วิทยาศาสตร์ ดาราศาสตร์ ฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา >>
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
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
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)
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
การใช้ประโยชน์จากพลังงานนิวเคลียร์ด้านอื่น
- ด้านกำลัง พลังงานนิวเคลียร์ที่ปล่อยออกมาในรูปความร้อนสามารถนำไปใช้ในการขับเคลื่อน ยานอวกาศ เรือเดินสมุทรขนาดใหญ่ ผลิตกระแสไฟฟ้า และอื่น ๆ
- ด้านอุตสาหกรรม ใช้ในการเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมี ทางกายภาพและชีวภาพ ในสารตัวกลาง เช่น กำจัดจุลินทรีย์บางชนิดในอาหารและขยะ การเปลี่ยนแปลงสีของอัญมณีหรือเครื่องประดับ เป็นต้น นอกจากนี้ยังสามารถใช้ตรวจสอบและรักษาด้านระบบควบคุมในกระบวนการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรม
- ด้านการเกษตรใช้ในการเปลี่ยนแปลงพันธุ์พืช ปรับปรุงและขยายพันธุ์พืช และกำจัดแมลงศัตรูพืช
- ด้านการแพทย์ ใช้ในการตรวจรักษาและวินิจฉัยโรค เช่น การเอ๊กซเรย์ การรักษาโรคมะเร็ง เป็นต้น
» ความสำคัญของพลังงานต่อสิ่งมีชีวิต
» ถ่านหิน
» เชื้อเพลิงมวลชีวภาพแบบดั้งเดิม
» การใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าในชีวิตประจำวัน
» การใช้เครื่องยนต์ให้ประหยัดพลังงาน
