วิทยาศาสตร์ ดาราศาสตร์ ฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา >>

แหล่งกำเนิดของพลังงานนิวเคลียร์

1. กัมมันตภาพรังสี (radioactivity) เป็นปรากฏการณ์ของธาตุบางชนิดในธรรมชาติที่มีสมบัติแผ่รังสีออกมาได้ เนื่องจากธาตุนั้นมีนิวเคลียสไม่เสถียร นั่นหมายว่าในนิวเคลียสซึ่งประกอบไปด้วยโปรตอนและนิวตรอนมีความไม่สมดุล คือ อาจมีโปรตอนหรือนิวตรอนมากเกินไป ทำให้ธาตุนั้นไม่เสถียรเหล่านั้นต้องปล่อยส่วนที่เกินออกมา

ธาตุที่มีสมบัติแผ่รังสีได้เรียกว่า ธาตุกัมมันตรังสี (radioactive elements) เช่น ธาตุยูเรเนียม (U) ทอเรียม (Th) เรเดียม (Ra) เป็นต้น ธาตุกัมมันตรังสีบางชนิดเมื่อสลายตัวแล้วก็ยังไม่เกิดเป็นธาตุที่เสถียรจึงต้องสลายตัวต่อไปเรื่อยๆ จนกว่าจะได้ธาตุที่เสถียรพอที่จะอยู่ในธรรมชาติได้ ธาตุกัมมันตรังสีทั้งหมดที่เกิดขึ้นเนื่องจากธาตุกัมมันตรังสีต้นตัวใดตัวหนึ่งเรียกว่า อนุกรม ระยะเวลาของการสลายตัวของแต่ละอนุกรมจะไม่เท่ากัน ซึ่งขึ้นอยู่กับธาตุตั้งต้น บางอนุกรมอาจมีระยะเวลายาวนานมากเป็นล้านปีจึงจะเกิดเป็นธาตุที่มีความเสถียร รังสีพื้นฐานที่ธาตุกัมมันตรังสีแผ่ออกมาโดยทั่วๆ ไปในธรรมชาติมี 3 ชนิด ดังนี้

รังสีแอลฟา (alpha ray) ประกอบด้วยอนุกรมแอลฟา สัญลักษณ์ หรือมีประจุ +2 มีมวลมากกว่าโปรตอน และมีอำนาจในการทะลุทะลวงต่ำ ไม่สามารถวิ่งผ่านกระดาษได้ เป็นรังสีที่เบนเข้าหาขั้วลบของสนามไฟฟ้า
รังสีบีตา (beta ray) ประกอบด้วยอนุกรมบีตา สัญลักษณ์ หรือมีประจุ -1 มีมวลเท่าอิเล็กตรอน ซึ่งน้อยมากจนอาจถือว่าไม่มีมวล มีสมบัติเหมือนอิเล็กตรอน มีอำนาจทะลุทะลวงมากกว่ารังสีแอลฟาราว 100 เท่า เบี่ยงเบนเข้าหาขั้วบวกของสนามไฟฟ้า
รังสีแกมมา (gamma ray) ประกอบด้วยอนุกรมแกมมา สัญลักษณ์ เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่มีทั้งประจุและมวล เป็นคลื่นที่มีความยาวคลื่นสั้น (ความถี่สูง) จึงมีพลังงานมาก ไม่เบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้าเนื่องจากไม่มีประจุ

2. ปฏิกิริยานิวเคลียส ในนิวเคลียสของอะตอมมีแรงยึดเหนี่ยวสูงมากการที่จะทำให้นิวเคลียสซึ่งเดิมอยู่ในสภาพเสถียรแยกออกจากอะตอมต้องให้พลังงานสูงมากเมื่อนิวตรอนและโปรตอนแยกออกจากนิวเคลียสได้แล้ว นิวตรอนที่มีพลังงานสูงจะพยายามคายพลังงานออกมาโดยการวิ่งไปชนกับนิวเคลียสอื่นๆ ด้วยแรงที่สูงมากเหมือนการดึงสปริง ดังนั้นเมื่อเรายิงนิวตรอนเข้าไปชนอะตอมอื่น จะเกิดแรงเนื่องจากการชนของนิวตรอนกับนิวเคลียสซึ่งเรียกว่า แรงนิวเคลียร์ ทำให้นิวเคลียสที่ถูกชนแตกสลายคายพลังงานออกมามหาศาลและมีอนุภาคนิวตรอนเกิดขึ้นใหม่ ทำให้เกิดการชนของนิวตรอนกับอะตอมอื่นขึ้นอีก เกิดปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่องเป็นลูกโซ่ไปเรื่อยๆ เรียกว่า ปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบลูกโซ่ ปฏิกิริยานิวเคลียร์มี 2 แบบ คือ

ปฏิกิริยาฟิสชัน (fission reaction) เกิดจากการแตกตัวของนิวเคลียสธาตุหนักหรือธาตุที่มีเลขมวลมาก ซึ่งนิวเคลียสแตกออกเป็นสองส่วนได้เมื่อถูกยิงด้วยนิวตรอน ทำให้ได้ธาตุอื่นที่มีมวลลดลง รวมถึงพลังงานและนิวตรอนออกมา นิวตรอนนี้จะออกมาด้วยความเร็วสูง แล้ววิ่งไปชนนิวเคลียสอื่นให้แตกตัวไปเรื่อยๆ เรียกว่า ปฏิกิริยาลูกโซ่ (chain reaction)
ปฏิกิริยาฟิวชัน (fusion reaction) เกิดจากธาตุที่มีมวลอะตอมน้อยหรือธาตุเบามารวมกันจนเป็นธาตุหนัก แล้วปล่อยพลังงานออกมา

การใช้ประโยชน์ของพลังงานนิวเคลียร์

1. ใช้ในกิจการอุตสาหกรรม
2. ใช้ในด้านการแพทย์และอนามัย
3. ใช้ในด้านการเกษตร ชีววิทยา และอาหาร
4. ใช้ในด้านสิ่งแวดล้อม
5. ใช้ในด้านการศึกษาและวิจัย

ผลกระทบจากการใช้พลังงานนิวเคลียร์

1. ต้องหาที่เก็บและจัดการกับแท่งเชื้อ เพลิงฯที่ใช้แล้ว
2. มีค่าใช้จ่ายในการปลดระวางหลัง เลิกใช้
3. นำกลับมาใช้ใหม่ไม่ได้
4. เสี่ยงต่อการเกิดอุบัติเหตุ
5. ต้องใช้เงินลงทุนในการก่อสร้างสูง