โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์

โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์

1. ความสำคัญของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์

        ปัจจุบันไฟฟ้าเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดปัจจัยหนึ่งสำหรับการดำรงชีวิตประจำวันของมนุษย์  นับวันความต้องการใช้พลังงานไฟฟ้าจะเพิ่มสูงขึ้น ในขณะที่เชื้อเพลิงจากฟอสซิล คือ น้ำมันและ ก๊าซธรรมชาติซึ่งเป็นพลังงานหลักที่นำมาใช้ผลิตไฟฟ้ากำลังจะหมดไป แม้ว่าจะมีการเสนอให้ใช้พลังงาน อย่างอื่นไม่ว่าจะเป็นพลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม พลังงานจากขยะ และพลังงานชีวมวลมาทดแทน แต่พลังงานเหล่านี้มีปัญหาเรื่องต้นทุนการผลิตไฟฟ้าที่สูง ไม่มีเสถียรภาพและความมั่นคงในการผลิตไฟฟ้า จึงไม่เหมาะที่จะนำมาใช้ในการผลิตไฟฟ้าฐานซึ่งต้องการปริมาณไฟฟ้าจำนวนมากและต้องผลิตไฟฟ้าออกมาอย่างต่อเนื่อง ส่วนข้อเสนอที่จะให้ผลิตไฟฟ้าจากถ่านหินแม้ว่าจะมีต้นทุนในการผลิตสูงกว่าพลังงานนิวเคลียร์ไม่มากนัก แต่เนื่องจากในกระบวนการผลิตได้ก่อให้เกิดมลภาวะและส่งผลกระทบต่อภาวะโลกร้อน ประเทศต่าง ๆ รวมถึงประเทศไทยจึงหันไปให้ความสนใจที่จะผลิตไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์ เนื่องจากมีต้นทุนการผลิตไฟฟ้าต่อหน่วยที่ถูกกว่าโรงไฟฟ้าประเภทอื่น ๆ

2. หลักการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์

        โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ คือ ระบบที่จะนำพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์มาเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า โรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยทั่วไปประกอบด้วยส่วนหลักๆ 4 ส่วนคือ เตาปฏิกรณ์ ระบบระบายความร้อน ระบบกำเนิดกระแสไฟฟ้า และระบบความปลอดภัย พลังงานที่เกิดขึ้นในเตาปฏิกรณ์เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน สิ่งที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน ไม่ได้มีเพียงพลังงานจำนวนมากที่ปลดปล่อยออกมา แต่รวมถึงผลผลิตที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันนิวตรอนอิสระจำนวนหนึ่ง การควบคุมจำนวนและการเคลื่อนที่ของนิวตรอนอิสระภายในเตาปฏิกรณ์โดยสารหน่วงนิวตรอน และแท่งควบคุมจะเป็นการกำหนดว่า จะเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันขึ้นภายในเตาปฏิกรณ์มากน้อยเพียงใด พลังงานที่ผลิตเกิดขึ้นภายในเตาปฏิกรณ์ จะถูกนำออกมาโดยตัวนำความร้อน ซึ่งก็คือของไหลเช่น น้ำ,เกลือหลอมละลายหรือก๊าซคาร์บอนไดอออกไซค์ ของไหลจะรับความร้อนจากภายในเตาปฏิกรณ์ จนตัวมันเองเดือดเป็นไอหรือเป็นตัวกลางในการนำความร้อนไปยังวงจรถัดไปเพื่อผลิตไอน้ำ ไอน้ำที่ได้จะถูกส่งผ่านท่อไปยังระบบกำเนิดกระแสไฟฟ้า ที่ไอน้ำจะถูกนำไปขับกังหันไอน้ำที่จะใช้ในการหมุนเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าต่อไป

รูปที่ 1 การหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากไอน้ำที่ได้รับความร้อนจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน

3. รูปแบบของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า

        เราสามารถจำแนกรูปแบบของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ตามลักษณะทั่วไปของเตาปฏิกรณ์ได้ 3 ประเภท ได้แก่

        3.1 โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบปฏิกรณ์น้ำอัดความดัน (Pressurized Water Reactor - PWR)

              โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำอัดความดัน เป็นโรงไฟฟ้าที่นิยมใช้มากที่สุด โดยใช้น้ำเป็นทั้งตัวกลางระบายความร้อนและสารหน่วงนิวตรอน มีการออกแบบระบบการทำงานให้มีสองวงจร โดยวงจรแรกจะเป็นระบบระบายความร้อนออกจากเตาปฏิกรณ์ ที่ซึ่งน้ำจะไหลผ่านเตาปฏิกรณ์เพื่อระบายความร้อนออกจากแกนปฏิกรณ์ และนำความร้อนที่ได้ส่งต่อให้วงจรที่สองที่อุปกรณ์กำเนิดไอน้ำ เพื่อผลิตไอน้ำไปขับกังหันไอน้ำ น้ำในวงจรแรกนี้จะมีอุณหภูมิสูงถึง 325 องศาเซลเซียส ดังนั้นวงจรแรกจึงต้องทำงานภายใต้ความดันที่สูงมาก เพื่อป้องกันการเดือดของน้ำในวงจร อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ควบคุมแรงดันในวงจรแรกคือตัวควบคุมความดัน (pressurizer) โดยน้ำในวงจรแรกจะทำหน้าที่ทั้งเป็นสารหล่อเย็นและสารหน่วงนิวตรอนให้แก่เตาปฏิกรณ์

              ในส่วนของวงจรที่สองนั้นจะทำงานภายใต้ความดันที่ต่ำกว่าวงจรแรก ซึ่งน้ำในวงจรนี้จะถูกต้มให้เดือดเพื่อผลิตไอน้ำที่อุปกรณ์กำเนิดไอน้ำ ไอน้ำที่ผลิตได้จะใช้ในการขับกังหันไอน้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า หลังจากนั้นจะควบแน่นกลับไปเป็นน้ำแล้วไหลกลับไปที่อุปกรณ์ผลิตไอน้ำ เพื่อเปลี่ยนเป็นไอน้ำต่อไปเรื่อย ๆ

รูปที่ 2 โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำอัดความดัน

        3.2 โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบปฏิกรณ์น้ำเดือด (Boiling Water Reactor : BWR)

              โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำเดือด มีการทำงานที่คล้ายคลึงกับโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำอัดความดันมาก แตกต่างกันเพียงแค่โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำเดือด มีวงจรการทำงานเพียงแค่วงจรเดียว ที่ซึ่งน้ำจะถูกต้มภายในเตาปฏิกรณ์ (Reactor Vessel) โดยตรง ที่อุณหภูมิประมาณ 285 องศาเซลเซียส เตาปฏิกรณ์แบบนี้ถูกออกแบบให้ทำงาน โดยที่ส่วนบนของแกนปฏิกรณ์ประมาณ 12-15% มีสภาพเป็นไอน้ำ ระบบของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำเดือดนั้น ถูกออกแบบให้น้ำเดือดภายในเตาปฏิกรณ์ทำให้เตาปฏิกรณ์แบบนี้จะทำงานที่ความดันต่ำกว่าเตาปฏิกรณ์แบบน้ำอัดความดัน

              ไอน้ำที่ผลิตได้ภายในเตาปฏิกรณ์ จะไหลผ่านอุปกรณ์แยกน้ำบริเวณส่วนบนของเตาปฏิกรณ์ แล้วจะไหลออกไปขับกังหันไอน้ำโดยตรง เนื่องจากน้ำที่ไหลผ่านแกนปฏิกรณ์จะมีการปนเปื้อนจากสารรังสี ทำให้อุปกรณ์ในส่วนของกังหันไอน้ำ (Steam Turbine) จะโดนปนเปื้อนจากสารรังสีด้วย ดังนั้นอุปกรณ์ในส่วนของกังหันไอน้ำ จึงต้องได้รับการป้องกันรังสีเช่นเดียวกับระหว่างการบำรุงรักษา โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำเดือดจะมีต้นทุนต่ำกว่าแบบอื่น เนื่องจากเป็นระบบที่เรียบง่าย และในส่วนข้อกังวลเกี่ยวกับการปนเปื้อนรังสีของอุปกรณ์ของระบบกังหันไอน้ำนั้น เนื่องจากสารปนเปื้อนในน้ำนั้นมีอายุสั้นมาก โดยห้องกังหันไอน้ำสามารถเข้าไปเพื่อบำรุงรักษาได้ภายในระยะเวลาอันสั้น หลังจากการ shut down เตาปฏิกรณ์

รูปที่ 3 โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำเดือด

        3.3 โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบปฏิกรณ์น้ำมวลหนัก (Pressurized Heavy Water Reactor : PHWR)

              โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำมวลหนักอัดความดัน พัฒนาโดยประเทศแคนาดาในช่วงปี ค.ศ.1950 ภายใต้ชื่อโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบแคนดู (CANDU) โรงไฟฟ้าแบบนี้ใช้ยูเรเนียมธรรมชาติที่ไม่มีการเสริมสมรรถนะเป็นเชื้อเพลิง ทำให้ต้องใช้สารหน่วงนิวตรอนที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำอัดความดันหรือแบบน้ำเดือด ซึ่งในกรณีนี้ได้มีการนำน้ำมวลหนัก (D2O) มาใช้ ในโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำมวลหนักอัดความดัน มีการออกแบบระบบการทำงานให้มีสองวงจรเหมือนโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำอัดความดัน โดยในวงจรแรกน้ำมวลหนัก (D2O) ที่จะทำหน้าที่ทั้งเป็นสารหน่วงนิวตรอนและระบายความร้อนออกจากมัดเชื้อเพลิง จะถูกอัดภายใต้ความดันสูง และจะไหลผ่านช่องบรรจุเชื้อเพลิงเพื่อระบายความร้อนออกจากเตาปฏิกรณ์ที่เรียกอีกชื่อว่า คาแรนเดรีย จนน้ำมวลหนักในวงจรแรกมีอุณหภูมิสูงถึง 290°C และเช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำอัดความดัน น้ำมวลหนักจะถ่ายเทความร้อนให้แก่วงจรที่สองเพื่อผลิตไอน้ำที่อุปกรณ์กำเนิดไอน้ำ แล้วขับกังหันไอน้ำผลิตกระแสไฟฟ้า เนื่องจากการใช้ยูเรเนียมธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง ทำให้โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำมวลหนักอัดความดัน ต้องมีการเปลี่ยนเชื้อเพลิงทุกวัน จึงมีการออกแบบให้โรงไฟฟ้าชนิดนี้สามารถเปลี่ยนเชื้อเพลิงได้โดยไม่ต้องหยุดการทำงานของเตาปฏิกรณ์

