จีนทดสอบแม่เหล็กฟิวชันใหญ่ที่สุดในโลก หนัก 582 ตัน ปูทาง “ดวงอาทิตย์เทียม”

ความสำเร็จนี้ทำให้จีนขยับเข้าใกล้เป้าหมายการสาธิตไฟฟ้าที่เกิดจากนิวเคลียร์ฟิวชัน หรือที่มักเรียกว่า “การจุดหลอดไฟดวงแรกด้วยพลังงานฟิวชัน” ภายในราวปี 2030 มากขึ้น

แม่เหล็กหนัก 582 ตัน ใหญ่แค่ไหน

แม่เหล็ก TF มีโครงสร้างรูปตัว D และทำหน้าที่สร้าง “กรงแม่เหล็ก” เพื่อกักพลาสมาไว้ภายในห้องปฏิกรณ์ โดยมีข้อมูลสำคัญดังนี้

• น้ำหนัก: 582 ตันเมตริก
• ขนาด: ยาว 21 เมตร กว้าง 12 เมตร และสูง 3.3 เมตร
• กระแสไฟฟ้าที่ทดสอบได้อย่างเสถียร: 60 กิโลแอมแปร์
• พลังงานที่กักเก็บได้ต่อขดลวด: 6.03 เมกะจูล
• ความเข้มสนามแม่เหล็ก: ประมาณ 6.5 เทสลา หรือราว 2–4 เท่าของเครื่อง MRI ในโรงพยาบาล
• อายุการใช้งานที่ออกแบบไว้: ประมาณ 40,000 รอบพลาสมา

ระบบแม่เหล็กทั้งหมดของ BEST จะประกอบด้วยขดลวดรูปตัว D จำนวน 16 ชุด เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กทรงวงแหวนสำหรับควบคุมพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 100 ล้านองศาเซลเซียส ซึ่งร้อนกว่าบริเวณแกนกลางดวงอาทิตย์ประมาณ 6 เท่า

พูดให้เข้าใจง่ายคือ แม่เหล็กไม่ได้ทำหน้าที่ “สร้างดวงอาทิตย์” โดยตรง แต่ช่วยประคองพลาสมาที่ร้อนจัดไม่ให้สัมผัสผนังเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งเป็นหัวใจของการทดลองฟิวชันแบบโทคาแมค

เมื่อเทียบกับ ITER เป็นอย่างไร

เมื่อเทียบกับแม่เหล็กสนามโทรอยดัลของโครงการ ITER ซึ่งเป็นโครงการความร่วมมือฟิวชันระดับนานาชาติ แม่เหล็กของจีนมีจุดเด่น 2 ด้าน ได้แก่

• มีปริมาตร 1.3 เท่า ของแม่เหล็ก TF ใน ITER
• กักเก็บพลังงานได้ประมาณ 3 เท่า ของแม่เหล็กประเภทเดียวกันใน ITER

อย่างไรก็ตาม ไม่ควรตีความว่า BEST มีขนาดใหญ่กว่า ITER ทั้งระบบ เพราะ ITER ยังคงเป็นเครื่องจักรโดยรวมที่ใหญ่กว่ามาก โดยมีรัศมีหลักประมาณ 6.2 เมตร เทียบกับ BEST ที่ 3.6 เมตร

บทบาทของ BEST คือเป็นขั้นกลางระหว่างเครื่อง EAST ของจีนกับเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่กว่าอย่าง China Fusion Engineering Test Reactor หรือ CFETR โดย BEST ถูกออกแบบให้เป็นโทคาแมคดิวทีเรียม–ทริเทียมที่มีขนาดการเดินเครื่องใหญ่ที่สุดในโลกก่อน ITER จะเริ่มดำเนินงาน

โซลินอยด์ส่วนกลาง: “ตัวจุดเครื่อง” ของโทคาแมค

นอกจากแม่เหล็ก TF แล้ว ขดลวดต้นแบบโซลินอยด์ส่วนกลาง (central solenoid หรือ CS) ก็ผ่านการทดสอบขั้นสุดท้ายภายใต้โครงการ CRAFT เช่นกัน

