เมื่อวันที่ 15 มิถุนายนที่ผ่านมานี้ บริษัทผลิตชิ้นส่วนอุตสาหกรรมซูเปอร์ไฮเทค ชื่อ General Atomics ของสหรัฐฯ หลังจากที่ได้เพียรพยายามออกแบบระบบแม่เหล็กCentral Solenoid ที่ทรงพลังมากที่สุดในโลก เป็นเวลาหลายสิบปี ก็ได้จัดส่งชุดแม่เหล็กสำเร็จรูปดังกล่าว ไปติดตั้งเป็นอุปกรณ์หัวใจหลักในการทำงานของโครงการ ITER เพื่อผลิตพลังงานนิวเคลียร์แบบ fusion ที่เมือง Cadarache ประเทศฝรั่งเศส
ความสำเร็จนี้ได้ทำให้ความฝันของมนุษย์ชาติในการจะมีเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ต้นแบบ fusion เป็นจริงภายในปี 2025 ซึ่งนับว่าเร็วขึ้นจากเดิมที่เคยคิดว่าจะมีโรงงาน prototype ในปี 2030 และโลกจะมีโรงไฟฟ้าแบบ fusion ตัวจริงในปี 2050
ย้อนอดีตไปถึงปี 1955 ที่ได้มีการประชุมนานาชาติครั้งแรก เรื่อง เส้นทางสู่การมีพลังงานแบบ fusion ที่กรุง Geneva ในประเทศสวิตเซอร์แลนด์ โดยมีรัฐบาลอังกฤษ รัสเซีย และสหรัฐอเมริกา เป็นตัวตั้วตัวตี และได้จัดให้โครงการ fusion เป็นโครงการหนึ่ง อยู่ภายใต้โครงการใหญ่ชื่อ Atoms for Peace (โครงการอะตอมเพื่อสันติภาพ) และมี Homi Bhabha ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์ผู้มีชื่อเสียงชาวอินเดีย จากการศึกษาปรากฏการณ์ Bhabha scattering เป็นประธานของที่ประชุม ในที่สุดผลการประชุมก็ได้ข้อสรุปว่า ในอนาคต โลกจำต้องมีพลังงานสะอาดใช้ คือ พลังงานที่ไม่ปลดปล่อยแก๊สเรือนกระจกออกมามาก เหมือนโรงไฟฟ้าถ่านหิน และไม่สร้างกากกัมมันตรังสี เหมือนโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ fusion ซึ่งได้พลังงานจากการแยกตัวของนิวเคลียสธาตุหนัก เช่น ยูเรเนียม-235 อีกทั้งโครงการ fusion จะต้องมีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ให้ใช้ในปริมาณมาก เช่น น้ำทะเล การมีเงื่อนไขเช่นนี้ ทำให้โรงงานไฟฟ้าแบบ fusion แตกต่างจากโรงงานไฟฟ้าที่ใช้แก๊สธรรมชาติ น้ำมัน หรือถ่านหิน เป็นเชื้อเพลิง ซึ่งนับวันวัตถุดิบเหล่านี้จะหมดไปจากโลก และประชุมก็คิดว่าโรงงานไฟฟ้าในฝันแบบ fusion น่าจะเริ่มทำงานได้ เป็นครั้งแรกในปี 1975 คือ อีก 40 ปี
แต่เมื่อเวลาผ่านไปไม่นาน นักฟิสิกส์ทุกคนก็เริ่มตระหนักในอุปสรรคและความยากลำบากของการพยายามสร้างดวงอาทิตย์ขึ้นมาในห้องปฏิบัติการบนโลก แม้นักฟิสิกส์ เช่น Hans Bethe (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ ปี 1967) จะรู้ว่าดวงอาทิตย์ปลดปล่อยพลังงานความร้อน และพลังงานแสง โดยอาศัยปฏิกิริยา fusion เพื่อหลอมรวมนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนให้เป็นนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียมก็ตาม แต่การที่ดวงอาทิตย์สามารถทำเช่นนั้นได้ เพราะที่แก่นกลางของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงถึง 100 ล้านองศาเซลเซียส และที่นั่นมีความดันมากเป็นพันล้านเท่าของความดันบรรยากาศโลก เพราะสถานการณ์ที่ “ผิดปกติ” เช่นนี้ จึงทำให้นักฟิสิกส์ ในสมัยเมื่อ 70 ปีก่อน ไม่มีความสามารถในการทำให้ปฏิกิริยา fusion บังเกิดในห้องทดลองบนโลกได้
Edward Teller (บิดาของระเบิดไฮโดรเจนของสหรัฐฯ) จึงได้ปรารถว่า สถานภาพของความรู้ฟิสิกส์ในการจะสร้างโรงงานไฟฟ้าแบบ fusion ในเวลานั้น เปรียบเสมือนกับการมีเครื่องบินใบพัดที่ Orville และ Wilbur Wright สร้างเมื่อต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 และจะต้องอาศัยการพัฒนาเทคโนโลยีและความรู้ฟิสิกส์อีกมาก จึงจะมีเครื่องบินไอพ่นที่มีความเร็วเหนือเสียงใช้ และ Teller ก็ได้คาดการณ์ว่า โลกจะมีโรงงานไฟฟ้าแบบ fusion ก่อนจะสิ้นคริสต์ศตวรรษที่ 20
เมื่อปัญหาทางวิชาการและอุปสรรคทางเทคโนโลยีมีมากเช่นนี้ ผู้แทนรัฐบาลของประเทศรัสเซีย จึงได้เสนอแนะให้มีการจัดตั้งโครงการวิจัยนานาชาติเรื่อง fusion โดยให้เป็นความรับผิดชอบร่วมกันของหลายชาติ เพราะมันเป็นเรื่องใหญ่เกินที่ชาติหนึ่งชาติใดในโลกจะทำได้สำเร็จตามลำพัง และที่ประชุมก็เห็นด้วยกับความคิดนี้ จึงได้จัดตั้งโครงการ ITER ขึ้นมา (จากคำเต็ม International Thermonuclear Experimental Reactor) ซึ่งคำนี้ในภาษาละตินแปลว่า วิถีทาง (สู่การมีพลังงานรูปแบบใหม่) โดยจะทำงานตามหลักการว่า บรรดาประเทศสมาชิกของโครงการทุกประเทศ หลังจากที่ได้ร่วมลงทุนสนับสนุนแล้ว หน้าที่และความรับผิดชอบในการสร้างชิ้นส่วนต่าง ๆ ของ ITER จะตกเป็นของเหล่านักวิทยาศาสตร์ที่มีความสามารถมากที่สุดของแต่ละชาติ ส่วนบรรดาประเทศสมาชิกก็จะได้รับความรู้ด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในการสร้างอย่างเท่าเทียมกันหมด และจากประเทศเริ่มต้น 4 ประเทศ คือ ญี่ปุ่น รัสเซีย สหรัฐฯ และสมาพันธ์ยุโรป (EU) ลุถึงปี 2004 ก็มีประเทศสมาชิกของ ITER เพิ่มอีก 3 ประเทศ คือ จีน เกาหลีใต้ และอินเดีย ซึ่งถ้านับจำนวนประชากรของประเทศสมาชิกทั้งหมด ก็จะพบว่ามีมากกว่า 50% ของประชากรโลก