                                  รูปที่ 4 โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบปฏิกรณ์น้ำมวลหนัก 

4. เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

        อุปกรณ์ที่ทำให้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ สามารถควบคุมปฏิกิริยาการแตกตัว และควบคุมพลังงานที่เกิดขึ้นได้ตามต้องการ เรียกว่า “เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์” ในส่วนของปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะต้องมีอุปกรณ์ควบคุมปฏิกิริยาแตกตัว มีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ และมีสารระบายความร้อน ตามหลักวิชาการโดยทั่วไปในการผลิตพลังงานนิวเคลียร์นั้น เชื้อเพลิงที่ใส่ในเตาปฏิกรณ์คือวัสดุที่ใช้นิวตรอนยิงให้เกิดปฏิกิริยาแตกตัว เป็นวัสดุที่แตกตัวได้ง่าย แม้นิวตรอนจะมีพลังงานทีต่ำมากเกือบใกล้ศูนย์ เราเรียกว่า วัสดุฟิสไซด์ (Fissile Material) ได้แก่ ยูเรเนียม-233 ยูเรเนียม-235 และพลูโทเนียม-239 วัสดุฟิสไซด์ทีพบในธรรมชาติมีพียงชนิดเดียวเท่านั้นคือ ยูเรเนียม-235 ปนอยู่กับยูเรเนียม-238 ในสัดส่วนโดยอะตอม 0.72 : 99.28 สำหรับวัสดุเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้รองลงมา คือ ยูเรเนียม-233 และพลูโทเนียม-239 ซึ่งสามารถผลิตขึ้นได้จากการยิงทอเรียม-232 และยูเรเนียม-238 ด้วยนิวตรอน ทอเรียม-232 และยูเรเนียม-238 มีอยู่มากในธรรมชาติ เราเรียกว่าเป็นวัสดุเฟอร์ไทล์ (Fertile Material)

        เมื่อยิงนิวตรอนไปยังนิวเคลียสของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ นิวเคลียสหนึ่งจะแตกตัวออกเป็น 2 ส่วน พร้อมเกิดนิวตรอนใหม่อีก 2-3 ตัว นิวตรอนที่เกิดใหม่นี้จะชนกับนิวเคลียสของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ทำให้เกิดการแตกตัวของนิวเคลียสตัวอื่น ๆ ต่อไปเรื่อย ๆ เป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ การแตกตัวของนิวเคลียสของเชื้อเพลิงต้องการนิวตรอนไปทำปฏิกิริยาเพียง 1 ตัวเท่านั้น ฉะนั้น อัตราการเกิดและการสูญหายของนิวตรอนจะต้องสมดุลกัน จึงต้องทำให้เกิดการสูญหายของนิวตรอนไปจากระบบปฏิกิริยาลูกโซ๋คือถูกดูดจับไว้ภายใน ในทางปฏิบัติจึงต้องมีการจัดการส่วนผสม และปริมาตรของแกรปฏิกิริยานิวเคลียร์ให้เกิดความสมดุลของนิวตรอนในปฏิกิริยา โดยให้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์และส่วนประกอบอื่น ๆ มีความสอดคล้องกันในภาวะมวลวิกฤต และปริมาตรวิกฤต

รูปที่ 5 แสดงการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เป็นผลจากการแตกตัวของนิวเคลียส

        ในขณะที่เกิดปฏิกิริยาแตกตัว มีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ส่วนหนึ่งที่แตกตัวได้ยากคือ ยูเรเนียม-238 และทอเรียม-232 ในบางส่วนจะดูดจับนิวตรอนไว้เฉย ๆ กลายเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่แตกตังได้ดีคือ พลูโทเนียม-239 และยูเรเนียม-233 การที่เกิดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ขึ้นใหม่นี้ คิดจากอัตราส่วนการแปรเปลี่ยน (Conversion Ratio) คือ จำนวนอะตอมของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่เกิดใหม่ต่อจำนวนอะตอมของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เดิมที่ถูกใช้ไป ตามปกติในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์โดยทั่วไปมักจะมีค่าน้อยกว่า 1 แต่ถ้าปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่มีอัตราส่วนการแปรเปลี่ยนที่มีค่ามากกว่า 1 แสดงว่าเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งมีปริมาณที่มากกว่าเชื้อเพลิงที่สิ้นเปลืองไป เป็นปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่เรียกว่า บรีดเดอร์ (Breeder) ฉะนั้น ขณะเกิดปฏิกิริยาแตกตัวเป็นลูกโซ่ ส่วนผสมของแกนปฏิกรณ์นิวเคลียร์ก็จะมีการเปลี่ยนแปลง เช่น มีปริมาณเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ลดลง มีธาตุใหม่เกิดขึ้น บางธาตุก็ดูดนิวตรอน เช่น ซีนอน-135 และซาแมเรียม-149 บางธาตุเกิดเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใหม่ เช่น พลูโทเนียม-239 และยูเรเนียม-233 ทำให้เพิ่มนิวตรอน การควบคุมการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จึงมีการปรับส่วนผสมของแกนปฏิกรณ์นิวเคลียร์ให้อยู่ในสภาวะมวลวิกฤตตลอดเวลา ในค่าของรีแอกทิวิตี้ (Reactivity) กล่าวคือ ถ้าปฏิกิริยาแตกตัวเพิ่มมากขึ้นค่ารีแอกทิวิตี้ทางบวก และปฏิกิริยาลดน้อยลงเมื่อค่ารีแอกทิวิตี้ทางลบ โดยการเลื่อนแท่งควบคุมปฏิกิริยาแตกตัวอย่างช้า ๆ (ตามปกติทำโดยอัตโนมัติ) นอกจากนี้การสิ้นเปลืองของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ขึ้นอยู่กับการจัดวางมัดเชื้อเพลิงด้วย ถ้าเชื้อเพลิงทุกมัดมีความเข้มข้นของยูเรเนียม-235 เท่ากันตลอด เชื้อเพลิงส่วนที่อยู่ใจกลางปฏิกรณ์จะทำปฏิกิริยาสูงสุดเนื่องจากนิวตรอนหนาแน่นมากกว่ารอบนอก และจะค่อย ๆ ลดปฏิกิริยาแตกตัวลสู่รอบนอก บริเวณขอบแกนปฏิกรณ์จะมีการเกิดปฏิกิริยาแตกตัวต่ำสุด เพื่อการสมดุลในการใช้เชื้อเพลิงจึงจัดวางมัดเชื้อเพลิง หรือบรรจุแท่งเชื้อเพลิงตามชนิดของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ซึ่งจะให้ความเข้มข้นด้านในต่ำกว่าด้านนอก เพื่อบังคับปฏิกิริยาแตกตัวให้สม่ำเสมอตลอดทั้งแกรปฏิกรณ์นิวเคลียร์ มีประสิทธิภาพ มีความปลอดภัย ลดค่าใช้จ่ายในการทำยูเรเนียมเข้มข้นและจำเป็นที่จะต้องเปลี่ยนเชื้อเพลิงนิวเคลียร์พร้อมกันทั้งหมด จะเปลี่ยนแปลเพียงบางส่วน เฉพาะบริเวณที่อยู่ด้นในเท่านั้น โดยใช้วิธีการขยับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่อยู่ด้านนอก เข้าไปแทนที่พร้อมกับเติมเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ชุดใหม่ไว้ด้านนอกรอบ ๆ

        เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีหลายชนิด มีรูปร่างและขนาดแตกต่างกันไป โดยแบ่งการทำงานเป็น

 2 ส่วน ซึ่งแต่ละส่วนมีส่วนประกอบของเครื่องโดยทั่วไปดังนี้

        1. เชื้อเพลิง (Fuel) อาจใช้ยูเรเนียม พลูโตเนียม เป็นต้น

        2. มอเดอร์เรเตอร์ (Moderator) มีหน้าที่ทำให้นิวตรอนวิ่งช้าลง เพราะนิวตรอนช้ามประสิทธิภาพในการทำให้เกิดการแบ่งแยกนิวเคลียสได้ดีกว่านิวตรอนเร็ว สารที่ใช้เป็นมอเดอร์เรเตอร์ ได้แก่ คาร์บอน เมื่อนิวตรอนวิ่งผ่านคาร์บอนจะชนกับอะตอมของคาร์บอน ทำให้มันวิ่งช้าลงได้ความเร็วตามที่เราต้องการ

        3. แท่งบังคับ (Control Rods) มีหน้าที่ควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยาไม่ให้เกิดมากเกินไป ที่นิยมใช้คือ แคดเมียม หรือโบรอน แคดเมียมจะเป็นตัวดูดกลืนนิวตรอนไว้ได้ดีมาก ดังนั้นถ้าสอดแท่งแคดเมียมให้ลึกเข้าไปในเครื่องมาก ๆ ก็จะดูดนิวตรอนไว้ได้น้อยลงและปฏิกิริยาลูกโซ่ก็จะค่อย ๆ เพิ่มขึ้นตามมา

        4. ตัวทำให้เย็น (Coolant) เพื่อนำเอาความร้อนออกไปจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ โดยอาจใช้น้ำธรรมดา โลหะ โซเดียม คาร์บอนไดออกไซด์ ฮีเลียม หรืออากาศ เป็นต้น

