 |
วิวัฒนาการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
วิรุฬหกกลับ (84,462 views) first post: Tue 9 December 2008 last update: Wed 17 December 2008
โรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์มีวิวัฒนาการมาอย่างต่อเนื่องยาวในปัจจุบันมีโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์อยู่ถึง439 โรงใน 30 ประเทศและกำลังจะเพิ่มขึ้นอีกมาก เรามาทำความรู้จักเกี่ยวกับโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ในแต่ละยุคกันดีกว่า
|
หน้าที่ 1 - วิวัฒนาการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
สัมภาษณ์ ดร.ธวัชชัย อ่อนจันทร์
สถาบันเทคโนโลยีนานาชาติสิรินธร (SIIT)
มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์
โดย วิรุฬหกกลับ
วิวัฒนาการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
แหล่งไฟฟ้าเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการดำรงชีพของมนุษย์ในปัจจุบัน โรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นอีกหนึ่งทางเลือกที่ได้รับความนิยมในหลายๆประเทศ แต่สิ่งหนึ่งที่ดูเหมือนจะเป็นยาขมสำหรับการเริ่มตอกเสาเข็มสร้างโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ในประเทศไหนสักแห่งหนึ่งคือเรื่องความปลอดภัยที่หลายต่อหลายคนยังกังขาสงสัยและดูเหมือนจะเป็นประเด็นสำคัญที่ฉุดรั้งให้ประเทศไทยไม่ขยับก้าวไปไกลสักเท่าไหร่ในเรื่องของโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์
โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์เป็นโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่อาศัยการสร้างพลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน (Fission nuclear reaction) ซึ่งหลักการทำงานโดยทั่วไปจะเหมือนกับโรงงานผลิตไฟฟ้าในประเภทอื่นไม่ว่าจะใช้ น้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง การทำงานของโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์นั้นสามารถแบ่งส่วนการทำงานออกเป็น 2 ส่วนหลักๆ คือ
1. เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดพลังงานสำหรับใช้ในการผลิตไฟฟ้า พลังงานที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์จะใช้ในการผลิตไอน้ำสำหรับหมุนกังหันผลิตไฟฟ้าต่อไป
2. ระบบผลิตไฟฟ้า เป็นส่วนที่รับไอน้ำจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แล้วส่งไปหมุนกังหันผลิตไฟฟ้า ซึ่งส่วนนี้เป็นองค์ประกอบที่มีในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนทุกชนิด
สำหรับโรงงานผลิตไฟฟ้าทั่วไปก็จะแบ่งเป็นสองส่วนเช่นกันโดยส่วนของการผลิตพลังงานเพื่อเอาไปต้มน้ำให้ร้อน และส่วนของระบบผลิตไฟฟ้า ซึ่งขึ้นอยู่กับวัตถุดิบที่นำมาผลิตเป็นเชื้อเพลิงนั้นเอง
