้พลังงานไม่รู้หมด โดยใช้อุปกรณ์ง่าย ๆ ในห้องปฏิบัติการทดลองระดับมัธยม คนทั้งโลกจึงตกตะลึงเปรียบเสมือนกับการมีคนอ้างว่า ได้พบวิธีการรักษามะเร็งโดยให้คนไข้กินเกลือ 3 ช้อนชา ยังไงยังงั้น

เพราะ Pons และ Fleischman ได้อ้างว่า เวลาเขาใช้โลหะ palladium จุ่มในน้ำหนัก (heavy water) ซึ่งเป็นน้ำที่ประกอบด้วยออกซิเจนกับ deuterium อันเป็นธาตุอีกรูปแบบหนึ่งของไฮโดรเจน ที่มีโปรตอนและนิวตรอนอย่างละตัวในนิวเคลียส เขาเห็นโลหะ palladium ดึงดูดอะตอมของ deuterium เข้าไปหลอมรวมกัน และปลดปล่อยพลังงานออกมา เหตุการณ์ทั้งหมดนี้ เกิดขึ้นขณะที่ในห้องทดลองมีอุณหภูมิเพียง 30 องศาเซลเซียส เท่านั้นเอง

แต่เมื่อนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก เร่งรัดทำการทดลองตรวจสอบความถูกต้องของการทดลองนี้ โดยใช้อุปกรณ์ลักษณะเดียวและขนาดเดียวกับที่ Pons และ Fleiscman ใช้ กลับไม่มีใครเห็นเหตุการณ์ปลดปล่อยพลังงานเลย

เมื่อความจริงปรากฏออกมาว่า Pons และ Fleischman ลวงโลก ชื่อเสียงและศักดิ์ศรีของนักวิทยาศาสตร์ทั้งสอง จึงไม่มีอะไรเหลือ และ ณ วันนี้ก็ไม่มีใครสนใจว่าคนทั้งสองกำลังการทดลองเรื่องอะไร และ ณ ที่ใด

เหตุการณ์ fusion ที่อุณหภูมิต่ำหรือที่เรียกว่า cold fusion นี้ ได้ทำให้นักฟิสิกส์ปักใจเชื่อว่า กว่ามนุษย์จะมีพลังงานรูปแบบนี้ใช้ คงต้องใช้เวลาจากวันนี้อีก 50 ปี

แต่เมื่อเดือนมีนาคมปีกลายนี้ วารสาร Science ซึ่งเป็นวารสารชั้นนำของโลกก็ได้เสนอรายงานการวิจัยว่า มีผู้พบวิธีทำ cold fusion อีก โดยใช้เทคนิคใหม่ที่ Rusi Taleyarkhan แห่ง Oak Ridge National Laboratory ในรัฐ Tennessee สหรัฐอเมริกา เรียกว่า acoustic cavitation โดย Taleyarkhan ได้สร้างฟองอากาศขึ้นในของเหลว acetone แล้วใช้คลื่นเสียงพลังงานสูง อัดฟองอากาศให้ยุบตัวอย่างรวดเร็ว มีผลทำให้อากาศภายในฟองมีความดันสูง และฟองมีอุณหภูมิสูงมาก จนพลังงานเสียงที่ฟองได้รับถูกเปลี่ยนไปเป็นพลังงานแสง จึงทำให้เขาสามารถเห็นแสงได้ นี่คือปรากฏการณ์ sonolumine scence ที่นักฟิสิกส์ได้รู้จักมานาน แต่สำหรับเหตุการณ์นี้ Taleyarkhan อ้างว่าเขาสามารถเห็นอนุภาคนิวตรอน และอนุภาค tririum (3H) หลุดออกมาด้วย

  • ความแตกต่างของ acetone ธรรมดา (CH3COCH3) กับ acetone ที่ Taleyarkhan ใช้คือ (CD3COCD3) ซึ่งมี deuterium แทน hydrogen อยู่ 6 อะตอม อนุภาคโปรตอนและนิวตรอน ที่เขาอ้างว่าเห็นนั้น เกิดจากปฏิกิริยา
     
    • 2D + 2D => 3T + proton
    • หรือ 2D + 2D => 3He + neutron
และในการทำฟองอากาศ Taleyarkhan ได้ใช้อนุภาคนิวตรอนพลังงานสูง ระดมยิง acetone เมื่อโมเลกุลของ acetone ได้รับพลังงาน มันจะมีอุณหภูมิสูงและระเหยเป็นไอ รวมกันเป็นฟองอากาศ ที่มีขนาดตั้งแต่ 1 มิลลิเมตรขึ้นไป จึงอาจมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า แต่เมื่อถูกคลื่นเสียงอัด มันจะหดตัวกลับ จากการมีขนาดใหญ่ระดับมิลลิเมตร เป็นระดับนาโนเมตร ที่เล็กกว่า ราว 1 ล้านเท่า พลังงานความร้อนที่เกิดขึ้น จะอัดอะตอมของ deuterium (2D) ให้หลอมรวมกัน แล้วมีอนุภาคนิวตรอนและโปรตอนหลุดออกมา แต่โปรตอนจะถูก aceton ดึงดูด ส่วนนิวตรอนจะสามารถเล็ดลอดออกมา ซึ่ง Taleyarkhan อ้างว่าเขาตรวจพบนิวตรอนจริงๆ ซึ่งนั่นคือ ผลพวงที่ได้จากการหลอมรวมอะตอมที่เบาของ deuterium เป็นอะตอมของธาตุที่หนักกว่า เช่น tritium หรือ helium ซึ่งนี่ก็คือ cold fusion อีกรูปแบบหนึ่ง

แต่เมื่อเดือนตุลาคมที่ผ่านมานี้ K.S. Suslick และ K.J. Kolbeck แห่งมหาวิทยาลัย lllinois ในสหรัฐอเมริกาได้ทำการทดลองเรื่องนี้ซ้ำ และพบว่าปฏิกิริยาเปลี่ยนพลังงานเสียงเป็นพลังงานแสง (sonoluminescence) ที่ใช้เวลานาน 0.000000000000001 วินาทีนี้ เกิดจากปฏิกิริยาเคมี มิได้เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ ดังที่ Taleyarkhan คิด และพลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นก็ไม่มากพอที่จะทำให้เราได้พลังงานรูปแบบ fusion

ข้อเสนอ ณ วันนี้ จึงมีว่านักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถสร้างปฏิกิริยา fusion ที่มีอุณหภูมิต่ำได้ และ fusion นั้นก็ยังคงเป็นพลังงานในฝันของมนุษยชาติในอนาคต ทั้ง ๆ ที่สหรัฐอเมริกา ได้ทุ่มเงิน 765,000 ล้านบาท ไปเพื่อศึกษาเรื่องนี้แล้ว แต่เราก็ยังไม่สามารถได้พลังงาน fusion มากและต่อเนื่อง
ในอนาคต เราจึงมีโครงการ International Thermonuclear Reactor (ITER) และ Fusion lgnition Research Experiment (FIRE) ที่มุ่งหาพลังงานจาก Hot fusion โดยอาศัยความร่วมมือจากนักวิทยาศาสตร์หลายชาติ เช่น สหรัฐฯ ญี่ปุ่น แคนาดา และสเปน เพื่อสร้างแก๊สที่ร้อน 100 ล้านองศา ให้หลอมรวมในสนามแม่เหล็กความเข้มสูง ซึ่งจะปลดปล่อยพลังงานออกมา 4x109 วัตต์ ในอีก 30 ปี