        5. เครื่องกำบัง (Shield) มีหน้าที่ป้องกันไม่ให้รังสีออกจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ซึ่งอาจทำอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตทั้งหลาย เครื่องกำบังอาจทำด้วยคอนกรีดหนา ๆ หรืออาจใช้บ่อน้ำก็ได้

        การทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์อาจอธิบายได้ดังนี้ เริ่มจากยูเรเนียมที่ใส่อยู่ในเครื่องนั้น ปกติจะเป็น ยูเรเนียม-235 มีปริมาณน้อยกว่า 1% ของยูเรเนียมทั้งหมด ทำหน้าที่เป็นเชื้อเพลิง ส่วนยูเรเนียมที่เหลือ นอกนั้นคือ ยูเรเนียม-238 เมื่อนิวตรอนวิ่งผ่านเข้าไปในเครื่อง จะยิงนิวเคลียสของ ยูเรเนียม-235 ทำให้เกิดการแบ่งแยกนิวเคลียสขึ้น นิวเคลียสที่ถูกแบ่งแยกออกจะมีนิวตรอนเกิดขึ้น 1 หรือ 2 ตัว ซึ่งจะวิ่งผ่านเข้าเครื่องต่อไปแล้วยิงนิวเคลียสอื่นต่อไป ทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่และได้พลังงานเกินขึ้นมากมาย

รูปที่ 6 แสดงการทำงานของเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์

5. ทำไมโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จึงมีความปลอดภัยมาก

        มาตรการความปลอดภัยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์พัฒนาขึ้นจากแนวคิดพื้นฐานการป้องกันรายการ เพื่อให้เดินเครื่องผลิตไฟฟ้าได้โดยไม่ส่งผลกระทบต่อความปลอดภัยของสาธารณชน และสิ่งแวดล้อม นับตั้งแต่คุณสมบัติของโรงไฟฟ้า เช่น ใช้ยูเรเนียมที่มีความเข้มข้นต่ำ และปฏิกรณ์ที่ได้รับการออกแบบให้ทำงานเฉพาะในสภาวะปฏิกิริยาแตกตัวของที่เท่านั้นไม่ สามารถระเบิดในลักษณะเกี่ยวกับระเบิดปรมาณู จนถึงสิ่งที่เป็นรูปธรรม ได้แก่ สิ่งปิดกั้นรังสีหลายชั้น ตั้งแต่เม็ดเชื้อเพลิงไปจนถึงอาคารปฏิกรณ์ อุปกรณ์ควบคุมการผลิตพลังงาน ระบบระบายความร้อนฉุกเฉิน เป็นต้น

        ความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ หมายถึง การควบคุมการปล่อยสารกัมมันตรังสีจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัย ทั้งที่เกิดเป็นครั้งคราว หรือเกิดในกรณีอุบัติเหตุ มีวัตถุประสงค์เพื่อความปลอดภัยของประชาชนโดยรอบและผู้ปฏิบัติงานในโรงไฟฟ้า ความปลอดภัยต่อระบบนิเวศวิทยาและสิ่งแวดล้อม และความปลอดภัยต่อระบบการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และเครื่องมืออุปกรณ์ต่าง ๆ ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

        ปรัชญาความปลอดภัย

        ในการออกแบบการก่อสร้าง และการเดินเครื่องโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ มีปรัชญาความปลอดภัยอยู่ 3 ประการที่ต้องปฏิบัติ เพื่อให้ประชาชนและสิ่งแวดล้อมมีความเสี่ยงภัยน้อยที่สุด คือ

          1) เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ต้องควบคุมพลังงานได้ (Control) ด้วยการควบคุมความร้อนที่เกิดขึ้นได้สองทาง ทั้งในขณะเดินเครื่องปกติ และในกรณีดับเครื่อง (Shutdown)

          2) เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ต้องเย็น (Cool) เสมอ มีการระบายความร้อนทั้งในขณะเดินเครื่องปกติและในกรณีดับเครื่อง

          3) สารกัมมันตรังสีต้องเก็บไว้มิดชิด (Containment) จะมีสิ่งปิดกั้น 5 ชั้น เพื่อป้องกันสารรังสีมิให้รั่วไหลสู่สิ่งแวดล้อม

รูปที่ 7 ปรัชญาความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

        5.1 การเลือกสถานที่ตั้ง

              การสำรวจเลือกหาสถานที่ตั้งโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ จะต้องมีความเหมาะสมตามหลักเกณฑ์ของทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (IAEA) หรือถ้าไม่สามารถปฏิบัติตามหลักเกณฑ์ของ IAEA ได้ทั้งหมด จะต้องมีการเผื่อค่าความปลอดภัยให้สูงมากกว่ามาตรฐานทั่วไป  เพื่อให้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ตั้งอยู่ในสถานที่ตั้งที่มีสภาพแวดล้อมที่ปลอดภัย

        5.2 การออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

              รายการออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ต้องยึดถือเรื่องความปลอดภัยเป็นสิ่งสำคัญ โดยใช้หลักเกณฑ์การออกแบบป้องกันอุบัติเหตุขั้นพื้นฐาน เพื่อป้องกันมิให้มีการรั่วไหลของสารกัมมันตรังสีออกมานอกโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไม่ว่าจะเกิดอุบัติเหตุรุนแรงเพียงใดก็ตาม

              องค์ประกอบหลักโครงการออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ คือ มาตรการป้องกันระบบความปลอดภัยทางวิศวกรรม และระบบเสริมความปลอดภัย

                  5.2.1 มาตรการป้องกัน

                     มาตรการป้องกันเป็นพื้นฐานสำคัญในการออกแบบทางด้านความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ปฏิบัติเป็น 3 ระดับ คือ ออกแบบให้ได้มาตรฐานสากล  และมีระบบป้องกันสำรองของระดับที่ 2

                          ระบบป้องกันมีหน้าที่

                     ป้องกัน : ยับยั้งการเกิดเหตุการณ์ต่าง ๆ โดยการควบคุมคุณภาพในการออกแบบก่อสร้าง เดินเครื่อง และบำรุงรักษา

                     บรรเทา : จำกัดความถี่ของการเกิดเหตุการณ์อย่างมีศักยภาพด้วยการใช้ระบบที่หลากหลาย หลาย ๆ ระบบ และเป็นระบบขั้นพื้นฐาน

                     เก็บกัก : จำกัดการปรับปล่อยสารกัมมันตรังสีที่มีศักยภาพในระหว่างที่เกิดเหตุ ด้วยวิธีการใช้สิ่งปิดกั้นรังสี

                     เตรียมการในกรณีฉุกเฉิน : จำกัดความถี่ของการเกิดเหตุการณ์ที่มีศักยภาพด้วยการจัดเตรียมแผนการประกอบเครื่องมือต่าง ๆ ที่ดำเนินการได้โดยมนุษย์

                     มาตรการป้องกันความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สมัยใหม่ที่ก่อสร้างในต่างประเทศที่ใช้กันมาถึง 5 ขั้นตอน คือ สิ่งปิดกั้น ระบบการดำเนินการ ระบบความปลอดภัย การอบรมบุคลากร และวิธีปฏิบัติ

                     5.2.1.1 สิ่งปิดกั้น จะทำหน้าที่ป้องกันการปล่อยสารกัมมันตรังสีจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ออกสู่สิ่งแวดล้อม มีสิ่งปิดกั้น 5 ขั้น ดังนี้

                               เม็ดเชื้อเพลิง ทำจากธาตุยูเรเนียมหรือพลูโทเนียม ซึ่งเป็นวัสดุนิวเคลียร์อยู่ในรูปของแข่งอัดแน่น สามารถทนความร้อนได้สูงถึงประมาณ 2800 องศาเซลเซียส ต้านทานการกัดกร่อน สามารถจัดการสารกัมมันตรังสีที่มีพลังงานได้บางส่วน

                               เปลือกหุ้มเชื้อเพลิง ทำหน้าที่เป็นตัวกลางส่งผ่านความร้อนจากเม็ดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ให้กับสารหล่อเย็นของระบบถ่ายเทความร้อน ป้องกันไม่ให้สารหล่อเย็นสัมผัสกับเม็ดเชื้อเพลิง และเก็บกักสารกัมมันตรังสีไม่ให้ไหลออกจากเม็ดเชื้อเพลิงมาตรฐานกับสารหล่อเย็น ทำจากโลหะผสมเซอร์โครเมียม มีคุณสมบัติทนความร้อนสูง ต้านทานการกัดกร่อนได้อย่างดี

                               ระบบถ่ายเทความร้อน ทำหน้าที่รับและคายความร้อนจากเม็ดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ส่งผ่านมาทางปลอกหุ้มเชื้อเพลิงไปถ่ายเทให้กับระบบผลิตไอน้ำในลักษณะเป็นวงจรปิด ประกอบด้วย 3 ส่วน คือ สารหล่อเย็น ถ้ามีสารกัมมันตรังสีรั่วไหลออกมาจากเม็ดเชื้อเพลิงก็จะยังคงอยู่ในสารหล่อเย็นนี้   แล้วจึงถูกกำจัดออกด้วยระบบกรองสารกัมมันตรังสีต่อไป นอกจากนี้  สารหล่อเย็นยังสามารถช่วยกำบังรังสีได้ระดับหนึ่ง อุปกรณ์ระบบปิด หมายถึง อุปกรณ์ที่บรรจุสารหล่อเย็นอยู่ภายใน โดยมีลักษณะเป็นวงจรปิด คือ ท่อปฏิกรณ์นิวเคลีย และปั๊มต่าง ๆ สามารถกักกันสารกัมมันตรังสีไม่ให้รั่วไหลออกสู่ภายนอก จะทำจากโลหะเหล็กกันสนิมหนาประมาณ  150-220 มิลลิเมตร กำแพงคอนกรีตกำบังรังสี เป็นคอนกรีตชนิดพิเศษที่ผสมด้วยแร่โลหะและวัสดุหลายชนิดอยู่รอบรอบเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ทำหน้าที่กำบังรังสีแกรมมาและรังสีนิวตรอนพลังงานสูงที่สามารถวิ่งผ่านทะลุออกจากเตาปฏิกรณ์ได้

                               ระบบอาคารคลุมปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ทำหน้าที่ป้องกันการรั่วไหลของสารกัมมันตรังสีด่านสุดท้าย มีให้ออกสู่ภายนอกบริเวณโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และสามารถรองรับแรงดันสูงสูงๆได้ ในกรณีที่เกิดเหตุรุนแรง นอกจากนี้ยังสามารถต้านทานแรงกระทำจากภายนอก เช่น แผ่นดินไหว  ฝนฟ้าคะนอง พายุหมุนชนิดต่าง ๆ น้ำท่วม เครื่องบินชนหรือแตกใส่ การโจมตีทางอากาศด้วยระเบิดหรือขีปนาวุธได้เป็นอย่างดี

                               อาคารคลุมปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ประกอบด้วยผนัง 3 ชั้น มีความหนาทั้งสิ้นไม่ต่ำกว่า  1.3 เมตร โดยชั้นในเป็นแผ่นเหล็กกล้าหนาประมาณ 6  มิลลิเมตร  เพื่อช่วยปรับอากาศและการรั่วไหลของอากาศจากภายในอาคาร ส่วนฉันกลายเป็นคอนกรีตอัดแรง และชั้นนอกเป็นคอนกรีตเสริมเหล็ก โดยพื้นฐานอาคารจะหนาไม่ต่ำกว่า 3 เมตร

                               เขตกักกัน หมายถึง อาณาบริเวณที่อยู่ในความควบคุม และมีการตรวจวัดสารกัมมันตรังสีด้วยอุปกรณ์ตรวจวัดรังสีตลอดเวลา เพื่อป้องกันไม่ให้สารกัมมันตรังสีกล้วยออกสู่สิ่งแวดล้อม คือเป็นอันตรายต่อประชาชน แบ่งออกเป็น 2 ส่วนคือ สถานที่ตั้ง หมายถึง อาณาบริเวณภายในตัวโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และบริเวณอพยพ หมายถึง อาณาบริเวณรอบ ๆ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในรัศมีไม่เกิน 1  กิโลเมตร

                     5.2.1.2 ระบบการดำเนินการ เป็นระบบที่ดำเนินการในการเดินเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในภาวะปกติ เพื่อให้การผลิตความร้อนและผลิตกระแสไฟฟ้าออกมามีความปลอดภัย ระบบการดำเนินการของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แยกเป็น 2 ระบบย่อยคือ ระบบพาความร้อน โดยการอาศัยระบบถ่ายเทความร้อนเป็นเครื่องมือ และระบบควบคุมความร้อน

                                  5.2.1.3 ระบบความปลอดภัย เป็นระบบที่ทำให้เกิดดุลยภาพภาพด้วยการควบคุมความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ในภาวะฉุกเฉินที่ระบบการควบคุมปกติป้องกันไม่ได้ ประกอบด้วย 2 ระบบใหญ่ คือ ระบบระบายความร้อนฉุกเฉิน และระบบระบายความร้อนของอาคารคลุมปฏิกรณ์นิวเคลียร์

                                  5.2.1.4 การอบรมบุคลากร มาตรการป้องกันยังไม่น่าเชื่อถือได้ว่าจะสามารถป้องกันอุบัติเหตุได้สมบูรณ์ จำเป็นต้องมีบุคลากรที่เหมาะสมทั้งทางด้านการเดินเครื่องและบำรุงรักษา มีความรู้ความสามารถเกี่ยวกับเงื่อนไขของระบบต่าง ๆ มีความตื่นตัว และกระตือรือร้นต่อเหตุการณ์ปกติ สามารถดำเนินการได้ในทันทีเพื่อป้องกันหรือลดความสูญเสียจากการเกิดอุบัติเหตุ

                                  5.2.1.5 วิธีปฏิบัติ หมายถึง การตรวจตราหรือแก้ไขข้อบกพร่องเพื่อการใช้วิธีปฏิบัติที่เหมาะสม เช่น มีโปรแกรมการตรวจสอบเป็นประจำ มีโปรแกรมการควบคุมการเดินเครื่อง โปรแกรมการบำรุงรักษาเพื่อตรวจสอบและแก้ไขก่อนที่จะเสีย เมื่อมีข้อบกพร่องเกิดขึ้นก็จะมีการตรวจสอบและแก้ไขด้วยวิธีที่ถูกต้อง รัดกุม

6. ความปลอดภัยในการใช้พลังงานนิวเคลียร์

        การใช้พลังงานนิวเคลียร์เป็นต้นพลังงานที่ผลิตกระแสไฟฟ้านั้น มีปัจจัยสำคัญที่ผู้วางแผนการใช้พลังงานนิวเคลียร์ต้องคำนึงถึง  คือ ความปลอดภัยของประชาชน และการป้องกันผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม จะต้องดำเนินการให้ประชาชนรู้เรื่องและเข้าใจอย่างแท้จริงเกี่ยวกับอันตรายกัมมันตรังสีจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ รวมทั้งป้องกันอันตรายที่อาจจะมีขึ้นด้วยวิธีการที่มีประสิทธิภาพก็คือ การปฏิบัติการของผู้เกี่ยวข้องกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ตั้งแต่ริเริ่ม ผู้ออกแบบ ผู้ผลิตอุปกรณ์ ผู้ก่อสร้าง ผู้เดินเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ โดยตลอดทุกระยะ การมีมาตรฐานที่เข้มงวดในการสรรหาบุคลากร การควบคุม การปฏิบัติงานของเจ้าหน้าที่อย่างมีรระบบที่มีประสอทธิภาพ การควบคุมกัมมันตรังสีที่เกิดขึ้นในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และจากขั้นตอนต่าง ๆ ของวัฏจักรเชื้อเพลิง ตลอดจนวิธีการปฏิบัติเกี่ยวกับระบบความร้อนในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อย่างเหมาะสม

        6.1 หลักการทั่วไปเพื่อศึกษาความปลอดภัย

               6.1.1 การเดินเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

                      ขณะที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เดินเครื่องตามปกติ สารกัมมันตรังสีส่วนใหญ่ได้จากธาตุที่เป็นผลิตผลจากปฏิกิริยาการแตกตัวของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ซึ่งจะถูกกักอยู่ในหลอดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ แต่หลอดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์บางหลอดอาจมีสารกัมมันตรังสีเล็ดลอดออกมาสู่น้ำระบายความร้อนได้ อย่างไรก็ดี สารเหล่านี้จะถูกกำจัดกัมมันตรังสีซึ่งกักและมีวิธีลดปริมาณรังสีจนถึงระดับปลอดภัย ระดับรัวสีที่ประชาชนซึ่งอยู่รอบ ๆ บริเวณโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะได้รับจากการเดินเครื่องปกติจะเท่ากับ 1 ใน 100 ของระดับรังสที่ได้รับจากธรรมชาติในบริเวณนั้น

               6.1.2 ลักษณะการออกแบบของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เพื่อความปลอดภัย

                       การออกแบบเพื่อความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ มีจุดประสงค์เพื่อป้องกันอุบัติเหตุและการเสี่ยงอันตราย หากเกิดขึ้นก็จะจัดผลเสียหายให้อยู่ในขอบเขตที่เล็กลง และสามารถควบคุมได้

                                ในการออกแบบเพื่อความปลอดภัยสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ นานประเทศใช้หลักการที่เรียกว่าการป้องกันแบบหลายชั้น (Defense in depth) หลักการมีอยู่ 2 ประการ คือ

                       ประการแรก ได้แก่ การสร้าเครื่องป้องกัน (Barriers) ได้แก่

-          หลอดเชื้อเพลิงและเม็ดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์

-          ระบบระบายความร้อน

-          อาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

เพื่อให้เครื่องป้องกันดังกล่าวมีสรรมถภาพ การออกแบบจะต้องจะต้องเป็นไปตามแบบที่เคยใช้มาแล้ว และพิสูจน์แล้วว่าใช้การได้ดี และต้องออกแบบเผื่อไว้ด้วย เนื่องจากเครื่องปกป้องจะอยู่ในสภาวะใช้งานตลอดเวลา จึงต้องมีระบบเสริม ในกรณีที่เครื่องปกป้องใดลดหรือหมดสรรมถภาพ ระบบนี้เรียกว่า ระบบความปลอดภัยทางวิศวกรรม (Engineered Safety System) เช่น ระบบระบายความร้อนฉุกเฉิน ระบบฉีดน้ำในอาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์ เป็นต้น

                        ประการที่สอง สร้างเครื่องป้องกันหลายระบบ คือ การออกแบบเพื่อมิให้เครื่องป้องกันลดสมรรถภาพ หลักการสำหรับส่วนนี้มีอยู่ 3 ระดับ ทั้ง 3 ระดับมุ่งไปยังการเดินเครื่องและปฏิกิริยาของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ต่อเหตการณ์ผิดปกติ หรืออุบัติเหตุ ทั้ง 3 ระดับแบ่งแยกจากกันไม่ได้แน่ชัด ทั้งนี้เพราะขึ้นอยู่กับชนิดของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แต่ทุกชนิดก็มีจุดมุ่งหมายเพื่อ