ปัญหาต่อไปที่จะต้องนำมาพิจารณา คือ การหาตำแหน่งที่ตั้งของห้องปฏิบัติการ fusion ในโครงการ ITER ซึ่งนับว่าเป็นเรื่องละเอียดอ่อนมาก เพราะมีปัจจัยเรื่อง การเมือง การเศรษฐกิจ และความสามารถของนักฟิสิกส์ในประเทศที่ต้องการจะเป็นเจ้าภาพ ในที่สุดที่ประชุมก็ได้รับชื่อที่เสนอให้พิจารณามี 2 เมือง คือ ที่ Rokkasho ในประเทศญี่ปุ่น กับที่ Cadarache ในประเทศฝรั่งเศส
รัฐบาลญี่ปุ่นกับรัฐบาลสหรัฐฯ นั้น สนับสนุน Rokkasho เพราะญี่ปุ่นได้ประกาศสนับสนุนสหรัฐฯ ในการทำสงครามในอิรัก แต่ฝรั่งเศส เกาหลีใต้ จีน และรัสเซีย ซึ่งไม่ (เคย) พอใจสหรัฐฯ ไม่ว่าจะเรื่องอะไรก็ตาม ประกาศสนับสนุน Cadarache ยิ่งเมื่อรัฐบาลฝรั่งเศสได้ประกาศจุดยืนว่า ถ้า Cadarache ไม่ได้รับการคัดเลือก ฝรั่งเศสก็จะถอนตัวออกจากโครงการ
ในที่สุด Cadarache ก็ได้รับการอนุมัติให้เป็นสถานที่ติดตั้งเตาปฏิกรณ์ fusion บนพื้นที่ 1,000 ไร่ ณ หมู่บ้าน Saint-Paul-les-Durance ซึ่งเมืองนี้ตั้งอยู่ทางทิศตะวันออกเฉียงใต้ของปารีส ลุถึงปี 2006 การก่อสร้างเตาปฏิกรณ์ก็เริ่มดำเนินการ ด้วยงบประมาณปีละสองหมื่นล้านบาท ซึ่งนับว่ามากพอ ๆ กับการจัดสร้างสถานีอวกาศนานาชาติ ISS (International Space Station) และเครื่องเร่งอนุภาค LHC (Large Hadron Collider) ที่ CERN ใกล้กรุง Geneva ในประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ตามการคาดการณ์ใหม่ เตาปฏิกรณ์จะเริ่มทำงานในปี 2050 และจะทำงานนาน 30 ปีก็ถูกปลดระวาง
ณ วันนี้ประเทศสมาชิกในโครงการ ITER มีทั้งหมด 35 ประเทศ โดยสหรัฐฯ รับผิดชอบ 9.1% ของงบประมาณทั้งหมด และรับสร้างชิ้นส่วน เช่น ระบบแม่เหล็ก Central Solenoid ดังกล่าวข้างต้น
สำหรับเรื่องเชื้อเพลิงที่ต้องใช้ในเตาปฏิกรณ์แบบfusion นั้น นักฟิสิกส์ก็มีตัวเลือกหลายชนิด เช่น ไอโซโทป (isotope) ของไฮโดรเจน ซึ่งได้แก่
ซึ่งต่างก็เป็นนิวเคลียสของธาตุเบา เพื่อให้รวมกันเป็นนิวเคลียสของธาตุที่หนักกว่า โดยใช้ปฏิกิริยา เช่น
และถ้าใช้ปฏิกิริยา 1 กับ5 ในเตาปฏิกรณ์ เพื่อสร้างพลังงาน ก็จะพบว่า
นี่เป็นคุณประโยชน์มหาศาลที่จะได้จากเตาปฏิกรณ์แบบ fusion คือ ได้พลังงานมาก ไม่ปล่อย CO2 เลย ไม่สร้างกากกัมมันตรังสี นอกจากนี้เชื้อเพลิงที่จะต้องใช้ก็มีมากในโลก คือมีน้ำทะเล ดังนั้นเวลาที่เชื้อเพลิงจะหมด ก็คือเวลาที่น้ำทะเลจะเหือดแห้งหมดโลก
ในการทำให้เกิดปฏิกิริยาfusion นั้น นักฟิสิกส์จำเป็นต้องใช้นิวเคลียสของธาตุเบา เช่น ไฮโดรเจน ซึ่งมี2 ไอโซโทป คือ
เพราะนิวเคลียสของธาตุทั้งสองต่างก็มีโปรตอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีประจุบวก ดังนั้นจึงมีแรงไฟฟ้าที่จะผลักนิวเคลียสให้แยกออกจากกันตลอดเวลา แต่ถ้านักฟิสิกส์สามารถกดดันนิวเคลียสทั้งสองให้เข้าใกล้กัน จนอยู่ห่างกันไม่เกิน10-13เมตร ภายใต้อุณหภูมิที่สูงมาก เพื่อให้แรงนิวเคลียร์ระหว่างอนุภาคโปรตอนกับนิวตรอนเริ่มทำงาน นิวเคลียสทั้งสองก็จะหลอมรวมเข้าด้วยกันเป็นนิวเคลียสหนึ่งเดียว
โดนสรุปปัญหาหลักของการทำให้ปฏิกิริยา fusion บังเกิด คือ อุณหภูมิของนิวเคลียสจะต้องสูงมาก และความดันที่กระทำต่อนิวเคลียสจะต้องมากมหาศาล ซึ่งเงื่อนไขทั้งสองนี้มีอยู่แล้วบนดวงอาทิตย์ แต่บนโลกสถานภาพเช่นนั้นไม่มี ดังนั้นนักฟิสิกส์จึงต้องพยายามสร้างสถานการณ์ให้มีบรรยากาศมีความใกล้เคียงกับเหตุการณ์ ณ บริเวณแก่นกลางของดวงอาทิตย์ โดยการนำธาตุ deuterium และ tritium เข้าไปในภาชนะทดลองที่เรียกว่า tokamak (คำนี้ในภาษารัสเซีย แปลว่า รูปโดนัทกลวง) ซึ่งภายในเป็นสุญญากาศ แล้วใช้สนามไฟฟ้าความเข้มสูงกระทำต่ออะตอมทั้งสองชนิด ซึ่งจะทำให้อะตอมแตกตัว แยกออกเป็นอิเล็กตรอน ซึ่งมีประจุลบ กับนิวเคลียสซึ่งมีประจุบวก (เรียก ion) และอยู่รวมกันเป็นสสารรูปแบบใหม่ ที่เรียกว่า plasma จากนั้นก็จะปล่อยคลื่นไมโครเวฟ ที่มีความเข้มสูงเข้าไปทำให้ plasma ร้อนจัด และถ้า plasma ร้อน ลอยไปปะทะผนังของภาชนะทดลอง tokamak ผนังจะหลอมตัว และอิเล็กตรอนกับ ion ก็จะกลับสภาพ กลายเป็นธาตุ deuterium กับ tritium เหมือนเดิม และเมื่อภาชนะหลอมตัวพัง ปฏิกิริยานิวเคลียร์ก็จะหยุด และเตาปฏิกรณ์ก็จะหยุดทำงาน
