นิวเคลียร์ฟิวชันเป็นกระบวนการที่นิวเคลียสของอะตอมแสงสองนิวเคลียสรวมกันเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่า และปล่อยพลังงานออกมาในกระบวนการนั้น นี่เป็นกระบวนการเดียวกับที่ให้พลังงานแก่ดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์อื่นๆ โดยเป็นแหล่งพลังงานจำนวนมหาศาล ต่างจากฟิชชันนิวเคลียร์ที่แยกอะตอมหนักเพื่อปลดปล่อยพลังงาน ฟิวชันจะรวมอะตอมเหล่านี้เข้าด้วยกัน ฟิวชั่นมีศักยภาพที่จะเป็นแหล่งพลังงานสะอาดที่แทบจะไร้ขีดจำกัด หากสามารถควบคุมและรักษาไว้บนโลกนี้ได้
กล่าวอย่างง่ายที่สุด นิวเคลียร์ฟิวชันเกี่ยวข้องกับการรวมนิวเคลียสของอะตอมแสงสองอะตอม เช่น ไฮโดรเจน เข้าด้วยกันจนกลายเป็นอะตอมที่หนักกว่าเพียงอะตอมเดียว เช่น ฮีเลียม มวลของอะตอมที่เกิดขึ้นและวัสดุที่เหลือจะน้อยกว่ามวลของอะตอมดั้งเดิม ตามสมการของไอน์สไตน์ \(E = mc^2\) การสูญเสียมวลนี้จะถูกแปลงเป็นพลังงานจำนวนมาก โดยที่ \(E\) คือพลังงานที่ผลิตได้ \(m\) คือมวลที่สูญเสียไป และ \(c\) คือความเร็วแสง
กระบวนการนี้ต้องใช้อุณหภูมิและแรงกดดันที่สูงมากเพื่อเอาชนะแรงผลักไฟฟ้าสถิตระหว่างนิวเคลียสที่มีประจุบวก ในแกนกลางของดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นจุดที่ปฏิกิริยาฟิวชันเกิดขึ้นตามธรรมชาติ อุณหภูมิจะพุ่งสูงกว่า 15 ล้านองศาเซลเซียส และความกดดันก็มีมหาศาล ทำให้เกิดสภาวะที่เหมาะสมสำหรับนิวเคลียสที่จะเข้ามาใกล้พอที่จะเกิดปฏิกิริยาฟิวชันได้
มีปฏิกิริยาฟิวชันหลายประเภทที่อาจเกิดขึ้น แต่ละปฏิกิริยามีสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ต่างกัน ปฏิกิริยาที่เป็นที่รู้จักและวิจัยมากที่สุดเกี่ยวข้องกับไอโซโทปของไฮโดรเจน: ดิวทีเรียม ( \(D\) ) และไอโซโทป ( \(T\) ):
ในบริบทของนิวเคลียร์ฟิวชัน กัมมันตภาพรังสีมีบทบาทสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับไอโซโทป ทริเทียมเป็นไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของไฮโดรเจน ซึ่งมีครึ่งชีวิตประมาณ 12.3 ปี ซึ่งหมายความว่ามันจะสลายตัวเมื่อเวลาผ่านไป ปล่อยอนุภาคบีตา (อิเล็กตรอน) และเปลี่ยนเป็นฮีเลียม-3 ที่เสถียร ปฏิกิริยาฟิวชัน DT เป็นที่สนใจเป็นพิเศษ เนื่องจากสามารถผลิตพลังงานจำนวนมากได้อย่างมีประสิทธิภาพ และนิวตรอนที่ปล่อยออกมาสามารถนำมาใช้เพื่อสร้างไอโซโทปจากลิเธียมได้มากขึ้นผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการกระตุ้นนิวตรอน:
\( \textrm{ลิเธียม-6} + \textrm{นิวตรอน} \rightarrow \textrm{ไอโซโทป} + \textrm{ฮีเลียม-4} \)การบรรลุการควบคุมนิวเคลียร์ฟิวชันบนโลกเป็นเรื่องที่ท้าทายเนื่องจากสภาวะที่รุนแรงที่จำเป็นสำหรับกระบวนการนี้ กำลังดำเนินการสองแนวทางหลัก:
นิวเคลียร์ฟิวชันถือเป็นแหล่งพลังงานสะอาดที่แทบจะไร้ขีดจำกัด ฟิวชันไม่เหมือนกับเชื้อเพลิงฟอสซิลตรงที่ไม่ก่อให้เกิดก๊าซเรือนกระจกหรือกากกัมมันตภาพรังสีที่มีอายุยืนยาว เชื้อเพลิงสำหรับฟิวชัน ดิวเทอเรียมสามารถสกัดได้จากน้ำทะเล ทำให้แทบไม่มีขีดจำกัด และไอโซโทปสามารถเพาะพันธุ์ได้จากลิเธียมซึ่งมีอยู่ค่อนข้างมาก เมื่อเอาชนะความท้าทายด้านเทคนิคและวิทยาศาสตร์แล้ว ฟิวชั่นอาจส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการผลิตพลังงานทั่วโลก ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดอนาคตที่ยั่งยืนและเป็นกลางทางคาร์บอน
นิวเคลียร์ฟิวชันถือเป็นจุดสุดยอดของความสำเร็จของมนุษย์ในการแสวงหาแนวทางแก้ไขปัญหาด้านพลังงานที่ยั่งยืน แม้ว่าดวงอาทิตย์จะทำการหลอมละลายที่แกนกลางของมันอย่างง่ายดาย แต่การจำลองกระบวนการนี้บนโลกภายใต้สภาวะที่ได้รับการควบคุมยังคงเป็นหนึ่งในความท้าทายทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในยุคของเรา การพัฒนาพลังงานฟิวชันที่ประสบความสำเร็จจะเป็นก้าวสำคัญในการแสวงหาแหล่งพลังงานที่สะอาด ปลอดภัย และไม่มีวันหมด ซึ่งเป็นการปฏิวัติวิธีที่เราใช้ขับเคลื่อนโลกของเรา
