พลังงานนิวเคลียร์
: เป็นเทคโนโลยีที่ออกแบบมาเพื่อนำพลังงานจากอะตอมของสสารมาใช้งาน
โดยอาศัยเตาปฏิกรณ์ปรมาณู
แม้ว่าในปัจจุบันพลังงานนิวเคลียร์ที่มีการนำมาใช้
จะได้มาโดยอาศัยปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบแตกตัวเพียงอย่างเดียว
แต่ในอนาคตอาจจะสามารถนำประโยชน์จากปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบอื่นมาใช้ได้
เช่น ปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบรวมตัว
พลังงานที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ในเตาปฏิกรณ์ปรมาณู
จะใช้ในการต้มน้ำเพื่อผลิตไอน้ำที่จะใช้เปลี่ยนไปเป็นพลังงานกลสำหรับ
ผลิตกระแสไฟฟ้าหรือจุดประสงค์อื่น
พลังงานนิวเคลียร์ฟิชชั่น (Nuclear fission)
เป็นปฏิกิริยาที่เกิดจากการที่นิวเคลียสของอะตอมแตกตัวออกเป็นส่วนเล็กๆ
สองส่วน
ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชั่นเมื่อนิวตรอนชนเข้ากับนิวเคลียสของธาตุที่
สามารถแตกตัวได้ เช่น ยูเรเนียม หรือ พลูโตเนียม
จะเกิดการแตกตัวเป็นสองส่วนกลายเป็นธาตุใหม่
พร้อมทั้งปลดปล่อยอนุภาคนิวตรอนและพลังงานจำนวนหนึ่งออกมา
หลักการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์
โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ คือ
ระบบที่จะนำพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์มาเปลี่ยนเป็น
พลังงานไฟฟ้า โรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยทั่วไปประกอบด้วยส่วนหลักๆ 4 ส่วนคือ
เตาปฏิกรณ์ ระบบระบายความร้อน ระบบกำเนิดกระแสไฟฟ้า และระบบความปลอดภัย
พลังงานที่
เกิดขึ้นในเตาปฏิกรณ์เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชั่น
สิ่งที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชั่น
ไม่ได้มีเพียงพลังงานจำนวนมากที่ปลดปล่อยออกมา
แต่รวมถึงผลผลิตที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชั่น
นิวตรอนอิสระจำนวนหนึ่ง
การควบคุมจำนวนและการเคลื่อนที่ของนิวตรอนอิสระภายในเตาปฏิกรณ์โดยสารหน่วง
นิวตรอน และแท่งควบคุมจะเป็นการกำหนดว่า
จะเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชั่นขึ้นภายในเตาปฏิกรณ์มากน้อยเพียงใด
พลังงานที่
ผลิตเกิดขึ้นภายในเตาปฏิกรณ์ จะถูกนำออกมาโดยตัวนำความร้อน
ซึ่งก็คือของไหลเช่น น้ำ,เกลือหลอมละลายหรือก๊าซคาร์บอนไดอออกไซค์
ของไหลจะรับความร้อนจากภายในเตาปฏิกรณ์
จนตัวมันเองเดือดเป็นไอหรือเป็นตัวกลางในการนำความร้อนไปยังวงจรถัดไปเพื่อ
ผลิตไอน้ำ ไอน้ำที่ได้จะถูกส่งผ่านท่อไปยังระบบกำเนิดกระแสไฟฟ้า
ที่ไอน้ำจะถูกนำไปขับกังหันไอน้ำที่จะใช้ในการหมุนเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้า
ต่อไป
โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า ที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายมีอยู่ด้วยกัน 3 ชนิด สามารถแบ่งออกได้ดังนี้1.โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำอัดความดัน (Pressurized Water Reactor - PWR)
โรงไฟฟ้า
พลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำอัดความดัน เป็นโรงไฟฟ้าที่นิยมใช้มากที่สุด
โดยใช้น้ำเป็นทั้งตัวกลางระบายความร้อนและสารหน่วงนิวตรอน
มีการออกแบบระบบการทำงานให้มีสองวงจร
โดยวงจรแรกจะเป็นระบบระบายความร้อนออกจากเตาปฏิกรณ์
ที่ซึ่งน้ำจะไหลผ่านเตาปฏิกรณ์เพื่อระบายความร้อนออกจากแกนปฏิกรณ์
และนำความร้อนที่ได้ส่งต่อให้วงจรที่สองที่อุปกรณ์กำเนิดไอน้ำ
เพื่อผลิตไอน้ำไปขับกังหันไอน้ำ น้ำในวงจรแรกนี้จะมีอุณหภูมิสูงถึง 325
องศาเซลเซียส ดังนั้นวงจรแรกจึงต้องทำงานภายใต้ความดันที่สูงมาก
เพื่อป้องกันการเดือดของน้ำในวงจร
อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ควบคุมแรงดันในวงจรแรกคือตัวควบคุมความดัน
(pressurizer)
โดยน้ำในวงจรแรกจะทำหน้าที่ทั้งเป็นสารหล่อเย็นและสารหน่วงนิวตรอนให้แก่เตา
ปฏิกรณ์
ในส่วน
ของวงจรที่สองนั้นจะทำงานภายใต้ความดันที่ต่ำกว่าวงจรแรก
ซึ่งน้ำในวงจรนี้จะถูกต้มให้เดือดเพื่อผลิตไอน้ำที่อุปกรณ์กำเนิดไอน้ำ
ไอน้ำที่ผลิตได้จะใช้ในการขับกังหันไอน้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า
หลังจากนั้นจะควบแน่นกลับไปเป็นน้ำแล้วไหลกลับไปที่อุปกรณ์ผลิตไอน้ำ
เพื่อเปลี่ยนเป็นไอน้ำต่อไปเรื่อยๆ
2.โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำเดือด (Boiling Water Reactor - BWR)
โรงไฟฟ้า
พลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำเดือด
มีการทำงานที่คล้ายคลึงกับโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำอัดความดันมาก
แตกต่างกันเพียงแค่โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำเดือด
มีวงจรการทำงานเพียงแค่วงจรเดียว ที่ซึ่งน้ำจะถูกต้มภายในเตาปฏิกรณ์
(Reactor Vessel) โดยตรง ที่อุณหภูมิประมาณ 285 องศาเซลเซียส
เตาปฏิกรณ์แบบนี้ถูกออกแบบให้ทำงาน โดยที่ส่วนบนของแกนปฏิกรณ์ประมาณ 12-15%
มีสภาพเป็นไอน้ำ ระบบของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำเดือดนั้น
ถูกออกแบบให้น้ำเดือดภายในเตาปฏิกรณ์ทำให้เตาปฏิกรณ์แบบนี้จะทำงานที่ความ
ดันต่ำกว่าเตาปฏิกรณ์แบบน้ำอัดความดัน
ไอน้ำที่ผลิต
ได้ภายในเตาปฏิกรณ์ จะไหลผ่านอุปกรณ์แยกน้ำบริเวณส่วนบนของเตาปฏิกรณ์
แล้วจะไหลออกไปขับกังหันไอน้ำโดยตรง
เนื่องจากน้ำที่ไหลผ่านแกนปฏิกรณ์จะมีการปนเปื้อนจากสารรังสี
ทำให้อุปกรณ์ในส่วนของกังหันไอน้ำ (Steam Turbine)
จะโดนปนเปื้อนจากสารรังสีด้วย ดังนั้นอุปกรณ์ในส่วนของกังหันไอน้ำ
จึงต้องได้รับการป้องกันรังสีเช่นเดียวกับระหว่างการบำรุงรักษา
โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำเดือดจะมีต้นทุนต่ำกว่าแบบอื่น
