กนกรัชต์ ตียพันธ์
ศูนย์เครื่องปฏิกรณ์ สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)
อภิธานศัพท์ NRC ให้คำจำกัดความของ “scram” ว่า “การดับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์อย่างกะทันหันโดยปกติโดยการทำให้แท่งควบคุมตกลงมาอย่างรวดเร็ว” แต่คำนี้มาจากไหน?
ตำนานเรื่องเล่าของคำว่า Scram และที่มาของคำนี้เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เกิดขึ้นครั้งแรกเมื่อวันที่ 2 ธันวาคม พ.ศ. 2485 ที่ Chicago Pile (CP-1) ซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูเครื่องแรกที่พัฒนาขึ้นสำหรับโครงการแมนฮัตตัน โดยนักฟิสิกส์ชื่อ Enrico Fermi โดยเขาได้สร้างตัวย่อ Safety Control Rod Axe Man (SCRAM) สำหรับหยุดปฏิกิริยาฟิชชั่น โดยหน้าที่นี่ได้รับมอบหมายให้นักฟิสิกส์ซึ่งผู้ร่วมงานของ Enrico Fermi ที่ชื่อ Norman Hilberry เป็นผู้ทำการควบคุม (รูปที่ 1) ในวันนั้น Hilberry ได้รับมอบหมายให้หยุดปฏิกิริยาฟิชชั่นที่เกิดขึ้นจากเครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรก (CP-1) โดยการใช้ขวานตัดเชือกที่ผูกไว้กับแท่งควบคุม ซึ่งจะทำให้ให้แท่งควบคุมความปลอดภัย (Safety Control Rod) ตกลงไปในกองยูเรเนียมและ
กราไฟต์ที่สร้างขึ้นเป็นเครื่องปฏิกรณ์ เครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรก CP1 ‘Fermi Pile’ (หรือ Chicago Pile 1 สร้างขึ้นในปี 2485) มีระบบความปลอดภัยขั้นพื้นฐานที่สอดคล้องกับเครื่องปฏิกรณ์ในปัจจุบัน โดยใช้การควบคุมปฏิกิริยาจากแท่งควบคุม และมีการออกแบบผู้ควบคุมตามตำแหน่งต่างๆตามรูปที่ 2 โดยมีการร่างภาพตามแนวความคิดของ Enrico Fermi และจากการระดมความคิดเห็นของ Fermi และ เพื่อนร่วมงาน คิดว่าการทดลองนี้จะมีความปลอดภัย และ สามารถหยุดปฏิกิริยาลูกโซ่ได้อย่างทันท่วงที จากการออกแบบของ Fermi แสดงให้เห็นว่า ระบบความปลอดภัยของเครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกประกอบด้วย (1) ระบบดับเครื่องปฐมภูมิใช้แท่งควบคุมความปลอดภัยของเครื่องปฏิกรณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยการตกลงมาโดยแรงโน้มถ่วงอย่างรวดเร็ว (ถูกออกแบบการใช้งานโดยการตัดเชือกที่ยึดแท่งควบคุมด้วยขวาน) และ (2) ระบบดับเครื่องทุติยภูมิใช้ถังที่มีสารละลายแคดเมียมซัลเฟตซึ่งเป็นตัวดูดกลืนนิวตรอนที่ดี โดยถังนี้จะตั้งอยู่ที่ด้านบนสุดของกองยูเรเนียมและกราไฟต์ และ สามารถเทลงไปได้ทันทีถ้ามีความจำเป็น
เครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกนี้ (CP-1) มีระบบความปลอดภัยที่จำเป็นเท่านั้น แต่เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องปฏิกรณ์ในปัจจุบันพบว่าระบบระบายความร้อนฉุกเฉินขาดหายไป เนื่องจากความร้อนที่เกิดจากการสลายตัวของเครื่องปฏิกรณ์ CP-1 น้อยมาก และ แทบจะไม่มีความร้อนเกิดขึ้นหลังจากการดับเครื่องปฎิกรณ์ นอกจากนั้น CP-1 ยังไม่มีระบบกักกัน (อาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์) ยกเว้นผ้าม่านกั้นเท่านั้น! เนื่องจาก Fermi ได้ทำการคำนวณและพบว่าปริมาณของผลผลิตฟิชชันเกิดขึ้นน้อยมาก แทบจะไม่มีนัยสำคัญ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีอาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์ CP-1
