HL-4 ของจีนไม่ได้รีบผลิตไฟฟ้า แต่กำลังทดสอบ “หัวใจ” ของเตาปฏิกรณ์ฟิวชัน

จีนกำลังขยับโครงการฟิวชันจากการทดลองพลาสมาไปสู่โจทย์ด้านวิศวกรรมที่ยากกว่าเดิม นั่นคือการทำให้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง หรือ HTS สามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือภายในสภาพแวดล้อมที่ใกล้เคียงกับเตาปฏิกรณ์ฟิวชันจริง

โครงการที่ถูกจับตามองคือ HL-4 หรือ Huanliu-4 ซึ่งถูกวางให้เป็นอุปกรณ์ทดลองฟิวชันแบบกักพลาสมาด้วยสนามแม่เหล็กรุ่นที่ 4 ภารกิจเร่งด่วนของมันไม่ใช่การผลิตไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ แต่เป็นการทดสอบว่าแม่เหล็ก HTS จะรับมือกับความร้อน รังสี และแรงทางกลที่เกิดขึ้นพร้อมกันระหว่างการเดินเครื่องฟิวชันได้หรือไม่ 12

เป้าหมายหลักของ HL-4 คือทดสอบแม่เหล็กในสภาพแวดล้อมฟิวชัน

โทคาแมกใช้สนามแม่เหล็กกำลังสูงกักพลาสมา ซึ่งเป็นก๊าซไอออไนซ์ที่มีอุณหภูมิสูงอย่างยิ่ง การใช้แม่เหล็กที่สร้างสนามได้แรงขึ้นอาจช่วยให้เตาปฏิกรณ์มีขนาดกะทัดรัดลงและกักพลาสมาได้ดีขึ้น แต่การนำเทคโนโลยีนี้ออกจากห้องทดลองไปใช้กับเครื่องจักรขนาดใหญ่ยังมีอุปสรรคอีกมาก

เอกสารการประชุมระบุว่า HL-4 จะเป็นอุปกรณ์ทดลองฟิวชันแบบกักด้วยสนามแม่เหล็กรุ่นที่ 4 และเป็นแพลตฟอร์มสำหรับตรวจสอบความน่าเชื่อถือของแม่เหล็ก HTS สนามสูงอย่างเป็นระบบภายใต้ “สภาวะฟิวชันที่ซับซ้อน” 810

ประเด็นนี้สำคัญ เพราะแม่เหล็กที่ทำงานได้ดีในการทดสอบแบบควบคุม อาจต้องเผชิญความท้าทายที่หนักกว่ามากเมื่อติดตั้งใกล้พลาสมาซึ่งปล่อยภาระความร้อนสูง มีรังสี และสร้างแรงแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่ แม่เหล็ก โครงสร้างรองรับ ระบบทำความเย็น แหล่งจ่ายไฟ และระบบควบคุมจึงต้องทำงานประสานกันอย่างเสถียร

HL-4 ต่อจากสายพัฒนา HL-1 ถึง HL-3

HL-4 เป็นผู้สืบต่อจากชุดอุปกรณ์ที่พัฒนาโดย สถาบันฟิสิกส์ตะวันตกเฉียงใต้ หรือ SWIP ของจีน สายการพัฒนานี้ครอบคลุม HL-1, HL-1M, HL-2A และ HL-3 โดย HL-3 เดิมใช้ชื่อว่า HL-2M เครื่องรุ่นก่อนหน้าเหล่านี้สนับสนุนการวิจัยพลาสมาประสิทธิภาพสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง 2627

HL-3 สร้างพลาสมาครั้งแรกในปี 2020 และเริ่มเดินเครื่องในโหมดกักพลาสมาสูง หรือ H-mode ในปี 2023 2627 ส่วนผลการทดลองปี 2025 ให้ตัวเลขอุณหภูมิไอออนแตกต่างกันเล็กน้อยตามแหล่งข้อมูลและหมุดหมายที่อ้างถึง โดยประกาศอย่างเป็นทางการของ CNNC ระบุ 117 ล้านองศาเซลเซียส ขณะที่รายงานอื่นอธิบายตัวเลขดังกล่าวเป็นราว 120 ล้านองศาเซลเซียส พร้อมอุณหภูมิอิเล็กตรอน 160 ล้านองศาเซลเซียส 19