1)      ให้มั่นใจในสภาวะการเดินเครื่องอยู่ในขอบเขตที่กำหนดไว้

2)      จัดให้มีความปลอดภัยที่ออกแบบไว้โดยเฉพาะ เพื่อการหยุดยั้งการทำงานที่

ผิดปกติซึ่งอาจนำไปสู่สภาวะอุบัติเหตุได้

3)      จัดให้มีระบบลดความรุนแรงของอุบัติเหตุ ที่อาจทำให้กัมมันตรังสีเล็ดลอด

ออกจากที่ที่กำหนดไว้

ระดับแรก ของการป้องกันคือ พยายามมิให้การเดินเครื่องผิดไปจากธรรมดา การที่ระบบต่าง ๆ จะทำงานภายใต้ขอบเขตที่กำหนดไว้ในขณะเดินเครื่องนั้น การออกแบบอุกรณ์และส่วนประกอบต้องมีคุณภาพสูง นอกจากนี้การเลิกวัสดุที่ใช้ การทำส่วนประกอบ การก่อสร้าง การบำรุงรักษา การตรวจสอบการเดินเครื่อง และประสิทธิภาพของพนักงานเดินเครื่องจะต้องเป็นที่เชื่อถือได้ และมีสรรมถภาพสูง รวมทั้งระบบควบคุมและเครื่องวัดต่าง ๆ

                             ระดับที่ 2 มุ่งที่จะหยุดยั้งการทำงานที่ผิดปกติ การเดินเครื่องที่ผิดปกตินี้ อาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากสภาวะการเดินเครื่องไม่เป็นไปตามที่กำหนดไว้ เช่น ความผิดพลาดของพนักงานเดินเครื่อง ความผิดพลาดของเครื่องวัด เป็นต้น หลักเกณฑ์ของการป้องกันของระดับสองนี้คือ ให้มีข้อกำหนอเพื่อให้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์คงอยู่ในสภาวะต่ำกว่าวิกฤต (Sub Critical) ทำการระบายความร้อนที่เกิดขึ้นอกจากระบบระบายความร้อนหลัก (Main Cooling System) เมื่อหยุดเดินเครื่องแล้ว และเพื่อให้สมรรถภาพของระบบระบายความร้อนทั้งหมดเป็นที่เชื่อถือและไว้ใจได้ รวมทั้งจะต้องมีน้ำระบายความร้อนสำรองอยู่อย่างพอเพียงตลอดเวลา การป้องกันระดับที่สองนี้ ใช้เป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบ (Design Basis) ระบบป้องกันเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และระบบความปลอดภัยอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง

                             ระดับที่ 3 เป็นการป้องกันเพื่อที่จะทำให้กัมมันตภาพรังสีที่เกิดเล็ดลอดออกมาอยู่ในขอบเขตจำกัดเมื่อเกิดอุบัติเหตุ เช่น ลดอุบัติเหตุที่อาจเกิดขึ้นเกี่ยวกับกัมมันตรังสีหรือที่เกิดขึ้นนอกระบบระบายความร้อน เช่น การจัดการเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (Fuel Management) ภายในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ชนิดใช้น้ำธรรมดา อาจสร้างอาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์ที่มีความดันภายในต่ำกว่าบรรยากาศ เป็นต้น

        6.2 การปฏิบัติด้านความปลอดภัย

   6.2.1 ขั้นเริ่มแรกของโครงการ

                    การพิจารณาเกี่ยวกับความปลอดภัย ในระยะเริ่มแรกของโครงการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ได้แก่ การคัดเลือกสถานที่ตั้งโรงไฟฟ้า การตรวจสอบข้อเสนอของบริษัทผู้ผลิตโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และรายงานวิเคราะห์ความปลอดภัย

                    การพิจารณาสถานที่ตั้งในเรื่องความปลอดภัยจะต้องพิจารณา

 - ธรณีวิทยาและการเปลี่ยนแปลงของผิวพื้น (Geology and Tectonic)

 - แผ่นดินไหว คลื่นใต้น้ำ (Seismology and Tsunami)

 - วิศวกรรมแผ่นดินไหว (Engineering and Seismology)

 - การถ่ายเทความร้อน (Heat Removal)

 - อุตุนิยมวิทยา (Hydrology) รวมทั้งการแพร่กระจายในบรรยากาศและ  ปรากฏการณ์ธรรมชาติที่รุนแรง

 - ภัยจากเหตุการณ์ที่มนุษย์ได้กระทำขึ้น

 - การกระจายของประชากร

   6.2.2 ขั้นตอนการออกแบบ

                     ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนในการกำหนดระดับพลังงานที่จะผลิตได้ และขีดจำกัดของความสามารถในการทำงานของระบบต่าง ๆ ในโรงไฟฟ้าฟ้านิวเคลียร์ เพื่อใช้เป็นพื้นฐานและขอบเขตสำหรับการเดินเครื่องอย่างปลอดภัย พื้นฐานและขอบเขตนี้จะต้องทดสอบได้โดยการวัด (Measurement) หรือแสดงให้เห็นได้อย่างชัดเจน ส่วนสำคัญของขั้นตอนนี้ คือผลการวิเคราะห์และศึกษาลักษณะสถานที่ตั้งที่ได้กระทำมาแล้วอย่างละเอียดทุกส่วนที่เกี่ยวกับความปลอดภัย

                    สำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้มีการใช้ข้อมูลทางอุตุนิยมวิทยาเป็นประโยชน์ในส่วนต่าง ๆ ของโครงการ เช่น วิเคราะห์ปัญหาการแพร่กระจายของบรรยากาศด้านความปลอดภัยให้ได้ผลสมตามที่คาดไว้

                    โครงการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใช่ข้อมูลอุตุนิยมวิทยาเพื่อประโยชน์ ดังนี้

1.       การเลือกสถานที่ตั้งโรงไฟฟ้าที่เหมาะสม

2.       การออกแบบและก่อสร้าง

3.       การดำเนินการผลิตกระแสไฟฟ้า

4.       การวางแผนเตรียมพร้อมสำหรับกรณีฉุกเฉินและการปฏิบัติการ

                    การออกแบบและการก่อสร้าง (Design and Construction) ใช้ผลจากการวิเคราะห์และค่าเฉลี่ยของข้อมูลทางอุตุนิยมวิทยาเป็นแนวทางกำหนดบางส่วน ในการออกแบบและก่อสร้าง ข้อมูลทิศทางความเร็วลมเฉลี่ย ปริมาณน้ำฝนเฉลี่ย ความถี่ของเมฆ และข้อมูลสถิติสภาวะอากาศรุนแรง และทิศทางเฉลี่ยเพื่อทราบถึงข้อเท็จจริงทางอุตุนิยมวิทยาประจำถิ่น ในส่วนของการออกแบบเพื่อสถานะการกระจายของบรรยากาศเพื่อความปลอดภัยต่อสภาพแวดล้อม และประชาชน

ตัวเลขเหล่านี้จะต้องทำจากผลวิเคราะห์และพยากรณ์ล่วงหน้าสำหรับระยะเวลาที่ปล่อยรังสีระดับต่ำ และการระบายอากาศในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์กรณีเดินเครื่องโดยปกติ และกรณีเกิดอุบัติเหตุเพื่อกำหนดขนาดพื้นที่จำเป็นรอบโรงไฟฟ้า สภาพและรูปร่างของของจุดปล่อยรังสีระดับต่ำและการระบายอากาศ รวมทั้งองค์ประกอบทางกายภาพของช่องปล่อยปล่อง ทั้งในแง่ความสูงตลอดจนตำแหน่งที่ตั้งเมื่อเทียบกับอาคารที่อยู่ใกล้เคียง การออกแบบความปลอดภัยทางวิศวกรรมของอุปกรณ์กรองรังสี ส่วนเก็บกักรังสีและระบบป้องกันเก็บกักรังสี

                    การเปลี่ยนแปลงปริมาณสารรังสีในบรรยากาศกับการเปลี่ยนแปลงสภาวะทางอุตุนิยมวิทยามีผลต่อการกำหนดค่าตัวแปร (Design Parameter) ในการคำนวนณการแพร่กระจายของบรรยากาศจึงมีหลายวิธี แต่วิธีที่ใช้ปฏิบัติกันอย่างแพร่หลายในต่างประเทศคือ พาสคิลล์นั้นเป็นการพัฒนาการคำนวณข้อมูลการแพร่กระจายของบรรยากาศจาก 4 แหล่งผิวพื้น (Diffusion Data for Ground Level Sources) และยังไม่มีวิธีคำนวณที่เหมาะสมกับจุดปล่อยระดับสูง ขีดจำกัดของวิธีนี้เป็นการใช้ข้อมูลจากพื้นที่ราบเรียบสม่ำเสมอ ฉะนั้น ถ้าพื้นที่ตั้งโรงไฟฟ้านิงเคลียร์เป็นที่ขรุขระและมีระดับสูงขึ้นไป สถานการณ์สมดุลของบรรยากาศที่คำนวณไว้จะมากกว่าค่าที่คาดคะเนไวในระดับต่ำ ถ้าผู้ออกแบบยอมรับค่าคาดเคลื่อนเหล่านี้ วิธีการพาสคิลล์ก็เพียงพอ แต่ถ้าต้องการข้อมูลให้ละเอียด ต้องใช้วิธีการอื่นหาข้อมูลประกอบหรือหาค่าหักแก้เพิ่มเติม

        6.3 ขั้นตอนการก่อสร้าง

               ในขั้นตอนการก่อสร้างพลังงานนิวเคลียร์จะต้องมีหลักปฏิบัติเพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามรูปแบบทุกประการ ทั้งนี้ต้องรวมถึงหลักปฏิบัติที่ดีที่สุด เช่น หลักปฏิบัตินการเชื่อมและการตรวจสอบ และวิธีการทดสอบวัสดุและส่วนประกอบ ในขั้นนี้ผู้บริหารและบุคลากรจะต้องเป็นผู้มีความรู้และประสบการณ์มาก สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือ จะต้องมีแผนประกันคุณภาพที่สมบูรณ์และมีประสิทธิภาพ จึงจะประกันความความปลอดภัยและจะไม่ลดน้อยลง แผนสำหรับตรวจ ตรวจตรา และติดตามเป็นเรื่องสำคัญ และต้องกระทำอย่างต่อเนื่องตลอดเวลาและทุกระยะของการก่อสร้าง

        6.4 การอนุญาตสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และรายงานการวิเคราะห์ความปลอดภัย