“เรื่องของโรงงานไฟฟ้าโดยทั่วไป การก่อสร้างจะ แยกเป็น สองส่วน หนึ่งคือส่วนของตัวผลิตพลังงานเพื่อเอาไปต้มน้ำให้ความร้อน อีกส่วนเป็นส่วนของ ระบบผลิตไฟฟ้าปกติ โรงไฟฟ้าโดยทั่วไป จะคล้ายๆกันคือ จะใช้ลักษณะของกังหันไปหมุนมอเตอร์ แล้วปั่นไฟออกมาส่วนที่ต่างกันคือวัตถุดิบขึ้นอยู่กับว่าเอาอะไรมาเช่นใช้ก๊าซ เอาไปต้มน้ำ น้ำก็ออกมาเป็นไอหมุนกังหัน หรือใช้ ถ่านหิน ไปต้มน้ำ ใช้น้ำมัน ทุกตัวใช้ต้มน้ำทั้งหมด
ส่วน โรงงานนิวเคลียร์เราใช้นิวตรอนที่ได้มา วิ่งผ่านน้ำ น้ำก็ร้อนเดือดกลายเป็นไอ เป็นกังหันเพราะงั้นก็มีหลักการคล้ายกัน”
โรงงานไฟฟ้ามีวิวัฒนาการมายอย่างยาวนาน แบ่งออกได้เป็นหลายยุคหากจะแบ่งออกอย่างละเอียดอาจจะแบ่งออกได้ 7-8 ยุคเลยทีเดียว แต่โดยทั่วๆไปแล้วมียุคที่สำคัญอยู่ 4 ยุค
รูปที่ 1 แผนผังแสดงพัฒนาการโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์
1. ปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นที่ 1 (1st Generation Nuclear Reactor)
ในช่วงแรกของวิวัฒนาการของโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์เกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2493 – 2512 โดย ได้พยายามค้นคว้าทดลองเพื่อนำความรู้ดังกล่าวมาใช้งานจริง เชื้อเพลิงที่ใช้ในยุคนี้ส่วนใหญ่จะเป็นยูเรเนียม ความแตกต่างของปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นแรกอยู่ที่ รูปทรง และสารประกอบของเชื้อเพลิง ลักษณะของแกนปฏิกรณ์ที่เป็นแหล่งความร้อน ชนิดของสารพาความร้อน
“วิวัฒนาการ ก็มีหลายๆรุ่น มีการออกไปไว้ถึง เจ็ด-แปด ด้วยซ้ำ ตอนนี้เราใช้รุ่นสอง ใกล้หมดกระแสแล้วล่ะตอนนี้ที่กำลังสร้างกันส่วนใหญ่คือ รุ่นสาม สามบวก ขึ้นมา ซึ่งเน้นเรื่องความปลอดภัย
รุ่นแรก เป็นการทดลองมากกว่า จะนำไปใช้ยังไง ทดลอง ใช้ก๊าซ น้ำ มีการทดลองหลายแบบ เป็นการเก็บรวมรวมความรู้เพื่อประยุกต์ใช้จริงๆ
ส่วนรุ่นที่สอง จะเป็นการนำมาเอาความรู้ในยุคแรกมาสร้างเป็นโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์เพื่อผลิตใช้ไฟฟ้าจริงๆ ก็มีด้วยกันหลายแบบ ทั้งแบบ น้ำเดือด น้ำความดันสูง และการใช้น้ำมวลหนัก”
2. ปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นที่สอง (2nd Generation Nuclear Reactor)
มีพัฒนาการในช่วงระหว่างปีพ.ศ. 2512 - 2533 เป็นการนำความรู้ที่ได้จากยุคที่หนึ่งสู่การใช้งานจริงโดยมีเป้าประสงค์เพื่อผลิตพลังงานซึ่งมีต้นทุนต่ำ โรงงานในยุคนี้ไม่มีความซับซ้อนมากนัก โรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ยังใช้อยู่ในประเทศต่างๆในปัจจุบันกว่า 400 โรง ยังคงเป็นโรงงานในยุคที่ 2 ที่ยังหลงเหลือมานั้นเอง
เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นที่สองที่แพร่หลายในโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ในปัจจุบันทั่วโลก สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 แบบ ได้แก่
2.1 โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบน้ำความดันสูง (Pressurized Water Reactor, PWR)
โรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ระบบนี้เป็นระบบที่ได้รับความนิยมสูงที่สุดในยุคที่ 2 โดยอาศัยหลักการทำงานด้วยการถ่ายเทพลังงานความร้อนให้กับน้ำจนมีอุณหภูมิสูงประมาณ 320 องศาเซลเซียส ภายในถังขนาดใหญ่ที่มีความดันสูงประมาณ 15 เมกะปาสคาล (MPa) หรือประมาณ 150 เท่าของความดันบรรยากาศทั่วไป โดยในวงจรแรกทำหน้าที่ถ่ายเทความร้อนให้กับน้ำจะเป็นระบบปิดทำให้ไม่มีปัญหาการปนเปื้อนของสารกัมตภาพรังสี น้ำเดือดดังกล่าวจะถ่ายเทความร้อนให้แก่ให้แก่น้ำหล่อเย็นอีกระบบหนึ่งผ่านท่อถ่ายเทความร้อน (heat exchanger) ซึ่งน้ำในระบบหล่อเย็นนี้สามารถเดือดและกลายเป็นไอน้ำได้
ข้อดีของโรงงานไฟฟ้าแบบนี้คือ มีประสิทธิภาพในการผลิตพลังงานสูง ไม่มีปัญหาเรื่องการปนเปื้อนของสารกัมตภาพรังสี รวมถึงการ ใช้น้ำเป็นตัวระบายความร้อนและตัวหน่วงนิวตรอนซึ่งมีประสิทธิภาพสูงและสามารถหาได้ง่ายก็นับเป็นจุดเด่นอีกประการของโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์แบบนี้สำหรับข้อเสียของระบบนี้คือการที่แยกวงจรออกเป็นสองส่วนแม้จะช่วยในเรื่องการปนเปื้อนของสารกัมตภาพรังสีได้ดีแต่ปัญหาที่ตามมาคือ ทำให้ความดันและอุณหภูมิของไอน้ำที่ใช้ขับกังหันมีกำจัด
รูปที่ 2 แผนภาพแสดงโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบน้ำความดันสูง
2.2 โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบน้ำเดือด (Boiling Water Reactor, BWR)
สามารถผลิตไอน้ำได้โดยตรง จากการต้มน้ำภายในถังปฏิกรณ์ ซึ่งควบคุมความดันภายใน ที่มีความดันประมาณ 7 MPa ต่ำกว่าโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบน้ำความดันสูง (PWR) ซึ่งทำให้ระบบรองรับน้ำความดันสูงและอุปกรณ์ช่วยอื่นๆ ก็ลดลง ก็แต่ก็ยังคงมีความจำเป็นที่ต้องสร้างอาคารที่สามารถป้องกันรังสีและความร้อนไว้เช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าแบบ PWR
นอกจากเรื่องความดันที่น้อยกว่าแบบ PWR ทำให้ไม่จำเป็นจะต้องมีผนังเตาที่มีความหนามากแล้ว โรงงานปฎิกรณ์แบบนี้ยังมีข้อดีที่ใช้น้ำเป็นตัวระบายความร้อนและตัวหน่วงนิวตรอน ซึ่งหาได้ง่ายและมีประสิทธิภาพในการใช้งานสูงแต่ข้อเสียของระบบนี้คือ การทำงานโดยระบบเดียว อาจจะทำให้มีปัญหาเรื่องการปนเปือนสารกัมมตภาพรังสีออกมาได้ และต้องหยุดเดินเครื่องเพื่อเปลี่ยนเชื้อเพลิงทุกๆ 1 ปีเช่นเดียวกับข้อเสียของระบบ PWR
รูปที่ 3 แผนภาพแสดงโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบน้ำเดือด
2.3 โรงไฟฟ้าแบบน้ำมวลหนักความดันสูง (Pressurized Heavy Water Reactor, PHWR)
โรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ในระบบนี้ประเทศแคนนาดาเป็นผู้คิดค้นขึ้นดังนั้นจึงมีชื่อเรียกอีกอย่างว่า “CANDU” ซึ่งย่อมาจากคำว่า CANada Deuterium Uranium โดยอาศัยหลักการทำงานเดียวกับ แบบ PWR แต่ใช้น้ำมวลหนัก “น้ำมวลหนัก” (Heavy Water, D2O) แทน “น้ำ” (H2O) มาเป็นตัวระบายความร้อน เนื่องจากน้ำมวลหนักมีการดูดกลืนนิวตรอนน้อยกว่าน้ำธรรมดา และหน่วงนิวตรอนได้ช้ากว่าน้ำธรรมดา ทำให้ปฏิกิริยานิวเคลียร์เกิดขึ้นได้ง่าย จึงสามารถใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียม ที่สกัดมาจากธรรมชาติ ซึ่งมียูเรเนียม 235 ประมาณร้อยละ 0.7 ได้ โดยไม่จำเป็นต้องผ่านกระบวนการปรังปรุงให้มีความเข้มข้นสูงขึ้น จุดเด่นของระบบนี้คือสามารถเปลี่ยนเชื้อเพลิงได้ในขณะที่ยังเดินเครื่องอยู่ แต่ข้อเสียของระบบคือการที่ต้องใช้ขนาดของแกนปฎิกรณ์ใหญ่กว่าแกนปฎิกรณ์ธรรมดาถึง 5-10 เท่าในกำลังการผลิตที่เท่ากัน ทั้งการดูแลรักษาค่อนข้างยากและโรงงานชนิดนี้มีผู้ผลิตคือแคนนาดาเพียงประเทศเดียวทำให้เกิดการผูกขาด
รูปที่ 4 แผนภาพแสดงโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบใช้น้ำมวลหนักความดันสูง
แม้เตาปฏิกรณ์รุ่นที่สองมีการยอมรับและใช้งานอย่างแพร่หลายแต่กระนั้นก็ยังมีปัญหาที่ต้องปรับบปรุงแก้ไขอีกมากมายไม่ว่าจะเป็นระบบความปลอดภัยที่ควรจะมีมากขึ้น ระยะเวลาการใช้งานที่ยาวนาน ตลอดจนไปถึงพัฒนาประสิทธิภาพ ความหนาแน่นของพลังงานให้สูงขึ้น กว่าเดิม อันนำไปสู่การแก้ไขปรับปรุงในยุคที่ 3
3. ปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นที่สาม (Generation III)
พัฒนาขึ้นระหว่างปี พ.ศ. 2533 – 2543 โดยได้เน้นปรับปรุงในเรื่องความปลอดภัยของโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ในยุคที่ 2 โดยเฉพาะเรื่องความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องกับมนุษย์ ที่เรียกว่า Passive Safety System นอกจากนี้ยังให้ความสำคัญเกี่ยวกับเรื่องความคุ้มค่าในทางเศรษฐศาสตร์มากกว่ายุคที่2
“ยุคที่สามจะพยายามใช้คนน้อยที่สุด เพราะต้องการตัดปัญหาเรื่องความปลอดภัยที่อาจจะเกิดจากคน รวมทั้งปรับปรุงประสิทธิภาพในด้านต่างๆแต่หลักๆแล้วที่เน้นมากที่สุดคือเรื่องความปลอดภัยนี้แหละ รุ่นที่สามกำลังใช้อยู่ในปัจจุบันเอารุ่นน้ำเดือด กับ ความดันสูงมาปรับปรุง การก่อสร้างก็เร็วขึ้นจาก เจ็ดปีก็ ใช้เวลาเพียงสาม-สี่ ปี รุ่นสามก็เป็นการพัฒนาของเก่า ประสิทธิภาพสูง ทั้งการใช้งานของเครื่องในยุคที่สามมีอายุการใช้งานที่มากกว่า
นอกจากนี้ได้มีการปรับปรุงเพิ่มเติมโดยเรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นที่สามบวก โดยคาดว่าใน 10 ปีข้างหน้าหลายๆประเทศทั่วโลกจะใช้ระบบนี้เป็นส่วนมาก”
ในยุคที่ 3 นี้ได้พัฒนา ต่อจากยุคที่ 2 โดยในกลุ่มผู้ผลิตเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบใช้น้ำ (Light Water Reactor, LWR) ได้พัฒนาปฏิกรณ์นิวเคลียร์รูปแบบใหม่ ๆ ออกมาทั้งที่เป็นแบบน้ำความดันสูงและแบบน้ำเดือด เช่น บริษัท Westinghouse ได้พัฒนาระบบ APWR: Advanced Pressurized Water Reactor ขึ้นมาโดยออกแบบระบบความปลอดภัย และป้องกันอุบัติเหตุจากแกนปฏิกรณ์หลอมละลายให้ชื่อว่า System 80+ ซึ่งประเทศเกาหลีใต้ได้นำไปปรับปรุงเพื่อสร้างปฏิกรณ์รุ่นใหม่ของตนเอง