ดังนั้น ช่วงตัวเลขที่ปลอดภัยกว่าคือ 117–120 ล้านองศาเซลเซียส ไม่ใช่ตัวเลขเดียวที่ไม่มีข้อแตกต่างในแหล่งข้อมูล 1825

อย่างไรก็ตาม HL-4 ไม่ได้ถูกออกแบบมาเพียงเพื่อทำลายสถิติอุณหภูมิพลาสมาอีกครั้ง บทบาทของมันคือการตรวจสอบว่าแม่เหล็กและระบบวิศวกรรมที่จำเป็นต่อการเดินเครื่องสนามสูงและการทำงานต่อเนื่อง จะทนต่อสภาวะที่พลาสมาสร้างขึ้นได้หรือไม่

เป้าหมายแม่เหล็ก 25 เทสลา: จากแผนวิจัยสู่ห่วงโซ่อุตสาหกรรม

กลุ่มความร่วมมือนวัตกรรมเขตสามเหลี่ยมปากแม่น้ำแยงซี ซึ่งนำโดย China Fusion Energy ประกาศโครงการพัฒนาแม่เหล็กโทคาแมกสนามสูงแบบ HTS เพื่อให้สอดคล้องกับข้อกำหนดของ HL-4

กลุ่มความร่วมมือนี้มีหน่วยงานวิจัยและภาคอุตสาหกรรม 9 แห่งเข้าร่วม รวมถึง China Fusion Energy, Shanghai Superconductor, Eastern Superconductor, มหาวิทยาลัยเจียวทงเซี่ยงไฮ้ และ Shanghai Electric Nuclear Power Group 56

แผนงานกำหนดเป้าหมายสร้าง สายพัฒนาและทดสอบแม่เหล็ก HTS สนามสูงขนาด 25 เทสลาให้เสร็จภายในปี 2028 และพัฒนาแม่เหล็กต้นแบบให้เสร็จภายในปี 2030 45

เป้าหมายนี้ทำให้ HL-4 มีความหมายมากกว่าการประกาศสร้างสถานีทดลองเพียงแห่งเดียว เพราะยังหมายถึงการสร้างขีดความสามารถด้านการผลิตและรับรองคุณภาพแม่เหล็กในประเทศ การทำให้โครงการสำเร็จไม่ได้ขึ้นอยู่กับการผลิตวัสดุตัวนำยิ่งยวดเท่านั้น แต่ยังต้องมีการผลิตขดลวด โครงสร้างรองรับ ระบบทำความเย็นอุณหภูมิต่ำ แหล่งจ่ายไฟ ระบบทดสอบ และความสามารถในการประกอบทุกส่วนเข้ากับสภาพแวดล้อมของโทคาแมก

ขดลวด 582 ตันสะท้อนความยากของฮาร์ดแวร์ฟิวชัน

อีกโครงการหนึ่งในเมืองเหอเฝย์แสดงให้เห็นขนาดของความท้าทายด้านฮาร์ดแวร์ได้ชัดเจน นักวิจัยจีนสร้างและทดสอบขดลวดตัวนำยิ่งยวดน้ำหนัก 582 ตัน ซึ่งถูกระบุว่าเป็นแม่เหล็กฟิวชันที่ใหญ่ที่สุดในโลก ขดลวดรูปตัว D มีขนาดประมาณ 21 เมตรคูณ 12 เมตร และสร้างขึ้นสำหรับโทคาแมก BEST หรือ Burning Plasma Experimental Superconducting Tokamak 113

BEST อยู่ระหว่างการก่อสร้าง โดยมีเป้าหมายสาธิตการได้กำลังฟิวชันสุทธิและการผลิตไฟฟ้าราวปี 2030 14 การทดสอบแม่เหล็กขนาดมหึมาสำเร็จจึงถือเป็นหมุดหมายสำคัญด้านการผลิตและการบูรณาการระบบ แสดงให้เห็นความคืบหน้าในการสร้างส่วนประกอบสำหรับกักพลาสมาที่ร้อนจัดในระดับเตาปฏิกรณ์