โซลินอยด์ส่วนกลางทำหน้าที่คล้าย “ตัวจุดเครื่อง” ของโทคาแมค เพราะมีบทบาทสำคัญในการเหนี่ยวนำและรักษากระแสพลาสมา หากส่วนประกอบนี้ทำงานไม่สำเร็จ เครื่องปฏิกรณ์ก็จะเริ่มการทำงานและคงสภาวะพลาสมาไว้ได้ยาก นักวิจัย ASIPP ระบุว่า ประสิทธิภาพของมัน “กำหนดโดยตรงว่าอุปกรณ์ฟิวชันจะเริ่มทำงานและเดินเครื่องต่อไปได้หรือไม่”

พัฒนาด้วยเทคโนโลยีภายในประเทศนาน 6 ปี

แม่เหล็กทั้งสองระบบพัฒนาภายใต้โครงการ CRAFT หรือ Comprehensive Research Facility for Fusion Technology ซึ่งเป็นโครงสร้างพื้นฐานด้านวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่ของจีนในเมืองเหอเฝย์ โครงการนี้จัดตั้งขึ้นเพื่อพัฒนาและทดสอบวัสดุ ระบบ และชิ้นส่วนฟิวชันขนาดเท่าของจริง ก่อนนำไปติดตั้งใน BEST

รายละเอียดสำคัญของการพัฒนา ได้แก่

• ใช้เวลาวิจัย ออกแบบ ผลิต และทดสอบประมาณ 6 ปี
• ใช้วัสดุตัวนำยวดยิ่ง การออกแบบโครงสร้าง และกระบวนการผลิตที่ผลิตภายในจีนทั้งหมด
• เทคโนโลยีหลักของระบบแม่เหล็กบรรลุการผลิตภายในประเทศ 100% ตามข้อมูลของทีมวิจัย
• CRAFT มีเป้าหมายเป็นพื้นที่ทดสอบชิ้นส่วนฟิวชันเต็มรูปแบบ ก่อนนำไปใช้กับ BEST และโครงการที่มีขนาดใหญ่กว่าในอนาคต

จีนวางไทม์ไลน์ไว้อย่างไร

จีนกำหนดหมุดหมายของโครงการฟิวชันไว้ค่อนข้างชัดเจน

• การก่อสร้าง BEST: เริ่มวันที่ 30 มิถุนายน 2023 และมีกำหนดแล้วเสร็จภายในสิ้นปี 2027
• พลาสมาครั้งแรก: คาดว่าจะเกิดขึ้นช่วงปลายปี 2027
• การสาธิตไฟฟ้าจากฟิวชัน: ตั้งเป้าประมาณปี 2030 โดยอาจเริ่มจากการสาธิตจ่ายพลังงานให้หลอดไฟดวงแรก
• โครงการถัดไป: CFETR ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่า ถูกคาดหมายว่าจะเริ่มใช้งานได้ราวปี 2030 ส่วนโรงไฟฟ้าฟิวชันเชิงพาณิชย์ที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าจะเป็นเป้าหมายในช่วงทศวรรษถัด ๆ ไป

The Economist ประเมินว่า หากไทม์ไลน์ดังกล่าวเดินหน้าได้ตามแผน จีนอาจอยู่เร็วกว่าอีกหลายประเทศประมาณหนึ่งทศวรรษในการผลักดันฟิวชันจากห้องทดลองไปสู่การผลิตพลังงาน

อย่างไรก็ดี การทดสอบแม่เหล็กสำเร็จยังไม่เท่ากับการผลิตไฟฟ้าฟิวชันเชิงพาณิชย์ได้แล้ว ขั้นตอนต่อไปยังต้องพิสูจน์ว่า BEST สามารถสร้าง ควบคุม และรักษาพลาสมาฟิวชันได้ตามเป้าหมาย รวมถึงเปลี่ยนพลังงานจากปฏิกิริยาให้เป็นไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง