resize โครงการความร่วมมือกับ ITER: International Fusion Energy Organization - มูลนิธิเทคโนโลยีสารสนเทศตามพระราชดำริสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดา ฯ สยามบรมราชกุมารี

รูปที่ 1: ดวงอาทิตย์อาศัยพลังงานฟิวชัน

มนุษย์เราเฝ้ามองเห็นดวงอาทิตย์มาเป็นเวลาหลายหมื่นปี ความฝันของมนุษย์อย่างหนึ่งคือการสร้างดวงอาทิตย์บนโลกเพื่อเป็นแหล่งพลังงานที่ไม่สิ้นสุดของเรา แนวความคิดอันสุดแสนอัศจรรย์และท้าทายนี้สร้างแรงบันดาลใจให้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรจำนวนมากให้ทุ่มเทความรู้ความสามารถในการพัฒนาพลังงานที่ไม่สิ้นสุดนี้หรือที่เรียกอีกอย่างว่า “พลังงานฟิวชัน” มนุษย์ได้รู้จักและเรียนรู้เกี่ยวกับพลังงานฟิวชันมาร่วม 1 ศตวรรษ มีการศึกษาและพัฒนาอย่างต่อเนื่องในหลายมุมโลก ก่อให้เกิดการเพิ่มขีดความสามารถในการควบคุมนิวเคลียสอุณหภูมิสูงที่มากขึ้นเรื่อยๆและเข้าใกล้การพัฒนาไปสู่การใช้งานจริงมากขึ้นเรื่อยๆ ในหลักการนั้นพลังงานฟิวชันเกิดจากปฏิกิริยาการหลอมรวมนิวเคลียสหรือที่เรียกว่า “พลาสมา” โดยนิวเคลียสของธาตุขนาดเบารวมตัวกันเป็นนิวเคลียสของธาตุที่มีขนาดหนักขึ้น และในระหว่างทางจะมีการปลดปล่อยพลังงานจำนวมหาศาลออกมาด้วย โดยทั่วไปแล้วปฏิกิริยาฟิวชันจะปลดปล่อยพลังงานมากกว่าปฏิกิริยาเคมีทั่วไปหลายล้านเท่าเลยทีเดียว ตัวอย่างของการเกิดพลังงานฟิวชันในธรรมชาติ คือ การหลอมรวมของไฮโดรเจนในดวงอาทิตย์นั้นเอง ซึ่งพลังงานฟิวชันนี้ได้ขับเคลื่อนดวงอาทิตย์ให้ส่องสว่างและให้ความอบอุ่นกับโลกของเราและเหล่าดาวเคราะห์บริวารมานานหลายพันล้านปี จุดเด่นของพลังงานฟิวชันคือไม่มีการปล่อยก็าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศจึงถือว่าเป็นพลังงานสะอาดที่เหมาะสมกับธรรมชาติ และมีข้อดีอีกอย่างคือไม่มีกากกัมตรังสีหลงเหลือให้ต้องจัดการจึงมีความสะดวกและปลอดภัยสูง อีกทั้งเชื้อเพลิงก็มีอยู่เป็นจำนวนมากและสามารถหาได้ทั่วไปจากน้ำทะเล

การพัฒนาพลังงานฟิวชันเพื่อไปสู่โรงไฟฟ้าฟิวชันนั้นเกิดขึ้นตาม 4 ขั้นตอนได้แก่ ก.) การกำเนิดพลาสมา หรือ กระบวนการแปลงจากสถานะแก๊สสู่สถานะพลาสมา ซึ่งอาศัยกระบวนการแตกตัวของอะตอมไปเป็นไอออนของธาตุนั้นเอง ข.) การเพิ่มอุณหภูมิของพลาสมาให้สูงขึ้น กระทั่งได้รับพลังงานมากพอที่จะเอาชนะแรงผลักระหว่างนิวเคลียสของกันเองได้ ค.) กระบวนการหลอมรวมของนิวเคลียสให้กลายเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่าเดิม และเป็นขั้นตอนที่เกิดการปลดปล่อยพลังงาน ง.) การแปลงพลังงานที่ได้ไปเป็นพลังงานไฟฟ้า สองขั้นตอนแรก จะต้องใช้พลังงานป้อนเข้าจากภายนอก ส่วนขั้นตอนที่สามจึงเป็นขั้นตอนการผลิตพลังงาน ดุลยภาพเชิงพลังงานเกิดเมื่อพลังงานที่ผลิตได้ (จากขั้นตอนที่สาม) เท่ากันกับพลังงานที่ต้องใช้ (ในสองขั้นตอนแรก) ส่วนความคุ้มทุนของการผลิตพลังงานไฟฟ้า เกิดได้เมื่อพลังงานที่ได้สูงกว่าพลังงานที่ใช้มากกว่าสิบเท่าขึ้นไป

