โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NUCLEAR FISSION)

พู ดคุยเกียวกับโรงงานไฟฟานิวเคลียร์ แหล่งพลังงานในอนาคต: โรงไฟฟานิวเคลียร์ (NUCLEAR FISSION)

คํา นาํ หนงั สอื เล่มนจี ดั ทําขนึ เพอื เปนสว่ นในการศึกษาขอ้ มูลเกียวกับโรง ไฟฟานวิ เคลียรเ์ พอื ใหไ้ ดศ้ ึกษาหาความรใู้ นเรอื งนวิ เคลียรแ์ ละไดศ้ ึกษา อยา่ งเขา้ ใจเพอื เปนประโยชนต์ ่อผทู้ ีสนใจ ผจู้ ดั ทําหวงั วา่ หนงั สอื เล่มนจี ะเปนประโยชนก์ ับผอู้ ่าน หรอื นกั เรยี น นกั ศึกษา ทีกําลังหาขอ้ มูลเรอื งนอี ยูห่ ากมขี อ้ แนะนาํ หรอื ขอ้ ผดิ พลาดประการใด ผจู้ ดั ทําขอนอ้ มรบั ไวแ้ ละขออภัยมาณ ทีนดี ว้ ย ผจู้ ดั ทํา เฉลิมวุฒิ

1. คํานํา 2. โรงไฟฟานิวเคลียร์ (NUCLEAR FISSION) Pressurized Water Reactor : PWR Boiling Water Reactor : BWR Pressurized Heavy Water Reactor : PHWR ส า ร บั ญ

โรงไฟฟานิวเคลี ยร์ โรงไฟฟ านิวเคลียร จดั เป็นโรงไฟฟ าพลังความรอ นชนิดหน่ึง มหี ลักการทาํ งาน คลายคลงึ กบั โรงไฟฟ า ทใี่ ชน้ํามนั ถานหิน และกาซธรรมชาติ เป็นเช้อื เพลงิ โดยโรง ไฟฟ านิวเคลียรนัน้ สามารถแบง สวนการทาํ งาน ได 2 สว น คอื สวนเคร่ืองปฏกิ รณ นิวเคลยี ร จะใสแทง เช้ือเพลิงนิวเคลยี ร ไวใ นน้ําภายในโครงสรา งที่ปิดสนิท เพ่อื ใหค วาม รอน ทไ่ี ดจ ากปฏกิ ิรยิ านิวเคลยี รฟ ิชชนั ไปตม น้ํา ผลติ ไอน้ํา แทนการผลิตไอน้ํา จากการ สันดาปเช้อื เพลงิ ชนิดทก่ี อ ใหเ กิดกา ซมลพิษ และสว นผลิตไฟฟ า เป็นสวนท่รี ับไอน้ํา จาก เคร่ืองปฏกิ รณนิวเคลยี ร แลวสง ไปหมนุ กงั หนั ผลติ ไฟฟ า ซ่งึ สว นนี้ เป็นองคประกอบ ของ โรงไฟฟ าพลงั ความรอนทกุ ชนิด สว นประกอบของโรงไฟฟ านิวเคลยี ร สว นกาํ เนิดพลังงาน ในโรงไฟฟ านิวเคลียร กลา วโดยกวางๆ จะประกอบดวย เช้อื เพลิงนิวเคลียร น้ําทใ่ี ชร ะบายความรอ น และเป็น สารหนวงความเร็วนิวตรอนดว ย ถังปฏกิ รณความดันสงู ระบบควบคมุ ปฏกิ ิรยิ า ระบบ ควบคุมความปลอดภัย ซ่งึ ชวยป องกนั และแกไ ข กรณีเกดิ เหตุฉุกเฉิน และระบบผลิตไอ น้ํา เป็นตน

