เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย คือ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ที่ใช้สำหรับการศึกษา การฝึกอบรม การวิจัยและพัฒนาเป็นหลัก เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยเป็นแหล่งผลิตนิวตรอนขนาดใหญ่ ซึ่งนำนิวตรอนที่ผลิตได้ไปใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆไม่ว่จะเป็นทางด้านการแพทย์ อุตสาหกรรม การเกษตร นิติวิทยาศาสตร์ หรือการวิจัยต่างๆ เป็นต้น 

นับตั้งแต่กำเนิดเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูเครื่องแรกขึ้นในปี พ.ศ. 2485 ที่มหาวิทยาลัยชิคาโก ประเทศสหรัฐอเมริกา เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูก็ได้รับการพัฒนาเพื่อใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆตามมา เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูส่วนหนึ่งได้รับการพัฒนาไปเพื่อใช้พลังงานความร้อนที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ไปผลิตกระแสไฟฟ้า ซึ่งกลายมาเป็นโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ในปัจจุบัน ในขณะที่งานวิจัยอีกส่วนหนึ่งทำการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูเพื่อนำเอานิวตรอนที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์มาใช้ประโยชน์ ซึ่งกลายมาเป็นเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย

เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยเป็นเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูที่มีการออกแบบเฉพาะตามความต้องการของผู้ใช้ ซึ่งผู้ผลิตสามารถทำการออกแบบให้เหมาะสมกับความต้องการของผู้ใช้ได้ โดยยังคงต้องมีอุปกรณ์ความปลอดภัยที่เป็นไปตามกฏหมายของประเทศที่จะทำการสร้างและตามมาตรฐานสากล ในปัจจุบันยังคงมีการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยเครื่องใหม่ขึ้นอย่างต่อเนื่อง เพื่อตอบสนองการใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ ดังที่กล่าวข้างต้น 

ภายหลังจากที่การสร้างเครื่องปฏิกรณ์ฯแล้วเสร็จ กระบวนการเดินเครื่องปฏิกรณ์ฯ (operation) จะเริ่มต้น ทั้งนี้อายุของเครื่องปฏิกรณ์ฯจะแตกต่างกันไปขึ้นกับการใช้งาน การออกแบบและการบำรุงรักษา อย่างไรก็ตามภายหลังจากการเดินเครื่องเป็นระยะเวลาหนึ่ง เครื่องปฏิกรณ์ฯอาจมีการผ่านเข้าสู่กระบวนการหยุดใช้งานชั่วคราวเพื่อทำการปรับปรุงระบบก่อนที่จะเริ่มกลับมาทำงานได้อีกครั้ง (Temporary shutdown) จากนั้นอาจมีการหยุดการทำงานระยะยาวเพื่อรอการกำหนดทิศทางดำเนินการ (Extended shutdown) หรือเข้าสู่กระบวนการหยุดทำงานถาวรเพื่อรอการปลดระวาง (Permanent shutdown) เมื่อหน่วยงานที่ดูแลเครื่องปฏิกรณ์ฯมีความพร้อมที่จะทำการปลดระวางแล้ว เครื่องปฏิกรณ์ฯจะเข้าสู่ช่วงระยะเวลาของการปลดระวาง (Under decommissioning) และสุดท้ายเป็นช่วงของการปลดระวางเครื่องปฏิกรณ์ฯสำเร็จ (Decommissioned) ตารางด้านล่างแสดงจำนวนของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยในปัจจุบัน จำแนกตามช่วงชีวิตของเครื่องปฏิกรณ์ฯ ทั้งในประเทศที่พัฒนาแล้ว และในประเทศกำลังพัฒนา

จากจำนวนเครื่องปฏิกรณ์ฯที่ยังคงดำเนินการอยู่ในปัจจุบันจำนวน 223 เครื่องนั้น หากนำมาจำแนกออกตามอายุของตัวเครื่องแล้ว จะพบว่ามากกว่าครึ่งของเครื่องปฏิกรณฯที่ยังคงทำงานอยู่มีอายุเกินกว่า 40 ปีแล้ว ดังแสดงในรูป

ซึ่งเป็นการแสดงให้เห็นว่าอีกไม่นาน เครื่องปฏิกรณ์ฯจำนวนมากเหล่านี้อาจถึงเวลาที่ต้องทำการปลดระวางลงด้วยเหตุผลต่างๆกัน ดังนั้นการวางแผนเพื่อจัดหา จัดสร้างเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยใหม่ขึ้นมาทดแทนของเดิม จึงเป็นสิ่งที่ควรเริ่มพิจารณาอย่างจริงจัง

เอกสารอ้างอิง

1. IAEA Research Reactor Database (RRDB), https://nucleus.iaea.org/RRDB/RR/ReactorSearch.aspx, accessed April, 2021

เครื่องปฏิกรณ์วิจัยเป็นทรัพยากรที่สำคัญสำหรับการฝึกอบรมผู้เชี่ยวชาญด้านนิวเคลียร์ทั่วโลก จากการศึกษาข้อมูลทั่วโลก พบว่าประเทศต่างๆ ในโลก มีประมาณหนึ่งในสี่ประเทศเท่านั้นจากทั่วโลก ที่มีเครื่องปฏิกรณ์วิจัยของตนเอง ซึ่งประเทศไทยรวมอยู่ในจำนวนหนึ่งในสี่นั้นด้วย  การที่ไม่มีเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยไม่ได้หมายความว่าประเทศเหล่านั้นจะจำกัดการเรียนรู้ในด้านนิวเคลียร์ที่เกี่ยวข้องกับเครื่องปฏิกรณ์ รวมทั้งการจำกัดการให้ความรู้และฝึกอบรมผู้เชี่ยวชาญด้านนิวเคลียร์ ในปัจจุบันด้วยเทคโนโลยีทางด้านการสื่อสาร จึงทำให้การเรียนรู้เกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยสามารถทำได้ โดยประเทศเหล่านั้นไม่จำเป็นต้องมีเครื่องปฏิกรณ์ปราณูวิจัยเป็นของตัวเอง

ศูนย์เครื่องปฏิกรณ์ สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติได้เริ่มทำการทดลองเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์ และพัฒนาหลักสูตรเกี่ยวกับเครืองปฏิกรณ์ร่วมกับ Japan Atomic Energy Agency (JAEA) และ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย โดยใช้ระบบการถ่ายทอดโดยการควบคุมระยะไกล และ การใช้เทคโนโลยีเสมือนจริง ในการถ่ายทอดความรู้ และ การทดลองเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย เพื่อช่วยให้มั่นใจว่า นิสิตจากมหาวิทยาลัยจะได้รับการศึกษา และ การฝึกอบรมเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย โดยไม่ต้องเข้ามารับการฝึกอบรมที่สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ และ ทางมหาวิทยาลัยไม่จำเป็นต้องมีเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยเป็นของตัวเอง  ในการนี้ศูนย์เครื่องปฏิกรณ์ ได้ร่วมมือกับทางมหาวิทยาลัย ในการสนับสนุนหลักสูตรการฝึกอบรมเกี่ยวกับการทดลองเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยจากระยะไกล รวมทั้งมีการอำนวยความสะดวกในการทำงานร่วมกันระหว่าง JAEA และ มหาวิทยาลัย เพื่อเพิ่มการเข้าถึงเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยในการศึกษา และ เป็นแหล่งเรียนรู้

 เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย คือ เครื่องกำเนิดนิวตรอนเพื่อใช้นิวตรอนในการศึกษา และ การวิจัยส่วนใหญ่ซึ่งมีส่วนสำคัญในการศึกษา และ ฝึกอบรมผู้เชี่ยวชาญทางด้านนิวเคลียร์  เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย สามารถนำมาใช้ในการศึกษา และ การทำความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับ หลักการพื้นฐานของนิวเคลียร์ฟิสิกส์ ฟิสิกส์ของเครื่องปฏิกรณ์ ฟิสิกส์รังสี หลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ และ สามารถใช้เพื่อทำการทดลอง หรือ การสร้างแบบจำลองสถานการณ์ต่างต่าง ที่เกิดขึ้นกับเครื่องปฏิกรณ์ประเภทต่างๆ ได้อย่างปลอดภัย ซึ่งไม่สามารถทำการจำลอง หรือ การทดลองเหล่านี้ได้โดยเครื่องปฏิกรณ์กำลัง 

หลักสูตรการเรียนโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย ที่พัฒนาโดยความร่วมมือระหว่าง JAEA  มหาวิทยาลัย และ ศูนย์เครื่องปฏิกรณ์ เป็นแหล่งข้อมูลที่มีประโยชน์ที่จะช่วยเสริมสร้างการศึกษาและการฝึกอบรมที่เกี่ยวข้องกับเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย โดยหลักสูตรเหล่านี้มีหัวข้อต่างๆ เช่น: ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย การวิเคราะห์โดยการกระตุ้นด้วยนิวตรอน  เทคนิคการวิเคราะห์ทางนิวเคลียร์ การป้องกันอันตรายจากรังสี  ความปลอดภัยของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย และการทดลองที่เกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย 

