เรื่องน่ารู้ หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ แบบเข้าใจง่าย

หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ อาจกล่าวได้ว่าโรงไฟฟ้าโดยทั่วไปจะประกอบด้วยส่วนหลัก 2 ส่วน

หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

  อาจกล่าวได้ว่าโรงไฟฟ้าโดยทั่วไปจะประกอบด้วยส่วนหลัก 2 ส่วน คือ ส่วนแรกเป็นต้นกำเนิดพลังงน ไม่ว่าจะเป็น พลังงานน้ำ ลม แสง อาทิตย์ และความร้อน เป็นต้น และส่วนที่สองผลิตไฟฟ้า ซึ่งจะแปรพลังงานดังกล่าวเป็นพลังงานไฟฟ้าต่อไป โดยในที่นี้จะขอกล่าวถึงพลังงานความร้อนเท่านั้น เพราะในโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนนั้น ได้ความร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง เช่น น้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติ ฯลฯ แล้วถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้นภายนอกจากการสันดาปไปต้มน้ำในท่อผลิตไอน้ำให้ เดือดเป็นไอน้ำ แล้วไปหมุนกังหันไอน้ำที่ติดกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตไฟฟ้าต่อไป

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

หลักการผลิตกระแสไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้า เกิดจากการใช้แรงหมุนกลไกภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้ผลิตกระแสไฟฟ้า

  ในทำนองเดียวกัน พลังงานนิวเคลียร์ก็เป็นพลังงานอีกรูปแบบหนึ่งให้ความร้อนสูง และสามารถนำมาใช้ผลิตไฟฟ้าทดแทนการใช้เชื้อเพลิงประเภทน้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหินได้ ซึ่งมีข้อแตกต่างกับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนทั่วไป คือ ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์นั้น จะแช่เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ไว้ในน้ำภายในโครงสร้างปิดสนิทเพื่อถ่ายความร้อน ที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ไปต้มน้ำโดยตรง ซึ่งน้ำที่รับความร้อนมาแล้วนั้นอาจเกิดการเดือดเป็นไอน้ำโดยตรง หรือ นำความร้อนนั้นไปถ่ายเทให้กับน้ำอีกระบบหนึ่งให้เดือดแล้วแต่ชนิดของโรง ไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ได้รับการออกแบบมาซึ่งจะได้กล่าวถึงชนิดของโรงไฟฟ้า นิวเคลียร์ที่มีใช้เชิงพาณิชย์ในลำดับต่อไป

  สำหรับปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ก่อให้เกิดความร้อนเพื่อนำไปผลิตไฟฟ้านั้นมี ด้วยกัน 2 ชนิด ได้แก่ ปฏิกิริยาฟิวชัน และปฏิกิริยาฟิชชัน

  ปฏิกิริยาฟิวชัน เป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในดวงอาทิตย์ จากการรวมตัวของธาตุที่มีน้ำหนักเบา เช่น ไฮโดรเจน ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม กลายเป็นธาตุใหม่และปลดปล่อยความร้อนออกมา อย่างไรก็ตามความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในปัจจุบันได้แต่เพียงจำลองปฏิกิริยา ดังกล่าวให้เกิดขึ้นในเครื่องมือที่ซับซ้อนบนพื้นโลกได้เพียงระยะเวลาสั้น มาก จำเป็นต้องใช้เวลาอีกนานหลายสิบปีเพื่อพัฒนาให้การเกิดปฏิกิริยาอย่างต่อ เนื่องจนสามารถนำมาผลิตไฟฟ้าได้อย่างจริงจัง

  ส่วนปฏิกิริยาฟิชชันนั้น เป็นปฏิกิริยาที่ใช้กันอยู่ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั่วไป ได้แก่ การนำอนุภาคนิวตรอนที่ได้มาจากสารรังสีเข้าไปกระตุ้นธาตุหนัก เช่น ยูเรเนียม ทำให้เกิดการแตกตัวกลายเป็นธาตุใหม่ ซึ่งจะมีการปลดปล่อยความร้อนพร้อมกับอนุภาคนิวตรอนที่เกิดขึ้นใหม่อีกจำนวน หนึ่ง ดังนั้น เมื่อมีปริมาณยูเรเนียมหนาแน่นเพียงพอ และสภาวะแวดล้อมที่เหมาะสม อนุภาคนิวตรอนที่เกิดขึ้นใหม่จะกลับเข้าไปทำปฏิกิริยากับยูเรเนียมอย่างต่อ เนื่อง ทำให้ได้ความร้อนออกมาอย่างมหาศาล ทั้งนี้เนื่องจากการแตกตัวของยูเรเนียม 1 อะตอม จะให้พลังงาน ประมาณ 200 MeV ในขณะที่การเผาไหม้ เชื้อเพลิงคาร์บอน 1 อะตอม จะให้พลังงานเพียง 2 - 3 MeV เท่านั้น

BASIC SYSTEM CONFIGURATION
(จาก MITSUBISHI PWR NUCLEAR POWER PLANT หน้า 12-13

ที่มา : ศูนย์ความรู้ด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (Science and Technology Knowledge Center)