BlogGang.com : : scimovie :

เข้าใจการทำงานและอุบัติเหตุ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ญี่ปุ่น

ภาพแสดงโครงสร้างของเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบน้ำเดือดที่ฟูกูชิมะ (bravenewclimate)

เข้าใจการทำงานและอุบัติเหตุ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ญี่ปุ่น

เราได้ยินข่าวการระเบิดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ญี่ปุ่นกันแทบทุกวัน แต่เราแทบไม่ได้ทำความรู้จักกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ดังกล่าวเลย ว่ามีการทำงานอย่างไร และปัญหาที่เผชิญจนนำไปสู่ความเสียหายอย่างที่เกิดขึ้น เพื่อความกระจ่างเราไปทำความรู้จักพร้อมๆ กัน

ข้อมูลที่ทีมข่าววิทยาศาสตร์ ASTV-ผู้จัดการออนไลน์นำมาเสนอนี้ ผ่านการแปลงให้กลายเป็นภาษาที่คนทั่วไปสามารถเข้าใจได้ง่ายๆ โดย แบร์รี บรูค (Barry Brook) บล็อกเกอร์จากเว็บไซต์ bravenewclimate.com ซึ่งนำข้อมูลจาก ดร.โจเซฟ โอห์เมน (Dr Josef Oehmen) นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสสาชูเสตต์หรือเอ็มไอที (MIT) มาเรียบเรียงใหม่อีกที

แผนภาพแสดงตำแหน่งโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะ ที่มีเตาปฎิกรณ์ 6 เครื่อง โดยเครื่องหมายเลข 1-4 เรียงใกล้กันจากเหนือลงใต้ ส่วนเครื่องที่ 5-6 อยู่ทางทิศเหนือสุด (วอชิงตันโพสต์)

สำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ฟูกูชิมะนั้น เป็นโรงไฟฟ้าแบบเตาปฏิกรณ์น้ำเดือด (Boiling Water Reactors) หรือ บีดับเบิลยูอาร์ (BWR) ซึ่งเปรียบได้กับหม้ออบไอน้ำในครัว โดยในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ประเภทนี้ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะให้ความร้อนแก่น้ำจนเดือดแล้วกลายเป็นไอ จากนั้นไอน้ำจะไปหมุนกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

ต่อมาไอน้ำจะถูกทำให้เย็นลง และควบแน่นกลายเป็นสถานะของเหลวเหมือนเดิม แล้วน้ำนั้นก็จะถูกส่งวนกลับขึ้นไปรับความร้อนจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์อีกครั้ง

ในภาพแสดงการทำงานของเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์จากหนังสือพิมพ์วอชิงตันโพสต์ แสดงให้เห็นว่า มีน้ำ 2 ส่วน คือส่วนที่รับความร้อนจากแท่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เพื่อไปหมุนกังหันผลิตกระแสไฟฟ้า และน้ำที่สูบจากมหาสมุทรแปซิฟิกเพื่อถ่ายความร้อนจากไอน้ำ แล้วถูกปล่อยคืนสู่มหาสมุทรแปซิฟิกอีกครั้ง

ส่วนเตาปฏิกรณ์ (reactor vessel) จะครอบด้วยเหล็กและคอนกรีตหนาของหม้อความดันสูง สำหรับบรรจุแท่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (Primary Containment Vessel) ซึ่งติดตั้งบ่อน้ำ ที่ออกแบบมาเพื่อลดความร้อนให้แก่เตาปฏิกรณ์ และครอบด้วยอาคารคลุมเตาปฏิกรณ์อีกชั้น (Secondary Containment Building)

เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ คือ ยูเรเนียมออกไซด์ ซึ่งเป็นเซรามิกส์ที่มีจุดหลอมเหลวประมาณ 3,000 องศาเซลเซียส ถูกผลิตเป็นก้อนคล้ายเม็ดยา ขนาดประมาณตัวต่อเลโก้ (Lego) โดยก้อนยูเรเนียมออกไซด์เหล่านี้ จะถูกบรรจุลงแท่งเซอร์คาลอย (Zircaloy) ที่มีจุดหลอมเหลว 2,200 องศาเซลเซียส และผนึกไว้แน่นหนา เราเรียกแท่งดังกล่าวว่า “แท่งเชื้อเพลิง” (fuel rod) และแท่งเหล่านี้จะถูกนำไปรวมกันในเตาปฏิกรณ์ กลายเป็น “แกนปฏิกรณ์นิวเคลียร์” (the core)

