1.นายชัยยพล เตชะพัทธ์รักษ์ 5310060016
3.นายธาวัน พาพงษ์พันธ์ 5210060256
4.นายธีรยุทธ พุฒิแก้ว 5310062194
มาทำความรู้จักโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ตั้งอยู่บนเส้นแบ่งขอบเขต ระหว่างความคาดหวังที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของมนุษย์ชาติ และความกลัวที่ร้าวลึกที่สุดของมันในอนาคต
ในทางหนึ่ง พลังงานอะตอมถูกกล่าวถึงว่าเป็นพลังงานสะอาด เป็นทางเลือกอิสระของมนุษย์ ที่จะปลดภาระออกจากห่วงของการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล ในอีกทางหนึ่งก็มีภาพลักษณ์ของภัยพิบัติอย่าง แผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิที่ทำให้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของญี่ปุ่นพ่นไอน้ำกัมมันตรังสี หรือรอบ ๆ โครงสร้างคอนกรีต (sarcophagus) ที่ครอบโรงไฟฟ้าเชอร์โนบิลที่เรียกเป็นโซนมรณะ
แต่อะไรเกิดขึ้นภายในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่นำมาซึ่งความพิศวง และความทุกข์ระทมแสนสาหัส ให้ลองนึกภาพตามดังต่อไปนี้ แรงดันของกระแสไฟฟ้าด้านหลังผนังบ้านที่ผ่านมาสู้เต้ารับ (ปลั๊ก) ไฟฟ้าหรือสวิตซ์ไฟฟ้า ตลอดเส้นทางหลายไมล์ของสาย เส้นทางพลังงานไปสู่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่เป็นแหล่งกำเนิด เราจะพบกับเครื่องกำเนิดที่ผลิดกระแสไฟฟ้า และกังหันไอน้ำที่หมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ต่อมาเราก็จะพบกับกระแสของไอน้ำร้อนที่พ่นเป็นลำเพื่อมาทำให้กังหันหมุน และในที่สุดก็มาถึงมัดแท่งเชื้อเพลิงยูเรเนียมกัมมันตรังสี ที่มาทำให้น้ำร้อนจนกลายเป็นไอน้ำร้อน หลังจากนั้นก็ยินดีต้อนรับเข้าสู่แกนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
น้ำในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ยังทำหน้าที่เป็นน้ำหล่อเย็นสำหรับวัสดุกัมมันตรังสี ป้องกันไม่ให้มีระดับความร้อนเกินขอบเขต และทำให้เกิดการหลอมละลายของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ในเดือนมีนาคม 2011 ผู้ชมทั่วโลกจะเห็นภาพ และคุ้นเคยเป็นอย่างดีกับความเป็นจริงที่ประชาชนญี่ปุ่นเป็นหมื่น ๆ ต้องหนีออกมาจากบริเวณรอบๆ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟุกุชิมะ-ไดอิจิ หลังจากเกิดแผ่นดินไหวที่มีพลังแรงที่สุดที่มีการบันทึกเป็นสถิติ และตามมาด้วยคลื่นสึนามิ เป็นผลให้เกิดบาดแผลความเสียหายร้ายแรง แก่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์อีกหลายเครื่อง ท่ามกลางเหตุการณ์อื่น ๆ การระบายน้ำออกจากแกนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ก็ไม่สามารถที่จะดำเนินการได้ ที่จะควบคุมอุณณหภูมิในแกนเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งเป็นผลทำให้เกิดการสะสมความร้อนที่เกินขอบเขต และทำให้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์บางส่วนเกิดการหลอมละลาย
 |
| ภาพถ่ายดาวเทียมของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟุกุชิมะ-ไดนิ ซึ่งอยู่ข้าง ๆ ฟุกุชิมะ-ไดอิจิ โรงนี้สามรถรอดจาก แผ่นดินไหวขนาด 8.9 และคลื่นสึนามิทำให้เกิดเหตุหายนะเป็นห่วงโซ่เมื่อ 16 มีนาคม 2011 |