แต่ความสำเร็จนี้ยังไม่ได้หมายความว่าจีนมีเตาปฏิกรณ์ฟิวชันเชิงพาณิชย์แล้ว หรือสามารถผลิตไฟฟ้าฟิวชันได้อย่างต่อเนื่องและคุ้มทุน เป้าหมายของ BEST ในปี 2030 ยังคงเป็นการสาธิตที่วางแผนไว้ เช่นเดียวกับ HL-4 และแม่เหล็ก 25 เทสลาที่ยังอยู่ในขั้นหมุดหมายด้านวิศวกรรม 14

ฟิวชันกำลังกลายเป็นยุทธศาสตร์อุตสาหกรรม

เมื่อพิจารณาร่วมกัน ทั้งการออกแบบ HL-4 โครงการแม่เหล็ก 25 เทสลา และฮาร์ดแวร์ของ BEST สะท้อนว่าจีนไม่ได้มุ่งแข่งขันเฉพาะด้านฟิสิกส์พลาสมาเท่านั้น แต่กำลังสร้างความสามารถตั้งแต่วัสดุตัวนำยิ่งยวด การผลิตแม่เหล็ก การทดสอบขนาดใหญ่ ไปจนถึงวิศวกรรมเตาปฏิกรณ์ โดยเชื่อมโยงสถาบันวิจัยกับบริษัทอุตสาหกรรมที่ได้รับการสนับสนุนจากรัฐ 59

พลังงานฟิวชันยังถูกจัดให้เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีอนาคตที่จีนให้ความสำคัญในช่วงแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมระยะ 5 ปี ฉบับที่ 15 ซึ่งครอบคลุมถึงปี 2030 33 ขณะเดียวกัน มีรายงานบางส่วนประเมินว่าจีนอาจลงทุนในอุตสาหกรรมฟิวชันมากกว่า 300,000 ล้านหยวนก่อนปี 2030 แต่ตัวเลขนี้ควรเข้าใจว่าเป็นประมาณการด้านนโยบายและอุตสาหกรรม ไม่ใช่งบประมาณของ HL-4 ที่ได้รับการยืนยัน 37

เป้าหมายเชิงยุทธศาสตร์คือการลดการพึ่งพาอุปกรณ์และวัสดุจากต่างประเทศ สร้างห่วงโซ่อุปทานฟิวชันภายในประเทศ และสะสมประสบการณ์จากฟิสิกส์ทดลองไปสู่วิศวกรรมเตาปฏิกรณ์ ซึ่งทำให้โครงการของจีนเป็นส่วนหนึ่งของการแข่งขันระดับนานาชาติเพื่อเปลี่ยนฟิวชันให้เป็นเทคโนโลยีพลังงานที่ใช้งานได้จริง

สรุป: จีนกำลังแก้โจทย์ “ทำให้ระบบอยู่รอด” ก่อนผลิตไฟฟ้า

การเปิดเผยรายละเอียดของ HL-4 ไม่ใช่การประกาศว่าพลังงานฟิวชันมาถึงแล้ว แต่เป็นการระบุโจทย์วิศวกรรมลำดับถัดไปที่จีนต้องการแก้ นั่นคือการพิสูจน์ว่าแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงจะทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมที่ใกล้เคียงกับเตาปฏิกรณ์ฟิวชันจริง โดยมีโครงการที่เกี่ยวข้องตั้งเป้าแม่เหล็กต้นแบบ 25 เทสลาภายในปี 2030

ผลการทดลองพลาสมาอุณหภูมิสูงของ HL-3 ขดลวดแม่เหล็กน้ำหนัก 582 ตันของ BEST และเครือข่ายการผลิตแม่เหล็ก HTS ที่กำลังวางแผน ล้วนชี้ว่าจีนกำลังขยับเข้าสู่การทดลองด้านวิศวกรรมขนาดใหญ่ขึ้น

แต่หมุดหมายที่ निर्णायकยังอยู่ข้างหน้า ได้แก่ การเดินเครื่องระยะยาวอย่างเชื่อถือได้ การผลิตพลังงานสุทธิ และการผลิตไฟฟ้าที่คุ้มทุน ซึ่งยังไม่มีโครงการใดในกลุ่มนี้พิสูจน์ได้สำเร็จในเวลานี้