เชื้อเพลิงยูเรเนียมจะถูกเหนี่ยวนำ ให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน (fission) จากนิวตรอน จากนั้นอะตอมยูเรเนียม จะแตกตัวเป็นอะตอมที่เบากว่าออกมา กระบวนการนี้ทำให้เกิดความร้อน และนิวตรอนมากขึ้น

นิวตรอนที่เกิดขึ้นก็จะกระทบกับอะตอมของยูเรเนียม และแตกตัวเป็นอะตอมที่เบากว่ากับนิวตรอนออกไปอีก เป็นปฏิกิริยาต่อเนื่องที่เรียกว่า “ปฏิกิริยาลูกโซ่” (chain reaction)

เพื่อควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ไม่ให้ขยายจนคุมไม่อยู่ เจ้าหน้าที่จะใช้แท่งควบคุม (control rod) ซึ่งผลิตจากโบรอนที่ดูดกลืนนิวตรอนได้ ในภาวะปกติการเดินเครื่องเตาปฏิกรณ์แบบน้ำเดือดนี้ จะใช้แท่งควบคุมเพื่อรักษาระดับปฏิกิริยาลูกโซ่ให้อยู่ในสถานะวิกฤต (critical state) และแท่งควบคุมนี้ยังใช้เพื่อหยุดการทำงานของเตาปฏิกรณ์จากเต็มกำลัง 100% ให้เหลือประมาณ 7% ซึ่งเป็นการลดความร้อนลง

แผนภาพแสดงการทำงานตามปกติของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะ โดยบริเวณสีชมพูคือแกนปฏิกรณ์ในหม้อความดันสูง โดยมีคอนโทรลรอดทำหน้าที่ควบคุมระดับของปฏิกิริยาลูกโซ่ (วอชิงตันโพสต์)

หากแต่แผ่นดินไหว 8.9 ริกเตอร์ จนเกิดสึนามิถล่มเมืองชายฝั่งของญี่ปุ่นเมื่อวันที่ 11 มี.ค.54 ที่ผ่านมา เตาปฏิกรณ์ได้หยุดการทำงานอย่างรวดเร็ว แต่ภัยพิบัติครั้งนี้ ได้ตัดกำลังไฟฟ้าที่ใช้ควบคุมและปั๊มน้ำ อีกทั้งยังทำให้แหล่งกำเนิดไฟฟ้าสำรองไม่ทำงาน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบใช้ดีเซล จึงถูกนำมาต่อหลังแบตเตอรี ที่ใช้ควบคุมการเดินเครื่องเตาปฏิกรณ์ถูกใช้จนหมด

นับแต่แผ่นดินไหวเข้าถล่ม แท่งเชื้อเพลิงในแกนเตาปฏิกรณ์หลายแห่งในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ก็มีความร้อนเกิน เนื่องจากขาดน้ำเพื่อใช้หล่อเย็น ทำให้เซอร์โคเนียมซึ่งบรรจุเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทำปฏิกิริยากับไอน้ำ แล้วปลดปล่อยก๊าซไฮโดรเจนออกมา ก๊าซไฮโดรเจนเหล่านี้ถูกสะสมอยู่ในชั้นอาคารคลุมเตาปฏิกรณ์ ซึ่งเกิดระเบิดกระจายจนทะลุหลังคาของอาคารเตาปฏิกรณ์หมายเลข 1 และ 3 อีกทั้งยังทำลายระบบหล่อเย็นของอาคารเตาปฏิกรณ์หมายเลข 2

จากรายงาน ระบุว่า หม้อความดันสูงสำหรับบรรจุแท่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ของเตาปฏิกรณ์หมาย 1 และ 3 ยังไม่เสียหาย ซึ่งช่วยกักเก็บน้ำในแกนเครื่องปฏิกรณ์ไว้ แต่โครงสร้างของหมายเลข 2 มีรอยร้าว และเพื่อพยายามหล่อเย็นให้แกนปฏิกรณ์ วิศวกรจึงฉีดน้ำทะเลและกรดบอริก (boric acid) ซึ่งช่วยหยุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันเข้าไปในหม้อความดันสูงสำหรับบรรจุแท่งเชื้อเพลิง

