จีนพลิกโฉมพลังงานโลก พัฒนาแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด ดวงอาทิตย์ประดิษฐ์ สำเร็จ

ก้าวกระโดดครั้งสำคัญของมนุษยชาติในการแสวงหาขุมพลังงานที่ไม่มีวันหมดสิ้น เมื่อโครงการ ดวงอาทิตย์ประดิษฐ์ ของจีนบรรลุหมุดหมายทางวิศวกรรมขั้นสูงสุดด้วยการพัฒนาและทดสอบระบบแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดสัญชาติจีนได้สำเร็จ 100% พร้อมวางรากฐานทางเทคโนโลยีฟิวชันระดับโลกที่ส่งแรงขับเคลื่อนเชิงยุทธศาสตร์มาถึงประเทศไท ยและภูมิภาคอาเซียนอย่างยั่งยืน

ความสำเร็จครั้งประวัติศาสตร์ของระบบแม่เหล็กในเตาปฏิกรณ์ EAST

สำนักข่าวซินหัว (Xinhua) รายงานจากเมืองเหอเฝย มณฑลอันฮุย ทางตะวันออกของประเทศจีน ว่าโครงการ “ดวงอาทิตย์ประดิษฐ์” ของจีน หรือที่มีชื่ออย่างเป็นทางการว่า เตาปฏิกรณ์โทคาแมกตัวนำยิ่งยวดขั้นสูงเชิงทดลอง (EAST) ได้บรรลุหมุดหมายสำคัญทางวิศวกรรมครั้งใหญ่ในการพัฒนาระบบแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดสำหรับเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน

รายงานข่าวระบุว่า สถาบันพลาสมาฟิสิกส์ประจำสถาบันฟิสิกส์แห่งเหอเฝย สังกัดสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน ได้เสร็จสิ้นกระบวนการพัฒนา การตรวจรับ และการทดสอบประสิทธิภาพเต็มรูปแบบของระบบแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดหลักสำหรับเตาปฏิกรณ์ฟิวชันในอนาคตจำนวน 2 ตัว

โดยโครงการดวงอาทิตย์ประดิษฐ์ของสาธารณรัฐประชาชนจีน หรือที่รู้จักในนามเตาปฏิกรณ์โทคาแมกตัวนำยิ่งยวดขั้นสูงเชิงทดลอง (Experimental Advanced Superconducting Tokamak หรือ EAST) ซึ่งตั้งอยู่ที่เมืองเหอเฝย มณฑลอันฮุยทางตะวันออกของจีน ได้บรรลุหมุดหมายสำคัญทางวิศวกรรมครั้งประวัติศาสตร์ในการพัฒนาระบบแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดสำหรับเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน โดยสถาบันพลาสมาฟิสิกส์ประจำสถาบันฟิสิกส์แห่งเหอเฝย สังกัดสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน ได้เสร็จสิ้นกระบวนการพัฒนา การตรวจรับอย่างเป็นทางการ และการทดสอบประสิทธิภาพเต็มรูปแบบของระบบแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดหลักสำหรับเตาปฏิกรณ์ฟิวชันในอนาคตจำนวน 2 ตัวเป็นที่เรียบร้อยแล้ว ความสำเร็จในครั้งนี้ถือเป็นเครื่องยืนยันถึงขีดความสามารถทางเทคโนโลยีขั้นสูงที่สามารถก้าวขึ้นสู่ระดับแนวหน้าของโลกได้อย่างแท้จริง

ระบบแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดหลักทั้งสองตัวที่ผ่านการทดสอบอันเข้มงวดนี้ ประกอบด้วยแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดสนามวงแหวน (Toroidal-field Superconducting Magnet) และขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าตัวนำยิ่งยวดส่วนกลางแบบอุณหภูมิสูง (High-temperature Superconducting Central Solenoid Coil) ซึ่งความน่าภาคภูมิใจสูงสุดของโครงการนี้คือ เทคโนโลยีหลักที่จำเป็นและมีความสำคัญทั้งหมดได้รับการวิจัยและพัฒนาขึ้นภายในประเทศจีนเองโดยสมบูรณ์ ส่งผลให้ระบบแม่เหล็กดังกล่าวจัดอยู่ในกลุ่มเทคโนโลยีที่มีความก้าวหน้าและความล้ำสมัยมากที่สุดของโลกในแง่ของประสิทธิภาพโดยรวม ทั้งยังเป็นการทำลายข้อจำกัดด้านการพึ่งพาเทคโนโลยีจากภายนอกประเทศ และสร้างอำนาจการแข่งขันในตลาดพลังงานอนาคตได้อย่างมั่นคง