เนื่องจากเป็นระบบที่เรียบง่าย
และในส่วนข้อกังวลเกี่ยวกับการปนเปื้อนรังสีของอุปกรณ์ของระบบกังหันไอน้ำ
นั้น เนื่องจากสารปนเปื้อนในน้ำนั้นมีอายุสั้นมาก*
โดยห้องกังหันไอน้ำสามารถเข้าไปเพื่อบำรุงรักษาได้ภายในระยะเวลาอันสั้น
หลังจากการ shut down เตาปฏิกรณ์
3.โรงไฟฟ้าแบบน้ำมวลหนักอัดความดัน (Pressurized Heavy Water Reactor - PHWR or CANDU)
โรงไฟฟ้า
พลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำมวลหนักอัดความดัน พัฒนาโดยประเทศแคนาดาในช่วงปี
ค.ศ.1950 ภายใต้ชื่อโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบแคนดู (CANDU)
โรงไฟฟ้าแบบนี้ใช้ยูเรเนียมธรรมชาติที่ไม่มีการเสริมสมรรถนะเป็นเชื้อเพลิง
ทำให้ต้องใช้สารหน่วงนิวตรอนที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าโรงไฟฟ้าพลังงาน
นิวเคลียร์แบบน้ำอัดความดันหรือแบบน้ำเดือด
ซึ่งในกรณีนี้ได้มีการนำน้ำมวลหนัก (D2O) มาใช้
ในโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำมวลหนักอัดความดัน
มีการออกแบบระบบการทำงานให้มีสองวงจรเหมือนโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำ
อัดความดัน โดยในวงจรแรกน้ำมวลหนัก (D2O)
ที่จะทำหน้าที่ทั้งเป็นสารหน่วงนิวตรอนและระบายความร้อนออกจากมัดเชื้อเพลิง
จะถูกอัดภายใต้ความดันสูง
และจะไหลผ่านช่องบรรจุเชื้อเพลิงเพื่อระบายความร้อนออกจากเตาปฏิกรณ์ที่
เรียกอีกชื่อว่า คาแรนเดรีย จนน้ำมวลหนักในวงจรแรกมีอุณหภูมิสูงถึง 290°C
และเช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำอัดความดัน
น้ำมวลหนักจะถ่ายเทความร้อนให้แก่วงจรที่สองเพื่อผลิตไอน้ำที่อุปกรณ์กำเนิด
ไอน้ำ แล้วขับกังหันไอน้ำผลิตกระแสไฟฟ้า
เนื่องจากการใช้ยูเรเนียมธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง
ทำให้โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำมวลหนักอัดความดัน
ต้องมีการเปลี่ยนเชื้อเพลิงทุกวัน
จึงมีการออกแบบให้โรงไฟฟ้าชนิดนี้สามารถเปลี่ยนเชื้อเพลิงได้โดยไม่ต้องหยุด
การทำงานของเตาปฏิกรณ์
การจัดการของเสียของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
หลังจากที่
ยูเรเนียมถูกใช้งานในการผลิตกระแสไฟฟ้าภายในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แล้ว
เราจะเรียกมันว่า เชื้อเพลิงใช้แล้ว ที่เป็นของเสียที่จะต้องจัดการ
เชื้อเพลิงใช้แล้วจัดเป็นกากกัมมันตรังสีระดับสูง
ซึ่งไม่สามารถและไม่มีทางที่จะทิ้งได้อย่างของเสียโดยทั่วไป
โดยปกติมันจะถูกจัดเก็บไว้ชั่วคราวในสระน้ำพิเศษภายในโรงไฟฟ้า
ที่จะช่วยให้เชื้อเพลิงใช้แล้วลดความร้อนและความแรงรังสีลง
โดยเชื้อเพลิงใช้แล้วจะไม่เกิดการเสียหายระหว่างการจัดเก็บไว้ในสระ
ถึงแม้ว่า
เชื้อเพลิงใช้แล้วจะถูกจัดเก็บอยู่ในสระน้ำภายในโรงไฟฟ้าได้เป็นระยะเวลานาน
