เทคโนโลยี นวัตกรรม สิ่งประดิษฐ์ วิศวกรรม เกษตรศาสตร์ >>

พลังงานนิวเคลียร์

พลังงานนิวเคลียร์เป็นพลังงานที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ และมนุษย์สามารถสร้างหรือผลิตขึ้นมาเองได้ พลังงานนิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ได้แก่ ปฏิกิริยาฟิวชัน ซึ่งเกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ ส่วนพลังงานนิวเคลียร์ที่มนุษย์สามารถผลิตขึ้นมา ได้แก่ เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู เครื่องเร่งอนุภาค สารไอโซโทป และระเบิดปรมาณู พลังงานนิวเคลียร์สามารถ ปลดปล่อยออกมาในรูปของอนุภาคและรังสี เช่น รังสีแกมมา อนุภาคเบตา อนุภาคแอลฟา และอนุภาคนิวตรอน พร้อมกับปล่อยพลังงานอื่น ๆ ออกมาด้วย เช่น พลังงานความร้อน พลังงานแสง พลังงานรังสี พลังงานกล และพลังงานอื่น ๆ

1.ชนิดของพลังงานนิวเคลียร์

พลังงานที่ถูกปล่อยออกมาจากแร่กัมมันตภาพรังสี จะปล่อยออกมาเมื่อมีการแยกหรือการรวม หรือเปลี่ยนแปลงของนิวเคลียสภายในอะตอม ซึ่งเรียกว่า ปฏิกิริยานิวเคลียร์ แบ่งได้เป็น 4 ชนิด คือ

ปฏิกิริยาฟิชชัน (Fission) เป็นพลังงานที่เกิดจากการแตกตัว หรือแยกตัวของธาตุหนัก เช่น ยูเรเนียม พลูโตเนียม เมื่อถูกชนด้วยอนุภาคนิวตรอน เช่น ระเบิดปรมาณู
ปฏิกิริยาฟิวชัน (Fussion) เป็นพลังงานที่เกิดจากการรวมตัวของธาตุเบา เช่น การรวมตัวของธาตุ H กับ He บนดวงอาทิตย์
ปฏิกิริยาที่เกิดจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี (Redioactivity) ได้แก่ ยูเรเนียม เรเดียม พลูโตเนียม ฯลฯ ธาตุเหล่านี้จะปลดปล่อยรังสีและอนุภาคต่าง ๆ ออกมา เช่น อนุภาคแอลฟา อนุภาคเบตา รังสีแกมมา และอนุภาคนิวตรอน
ปฏิกิริยาที่ได้จากเครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุ (Particale Accelerrator) เช่น โปรตอนอิเล็กตรอน ดิวทีเรียม และอัลฟา

2.รูปแบบของพลังงานนิวเคลียร์

สามารถถูกจัดแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท ตามลักษณะวิธีการปลดปล่อยพลังงานออกมา คือ

พลังงานนิวเคลียร์ที่ถูกปลดปล่อยออกมาในลักษณะเฉียบพลัน เป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ควบคุมไม่ได้ (Uncontrolled nuclear reactions) พลังงานของปฏิกิริยาจะเพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว เป็นเหตุให้เกิดการระเบิด (Nuclear explosion) สิ่งประดิษฐ์ที่ใช้หลักการเช่นนี้ ได้แก่ ระเบิดปรมาณู (Atomic bomb) หรือระเบิดไฮโดรเจน และหัวรบนิวเคลียร์แบบต่าง ๆ (ของอเมริกาเรียกว่าจรวด Pershing, ของรัสเซียเรียกว่า จรวด SS-20)
พลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ ซึ่งควบคุมได้ ในปัจจุบันปฏิกิริยานิวเคลียร์ซึ่งควบคุมได้ตลอดเวลา (Controlled nuclear reaction) ซึ่งมนุษย์ได้นำเอาหลักการมาพัฒนาขึ้นจนถึงขั้นที่นำมาใช้ประโยชน์ในระดับขั้นการค้าหรือบริการสาธารณูปโภคได้แล้ว มีอยู่แบบเดียว คือ ปฏิกิริยาฟิชชันห่วงโซ่ของไอโซโทปยูเรเนียม -235 และของไอโซโทปที่แตกตัวได้ (Fissile isotopes) อื่น ๆ อีก 2 ชนิด (ยูเรเนียม -233 และพลูโตเนียม -239) สิ่งประดิษฐ์ซึ่งทำงานโดยหลักการของปฏิกิริยาฟิชชันห่วงโซ่ของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ซึ่งมีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายอยู่ในปัจจุบัน ได้แก่ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หรือเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู (Nuclear reactors)
พลังงานนิวเคลียร์จากสารกัมมันตรังสี สารกัมมันตรังสีหรือสารรังสี (Radioactive material) คือสารที่องค์ประกอบส่วนหนึ่งมีลักษณะเป็นไอโซโทปที่มีโครงสร้างปรมาณูไม่คงตัว (Unstable isotipe) และจะสลายตัวโดยการปลดปล่อยพลังงานส่วนเกินออกมาในรูปของรังสีแอลฟา รังสีบีตา รังสีแกมมา หรือรังสีเอกซ์รูปใดรูปหนึ่ง หรือมากกว่าหนึ่งรูปพร้อม ๆ กัน ไอโซโทปที่มีคุณสมบัติดังกล่าวนี้เรียกว่า ไอโซโทปกัมมันตรังสี หรือไอโซโทปรังสี (Radioisotope)