การบรรลุเป้าหมายทางวิศวกรรมที่ยิ่งใหญ่ในครั้งนี้ไม่เพียงแต่เป็นผลดีต่อการทดลองภายในประเทศจีนเท่านั้น แต่ยังเป็นแรงขับเคลื่อนทางเศรษฐกิจและนวัตกรรมพลังงานสะอาดในระดับสากล เนื่องจากระบบแม่เหล็กกำลังสูงดังกล่าวเป็นหัวใจสำคัญในการควบคุมและกักเก็บพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงมหาศาลให้อยู่ในสภาวะที่เสถียร การพัฒนาชิ้นส่วนเชิงยุทธศาสตร์นี้ได้สร้างความเชื่อมั่นอย่างสูงให้แก่นักลงทุนและนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกในการเปลี่ยนผ่านจากพลังงานฟอสซิลไปสู่พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งเป็นพลังงานสะอาด ปลอดภัย และไร้ขีดจำกัดที่จะเข้ามาแก้ไขวิกฤตการณ์สภาพภูมิอากาศโลกแปรปรวนในระยะยาวอย่างยั่งยืน

การก้าวข้ามขีดจำกัดความหนาแน่นพลาสมาและสถิติโลกใหม่

นอกเหนือจากความสำเร็จอันโดดเด่นในด้านระบบแม่เหล็กแล้ว คณะนักวิจัยในโครงการดวงอาทิตย์ประดิษฐ์ EAST ยังได้ค้นพบวิธีก้าวข้ามขีดจำกัดความหนาแน่นของพลาสมาในการทดลอง ซึ่งถือเป็นการวางรากฐานทางฟิสิกส์ที่สำคัญเป็นอย่างยิ่งสำหรับการเดินเครื่องในโหมดความหนาแน่นสูงของเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันแบบกักเก็บพลาสมาด้วยสนามแม่เหล็ก โดยความหนาแน่นของพลาสมานั้นเป็นปัจจัยเชิงโครงสร้างที่ส่งผลกระทบโดยตรงต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาฟิวชัน ซึ่งเดิมทีนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกต่างต้องเผชิญกับกำแพงทางฟิสิกส์ที่ไม่สามารถทำให้พลาสมามีความหนาแน่นสูงเกินกว่าจุดที่กำหนดได้ แต่การค้นพบครั้งนี้ช่วยทลายข้อจำกัดดังกล่าวและนำพลาสมาเข้าสู่สภาวะใหม่ที่เรียกว่าโซนปลอดข้อจำกัดความหนาแน่น (Density-free Zone) ได้สำเร็จเป็นครั้งแรกของโลก

งานวิจัยเชิงนวัตกรรมระดับโลกนี้เกิดจากความร่วมมือทางวิชาการและเทคโนโลยีที่ไร้พรมแดน ระหว่างสถาบันฟิสิกส์พลาสมาของสถาบันวิทยาศาสตร์กายภาพเหอเฝย สังกัดสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหัวจง และมหาวิทยาลัยแอกซ์-มาร์แซย์ของประเทศฝรั่งเศส รวมถึงหน่วยงานพันธมิตรอื่นๆ โดยผลงานการค้นพบสภาวะใหม่ในโทคาแมคนี้ได้รับการตีพิมพ์และเผยแพร่ในวารสารวิชาการระดับโลกอย่าง ไซแอนซ์ แอดวานซ์ (Science Advances) ซึ่งเป็นการยืนยันเชิงทดลองครั้งแรกที่ช่วยเปิดมุมมองใหม่และสร้างความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับพฤติกรรมของพลาสมาในสภาวะอุณหภูมิและความกดดันสูง

ความสำเร็จในการควบคุมพลาสมานี้ยังสอดรับกับสถิติโลกที่เตาปฏิกรณ์ EAST ได้บันทึกไว้ โดยตัวเครื่องสามารถรักษาเสถียรภาพและเดินเครื่องพลาสมาในโหมดการกักเก็บสูงในสถานะคงตัว (Steady-state High-confinement Plasma Operation) ได้ยาวนานถึง 1,066 วินาที ซึ่งเป็นการทำลายสถิติเดิมของโลกและนับเป็นก้าวสำคัญที่ขยับเข้าใกล้การผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานฟิวชันในเชิงพาณิชย์ การรักษาสภาพพลาสมาให้เสถียรได้นานขนาดนี้แสดงให้เห็นว่าระบบการควบคุมสนามแม่เหล็กและการจ่ายพลังงานของจีนมีประสิทธิภาพสูงและมีความพร้อมที่จะพัฒนาต่อยอดไปสู่ระบบโรงไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ที่ใช้งานได้จริงในอนาคตอันใกล้