แต่สำหรับปฏิกรณ์ PWR ของบริษัท Westinghouse เอง คือ AP-600 มีจุดเด่นคือ มีระบบความปลอดภัยที่สามารถป้องกันอันตรายและอุบัติเหตุด้วยหลักธรรมชาติ ซึ่งแตกต่างจากระบบเดิมที่อาศัยการรักษาความปลอดภัยโดยพึ่งพากลไกและวงจรไฟฟ้ารวมทั้งมนุษย์ผู้ควบคุม ปัจจุบันประเทศจีนกำลังดำเนินการก่อสร้างเตาปฎิกรณ์รุ่นใหม่ล่าสุดของบริษัท Westinghouse คือ AP-1000 และคาดว่าจะสามารถใช้งานได้ในปี พ.ศ. 2556
รูปที่ 5 แผนภาพแสดงเครื่องปฏิกรณ์แบบ Advanced Pressurized Water Reactor (APWR)
รุ่น AP-1000
ส่วนเครื่องปฏิกรณ์ BWR ก็ได้รับการปรับปรุงด้านความปลอดภัย และระยะเวลาในการก่อสร้างเช่นกัน โดยมีชื่อเรียกว่า Advanced Boiling Water Reactor (ABWR) รุ่นใหม่ ๆ เช่น ABWR รุ่นใหม่ที่ออกแบบโดยบริษัท General Electric ซึ่งกำลังถูกสร้างขึ้นในญี่ปุ่นในชื่อรุ่น GE ESBWR (Economic Simplified Boiling Water Reactor)
รูปที่6 แผนภาพแสดงเครื่องปฏิกรณ์แบบ Advanced Boiling Water Reactor (ABWR)
ส่วนเครื่องปฏิกรณ์ CANDU ซึ่งประเทศแคนาดาเป็นผู้คิดค้นขึ้นและผูกขาดในโรงงานแบบนี้ก็พัฒนาด้วยเช่นกันโดยใช้น้ำมวลหนักเป็นสารระบายความร้อนก็มีการปรับปรุงแบบใหม่คือ CANDU-9 ซึ่งพัฒนาจาก CANDU-6 นอกจากนี้แล้ว CANDU-9 ยังมีปฏิกรณ์ที่พัฒนารูปแบบยิ่งขึ้นไปอีกคือ Advanced CANDU Reactor (ACR) รุ่นล่าสุดที่มีการนำมาใช้งานคือ ACR-1000 ซึ่งมีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานความร้อนให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ดียิ่งขึ้นในปัจจุบันประเทศอินเดียเป็นประเทศหนึ่งที่ได้ทำการศึกษาค้นคว้าเพื่อจะพัฒนาปฏิกรณ์ในระบบนี้เช่นกัน
รูปที่ 7 แผนภาพแสดงปฏิกรณ์แบบ Advance CANDU Reactor (ACR)
ส่วนในฟากของ EU ประเทศยักษ์ใหญ่อย่างฝรั่งเศสและเยอรมนีก็ร่วมมือกันพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่เรียกว่า European Pressurized Water Reactor (EPR) โดยอาศัยการปรับปรุงจาก เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แบบ PWR มีเป้าหมายสำคัญในเรื่องความปลอดภัยเช่นกัน โดยต้องการลดความเป็นไปได้ของการเกิดอุบัติภัยรุนแรงลงเป็น 1 ต่อ 10 และจำกัดความเสียหายที่อาจจะเกิดขึ้นได้ให้อยู่ภายในเขตโรงงานเท่านั้นเพื่อไม่ให้ส่งผลกระทบต่อภายนอก
รูปที่ 8 แผนภาพแสดงปฏิกรณ์แบบ European Pressurized Water Reactor (EPR)
4. เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นที่สี่ (Generation IV)
ระบบเครื่องเครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่4เป็นระบบที่อยู่ในช่วงการพัฒนา อาจจะเรียกว่าเป็นอนาคตสำหรับโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ โดยคาดการณ์กันว่าน่าจะสามารถใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์ในระยะเวลา 20-30 ปี ข้างหน้า ถือว่าเป็นการปฏิวัติการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์และระบบเชื้อเพลิงโดยสิ้นเชิง การพัฒนาของโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ในรุ่นนี้มีการพัฒนาไปพร้อมๆกับรุ่น