               แม้ว่าจะมีหน่วยงานรับผิดชอบในการคัดเลือกสถานที่ตั้ง การออกแบบ การก่อสร้าง และการเดินเครื่องของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ แต่ต้องแสดงให้เห็นว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่จะสร้างนั้นมีความปลอดภัย โดยการเสนอรายงานการวิเคราะห์ความปลอดภัยต่อหน่วยงานที่มีอำนาจควบคุมพิจารณาและออกใบอนุญาตให้การก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ หน่วยงานควบคุมนี้เป็นหน่วยงานอิสระของรัฐ และจะรับผิดชอบในการพิจารณาด้านความปลอดภัยทั้งหมด ดังนั้น ประสิทธิภาพและสมรรถภาพในการพิจารณาจึงมีความสำคัญ แต่ทั้งนี้ข้อมูลที่เสนอในรายงานการวิเคราะห์ความปลอดภัยก็จะต้องสมบูรณ์ด้วย  

               6.4.1 จุดมุ่งหมายในการจัดทำรายงานการวิเคราะห์ความปลอดภัย

                                    ให้หน่วยงานที่ควบคุมทราบถึงลักษณะ และแผนการใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่จะสร้างขึ้นอย่างละเอียด รายงานที่นำเสนอจะต้องมีผลบังคับใช้ จึงอาจกล่าวได้ว่ารายงานการวิเคราะห์ความปลอดภัยเป็นสื่อกลางระหว่างหน่วยงานผลิตไฟฟ้า และหน่วยงานควบคุมข้อมูล ในรายงานจะต้องมีข้อมูลเพียงพอสำหรับหน่วยงานควบคุม หรือหน่วยงานอิสระอื่น ๆ  เพื่อสามารถพิจารณาได้ว่าการสร้างและการเดินเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ผลิตกระแสไฟฟ้ามีความปลอดภัย และไม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

                       สาระและรูปแบบการเสนอรายงานการวิเคราะห์ความปลอดภัย ของโครงการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีต่าง ๆ กัน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับหน่วยงานผลิตไฟฟ้า และบริษัทผู้สร้าง ส่วนประกอบสำคัญ ได้แก่

                         1) การวิเคราะห์ลักษณะสถานที่ตั้ง โครงสร้าง  อุปกรณ์ และระบบต่าง ๆ ที่เกี่ยวกับความปลอดภัยด้านรังสี  

                        2) การแสดงข้อมูล และแจกแจงหลักเกณฑ์ หลักการ จุดมุ่งหมายในการออกแบบตลอดจนมาตรฐานที่ใช้ รวมทั้งวิธีการ และหนทางที่จะบรรลุจุดมุ่งหมายของโครงการได้ในการปฏิบัติ

                        3) ทำการวิเคราะห์ และแสดงว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะมีปฏิกิริยาต่อเหตุการณ์ที่คาดว่าจะเกิดขึ้นอย่างไรบ้าง และจะมีผลกระทบต่อประชาชนทั้งในระหว่างการเดินเครื่องปกติและสภาวะอุบัติเหตุอย่างไร

                        4) แสดงคุณสมบัติ และคุณลักษณะของพนักงานระดับต่าง ๆ ในโครงสร้างการบริหารงานทั้งหมด รวมทั้งแผนการเดินเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในการผลิตกระแสไฟฟ้า

                6.4.2 การพิจารณาทบทวนและการประเมินรายงานวิเคราะห์ความปลอดภัย

                      หน่วยงานผู้ขออนุญาตก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเสนอมานั้นหน่วยงานรัฐผู้ควบคุมการหลายวิธีด้วยกัน เพื่อให้แน่ใจได้ว่าข้อมูลดังกล่าวถูกต้องตามกฎข้อกำหนด ข้อบังคับต่าง ๆ และเหมาะสมกับสถานที่ก่อสร้างนั้น ๆ โดยเฉพาะข้อมูลที่รวบรวมโดยคำแนะนำจากหน่วยงานระหว่างประเทศทั้งในภาครัฐ และภาคเอกชน ซึ่งมิได้แสดงไว้ในข้อปฏิบัติ แต่เหมาะสมกับสถานที่ก่อสร้าง

                       ถ้านำข้อมูลจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ตัวอย่างมาอ้างอิงในการประเมิน ควรมีการระวังในข้อต่อไปนี้

                       1) หน่วยงานรัฐที่ควบคุมต้องมีความสามารถ และต้องเข้าใจพื้นฐานการออกแบบ และลักษณะของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อย่างตลอดไป

                       2) เนื่องจากสภาพที่ตั้งไม่เหมือนกัน การนำโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ตัวอย่างมักจะเป็นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในต่างประเทศ จึงต้องพิจารณาผลกระทบเราสิ่งแวดล้อมและผลกระทบจากสิ่งแวดล้อมต่อโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ให้เหมาะสมกับสภาพจริง

                       3) เมื่อมีความจำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง และอุปกรณ์จากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ตัวอย่าง จะต้องกระทำอย่างรอบคอบด้วยเหตุผล

                        ข้อสังเกตในการพิจารณาที่ใช้กับประเทศต่าง ๆ ผู้เสนออาจจะใช้การวิเคราะห์ในเชิงคุณภาพ (Qualitative Analysis) จึงต้องระมัดระวังในการนำกฎข้อบังคับที่เหมาะสมสำหรับวิธีวิเคราะห์ในเชิงปริมาณ (Quantitative Analysis) มาใช้

                6.4.3 การตรวจสอบและการบังคับปฏิบัติ

                       วิธีที่ช่วยให้หน่วยงานควบคุมแน่ใจว่าหน่วยงานผู้ขออนุญาตสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ปฏิบัติตามกฎข้อบังคับและคำขออนุญาตทุกประการ คือ การตรวจสอบ และบังคับปฏิบัติ ทั้งนี้หน่วยงานรัฐผู้ควบคุมจะต้องมีแผนการตรวจที่ละเอียดเพื่อให้แน่ใจว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สร้างตามแบบที่ได้รับความเห็นชอบจากหน่วยงานควบคุมแล้ว โครงสร้างส่วนประกอบและระบบต่าง ๆ ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีคุณภาพตามที่กำหนดไว้ นอกจากนี้ ก็เพื่อให้มั่นใจว่าบุคลากรสามารถเดินเครื่องได้อย่างปลอดภัย การเดินเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นไปตามขอบเขต และสภาวการณ์ซึ่งกำหนดไว้ในใบอนุญาต หน่วยงานควบคุมจะเข้าตรวจสอบทุกขั้นตอนของโครงการโดยอาจจะแจ้งหรือไม่แจ้งให้ทราบก็ได้ การตรวจสอบนี้จำเป็นต้องอาศัยความร่วมมือระหว่างหน่วยงานควบคุมและหน่วยงานผลิตไฟฟ้า การดำเนินงานจึงจะเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ

                       สรุปได้ว่าหน่วยงานควบคุมทำการตรวจสอบจุดประสงค์หลักเพื่อให้มั่นใจว่า

                       1) บุคลากรที่รับผิดชอบในการคัดเลือกสถานที่ตั้ง การก่อสร้าง การทดลองเดินเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ครั้งแรก และการปิดโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ มีความรู้ ความสามารถ และความชำนาญ

                       2) ส่วนประกอบโครงสร้างและระบบต่าง ๆ ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีคุณภาพและประสิทธิภาพตามที่หน่วยงานกลุ่มกำหนดไว้

                       3) ได้ปฏิบัติตามข้อลักษณะจำเพาะ กฎและข้อปฏิบัติที่หน่วยงานควบคุมกำหนดไว้หรือเห็นชอบด้วยแล้ว

                       4) ผู้ขออนุญาตจะต้องแก้ไขความบกพร่องโดยไม่ล่าช้า

                       5) สิ่งที่ปฏิบัติไปแล้วจะต้องแจ้งกลับไปยังหน่วยงานควบคุมทั้งหมด ตามระดับความสำคัญ

        6.5 ขั้นตอนการเดินเครื่อง

               การปฏิบัติเพื่อความปลอดภัยในขั้นตอนการเดินเครื่องอยู่ในความรับผิดชอบของหน่วยงานผู้ผลิตกระแสไฟฟ้า โดยมีขั้นตอนในการปฏิบัติ ดังต่อไปนี้

                1) การทดลองเดินเครื่องครั้งแรก (Commissioning) ก่อนการบรรจุหลอดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในแกนปฏิกรณ์นิวเคลียร์นั้น ระบบต่าง ๆ ที่เกี่ยวกับความปลอดภัย จะต้องพร้อมและผ่านการตรวจสอบแล้ว และได้ทดลองใช้งานแล้วว่าสามารถทำงานได้ตามที่ออกแบบ รวมทั้งจะต้องมีแผนปฏิบัติสำหรับกรณีฉุกเฉินและอุบัติเหตุ หลังจากการบรรจุเชื้อเพลิงนิวเคลียร์แล้วจะยังคงต้องดำเนินการทดสอบอยู่ต่อไปในทุก ๆ ระดับที่เพิ่มกำลังเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ซึ่งอาจจะใช้เวลาประมาณสองปี

                2) การเดินเครื่อง ต้องเป็นไปตามขอบเขตและข้อกำหนดที่วางไว้เพื่อให้ปฏิกรณ์นิวเคลียร์อยู่ในสภาพที่ปลอดภัย มีขอบเขต และข้อกำหนดต่าง ๆ เป็นลายลักษณ์อักษรจัดเตรียมไว้ตามตำแหน่งที่ใช้งาน

                3) การบำรุงรักษา ต้องเป็นไปตามแผนที่วางไว้ (ก่อนที่จะบรรจุหลอดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์) การซ่อมแซมหรือเปลี่ยนอุปกรณ์ชิ้นส่วนต่าง ๆ จะต้องได้รับความเห็นชอบจากหน่วยงานที่เกี่ยวข้องและรับผิดชอบในด้านความปลอดภัย พร้อมทั้งทบทวนเสมอว่าการบำรุงรักษาดำเนินไปตามแผน และข้อกำหนดที่วางเอาไว้