เตาปฏิกรณ์รุ่นใหม่ HL-3 กับการก้าวสู่ยุคการเผาไหม้ฟิวชัน

ในอีกด้านหนึ่งของความก้าวหน้า สถาบันฟิสิกส์ตะวันตกเฉียงใต้ (Southwestern Institute of Physics) ซึ่งเป็นหน่วยงานในสังกัดของบริษัทนิวเคลียร์แห่งชาติจีน (China National Nuclear Corporation หรือ CNNC) ก็ได้สร้างความสั่นสะเทือนให้แก่วงการวิทยาศาสตร์โลกด้วยการประกาศความสำเร็จของเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันดวงอาทิตย์ประดิษฐ์รุ่นใหม่ล่าสุดในรหัส HL-3 โดยตัวเครื่องสามารถทำอุณหภูมิของนิวเคลียสอะตอมได้สูงถึง 117 ล้านองศาเซลเซียส และทำอุณหภูมิของอิเล็กตรอนได้สูงถึง 160 ล้านองศาเซลเซียสเป็นครั้งแรก ความสำเร็จดังกล่าวส่งผลให้ค่าพารามิเตอร์รวมของผลคูณสามประการด้านการหลอมรวม (Fusion Triple Product) เติบโตขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และเป็นสัญญาณบ่งชี้ว่าการวิจัยนิวเคลียร์ฟิวชันของจีนได้ก้าวเข้าสู่สถานะการทดลองเผาไหม้ (Combustion Experiment Stage) อย่างเป็นทางการ

เบื้องหลังความสำเร็จของเตาปฏิกรณ์ HL-3 นั้นเกิดจากการพึ่งพาตนเองในการวิจัยและติดตั้งอุปกรณ์แกนหลักระดับโลกหลายประเภท เช่น เครื่องกำเนิดคลื่นไมโครเวฟกำลังสูง Gyrotron ที่พัฒนาขึ้นเอง ซึ่งสามารถจ่ายกำลังงานได้สูงสุดถึง 2.5 เมกะวัตต์ ทำให้สามารถควบคุมการก่อตัวของเกราะป้องกันการขนส่งภายในของอิเล็กตรอนได้อย่างแม่นยำ ส่งผลให้อิเล็กตรอนมีอุณหภูมิสูงทะลุ 160 ล้านองศาเซลเซียส นอกจากนี้ยังมีระบบทำความร้อนด้วยการฉีดลำอนุภาคที่เป็นกลางกำลังสูง (Neutral Beam Injection) จำนวน 2 ระบบที่มีสิทธิบัตรเป็นของตนเอง โดยแต่ละระบบสามารถจ่ายกำลังไฟได้สูงสุดถึง 7 เมกะวัตต์ รวมถึงนวัตกรรมระบบจ่ายไฟฟ้าแรงสูงที่ให้เอาต์พุตกระแสตรงสูงถึง 120 กิโลโวลต์โดยมีความแม่นยำสูงกว่า 99%

ความล้ำสมัยของเทคโนโลยีจีนยังได้รับการยอมรับในระดับสากล ผ่านการนำระบบควบคุมอุปกรณ์ฟิวชันอัจฉริยะที่พัฒนาขึ้นเองภายใต้ชื่อ CODIS ไปประยุกต์ใช้งานในสิ่งอำนวยความสะดวกและสถาบันวิจัยฟิวชันมากกว่า 10 แห่งทั่วโลก อีกทั้งจีนยังได้ยกระดับเทคโนโลยีการเติมเชื้อเพลิงฟิวชันด้วยลำโมเลกุลความเร็วเหนือแสง (Supersonic Molecular Beam Fusion Fueling Technology) และพัฒนาระบบฉีดเชื้อเพลิงแบบไฮบริดเพื่อควบคุมการทำงานของฟิวชันพารามิเตอร์สูงได้อย่างแม่นยำ ซึ่งเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องเหล่านี้ได้รับการบรรจุเข้าเป็นส่วนหนึ่งของมาตรฐานสากล ISO เป็นที่เรียบร้อยแล้ว แสดงให้เห็นว่าจีนไม่ได้เป็นเพียงผู้ดำเนินโครงการ แต่เป็นผู้กำหนดมาตรฐานเทคโนโลยีพลังงานแห่งอนาคตของโลก

