โรงไฟฟ้านิวเคลียร์

      เมื่อพูดถึงคำว่า โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ หลายคนคงนึกถึงระเบิดปรมาณูหรือระเบิดนิวเคลียร์ในสมัยสงครามโลกครั้งที่ ๒ จึงทำให้คำว่า ปรมาณูหรือนิวเคลียร์มีความหมายในทางร้ายแรงและน่ากลัวไปเสียหมด แต่ในความเป็นจริงแล้วพลังงานนิวเคลียร์สามารถนำมาใช้ประโยชน์ในทางสันติได้มากมายมหาศาลเช่นกัน เช่น ทางด้านการแพทย์ อุตสาหกรรม เกษตรกรรม   หรือด้านงานวิจัยต่าง ๆ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์นำพลังงานนิวเคลียร์มาใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า  โดยมีหลักการเหมือนกับโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนทั่ว ๆ ไปแต่ต่างกันที่เชื้อเพลิงซึ่งเป็นต้นกำเนิดความร้อนที่นำมาใช้ผลิตไอน้ำเท่านั้น ปัจจุบันนี้ทั่วโลกมีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อยู่ ๔๐๐ กว่าโรง ประเทศที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มากที่สุด คือ สหรัฐอเมริกา มีอยู่ ๑๐๐ กว่าโรง

      ในทวีปเอเชียมีหลายประเทศที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ในการผลิตกระแสไฟฟ้า ได้แก่ ประเทศญี่ปุ่น เกาหลีใต้ อินเดีย ไต้หวัน จีน ปากีสถาน และอาร์เมเนีย ซึ่งมีอยู่รวมกันประมาณ ๘๐ โรง สำหรับประเทศไทยยังอยู่ในระหว่างการศึกษาความเหมาะสม

      กระแสไฟฟ้าที่ผลิตจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อนมีหลักการ คือ ใช้เชื้อเพลิงต้มน้ำให้เดือดกลายเป็นไอน้ำแล้วส่งไอน้ำไปหมุนกังหันไอน้ำซึ่งเชื่อมต่อเพลาอยู่กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลังจากปรับแรงดันไฟฟ้าให้เหมาะสมก็ส่งกระแสไฟฟ้าไปตามสายส่งเพื่อใช้งานตามบ้านเรือน สำนักงาน และโรงงานอุตสาหกรรมต่อไป เชื้อเพลิงที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้ามีอยู่หลายชนิด ได้แก่ น้ำมัน ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ และธาตุยูเรเนียม

      โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นโรงไฟฟ้าพลังความร้อนชนิดหนึ่ง  โดยเป็นความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาแตกตัวทางนิวเคลียร์อย่างต่อเนื่องหรือเรียกว่า ปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ ซึ่งเกิดจากการใช้อนุภาคนิวตรอนวิ่งชนนิวเคลียสของเชื้อเพลิง (ธาตุยูเรเนียม) ให้แตกและเกิดความร้อนจากนั้นจึงถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้นให้น้ำกลายเป็นไอน้ำเพื่อไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า  โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีหลายแบบ  ที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันมี ๓ แบบ ได้แก่ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบปฏิกรณ์ความดันสูง โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบปฏิกรณ์น้ำเดือด และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบแคนดู  ส่วนสำคัญของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ คือ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ซึ่งปฏิกิริยาแตกตัวทางนิวเคลียร์จะเกิดขึ้นอยู่ภายในถังปฏิกรณ์เพื่อผลิตความร้อนแล้วใช้สารระบายความร้อน (น้ำหรือน้ำมวลหนัก) ถ่ายเทออกไป เพื่อผลิตไอน้ำส่งเข้าระบบกังหันไอน้ำให้หมุนและพาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนตามทำการผลิตไฟฟ้าออกมาใช้งาน  เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะมีสารหน่วงนิวตรอน (น้ำหรือน้ำมวลหนักหรือแกรไฟต์) เพื่อลดพลังงานของนิวตรอนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาแตกตัวซึ่งมีพลังงานสูงมากให้เป็นนิวตรอนที่มีพลังงานต่ำลงทั้งนี้เพื่อให้นิวตรอนทำปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้ต่อไปอย่างเต็มที่และต่อเนื่อง

