โรงไฟฟ้านิวเคลียร์รุ่นที่สี่

วราภรณ์ วัชรสุรกุล
สำนักกำกับดูแลความปลอดภัยทางนิวเคลียร์
สำนักงานปรมาณูเพื่อสันติ

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์รุ่นที่ 4 เป็นโครงการร่วมมือในการพัฒนาเทคโนโลยีของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ระหว่างประเทศ ได้แก่ อาร์เจนตินา บราซิล แคนาดา ฝรั่งเศส ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ แอฟริกาใต้ สวิสเซอร์แลนด์ อังกฤษ และสหรัฐอเมริกา ภายใต้โครงการ Generation IV International Forum (GIF) โดยมีจุดมุ่งหมายหลักในการพัฒนาดังนี้

 
I
มุ่งเน้นให้เป็นพลังงานที่ยั่งยืน โดยให้มีการใช้เชื้อเพลิงอย่างมีประสิทธิภาพ จากการออกแบบให้มีการใช้วัฏจักรของเชื้อเพลิงเป็นแบบปิด ซึ่งเป็นการลดปริมาณกากกัมมันตรังสีอีกทางหนึ่งด้วย
 
II
มุ่งเน้นการออกแบบให้มีความปลอดภัยและความแน่นอนของการทำงานในระดับสูง
 
III
มุ่งเน้นถึงความคุ้มค่าและคุ้มทุนในการดำเนินโครงการ โดยมีการออกแบบให้อายุการใช้งานของโรงไฟฟ้ายาวนานขึ้น

จากแนวทางการพัฒนาดังกล่าวข้างต้น การออกแบบของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์รุ่นที่ 4 สามารถสรุปได้ดังนี้
  1. เครื่องปฏิกรณ์ทำงานที่อุณหภูมิสูง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าโดยให้มีประสิทธิภาพอยู่ที่ร้อยละ 40 - 60 ซึ่งโรงไฟฟ้านิวเคลียร์รุ่นที่ 2 และ 3 มีประสิทธิภาพร้อยละ 30 – 33
  2. พัฒนากระบวนการสกัดเชื้อเพลิงที่ยังคงเหลือและผลิตใหม่จากเชื้อเพลิงใช้แล้ว ให้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ อย่างมีความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์
  3. พัฒนาเพื่อที่จะสามารถใช้เชื้อเพลิงแบบวัฏจักรปิดได้ เนื่องจากสามารถผลิตเชื้อเพลิงใหม่ที่จะมีความคุ้มค่าในการนำกลับมาใช้ และเป็นผลดีในด้านการลดกากกัมมันตรังสีระดับความแรงรังสีสูง
  4. ออกแบบให้มีอายุการใช้งานโรงไฟฟ้านานประมาณ 50 – 60 ปี ในแง่ความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ ซึ่งจากเดิมออกแบบให้มีอายุใช้งานประมาณ 40 ปี
  5. ออกแบบให้ระยะเวลาการใช้เชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์นานมากขึ้น
ชนิดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์รุ่นที่ 4

1. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ Gas-Cooled Fast Reactor System (GFR)

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ GFR เป็นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ แบบที่ใช้นิวตรอนย่านพลังงานสูง ในการทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชั่นและปฏิกิริยาลูกโซ่ ซึ่งการใช้นิวตรอนพลังงานสูงนี้ จะทำให้เครื่องปฏิกรณ์ลดปริมาณของสารหน่วงนิวตรอนลง เมื่อเทียบกับเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้นิวตรอนย่านพลังงานต่ำ

ระบบระบายความร้อนของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ GFR นี้เป็นระบบปิด โดยระบบปฐมภูมิใช้ ฮีเลียมเป็นตัวระบายความร้อน ส่วนระบบทุติยภูมิใช้ Supercritrical CO2

เชื้อเพลิงของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ GFR เป็นส่วนผสมของ UPuC/SiC และวัฏจักรของเชื้อเพลิงเป็นแบบปิด

2. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ Lead-Cooled Fast Reactor System (LFR)
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ LFR เป็นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ใช้นิวตรอนในย่านพลังงานสูง และใช้วัฏจักรของเชื้อเพลิงเป็นแบบปิดเช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าแบบ GFR จะต่างกันตรงที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ LFR ใช้สารละลายตะกั่วเป็นตัวระบายความร้อน ซึ่งมีคุณสมบัติในการดูดกลืนและหน่วงนิวตรอนต่ำ ไม่เกิดปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำและอากาศ มีจุดเดือดที่ 1700 องศาเซสเซียส
ดังนั้น ในการทำงานจึงไม่จำเป็นต้องใช้ถังปฏิกรณ์ เพื่อควบคุมความดันสูง สามารถวิ่งเข้าสู่กังหันไอน้ำได้โดยตรง ซึ่งเป็นการลดการสูญเสียความร้อน จากการถ่ายเทระหว่างระบบระบายความร้อนทั้งสองระบบ และระบบระบายความร้อน ใช้แบบการไหลเวียนด้วยแรงโน้มถ่วงตามธรรมชาติ (Natural Circulation)
3. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ Molten Salt Reactor System (MSR)
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ MSR ใช้นิวตรอนย่านพลังงานปานกลางในการทำปฏิกิริยาฟิชชันและปฏิกิริยาลูกโซ่ มีกราไฟต์เป็นสารหน่วงนิวตรอน เชื้อเพลิงและผลิตผลจากปฏิกิริยาฟิชชัน (Fission product) ละลายอยู่ในสารละลายเกลือฟลูออไรด์ ซึ่งเป็นสารระบายความร้อน
4. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ Sodium-Cooled Fast Reactor System (SFR)
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ SFR ใช้นิวตรอนย่านพลังงานสูงเป็นตัวทำปฏิกิริยาฟิชชันและปฏิกิริยาลูกโซ่ เชื้อเพลิงที่ใช้เป็นออกไซด์ของยูเรเนียมและพลูโทเนียม และใช้วัฏจักรของเชื้อเพลิงเป็นแบบปิด มีโซเดียมเหลวเป็นตัวระบายความร้อน
5. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ Supercritical-Water-Cooled Reactor System (SCWR)
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ SCWR ได้ออกแบบการใช้นิวตรอนในการทำปฏิกิริยาฟิชชันและปฏิกิริยาลูกโซ่เป็น 2 แบบ คือ นิวตรอนย่านพลังงานสูง หรือย่านพลังงานต่ำ การทำงานของโรงไฟฟ้าแบบ SCWR มีลักษณะคล้ายคลึงกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ BWR โดยใช้ยูเรเนียมออกไซด์เป็นเชื้อเพลิง มีน้ำเป็นตัวระบายความร้อนภายในแกนปฏิกรณ์ และออกแบบให้ทำงานในสภาวะ Supercritical จึงทำให้น้ำไม่มีการเปลี่ยนแปลงสถานะในเครื่องปฏิกรณ์
6. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ Very-High-Temperature Reactor System (VHTR)
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ VHTR เป็นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ใช้นิวตรอนย่านพลังงานต่ำ ใช้กราไฟต์เป็นสารหน่วงนิวตรอน เชื้อเพลิงเป็นยูเรเนียมเสริมสมรรถนะและวัฏจักรของเชื้อเพลิงเป็นแบบเปิด ใช้ฮีเลียมเป็นตัวระบายความร้อน
สรุปหลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์รุ่นที่ 4
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์รุ่นที่ 4 ส่วนใหญ่ได้มีการออกแบบให้ระบบระบายความร้อนในแกนปฏิกรณ ์มีเพียงวงจรเดียว และระบบระบายความร้อนปฐมภูมิ จะเข้าสู่กังหันผลิตกระแสไฟฟ้าโดยตรง ซึ่งแตกต่างจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์รุ่นที่ 2 และ 3 ที่ออกแบบให้มีทั้งระบบระบายความร้อนปฐมภูมิและระบบทุติยภูมิ โดยระบบทุติยภูมิรับความร้อนจากระบบปฐมภูมิแล้วจึงกลายเป็นไอน้ำเพื่อเข้าสู่กังหันผลิตกระแสไฟฟ้า ทั้งนี้ เพื่อลดการสูญเสียความร้อนจากการถ่ายเทระหว่างระบบระบายความร้อนทั้งสองระบบ ซึ่งเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าอีกทางหนึ่งด้วย จากการออกแบบดังกล่าวชี้ให้เห็นว่า ได้มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีด้านวัสดุศาสตร์อย่างมาก ซึ่งสามารถพัฒนาวัสดุให้มีความทนทานตามสภาวะการทำงานได้ โดยต้องมีความมั่นใจอย่างแน่นอนได้ว่าจะไม่เกิดการรั่วไหลของสารระบายความร้อนได้ และมีการออกแบบระบบการป้องกันการแพร่กระจายของสารรังสีของระบบต่างๆ ภายในโรงไฟฟ้าให้เป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพสูง
นอกจากนี้ การเดินเครื่องใช้งานโรงไฟฟ้านิวเคลียร์รุ่น 4 ได้ออกแบบการทำงานที่อุณหภูมิสูงเพื่อที่จะนำพลังงานความร้อนที่ได้ใช้ในกิจการอื่น เช่น อุตสาหกรรมปิโตรเคมี การผลิตไฮโดรเจน เพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงหรือในกิจกรรมอื่นในอนาคตได้ เป็นต้น ดังนั้น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์รุ่นที่ 4 จึงจะมีโรงงานประกอบเพื่อผลผลิตอื่นอยู่ในกลุ่มพื้นที่เดียวกัน สิ่งที่จำเป็นคือการจัดทำแผนการป้องกันภัยทั้งวินาศภัยและการจารกรรมซึ่งต้องสามารถปกป้องพื้นที่ดังกล่าวได้เป็นอย่างดี
จากเหตุผลดังกล่าวข้างต้น หากประเทศไทยมีความต้องการที่จะใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ในการผลิตกระแสไฟฟ้าจำเป็นต้องมีการพัฒนาบุคลากรอย่างจริงจังและสมบูรณ์แบบ เพื่อให้สอดคล้องและสามารถรองรับกับเทคโนโลยีที่ก้าวหน้าของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์รุ่นที่ 4 ได้
นอกจากนี้ การประชาสัมพันธ์ด้านความรู้ความเข้าใจแก่ประชาชน ยังคงต้องมีการดำเนินการก่อนการตัดสินใจในโครงการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ให้เกิดการยอมรับและเชื่อมั่นในความปลอดภัยและประโยชน์ที่จะได้รับ ทั้งนี้ การตัดสินใจโครงการและการดำเนินโครงการจำเป็นต้องมีการจัดทำระบบที่ให้ประชาชนเข้ามามีส่วนร่วมและรับรู้ทุกขั้นตอนสามารถซักถาม ติดตาม ตรวจสอบการดำเนินการได้เสมอ