ไทยโทคาแมค-1 กับการปักหมุดอธิปไตยทางพลังงานในอาเซียน

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีจากประเทศจีนได้ส่งต่อและสร้างแรงบันดาลใจครั้งสำคัญให้แก่ประเทศไทย ผ่านโครงการเครื่องปฏิกรณ์โทคาแมคเครื่องแรกของประเทศและภูมิภาคอาเซียนในชื่อ ไทยโทคาแมค-1 (Thailand Tokamak-1 หรือ TT-1) ซึ่งตั้งอยู่ ณ สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (สทน.) อำเภอองครักษ์ จังหวัดนครนายก โดยโครงการนี้เกิดขึ้นจากสายพระเนตรอันยาวไกลของสมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี ที่ทรงเป็นองค์สักขีพยานในการรับมอบชิ้นส่วนแกนหลัก HT-6M จากสถาบัน ASIPP ของประเทศจีน การมาถึงของเครื่อง TT-1 จึงไม่ได้เป็นเพียงแค่การติดตั้งเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ แต่เป็นการวางรากฐานอธิปไตยทางพลังงานและการก้าวกระโดดครั้งสำคัญของไทยจากผู้บริโภคเทคโนโลยีสู่การเป็นผู้สร้างนวัตกรรมในระดับสากล

ในแง่ของโครงสร้างวิศวกรรม เครื่อง TT-1 ประกอบด้วยห้องสุญญากาศรูปทรงท่อโทรอยด์ที่มีรัศมีหลัก 0.65 เมตรและรัศมีรอง 0.25 เมตร โดยทำงานร่วมกับชุดขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าหลัก 4 ชุด ได้แก่ ขดลวดสนามวงแหวน ขดลวดทำความร้อนแบบโอห์มมิก ขดลวดสนามแนวตั้ง และขดลวดป้อนกลับ โดยมีระบบจ่ายไฟฟ้าศักย์สูงคอยทำหน้าที่ควบคุมกระแสไฟ พร้อมระบบสร้างสภาวะสุญญากาศขั้นสูงเพื่อรองรับการฉีดแก๊สไฮโดรเจนในการทดลองจุดพลาสมา แม้ว่าในการทดลองช่วงแรก เครื่อง TT-1 จะสามารถรักษาเสถียรภาพของพลาสมาได้เป็นเวลา 0.1 วินาที แต่นั่นถือเป็นความสำเร็จครั้งยิ่งใหญ่ในเชิงการพิสูจน์แนวคิด (Proof of Concept) และเป็นพื้นที่เรียนรู้ทางวิศวกรรมที่สำคัญของทีมนักวิทยาศาสตร์ไทย

ผลกระทบเชิงยุทธศาสตร์จากการลงทุนในเทคโนโลยีนี้คือการสร้างโครงสร้างพื้นฐานทางปัญญาและการพัฒนาทุนมนุษย์ระดับสูง โดยปัจจุบันประเทศไทยมีทีมผู้เชี่ยวชาญจำนวน 9 ท่านที่ผ่านการฝึกอบรมเข้มข้นจากสถาบัน ASIPP จนสามารถติดตั้งและเดินเครื่องได้เอง 100% นอกเหนือจากความมั่นคงทางพลังงานแล้ว เทคโนโลยีการควบคุมพลาสมาและแม่เหล็กกำลังสูงนี้ยังสามารถเกิดการถ่ายทอดและต่อยอดไปสู่อุตสาหกรรมเกี่ยวเนื่อง (Technological Spillover) เช่น วิศวกรรมอวกาศ ระบบรถไฟความเร็วสูงพลังแม่เหล็ก Maglev และการแพทย์ขั้นสูงอย่างระบบ MRI ตามโรดแมปยุทธศาสตร์ 30 ปี ประเทศไทยตั้งเป้าหมายที่จะออกแบบและสร้างเครื่องโทคาแมคเครื่องใหม่ด้วยฝีมือคนไทยโดยใช้เทคโนโลยีแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดภายในปี พ.ศ. 2576 และก้าวไปสู่การผลิตไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ร่วมกับโครงการระดับโลกอย่าง ITER ภายในปี พ.ศ. 2589 เพื่อนำพาประเทศสู่ความยั่งยืนในศตวรรษหน้า

#EAST #HL3 #TT1 #ดวงอาทิตย์ประดิษฐ์ #แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด #พลังงานฟิวชัน #เทคโนโลยีพลังงานสะอาด #นวัตกรรมเปลี่ยนโลก #อธิปไตยทางพลังงาน