ดังนั้น หลักการสำคัญที่ทำให้ปฏิกิริยา fusion ดำเนินไปได้อย่างต่อเนื่อง คือ ต้องใช้สนามไฟฟ้ากำจัดอิเล็กตรอนทั้งหลายออกไปให้หมด และให้ ion (ที่เป็นนิวเคลียสของธาตุทั้งสอง) ไม่ลอยไปปะทะผนังของ tokamak ซึ่งอาจทำได้โดยการใช้สนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงมากมากระทำต่อ ion และสนามแม่เหล็กต้องมีรูปทรงที่เหมาะสมด้วย และนี่ก็คือที่มาของระบบแม่เหล็ก Central Solenoid ที่ได้นำมาติดตั้งในห้องปฏิบัติการต้นแบบที่เมือง Cadarache เมื่อต้นเดือนกันยายนนี้
สำหรับเชื้อเพลิงที่ใช้ในเตาปฏิกรณ์ เช่นdeuterium นั้น มีพบประมาณ3% ในน้ำทะเล ส่วนtritium ก็สามารถผลิตได้โดยการยิงอนุภาคนิวตรอนไปที่isotope ของธาตุlithium ซึ่งจะรวมกันตามปฏิกิริยา
สำหรับอนุภาคนิวตรอนที่เกิดจากปฏิกิริยา fusionนั้น เพราะมันเป็นอนุภาคที่ไม่มีประจุไฟฟ้า ดังนั้นจึงมีสถานภาพทางไฟฟ้าแบบเป็นกลาง ทำให้มันไม่ตกอยู่ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า หรือสนามแม่เหล็กใด ๆ และจะหนีออกจากtokamak ไปตกกระทบผนัง แล้วถ่ายเทพลังงานจลน์ที่มันมีให้ผนัง ผนังจึงร้อนขึ้น ๆ มีอุณหภูมิสูงขึ้น ๆ จนทำให้น้ำปริมาณมากที่อยู่ใกล้กับเตาปฏิกรณ์ tokamak ร้อนจัด จนน้ำกลายเป็นไอ ไปผลักดันใบพัดของเครื่องยนต์ turbine ให้หมุนตัดสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า
ดังได้กล่าวไว้ว่า อุณหภูมิและความดันของ plasma ภายใน tokamak มีค่ามากมหาศาล ดังนั้นวัสดุที่ใช้ทำผนังของ tokamak จึงต้องเป็นวัสดุที่นำความร้อนได้ดีมาก เพื่อเปลี่ยนพลังงานจลน์ของนิวตรอนที่มากระทบเป็นพลังงานความร้อนได้อย่างรวดเร็ว ทำให้วัสดุไม่ร้อนจนละลาย เพราะผนังของ tokamak ได้รับอนุภาคนิวตรอนในปริมาณมากตลอดเวลา ดังนั้นวัสดุที่ใช้ทำผนังจึงอาจกลายเป็นวัสดุกัมมันตรังสี ที่สามารถแผ่รังสีแกมมาออกมาได้มาก ถึงกระนั้นการกำจัดกัมมันตรังสีในอุปกรณ์ tokamak ก็สามารถทำได้ง่ายกว่า และสะอาดกว่าการกำจัดกากกัมมันตรังสีที่เกิดจากปฏิกิริยา fusion นอกจากปัญหานี้แล้ว เจ้าหน้าที่ผู้ดูแลความปลอดภัยของ tokamak ก็จะต้องตรวจตราอย่างสม่ำเสมอว่า ผนังเครื่องต้องไม่สึกกร่อน เพราะผนังได้ถูกอนุภาคนิวตรอนพุ่งชนตลอดเวลา จึงอาจจะมีอะตอมของธาตุที่ใช้ทำผนังกระเด็นหลุดออกจากผนังไปลอยปนกับ plasma ในสภาพของสารเจือ ซึ่งสามารถจะหยุดปฏิกิริยา fusion มิให้ดำเนินต่อไปได้ ถ้าสารเจือมีในปริมาณมาก
ในการทดสอบหาวัสดุที่เหมาะสมมาทำผนังของ tokamak นักวัสดุศาสตร์ได้พบว่า ใยคาร์บอนเวลาทำปฏิกิริยากับ tritium จะให้ beryllium ซึ่งนำความร้อนได้ดี และไม่ดูดซับ tritium ส่วน tungsten นั้น เป็นธาตุที่มีจุดหลอมเหลวสูงที่สุดในบรรดาโลหะทั้งหลาย tungsten จึงไม่หลอมละลายง่าย เวลามี plasma มากระทบ แต่ tungsten บริสุทธิ์ เป็นธาตุที่เปราะ ดังนั้นจึงต้องนำมาเจือด้วยธาตุอื่น เพื่อเพิ่มความแกร่ง นอกจากธาตุเหล่านี้แล้ว วัสดุหลักที่ใช้ในการทำผนังก็มีเหล็กกล้า และ silicon carbide
เพราะการกักเก็บ plasma ใน tokamak จำเป็นต้องใช้สนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงมาก (ประมาณ 3 แสนเท่าของสนามแม่เหล็กโลก) ดังนั้นโครงการ ITER จึงจำเป็นต้องใช้แม่เหล็กที่ทำด้วยตัวนำยวดยิ่ง เพื่อตอบสนองความต้องการนี้ และบริษัท General Atomics ซึ่งรับหน้าที่ผลิต Central Solenoid ที่ประกอบด้วย แม่เหล็ก 3 ชุด โดยชุดแรกเป็นแม่เหล็กวงแหวนหลายวงที่ล้อมท่อโดนัท ซึ่งจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กภายในท่อ ชุดแม่เหล็กที่สองเป็นชุดวงแหวนที่วางขนานกับเส้นรอบวงของ tokamak เพื่อสร้างสนามที่ควบคุมตำแหน่งและรูปทรงของ plasma ในทุกขณะ และชุดที่สาม ซึ่งจะอยู่ที่ศูนย์กลางของ tokamak เพื่อทำหน้าที่สร้างสนามแม่เหล็กให้ขับเคลื่อน plasma ให้เคลื่อนที่ไปตามท่อ เพราะเวลา plasma ไหล จะมีกระแสไฟฟ้าประมาณ 15 ล้านแอมแปร์ เกิดขึ้นภายในท่อ และกระแสไฟฟ้านี้ จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก ซึ่งจะช่วยเสริมหรือต้านทานสนามแม่เหล็กจากภายนอกได้ กระแสไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นอย่างซับซ้อนเช่นนี้ เป็นสิ่งที่นักวิจัยไม่เคยเผชิญมาก่อน
