ภายในปี 2568 ประชากรโลกคาดว่าจะสูงถึงแปดพันล้านคน ในช่วงเปลี่ยนศตวรรษหน้าอาจมีมากถึง 12 พันล้าน แม้ว่าประเทศอุตสาหกรรมจะหาทางลดการใช้พลังงานลงได้ แต่จำนวนประชากรที่เพิ่มขึ้นอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อนนี้ ควบคู่ไปกับความเจริญที่เพิ่มขึ้นในประเทศกำลังพัฒนา จะทำให้เกิดความต้องการอย่างมากในการจัดหาพลังงานทั่วโลก เนื่องจากแหล่งพลังงานหลักของเรา
เชื้อเพลิงฟอสซิล
เริ่มหมดลง และการเผาไหม้ทำให้เกิดความกังวลด้านสิ่งแวดล้อมมากขึ้น เผ่าพันธุ์มนุษย์ต้องเผชิญกับความท้าทายในการค้นหาแหล่งพลังงานใหม่ พลังงานนิวเคลียร์แบบเดิมก่อให้เกิดกากกัมมันตภาพรังสีที่มีอายุยืนยาว ในขณะที่แหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น ลม คลื่น หรือพลังงานแสงอาทิตย์จะให้เอาต์พุต
ที่ผันแปรและไม่น่าจะสามารถตอบสนองความต้องการทั้งหมดได้ นิวเคลียร์ฟิวชั่นเป็นแหล่งพลังงานที่ปลอดภัย เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และมีการแข่งขันทางเศรษฐกิจ โรงงานฟิวชันจะใช้ดิวทีเรียมเพียง 100 กก. และลิเธียม 3 ตัน เพื่อดำเนินการตลอดทั้งปีโดยผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 7 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง
ซึ่งไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจกในกระบวนการนี้ ตรงกันข้าม โรงไฟฟ้าถ่านหินโดยทั่วไปกินเชื้อเพลิงสามล้านตันและผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 11 ล้านตันเพื่อให้ได้ผลผลิตเท่ากันต่อปี ปีที่แล้ว นักวิจัยได้ก้าวไปสู่เป้าหมายของพลังงานฟิวชัน เมื่อหุ้นส่วนในโครงการ ตัดสินใจสร้างโรงงาน
ที่ในฝรั่งเศส การเจรจาระหว่างสมาชิกของ ITER ได้แก่ จีน สหภาพยุโรป ญี่ปุ่น รัสเซีย เกาหลีใต้ และสหรัฐอเมริกา ซึ่งจะเป็นเจ้าภาพเครื่องจักรมูลค่า 5 พันล้านยูโรได้หยุดชะงักลงตั้งแต่ปี 2546 หลังจากการเจรจาต่อรองอย่างหนัก ได้มีการตกลงกันว่าฝรั่งเศสจะเป็นผู้ได้รับการสนับสนุน
โดยมีคานาเมะ อิเคดะจากญี่ปุ่นดำรงตำแหน่งผู้อำนวยการทั่วไป (ดูหน้า 12; ฉบับพิมพ์เท่านั้น) ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา อินเดียก็ได้เข้าร่วมโครงการนี้ด้วย เพื่อให้ประชากรครึ่งหนึ่งของโลกมีส่วนร่วมในความพยายามทางวิทยาศาสตร์นี้ ซึ่งแปลว่า “ทาง” ในภาษาละติน มีกำหนดเปิดดำเนินการในปี 2559
และจะเป็น
ขั้นตอนสุดท้ายสู่การรวมพลังเชิงพาณิชย์ แม้ว่าโรงงานขนาด 20,000 ตันจะพร้อมสำหรับการก่อสร้างแล้ว แต่ก็ยังมีงานอีกมากที่ต้องทำในการทดลองฟิวชั่นที่มีอยู่ ในสหราชอาณาจักรมีบทบาทสำคัญในความพยายามนี้ โดยเป็นอุปกรณ์ชนิดเดียวที่สามารถทำงานได้โดยใช้เชื้อเพลิงและวัสดุแบบเดียว
กับที่วางแผนไว้สำหรับ ITER ยิ่งไปกว่านั้น JET ยังเป็นการทดลองฟิวชันเดียวที่มีขนาดใหญ่พอที่จะเข้าใกล้โหลดพลังงานมหาศาลที่คาดไว้ในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันเชิงพาณิชย์ในที่สุด จากแสงจันทร์สู่แสงตะวันเคยกล่าวไว้อย่างมีชื่อเสียงว่า “ใครก็ตามที่คาดหวังแหล่งพลังงานจากการเปลี่ยนแปลงของอะตอม