รูปที่ 2: โครงสร้างของเครื่องโทคาแมค

การพัฒนาพลังงานฟิวชันไปสู่โรงไฟฟ้าฟิวชันมีความคืบหน้าอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะหลังจากการพัฒนาเครื่องมือที่เรียกว่า เครื่องโทคาแมค ซึ่งเป็นผลงานชิ้นเอกของนักฟิสิกส์ชาวรัสเซียชื่อ Igor Tamm และ Andrei Sakharov ในช่วงต้นปี คศ 1950 เครื่องโทคาแทคอาศัยสนามแม่เหล็กความเข้มสูงในการควบคุมพลาสมาอุณหภูมิสูงในระดับร้อยล้านองศาเซลเซียสให้อยู่รวมกันและสามารถหลอมรวมกันได้ ณ ปัจจุบัน เครื่องโทคาแมคถูกสร้างขึ้นในหลายประเทศทั่วโลก เช่น รัสเซีย สหรัฐอเมริกา อังกฤษ ญี่ปุ่น เป็นต้น ในเดือนธันวาคม คศ 1997 มีการทดลองด้านพลังงานฟิวชันซึ่งเป็นก้าวที่สำคัญในการศึกษาพลังงานฟิวชันเกิดขึ้น ที่ห้องปฏิบัติการ JET ประเทศอังกฤษ คือ การทดลองหลอมรวมนิวเคลียสดิวเทอร์เรียมและตริเตรียมในภาวะอุณหภูมิสูง ซึ่งสามารถเกิดปฏิกิริยาฟิวชันได้และสามารถปลดปล่อยพลังงานจำนวน 16 MW ออกมา

รูปที่ 3: พลังงานฟิวชันจากการทดลองในห้องปฏิบัติการฟิวชันต่างๆ

ต่อมาใน ปี คศ 2004 ได้มีการจัดตั้งโครงการ ITER หรือ โครงการ International Thermonuclear Experimental Reactor ขึ้น โดยมีประเทศสมาชิกคือ สหภาพยุโรป สหรัฐอเมริกา รัสเซีย ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ จีน และอินเดีย โดยจะสร้างเครื่องโทคาแมค ITER ที่เมืองคาดาราช ประเทศฝรั่งเศส มีเป้าหมายในการผลิตพลังงานฟิวชันขนาด 500 MW อย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 1 ชม โดยจะเริ่มการทดลองครั้งแรกในปี คศ 2025 สร้างพลังงานฟิวชันในปี คศ. 2535

รูปที่ 4: พื้นที่โครงการ ITER

โครงการ ITER เป็นโครงการขนาดใหญ่ซึ่งใช้งบประมาณสูงประมาณ 2 หมื่นล้านเหรียญสหรัฐ โดยมีการพัฒนาและสร้างเทคโนโลยีใหม่ๆขึ้นมาหลายเรื่อง เช่น วัสดุทนความร้อนสูง ระบบตัวนำยิ่งยวดเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กความเข้มสูง เป็นต้น ในปัจจุบัน หลายประเทศมีเป้าหมายในการพัฒนาพลังงานฟิวชันไปสู่โรงไฟฟ้าฟิวชันในอีก 20-30 ปีข้างหน้า โดยแต่ละประเทศวาง Roadmap ไว้แตกต่างกัน เช่น ประเทศจีนตั้งเป้าหมายจะสร้างต้นแบบโรงไฟฟ้า(DEMO) ในปี 2030 และ โรงไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ภายใน 2050 (รูปที่ 1) หรือ สหภาพยุโรป ตั้งเป้าหมายจะสร้างต้นแบบโรงไฟฟ้า(DEMO) ในปี 2040 และ โรงไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ภายใน 2070 (รูปที่ 2)

รูปที่ 5: Roadmap การพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชันของประเทศจีน

รูปที่ 6: Roadmap การพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชันของสหภาพยุโรป เทคโนโลยีพลังงานฟิวชันก่อให้เกิดการพัฒนาอย่างก้าวกระโดดในหลายๆ ด้าน เช่น เทคโนโลยีการให้ความร้อน เทคโนโลยีวัสดุทนความร้อนสูง เทคโนโลยีการสร้างสนามแม่เหล็กด้วยตัวนำยิ่งยวด เป็นต้น นับเป็นก้าวย่างสำคัญอีกก้าวหนึ่งสำหรับหน้าประวัติศาสตร์พลังงานโลก