ในส่วนของตัวนำยวดยิ่งที่ใช้ในโครงการ ITER นี้ ได้ถูกกำหนดให้ผลิตโดยโรงงาน 9 แห่ง ใน 6 ประเทศ และมีลวดชุดหนึ่ง ซึ่งทำด้วย niobium-tin เป็นตัวนำยวดยิ่งที่มีความยาวถึง 43 กิโลเมตร และเป็นลวดที่ทำในโรงงานของประเทศญี่ปุ่น สำหรับลวดตัวนำยวดยิ่งที่ใช้ในโครงการ ITER ทั้งหมดจะหนักถึง 400 ตัน และมีความยาวทั้งสิ้น 100,000 กิโลเมตร ดังนั้นการติดตั้งระบบตัวนำยวดยิ่งของ ITER จึงต้องทำอย่างผิดพลาดไม่ได้เลย เพื่อให้ระบบมีความปลอดภัย โดยการใช้ฉนวนที่ทำด้วยแผ่น fiberglass / Kapton เรียงซ้อนกัน 25 ชั้น และแผ่นฉนวนเหล่านี้ ผ่านการทดสอบอย่างเข้มข้นที่อุณหภูมิ -270 องศาเซลเซียส
ในภาพรวมโครงการ ITER มีอุปกรณ์ที่เป็นชิ้นส่วน จำนวนมากกว่า 1 ล้านชิ้น โดยบรรดาประเทศสมาชิกของโครงการแบ่งรับกันสร้าง บางชิ้นที่มีขนาดใหญ่มาก เช่น Central Solenoid ซึ่งเป็นชิ้นที่หนักที่สุด การขนส่งอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ละเอียดอ่อน และหนักมากเช่นนี้ จึงต้องกระทำอย่างระมัดระวังที่สุด เช่น ต้องขน Central Solenoid จาก California ไป Houston ใน Texas ก่อน แล้วจากที่นั่น อุปกรณ์ก็ถูกนำขึ้นเรือไปฝรั่งเศส และจากท่าเรือในประเทศฝรั่งเศส การขนส่งต่อโดยยานยนต์ไปตามถนนที่ยาว 104 กิโลเมตร จนถึงเมือง Cadarache ต้องทำอย่างช้า ๆ เพื่อไม่ให้อุปกรณ์ได้รับความกระทบกระเทือนแม้แต่น้อย รวมทั้งสิ้นใช้เวลาในการเดินทางนาน 2 เดือน
เมื่อหัวใจหลัก คือ Central Solenoid เข้าประจำที่แล้ว ในอีก 4 ปี อุปกรณ์ต้นแบบของโรงงานไฟฟ้าแบบ fusion ก็จะเริ่มทำงาน
สำหรับความรับผิดชอบในการสร้างห้องสุญญากาศนั้น เป็นหน้าที่ของนักวิทยาศาสตร์อินเดีย เกาหลีใต้ รัสเซีย และสมาพันธ์สหภาพยุโรป (EU)
ส่วนฉนวน จะถูกสร้างโดยนักวิทยาศาสตร์จีน รัสเซีย สหรัฐฯ ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ และ EU
ชุดแม่เหล็ก 3 ชุด เพื่อควบคุมรูปทรงของ plasma ใน 6 ทิศทาง เป็นความรับผิดชอบของบริษัทญี่ปุ่น สหรัฐฯ EU รัสเซีย เกาหลีใต้ และจีน แต่ชุด Central Solenoid ที่อยู่ตรงกลางของอุปกรณ์เป็นสิ่งที่บริษัทสหรัฐฯ รับหน้าที่สร้างแต่เพียงผู้เดียว
อุปกรณ์ให้ความร้อนด้วยรังสีไมโครเวฟ ถูกสร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ของ EU , US อินเดีย ญี่ปุ่น และรัสเซีย
และสำหรับลวดตัวนำยวดยิ่ง ที่ยาวทั้งสิ้น 100,000 กิโลเมตรนั้น นักวิทยาศาสตร์จีน ญี่ปุ่น รัสเซีย เกาหลีใต้ EU และสหรัฐฯ เป็นผู้ร่วมกันสร้าง
โดยสรุป เส้นทางการถือกำเนิดของ ITER จึงเป็นดังนี้
ปี 1955 นักฟิสิกส์จากสหรัฐฯ รัสเซีย และอังกฤษ มีดำริจะจัดตั้งโครงการผลิต พลังงาน fusion โดยใช้ชื่อว่า ZETA และจะให้เป็นโครงการทางทหารที่ ลับสุดยอด
ปี 1958 โครงการ ZETA ได้ถูกนำไปผนวกเข้าเป็นโครงการหนึ่งของโครงการใหญ่ Atoms for Peace ของสหประชาชาติ
ปี 1968 Andrei Sakharov และ Igor Tamm ได้เสนอ tokamak เป็นอุปกรณ์ เพื่อกักเก็บ plasma ที่มีอุณหภูมิสูง
ปี 1985 นักฟิสิกส์รัสเซียได้กระตุ้นให้นายกรัฐมนตรี Mikhail Gorbachev เสนอ โครงการ fusion เป็นโครงการวิจัยนานาชาติต่อประธานาธิบดี Ronald Reagan ในการประชุมสุดยอด ที่กรุง Geneva ในประเทศสวิตเซอร์แลนด์
ปี 1988 โครงการ ITER ได้เริ่มดำเนินการออกแบบสร้าง
ปี 1998 เพราะค่าก่อสร้างเพิ่มสูงมาก บรรดาประเทศสมาชิกจึงได้ขอให้ลด งบประมาณลงกว่า 50%
ปี 1999 สหรัฐฯ ได้ขอลาออกจากสมาชิกภาพของ ITER เพราะมีโครงการ fusion ที่เป็นของชาวอเมริกันเอง หลายโครงการแล้ว เช่น The National Ignition Facility (NIF) ที่ใช้เลเซอร์ 192 ลำแสงบีบอัดนิวเคลียสของ deuterium กับ tritium ให้หลอมรวมกัน
ปี 2003 จีน เกาหลีใต้ และสหรัฐฯ ได้กลับเข้าเป็นสมาชิกของ ITER อีก แต่ยังตก ลงกันไม่ได้ว่าจะติดตั้งเตาปฏิกรณ์ ณ สถานที่ใด
ปี 2005 เมือง Cadarache ในฝรั่งเศสได้รับการคัดเลือกเป็นสถานที่ตั้งของเตา ปฏิกรณ์
ปี 2021 เริ่มมีการติดตั้งชิ้นส่วนของเตาปฏิกรณ์ต้นแบบ ชื่อ DEMO
ปี 2025 DEMO จะเริ่มทำงาน
อ่านเพิ่มเพิ่มเติม ITER Physics โดย C. Wendell Horton Jr. และ Sadruddin Benkadda จัดพิมพ์โดย World Scientific ปี 2017
สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" จาก "ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน" ได้ทุกวันศุกร์
ความสำเร็จนี้ได้ทำให้ความฝันของมนุษย์ชาติในการจะมีเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ต้นแบบ fusion เป็นจริงภายในปี 2025 ซึ่งนับว่าเร็วขึ้นจากเดิมที่เคยคิดว่าจะมีโรงงาน prototype ในปี 2030 และโลกจะมีโรงไฟฟ้าแบบ fusion ตัวจริงในปี 2050
ย้อนอดีตไปถึงปี 1955 ที่ได้มีการประชุมนานาชาติครั้งแรก เรื่อง เส้นทางสู่การมีพลังงานแบบ fusion ที่กรุง Geneva ในประเทศสวิตเซอร์แลนด์ โดยมีรัฐบาลอังกฤษ รัสเซีย และสหรัฐอเมริกา เป็นตัวตั้วตัวตี และได้จัดให้โครงการ fusion เป็นโครงการหนึ่ง อยู่ภายใต้โครงการใหญ่ชื่อ Atoms for Peace (โครงการอะตอมเพื่อสันติภาพ) และมี Homi Bhabha ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์ผู้มีชื่อเสียงชาวอินเดีย จากการศึกษาปรากฏการณ์ Bhabha scattering เป็นประธานของที่ประชุม ในที่สุดผลการประชุมก็ได้ข้อสรุปว่า ในอนาคต โลกจำต้องมีพลังงานสะอาดใช้ คือ พลังงานที่ไม่ปลดปล่อยแก๊สเรือนกระจกออกมามาก เหมือนโรงไฟฟ้าถ่านหิน และไม่สร้างกากกัมมันตรังสี เหมือนโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ fusion ซึ่งได้พลังงานจากการแยกตัวของนิวเคลียสธาตุหนัก เช่น ยูเรเนียม-235 อีกทั้งโครงการ fusion จะต้องมีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ให้ใช้ในปริมาณมาก เช่น น้ำทะเล การมีเงื่อนไขเช่นนี้ ทำให้โรงงานไฟฟ้าแบบ fusion แตกต่างจากโรงงานไฟฟ้าที่ใช้แก๊สธรรมชาติ น้ำมัน หรือถ่านหิน เป็นเชื้อเพลิง ซึ่งนับวันวัตถุดิบเหล่านี้จะหมดไปจากโลก และประชุมก็คิดว่าโรงงานไฟฟ้าในฝันแบบ fusion น่าจะเริ่มทำงานได้ เป็นครั้งแรกในปี 1975 คือ อีก 40 ปี
แต่เมื่อเวลาผ่านไปไม่นาน นักฟิสิกส์ทุกคนก็เริ่มตระหนักในอุปสรรคและความยากลำบากของการพยายามสร้างดวงอาทิตย์ขึ้นมาในห้องปฏิบัติการบนโลก แม้นักฟิสิกส์ เช่น Hans Bethe (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ ปี 1967) จะรู้ว่าดวงอาทิตย์ปลดปล่อยพลังงานความร้อน และพลังงานแสง โดยอาศัยปฏิกิริยา fusion เพื่อหลอมรวมนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนให้เป็นนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียมก็ตาม แต่การที่ดวงอาทิตย์สามารถทำเช่นนั้นได้ เพราะที่แก่นกลางของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงถึง 100 ล้านองศาเซลเซียส และที่นั่นมีความดันมากเป็นพันล้านเท่าของความดันบรรยากาศโลก เพราะสถานการณ์ที่ “ผิดปกติ” เช่นนี้ จึงทำให้นักฟิสิกส์ ในสมัยเมื่อ 70 ปีก่อน ไม่มีความสามารถในการทำให้ปฏิกิริยา fusion บังเกิดในห้องทดลองบนโลกได้
Edward Teller (บิดาของระเบิดไฮโดรเจนของสหรัฐฯ) จึงได้ปรารถว่า สถานภาพของความรู้ฟิสิกส์ในการจะสร้างโรงงานไฟฟ้าแบบ fusion ในเวลานั้น เปรียบเสมือนกับการมีเครื่องบินใบพัดที่ Orville และ Wilbur Wright สร้างเมื่อต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 และจะต้องอาศัยการพัฒนาเทคโนโลยีและความรู้ฟิสิกส์อีกมาก จึงจะมีเครื่องบินไอพ่นที่มีความเร็วเหนือเสียงใช้ และ Teller ก็ได้คาดการณ์ว่า โลกจะมีโรงงานไฟฟ้าแบบ fusion ก่อนจะสิ้นคริสต์ศตวรรษที่ 20
เมื่อปัญหาทางวิชาการและอุปสรรคทางเทคโนโลยีมีมากเช่นนี้ ผู้แทนรัฐบาลของประเทศรัสเซีย จึงได้เสนอแนะให้มีการจัดตั้งโครงการวิจัยนานาชาติเรื่อง fusion โดยให้เป็นความรับผิดชอบร่วมกันของหลายชาติ เพราะมันเป็นเรื่องใหญ่เกินที่ชาติหนึ่งชาติใดในโลกจะทำได้สำเร็จตามลำพัง และที่ประชุมก็เห็นด้วยกับความคิดนี้ จึงได้จัดตั้งโครงการ ITER ขึ้นมา (จากคำเต็ม International Thermonuclear Experimental Reactor) ซึ่งคำนี้ในภาษาละตินแปลว่า วิถีทาง (สู่การมีพลังงานรูปแบบใหม่) โดยจะทำงานตามหลักการว่า บรรดาประเทศสมาชิกของโครงการทุกประเทศ หลังจากที่ได้ร่วมลงทุนสนับสนุนแล้ว หน้าที่และความรับผิดชอบในการสร้างชิ้นส่วนต่าง ๆ ของ ITER จะตกเป็นของเหล่านักวิทยาศาสตร์ที่มีความสามารถมากที่สุดของแต่ละชาติ ส่วนบรรดาประเทศสมาชิกก็จะได้รับความรู้ด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในการสร้างอย่างเท่าเทียมกันหมด และจากประเทศเริ่มต้น 4 ประเทศ คือ ญี่ปุ่น รัสเซีย สหรัฐฯ และสมาพันธ์ยุโรป (EU) ลุถึงปี 2004 ก็มีประเทศสมาชิกของ ITER เพิ่มอีก 3 ประเทศ คือ จีน เกาหลีใต้ และอินเดีย ซึ่งถ้านับจำนวนประชากรของประเทศสมาชิกทั้งหมด ก็จะพบว่ามีมากกว่า 50% ของประชากรโลก