การรั่วไหลของผลผลิตฟิชชั่น หรือ สารกัมมันตรังสีจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ หรือ เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย เป็นอุบัติการณ์ที่ทุกคนไม่พึงปรารถนา และ ไม่สามารถคาดเดาได้ รวมทั้งเป็นเหตุการณ์ที่ทุกคนไม่อยากให้เกิดขึ้น ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ที่แม่นยำในการตรวจสอบ และ ช่วยในการดูแลด้านความปลอดภัยของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ หรือ เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย โดยการตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอมีความจำเป็นอย่างมากสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ เพื่อให้แน่ใจว่าสภาพของเครื่องปฏิกรณ์มีความปลอดภัยต่อ ประชาชน
และ สิ่งแวดล้อม ในระหว่างการเดินเครื่องปฏิกรณ์  ด้วยเหตุนี้การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีขั้นสูง เช่น โดรน หรือ หุ่นยนต์ใต้น้ำ ในการตรวจสอบการรั่วไหลของผลผลิตฟิชชั่น หรือ สารกัมมันตรังสี จึงมีความสำคัญมากสำหรับความปลอดภัยทางนิวเคลียร์และรังสีของเครื่องปฏิกรณ์   ในปัจจุบันมีงานวิจัยที่ใช้โดรนในการเก็บตัวอย่างสิ่งแวดล้อมในอากาศ และ มีการใช้หุ่นยนต์ใต้น้ำในการดำเนินการตรวจวัดการรั่วไหลของผลผลิตฟิชชั่นจากแท่งเชื้อเพลิง การประยุกต์ใช้โดรน และ หุ่นยนต์ใต้น้ำ สามารถสำรวจหาผลผลิตฟิชชั่น และ สารกัมมันตรังสีที่รั่วไหลออกสู่บ่อปฏิกรณ์ หรือ สิ่งแวดล้อมได้อย่างแม่นยำ และ ถูกต้อง การตรวจสอบด้วยโดรนหรือหุ่นยนต์ใต้น้ำนี้สามารถทำได้อย่างสม่ำเสมอ และ ใช้การควบคุมระยะไกลได้ นอกจากนั้นยังสามารถรายงานผลการวัดได้แบบต่อเนื่อง โดยสามารถรายงานผลไปยังผู้ปฏิบัติงาน หรือ เจ้าหน้าที่ควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ได้อย่างรวดเร็ว โดยทั่วไปแล้วโดรน และ หุ่นยนต์ใต้น้ำที่ใช้ในการตรวจสอบด้านความปลอดภัยของเครื่องปฏิกรณ์สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างคล่องตัวโดยสามารถเคลื่อนที่ในแนวแกน x, y และ z และหมุนได้ 360 องศา หลักการทำงานของโดรน และ หุ่นยนต์ใต้น้ำ จะใช้กล้องและมีเซนเซอร์และหัววัดรังสีสำหรับตรวจจับการรั่วไหลของผลผลิตฟิชชั่น และ สารกัมมันตรังสี โดยหุ่นยนต์อยู่ในระยะที่กำหนด และจะทำการเชื่อมต่อกับการควบคุมระยะไกล รวมทั้งกำหนดเส้นทางในการตรวจสอบไว้ล่วงหน้าโดยมีระดับความแม่นยำในการระบุตำแหน่งสูง หลังจากที่ได้ข้อมูลจากการตรวจสอบจะส่งข้อมูลไปยังผู้ควบคุมโดรน หรือ หุ่นยนต์น้ำ ซึ่งการใช้เทคโนโลยีขั้นสูงนี้สามารถลดการได้รับรังสีของผู้ปฏิบัติงาน และ สามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการตรวจวัดการรั่วไหลของผลผลิตฟิชชั้น และ สารกัมมันตรังสีได้อย่างถูกต้องแม่นยำ  

เอกสารอ้างอิง 

1. Rafiuddin S.; Syaiful B., Azwar H.; Faizal A S.; and Hamdani H., Robaru, Mini Underwater Robot for Survey of Reactor, Preprints 2020, 2020100130 (doi: 10.20944/preprints202010.0130.v1).
2. Zhao, Y.; Fukuhara, M.; Usami, T.; Takada, Y., 2015, Performance of Very Small Robotic Fish Equipped with CMOS Camera. Robotics (ISSN 2218-6581), 4, 421-434. 
3. Piesing M., How do you make repairs inside a nuclear reactor?, https://www.bbc.com/future/aticle. 

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

1. https://public-blog.nrc-gateway.gov/
2. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/cadmium-sulfate
3. https://www.osti.gov/servlets/purl/4414200

เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย ก็คล้ายกับทุกสิ่งบนโลกนี้ ไม่ว่าจะเป็นเครื่องจักรกล เครื่องยนต์ หรือแม้แต่สิ่งมีชีวิตที่ต้อง เผชิญกับสภาพที่เสื่อมถอยลงไปตามกาลเวลา ในขณะสิ่งมีชีวิตหรือเครื่องจักรกลมีอายุมากขึ้น การท างานของอวัยวะ หรือ ส่วนประกอบต่างๆในระบบจะเริ่มช้าและเสื่อมลง เราจึงต้องมีการดูแล บ ารุงรักษา หรือบางครั้งอาจต้องมีการเปลี่ยนชิ้นส่วนที่ เสื่อมสภาพออก และใส่ชิ้นส่วนใหม่เข้าไปทดแทนเพื่อให้ระบบสามารถท างานได้ต่อไป ซึ่งการจัดการกับความเสื่อมสภาพของ เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยก็จะมีลักษณะที่คล้ายคลึงกัน หากจะมีข้อแตกต่างเพียงแค่การจัดการความเสื่อมของเครื่องปฏิกรณ์ฯนั้น  ต้องมีการวางแผนและจัดการให้เป็นระบบ เนื่องจากความซับซ้อนของระบบเครื่องปฏิกรณ์ฯที่มีมากกว่าระบบเครื่องจักรกลทั่วไป  แต่โดยพื้นฐานแนวคิดแล้วจะมีความคล้ายคลึงกัน 

ในปัจจุบัน แม้ว่าจ านวนเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยที่ยังด าเนินการอยู่ทั่วโลกจะมีปริมาณลดลง แต่อายุเฉลี่ยของเครื่อง ปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยทั้งหมดกลับเพิ่มมากขึ้น กว่า 2 ใน 3 ของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยที่ยังด าเนินการอยู่ในปัจจุบัน มีอายุ มากกว่า 30 ปีแล้ว ดังนั้น การจัดการกับความเสื่อมสภาพของระบบเครื่องปฏิกรณ์ฯ จึงเป็นสิ่งส าคัญ เพื่อสร้างความมั่นใจให้กับ สาธารณชนว่าเครื่องปฏิกรณ์ฯ จะยังคงสามารถด าเนินการได้อย่างปลอดภัย 

หลายคนอาจสงสัยว่า แล้วเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยแต่ละเครื่องนั้นจะมีอายุการใช้งานได้นานเท่าใด ซึ่งในความเป็น จริงแล้วผู้เชี่ยวชาญจากทบวงการปรมาณูระหว่างประเทศ (IAEA) ได้ให้ข้อมูลไว้ว่า อายุการใช้งานของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย เครื่องหนึ่งสามารถพิจารณาได้จากความจ าเป็นในการใช้ประโยชน์ของเครื่องปฏิกรณ์ฯนั้น และการจัดการให้ตัวระบบของเครื่อง ปฏิกรณ์ฯเองมีความสอดคล้องกับข้อก าหนดด้านความปลอดภัยในการด าเนินงานตามกฎหมายและข้อก าหนดของแต่ละประเทศ รวมไปถึงสอดคล้องกับมาตรฐานที่ยอมรับในระดับนานาชาติที่เป็นปัจจุบัน ซึ่งอุปกรณ์และระบบส่วนใหญ่ของเครื่องปฏิกรณ์ ปรมาณูวิจัยมีความเป็นไปได้ที่จะท าการเปลี่ยน หรือปรับปรุงให้มีความทันสมัยและสอดคล้องกับข้อก าหนดที่เพิ่มขึ้น อันเป็นปัจจัย ที่ท าให้สามารถยืดอายุการใช้งานเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยให้ยาวนานขึ้นได้ 

ความเสื่อมสภาพของระบบเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยสามารถแยกได้เป็น 2 ประเภท คือ 1) ความเสื่อมทางกายภาพ ซึ่ง เป็นความถดถอยทางกายภาพของตัวระบบเอง เช่น การสึกหรอของท่อ ปั๊มน้ า หรือการเสื่อมสภาพของโลหะและคอนกรีต และ 2)  ความล้าสมัยของระบบและอุปกรณ์ซึ่งส่วนใหญ่จะเกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ที่เกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ ระบบวัดและควบคุม และ ข้อก าหนดต่างๆ ทั้งนี้การจัดการกับความเสื่อมประเภทที่ 1 ท าได้โดยการเปลี่ยนอุปกรณ์ใหม่ทดแทนของเดิมที่เสื่อมสภาพ ในขณะ ที่การจัดการกับความเสื่อมประเภทที่ 2 ท าได้โดยการปรับปรุงระบบหรือแนวปฏิบัติให้มีความทันสมัย 