ปฏิกิริยาฟิชชันหัวใจของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
แม้ว่าจะมีพลังงานต่าง ๆ มากมายในจักรวาล คำว่า “นิวเคลียร์” จะอ้างถึงโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ขึ้นอยู่กับพลังงานอะตอม ซึ่งการดำเนินการใช้งานไม่ได้มีความแตกต่างกันเลยจากโรงไฟฟ้าปกติ ที่ใช้การเผาถ่านหินเพื่อผลิตไฟฟ้า ทั้งสองกรณีใช้หลักการทำให้ความร้อนแก่น้ำทำให้เป็นไอน้ำแรงดันสูง เพื่อมาขับเคลื่อนกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทั้งสองกรณีก็คือ วิธีการที่จะใช้ในการให้ความร้อนแก่น้ำ
ในขณะที่โรงงานผลิตไฟฟ้าแบบเก่าใช้การเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล แต่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์นั้นขึ้นอยู่กับการใช้ความร้อนที่เกิดขึ้นจากปฏิกริยานิวเคลียร์ฟิชชัน เมื่ออะตอมแบ่งแยกออกเป็นสองส่วนและมีการปลดปล่อยพลังงานออกมา ปฏิกริยานิวเคลียร์ฟิชชันเกิดขึ้นตามธรรมชาติทุกวัน ดังเช่น ยูเรเนียมเป็นตัวอย่างที่สามารถเกิดฟิชชันได้เองอย่างต่อเนื่องในอัตราที่ช้ามาก ๆ นี่คือเหตุผลที่ว่า ทำไมธาตุยูเรเนียมจึงมีการแผ่รังสี และนี่คือเหตุผลทางธรรมชาติ ในการเลือกการทำให้เกิดฟิชชัน มาใช้กับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
ทำไมต้องเป็นยูเรเนียม?
บนโลกนี้มีแร่กัมมันตรังสีอยู่ 2 ชนิดที่หลังเกิดปฎิกิริยาฟิชชัน จะให้ค่าพลังงานความร้อนที่สูงมากนั่นคือ Uranium และ Plutonium ซึ่งแต่ละตัวมีข้อดีข้อเสียที่ต่างกันไป
อย่างเช่น 1.Plutonium นั้นสามารถนำมา recycle ได้ แต่อยู่ Uranium ทำไม่ได้
2.Plutonium นั้นจะเกิดปฎิกิริยาฟิชชันได้ยากกว่า Uranium
3.Plutonium จะให้พลังงานเพียง 1 ใน 3 ของค่าจริง เนื่องจากเหตุผลในข้อ2.
 |
| Plutonium Ore |
 |
| Uranium Ore |
ยูเรเนียมเป็นธาตุที่พบบนโลก และมีอยู่ตั้งแต่กำเนิดของโลกแล้ว ยูเรเนียมมีอยู่หลาย ๆ แบบแต่ที่นิยมใช้กันมากจะมีอยู่ 2 แบบ คือ ยูเรเนียม-235 และ ยูเรเนียม-238
ยูเรเนียม-235 นั้นจะทำปฏิกิริยาฟิชชันได้ง่ายกว่ายูเรเนียม-238
 |
| การเกิดปฎิกิริยาฟิชชัน |
การเสริมสมรรถนะยูเรเนียมเพื่อที่จะได้มียูเรเนียม-235 ให้อยู่ในระดับ 2% ถึง3% ยูเรเนียม-235 เสริมสมรรถนะในระดับ 3% ก็เพียงพอสำหรับใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ แต่สำหรับยูเรเนียม-235 ชนิดที่ใช้สำหรับการทำอาวุธนิวเคลียร์ต้องเสริมสมรรถนะยูเรเนียม-235 อย่างน้อยต้อง 90%
ภายในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
ในการที่จะเปลี่ยนพลังงานจากฟิชชันให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ผู้ปฏิบัติงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะต้องควบคุมพลังงานที่ได้จากยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ และนำไปให้ความร้อนแก่น้ำและเปลี่ยนเป็นไอน้ำ
ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะโดยทั่วไปจะถูกทำให้เป็นเม็ดขนาดยาว 2.5 เซนติเมตรและเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณขนาดเหรียญ 10 เซ็นต์ ต่อมาเม็ดยูเรเนียมนี้จะถูกนำมาบรรจุในท่อโลหะยาว และท่อที่ได้ก็จะนำมารวมกันเป็นมัดแท่งเชื้อเพลิง และนำมัดแท่งเชื้อเพลิงนี้มาบรรจุในถังโลหะความดันสูงที่มีน้ำบรรจุอยู่เต็ม โดยน้ำทำหน้าที่เป็นตัวหล่อเย็น ถ้าไม่มีระบบน้ำหล่อเย็นแล้ว แท่งเชื้อเพลิงยูเรเนียมก็จะสะสมความร้อนมากเกินไปทำให้เกิดการหลอมละลายได้
เพื่อที่จะป้องกันระดับความร้อนสะสมมากเกินระดับ แท่งควบคุมซึ่งทำด้วยวัสดุที่มี คุณสมบัติในการดูดกลืนนิวตรอน จะถูกสอดแทรกไปในระหว่างมัดแท่งเชื้อเพลิงยูเรเนียม โดยมีระบบกลไกเป็นตัวขับเคลื่อนแท่งควบคุมในการเลื่อนขึ้นลง ในการเลื่อนแท่งควบคุมขึ้นหรือลง จะทำให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถที่จะควบคุมอัตราปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้ เมื่อผู้ปฏิบัติงานต้องการให้ยูเรเนียมผลิตความร้อนมาก ๆ แท่งควบคุมก็จะถูกดึงสูงขึ้นพ้นระยะของมัดแท่งเชื้อเพลิงยูเรเนียม (โอกาสที่นิวตรอนจะถูกดูดกลืนโดยแท่งควบคุมก็จะมีน้อยลง) เพื่อที่ระลดระดับความร้อน แท่งควมคุมก็จะถูกลดระดับลงไปในมัดแท่งเชื้อเพลิงยูเรเนียม แท่งควบคุมสามารถที่จะเลื่อนลงไปในมัดแท่งเชื้อเพลิงได้ในระดับต่ำที่สุด เพื่อที่จะหยุดการเดินเครื่องในกรณีของการเกิดอุบัติเหตุ หรือในกรณีการเปลี่ยนมัดแท่งเชื้อเพลิงใหม่
 |
| ผังแสดงทุกส่วน (จาก A ถึง L) ภายในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ |
 |
| รูปชั้นล่างสุดของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ โครงสร้างโค้งเป็นโครงสร้างที่ทำด้วยคอนกรีตหนาและชั้นเหล็กกล้าเรียกว่าContainment vessel ทั้งนี้เพื่อป้องกันการรั่วไหลของสารกัมมันตรังสีสู่สภาวะแวดล้อม |
 |
| ภายในแกนเคริ่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ มีน้ำหล่อเย็นบรรจุท่วมในส่วนของแท่งเชื้อเพลิงและแท่งควบคุม แท่งเชื้อเพลิงคือสีแดง และแท่งควบคุมคือสีน้ำเงิน การบังคับแท่งควบคุมขึ้นหรือลงก็เพื่อการปรับระดับอัตราของปฏิกิริยานิวเคลียร์ (และความร้อนที่เกิดขึ้น) การลดระดับแท่งควบคุมลงต่ำสุดทำให้ปฏิกิริยานิวเคลียร์หยุดลง เครื่องก็จะหยุดการทำงาน |
 |
| ท่อสีน้ำเงินทางซ้ายจะดูดน้ำหล่อเย็นเข้าสู่แกนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ขณะที่ท่อสีแดงทางขวา ดึงน้ำหล่อเย็นที่ร้อนเข้าสู่ชุดกำเนิดไอน้ำในถังที่สองดังที่เห็น เครื่องสูบน้ำที่ทำให้น้ำหล่อเย็นทั้งร้อนและเย็นไหลผ่านตลอดระบบ จึงเป็นส่วนวิกฤตที่สำคัญ ที่จะทำให้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีความปลอดภัยในการทำงาน |
 |
| ชุดกำเนิดไอน้ำจะส่งไอน้ำที่รวบรวมได้ ไปสู่กังหันผ่านทางท่อส่งไอน้ำ (เห็นอยู่ด้านบน) |
 |
| ในที่สุดไอน้ำก็จะไปขับนกังหันไอน้ำ |
 |
| เมื่อดูที่กังหันไอน้ำที่อยู่ด้านบน ด้านล่างก็คือชุดควบแน่นน้ำเย็น ซึ่งชุดควบแน่นนี้ในท้ายที่สุดแล้ว ก็จะส่งน้ำเย็นชุดใหม่ที่ผลิตได้ กลับเข้าสู่ชุดกำเนิดไอน้ำ เพื่อรักษาระดับอุณหภูมิของแกนชุดกำเนิดไอน้ำตามที่ต้องการ |
 |
| น้ำหล่อเย็นของเครื่องควบแน่นก็เช่นกัน จะถูกส่งไปที่หอระบายความร้อน |
 |
