การใช้ประโยชน์จากพลังงานนิวเคลียร์ Nuclear physics ในประเทศไทย
พลังงานเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต ไม่ว่าจะอยู่ในรูปของพลังงานแสง เสียง ความร้อน แม่เหล็ก ไฟฟ้า หรือพลังงานชนิดอื่นๆ ตัวอย่างเช่น พลังงานความร้อนจากดวงอาทิตยื มีความจำเป็นต่อขบวนการเมตาบอลิสซึมในร่างกายของมนุษย์และสัตว์ พลังงานแสงมีความจำเป็นต่อขบวนการสังเคราะห์แสงของพืช เป็นต้น บ่อเกิดของพลังงานที่มีอยู่ในธรรมชาติใช้กันมาเป็นเวลายาวนาน ก็คือ ดิน น้ำ ลม และ ไฟ ในดินมีถ่านหิน น้ำมัน ความร้อนใต้พิภพ พลังงานจากน้ำตก การสร้างเขื่อน กระแสน้ำ และจากความต่างระดับของน้ำขึ้นน้ำลง พลังงานจากลมและก๊าซธรรมชาติ ไฟ คือ พลังงานความร้อนที่ได้จากการลุกไหม้หรือจากดวงอาทิตย์ นอกจากนี้ ยังมีพลังงานอีกชนิดหนึ่ง ซึ่งเกิดจากธรรมชาติเช่นกัน แต่เพิ่งมีการค้นพบ จากการทดลองทางวิทยาศาสตร์ คือ พลังงานนิวเคลียร์ ซึ่งถือได้ว่าเป็นพลังงานที่ยิ่งใหญ่ตามทฤษฎี Big Bang และเป็นบ่อเกิดของพลังงานชนิดอื่นทั้งปวงดังที่ได้กล่าวมาข้างต้นอีกด้วย
พลังงานนิวเคลียร์จะถูกปล่อยออกมาในลักษณะพลังงานจลน์ของอนุภาคต่างๆ เช่น อนุภาค อัลฟา อนุภาคเบตา นิวตรอน รังสีแกมม่า หรือ รังสีเอกซ์ เป็นต้น นอกจากนั้น ยังให้ผลตามมาเป็นพลังงานในรูปอื่นอีกด้วย เช่น พลังงานแสง พลังงานความร้อน พลังงานของคลื่นแม่เหล็กและไฟฟ้าเป็นต้น
-
รูปแบบของพลังงานนิวเคลียร์
สามารถแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ตามลักษณะวิธีการปลดปลิอยพลังงานออกมา คือ
1.1 พลังงานนิวเคลียร์ที่ถูกปลดปล่อยออกมาในลักษณะเฉียบพลัน
เป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ควบคุมไม่ได้ (Uncontrolled reactions) พลังงานของปฏิกิริยาจะเพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว เป็นเหตุให้เกิดการระเบิด (Nuclear Explosion) สิ่งประดิษฐ์ที่ใช้หลักการเช่นนี้ ได้แก่ ระเบิดปรมาณู (Atomic bomb) หรือระเบิดไฮโดรเจน และหัวรบนิวเคลียร์ แบบต่างๆ การใช้ระเบิดนิวเคลียร์ในโครงการด้านสันติ เช่นการขุดหลุมลึก (Cratering) ขนาดใหญ่ ตัวอย่างเช่น เคยมีโครงการจะนำมาใช้ขุดคลองที่คอคอดกระ จังหวัดระนอง เพื่อทำเป็นคลองน้ำลึก สำหรับให้เรือสินค้า เรือเดินสมุทรแล่นผ่านโดยไม่ต้องอ้อมประเทศมาเลเซีย การขุด อ่างเก็บน้ำ การทำท่าเรือน้ำลึก และการตัดช่องเขา เป็นต้น การขุดทำโพรงใต้ดิน(Contained Explosion) สำหรับกระตุ้นแหล่งน้ำมันหรือก๊าซธรรมชาติในชั้นหินลึก และในการผลิตแหล่งแร่ เป็นต้น
1.2 พลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ซึ่งควบคุมได้
ในปัจจุบัน ปฏิกิริยานิวเคลียร์ซึ่งควบคุมได้ตลอดเวลา (Controlled nuclear reaction) ซึ่งมนุษย์ได้นำเอาหลักการมาพัฒนาขึ้น จนถึงขั้นที่นำมาใช้ประโยชน์ในระดับขั้นการค้า หรือบริการสาธารณูปโภคได้แล้ว มีอยู่แบบเดียวคือ ปฏิกิริยาฟิชชันห่วงโซ่ของไอโซโทปยูเรเนียม-235 และของไอโซโทปที่แตกตัวได้ (Fissile isotopes) อื่นๆอีก 2 ชนิด (ยูเรเนียม-238 และพลูโตเนียม 239) ส่วนปฏิกิริยาการรวมตัว (Fusion) ของไอโซโทปต่างๆ ของไฮโดรเจนหรือที่เรียกกันอีกอย่างหนึ่งว่า ปฏิกิริยา เทอร์โมนิวเคลียร์นั้น มนุษย์ยังคงค้นพบวิธีควบคุมได้ เฉพาะในบรรยากาศพิเศษของห้องทดลอง ดังนั้น จึงยังไม่อาจนำมาใช้ประโยชน์ในทางสันติ ในเชิงการค้าได้ สิ่งประดิษฐ์ซึ่งทำงานโดยหลักการของปฏิกิริยาฟิชชันห่วงโซ่ของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ซึ่งมีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ได้แก่ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หรือเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู (Nuclear reactors) หรือที่บางท่านอาจนิยมเรียกว่า เตาปฏิกรณ์ฯ หรือเตาปรมาณู การที่มีผู้นิยมเรียกเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ว่า “เตาปรมาณู” นั้น อาจกล่าวได้ว่าเป็นไปตามแนวคิดที่ถูกทาง เพราะเมื่อมองในแง่ของการใช้งานแล้ว เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ก็คือ ระบบอุปกรณ์ที่ใช้ปลดปล่อยพลังงานที่ถูกกักไว้ในแกนกลาง (นิวเคลียส) ของปรมาณูของไอโซโทปที่แตกตัว ได้ให้ออกมาเป็นพลังความร้อนซึ่งเราอาจนำไปใช้ประโยชน์ต่อไปได้นั่นเอง
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ประโยชน์ของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูที่นิยมใช้กันอย่างกว้างขวางในปัจจุบันนี้ คือ ใช้ในการผลิตไฟฟ้าปริมาณมากให้เพียงพอกับความต้องการพลังงานไฟฟ้า ซึ่งเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามสภาพความเป็นอยู่ของสังคมปัจจุบัน
พลังงานลม น้ำ และแสงแดด สามารถนำมาใช้ในการผลิตไฟฟ้าได้ แต่ศักยภาพในการผลิตไม่สูงนัก แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพเท่าที่สำรวจในประเทศมีไม่มาก และยังมีปัญหาด้านโครงสร้างสำหรับการผลิตไฟฟ้าปริมาณมาก ดังนั้น ความหวังที่จะพึ่งพาพลังงานทั้งสามชนิดสำหรับความต้องการกำลังผลิตไฟฟ้ากำลังสูง เพื่อการพัฒนาประเทศซึ่งกำลังเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว จึงค่อนข้าง เลือนลาง และอาจประสบความขาดแคลนได้
พลังงานนิวเคลียร์เพื่อการผลิตไฟฟ้า จำเป็นต้องมีเวลาเตรียมความพร้อมก่อนการดำเนินการผลิตประมาณ 10-15 ปี มิใช่เพียง 5-8 ปี เช่น การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานอื่น เพราะจะต้องมีการเตรียม ความพร้อมทั้งด้านกำลังคน และโครงสร้างเศรษฐกิจพื้นฐาน ตลอดถึงนโยบายการพัฒนาอุตสาหกรรมของประเทศ และการควบคุมความปลอดภัย ความสมบูรณ์ของปัจจัยเหล่านี้ เกื้อกูลให้ การนำเทคโนโลยีพลังงานชนิดใหม่เข้ามาใช้ในประเทศไทย ประสบความสำเร็จ
การเลือกสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ควบคู่ไปกับโรงไฟฟ้าถ่านหิน จะเป็นการกระจายชนิดเชื้อเพลิงที่ได้ ซึ่งช่วยลดแรงกระทบจากความผันผวนของตลาดเชื้อเพลิง เช่น เหตุการณ์น้ำมันที่ผ่านมา การรบกวนสิ่งแวดล้อม และความสกปรก ที่เกิดจากโรงไฟฟ้าถ่านหินที่เต็มไปด้วยสารประกอบอ๊อกไซด์ ของไนโตรเจนและกำมะถันซึ่งจะกลายเป็นฝนกรด (Acid rain) ต่อไปจะไม่เกิดขึ้นเมื่อใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
สิ่งที่เป็นอุปสรรคต่อการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ คือ ปัญหาเรื่องเงินลงทุนสูง นอกจากราคาตัวโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เองแล้ว รัฐบาลยังจะต้องจัดสรรงบประมาณจำนวนหนึ่ง เพื่อพัฒนากำลังคน อันได้แก่ การขยายการศึกษา และการฝึกอบรมด้านพลังงานนิวเคลียร์ ในระดับต่างๆ และการพัฒนาโครงสร้างเศรษฐกิจพื้นฐาน รวมทั้งยกระดับมาตรฐานอุตสาหกรรมต่างๆ ที่จะเข้ามารองรับงานก่อสร้าง
เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย เมื่อวันที่ 27 ตุลาคม พ.ศ. 2505 เวลา 18:32 น. ปฏิกิริยาฟิชชันห่วงโซ่ ได้เกิดขึ้นเป็นครั้งแรก ในภูมิภาคเอเชียอาคเนย์ เมื่อเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย ของประเทศไทยได้รับการบรรจุเชื้อเพลิงจนสามารถเดินเครื่องได้
เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย ได้ปฏิบัติงานเพื่อประโยชน์ของการพัฒนาประเทศ จำแนกเป็นหัวข้อใหญ่ๆได้ ดังนี้
– ใช้เป็นเครื่องมือศึกาเกี่ยวกับนิวเคลียร์ฟิสิกส์ ฟิสิกส์ของเครื่องปฏิกรณ์ฯ นิวเคลียร์ เคมี และรังสีวิทยา
– ใช้เป็นเครื่องมือผลิตนิวตรอน เพื่อประโยชน์ในด้านประยุกต์ เช่น การผลิตสารไอโซโทปรังสี เพื่อนำไปใช้ประโยชน์ทางการแพทย์ การเกษตร และอุตสาหกรรม หรือเพื่อการอาบรังสีนิวตรอนในการวิเคราะห์โดยเทคนิคเชิงนิวเคลียร์
– เป็นแหล่งกำเนิดรังสีแกมม่าอย่างแรง ซึ่งสามารถใช้ในการศึกษาผลของรังสีต่อวัตถุและคุณภาพของวัตถุ เช่นการเพิ่มคุณค่าของอัญมณีจำพวกพลอยโทพาส เป็นต้น
– เป็นสถานที่ฝึกอบรมเจ้าหน้าที่ในเทคนิคต่างๆ เกี่ยวกับการปฏิบัติงานกับเครื่องปฏิกรณ์ฯ โดยเฉพาะด้านการจัดการเดินเครื่องปฏิกรณ์ และความปลอดภัย เป็นการเตรียมการเพื่อการดำเนินการใช้ประโยชน์จากพลังงานนิวเคลียร์ให้ได้อย่างจริงจัง และปลอดภัยในอนาคต เช่น การมีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เป็นต้น
เครื่องเร่งอนุภาค สิ่งประดิษฐ์อีกแบบหนึ่ง ซึ่งให้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ควบคุมได้ คือ เครื่องเร่งอนุภาค (Accelerator) ซึ่งให้อนุภาคหลายชนิด และหลายระดับออกมา อนุภาคที่มีประจุ จะถูกเร่งให้มีพลังงานสูงโดยวิธีทางแม่เหล็กและไฟฟ้า สามารถนำมาใช้ให้เกิดประโยชน์ต่อมวลมนุษย์ ทั้งทางตรงและทางอ้อม เครื่องเร่งอนุภาค เช่น Cyclotron, Electron beam, Van de Graaff เป็นต้น สำหรับผลิตอนุภาคพลังงานสูงหลายระดับ เช่น KeV, MeV, GeV อนุภาคที่ถูกเร่ง เช่นอิเล็คตรอน โปรตอน โพสิตรอน ไพออน มิวออน และ นิวเคลียสของธาตุต่างๆ นอกจากนั้น ยังให้รังสีพลอยได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์อีก เช่น แกมม่า รังสีเอกซ์ และนิวตรอน เป็นต้น ทั้งนี้ประโยชน์ในการใช้งานจึงกว้างขวาง และแตกต่างกันมาก ขึ้นอยู่กับชนิดของเครื่องอนุภาคที่ผลิตและระดับพลังงาน ซึ่งเครื่องเร่งอนุภาคที่ขอบเขตสามารถทำงานได้
1.3 พลังงานนิวเคลียร์จากสารกัมมันตรังสี
สารกัมมันตรังสี หรือสารรังสี (Radioactive material) คือสารที่องค์ประกอบส่วนหนึ่งมี ลักษณะเป็นไอโซโทปที่มีโครงสร้างปรมาณูไม่คงตัว (Unstable isotope) และจะสลายตัวโดย การปลดปล่อยพลังงานส่วนเกินออกมาในรูปของรังสีอัลฟา รังสีเบตา รังสีแกมมา หรือรังสีเอกซ์ รูปใดรูปหนึ่ง หรือมากกว่าหนึ่งรูปพร้อมๆกัน ไอโซโทปที่มีคุณสมบัติดังกล่าวนี้ เรียกว่า ไอโซโทป กัมมันตรังสี หรือ ไอโซโทปรังสี ( Radioisotope) คุณสมบัติที่สำคัญอีกประการหนึ่งของไอโซโทปรังสี คืออัตราการสลายตัวด้วยค่าคงตัวที่เรียกว่า”ครึ่งชีวิต(Half life)” ซึ่งหมายถึง ระยะเวลาที่ไอโซโทปจำนวนหนึ่ง จะสลายตัวลดลงเหลือ เพียงครึ่งหนึ่งของจำนวนเดิม ตัวอย่างเช่น ทอง-198 ซึ่งเป็นไอโซโทปที่ใช้รังสีแกมมารักษาโรค มะเร็ง มีครึ่งชีวิต 2.7 วัน หมายความว่า ถ้าท่านซื้อทอง-198 (ทองที่สามารถสลายตัวได้) มา 10 กรัม หลังจากนั้น 2.7 วัน ท่านจะมีทองเหลืออยู่เพียง 5 กรัม แล้วต่อไปอีก 2.7 วัน ก็จะเหลืออยู่เพียง 2.5 กรัม
-
ประโยชน์ของพลังงานนิวเคลียร์ในกิจการต่างๆ