ส าหรับโครงการการจัดการความเสื่อมของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยนั้น วิธีที่ดีที่สุดคือ เริ่มท าตั้งแต่ขั้นตอนการ ออกแบบระบบ การเลือกใช้วัสดุในการก่อสร้างหรือผลิต การจัดสร้างโปรแกรมในการตรวจสอบสภาพระบบและวางแผนในการ เปลี่ยนอุปกรณ์ตามระยะเวลา โดยกระบวนการดังกล่าวเป็นการท างานเชิงรุกเพื่อป้องกันความผิดปกติที่อาจน าไปสู่การหยุด ด าเนินการโดยไม่คาดหมายของเครื่องปฏิกรณ์ฯ ทั้งนี้การจัดการป้องกันความเสื่อมสภาพเชิงรุกยังเป็นการสร้างความมั่นใจให้ 

สาธารณชนและผู้ปฏิบัติงานว่าเครื่องปฏิกรณ์ฯ สามารถด าเนินงานได้อย่างปลอดภัยต่อทั้งต่อผู้ปฏิบัติงาน สาธารณชน และ สิ่งแวดล้อม

ส าหรับเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย ปปว.-1/1 นั้น ได้มีโครงการจัดการความเสื่อมของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย ปปว.-1/1  ซึ่งได้ด าเนินงานมาตลอดระยะเวลาในการเดินเครื่องปฏิกรณ์ฯ ผ่านกระบวนการตรวจสอบระบบตามระยะ เช่น การตรวจสอบ อุปกรณ์ของระบบน้ าฉุกเฉินส าหรับเครื่องปฏิกรณ์ การเปลี่ยนอุปกรณ์ทดแทนที่มีความเสื่อมตามระยะเวลา เช่น การเปลี่ยน อุปกรณ์ระบบน้ าหล่อเย็นทุติยภูมิของเครื่องปฏิกรณ์ฯ หรือ การปรับปรุงระบบวัดและควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ฯ รวมถึงการปรับปรุง กระบวนการปฏิบัติงานอันเกี่ยวเนื่องกับเครื่องปฏิกรณ์ฯ ให้มีความทันสมัย เป็นต้น ซึ่งทั้งหมดนี้ สทน. ได้ด าเนินการเพื่อสร้างความ มั่นใจให้ทุกภาคส่วนว่า เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย ปปว.-1/1 สามารถด าเนินการได้อย่างปลอดภัยตามมาตรฐานของประเทศและ มาตรฐานสากล 

การตรวจสอบถังแรงดันน้ำโดยแผงควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ฯปปว.-1/1 (เก่า) แผงควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ฯ ปปว.-1/1 (ใหม่) วิธีการตรวจสอบแบบไม่ทำลาย 

เอกสารอ้างอิง 

1. Joanne Liou, Managing ageing research reactors to ensure safe, effective operations, IAEA Bulletin,  Research Reactor, IAEA, Vienna, November, 2019. 
2. International Atomic Energy Agency, Ageing Management for Research Reactors, IAEA Safety Standard,  Specific Safety Guide No. SSG-10, IAEA, Vienna, 2010.

เป็นเวลากว่า 6 ทศวรรษแล้วที่มนุษย์ได้มีการนำเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยมาใช้เป็นเครื่องมือในงานศึกษาวิจัยด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีขั้นสูง ทั้งในการทดสอบด้านวัสดุศาสตร์ ใช้ในการผลิตสารกัมมันตภาพรังสีซึ่งมีการนำไปใช้อย่างแพร่หลายทั้งในทางการแพทย์ และการนำไปใช้วิเคราะห์ปัญหาในงานอุตสาหกรรม ซึ่งสิ่งเหล่านี้ได้สร้างผลกระทบต่อทั้งทางด้านสังคมและเศรษฐกิจ อันจะนำไปสู่การพัฒนาที่ยั่งยืนในประเทศต่างๆ ทั่วโลก

นับจากการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยเครื่องแรกจนถึงปัจจุบัน มีการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยมาแล้วกว่า 800 เครื่องทั่วโลก โดยในปัจจุบันนี้ยังคงมีเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยที่ยังคงมีการใช้งานอยู่ทั่วโลกกว่า 200 เครื่องด้วยกัน เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นในช่วงปี ค.ศ. 1960 – 1980 ทำให้กว่าครึ่งหนึ่งของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยที่ยังคงใช้งานอยู่ในปัจจุบัน มีอายุการทำงานมานานกว่า 40 ปีแล้ว และที่น่าสนใจ คือ กว่า 70% ของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยเหล่านั้นมีอายุมากกว่า 30 ปี

เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยคืออะไร?
เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย คือ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กที่มีวัตถุประสงค์หลักในการผลิตนิวตรอนเพื่อนำไปใช้ประโยชน์ ซึ่งแตกต่างจากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูกำลังที่มีวัตถุประสงค์หลักเพื่อใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยส่วนใหญ่จะตั้งอยู่ในมหาวิทยาลัยหรือสถาบันวิจัย โดยกำลังชองเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยนั้น จะมีตั้งแต่ 0 MW ที่เรียกว่าเครื่องแบบ critical assembly จนถึงเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยขนาดใหญ่ ที่มีกำลังถึง 200 MW แต่อย่างไรก็ตาม โดยทั่วๆไปแล้วเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยจะมีกำลังต่ำกว่า 1 MW

การใช้ประโยชน์ของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย

นิวตรอนที่ได้จากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยนั้นได้ถูกนำไปใช้ประโยชน์ในการศึกษาวิจัยด้านวิทยาศาสตร์ ทั้งในระดับอะตอมและระดับจุลภาค นิวตรอนที่ผลิตได้ สามารถนำไปใช้ในการผลิตสารไอโซโทปรังสีเพื่อประโยชน์ในด้านต่างๆ เช่น ด้านการแพทย์ ด้านอุตสาหกรรม ด้านการเกษตร นิติเวชศาสตร์ ธรณีวิทยา และอื่นๆ 

นอกจากนี้เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยยังเหมาะที่จะนำมาใช้ในการศึกษาและฝึกอบรมเพื่อสร้างความเชี่ยวชาญให้กับบุคคลากรที่ปฏิบัติงานกับเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูในด้านต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น เจ้าหน้าที่เดินเครื่องปฏิกรณ์ เจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุงระบบ เจ้าหน้าที่กำกับดูแล นักเรียน นักศึกษา และนักวิจัย
ตัวอย่างการใช้ประโยชน์จากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยที่มีการใช้อย่างแพร่หลาย เช่น

การกระเจิงของนิวตรอน (Neutron scattering) เป็นเทคนิคที่ใช้ในการศึกษาโครงสร้างและพฤติกรรมของของแข็ง โดยอาศัยการเปลี่ยนแปลงพลังงานและคุณสมบัติอื่นบางประการของนิวตรอนเมื่อมีการทำอันตรกิริยากับอะตอมในวัตถุ ซึ่งมีประโยชน์อย่างมากในการศึกษาทำความเข้าใจเกี่ยวกับกระบวนการในระดับโมเลกุล เช่น การซ่อมแซมตัวเองของเซลล์กระดูก การศึกษาเกี่ยวกับโปรตีนในสมอง เป็นต้น

การวิเคราะห์วัสดุ (Analyzing materials) โดยทั่วไปจะใช้เทคนิคการวิเคราะห์วัสดุด้วยนิวตรอนควบคู่กับการวิเคราะห์วัสดุด้วยรังสีเอ็กซ์ เนื่องจากนิวตรอนจะมีความไวต่อธาตุที่เบา ในขณะที่รังสีเอ็กซ์จะมีความไวต่อธาตุหนัก ดังนั้นข้อมูลที่ได้จากทั้งสองเทคนิค จะทำให้การวิเคราะห์วัสดุมีข้อมูลและความละเอียดมากยิ่งขึ้น นอกจากนี้นิวตรอนยังสามารถนำมาใช้ในการวิจัยและพัฒนาด้านวัสดุศาสตร์ ทั้งการพัฒนาวัสดุที่ใช้ในงานอิเลกทรอนิกส์ การแพทย์ อวกาศ และในโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ เป็นต้น

การตรวจสอบโดยไม่ทำลาย (Non-destructive testing) เนื่องจากเทคนิคการวิเคราะห์วัสดุด้วยนิวตรอนสามารถจำแนกวัตถุที่ทำมาจากวัสดุต่างชนิดกันได้ จึงทำให้สามารถใช้เทคนิคดังกล่าวมาช่วยในการตรวจสอบองค์ประกอบของวัตถุโบราณได้