| หอระบายความร้อนทำหน้าที่ลดอุณหภูมิของของเหลวที่ผ่านเข้าไป และพร้อมที่จะส่งกลับคืนไปที่เครืองควบแน่น หรือบางแบบก็จะปล่อยทิ้งไปสู่สภาวะแวดล้อม ไอน้ำที่เห็นลอยออกมาจากหอระบายความร้อน ก็คือน้ำธรรมดาเท่านั้น |
 |
| ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ที่เชื่อมต่อกับชุดหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งในที่สุดก็ได้พลังงาน (นิวเคลียร์) เพื่อประชาชน |
 |
| เรามองเห็นได้จากภาพโรงไฟฟ้านิวเคลียร์บรอคดอร์ฟ (Brokdorf) ของเยอรมนี ผนังคอนกรีตมีบทบาทสำคัญในการเก็บวัสดุกัมมันตรังสี |
ข้อสนับสนุนและข้อต่อต้านโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
ประโยชน์ข้อใหญ่ที่สุดของพลังงานนิวเคลียร์คืออะไร ? พลังงานนิวเคลียร์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับพลังงานฟอสซิล ตัดขาดจากผลกระทบของความผันผวนด้านราคาของน้ำมันและแก๊ส โรงไฟฟ้าที่ใช้ถ่านหินและแก๊สธรรมชาติเพื่อผลิตพลังงาน มีการปลดปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศ แต่กับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ การที่จะปลดปล่อยแก๊สคาร์บออนไดออกไซด์ออกสู่ชั้นบรรยากาศน้อยมาก
ข้อมูลอ้างอิงตามสถาบันพลังงานนิวเคลียร์ (Nuclear Energy Institute: NEI) ว่าพลังงานที่ผลิตโดยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของทั้งโลก จะปลดปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาถึงสองพันล้านตันที่เดียว ถ้าพลังงานนี้ผลิตด้วยเชื้อเพลิงฟอสซิล ในข้อความจริงโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ทำงานด้วยศักยภาพที่ถูกต้อง จะมีการปลดปล่อยกัมมันตรังสีสู่สภาวะแวดล้มที่น้อยมาก น้อยกว่าโรงไฟฟ้าที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงเสียด้วยซ้ำ (ที่มา Hvistendahl) รวมกับสิ่งที่ปลดปล่อยออกมาจากความต้องการใช้เชื้อเพลิงที่น้อยกว่า การเกิดนิวเคลียร์ฟิชชันจะผลิตพลังงานประมาณหยาบ ๆ ได้มากกว่าการเลือกใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลถึงล้านเท่า เมื่อต่อหน่วยน้ำหนักเชื้อเพลิงเท่ากัน
ทีนี้ก็มามองพลังงานนิวเคลียร์ในเชิงลบบ้าง ในอดีตของการทำเหมืองยูเรเนียม และกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ เป็นกระบวนการที่ไม่ค่อยสะอาดนัก แม้แต่การขนส่งเชื้อเพลิงยูเรเนียมไปหรือขนส่งกลับจากโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ ก็จะมีความเสี่ยงในเรื่องของการปนเปื้อนสารกัมมันตรังสี และยิ่งเป็นเชื้อเพลิงใช้แล้ว (spent fuel) จะขจัดทิ้งได้เหมือนขยะทั่ว ๆ ไปที่มาจากชุมชนเมืองไมได้ ทั้งนี้เพราะมันมีความแรงทางรังสีและเป็นอันตรายร้ายแรงได้
โดยเฉลี่ยในหนึ่งปี โรงไฟฟ้านิวเคลียร์หนึ่งโรงจะทำให้เกิดเชื้อเพลิงที่ใช้แล้วขึ้น 20 ตัน ที่ถูกจำแนกว่าเป็นกากกัมมันตรังสีระดับสูง (high-level radioactive waste) ดังนั้น เมื่อนับรวบเอาจำนวนโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้งโลกมารวมกันแล้ว จะมีปริมาณเชื้อเพลิงใช้แล้วรวมกันสูงถึง 2,000 ตันต่อปี (แหล่งที่มา NEI) โดยกากกัมมันตรังสีทั้งหมดนี้ จะปลดปล่อยกัมมมันตภาพรังสีและความร้อนออกมา ซึ่งหมายความว่า ภาชนะที่จรรจุกากกัมมันตรังสีเหล่านี้จะเกิดการเสื่อมสภาพได้เช่นการเกิดสนิม ซึ่งมันสามารถที่จะเป็นอันตรายแก่สิ่งมีชีวิตที่อยู่ใก้ลเคียงได้ และถ้ายังไม่เลวร้ายพอ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ยังทำให้เกิดกากกัมมันตรังสีระดับต่ำ (low-level radioactive waste) ในรูปของชิ้นส่วนและอุปกรณ์ที่มีกัมมันตภาพรังสี