ปัญหาต่อไปที่จะต้องนำมาพิจารณา คือ การหาตำแหน่งที่ตั้งของห้องปฏิบัติการ fusion ในโครงการ ITER ซึ่งนับว่าเป็นเรื่องละเอียดอ่อนมาก เพราะมีปัจจัยเรื่อง การเมือง การเศรษฐกิจ และความสามารถของนักฟิสิกส์ในประเทศที่ต้องการจะเป็นเจ้าภาพ ในที่สุดที่ประชุมก็ได้รับชื่อที่เสนอให้พิจารณามี 2 เมือง คือ ที่ Rokkasho ในประเทศญี่ปุ่น กับที่ Cadarache ในประเทศฝรั่งเศส
รัฐบาลญี่ปุ่นกับรัฐบาลสหรัฐฯ นั้น สนับสนุน Rokkasho เพราะญี่ปุ่นได้ประกาศสนับสนุนสหรัฐฯ ในการทำสงครามในอิรัก แต่ฝรั่งเศส เกาหลีใต้ จีน และรัสเซีย ซึ่งไม่ (เคย) พอใจสหรัฐฯ ไม่ว่าจะเรื่องอะไรก็ตาม ประกาศสนับสนุน Cadarache ยิ่งเมื่อรัฐบาลฝรั่งเศสได้ประกาศจุดยืนว่า ถ้า Cadarache ไม่ได้รับการคัดเลือก ฝรั่งเศสก็จะถอนตัวออกจากโครงการ
ในที่สุด Cadarache ก็ได้รับการอนุมัติให้เป็นสถานที่ติดตั้งเตาปฏิกรณ์ fusion บนพื้นที่ 1,000 ไร่ ณ หมู่บ้าน Saint-Paul-les-Durance ซึ่งเมืองนี้ตั้งอยู่ทางทิศตะวันออกเฉียงใต้ของปารีส ลุถึงปี 2006 การก่อสร้างเตาปฏิกรณ์ก็เริ่มดำเนินการ ด้วยงบประมาณปีละสองหมื่นล้านบาท ซึ่งนับว่ามากพอ ๆ กับการจัดสร้างสถานีอวกาศนานาชาติ ISS (International Space Station) และเครื่องเร่งอนุภาค LHC (Large Hadron Collider) ที่ CERN ใกล้กรุง Geneva ในประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ตามการคาดการณ์ใหม่ เตาปฏิกรณ์จะเริ่มทำงานในปี 2050 และจะทำงานนาน 30 ปีก็ถูกปลดระวาง
ณ วันนี้ประเทศสมาชิกในโครงการ ITER มีทั้งหมด 35 ประเทศ โดยสหรัฐฯ รับผิดชอบ 9.1% ของงบประมาณทั้งหมด และรับสร้างชิ้นส่วน เช่น ระบบแม่เหล็ก Central Solenoid ดังกล่าวข้างต้น
สำหรับเรื่องเชื้อเพลิงที่ต้องใช้ในเตาปฏิกรณ์แบบfusion นั้น นักฟิสิกส์ก็มีตัวเลือกหลายชนิด เช่น ไอโซโทป (isotope) ของไฮโดรเจน ซึ่งได้แก่
ซึ่งต่างก็เป็นนิวเคลียสของธาตุเบา เพื่อให้รวมกันเป็นนิวเคลียสของธาตุที่หนักกว่า โดยใช้ปฏิกิริยา เช่น
และถ้าใช้ปฏิกิริยา 1 กับ5 ในเตาปฏิกรณ์ เพื่อสร้างพลังงาน ก็จะพบว่า
นี่เป็นคุณประโยชน์มหาศาลที่จะได้จากเตาปฏิกรณ์แบบ fusion คือ ได้พลังงานมาก ไม่ปล่อย CO2 เลย ไม่สร้างกากกัมมันตรังสี นอกจากนี้เชื้อเพลิงที่จะต้องใช้ก็มีมากในโลก คือมีน้ำทะเล ดังนั้นเวลาที่เชื้อเพลิงจะหมด ก็คือเวลาที่น้ำทะเลจะเหือดแห้งหมดโลก
ในการทำให้เกิดปฏิกิริยาfusion นั้น นักฟิสิกส์จำเป็นต้องใช้นิวเคลียสของธาตุเบา เช่น ไฮโดรเจน ซึ่งมี2 ไอโซโทป คือ
เพราะนิวเคลียสของธาตุทั้งสองต่างก็มีโปรตอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีประจุบวก ดังนั้นจึงมีแรงไฟฟ้าที่จะผลักนิวเคลียสให้แยกออกจากกันตลอดเวลา แต่ถ้านักฟิสิกส์สามารถกดดันนิวเคลียสทั้งสองให้เข้าใกล้กัน จนอยู่ห่างกันไม่เกิน10-13เมตร ภายใต้อุณหภูมิที่สูงมาก เพื่อให้แรงนิวเคลียร์ระหว่างอนุภาคโปรตอนกับนิวตรอนเริ่มทำงาน นิวเคลียสทั้งสองก็จะหลอมรวมเข้าด้วยกันเป็นนิวเคลียสหนึ่งเดียว
โดนสรุปปัญหาหลักของการทำให้ปฏิกิริยา fusion บังเกิด คือ อุณหภูมิของนิวเคลียสจะต้องสูงมาก และความดันที่กระทำต่อนิวเคลียสจะต้องมากมหาศาล ซึ่งเงื่อนไขทั้งสองนี้มีอยู่แล้วบนดวงอาทิตย์ แต่บนโลกสถานภาพเช่นนั้นไม่มี ดังนั้นนักฟิสิกส์จึงต้องพยายามสร้างสถานการณ์ให้มีบรรยากาศมีความใกล้เคียงกับเหตุการณ์ ณ บริเวณแก่นกลางของดวงอาทิตย์ โดยการนำธาตุ deuterium และ tritium เข้าไปในภาชนะทดลองที่เรียกว่า tokamak (คำนี้ในภาษารัสเซีย แปลว่า รูปโดนัทกลวง) ซึ่งภายในเป็นสุญญากาศ แล้วใช้สนามไฟฟ้าความเข้มสูงกระทำต่ออะตอมทั้งสองชนิด ซึ่งจะทำให้อะตอมแตกตัว แยกออกเป็นอิเล็กตรอน ซึ่งมีประจุลบ กับนิวเคลียสซึ่งมีประจุบวก (เรียก ion) และอยู่รวมกันเป็นสสารรูปแบบใหม่ ที่เรียกว่า plasma จากนั้นก็จะปล่อยคลื่นไมโครเวฟ ที่มีความเข้มสูงเข้าไปทำให้ plasma ร้อนจัด และถ้า plasma ร้อน ลอยไปปะทะผนังของภาชนะทดลอง tokamak ผนังจะหลอมตัว และอิเล็กตรอนกับ ion ก็จะกลับสภาพ กลายเป็นธาตุ deuterium กับ tritium เหมือนเดิม และเมื่อภาชนะหลอมตัวพัง ปฏิกิริยานิวเคลียร์ก็จะหยุด และเตาปฏิกรณ์ก็จะหยุดทำงาน