การอาบรังสีนิวตรอน (Neutron irradiation) สามารถสร้างวัสดุใหม่ทีมีคุณสมบัติที่มีประโยชน์ตามที่ต้องการได้ เช่น การอาบรังสีนิวตรอนเพื่อเปลี่ยนซิลิกอนให้เป็นวัสดุกึ่งตัวนำ (semiconductor) หรือการเปลี่ยนธาตุที่เสถียรให้เป็นสารกัมมันตรังสี เพื่อนำไปใช้ในด้านการวินิจฉัยและรักษาโรคในทางการแพทย์ เป็นต้น

เรียบเรียงเนื้อหาบางส่วนจาก Exploring Research Reactors and Their Use, IAEA Bulletin, Aug 4, 2020

อย่างไรก็ตาม ในการใช้เรซินเพื่อผลิตน้ำบริสุทธ์ไปในระยะเวลาหนึ่ง เรซินจะลดขีดความสามารถในการแลกเปลี่ยนไอออนจนหมดความสามารถในการแลกเปลี่ยนไอออนในที่สุด เนื่องจากไอออนอิสระในเรซิน ถูกแลกเปลี่ยนกับไอออนอื่นในน้ำจนหมดจึงต้องมีการทำให้เรซินกลับมาคืนสภาพ กระบวนการดังกล่าว เรียกว่าการทำรีเจอเนอเรชัน (Regeneration) ให้กับเรซินโดยเป็นการไล่ไอออนในเรซินที่แลกมาจากน้ำและเติมไอออนอิสระกลับให้กับเรซิน เรซินแบบด่างที่ทำหน้าที่กำจัดไอออนลบ สามารถรีเจอเนเรตด้วยโซดาไฟ ส่วนเรซินแบบกรดที่ทำหน้าที่กำจัดไอออนบวกออกจากน้ำ สามารถรีเจอเนอเรตด้วยกรดเกลือ หรือ กรดกำมะถัน หลังจากการรีเจอเนอเรชันแล้ว เรซินก็จะกลับคืนสู่สภาพเดิมและสามารถแลกเปลี่ยนไอออนให้กับน้ำเพื่อผลิตน้ำบริสุทธ์ได้ต่อไปอีก

จนถึงปัจจุบัน จึงนับได้ว่า อุตสาหกรรมด้านพลังงานนิวเคลียร์ของโลก มีอายุมาได้ 5 ทศวรรษแล้ว โดยมีการพัฒนาและปรับปรุง ด้านเทคโนโลยีของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มาเป็นลำดับ ถึงตอนนี้ ก็ยังต้องพัฒนาและปรับปรุงต่อไป เพื่อรองรับสถานการณ์ด้านพลังงานของโลก โดยเฉพาะในอีก 5-20 ปีข้างหน้า ที่เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ (fossil fuels) กำลังมีราคาสูงขึ้นและเริ่มจะขาดแคลน โดยพลังงานนิวเคลียร์จะต้องมีราคาลงถูก และในขณะเดียวกันก็ต้องมีความปลอดภัยสูงขึ้น สามารถตอบปัญหาเรื่องกากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ได้ดีขึ้น รวมทั้งต้องมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุดอีกด้วย คำตอบจึงอยู่ที่พัฒนาการของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ที่สามารถตอบสนองกับปัญหาเหล่านี้ได้ พัฒนาการของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์นั้น สามารถแบ่งได้ ตามที่กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา (U.S. Department of Energy) และอุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ ภายในประเทศสหรัฐอเมริกา ได้จำแนกประเภทการออกแบบ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ออกเป็นชั่วรุ่น หรือ ยุค (generations) ซึ่งแต่ละยุค ได้รวมเอาวิวัฒนาการ ของการปรับปรุง ที่มีแนวคิดเชิงปฏิวัติ ที่ทำให้เทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เจริญก้าวหน้าต่อไปข้างหน้าได้ ยุคที่ 1 (Generation I) เป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เชิงพาณิชย์ต้นแบบที่ทยอยออกมาใช้ในช่วงทศวรรษ ค.ศ. 1950 และ 1960 ในประเทศรัสเซียและประเทศอังกฤษส่วนใหญ่เป็นแบบหน่วงความเร็วนิวตรอนด้วยแกรไฟต์ แต่ในประเทศสหรัฐอเมริกาซึ่งในขณะนั้นแทบจะผูกขาดยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ (enriched uranium) แต่ผู้เดียว ฝ่ายทหารโดยเฉพาะกองทัพเรือได้พัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบน้ำอัดความดัน (pressurized water reactor หรือ PWR) สำหรับใช้กับเรือดำน้ำ เครื่องแบบนี้หน่วงความเร็วนิวตรอนได้ด้วยน้ำธรรมดา หรือทางวิชาการเรียกว่าน้ำมวลเบา (light water หรือ H2O) จึงมีชื่อเรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบน้ำมวลเบา (light-water reactor หรือ LWR) มีเครื่องต้นแบบชื่อว่า Mark-1 ซึ่งนำแบบไปสร้างเป็นเครื่องสาธิตเครื่องแรกที่เมือง ชิปปิงพอร์ต (Shippingport) มลรัฐเพนซิลเวเนีย มีกำลังผลิต 90 เมกะวัตต์ไฟฟ้า และใช้งานตั้งแต่ปี ค.ศ. 1957 ถึง 1982 ส่วนเครื่องแรกที่เป็นเชิงพาณิชย์สร้างโดยบริษัทเวสติงเฮาส์ มีชื่อว่า Yankee Rowe มีขนาด 250 เมกะวัตต์ไฟฟ้า เริ่มเดินเครื่องเมื่อปี ค.ศ. 1960 และใช้มาจนถึงปี ค.ศ. 1992 ในขณะเดียวกันห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอนน์ (Argonne National Laboratory) ก็ได้พัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบน้ำเดือด (boiling water reactor หรือ BWR) ขึ้นมา เครื่องต้นแบบมีชื่อว่า Vellecitos เดินเครื่องระหว่างปี ค.ศ. 1957-1963 และ เจเนอรัลอิเล็กทริก ได้นำไปออกแบบสร้างในเชิงพาณิชย์เป็นเครื่องแรก ชื่อว่า Dresden-1 มีขนาด 250 เมกะวัตต์ไฟฟ้า เริ่มเดินเครื่องตอนต้นทศวรรษ ค.ศ. 1960 ซึ่งทั้ง PWR และ BWR นี้เองที่แพร่ขยายไปทั่วโลกและจัดเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ของยุคที่ 2 นิวเคลียร์ประเภทนี้ 26 เครื่อง และเลิกสร้างขึ้นใหม่ไปตั้งแต่ปี ค.ศ. 1963 โดยหันมาพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูงแบบระบายความร้อนด้วยแก๊ส (Advanced Gas-cooled Reactor หรือ AGR) ซึ่งใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียมออกไซด์เสริมสมรรถนะ ก่อนที่จะมายอมรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบน้ำมวลเบาคือ PWR และ BWR ของสหรัฐอเมริกา เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ของยุคที่ 1 นี้ ปัจจุบันทั่วโลกยังคงมีเหลือใช้งานอยู่ 8 เครื่องในประเทศอังกฤษเพียงประเทศเดียวเท่านั้น ประเทศฝรั่งเศสเริ่มต้นแบบเดียวกับในประเทศอังกฤษ กล่าวคือ เป็นเทคโนโลยีที่ใช้การหล่อเย็น ด้วยแก๊สและหน่วงความเร็วนิวตรอนด้วยแกรไฟต์คล้ายกับ Magnox ก่อนจะเปลี่ยนไปพัฒนา PWR จนมีเทคโนโลยีจัดอยู่ในแนวหน้า และเป็นผู้ผลิตเชื้อเพลิงยูเรเนียมเสริมสมรรถนะรายใหญ่ของโลก