                4) การป้องกันอันตรายจากรังสี จะต้องมีแผนและมาตรการป้องกันอันตรายจากรังสีที่อาจเกิดแก่พนักงานในโรงงานนิวเคลียร์ ผู้เกี่ยวข้อง และทำการตรวจสอบและติดตามอยู่เสมอว่าการเดินเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ผลิตกระแสไฟฟ้าส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมหรือไม่ นอกจากนี้ยังต้องมีแผนและมาตราการเกี่ยวกับการจัดการกากกัมมันตรังสีทุกขั้นตอน

                5) แผนสำหรับกรณีฉุกเฉิน เป็นแผนที่วางไว้สำหรับกรณีที่เกิดอุบัติเหตุและอาจมีกัมมันตรังสีเล็ดลอดออกจากบริเวณที่กำหนดไว้ ในกรณีนี้หน่วยงานต่าง ๆ ทั้งระดับชาติ ระดับจังหวัด และระดับท้องถิ่น จะต้องรวมมือกันในแผนนี้

        6.6 ชนิดและขอบเขตของอุบัติเหตุ

            ประชาชนส่วนมากมักจะคิดว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เกิดอุบัติเหตุอยู่เสมอ หรือจะต้องเกิดอุบัติเหตุและนำภัยพิบัติมาสู่ประชาชน เรื่องนี้เป็นสิ่งที่ยากต่อการชี้แจงความจริงให้กระจ่างทั่วถึงกัน เพราะว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อาจเกิดอุบัติเหตุเช่นเดียวกับอุสาหกรรมอื่น ๆ แต่เนื่องจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้ออกแบบป้องกันอุบัติเหตุชนิดต่าง ๆ ที่คาดว่าอาจเกิดขึ้น รวมทั้งอุบัติเหตุที่ร้ายแรงที่สุดไว้เป็นอย่างดี ดังนั้น โอกาสที่เกิดอุบัติเหตุจึงมีน้อยมาก หรือไม่น่าจะเกิดขึ้นได้สำหรับอุบัติเหตุที่อาจเกิดขึ้นได้แบ่งออกเป็น 3 ประการ คือ

              ประการแรก เกิดขึ้นกับระบบปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ซึ่งที่จริงเป็นเพียงข้อขัดข้องเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่ไม่เคยทำความเสียหายแต่ประการใด

              ประการที่ 2 เกิดขึ้นกับระบบกังหัน และเครื่องกำเนินไฟฟ้าที่ไม่เกี่ยวข้องกับสารรังสี แต่เป็นข้อขัดข้องและอุบัติเหตุ ซึ่งบางครั้งทำความเสียหายกับอุปกรณ์ และทำให้ผู้ปฏิบัติงานบาดเจ็บเสียชีวิต เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในโรงงานไฟฟ้าพพลังความร้อนที่ใช้น้ำมันถ่านหิน หรือก๊าซเป็นเชื้อเพลิง

              ประการที่ 3 เกิดขึ้นกับเครื่องทดลองหรือห้องทดลอง และโรงงานผลิตอาวุธนิวเคลียร์ ซึ่งไม่ใช่โรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ ในบางครั้งผู้ปฏิบัติงานได้รับบาดเจ็บถึงกับเสียชีวิตก็มี และบางครั้งทำให้สารรังสีออกมาภายนอกโรงงาน แต่เป็นที่น่าสังเกตว่าไม่เคยมีประชาชนได้รับความเสียหายมากนัก

        6.7 ระบบป้องกันอุบัติเหตุและป้องกันภัย

              โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้รับการออกแบบโดยยึดหลักความปลอดภัยมากที่สุด ในการออกแบบระบบป้องกันอุบัติเหตุ และป้องกันภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีหลายระบบ ดังนี้

               6.7.1 ระบบสำรอง (Redundancy)

                      ทำหน้าที่ป้องกันอุบัติเหตี่อาจเกิดจากอุปกรณ์ขัดข้อง โดยการเผื่ออุปกรณ์สำรองไว้อีก 1 หรือ 2 ชุดเพื่อทำงานแทนเมื่อได้รับสัญญาณการขัดข้องของอุปกรณ์หลัก เช่น ในวงจรของน้ำที่ใช้ระบบความปลอดภัยจะมีปั๊มน้ำซึ่งทำหน้าที่เหมือนกันหลายชุด เตรียมไว้เพื่อทำหน้าที่แทนในกรณีที่ชุดแรกเกิดการขัดข้อง ปั๊มน้ำเหล่านี้ใช้แหล่งพลังงานไฟฟ้าจากหลายแหล่ง ซึ่งไม่เกี่ยวเนื่องกัน เพื่อป้องกันเหตุขัดข้องที่เกิดจากต้นเหตุเดียวกัน

                6.7.2 ระบบทำหน้าที่ป้องกันอุบัติเหตุที่เกิดจากความผิดพลาดของผู้ปฏิบัติงาน

                       เป็นระบบควบคูที่จะต้องปฏิบัติตามขั้นตอนของความปลอดภัยจึงจะทำงานได้ เช่น การดึงแท่งควบคุมขึ้นจากแกนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อเดินเครื่อง จะทำไม่ได้หารระบบระบายความร้อนไม่ทำงาน หรือระบบความปลอดภัยต่าง ๆ ยังไม่พร้อมที่จะป้องกันอุบัติเหตุ

6.7.3 ระบบป้องกันอันตรายจากความผิดพลาด (Fail Safe)

                     ทำหน้าที่ป้องกันอุบัติเหตุที่เกิดจากความผิดพลาดทั้งหมด โดยมีหลักการว่าหากเกิดความผิดพลาดเนื่องจากเหตุใดก็ตาม เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะต้องอยู่ในสภาวะที่ปลอดภัยเสมอ เช่น ในกรณีที่กระแสไฟฟ้าที่ใช้อยู่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เกิดขาดหายไปเนื่องจากเหตุใดก็ตาม แท่งควบคุมทั้งหมดจะเคลื่อนเข้าไปในแกนของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เพื่อดับปฏิกิริยานิวเคลียร์โดยฉับพลัน อัตโนมัติ

               6.7.4 ระบบการป้องกันรังสีหลายชั้น

                      โดยที่รังสีส่วนใหญ่เกิดขึ้นในแท่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ดังนั้น การออกแบบป้องกันอันตรายจากรังสีก็เพื่อไม่ให้รังสีผ่านออกมานอกโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ การป้องกันรังสีจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เป็นอันดับแรก โดยการทำเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ และเลือกวัสดุที่มีสมบัติดูดหรือสะท้อนรังสีที่เหมาะสมที่สุด ดังนี้

                      1) เม็ดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เป็นโลหะผสมยูเรเนียมไดออกไซด์ (UO₂) ซึ่งมีจุดหลอมตัวสูงถึง 2,800 องศาเซลเซียส และทำให้อยู่ในรูปเซรามิก ซึ่งมีสมบัติที่ไม่แตกกระจาย จึงสามารถเก็บกักสารรังสีที่เกิดขึ้นทั้งหมดได้ดีมาก

                      2) ทำเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ทำด้วยโลหะผสมฌซอร์โคเมียม หรือเซอร์คัลลอย ซึ่งเป็นโลหะเหนียวหนาทนรังสี และทนความร้อนได้ดี ท่อเชื้อเพลิงนิวเคลียร์นี้ทำหน้าที่เก็บกักสารรังสีที่เป็นก๊าซ และสารที่หลุดออกมาจากเม็ดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ จากที่ผ่านมาสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั่วโลกพบว่าตลอดอายุการใช้งานของท่อเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เหล่านี้ คือประมาณ 30 ปี อาจมีรอยรั่วขนาดรูเข็มอยู่น้อยกว่าร้อยละ 0.5 ของท่อเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทั้งหมด การที่มีรอยรั่วนี้ทำใหสารรังสีเล็ดลอดออกมาผสมอยู่ในระบบน้ำของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพียงเล็กน้อย

                      3) มัดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เป็นการรวมแท่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ไว้ด้วยกันด้วยสายรัดและปลอกนำแท่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ด้านหน้าจะมองเห็นเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสตรึงไว้อย่างปลอดภัย ให้แท่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทั้งมัดวางอยู่ระหว่างแผ่นแกนปฏิกรณ์นิวเคลียร์บนและล่างเครื่องบังคับมัดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ให้เคลื่อนไหวได้คล่องอย่างปลอดภัย

                      4) ภาชนะทนความดันบรรจุแกนปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และต่อกับท่อน้ำหลัก ภาชนะและท่อน้ำดังกล่าวเหล็กกล้า มีความหนาประมาณ 9 และ 4 นิ้ว ตามลำดับ ในระหว่างเดินเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ น้ำในระบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ส่วนหนึ่งจะถูกส่งผ่านระบบกำจัดกากรังสี เพื่อให้สารรังสีในน้ำอยู่ในระดับต่ำตลอดเวลา

                      5) กำแพงคอนกรีตกั้นรังสี  ซึ่งมีความหนาตั้งแต่ 7 ถึง 10 ฟุต  จะทำหน้าที่ป้องกันรังสีแกรมมาไม่ให้ผ่านออกมานอกเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แต่การคำนวณกำแพงคอนกรีตหนาขนาดนี้สามารถดูดรังสีแกมมาได้ทั้งหมด

                      6) อาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เป็นอาคารคอนกรีตเสริมเหล็กหนาประมาณ 3 ฟุต ภายในปูด้วยแผ่นเหล็กหนา 1 ส่วน 4 นิ้วโดยรอบ ในขณะเดินเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ทำให้ความกดดันภายในอาคารต่ำกว่าบรรยากาศภายนอกเล็กน้อยเพื่อว่าหากมีรอยรั่วเกิดขึ้นที่แผ่นเหล็กก็จะเป็นการรั่วจากภายนอกเข้าสู่ภายในอาคาร