3.โรงไฟฟ้านิวเคลียร์

คือ โรงไฟฟ้าพลังความร้อนชนิดหนึ่งใช้ความร้อนทำให้น้ำเดือดกลายเป็นไอน้ำไปหมุนกังหัน เพื่อหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำการผลิตไฟฟ้า ความแตกต่างอยู่ที่แหล่งกำเนิดความร้อนซึ่งได้มาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์แทนที่จะเป็นการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง น้ำมัน ถ่านหิน หรือก๊าซธรรมชาติ

เชื้อเพลิง

ใช้แร่ยูเรเนียมเป็นเชื้อเพลิงแต่ต้องผ่านกระบวนการแปลงสภาพ ให้เป็นเม็ดรูปทรงกระบอกขนาดกว้าง และสูง 1x1 เซนติเมตร บรรจุเรียงกันไว้ในแท่งแล้วมัดรวมกันไว้เป็นมัด ๆ เสียก่อน จากนั้นจึงจะนำไปใช้งานได้โดยใส่ไว้ภาชนะที่เรียกว่า เตาปฏิกรณ์เพื่อให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์และความร้อน การใส่เชื้อเพลิงอาจจะกระทำเป็นรายวันหรือปีละครั้งซึ่งขึ้นอยู่กับประเภทของโรงไฟฟ้า โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดใหญ่ใช้แร่ยูเรเนียมดิบประมาณปีละ 200 ตัน (แปลงสภาพแล้วเหลือเพียง 30 ตัน) ภูมิภาคที่มีแร่ยูเรเนียมเป็นจำนวนมาก ได้แก่ อเมริกาเหนือ อัฟริกา ออสเตรเลีย และยุโรป สำหรับในเอเชียก็มีรวมทั้งโลกมีแร่ยูเรเนียมประมาณ 14 ล้านตัน ซึ่งมีมากพอที่จะใช้อีกเป็นร้อย ๆ ปี

ผลกระทบสิ่งแวดล้อม

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อย กล่าวคือ

ไม่มีเสียงดังเลย
ไม่มีเขม่า ควัน หรือก๊าซต่าง ๆ ที่จะทำให้อากาศเสีย เนื่องจากไม่มีการเผาไหม้
ไม่มีก๊าซที่จะทำให้เกิดฝนกรดและภาวะเรือนกระจก
น้ำที่ปล่อยออกมาจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไม่มีรังสี และมีสภาพเหมือนกับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนทั่ว ๆ ไป
มีแผนและมีมาตรการป้องกันผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่อาจเกิดขึ้นตลอดเวลา

4.การใช้ประโยชน์จากพลังงานนิวเคลียร์ด้านอื่น

ด้านกำลัง พลังงานนิวเคลียร์ที่ปล่อยออกมาในรูปความร้อนสามารถนำไปใช้ในการขับเคลื่อน ยานอวกาศ เรือเดินสมุทรขนาดใหญ่ ผลิตกระแสไฟฟ้า และอื่น ๆ
ด้านอุตสาหกรรม ใช้ในการเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมี ทางกายภาพและชีวภาพ ในสารตัวกลาง เช่น กำจัดจุลินทรีย์บางชนิดในอาหารและขยะ การเปลี่ยนแปลงสีของอัญมณีหรือเครื่องประดับ เป็นต้น นอกจากนี้ยังสามารถใช้ตรวจสอบและรักษาด้านระบบควบคุมในกระบวนการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรม
ด้านการเกษตรใช้ในการเปลี่ยนแปลงพันธุ์พืช ปรับปรุงและขยายพันธุ์พืช และกำจัดแมลงศรัตรูพืช
ด้านการแพทย์ ใช้ในการตรวจรักษาและวินิจฉัยโรค เช่น การเอ๊กซเรย์ การรักษาโรคมะเร็ง เป็นต้น