แต่ในที่สุดมันก็จะถูกนำมาจัดเก็บภายนอกโรงไฟฟ้า
หรือนำไปผ่านกระบวนการแปรสภาพเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่
กระบวนการแปรสภาพเชื้อเพลิงใช้แล้ว
คือกระบวนการนำเชื้อเพลิงใช้แล้วมาผ่านกระบวนการแยกยูเรเนียมและพลูโตเนียม
ที่หลงเหลืออยู่ โดยการตัดเชื้อเพลิงใช้แล้วออกเป็นชิ้นๆ
แล้วละลายในสารละลายกรด ยูเรเนียมและพลูโตเนียมที่แยกออกมาได้
จะถูกนำกลับไปใช้เป็นเชื้อเพลิงของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์อีกครั้ง
หลังจากกระบวนการแปรสภาพเชื้อเพลิง
กากกัมมันตรังสีระดับสูงที่หลงเหลือจะถูกทำให้แห้งจนมีลักษณะเป็นผงแป้ง
เราเรียกกระบวนการนี้ว่า แคลไซนิ่ง
หลังจากนั้นกากกัมมันตรังสีจะถูกผสมกับแก้วชนิดพิเศษ
เพื่อผนึกกากกัมมันตรังสีเอาไว้ เราเรียกกระบวนการนี้ว่า วิทริฟิเคชั่น
แก้วหลอมละลายที่ผสมกับกากกัมมันตรังสี
จะถูกเทลงในกระบอกโลหะสเตนเลสสำหรับการจัดเก็บ
โดยในปัจจุบันกระบวนการจัดการจะสิ้นสุดที่กระบวนการนี้
ความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
มาตรฐานความ
ปลอดภัยของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์
เป็นไปตามมาตรฐานของทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (IAEA)
โดยคำนึงถึงความปลอดภัยต่อสาธารณชนและสิ่งแวดล้อมเป็นสำคัญ อาทิ
ส่วนปิดกั้นรังสี 5 ชั้น ตั้งแต่เม็ดเชื้อเพลิง ท่อหุ้มเม็ดเชื้อเพลิง
ถังปฏิกรณ์ อาคารปฏิกรณ์ชั้นใน จนถึงอาคารปฏิกรณ์ชั้นนอก
ซึ่งอาคารปฎิกรณ์ชั้นนอกมีความหนาถึง 1.5-2 เมตร
ทำให้การเดินเครื่องโรงไฟฟ้าในภาวะปกติ หรือกรณีที่มีอุบัติเหตุเกิดขึ้น
รังสีจะไม่สามารถรั่วออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอกได้
การผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ไม่มีการเผาไหม้เชื้อเพลิง
ดังนั้นระหว่างการเดินเครื่องจะไม่ก่อให้เกิดสภาวะโลกร้อน
เนื่องจากไม่ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ หรือก๊าซที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพ
เช่น ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ไนโตรเจนออกไซด์
ถึงแม้ว่าโรง
ไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์มีมาตรฐานความปลอดภัยสูงมาก
เนื่องจากมีมาตรการและกระบวนการตรวจสอบต่างๆ
ที่เข้มงวดและรัดกุมหลายขั้นตอน
แต่ก็อาจเกิดเหตุขัดข้องหรืออุบัติเหตุได้เหมือนโรงไฟฟ้าทั่วไป
เพื่อให้ประเทศที่มีโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ ได้รับทราบข้อมูล
และสามารถแก้ไขปรับปรุงโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ให้มีความปลอดภัย
และประชาชนทั่วไปเข้าใจสถานการณ์ที่เกิดได้ง่ายขึ้น ตลอดจนป้องกันการสับสน
และไม่ก่อให้เกิดความวิตกเกินกว่าสถานการณ์ที่แท้จริง
ทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (IAEA: International Atomic Energy
Agency) ร่วมกับองค์กร Nuclear Energy Agency Organization for Economic
Cooperation and Development (NEA/OECD)
ได้กำหนดมาตรฐานสำหรับใช้รายงานอุบัติเหตุโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ขึ้นใน
ปี พ.ศ.2533 โดยเรียกว่า มาตราระหว่างประเทศว่าด้วยเหตุการณ์ทางนิวเคลียร์ (INES: International Nuclear Event Scale) โดยกำหนดเป็นมาตราสากล ตั้งแต่ระดับ 0 ถึง 7 โดยแบ่งออกเป็น 3 ส่วนดังนี้
ระดับที่ 0 ระดับเหตุการณ์ปกติ (Deviation) หมายถึง เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นแต่ไม่มีผลกระทบต่อความปลอดภัย
ระดับที่ 1-3 ระดับแจ้งเหตุขัดข้องหรืออุบัติการณ์นิวเคลียร์ (Nuclear incident)
หมายถึง เหตุการณ์ที่เกิดขัดข้องในโรงงานนิวเคลียร์
ทั้งโดยเจตนาและไม่เจตนา ซึ่งอาจก่อให้เกิดความเสียหาย
แต่ไม่รุนแรงเท่าอุบัติเหตุนิวเคลียร์
ระดับที่ 4-7 ระดับอุบัติเหตุนิวเคลียร์ (Nuclear accident)
หมายถึง เหตุการณ์ใด ๆ ที่เกิดขึ้นในโรงงานนิวเคลียร์โดยไม่เจตนา
รวมถึงความผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับการดำเนินกิจกรรมทางนิวเคลียร์
หรือของอุปกรณ์ที่เกี่ยวกับระบบความปลอดภัย ทำให้มีการปลดปล่อย
หรือเกือบมีการปลดปล่อยสารกัมมันตรังสีออกสู่สิ่งแวดล้อม
ตาราง ระดับความรุนแรงของเหตุการณ์ ตามมาตรา INES (International Nuclear Event Scale)หมายเหตุ : มิลลิซีเวิร์ต คือ หน่วยย่อยของหน่วยวัดปริมาณรังสีที่ร่างกายได้รับ
เบคเคอเรล คือ หน่วยวัดความแรงรังสีของสารรังสีทีมีอัตราการสลายตัว 1 ครั้งใน 1 วินาที (1 เทราเบคเคอเรล = 1012 เบคเคอเรล)
ข้อดี-ข้อจำกัดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
ข้อดี
- เชื้อเพลิงมีราคาถูก
- สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ปริมาณมาก
- ปริมาณของเสียน้อยเมื่อเทียบกับวิธีการผลิตไฟฟ้าแบบอื่นๆ
- สามารถยืดอายุการใช้งานของเชื้อเพลิงและโรงไฟฟ้าได้ตามหลักวิทยาศาสตร์
- สามารถขนส่งเชื้อเพลิงได้ง่าย
- ไม่สร้างก๊าซเรือนกระจกและฝนกรด
- เนื่องจากมีระบบความปลอดภัยและการป้องกันรังสีที่เข้มงวด จึงใช้เงินลงทุนมาก
- เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้ว สามารถนำไปผลิตอาวุธนิวเคลียร์ได้ แต่ภายใต้พันธสัญญา "ไม่เผยแพร่อาวุธนิวเคลียร์" และการควบคุมของ IAEA หากประเทศไทยจะมี รฟ.นิวเคลียร์จะควบคุมไม่ให้นำไปผลิตอาวุธได้
- การเก็บรักษาเชื้อเพลิงใช้แล้ว มีกัมมันตรังสีระดับสูง ต้องควบคุมอย่างเข้มงวด
http://projects-pdp2010.egat.co.th/projects4/index.php?option=com_content&view=article&id=6&Itemid=13
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น