โครงการความร่วมมือกับ ITER: International Fusion Energy Organization

สมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดา ฯ สยามบรมราชกุมารี เสด็จพระราชดำเนินทอดพระเนตรการก่อสร้างอีเทอร์เมื่อวันที่ 21 พฤศจิกายน พ.ศ. 2561 และประทับเป็นประธานการลงนามข้อตกลงความร่วมมือระหว่างองค์กรพลังงานฟิวชันนานาชาติอีเทอร์และสถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) เพื่อพัฒนากำลังคน โดยคาดว่าจะเห็นพลาสมาครั้งแรกในปี ค.ศ. 2025 และการหลอมเข้าด้วยกันเพื่อให้พลังงานใน ค.ศ. 2035 ปัจจุบันอีเทอร์มีเจ้าหน้าที่ประจำ 850 คน จาก 35 ประเทศ ผู้เชี่ยวชาญและผู้รับเหมาราว 800 คน และมีผู้เชี่ยวชาญเฉพาะด้านอีกกว่า 3,000 คน จากทั่วโลก

1. ความร่วมมือกับโครงการเครื่องโทคาแมคของประเทศจีนรุ่น EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) สมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดา ฯ สยามบรมราชกุมารีเสด็จพระราชดำเนินทอดพระเนตรโครงการ EAST เมื่อวันที่ 15 กรกฎาคม พ.ศ. 2561 ซึ่งรัฐบาลจีนได้จัดพิธีมอบเครืองเครื่องโทคาแมครุ่น HT-3M ให้ไทยอย่างเป็นทางการ ส่วนประกอบหลักของ HT-3M ที่ ASIPP (Institute of Plasma Physics Chinese Academy Of Sciences) จะมอบให้ไทยคือ chamber, toroidal field coils, poloidal field coils และ central solenoid มูลค่าราว 140 ล้านบาท HT-6M เป็นรุ่นที่ 2 ที่พัฒนาขึ้นที่สถาบัน ASIPP มีขนาดกลางสร้างสนามแม่เหล็กจากโลหะทองแดงโดยนักวิจัยจีนเอง ใช้ทดลองด้านพลาสมาและฟิวชันระหว่าง ค.ศ. 1980 – 2000 มีผลงานวิชาการ และผลิตนักวิจัยด้านพลาสมาและฟิวชันจำนวนมาก ซึ่งประโยน์หลักคือการเรียนรู้เชิงวิศวกรรม และการสร้างองค์ความรู้พลาสมาอุณหภูมิสูง

1.1 แผนการพัฒนาเทคโนโลยีพลาสมาและฟิวชัน 20 ปีของไทย

การลงทุนครั้งที่ 1 : การพัฒนาเครื่องโทคาแมคของประเทศไทย แผนงบประมาณ 5 ปี 619 ล้านบาท
• การไฟฟ้าฝ่ายผลิต ปี 2562 248 ล้านบาท
• งบประมาณแผ่นดินปี 2563 171 ล้านบาท
• งบประมาณแผ่นดินปี 2564 100 ล้านบาท
• งบประมาณแผ่นดินปี 2565 100 ล้านบาท

สทน.จะดำเนินการให้บรรลุเป้าหมายด้วยการทำงานเป็นภาคีร่วมกับ
• มหาวิทยาลัย 19 แห่ง
• การไฟฟ้าฝ่ายผลิต
• สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน)

1.2 มีการผลิตปริญญาโทและเอกราว 15 คน/ปี โดยภาคีสมาชิกในประเทศไทยมีทั้งหมด 19 สถาบัน ได้แก่ สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ มหาวิทยาลัยพระจอมเกล้าธนบุรี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ มหาวิทยาลัยทักษิณมหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยนครพนม มหาวิทยาลัยบูรพา มหาวิทยาลัยมหิดล มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง มหาวิทยาลัยมหาสารคาม มหาวิทยาลัยวลัยลักษณ์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี มหาวิทยาลัยขอนแก่น และมหาวิทยาลัยแม่โจ้

1.3 การพัฒนากำลังคนร่วมกับต่างประเทศ : (ITER : International Fusion Energy Organization) , (CEA : French Alternatives Energies and Atomic Energy Commission) ของฝรั่งเศส และ (NIFS : National Institute for Fusion Science) ของญี่ปุ่น

1) ASEAN School on Plasma and Nuclear Fusion เป็นความร่วมมือระหว่าง สทน และ CEA ประเทศฝรั่งเศส และ NIFS ประเทศญี่ปุ่น วัตถุประสงค์เพื่อให้ความรู้และสร้างความตระหนักเกี่ยวกับความก้าวหน้าของเทคโนโลยีฟิวชัน

2) ITER International School (IIS) วัตถุประสงค์เพื่อบ่มเพาะและสร้างนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรรุ่นใหม่สำหรับการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชันและสาขาอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องและการพัฒนาศักยภาพในการบูรณาการองค์ความรู้ด้านต่างๆ สำหรับการพัฒนาในโครงการ ITER

3) โครงการนักวิจัยไทยไป ITER วัตถุประสงค์เพื่อสร้างนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรรุ่นใหม่ของประเทศไทยสำหรับการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชัน และเตรียมการไปสู่ความร่วมมือในการวิจัยกับ ITER ในอนาคต