ดังนั้น หลักการสำคัญที่ทำให้ปฏิกิริยา fusion ดำเนินไปได้อย่างต่อเนื่อง คือ ต้องใช้สนามไฟฟ้ากำจัดอิเล็กตรอนทั้งหลายออกไปให้หมด และให้ ion (ที่เป็นนิวเคลียสของธาตุทั้งสอง) ไม่ลอยไปปะทะผนังของ tokamak ซึ่งอาจทำได้โดยการใช้สนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงมากมากระทำต่อ ion และสนามแม่เหล็กต้องมีรูปทรงที่เหมาะสมด้วย และนี่ก็คือที่มาของระบบแม่เหล็ก Central Solenoid ที่ได้นำมาติดตั้งในห้องปฏิบัติการต้นแบบที่เมือง Cadarache เมื่อต้นเดือนกันยายนนี้
สำหรับเชื้อเพลิงที่ใช้ในเตาปฏิกรณ์ เช่นdeuterium นั้น มีพบประมาณ3% ในน้ำทะเล ส่วนtritium ก็สามารถผลิตได้โดยการยิงอนุภาคนิวตรอนไปที่isotope ของธาตุlithium ซึ่งจะรวมกันตามปฏิกิริยา
สำหรับอนุภาคนิวตรอนที่เกิดจากปฏิกิริยา fusionนั้น เพราะมันเป็นอนุภาคที่ไม่มีประจุไฟฟ้า ดังนั้นจึงมีสถานภาพทางไฟฟ้าแบบเป็นกลาง ทำให้มันไม่ตกอยู่ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า หรือสนามแม่เหล็กใด ๆ และจะหนีออกจากtokamak ไปตกกระทบผนัง แล้วถ่ายเทพลังงานจลน์ที่มันมีให้ผนัง ผนังจึงร้อนขึ้น ๆ มีอุณหภูมิสูงขึ้น ๆ จนทำให้น้ำปริมาณมากที่อยู่ใกล้กับเตาปฏิกรณ์ tokamak ร้อนจัด จนน้ำกลายเป็นไอ ไปผลักดันใบพัดของเครื่องยนต์ turbine ให้หมุนตัดสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า
ดังได้กล่าวไว้ว่า อุณหภูมิและความดันของ plasma ภายใน tokamak มีค่ามากมหาศาล ดังนั้นวัสดุที่ใช้ทำผนังของ tokamak จึงต้องเป็นวัสดุที่นำความร้อนได้ดีมาก เพื่อเปลี่ยนพลังงานจลน์ของนิวตรอนที่มากระทบเป็นพลังงานความร้อนได้อย่างรวดเร็ว ทำให้วัสดุไม่ร้อนจนละลาย เพราะผนังของ tokamak ได้รับอนุภาคนิวตรอนในปริมาณมากตลอดเวลา ดังนั้นวัสดุที่ใช้ทำผนังจึงอาจกลายเป็นวัสดุกัมมันตรังสี ที่สามารถแผ่รังสีแกมมาออกมาได้มาก ถึงกระนั้นการกำจัดกัมมันตรังสีในอุปกรณ์ tokamak ก็สามารถทำได้ง่ายกว่า และสะอาดกว่าการกำจัดกากกัมมันตรังสีที่เกิดจากปฏิกิริยา fusion นอกจากปัญหานี้แล้ว เจ้าหน้าที่ผู้ดูแลความปลอดภัยของ tokamak ก็จะต้องตรวจตราอย่างสม่ำเสมอว่า ผนังเครื่องต้องไม่สึกกร่อน เพราะผนังได้ถูกอนุภาคนิวตรอนพุ่งชนตลอดเวลา จึงอาจจะมีอะตอมของธาตุที่ใช้ทำผนังกระเด็นหลุดออกจากผนังไปลอยปนกับ plasma ในสภาพของสารเจือ ซึ่งสามารถจะหยุดปฏิกิริยา fusion มิให้ดำเนินต่อไปได้ ถ้าสารเจือมีในปริมาณมาก
ในการทดสอบหาวัสดุที่เหมาะสมมาทำผนังของ tokamak นักวัสดุศาสตร์ได้พบว่า ใยคาร์บอนเวลาทำปฏิกิริยากับ tritium จะให้ beryllium ซึ่งนำความร้อนได้ดี และไม่ดูดซับ tritium ส่วน tungsten นั้น เป็นธาตุที่มีจุดหลอมเหลวสูงที่สุดในบรรดาโลหะทั้งหลาย tungsten จึงไม่หลอมละลายง่าย เวลามี plasma มากระทบ แต่ tungsten บริสุทธิ์ เป็นธาตุที่เปราะ ดังนั้นจึงต้องนำมาเจือด้วยธาตุอื่น เพื่อเพิ่มความแกร่ง นอกจากธาตุเหล่านี้แล้ว วัสดุหลักที่ใช้ในการทำผนังก็มีเหล็กกล้า และ silicon carbide
เพราะการกักเก็บ plasma ใน tokamak จำเป็นต้องใช้สนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงมาก (ประมาณ 3 แสนเท่าของสนามแม่เหล็กโลก) ดังนั้นโครงการ ITER จึงจำเป็นต้องใช้แม่เหล็กที่ทำด้วยตัวนำยวดยิ่ง เพื่อตอบสนองความต้องการนี้ และบริษัท General Atomics ซึ่งรับหน้าที่ผลิต Central Solenoid ที่ประกอบด้วย แม่เหล็ก 3 ชุด โดยชุดแรกเป็นแม่เหล็กวงแหวนหลายวงที่ล้อมท่อโดนัท ซึ่งจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กภายในท่อ ชุดแม่เหล็กที่สองเป็นชุดวงแหวนที่วางขนานกับเส้นรอบวงของ tokamak เพื่อสร้างสนามที่ควบคุมตำแหน่งและรูปทรงของ plasma ในทุกขณะ และชุดที่สาม ซึ่งจะอยู่ที่ศูนย์กลางของ tokamak เพื่อทำหน้าที่สร้างสนามแม่เหล็กให้ขับเคลื่อน plasma ให้เคลื่อนที่ไปตามท่อ เพราะเวลา plasma ไหล จะมีกระแสไฟฟ้าประมาณ 15 ล้านแอมแปร์ เกิดขึ้นภายในท่อ และกระแสไฟฟ้านี้ จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก ซึ่งจะช่วยเสริมหรือต้านทานสนามแม่เหล็กจากภายนอกได้ กระแสไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นอย่างซับซ้อนเช่นนี้ เป็นสิ่งที่นักวิจัยไม่เคยเผชิญมาก่อน