กำลังพูดถึงแสงจันทร์” แต่นิยายวิทยาศาสตร์กลายเป็นข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์ไปแล้ว และความรู้สึกของรัทเทอร์ฟอร์ดก็ถูกหักล้างในเวลาไม่ถึง 10 ปีต่อมาด้วยการสาธิตการควบคุมนิวเคลียร์ฟิชชันโดยเอ็นริโก แฟร์มีในปี 2485 ในทางกลับกัน ฟิวชั่นพิสูจน์ได้ยากกว่ามากที่จะบรรลุผลสำเร็จ
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเป็นแหล่งกำเนิดพลังงานของดวงดาว ดังนั้นจึงเป็นกลไกที่องค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดรอบตัวเราถูกสร้างขึ้น เป็นกระบวนการที่นิวเคลียสเบาสองอันจับกันเป็นนิวเคลียสที่สามที่หนักกว่า: เนื่องจากมวลของนิวเคลียสสุดท้ายน้อยกว่ามวลรวมของนิวเคลียสเริ่มต้นเล็กน้อย
พลังงาน
จึงถูกปลดปล่อยผ่านสมมูลมวลและพลังงานที่โด่งดังของไอน์สไตน์ ( E = มค2 ) . ตัวอย่างเช่น ในดวงอาทิตย์ พลังงานถูกปลดปล่อยออกมาผ่านปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เริ่มต้นจากการหลอมรวมของโปรตอนสองตัวเป็นดิวทีรอน ซึ่งเป็นนิวเคลียสของดิวทีเรียมที่มีโปรตอนหนึ่งตัวและนิวตรอนหนึ่งตัว
จากนั้นดิวเทอรอนจะรวมตัวกับโปรตอนอีกตัวหนึ่งเพื่อผลิตนิวเคลียสของฮีเลียม-3 ซึ่งจะหลอมรวมกับนิวเคลียสของฮีเลียม-3 อีกอันหนึ่งเพื่อสร้างนิวเคลียสของฮีเลียม-4 (อนุภาคแอลฟา) กระบวนการนี้ใช้เวลาหลายร้อยล้านปี ซึ่งค่อนข้างจะบังเอิญ เนื่องจากหากเกิดขึ้นเร็วเกินไป เตาสุริยะจะมอดไหม้
ไปนานก่อนที่สิ่งมีชีวิตบนโลกจะมีโอกาสวิวัฒนาการ! แน่นอนว่าข้อเสียคือฟิวชั่นโปรตอนไม่สามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานฟิวชั่นบนบกได้แต่มีเส้นทางที่เร็วกว่าในการหลอมรวมซึ่งเกี่ยวข้องกับนิวเคลียสของดิวทีเรียมและทริเทียม ซึ่งเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจนที่มีหนึ่งโปรตอนและสองนิวตรอน
เมื่อนิวเคลียสทั้งสองหลอมรวมกัน พวกมันจะสร้างนิวเคลียสของฮีเลียม-4 บวกนิวตรอน เนื่องจากปฏิกิริยานี้เกี่ยวข้องกับการจัดเรียงโปรตอนและนิวตรอนใหม่เท่านั้น แทนที่จะเป็นการเปลี่ยนโปรตอนเป็นนิวตรอน ปฏิกิริยาจึงดำเนินไปอย่างรวดเร็วกว่าการหลอมรวมของโปรตอน อย่างไรก็ตาม
ข้อบกพร่องมวลสุดท้ายในปฏิกิริยานี้จะต่ำกว่า ซึ่งหมายความว่าพลังงานจะถูกปล่อยออกมาน้อยลง ถึงกระนั้น ถ้านิวเคลียสของดิวทีเรียมและทริเทียมสามารถชนกันเองได้โดยไม่มีกำหนดที่พลังงานระหว่าง 10 ถึง 100 keV ปฏิกิริยาจะดำเนินไปในอัตราที่เป็นประโยชน์สำหรับการผลิตพลังงานไฟฟ้า
วิธีหนึ่งที่จะบรรลุสถานการณ์นี้คือการให้ความร้อนแก่สารตั้งต้นเพื่อให้เกิดก๊าซที่เป็นกลางของไอออนและอิเล็กตรอน (พลาสมา) และเพื่อจำกัดพลาสมาที่ร้อนนี้ให้นานพอที่จะเกิดปฏิกิริยาฟิวชันอย่างมีนัยสำคัญ ในดวงอาทิตย์ การกักขังนี้เกิดจากสนามแรงโน้มถ่วงขนาดมหึมาของดาวฤกษ์ บนโลก
การกักกันเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ: พลาสมาต้องถูกแยกออกจากตัวกลางกักกันเพื่อป้องกันสิ่งเจือปนจากการปนเปื้อนของพลาสมาและลดประสิทธิภาพการหลอมรวม มีสองวิธีในการสร้างเงื่อนไขดังกล่าว ประการแรกคือการกักเก็บด้วยสนามแม่เหล็ก ซึ่งสนามแม่เหล็กจะกักเก็บอนุภาคพลาสมาที่มีประจุไว้ภายในภาชนะกักกัน อีกวิธีหนึ่งคือการกักเก็บแบบเฉื่อย