      นอกจากนี้ต้องมีแท่งควบคุมซึ่งทำด้วยสารที่ดูดจับนิวตรอนได้ดี ทำหน้าที่ควบคุมการเกิดปฏิกิริยาแตกตัวให้เพิ่มขึ้น คงที่ ลดลง หรือหยุดการเดินเครื่อง แท่งควบคุมนี้สามารถดำเนินการได้โดยอัตโนมัติ  โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เน้นหนักในเรื่องความปลอดภัยมากจึงได้รับการออกแบบให้มีระบบความปลอดภัยหลายระบบเพื่อป้องกันและรองรับอุบัติเหตุที่อาจเกิดขึ้นได้โดยยึดหลักการป้องกันหลายชั้น  การดำเนินงานเรื่องโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ต้องเป็นไปตามหลักเกณฑ์ของทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศแห่งสหประชาชาตินับตั้งแต่การเลือกสถานที่ตั้งการออกแบบ การก่อสร้าง และการทดสอบการเดินเครื่อง การบำรุงรักษา จนกระทั่งการเปลี่ยนเชื้อเพลิง  เชื้อเพลิงที่ใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนมากผลิตจากแร่ยูเรเนียมซึ่งมีธาตุที่สามารถแตกตัวได้ผสมอยู่ เช่น ยูเรเนียม-๒๓๘  ยูเรเนียม-๒๓๕  และบางกรณีอาจใช้พลูโตเนียม-๒๓๙   ธาตุที่นิยมใช้มากที่สุด คือ ยูเรเนียม-๒๓๕ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบแคนดูสามารถใช้ธาตุยูเรเนียมจากธรรมชาติมาผลิตเป็นเชื้อเพลิงได้แต่ต้องเปลี่ยนเชื้อเพลิงบ่อยมากทุกวันหรือทุกสัปดาห์   ส่วนโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบปฏิกรณ์ความดันสูงและแบบปฏิกรณ์น้ำเดือดนั้นต้องนำธาตุยูเรเนียมธรรมชาติซึ่งมีส่วนผสมของธาตุที่แตกตัวได้ (ยูเรเนียม-๒๓๕) ประมาณร้อยละ ๐.๗ มาผ่านกระบวนการเพิ่มสัดส่วนให้ได้ความเข้มข้นเพิ่มขึ้นเป็นร้อยละ ๒.๘ - ๓.๒ แล้วแปลงสภาพให้เป็นเม็ดรูปทรงกระบอกขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง ๐.๘ เซนติเมตร และยาว ๑.๕ เซนติเมตร  นำไปบรรจุเรียงกันในแท่งโลหะแล้วมัดรวมกันเป็นมัดเชื้อเพลิงเพื่อนำไปใช้งานประมาณ ๑๒ - ๑๘ เดือน จึงเปลี่ยนเชื้อเพลิง  เชื้อเพลิงที่ใช้แล้วยังสามารถนำมาสกัดเอาธาตุยูเรเนียม-๒๓๕ ที่เหลือเพื่อทำเป็นเม็ดเชื้อเพลิงนำมาใช้ใหม่ได้อีก  เชื้อเพลิงที่ใช้แล้วยังไม่ถือว่าเป็นกากอย่างแท้จริงเพราะมีธาตุที่มีค่าเกิดขึ้นปนอยู่ภายในเม็ดเชื้อเพลิงที่ใช้แล้วซึ่งประกอบด้วยไอโซโทปของธาตุต่าง ๆ เกือบ ๒๐๐ ชนิด เชื้อเพลิงที่ใช้แล้วโดยปกติจะเก็บอยู่ในรูปของมัดเชื้อเพลิงและนำไปบรรจุอยู่ในที่เก็บซึ่งแช่อยู่ในบ่อน้ำภายในโรงไฟฟ้ามีพื้นที่ประมาณสระว่ายน้ำมาตรฐานทั่ว ๆ ไป โดยสามารถเก็บเชื้อเพลิงจากการใช้งานได้นานตลอดอายุการใช้งานโรงไฟฟ้าเพื่อรอการตัดสินใจในนโยบายขั้นสุดท้ายว่าจะนำกลับมาใช้ประโยชน์ใหม่หรือฝังเก็บถาวร

      ในบางประเทศมีนโยบายสกัดเชื้อเพลิงที่ใช้แล้วนำกลับมาใช้งานอีกครั้ง  ดังนั้นหลังจากมัดเชื้อเพลิงถูกแช่ในบ่อน้ำไม่ต่ำกว่า ๒ ปี จะถูกนำขึ้นมาบรรจุถังเพื่อลำเลียงไปยังโรงงานสกัดเชื้อเพลิง สำหรับประเทศที่มีนโยบายฝังเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วแบบถาวร  ถังบรรจุมัดเชื้อเพลิงจะถูกนำไปฝังเก็บอย่างถาวรในลักษณะเดียวกับกากกัมมันตรังสีระดับสูง  กากกัมมันตรังสีในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เกิดจากการทำงานในส่วนต่าง ๆ ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยทางตรงจะเกี่ยวข้องกับระบบปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เช่น ไส้กรองสารรังสี น้ำล้างทำความสะอาดโรงไฟฟ้า และเชื้อเพลิงที่ใช้แล้ว ส่วนทางอ้อม ได้แก่ ถุงมือและเสื้อผ้าของผู้ปฏิบัติงาน  การจัดการกากกัมมันตรังสีจากโรงงานสกัดเชื้อเพลิงมีหลายวิธีโดยขึ้นอยู่กับระดับความแรงของรังสี  สำหรับเชื้อเพลิงที่ใช้แล้วจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เมื่อนำไปสกัดท่อหุ้มมัดเชื้อเพลิงออกแล้วจะได้รับการจัดการเช่นเดียวกับกากอื่น ๆ จากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์  ส่วนกากที่ได้จากการสกัดแยกยูเรนียมและพลูโตเนียมออกแล้วถือเป็นกากกัมมันตรังสีระดับสูงซึ่งจะนำไปผสมรวมตัวกับแก้วหลอมชนิดพิเศษ (บอโรซิลิเคต) ให้เป็นเนื้อเดียวกันแล้วบรรจุกากนี้ลงในถังและนำไปจัดเก็บในสถานที่ที่ได้จัดเตรียมไว้ต่อไป  การเก็บกากกัมมันตรังสีระดับสูงที่เหมาะสมและได้รับความนิยมว่ามีความปลอดภัยที่สุดในปัจจุบัน  คือ การฝังลงในชั้นหินแข็ง เช่น หินแกรนิตหรือหินชนิดอื่นที่มีความแข็งใกล้เคียงกันมีความลึกจากระดับผิวดินกว่า ๕๐๐ เมตรขึ้นไป ขึ้นอยู่กับความลึกของชั้นหินแข็งในแต่ละสถานที่นั้น