ในช่วงทศวรรษที่ 1980 และ 1990 ได้มีการปรับปรุง แก้ไข ระบบความปลอดภัยของเครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกที่ใช้ในการผลิตพลูโตเนียม ซึ่งเป็นผลให้สามารถแก้ไขปัญหาเรื่อง การดับเครื่องปฏิกรณ์ และ ปัญหาเกี่ยวกับระบบความปลอดภัย โดยมีการสร้างระบบระบายความร้อนแบบเปิด และ สร้างอาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์แต่ยังไม่สามารถทนต่อแรงดันสูงได้ มีการจัดการกากกัมมันตรังสีโดยใช้วิธีการบรรจุลงในถังโลหะใต้ดิน แต่พบว่ามีความเสี่ยงต่อการกัดกร่อน และ การรั่วไหลของสารกัมมันตรังสีออกมาได้ และ จัดเก็บแท่งเชื้อเพลิงที่ใช้แล้วในบ่อที่มีน้ำบรรจุอยู่
คณะกรรมการพลังงานปรมาณูของสหรัฐอเมริกา ได้จัดตั้งสถานีทดสอบเครื่องปฏิกรณ์แห่งชาติ อยู่ทางตอนใต้ของรัฐไอดาโฮห่างไกลจากพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่น และ ได้พัฒนาห้องปฏิบัติการ Argonne National Laboratory-West (ปัจจุบันคือ Materials & Fuels Complex ซึ่งเป็นห้องปฏิบัติการแห่งชาติที่รัฐไอดาโฮ) ที่นี่ได้มีการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ต้นแบบเพื่อทดสอบแนวคิดที่เกิดขึ้นใหม่ว่า เครื่องปฏิกรณ์สามารถนำมาใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าได้ เมื่อวันที่ 20 ธันวาคม พ.ศ. 2494 เพียงเก้าปีหลังจากการทดลองทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมจำนวนมากมายมหาศาล และมีการพัฒนาการคำนวณทางฟิสิกส์เชิงทฤษฎีพื้นฐาน จนถึงการใช้ฟิสิกส์ขั้นสูง พวกเขาพบว่า เขาสามารถสร้างเครื่องปฏิกรณ์ที่เป็นต้นแบบ เรียกว่า Argonne’s Experimental Breeder Reactor-I เครื่องปฏิกรณ์นี้สามารถทำให้หลอดไฟสี่หลอดสว่างได้ (รูปที่ 3) และสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าจำนวนมากครั้งแรกของโลก โดยใช้พลังงานนิวเคลียร์จากเครื่องปฏิกรณ์ ยุคริเริ่มการใช้พลังงานนิวเคลียร์ในการผลิตกระแสไฟฟ้ากำลังจะเริ่มขึ้น
หลังจากการวิจัยการศึกษาเกี่ยวกับเรื่องเครื่องปฏิกรณ์ในการผลิตกระแสไฟฟ้า ได้มีการออกแบบเบื้องต้นโดยวิศวกรของ Oak Ridge และ วิศวกรของ Argonne โดยได้มีการออกแบบและสร้างเครื่องปฏิกรณ์ต้นแบบเพื่อใช้ในการทดสอบที่ Westinghouse และ กองทัพเรือสหรัฐอเมริกา โดยเครื่องปฏิกรณ์นี้ใช้ในเรือดำน้ำ โดยเรือดำน้ำนี้เป็นเรือดำน้ำลำแรกที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์ชื่อว่า USS Nautilus ซึ่งมีการเปิดตัวครั้งแรกในปี พ.ศ. 2497 Nautilus สามารถขับเคลื่อนได้โดยพลังงานนิวเคลียร์เป็นระยะทาง 50,000 ไมล์โดยไม่ต้องเติมน้ำมันเชื้อเพลิง และ กลายเป็นเรือดำน้ำลำแรกที่สามารถเดินทางใต้น้ำแข็งขั้วโลกได้ความสำเร็จ ซึ่งสหรัฐอเมริกาได้แสดงให้เห็นว่าพลังงานนิวเคลียร์มีทั้งประโยชน์ มีปลอดภัยและเชื่อถือได้
ต่อมาในปี พ.ศ. 2498 เครื่องปฏิกรณ์ต้นแบบอีกเครื่องหนึ่งในรัฐไอดาโฮ สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าโดยใช้พลังงานนิวเคลียร์ให้กับเมือง Arco ได้สำเร็จ ขั้นตอนต่อไปสำหรับสหรัฐอเมริกาคือการพิสูจน์ว่า พลังงานนิวเคลียร์มีคุณค่า และ มีประโยชน์ในด้านสาธารณูปโภค โดยจะใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในการผลิตไฟฟ้าในระดับที่ใหญ่ขึ้น การเริ่มต้นวางแผนสำหรับสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ต้นแบบ แบบน้ำเดือดได้เริ่มขึ้นที่ห้องปฏิบัติการที่ Argonne บริษัท Commonwealth Edison สนใจเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือดนี้ และได้เฝ้าติดตามอย่างใกล้ชิด รวมทั้งได้มีการรวบรวมข้อมูลจากการทดสอบ เนื่องจากบริษัทนี้พร้อมที่จะใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเดือดในทางธุรกิจหากว่าการทดสอบที่ห้องปฏิบัติการที่ Argonne นี้ประสบความสำเร็จ การผลิตไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์กำลังจะเริ่มขึ้น
เอกสารอ้างอิง