ยุคที่ 2 (Generation II) เป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในเชิงพาณิชย์ที่เริ่มพัฒนามาตั้งแต่ในยุคที่ 1 และทยอยออกมาใช้ในช่วงทศวรรษ ค.ศ. 1970 และ 1980 และยังมีการใช้งานกันอยู่ในปัจจุบันนี้ ในยุคที่ 2 นี้ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ไม่ได้มีจำกัดอยู่ในประเทศผู้บุกเบิกด้านนิวเคลียร์ แต่มีกระจายทั่วไปในยุโรปเช่น ฝรั่งเศส เยอรมัน และอิตาลี ในยุโรปตะวันออกซึ่งได้เทคโนโลยีมาจากรัสซีย รวมทั้งในเอเชีย เช่น ญี่ปุ่น ไต้หวัน เกาหลี และอินเดีย เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในยุคที่ 2 ถ้าเป็นในยุโรปตะวันออกที่ได้อิทธิพลจากรัสเซีย ส่วนใหญ่จึงเป็นแบบ RBMK นอกนั้นส่วนใหญ่จะเป็น LWR ซึ่งมี 2 แบบ คือ PWR (ร้อยละ 65 ทั่วโลก) และ BWR (ร้อยละ 23 ทั่วโลก) และอีกแบบหนึ่งก็คือ HWR หรือ CANDU ของแคนาดา ยุคที่ 3 (Generation III) เป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ปรับปรุงจากยุคที่ 2 นำมาออกแบบใน 2 แนวทาง โดยแนวทางแรก เป็นการออกแบบ ที่เน้นด้านความปลอดภัยเชิงแพสซิฟ เรียกว่า การออกแบบเชิงแพสซิฟ (passive-design) ซึ่งหากเกิดความผิดปกติระหว่างเดินเครื่องแล้ว ไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ หรือเครื่องมือ ไปสั่งหรือควบคุมแก้ไขเหตุการณ์ แต่จะใช้หลักธรรมชาติ เช่น ความโน้มถ่วง (gravity) การพาแบบธรรมชาติ (natural convection) หรือความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง (resistance to high temperature) มาทำให้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ หยุดการทำงานได้เอง เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ชนิดนี้ก็เช่น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่น AP-600 (AP คือ advanced passive) ที่เวสติงเฮาส์พัฒนาขึ้น และได้รับอนุญาตให้ใช้งานได้แล้วในสหรัฐอเมริกา

ในอีกแนวทางหนึ่ง เป็นการออกแบบเชิงก้าวหน้าหรือขั้นสูง (advanced design) เน้นการพัฒนาศักยภาพ ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ที่มีใช้อยู่ให้สูงขึ้นมากที่สุด ซึ่งบางทีก็ผนวกเอาการออก แบบเชิงแพสซิฟเข้าไว้ด้วย การออกแบบเชิงก้าวหน้าหรือขั้นสูงนั้นก็เช่น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขั้นสูงแบบน้ำเดือด (advanced boiling water reactor หรือ ABWR) และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขั้นสูง แบบน้ำอัดความดัน (advanced pressurized water reactor หรือ APWR)

ประเทศญี่ปุ่นสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ของยุคที่ 3 เครื่องแรกออกมาใช้งานเมื่อปี ค.ศ. 1996 เป็นแบบ ABWR มีชื่อว่า Kashiwazaki-Kariwa 6 และมีขนาด 1,350 เมกะวัตต์ไฟฟ้า เครื่องที่ 2 เปิดใช้ในปีเดียวกัน เครื่องที่ 3 เพิ่งเปิดใช้เมื่อปี ค.ศ. 2004 นี้เอง และขณะนี้ กำลังอยู่ระหว่างก่อสร้างอีกหลายเครื่อง ทั้งในประเทศญี่ปุ่นเองและในประเทศไต้หวัน

รัสเซียโดยรัฐวิสาหกิจที่มีชื่อว่า Gidropress ได้พัฒนา APWR ผสมผสานกับ การออกแบบความปลอดภัยเชิงแพสซิฟเรียกว่ารุ่น V-392 (advanced VVER-1000) มีขนาด 1,000 เมกะวัตต์ไฟฟ้า จะสร้างไว้ที่เมือง Novovoronezh และอีกเครื่องหนึ่งกำลังสร้างอยู่ในประเทศอินเดีย อีกรุ่นคือ VVER-91 รุ่นนี้ใช้ระบบควบคุมของทางโลกตะวันตก และกำลังก่อสร้างในประเทศจีนจำนวน 2 เครื่องที่เมืองเจียงซูและเทียนวาน และกำลังแข่งประมูลที่ประเทศฟินแลนด์ ล่าสุด Gidropress กำลังพัฒนารุ่น V-448 หรือ VVER-1500 สำหรับทดแทนเครื่องที่เมือง Leningrad และ Kurst คาดว่าจะออกแบบเสร็จในปี ค.ศ. 2007 และเครื่องแรกจะเริ่มดำเนินการได้ในปี ค.ศ. 2012 หรือ 2013

ในยุโรปมีมาตรฐานยูโรร่วมกัน ซึ่งเน้นให้มีความปลอดภัยสูงมาก โดยมีฝรั่งเศสกับเยอรมนีเป็นหัวเรือใหญ่ และมีการออกแบบอยู่ 4 แบบ ๆ แรก บริษัท Framatome ของฝรั่งเศสได้พัฒนาเครื่องขนาดใหญ่ (1,600-1750 MWe) มีชื่อเรียกว่า European pressurized water reactor (EPR) ปรับปรุงจากรุ่น N4 ของฝรั่งเศสและ Konvoi ของเยอรมนี ให้ผลิตไฟฟ้าได้ถูกลงกว่า N4 ถึง ร้อยละ 10 และมีประสิทธิภาพอุณหภาพ (thermal efficiency คือความสามารถที่จะแปลงพลังงานความร้อน ไปเป็นพลังงานรูปอื่น เช่น พลังงานกล ได้มากน้อยเพียงใด) สูงสุดถึงร้อยละ 36 ซึ่งสูงกว่า LWR ใด ๆ ที่เคยมีมา โดยเครื่องแรกจะสร้างที่เมือง Olkiluoto ประเทศฟินแลนด์ และเครื่องที่ 2 ที่เมือง Flamanville ในฝรั่งเศสเอง

แบบที่ 2 ของยุโรปนั้น Framatome ร่วมกับเยอรมนี มีชื่อว่า SWR 1000 เป็น advanced BWR ขนาด 1,000 ถึง 1,290 เมกะวัตต์ไฟฟ้า เป็นแบบที่ผนวกเอาการออกแบบเชิงแพสซิฟไว้ด้วย และพร้อมออกสู่ตลาดแล้ว ในแบบที่ 3 เจเนอรัลอิเล็กทริกได้นำ ABWR มาพัฒนาเป็น European Simplified Boiling Water Reactor ขนาด 1,390 เมกะวัตต์ไฟฟ้าซึ่งเพิ่มเติมความปลอดภัยเชิงแพสซิฟไว้เช่นกัน เครื่องรุ่นนี้รู้จักกันในชื่อว่า Economic & Simplified BWR (ESBWR) แบบที่ 4 เป็นของเวสติงเฮาส์ร่วมกับกลุ่มสแกนดิเนเวียกำลังพัฒนา BWR อยู่ในขณะนี้ สำหรับที่ประเทศแคนาดาก็ยังคงยึดมั่นกับแนวทางแคนดูโดยมีการปรับปรุงมาโดยตลอด CANDU-6 เป็นรุ่นล่าสุดและปัจจุบันมีใช้ในประเทศจีน รุ่นนี้เป็นรุ่นต้นแบบที่ใช้พัฒนาไปสู่ยุคที่ 3 ซึ่งออกแบบไว้ 2 แบบคือ CANDU-9 และ Advanced Candu Reactor (ACR) CANDU-9 จะมีขนาด 925-1,300 เมกะวัตต์ไฟฟ้า สามารถใช้เชื้อเพลิงได้หลากหลายตั้งแต่ยูเรเนียมธรรมชาติ ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำที่สกัดจากเชื้อเพลิงใช้แล้วของ PWR หรือใช้เชื้อเพลิงออกไซด์ผสม (mixed oxide fuel หรือ MOX ซึ่งมียูเรเนียมผสมกับพลูโทเนียม) หรือแม้แต่ใช้เชื้อเพลิงใช้แล้วของ PWR โดยตรงก็ยังได้ นอกจากนี้ยังอาจปรับให้ใช้พลูโทเนียมที่ใช้ทางทหารหรือธาตุแอกทิไนด์ที่สกัดจากกากของ PWR หรือ BWR ก็ได้ด้วย ACR จัดเป็นแคนดูในรุ่นที่ 3 ที่มีแนวคิดเชิงนวัตกรรมสูง คือยังคงใช้น้ำมวลหนักที่ความดันต่ำเป็นตัวหน่วงความเร็วนิวตรอน แต่เพิ่มคุณลักษณะบางอย่างของ PWR เข้าไป เช่น การหล่อเย็นด้วยน้ำธรรมดา แกนแท่งเชื้อเพลิงที่เล็กลงทำให้ลดค่าใช้จ่ายลงได้ และการเดินเครื่องที่อุณหภูมิที่สูงขึ้นและความดันของตัวหล่อเย็นที่สูงขึ้นก็ทำให้ประสิทธิภาพอุณหภาพสูงขึ้นด้วย เช่น โครงการเครื่องรุ่น ACR-700 ซึ่งมีขนาด 750 เมกะวัตต์ไฟฟ้า ซึ่งเมื่อเทียบกับ CANDU-6 แล้ว มีขนาดเล็กกว่ากันมาก ใช้งานง่ายกว่า ประสิทธิภาพสูงกว่า และราคาค่าก่อสร้างยังถูกกว่าถึงร้อยละ 40 คือประมาณ 1,000 ดอลลาร์อเมริกันต่อกิโลวัตต์ไฟฟ้า นอกจากนี้ยังพ่วงด้วยการออกแบบด้านความปลอดภัยเชิงแพสซิฟ และยังใช้การประกอบเป็นชิ้นส่วนไว้ล่วงหน้า เรียกว่า มอดูล (module) สำหรับนำไปประกอบภายหลัง วิธีนี้ช่วยลดเวลาก่อสร้างลงได้ 3 ปี โครงการนี้คาดว่าจะเสร็จสิ้นได้ภายในปี ค.ศ. 2005 ขณะเดียวกันก็กำลังพัฒนารุ่น ACR-1000 ซึ่งมีขนาด 1,100-1,200 เมกะวัตต์ไฟฟ้า ซึ่งแต่ละมอดูลจะมีขนาด 2.5 เมกะวัตต์ไฟฟ้า คาดว่าจะเริ่มใช้งานได้ในปี ค.ศ. 1914 ที่เมืองออนแทรีโอ นอกจากนี้ก็ยังมีรุ่น CANDU X ที่จะประสิทธิภาพอุณหภาพสูงถึงร้อยละ 40 และคาดว่าจะพร้อมในเชิงพาณิชย์ในปี ค.ศ. 2020 อินเดียกำลังพัฒนา AHWR ขนาด 300 เมกะวัตต์ไฟฟ้า หน่วงความเร็วนิวตรอนด้วยน้ำมวลหนักที่ความดันต่ำ หล่อเย็นด้วยน้ำธรรมดา และที่แตกต่างจากประเทศอื่นๆ ก็คือ อินเดียพัฒนาทอเรียมเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิง

ยุคที่ 3+ (Generation III+)
เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่จะมีใช้ในอนาคตตั้งแต่ประมาณปี ค.ศ. 2010 เป็นแบบที่พัฒนากันมาตั้งแต่ช่วงทศวรรษปี ค.ศ. 1990 และในปัจจุบันยังอยู่ในขั้นออกแบบและทดลองใช้งานอยู่ มีคุณลักษณะเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ระบายความร้อนด้วยแก๊สอุณหภูมิสูง (High-Temperature Gas-Cooled) ซึ่งสามารถใช้เชื้อเพลิงที่มีทอเรียมเป็นพื้นฐานได้ เช่น ยูเรเนียมสมรรถนะสูง (high-enriched uranium หรือ HEU) กับทอเรียม ยูเรเนียม-233 กับทอเรียม และพลูโทเนียมกับทอเรียมก็ได้
เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ยุค 3+ ได้แก่ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มอดุลาร์แบบถังกรวด (pebble-bed modular reactor หรือ PBMR) เป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบหล่อเย็นด้วยแก๊ส ซึ่งจะมีประสิทธิภาพอุณหภาพสูงมากถึงร้อยละ 42 เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่น AP-1000 ของเวสติงเฮาส์ซึ่งเน้นการออกแบบด้านความปลอดภัยเชิงแพสซิฟ (เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทั้ง 2 แบบนี้ยังไม่ได้รับอนุญาตให้ใช้งานได้ในสหรัฐอเมริกา) และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฮีเลียมมอดุลาร์แบบกังหันแก๊ส (Gas Turbine-Modular Helium Reactor GT-MHR) อนึ่ง คุณลักษณะที่สำคัญในเครื่องปฏิกรณ์ยุค 3+ ก็คือ การออกแบบเป็นมอดูล ที่ทำให้ต้นทุนต่ำลงและใช้เวลาก่อสร้างสั้นลงมาก ซึ่งคุณลักษณะประการนี้ กับการออกแบบเชิงแพสซิฟน่าจะเป็นแนวทางสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในยุคที่ 4 ต่อไป

การพัฒนา PBMR ก้าวหน้าที่สุดในประเทศแอฟริกาใต้โดยการร่วมทุนของกลุ่มรวมธุรกิจที่มี ESKOM กับ South African Industrial Development Corporation และ British Nuclear fuels (BNFL)โดยดึงความเชี่ยวชาญมาจากประเทศเยอรมนีด้วย การออกแบบ PBMR มีการก้าวกระโดดในด้านความปลอดภัย เศรษฐศาสตร์ และการต่อต้านการแพร่ขยายอาวุธนิวเคลียร์ PBMR มีจะขนาดเพียง 1 ใน 6 ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน ค่าก่อสร้างสำหรับคลัสเตอร์ที่มี 8 หน่วย (แต่ละหน่วยมีขนาด 165 เมกะวัตต์ไฟฟ้า) คาดว่าอยู่ที่ 1,000 ดอลลาร์อเมริกันต่อกิโลวัตต์ และค่าผลิตกระแสไฟฟ้าจะต่ำกว่า 3 เซนต์อเมริกันต่อหน่วย (1 กิโลวัตต์-ชั่วโมง) เครื่องสาธิตจะลงมือสร้างในปี ค.ศ. 2006 และจะพร้อมในเชิงพาณิชย์ในปี ค.ศ. 2010 นอกจากประเทศแอฟริกาใต้แล้ว เยอรมนีกับจีน และมหาวิทยาลัยของสหรัฐอเมริกาและจีน ก็กำลังวิจัยและพัฒนา PBMR อยู่เช่นกัน โดยจะออกแบบให้มีขนาดเล็ก และใช้งานง่ายชนิดที่เรียกว่า แทบจะใช้ได้ทันทีเพียงแค่เสียบปลั๊กเท่านั้น

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์อีกแบบหนึ่งที่พัฒนามาตั้งแต่ในยุคที่ 1 ก็คือ เครื่องปฏิกรณ์แบบผลิตเชื้อเพลิงหรือ FBR มีทดลองใช้พอสมควรอยู่ในประทศต่างๆ เช่น Superphenix ของฝรั่งเศส Monju ของญี่ปุ่น BN-600 ของรัสเซีย ในปัจจุบันไม่ค่อยเป็นที่สนใจนักในประเทศต่าง ๆ เนื่องจากมีค่าก่อสร้างสูงมาก จึงไม่คุ้มค่าในทางเศรษฐศาสตร์สำหรับราคาเชื้อเพลิงยูเรเนียมในปัจจุบันที่มีราคาถูก และคาดว่าราคาจะไม่สูงขึ้นมากแม้ในอนาคตอันไกลข้างหน้า ยกเว้นก็แต่ในประเทศอินเดียที่ยังคงสนใจอยู่ เพราะเกี่ยวข้องกับโครงการใช้เชื้อเพลิงจากทอเรียมที่มีอุดมสมบูรณ์มากในอินเดีย

ยุคที่ 4 (Generation IV) เป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่จะมีใช้กันได้ในอนาคตน่าจะตั้งแต่ประมาณปี ค.ศ. 2030 โดยเป็นที่คาดหวังกันว่าจะมีความประหยัดสูง รวมไว้ด้วยสมรรถนะด้านความปลอดภัย มีกากเชื้อเพลิงน้อยที่สุด และปลอดจากการนำไปใช้ในการแพร่ขยายอาวุธนิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ยุคที่ 4 ที่กำลังพัฒนามีความก้าวหน้าที่สุดได้แก่ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในโครงการไอริส (International Reactor Innovative & Secure หรือ IRIS) ซึ่งเป็น LWR แบบที่รวมความก้าวหน้าทางวิศวกรรมที่จะเพิ่มสมรรถนะด้านความปลอดภัยและลดค่าใช้จ่ายด้านการเดินเครื่องเอาไว้ อีกโครงการหนึ่งเป็นของทบวงการปรมาณูระหว่างประเทศ (IAEA) มีชื่อว่า อินโปร (INPRO หรือ International Project) ซึ่งมีเป้าหมายให้ความช่วยเหลือแก่ประเทศกำลังพัฒนา โดยมีความร่วมมือหลักกับประเทศรัสเซีย เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ยุคที่ 4 อีกแบบหนึ่ง ได้แก่ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฮีเลียมมอดุลาร์แบบกังหันแก๊ส (gas turbine modular helium reactor หรือ GT-MHR) ซึ่งมีคุณลักษณะด้านความปลอดภัยเชิงแพสซิฟและหล่อเย็นด้วยแก๊ส สหรัฐอเมริกาโดยบริษัท General Atomics (GA) ร่วมกับ Minatom ของรัสเซีย และ Fuji ของญี่ปุ่น ได้ออกแบบ GT-MHR ขนาดใหญ่ โดยจะสร้างเป็นมอดูล และแต่ละมอดูลมีขนาด 285 เมกะวัตต์ไฟฟ้าซึ่งใช้ขับกังหันแก๊ส โดยจะมีประสิทธิภาพอุณหภาพสูงมากถึงร้อยละ 48 ในระยะแรกเชื้อเพลิงจะใช้พลูโทเนียมบริสุทธิ์จากอาวุธนิวเคลียร์เดิมของรัสเซีย คาดว่าจะมีค่าก่อสร้างต่ำกว่า 1,000 ดอลลาร์อเมริกันต่อกิโลวัตต์ และค่าผลิตกระแสไฟฟ้า 2.9 เซนต์อเมริกันต่อหน่วย เรียบเรียงจาก Minatom Shuts Down World’s First Nuclear Reactor โดย Charles Digges (http://www.bellona.no/en/international/russia/npps/24072.htm) Four Generations of Reactors จากเว็บไซต์ของ Nuclear Energy Institute (NEI) (http://www.nei.org) Advanced Nuclear Power Reactors และ Outline History of Nuclear Energy จากเว็บไซต์ของ Uranium Information Centre (ดูใน Briefing Paper) (http://www.uic.com.au/) South Africa’s Nuclear Model โดย Tom Ferreira (http:www.pbmr.com)

ยกมือขึ้น ใครคิดว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะปลอดภัยหรือไม่ ?

        ก่อนที่จะเกิดแผ่นดินไหวและคลื่นยักษ์สึนามิที่ญี่ปุ่นเมื่อวันที่ 11 มีนาคม 2554 การสำรวจความคิดเห็นพบว่า คนส่วนใหญ่คิดว่ามันเป็นเช่นนั้น คือ ปลอดภัย แต่จากการรั่วซึมและการแผ่รังสี ที่เป็นผลกระทบจากกรณีโรงไฟฟ้า นิวเคลียร์ ฟุกุชิมะ โลกก็ดูเหมือนจะเปลี่ยนความเห็นทันทีไปในทางตรงกันข้าม

 เชื้อเพลิงฟอสซิลกำลังจะหมดไปและเราต้องการพลังงานที่มีความปลอดภัย สะอาด และราคาไม่แพงสำหรับ มนุษย์รุ่นปัจจุบันและในอนาคต แต่นั่นมันเป็นเพียงความฝันที่เป็นไปไม่ได้ แต่ความฝันนี้มันจะเป็นจริงได้อย่างไร อาจมี คำตอบจากพลังงานนิวเคลียร์ที่จนกระทั่งบัดนี้เราสนใจมันน้อยมาก ใช่แล้วตำตอบคือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทอเรียม
เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทอเรียมแตกต่างโดยสิ้นเชิงกับโรงไฟฟ้าที่ฟุกุชิมะ มันไม่มีกากกัมมันตรังสีที่มีอายุยาวนาน เป็นพันปี มันจะไม่มีวิกฤตการณ์แบบเชอร์โนบิลที่เกิดการหลอมละลายของเชื้อเพลิง และมันไม่สามารถที่จะใช้เพื่อกิจการ ในการทำระเบิดปรมาณู ที่จริงเรารู้จักมันมากกว่าห้าสิบปีแล้ว ว่าเป็นซุูเปอร์เทคโนโลยีสีเขียวที่ทรงประสิทธิภาพ

ฟุกุชิมะ วิกฤตการณ์ที่ไม่อยากให้เกิดขึ้นอีก

เทคโนโลยีทอเรียมถูกเก็บงำไว้ในช่วงปี 1970 – 1979 ด้วยเหตุผลทางด้านการเมืองและเศรษฐกิจ ทั้งที่จริงแล้ว มันควรจะได้รับการสนับสนุน ถ้ามีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทอเรียม วิกฤตการณ์ที่ฟุกุชิมะจะแตกต่างออกไป อย่างสิ้นเชิง

           ทำไมเราจึงไม่เคยได้ยินเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทอเรียมมาก่อนหน้านี้ ? เป็นเรื่องเศร้าแต่จริงก็คือ ระเบิดปรมาณู คือแรงผลักดันที่เป็นเบื้องหลังทั้งหมด

ประวัติโดยสังเขปของพลังงานนิวเคลียร์
           ย้อนหลังไปเมื่อปี 1950 – 1959 เป็นช่วงกำเนิดของพลังงานอะตอม นักวิจัย และวิศวกรได้คิดค้นกันอย่างหนัก หลาย ๆ วิธีการเพื่อที่จะหาแหล่งกำเนิดพลังงานใหม่ หาวิธีการต่าง ๆ หลาย ๆ พันวิธีการ เพื่อที่จะทำให้อะตอมแบ่งแยก ออกเป็นสองส่วน และได้ค้นพบว่าสิ่งนั้นคือเชื้อเพลิงของแข็งยูเรเนียมที่ใช้กับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ซึ่งมันก็ไม่ได้เป็น การออกแบบที่ดีที่สุด

ทำไมจึงเลือกการออกแบบที่เลว
            ในช่วงต้นปี 1950 – 1959 กองทัพสหรัฐอเมริกาต้องการที่จะได้ระเบิดนิวเคลียร์ วิธีการที่จะได้มาที่ดีที่สุด และเร็วที่สุดก็คือ การสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ยูเรเนียม เพื่อจะได้มาซึ่งวัสดุในการทำระเบิด นั่นคือ พลูโทเนียม-239 (Pu-239) ซึ่งเป็นผลผลิตจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ยูเรเนียม และต้องการการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เพื่อใช้ในการขับเคลื่อนเรือดำน้ำพลังนิวเคลียร์ ซึ่งเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ยูเรเนียมลงตัวพอดีกับความประสงค์ ทั้งนี้ไม่สนใจว่า เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ยูเรเนียมจะมีแนวโน้มที่จะเกิดความร้อนมากเกินไป และแร่ยูเรเนียมที่ได้มา ก็ต้องอาศัยมาจากหิน ที่ต้องมาจากการทำเหมืองแร่ที่ต้องพิถีพิถันในการทำเหมือง และการทำให้บริสุทธิ์ ทั้งนี้เพราะ มีวาระซ่อนเร้นที่ใหญ่เหนือกว่านั้น

ขณะนี้เป็นที่รู้กันแล้วและนักนิวเคลียร์ฟิสิกส์ตอนนี้ก็รู้แล้วว่า มันดีกว่า ปลอดภัยกว่า และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ในการที่จะแบ่งแยกอะตอมออกเป็นสองส่วน นั่นคือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เชื้อเพลิงเหลวทอเรียม

ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับสิ่งที่ดีของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทอเรียม

• ปลอดภัย เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เช่นเดียวกับที่ฟุกุชิมะต้องมีการiะบายความร้อนตลอดเวลา แม้แต่ในช่วง ที่หยุดเดินเครื่อง จะเกิดการหลอมละลายของเชื้อเพลิงถ้าระบบระบายความร้อนล้มเหลว และเชื้อเพลิงยูเรเนียม ในแกนเครื่องมีการสระสมความร้อนมากเกินไป แต่ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทอเรียม การหลอมละลายของ แกนเครื่องจะเป็นไปไม่ได้เลย เมื่อหยุดการเดินเครื่องปฏิกริยาต่างๆก็หยุดเช่นกัน
• มีราคาถูก ในขณะนี้ ทอเรียมเป็นส่วนที่ถูกโยนทิ้งไป ในเหมืองโลหะธาตุหายากทั่วโลก ปริมาณหลายล้านตัน ของทอเรียมถูกสกัดออกมา ซึ่งไม่เป็นที่ต้องการและต้องมีค่าใช้จ่ายในการที่จะกำจัดทิ้งไป
• มีประสิทธิภาพ เครื่องปฏกรณ์นิวเคลียร์ทอเรียม (หรือเรียกว่า LFTR มาจาก Liquid Fluoride Thorium Reactor) ใช้เชื้อเพลิงเป็นของเหลวแทนที่จะเป็นยูเรเนียมที่เป็นของแข็ง เชื้อเพลิงเหลวหมายถึงการที่สามารถ ผสมรวมกันได้ดีกว่า นั่นจึงทำให้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทอเรียม มีประสิทธิภาพเหนือกว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ยูเรเนียมถึง 200 – 300 เท่า แม้ว่าจะเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ยูเรเนียมที่ดีที่สุด ด้วยปริมาณทอเรียมเพียง หนึ่งตัน สามารถผลิตพลังงานเพียงพอสำหรับบ้านได้ถึงหนึ่งล้านหลัง เทียบกับยูเรเนียมที่ต้องใช้ถึง 250 ตัน
• สะอาด ทอเรียมเผาไหม้ได้สะอาดหมดจดกว่ายูเรเนียม จะเกิดกากกัมมันตรังสีเพียงแค่ 1% กากของเสียจาก เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีประโยชน์มาก สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้สำหรับการขับเคลื่อนยานสำรวจอวกาศ
• สร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้ง่าย ตามปกติการที่จะก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ จะใช้เวลาสำหรับเตรียมการ และก่อสร้างประมาณสิบห้าปี เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทอเรียมจะมีโครงสร้างที่ธรรมดาง่าย ๆ และการดำเนินการ เดินเครื่องก็อยู่ในช่วงอุณหภูมที่ต่ำกว่า ดังนั้นขนาดของเครื่องจึงเล็กกว่าและใช้เวลาที่เร็วกว่าในการก่อสร้าง

เปรียบเทียบระหว่างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทอเรียม กับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ยูเรเนียม