โรงไฟฟานิวเคลี ยร์ เช้ือเพลงิ ยูเรเนียม ท่ีใชใ นโรงไฟฟ านิวเคลียร โดยปกตจิ ะมีความเขมขนของ ไอโซโทปยเู รเนียม-235 ประมาณรอยละ 2 (ที่เหลอื เป็นยูเรเนียม-238 ซ่งึ ไมส ามารถเกิด ปฏิกิรยิ าฟิชชนั ได ในสภาวะของโรงไฟฟ านิวเคลยี รท วั่ ไป) ในรูปออกไซด ของยเู รเนียม โดยไดมาจากการ ถลุงแรยูเรเนียม ทม่ี อี ยูใ นธรรมชาติ (ไอโซโทปยเู รเนียม ท่ีมอี ยูใน ธรรมชาติ ประกอบดวยยเู รเนียม-235 ประมาณรอยละ 0.7 และเป็นยเู รเนียม-238 ประมาณรอ ยละ 99.27 ท่เี หลือเป็นยูเรเนียม-234 ปรมิ าณน อยมาก) แลวนําไปผาน กระบวนการเสริมสมรรถนะ ใหมีปรมิ าณยเู รเนียม-235 มากข้ึน และหลังจากท่ี ทาํ ใหอยู ในรูปของออกไซด แลวถูกอดั ทาํ ใหเ ป็นเม็ดเลก็ ๆ บรรจภุ ายในแทงโลหะผสม ของ เซอรโ คเนียม ซ่ึงจะถูกนํามารวมกลมุ กัน เป็นมัดเช้อื เพลิง ประกอบกันเป็นแกนปฏกิ รณ บรรจอุ ยภู ายในถงั ปฏิกรณ ท่ที นความดันสงู ภายในถังปฏกิ รณ มีน้ํา ทอ่ี ยูภายใตก าร ควบคุมความกดดันบรรจอุ ยู เพ่อื ใชเ ป็นตัวระบายความรอ น ออกจากแทงเช้ือเพลงิ โดยตรง และยังใชประโยชน เป็นตัวหนวงความเรว็ ของนิวตรอนดวย เพ่อื ใหน ิวตรอนที่ เกดิ ข้ึน มีความเร็วพอเหมาะ ท่ีจะเกดิ ปฏกิ ิรยิ านิวเคลียรฟ ิชชนั ตอไปได

โรงไฟฟานิวเคลี ยร์ โรงไฟฟ านิวเคลยี รแบบใชน ้ําความดนั สงู (Pressurized Water Reactor : PWR) โรงไฟฟ าชนิดนี้ จะถา ยเทความรอ น จากแทง เช้อื เพลงิ ใหน ้ํา จนมีอณุ หภูมิสูง ประมาณ 320 องศาเซลเซยี ส ภายในถังขนาดใหญ จะอัดความดนั สงู ประมาณ 15 เมกะ ปาสคาล (Mpa) หรอื ประมาณ 150 เทาของความดันบรรยากาศไว เพ่อื ไมใหน ้ําเดอื ด กลายเป็นไอ และนําน้ําสว นนี้ ไปถา ยเทความรอ น ใหแ กน ้ําหลอเย็นอีกระบบหน่ึง เพ่ือให เกิดการเดือด และกลายเป็นไอน้ําออกมา เป็นการป องกนั ไมใหน้ําในถงั ปฏกิ รณ ซ่งึ มีสาร รังสเี จือปนอยู แพรกระจายไปยังอุปกรณสวนอ่ืนๆ ตลอดจนป องกัน การรัว่ ของสาร กัมมันตรงั สี สูส ิ่งแวดลอ ม

โรงไฟฟานิวเคลี ยร์ โรงไฟฟ าแบบน้ําเดอื ด (Boiling Water Reactor : BWR) สามารถผลติ ไอน้ํา ไดโดยตรง จากการตม น้ําภายในถัง ซ่งึ ควบคมุ ความดนั ภายใน (ประมาณ 7 Mpa) ต่ํา กวา โรงไฟฟ านิวเคลียรแบบแรก (PWR) ดงั นัน้ ความจาํ เป็น ในการใชเ คร่ืองผลติ ไอน้ํา และแลกเปลีย่ นความรอ น ปั๊ม และอุปกรณชว ยอ่นื ๆ กล็ ดลง แตจ ําเป็นตอ ง มกี าร กอ สรา งอาคารป องกนั รังสไี ว ในระบบอุปกรณสว นตางๆ ของโรงไฟฟ า เน่ืองจากไอน้ําจาก ถังปฏกิ รณ จะถกู สงผานไปยังอปุ กรณเหลานัน้ โดยตรง