ในส่วนของตัวนำยวดยิ่งที่ใช้ในโครงการ ITER นี้ ได้ถูกกำหนดให้ผลิตโดยโรงงาน 9 แห่ง ใน 6 ประเทศ และมีลวดชุดหนึ่ง ซึ่งทำด้วย niobium-tin เป็นตัวนำยวดยิ่งที่มีความยาวถึง 43 กิโลเมตร และเป็นลวดที่ทำในโรงงานของประเทศญี่ปุ่น สำหรับลวดตัวนำยวดยิ่งที่ใช้ในโครงการ ITER ทั้งหมดจะหนักถึง 400 ตัน และมีความยาวทั้งสิ้น 100,000 กิโลเมตร ดังนั้นการติดตั้งระบบตัวนำยวดยิ่งของ ITER จึงต้องทำอย่างผิดพลาดไม่ได้เลย เพื่อให้ระบบมีความปลอดภัย โดยการใช้ฉนวนที่ทำด้วยแผ่น fiberglass / Kapton เรียงซ้อนกัน 25 ชั้น และแผ่นฉนวนเหล่านี้ ผ่านการทดสอบอย่างเข้มข้นที่อุณหภูมิ -270 องศาเซลเซียส
ในภาพรวมโครงการ ITER มีอุปกรณ์ที่เป็นชิ้นส่วน จำนวนมากกว่า 1 ล้านชิ้น โดยบรรดาประเทศสมาชิกของโครงการแบ่งรับกันสร้าง บางชิ้นที่มีขนาดใหญ่มาก เช่น Central Solenoid ซึ่งเป็นชิ้นที่หนักที่สุด การขนส่งอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ละเอียดอ่อน และหนักมากเช่นนี้ จึงต้องกระทำอย่างระมัดระวังที่สุด เช่น ต้องขน Central Solenoid จาก California ไป Houston ใน Texas ก่อน แล้วจากที่นั่น อุปกรณ์ก็ถูกนำขึ้นเรือไปฝรั่งเศส และจากท่าเรือในประเทศฝรั่งเศส การขนส่งต่อโดยยานยนต์ไปตามถนนที่ยาว 104 กิโลเมตร จนถึงเมือง Cadarache ต้องทำอย่างช้า ๆ เพื่อไม่ให้อุปกรณ์ได้รับความกระทบกระเทือนแม้แต่น้อย รวมทั้งสิ้นใช้เวลาในการเดินทางนาน 2 เดือน
เมื่อหัวใจหลัก คือ Central Solenoid เข้าประจำที่แล้ว ในอีก 4 ปี อุปกรณ์ต้นแบบของโรงงานไฟฟ้าแบบ fusion ก็จะเริ่มทำงาน
สำหรับความรับผิดชอบในการสร้างห้องสุญญากาศนั้น เป็นหน้าที่ของนักวิทยาศาสตร์อินเดีย เกาหลีใต้ รัสเซีย และสมาพันธ์สหภาพยุโรป (EU)
ส่วนฉนวน จะถูกสร้างโดยนักวิทยาศาสตร์จีน รัสเซีย สหรัฐฯ ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ และ EU
ชุดแม่เหล็ก 3 ชุด เพื่อควบคุมรูปทรงของ plasma ใน 6 ทิศทาง เป็นความรับผิดชอบของบริษัทญี่ปุ่น สหรัฐฯ EU รัสเซีย เกาหลีใต้ และจีน แต่ชุด Central Solenoid ที่อยู่ตรงกลางของอุปกรณ์เป็นสิ่งที่บริษัทสหรัฐฯ รับหน้าที่สร้างแต่เพียงผู้เดียว
อุปกรณ์ให้ความร้อนด้วยรังสีไมโครเวฟ ถูกสร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ของ EU , US อินเดีย ญี่ปุ่น และรัสเซีย
และสำหรับลวดตัวนำยวดยิ่ง ที่ยาวทั้งสิ้น 100,000 กิโลเมตรนั้น นักวิทยาศาสตร์จีน ญี่ปุ่น รัสเซีย เกาหลีใต้ EU และสหรัฐฯ เป็นผู้ร่วมกันสร้าง
โดยสรุป เส้นทางการถือกำเนิดของ ITER จึงเป็นดังนี้
ปี 1955 นักฟิสิกส์จากสหรัฐฯ รัสเซีย และอังกฤษ มีดำริจะจัดตั้งโครงการผลิต พลังงาน fusion โดยใช้ชื่อว่า ZETA และจะให้เป็นโครงการทางทหารที่ ลับสุดยอด
ปี 1958 โครงการ ZETA ได้ถูกนำไปผนวกเข้าเป็นโครงการหนึ่งของโครงการใหญ่ Atoms for Peace ของสหประชาชาติ
ปี 1968 Andrei Sakharov และ Igor Tamm ได้เสนอ tokamak เป็นอุปกรณ์ เพื่อกักเก็บ plasma ที่มีอุณหภูมิสูง
ปี 1985 นักฟิสิกส์รัสเซียได้กระตุ้นให้นายกรัฐมนตรี Mikhail Gorbachev เสนอ โครงการ fusion เป็นโครงการวิจัยนานาชาติต่อประธานาธิบดี Ronald Reagan ในการประชุมสุดยอด ที่กรุง Geneva ในประเทศสวิตเซอร์แลนด์
ปี 1988 โครงการ ITER ได้เริ่มดำเนินการออกแบบสร้าง
ปี 1998 เพราะค่าก่อสร้างเพิ่มสูงมาก บรรดาประเทศสมาชิกจึงได้ขอให้ลด งบประมาณลงกว่า 50%
ปี 1999 สหรัฐฯ ได้ขอลาออกจากสมาชิกภาพของ ITER เพราะมีโครงการ fusion ที่เป็นของชาวอเมริกันเอง หลายโครงการแล้ว เช่น The National Ignition Facility (NIF) ที่ใช้เลเซอร์ 192 ลำแสงบีบอัดนิวเคลียสของ deuterium กับ tritium ให้หลอมรวมกัน
ปี 2003 จีน เกาหลีใต้ และสหรัฐฯ ได้กลับเข้าเป็นสมาชิกของ ITER อีก แต่ยังตก ลงกันไม่ได้ว่าจะติดตั้งเตาปฏิกรณ์ ณ สถานที่ใด
ปี 2005 เมือง Cadarache ในฝรั่งเศสได้รับการคัดเลือกเป็นสถานที่ตั้งของเตา ปฏิกรณ์
ปี 2021 เริ่มมีการติดตั้งชิ้นส่วนของเตาปฏิกรณ์ต้นแบบ ชื่อ DEMO
ปี 2025 DEMO จะเริ่มทำงาน
อ่านเพิ่มเพิ่มเติม ITER Physics โดย C. Wendell Horton Jr. และ Sadruddin Benkadda จัดพิมพ์โดย World Scientific ปี 2017
สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" จาก "ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน" ได้ทุกวันศุกร์