จากเหตุระเบิดที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ทำให้ประชาชนที่อาศัยอยู่รอบๆ ประมาณ 170,000 คนต้องอพยพออกจากรัศมี 20 กิโลเมตรของโรงไฟฟ้าฟูกูชิมะ ไดอิชิ (Fukushima Daiichi) และประชาชนอีกประมาณ 30,000 คนต้องอพยพออกจากรัศมี 10 กิโลเมตรของโรงไฟฟ้าฟูกูชิมะ ไดนิ (Fukushima Daini) ซึ่งโรงไฟฟ้าทั้ง 2 แห่งห่างกันประมาณ 11 กิโลเมตร

ทั้งนี้ รายงานจากวอชิงตันโพสต์ระบุว่า เราคาดการณ์เหตุเลวร้ายที่สุด ที่จะเกิดกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะได้ 2 กรณี คือ กรณีแรกเมื่อวิศวกรไม่สามารถทำให้แกนเตาปฏิกรณ์ที่เสียหายเย็นลงได้ ยูเรเนียมที่ผ่านการเพิ่มความเข้มข้นจะละลายกลายเป็นลาวากัมมันตรังสี ซึ่งสามารถเผาไหม้หม้อความดันสูงที่ครอบเตาปฏิกรณ์ไว้ได้ และปล่อยไอกัมมันตรังสีไปตามรอยร้าวของระบบ

เหตุเลวร้ายกรณีที่สองคือ เชื้อเพลิงใช้แล้วอยู่ในสภาวะวิกฤตแล้วระเบิดจนเกิดเพลิงไหม้ ซึ่งจะทำให้เกิดการรังสีแพร่กระจายออกไปมหาศาล และจากข้อมูลของ เคนเนธ ดี.เบอร์เกอรอน (Kenneth D. Bergeron) นักวิเคราะห์นิวเคลียร์ ระบุว่า หม้อความดันสูงของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกชิมะ ไดอิชินั้นแข็งแกร่งกว่าโรงไฟฟ้าเชอร์โนบิลของรัสเซีย แต่ก็ไม่แข็งแรงเท่ากับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทรีไมล์ไอส์แลนด์ (Three Mile Island) ของสหรัฐฯ

แผนภาพแสดงอุบัติเหตุที่เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 14 มี.ค.54 ที่แท่งปฏิกรณ์ของเตาหมายเลข 2 เกิดระเบิด จนระบบระบายความร้อนไม่สามารถทำงานได้ตามปกติ จนเกิดไอน้ำสะสม แตกตัวเป็นไฮโดรเจน และระเบิดที่หลังคาอาคารคลุมเตาปฏิกรณ์ (วอชิงตันโพสต์)

2 กรณีเลวร้ายที่สุดตามที่คาดการณ์ไว้ คือ 1.จะเกิดเพลิงไหม้ที่บ่อเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้ว (ด้านบน) ทำให้สารรังสีฟุ้งกระจาย หรือ 2.เกิดลาวากัมมันตรังสีรั่วไหลไปตามรอยรั่ว หลังการหลอมละลายของแกนปฏิกรณ์ (วอชิงตันโพสต์ )

แผนภาพแสดงที่ตั้งโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (จุดสีดำ) และตำแหน่งรอยเลื่อนบนโลก ซึ่งสีแดงแสดงถึงบริเวณที่มีความเสี่ยงต่อการเกิดแผ่นดินไหวมาก และความเสี่ยงลดลงตามเฉดสีจากซ้ายไปขวา (วอชิงตันโพสต์)

ภาพโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะซึ่งมีอาคารเตาปฏิกรณ์เรียงกัน (รอยเตอร์)

ที่มา
//www.manager.co.th/Science/ViewNews.aspx?NewsID=9540000033629

Create Date : 16 มีนาคม 2554

0 comments

Last Update : 16 มีนาคม 2554 11:43:42 น.

Counter : 1836 Pageviews.