สามบวก โดยมีจุดประสงค์ในการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ที่นอกจากจะให้กระแสไฟฟ้าแล้วยังให้ก๊าซไฮโดรเจนที่สามารถนำไปใช้ในเซลเชื้อเพลิง (Fuel Cell) นอกจากนี้ยังมีผลพลอยได้อื่นๆ เช่น การผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเล (Desalination) และระบบความร้อนให้บ้านเรือน เป็นต้น คาดว่าระบบนี้จะเริ่มใช้งานได้ในปี พ.ศ. 2573
โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์รุ่นที่สี่ ถือเป็นโครงการร่วมมือในการพัฒนาเทคโนโลยีของ
โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ระหว่างประเทศ ได้แก่ อาร์เจนตินา บราซิล แคนาดา ฝรั่งเศส ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ แอฟริกาใต้ สวิสเซอร์แลนด์ อังกฤษ และสหรัฐอเมริกา ภายใต้โครงการ Generation IV International Forum (GIF)
ชนิดของโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์รุ่นที่สี่
4.1 โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ Gas-Cooled Fast Reactor System (GFR)
โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ GFR เป็นโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชันและปฏิกิริยาลูกโซ่ โดยใช้นิวตรอนย่านพลังงานสูง จึงทำให้เครื่องปฏิกรณ์ลดปริมาณของสารหน่วงนิวตรอนลง เมื่อเทียบกับเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้นิวตรอนย่านพลังงานต่ำใช้ ฮีเลียมเป็นตัวระบายความร้อนในระบบปฐมภูมิ ส่วนระบบทุติยภูมิใช้ Supercritrical CO2 ทั้งระบบระบายความร้อนของโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ GFR นี้เป็นระบบปิด
รูปที่ 9โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ Gas-Cooled Fast Reactor System (GFR)
4.2 โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ Lead-Cooled Fast Reactor System (LFR)
โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ LFR เป็นโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ที่ใช้นิวตรอนในย่านพลังงานสูง และใช้วัฏจักรของเชื้อเพลิงเป็นแบบปิดเช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าแบบ GFR แต่ ใช้สารละลายตะกั่วเป็นตัวระบายความร้อน ซึ่งมีคุณสมบัติในการดูดกลืนและหน่วงนิวตรอนต่ำ ไม่เกิดปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำและอากาศ มีจุดเดือดที่ 1700 องศาเซสเซียส ดังนั้น ในการทำงานจึงไม่จำเป็นต้องใช้ถังปฏิกรณ์ เพื่อควบคุมความดันสูง สามารถวิ่งเข้าสู่กังหันไอน้ำได้โดยตรงโดยไม่สูญเสียความร้อนมากนัก
รูปที่ 10 โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ Lead-Cooled Fast Reactor System (LFR)
4.3 โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ Molten Salt Reactor System (MSR)
โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ MSR ใช้นิวตรอนย่านพลังงานปานกลางในการทำปฏิกิริยาฟิชชันและปฏิกิริยาลูกโซ่ มีกราไฟต์เป็นสารหน่วงนิวตรอน เชื้อเพลิงและผลิตผลจากปฏิกิริยาฟิชชัน (Fission product) ละลายอยู่ในสารละลายเกลือฟลูออไรด์ ซึ่งเป็นสารระบายความร้อน
รูปที่ 11 โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ Molten Salt Reactor System (MSR)
4.4 โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ Sodium-Cooled Fast Reactor System (SFR)
โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ SFR ใช้นิวตรอนย่านพลังงานสูงเป็นตัวทำปฏิกิริยาฟิชชันและปฏิกิริยาลูกโซ่ เชื้อเพลิงที่ใช้เป็นออกไซด์ของยูเรเนียมและพลูโทเนียม และใช้วัฏจักรของเชื้อเพลิงเป็นแบบปิด มีโซเดียมเหลวเป็นตัวระบายความร้อน
รูปที่ 12 โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ Sodium-Cooled Fast Reactor System (SFR)
4.5 โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ Supercritical-Water-Cooled Reactor System (SCWR)
โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ SCWR ได้ออกแบบการใช้นิวตรอนในการทำปฏิกิริยาฟิชชันและปฏิกิริยาลูกโซ่ทั้ง นิวตรอนย่านพลังงานสูง หรือย่านพลังงานต่ำ มีการทำงานคล้ายคลึงกับโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ BWR โดยใช้ยูเรเนียมออกไซด์เป็นเชื้อเพลิง มีน้ำเป็นตัวระบายความร้อนภายในแกนปฏิกรณ์ และออกแบบให้ทำงานในสภาวะ Supercritical จึงทำให้น้ำไม่มีการเปลี่ยนแปลงสถานะในเครื่องปฏิกรณ์
รูปที่ 13 โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ Supercritical-Water-Cooled Reactor System (SCWR)
4.6 โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ Very-High-Temperature Reactor System (VHTR)
โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ VHTR เป็นโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ที่ใช้นิวตรอนย่านพลังงานต่ำ ใช้กราไฟต์เป็นสารหน่วงนิวตรอน เชื้อเพลิงเป็นยูเรเนียมเสริมสมรรถนะและวัฏจักรของเชื้อเพลิงเป็นแบบเปิด ใช้ฮีเลียมเป็นตัวระบายความร้อน
รูปที่ 14 โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบ Very-High-Temperature Reactor System (VHTR)
วิวัฒนาการของโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์มีวิวัฒนาการมาอย่างยาวนานและไม่หยุดยั้งโดยมีวัตถุประสงค์ในการผลิตพลังงานให้เพียงต่อต่อความต้องการของประชากรโลกในปัจจุบัน สิ่งที่เหมือนกันของยุค 4 และ 3+ คือการคิดคำนึงถึงความปลอดภัยมากขึ้นโดยใช้ระบบความปลอดภัยที่เรียกว่า ใส่ระบบความปลอดภัยที่ไม่ต้องใช้มนุษย์ที่เรียกว่า Passive Safety System เข้าไป
ในปัจจุบันโลกเราอาศัยพลังงานไฟฟ้ารวมรวม 373 พันล้านวัตต์ของโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์439 โรงใน 30 ประเทศและอยู่ในระหว่างการก่อสร้างอีก 36 โรง ทั้งมีอีก 18 ประเทศที่กำลังวางแผนที่จะสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพิ่มเติมอีก 97 แห่ง (จากข้อมูลของ World Nuclear Association เดือนกันยายน 2551)
