พลังงานนิวเคลียร์

โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ

Susquehanna แสดงเครื่องปฏิกรณ์ต้มน้ำร้อน. เครื่องปฏิกรณ์ตั้งอยู่ภายในอาคารเก็บกักรูปสี่เหลี่ยมที่อยู่ด้านหน้าของหอ ให้ความเย็น. โรงไฟฟ้านี้ผลิตกำลังไฟฟ้า 63 ล้านกิโลวัตต์ต่อวัน

เรือรบพลังงานนิวเคลียร์ของสหรัฐฯ, จากบนลงล่าง เรือลาดตระเวน USS Bainbridge (CGN-25), USS Long Beach (CGNUSS Enterprise (CVN-65), เรือยาวที่สุดและเรือบรรทุกเครื่องบินพลังงานนิวเคลียร์ลำแรก. ภาพนี้ถ่ายในปี 1964 ระหว่างการทำสถิติการเดินทาง 26,540 nmi (49,190 km) รอบโลกใน 65 วันโดยไม่ต้องเติมเชื้อเพลิง. ลูกเรือแปรอักษรเป็นสูตรมวลพลังงานของไอน์สไตน์ว่า E = mc² บนลานจอดเครื่องบินดาดฟ้าเรือ

เรือตัดน้ำแข็งพลังนิวเคลียร์ NS Yamal ของรัสเซีย ในระหว่างการเดินทางสำรวจร่วมกับ National Science Foundation (NSF) ในปี 1994

การทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จัดเป็นโรงไฟฟ้าพลังความร้อนชนิดหนึ่ง มีหลักการทำงานคล้ายคลึงกับโรงไฟฟ้าที่ใช้น้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติ เป็นเชื้อเพลิง โดยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์นั้น สามารถแบ่งส่วนการทำงานได้ 2 ส่วน คือ ส่วนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ จะใส่แท่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ไว้ในน้ำภายในโครงสร้างปิดสนิท และให้ความร้อนที่ได้จากปฏิกิริยาฟิชชันไปต้มน้ำผลิตไอน้ำแทนการผลิตไอน้ำ จากการสันดาปเชื้อเพลิงชนิดที่ก่อให้เกิดก๊าซมลพิษ และส่วนผลิตไฟฟ้าเป็นส่วนที่รับไอน้ำจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แล้วส่งไป หมุนกังหันผลิตไฟฟ้า ซึ่งส่วนนี้เป็นองค์ประกอบของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนทุกชนิด หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แสดงได้ดังรูป

ปฏิกิริยาฟิชชันในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะให้ความร้อนออกมาอย่างมหาศาล โดยเชื้อเพลิงยูเรเนียมที่ใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเท่าแท่งชอล์กหนักประมาณ 20 กรัม จะให้ความร้อนเทียบเท่ากับน้ำมัน 1 ตัน ทั้งนี้ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาด 1,000 เมกะวัตต์ จะใช้แท่งเชื้อเพลิงปีละประมาณ 27 ตัน สามารถผลิตไฟฟ้าเทียบเท่าการใช้น้ำมันปีละประมาณ 2.6 ล้านตัน

การใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในภาวะปกติจะมีผลกระทบทางรังสีน้อยมาก เนื่องจากสารรังสีที่เกิดขึ้นจะถูกกักเก็บไว้ภายในระบบการทำงานที่มิดชิด ซึ่งเมื่อเทียบกับการใช้โรงไฟฟ้าถ่านหินขนาดเดียวกัน พบว่า การใช้โรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์จะทำให้ประชาชนได้รับรังสีน้อยกว่าโรงงานไฟฟ้า ถ่านหินประมาณ 1.5 เท่า เนื่องจากโรงไฟฟ้าถ่านหินมีการสันดาปปลดปล่อยฝุ่นละอองที่มีสารกัมมันตรังสี ในธรรมชาติปะปนอยู่ให้ฟุ้งกระจายสู่สิ่งแวดล้อม
ถึงแม้ว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และระเบิดปรมาณูต่างมีหลักการทำงานโดยใช้ปฏิกิริยาฟิชชันเดียวกัน แต่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไม่สามารถเกิดการระเบิดได้เหมือนกับระเบิดปรมาณู เนื่องจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียมชนิดความเข้มข้นต่ำ ทำให้ปฏิกิริยาฟิชชันเกิดขึ้นได้ช้า และมีขีดจำกัด หากปล่อยให้ปฏิกิริยาฟิชชันเกิดขึ้นโดยไม่มีการควบคุม เช่น อุบัติเหตุโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เซอร์โนบิล ความร้อนที่ทยอยเกิดขึ้นจะทำให้เชื้อเพลิงยูเรเนียมแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย และหยุดปฏิกิริยาฟิชชันลง ก่อนที่จะขยายความรุนแรงออกไป การระเบิดที่เกิดขึ้นเป็นเพียงการระเบิดของไอน้ำความดันสูง ขณะที่ระเบิดปรมาณูนั้นใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียมความเข้มข้นสูง สามารถเกิดปฏิกิริยาเคมี สามารถเกิดปฏิกิริยาฟิชชันได้อย่างรวดเร็วและมีการใช้ระเบิดทางเคมีเข้าช่วย เพื่อผลักดันให้ยูเรเนียมรวมตัวกันคงสภาพเดิมอยู่ช่วงเวลาหนึ่ง จนกระทั่งปฏิกิริยาฟิชชันเกิดขึ้นอย่างรุนแรง และต่อเนื่องเป็นการระเบิดขึ้น