เมื่อเวลาผ่านไปนาน ๆ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้แล้วก็จะสลายในระดับที่ความแรงทางรังสีอยู่ในระดับที่ปลอดภัย แต่กระบวนการนี้ก็ต้องใช้เวลานานมากเป็นหมื่น ๆ ปี แม้กระทั่งกากกัมมันตรังสีระดับต่ำ ๆ ก็ต้องการเวลาเป็นหลายศตวรรษ จึงจะทำให้กัมมันตภาพรังสีสลายจนอยู่ในระดับที่ยอมรับได้ ในปัจจุบัน อุตสาหกรรมนิวเคลียร์จะปล่อยให้กากกัมมันตรังสีสลายเป็นเวลาหลายปี ก่อนที่จะนำมาผสมทำให้เป็นแก้ว และเก็บไว้ในโครงสร้างคอนกรีตขนาดใหญ่ ที่มีระบบระบายความร้อน โดยที่กากกัมมันตรังสีเหล่านี้จะมีระบบการบำรุงรักษา การเฝ้าตรวจ และการปกป้องรักษา เพื่อป้องกันไม่ให้วัสดุเหล่านี้ตกไปอยู่ในความครอบครองของผู้ไม่ประสงค์ดี ทั้งหมดของการจัดการดังกล่าว ต้องใช้งบประมาณสูง และเป็นค่าใช้จ่ายนอกเหนือจากค่าก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ซึ่งก็มีมูลค่าที่สูงอยู่แล้ว
 |
| เศษซากความเสียหายอันเป็นผลพวงจากแผ่นดินไหวที่ใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ ที่ทำให้เกิดคลื่นสึนามีตามมา และทำให้ประเทศญี่ปุ่นเหมือนถูกฉีกออกจากกันอันนำไปสู่หายนะนิวเคลียร์ |
ความนิยมของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
ในปัจจุบันมีหลายประเทศได้หันมาใช้โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ ไม่ว่าจะเป็น ยุโรป ญี่ปุ่น อินเดีย โดยเฉพาะที่อเมริกานั้น
- ในปี2011 ได้มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ถึง 104 โรงจากทั่วประเทศ ซึ่งสามารถผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 821 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง โดยคิดเป็นพลังงานไฟฟ้า 19% จากพลังงานไฟฟ้าทั้งหมดที่ผลิตได้
- ในปี2012 กำลังการผลิตไฟฟ้าทั้งหมดของอเมริกานั้นได้เพิ่มขึ้นถึง 4300 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง
โดยแบ่งสัดส่วนได้ดังนี้
1.จากการเผาไหม้ถ่านหิน 38%
2.จากการเผาไหม้gas 30%
3.จากพลังงานนิวเคลียร์ 19%
4.ส่วนที่เหลือจากน้ำ ลม และความร้อนใต้พิภพ
 |
| ตำแหน่งที่ตั้งของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใน U.S.A |
การลงทุนในอเมริกา
ในปัจจุบันได้มีบริษัทที่สร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์กว่า 30 บริษัทในอเมริกา จากการสำรวจพบว่ากำไรจากการขายไฟฟ้าให้กับรัฐบาลอเมริกาในแต่ละปีนั้นจะอยู่ประมาณ $40 - $50 billion และมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ
Reference
1.Thailand Institute of Nuclear Technology
2.Nuclear Energy Institute
3.World Nuclear Association
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น