สำนักงานพลังงานนิวเคลียร์ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ภายใต้กระทรวงพลังงานประเทศสหรัฐอเมริกาคาดการณ์ประเทศของตนต้องการพลังงาน 335 พันล้านวัตต์ในปี พ.ศ. 2568และมีแนวโน้มว่าจะมีการสร้างโรงไฟฟ้าใหม่50 ถึง 60 แห่งต่อปีในช่วง 20 ปีข้างหน้า
ทั้งนี้ในปัจจุบันนี้นี้มีโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ที่นิยม 3 ประเภทคือ โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบความดันสูง (Pressure Water Reactor: PWR) ที่ใช้กันทั่วโลกประมาณ 60% โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบน้ำเดือด (Boiling Water Reactor: BWR) ที่ใช้กันทั่วโลกประมาณ 20 % และโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์แบบน้ำมวลหนัก (Pressurized Heavy Water Reactor: PHWR) หรือโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์น้ำมวลหนักความดันสูง ที่ใช้กันทั่วโลกประมาณ 9%
“ของไทย ตอนนี้ กำลังศึกษาอยู่ว่า เราไม่รู้จะเอาตัวไหน น่าเป็น PWR หรือ ไม่ก็ BWR ไม่สรุป แต่เราคิดว่าแบบสามมันจะปลอดภัยกว่า
จริงๆในระบบโรงสร้าง ความปลอดภัยของมันสูงมาก จนคนคิดไม่ถึงว่า พวกนี้อยู่ในโดมคอนกรีตหนาเป็นเมตร ถ้าเป็นระเบิดนี่ก็เอาอยู่ เครื่องบินชนก็ไม่พัง ระเบิดก็อยู่ในนั้น แล้วปิดตายไม่ไปยุ่งกะมัน ก็ เรื่องความปลอดภัยมันสูงมากจน เรากลัวด้วยซ้ำว่าเราจะสร้างได้รึเปล่า ที่ ญี่ปุ่นแผ่นดินไหวรั่วออกมานิดเดียวแทบจะไม่มีผลอะไร ที่น่าห่วงจริงๆไม่ใช่เรื่องของอันตรายที่จะเกิดขึ้นแต่หากมีการสร้างขึ้นเป็นเรืองที่ว่าเรามีความรู้พอจะดูแลหรือมีความรู้พอที่จะสร้างมันขึ้นมาได้หรือเปล่าต่างหาก”
เป็นคำทิ้งท้ายที่ชวนคิดของอาจารย์ ธวัชชัย อ่อนจันทร์ ผู้เชี่ยวชาญเรื่องโรงงานนิวเคลียร์ของไทย ในขณะที่วิวัฒนาการโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ยังคงรุดหน้าไปอย่างไม่หยุดยั้งแต่เรายังคงตะหนกกังวลต่อปัญหาเก่าๆที่ก่อให้เกิดความกลัวขึ้นจากความไม่รู้ หากประชาชนชาวไทยสามารถพัฒนาความไม่รู้เกี่ยวกับโรงงานนิวเคลียร์ให้การเป็นเรื่องที่รู้กันโดยแพร่หลาย โรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ในประเทศไทยก็คงจะมีได้ในไม่ช้านี้
*หมายเหตุ
งานเขียนชิ้นนี้ ได้รับการคุ้มครองสิทธิตามพระราชบัญญัติคุ้มครองสิทธิทางปัญญา โดยลิขสิทธิเป็นของผู้เขียน ที่ให้เกียรตินำเผยแพร่ผ่าน วิชาการ.คอม เรามีความยินดีและอนุญาตให้ทำซ้ำหรือเผยแพร่ต่อเพื่อประโยชน์ทางการศึกษาเท่านั้น กรุณาให้เกียรติผู้เขียน โดยอ้างชื่อผู้เขียนและแหล่งข้อมูลทุกครั้งที่ทำการเผยแพร่ต่อ ห้ามนำส่วนหนึ่งส่วนใดไปเผยแพร่ต่อในสื่อที่เอื้อประโยชน์ทางธุรกิจก่อนได้รับอนุญาต ขอขอบคุณที่ร่วมกันช่วยสร้างให้สังคมไทยเป็นสังคมแห่งปัญญา
