หลายคนอาจจะทราบกันดีว่า ปฏิกิริยานิวเคลียร์แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ ปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิชชัน และปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิวชัน

ปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิชชัน

เป็นปฏิกิริยาที่นิวเคลียสของธาตุหนัก แตกตัวกลายเป็นนิวเคลียสของธาตุที่เบากว่า พร้อมกับอนุภาคนิวตรอนอิสระ และพลังงาน ปฏิกิริยานิวเคลียร์ประเภทนี้ เราควบคุมได้ง่าย โดยจากการจำกัดจำนวนนิวตรอนอิสระที่เกิดขึ้นไม่ให้ไปชนกับธาตุหนักเพื่อเร่งปฏิกิริยา

ปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิวชัน

เป็นปฏิกิริยาที่นิวเคลียสของธาตุเบา รวมกันกลายเป็นนิวเคลียสของธาตุหนัก พร้อมปลดปล่อยพลังงานมหาศาล และแน่นอนว่ามันควบคุมได้ยากกว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิชชัน ปฏิกิริยานิวเคลียร์นี้พบได้ในธรรมชาติ เช่น บนดวงอาทิตย์ที่เกิดขึ้นอยู่ตลอดเวลา

ระบบแม่เหล็กแรงสูงแบบใหม่ ช่วยให้การควบคุมปฏิกิริยาดีขึ้น

การควบคุมปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิวชัน เป็นเรื่องตลกและเรื่องท้าทายที่นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเราต้องรอไปอีก 30 ปี กว่าเครื่องมือหรือเทคโนโลยีจะพร้อมสำหรับการควบคุมปฏิกิริยานี้ได้ แต่ตอนนี้นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย MIT อาจจะทำได้ แถมยังมีขนาดเล็ก และจ่ายพลังงานสูงยาวนานกว่าที่ฝรั่งเศสกำลังทำอยู่ก็เป็นได้

หนึ่งในเทคโนโลยีที่สำคัญที่มีส่วนในการควบคุมปฏิกิริยานิวเคลียร์คือ ระบบแม่เหล็กแรงสูง แบบใหม่ที่อาจทำให้เตาปฏิกรณ์จ่ายพลังงานได้มาก และทาง MIT ยังโฆษณาอีกว่าอาจให้ได้แทบไม่สิ้นสุด ระบบแม่เหล็กที่นำมาใช้นั้นเป็นตัวนำยิ่งยวด ใช้ธาตุหายากอันดับต้นๆของโลก ที่เรียกว่า Barium Copper Oxide โดยมีลักษณะเป็นแผ่นเทป ใช้ในการสร้างขดลวดสนามแม่เหล็กแรงสูง ซึ่งนักวิจัยได้ออกแบบใหม่ ต่างจากระบบแม่เหล็กแบบดั้งเดิมทั้งหมด

ระบบแม่เหล็กแบบเดิมนั้น เมื่อเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิวชัน มันจะกักเก็บ (ดึงดูด) พลาสม่าร้อน ได้ไม่ดี- เป็นสถานะของสสารในรูปแบบที่ 4 คล้ายแก๊สแต่มีประจุ ไม่ดึงดูดกันทางไฟฟ้า เนื่องจากมีความร้อนสูง (สถานะพื้นฐานของสสารที่เรารู้จัก คือ ของแข็ง ของเหลว และแก๊ส) ทำให้พลาสม่าร้อนกระจายออกนอกระบบเตาปฏิกรณ์ได้ แต่ระบบแม่เหล็กแบบใหม่นี้จะสร้างสนามแม่เหล็กแรงสูงมาก ช่วยให้มันกักเก็บพลาสม่าร้อนได้ดียิ่งขึ้น (พอเก็บความร้อนได้ดี ก็นำไปต้มน้ำ สร้างไอน้ำไปปั่นไฟ ได้นานและมีประสิทธิภาพมากขึ้น)

ข้อดีของระบบแม่เหล็กแบบใหม่นี้คือ มีขนาดเล็กกว่าเป็นอย่างมาก ส่งผลให้เตาปฏิกรณ์มีขนาดเล็กลงอย่างไม่ต้องสงสัย ราคาถูกกว่าเดิม และสร้างได้รวดเร็วภายในระยะเวลาไม่นาน รูปแบบเตาปฏิกรณ์ฟิวชันใหม่นี้ มีรูปร่างทางเรขาคณิตที่เรียกว่า “Tokamak” หรือรูปทรงโดนัส (ดังรูป) นั่นเอง

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ข่าวฟิสิกส์ — Credit Illustration courtesy of the MIT ARC team

รู้หรือไม่?

หากเราทราบวงจรปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิวชันบนดวงอาทิตย์ ซึ่งเกิดจากการรวมตัวกันของไฮโดรเจนกลายเป็นฮีเลียมและปฏิกิริยาอื่นๆที่ตาม และทราบมวลรวมของดวงอาทิตย์ด้วย (คำนวณจากกฎแรงโน้มถ่วงสากล) จะทำให้เราประมาณได้ว่าเมื่อไหร่ดวงอาทิตย์จะหมดอายุขัย

แปลและเรียบเรียงโดย thaiphysicsteacher.com

Reference and More Detail & pics
“A small, modular, efficient fusion plant.”. [Online]. via : newsoffice.mit.edu 2015.
“Deuterium-tritium fusion” by Wykis – Own work, based on w:File:D-t-fusion.png. Licensed under Public Domain via Commons.
“Nuclear fission“. Licensed under Public Domain via Commons.