โรงไฟฟานิวเคลี ยร์ โรงไฟฟ าแบบใชน ้ํามวลหนักความดันสูง (Pressurized Heavy Water Reactor : PHWR) ซ่ึงประเทศแคนาดา เป็นผพู ฒั นาข้ึนมา จงึ มักเรียกช่อื ยอ วา “CANDU” ซ่งึ ยอ มาจากคาํ วา Canadian Deuterium Uranium มกี ารทาํ งานคลา ยคลึง กบั แบบ PWR แตแ ตกตางกันท่ี มกี ารจดั แกนปฏิกรณในแนวระนาบ และเป็นการตมน้ํา ภายในทอขนาดเลก็ จํานวนมาก ที่มเี ช้ือเพลงิ บรรจอุ ยู แทนการตม น้ํา ภายในถงั ปฏิกรณ ขนาดใหญ เน่ืองจากสามารถผลติ ไดงายกวา การผลติ ถังขนาดใหญ โดยใช “น้ํามวล หนัก” (Heavy Water, D2O) มาเป็นตวั ระบายความรอน จากแกนปฏกิ รณ นอกจากนี้ ยังมีการแยกระบบใชน ้ํามวลหนัก เป็นตัวหนวงความเรว็ ของนิวตรอนดว ย เน่ืองจากน้ํา มวลหนัก มีการดูดกลืนนิวตรอน น อยกวาน้ําธรรมดา ทาํ ใหป ฏิกริ ิยานิวเคลียร เกิดข้นึ ได งาย จึงสามารถใชเ ช้อื เพลิงยเู รเนียม ทส่ี กัดมาจากธรรมชาติ ซ่งึ มียูเรเนียม-235 ประมาณรอ ยละ 0.7 ได โดยไมจาํ เป็น ตอ งผานกระบวนการปรังปรงุ ใหม ีความเขม ขน สูง ข้ึน ทาํ ใหป ริมาณผลติ ผล จากการแตกตัว (fission product) ทีเ่ กิดในแทงเช้อื เพลงิ ใช แลว มีน อยกวาเคร่อื งปฏกิ รณ แบบใชน้ําธรรมดา

โรงไฟฟานิวเคลี ยร์ โรงไฟฟ าแบบใชน ้ํามวลหนักความดันสูง (Pressurized Heavy Water Reactor : PHWR) ซ่ึงประเทศแคนาดา เป็นผพู ฒั นาข้ึนมา จงึ มักเรียกช่อื ยอ วา “CANDU” ซ่งึ ยอ มาจากคาํ วา Canadian Deuterium Uranium มกี ารทาํ งานคลา ยคลึง กบั แบบ PWR แตแ ตกตางกันท่ี มกี ารจดั แกนปฏิกรณในแนวระนาบ และเป็นการตมน้ํา ภายในทอขนาดเลก็ จํานวนมาก ที่มเี ช้ือเพลงิ บรรจอุ ยู แทนการตม น้ํา ภายในถงั ปฏิกรณ ขนาดใหญ เน่ืองจากสามารถผลติ ไดงายกวา การผลติ ถังขนาดใหญ โดยใช “น้ํามวล หนัก” (Heavy Water, D2O) มาเป็นตวั ระบายความรอน จากแกนปฏกิ รณ นอกจากนี้ ยังมีการแยกระบบใชน ้ํามวลหนัก เป็นตัวหนวงความเรว็ ของนิวตรอนดว ย เน่ืองจากน้ํา มวลหนัก มีการดูดกลืนนิวตรอน น อยกวาน้ําธรรมดา ทาํ ใหป ฏิกริ ิยานิวเคลียร เกิดข้นึ ได งาย จึงสามารถใชเ ช้อื เพลิงยเู รเนียม ทส่ี กัดมาจากธรรมชาติ ซ่งึ มียูเรเนียม-235 ประมาณรอ ยละ 0.7 ได โดยไมจาํ เป็น ตอ งผานกระบวนการปรังปรงุ ใหม ีความเขม ขน สูง ข้ึน ทาํ ใหป ริมาณผลติ ผล จากการแตกตัว (fission product) ทีเ่ กิดในแทงเช้อื เพลงิ ใช แลว มีน อยกวาเคร่อื งปฏกิ รณ แบบใชน้ําธรรมดา

บ ร ร ณ า นุ ก ร ม โรงไฟฟ านิวเคลยี ร. สบื คนเม่อื วนั ท่ี 23 กมุ ภาพนั ธ 2564, จาก http://www.nst.or.th/article/notes01/article010.htm โรงไฟฟ าพลงั งานนิวเคลียร. สืบคนเม่ือวันที่ 23 กมุ ภาพนั ธ 2564, จาก http://projects-pdp2010.egat.co.th/projects4/index.php? option=com_content&view=article&id=6:nuclear-power- plants&catid=5:general-knowledge-about-renewable-energy จากปฏิกรณวจิ ยั โรงไฟฟ านิวเคลยี ร. สบื คน เม่อื วนั ท่ี 23 กมุ ภาพันธ 2564, จาก https://thainuclearclub.tint.or.th/?p=948

โรงไฟฟานิวเคลียร์