                      7) เขตปลอดประชากรตามกฎเกณฑ์ขอความปลอดภัย โดยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ต้องมีอาณาเขตกว้างขวางเพียงพอ แบ่งเป็นเขตปลอดประชากร หากเกิดมีรังสีรั่วออกจากอาคารในกรณีใด ๆ ก็ตาม ก็จะตกอยู่ภายในเขตนี้โดยไม่เป็นอันตรายต่อประชาชน

               6.7.5 ระบบเตือนภัย

                     ประกอบด้วยเครื่องมือวัดรังสี และเครื่องส่งสัญญาณเตือนภัย ซึ่งติดตั้งไว้ตามจุดสำคัญต่าง ๆ ภายในและภายนอกโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ หากบริเวณใดบริเวณหนึ่งมีรังสีสูงผิดปกติ ระบบเตือนภัยจะส่งสัญญาณเตือนให้ทราบทันที ครั้งที่บริเวณรังสีสูง และที่ห้องควบคุมการเดินเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

               6.7.6 ระบบระบายความร้อนฉุกเฉิน

                      ในบรรดาอุบัติเหตุต่าง ๆ ที่อาจเกิดขึ้นกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ อุบัติเหตุการเสียน้ำระบายความร้อน เป็นอุบัติเหตุที่ร้ายแรงที่สุดเพราะอาจทำให้เกิดการหลอมละลายของแท่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ได้ ซึ่งจะเป็นเหตุให้สารรังสีที่ถูกเก็บกักในเม็ดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์หลุดออกมา ความร้อนที่ผลิตขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ประมาณร้อยละ 93  เกิดจากปฏิกิริยาแตกตัวนั้น สามารถดับได้ทันทีที่แท่งควบคุมเคลื่อนเข้าไปในแกนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แต่ยังมีความร้อนอีกประมาณร้อยละ 7  ที่เกิดจากการสลายตัวของสารรังสีซึ่งไม่สามารถหยุดได้ในทันที ฉะนั้น จึงต้องมีระบบระบายความร้อนจากแกนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ภายหลังหยุดเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แล้ว เพื่อป้องกันแท่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์หลอมละลาย ระบบดังกล่าวมี 2 ระบบด้วยกัน คือ ระบบปกติซึ่งใช้ทุกครั้งที่หยุดเครื่อง และระบบระบายความร้อนฉุกเฉิน ซึ่งใช้ในกรณีเกิดอุบัติเหตุการสูญเสียน้ำในระบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

                      หน้าที่หลักของระบบระบายความร้อนฉุกเฉิน คือ ส่งน้ำเข้าไปในแกนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อระบายความร้อนในกรณีที่ท่อน้ำหนักแตก ทำให้น้ำรั่วออกจากระบบไม่ว่ารอยแตกนั้นจะเล็กหรือใหญ่ก็ตาม ระบบระบายความร้อนฉุกเฉินประกอบด้วยระบบย่อยหลายระบบทำงานอย่างอิสระโดยไม่ขึ้นต่อกัน ในกรณีที่ระบบใดระบบหนึ่งเกิดขัดข้องก็ยังมีน้ำเพียงพอที่จะทำหน้าที่ระบายความร้อนต่อไปได้ แม้ว่ารายละเอียดในการออกแบบระบบต่าง ๆ ของระบบระบายความร้อนฉุกเฉินของแต่ละโรงไฟฟ้าจะแตกต่างกันออกไป แต่ก็มีหลักการทำงานและการออกแบบคล้ายคลึงกัน ระบบย่อยของระบบแรกเรียกว่าระบบฉีดน้ำจากถังเก็บ ประกอบด้วยถังขนาดใหญ่หลายถังบรรจุน้ำบอแรต ภายใต้ความกดดันของก๊าซไนโตรเจนประมาณ 200 ถึง 650 ปอนด์/ตารางนิ้ว ในกรณีที่ท่อน้ำหนักแตกขาดหลุดจากกัน  หรือมีรอยแตกใหญ่ จะทำให้ความดันในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ลดลงอย่างฉับพลันจนกระทั่งต่ำกว่าความดันของก๊าซในถัง น้ำบอแรต ก็จะหลุดพุ่งผ่านแผ่นโลหะกั้นเข้าไปในแกนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทันที ความแตกต่างของความดันนี้ เพื่อทำหน้าที่ระบายความร้อนและดับปฏิกิริยาแตกตัวลง ถึงแม้ว่าแท่งควบคุมเกิดขัดข้องในเวลาเดียวกันก็ตาม การทำงานของระบบดังกล่าวนี้เป็นไปโดยอัตโนมัติไม่ต้องอาศัยปั๊ม หรือพลังงานจากแหล่งอื่นเลย

                      นอกจากนี้ มีระบบฉีดน้ำด้วยความดันต่ำ และระบบฉีดน้ำลดความดันสูง ในระบบระบายความร้อนฉุกเฉิน ระบบฉีดน้ำด้วยความดันต่ำจะทำหน้าที่ระบายความร้อนในกรณีที่ความดันในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ลดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากท่อน้ำหลักแตกขาด หลุดจากกัน หรือมีรอยแตกใหญ่ เป็นระบบสำรองจากระบบที่กล่าวมาข้างต้น และเป็นระบบที่ทำหน้าที่ระบายความร้อนต่อเนื่องไปหลังจากที่การทำงานของระบบฉีดน้ำจากถังเก็บได้สิ้นสุดลงจนกว่าเหตุการณ์เข้าสภาพปกติ โดยอาศัยน้ำจากบ่อเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ และแหล่งน้ำสำรองจากส่วนอื่น ส่วนระบบฉีดน้ำด้วยความดันสูงจะทำหน้าที่ระบายความร้อนในกรณีที่มีรอยแตกขนาดเล็ก และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ยังคงมีความดันสูง ระบบทั้งสองนี้จะต้องอาศัยปั๊มซึ่งจะทำงานเมื่อได้รับสัญญาณความดันในระบบระบายความร้อนต่ำ ระดับน้ำในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ลดลง ปัจจุบันระบบระบายความร้อนฉุกเฉินเป็นที่ยอมรับในนานาประเทศว่าให้ความปลอดภัยได้อย่างเพียงพอ

7. แนวคิดระหว่างระเบิดนิวเคลียร์กับโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์

        เมื่อพูดถึงโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ คนอาจจะสับสนกับระเบิดนิวเคลียร์ แต่ในความจริงแล้วโรงไฟฟ้านิวเคลียร์กับระเบิดนิวเคลียร์ไม่เหมือนกัน ระเบิดนิวเคลียร์จะใช้เชื้อเพลิง ยูเรเนียม-235 ที่มีความเข้มข้นมากกว่า 90 เปอร์เซ็นต์  โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์จะใช้เชื้อเพลิง ยูเรเนียม-235 ที่มีความเข้มข้น 0.7 ถึง 5 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น ทำให้ไม่สามารถเกิดระเบิดได้จากระเบิดนิวเคลียร์ โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์จึงไม่ได้น่ากลัวอย่างที่คิด

8. สรุปการผลิตพลังงานไฟฟ้าในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

        โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ผลิตไฟฟ้าโดยอาศัยปฏิกิริยาการแตกตัวหรือที่เรียกว่าปฏิกิริยาฟิชชัน ซึ่งเกิดจากนิวตรอนชนกับธาตุยูเรเนียม-235 ที่เป็นเชื้อเพลิง

รูปที่ 8 แสดงการชนกันระหว่างนิวตรอนและยูเรเนียม-235

ทำให้ธาตุยูเรเนียมแตกออกเป็น ธาตุใหม่ 2 ธาตุ พร้อมทั้งปลดปล่อยความร้อน รังสี และนิวตรอนออกมา

รูปที่ 9 แสดงการปลดปล่อยความร้อน รังสี และนิวตรอนออกมา ที่เกิดจากการชนกันระหว่างนิวครอนและยูเรเนียม-235

        ซึ่งนิวตรอนนี้จะไปชนกับธาตุยูเรเนียม-235 ตัวอื่น ๆ ได้อีก และความร้อนที่ได้จากปฏิกิริยาฟิชชัน จะถูกนำไปต้มน้ำให้เดือดเป็นไอน้ำ และไอน้ำที่ได้จะไปขับเคลื่อนกังหันที่ต่ออยู่กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และผลิตไฟฟ้าออกมา

บรรณานุกรม

สุวพันธ์ นิลายน.  (2554).  โรงไฟฟ้านิวเคลียร์.  พิมพ์ครั้งที่ 1.  บริษัท วี. พริ้นท์.  สำนักพิมพ์แห่ง

         จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์.  (2561).  (ออนไลน์).  จาก

          http://kanchanapisek.or.th/kp6/sub/book/book.php?book=28&chap=

          7&page=t28-7-infodetail03.html.  (วันที่สืบค้นข้อมูล : 8 ธันวาคม 2561)

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์.  (2561).  (ออนไลน์). จาก https://th.wikipedia.org/wiki.

          (วันที่สืบค้นข้อมูล : 8 ธันวาคม 2561)

ปฏิกิริยาฟิชชันและฟิวชัน.  (2561).  (ออนไลน์).  จาก  

          http://www.rmutphysics.com/physics/oldfront/102/1/nuclear1/

          nuclear_19.htm.  (วันที่สืบค้นข้อมูล : 8 ธันวาคม 2561)

พลังงานนิวเคลียร์.  (2561).  (ออนไลน์). จาก https://th.wikipedia.org/wiki/. 

          (วันที่สืบค้นข้อมูล : 8 ธันวาคม 2561)

โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์.  (2561).  (ออนไลน์).  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.  (วันที่สืบค้นข้อมูล : 8 ธันวาคม 2561

          หมายเหตุ : เรียบเรียงโดย นายธนากิจ ทองมนต์

                         จัดทำโดย     นายธนากิจ ทองมนต์