พลังงานนิวเคลียร์คืออนาคตด้านพลังงานจริงหรือ ?
           เริ่มต้นจากความจริงที่ว่าพลังงานฟอสซิลกำลังจะหมดไป และการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศโลกไม่มีทางเลือกอื่น จะต้องมีการเปลี่ยนแปลงความคิดที่ว่า พลังงานนิวเคลียร์จะเป็นส่วนหนึ่งของอนาคตโลกอาจจะไม่เป็นเรื่องที่ชอบกันนัก เป็นเพราะกังวลเกี่ยวกับเรื่องกากกัมมันตรังสีและหายนะของนิวเคลียร์ แต่เทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทอเรียม ดูเหมือนจะเป็นคำตอบ และข้อเสนอที่ดีในการประนีประนอมเพื่อความปลอดภัยและพลังงานสีเขียว

           อินเทอร์เน็ตทำให้การรับรู้เรื่องของพลังงานนิวเคลียร์ขยายกว้างไกลขึ้น ชุมชนออนไลน์เช่น Energy From Thorium ได้มีการรวมตัวเคลื่อนไหวในโลกตะวันตก แต่นักการเมืองและบริษัทด้านพลังงานมีความลังเล ที่จะลงทุน ในการเปลี่ยนแปลงนี้ ในปัจจุบันนี้จะมีเพียงประเทศจีนเท่านั้นที่ให้การยอมรับเทคโนโลยีทอเรียมอย่างจริงจัง และเป็น ผู้นำในการวิจัยและพัฒนาที่จะสร้างแหล่งพลังงานจากทอเรียมยุคใหม่

           ถ้าที่ฟุกุชิมะ เชอร์โนบิล และที่เกาะทรีไมล์ ใช้เทคโนโลยีทอเรียม ปัจจุบันนี้หนังสือพิมพ์ก็คงจะมีข่าวที่แตกต่าง ออกไปอย่างสิ้นเชิง ได้แต่หวังว่าโศกนาฏกรรมในญี่ปุ่นคงจะเป็นเสมือนหนึ่งที่เป็นตัวเร่งในการเปลี่ยนแปลง

ถอดความ/เรียบเรียงจาก : http://realdoctorstu.com/2011/03/24/the-future-of-nuclear-power-after -fukushima-thorium-reactors

โพสต์เมื่อ : 29 สิงหาคม 2554

เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย เป็นหนึ่งในบรรดาเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ ที่จำเป็นต้องใช้งบประมาณในการก่อสร้างจำนวนมาก ดังนั้น การก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยใหม่แต่ละครั้ง จึงจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์ถึงประโยชน์ที่จะได้รับ เปรียบเทียบกับราคาค่าก่อสร้างอย่างละเอียด ในปัจจุบันทั่วโลกมีเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยจำนวน 283 เครื่องกระจายอยู่ในทั้งหมด 56 ประเทศ1 เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยเหล่านี้ มีการใช้ประโยชน์แตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับขนาดกำลังและอุปกรณ์ประกอบของแต่ละเครื่อง โดยทั่วไปแล้ว เราสามารถแบ่งการใช้ประโยชน์จากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยได้เป็น 4 กลุ่มใหญ่ ๆ ดังนี้

การใช้ประโยชน์จากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยในการพัฒนาบุคลากร (education and training)

เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยทุกขนาดกำลัง สามารถใช้ในการพัฒนาบุคลากรได้ โดยสามารถใช้ในการเรียนการสอน และการฝึกอบรมในสาขาที่เกี่ยวข้องเช่น ด้านวิศวกรรมนิวเคลียร์ ด้านนิวเคลียร์ฟิสิกส์ หรือการฝึกอบรมเจ้าหน้าที่ควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู เป็นต้น นอกจากนี้ การใช้ประโยชน์ในกลุ่มนี้ ยังรวมถึงการใช้เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย สำหรับการประชาสัมพันธ์และให้ความรู้กับประชาชน เพื่อสร้างความตระหนักเรื่องความปลอดภัยของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูอีกด้วย ซึ่งเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย-1 ปรับปรุงครั้งที่ 1 ของไทย ก็ได้นำมาใช้ในการพัฒนาบุคคลากรและการประชาสัมพันธ์เช่นกัน

การใช้ประโยชน์จากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยในการอาบรังสี (Irradiation applications)

การใช้ประโยชน์จากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยในกลุ่มนี้ เป็นการใช้ประโยชน์จากอนุภาคนิวตรอน ที่ผลิตจากแกนเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย โดยนำวัสดุตั้งต้น หรือชิ้นตัวอย่าง ไปอาบรังสีนิวตรอน ภายในหรือบริเวณรอบแกนเครื่องปฏิกรณ์ฯ เพื่อทำการวิเคราะห์ ผลิตไอโซโทปรังสี หรือเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสมบัติของวัสดุ จากการอาบรังสี (radiation damage effect) โดยทั่วไปแล้ว เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยแทบทุกขนาดกำลัง สามารถใช้ประโยชน์ในกลุ่มนี้ได้ แต่การอาบรังสีวัสดุบางชนิด หากมีปริมาณนิวตรอนฟลักซ์ต่ำเกินไป จะทำให้ต้องใช้เวลาในการอาบรังสีนานมาก และทำให้ไม่คุ้มค่า ดังนั้น สำหรับการใช้ประโยชน์ในกลุ่มนี้ หากยิ่งมีปริมาณนิวตรอนฟลักซ์สูง ความสามารถในการใช้ประโยชน์ก็จะยิ่งมากขึ้นตามลำดับ สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย-1 ปรับปรุงครั้งที่ 1 การใช้ประโยชน์หลัก ๆ ในกลุ่มนี้คือการผลิตไอโซโทปรังสี การวิเคราะห์ธาตุองค์ประกอบด้วยเทคนิค NAA และ การปรับปรุงคุณค่าของอัญมณี

การใช้ประโยชน์จากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยในการใช้ท่อลำนิวตรอน (extracted beam work)

การใช้ประโยชน์จากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยในกลุ่มนี้ เป็นการใช้ประโยชน์จากท่อลำนิวตรอน ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักอย่างหนึ่ง ของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย ท่อลำนิวตรอนมีหน้าที่นำนิวตรอนที่เกิดขึ้นในแกนเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย มาใช้ประโยชน์ภายนอกบ่อเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งโดยส่วนใหญ่แล้ว จะใช้สำหรับงานวิเคราะห์ต่าง ๆ เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยที่จะใช้ประโยชน์จากท่อลำนิวตรอน ควรมีขนาดกำลังปานกลางขึ้นไป (> 250 kW) เพื่อให้มีปริมาณนิวตรอนฟลักซ์ที่ท่อลำนิวตรอนมีค่าสูงเพียงพอ ในการใช้ประโยชน์ได้ ตัวอย่างการใช้ประโยชน์จากท่อลำนิวตรอนในปัจจุบันได้แก่ การถ่ายภาพด้วยนิวตรอน (neutron radiography) การศึกษาโครงสร้างของวัสดุด้วยเทคนิคการกระเจิงของนิวตรอน (neutron scattering) การวิเคราะห์ธาตุองค์ประกอบ ด้วยแกมมาแบบฉับพลัน (prompt gamma neutron activation analysis) เป็นต้น ซึ่งเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย-1 ปรับปรุงครั้งที่ 1 ก็มีการติดตั้งอุปกรณ์และเครื่องมือของการใช้ประโยชน์จากท่อลำนิวตรอนทั้ง 3 ชนิดที่กล่าวถึง

การใช้ประโยชน์จากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยในการทดสอบ (testing)

การใช้ประโยชน์จากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยในกลุ่มนี้ เป็นการใช้เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย ในการทดสอบเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ และการทดลองที่ใช้อุปกรณ์วงวน (loop) ในแกนเครื่องปฏิกรณ์ฯ ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ โดยปรกติแล้ว การใช้ประโยชน์จากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยในกลุ่มนี้ สามารถกระทำได้จากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย ที่มีขนาดกำลังสูงมาก และมีการออกแบบมาเป็นพิเศษ เช่น เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยที่ใช้ในห้องทดลองระดับชาติ ซึ่งขนาดกำลังของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย-1 ปรับปรุงครั้งที่ 1 ไม่สูงเพียงพอที่จะใช้ประโยชน์ในกลุ่มนี้ได้

จะเห็นได้ว่าเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย เป็นเครื่องมือที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ในหลากหลายด้าน ทั้งนี้ ในประเทศที่มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีนิวเคลียร์สูง จะมีเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยมากกว่า 1 เครื่อง เนื่องจากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย เป็นเครื่องมือที่สำคัญอย่างยิ่ง ในการพัฒนาเทคโนโลยีนิวเคลียร์ให้ก้าวต่อไปในอนาคต

เอกสารอ้างอิง

1. http://www.world-nuclear.org/info/inf61.html
2. IAEA-TECDOC-1234 The applications of Research reactors Report of an Advisory Group meeting held in Vienna, 4-7 October 1999