เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ Fast breeder

ตอนที่ 2

โรงไฟฟ้าในอนาคต

ในปี 2003 อินเดียได้มีแผนในการสร้าง FBR โรงหนึ่งขึ้นเอง และอีกโรงหนึ่งให้กับจีน โดยใช้เทคโนโลยีของรัสเซีย

เกาหลีใต้อยู่ระหว่างการพัฒนา การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ modular FBR ให้มีมาตรฐานสำหรับการส่งออก เช่นเดียวกับมาตรฐานการออกแบบของเครื่องปฏิกรณ์ PWR (Pressurized Water Reactor) และ CANDU ที่มีการพัฒนาและก่อสร้างไปแล้ว แต่ยังไม่ได้รับอนุญาตให้ก่อสร้างเครื่องต้นแบบ

โครงการเครื่องปฏิกรณ์ FBR ของอินเดีย ได้รวมเอาแนวคิดของการใช้วัสดุเฟอร์ไทล์ (fertile) คือ ทอเรียม-232 (thorium-232) ทำให้เกิดยูเรเนียม-233 (uranium-233) ซึ่งเป็นวัสดุฟิสไซล์ อินเดียได้มีการดำเนินโครงการเครื่องปฏิกรณ์ thermal breeder reactor เช่นกัน โดยใช้ทอเรียมเป็นเชื้อเพลิง เนื่องจาก เครื่องปฏิกรณ์ thermal breeder ไม่สามารถใช้แต่เพียงเทคโนโลยี uranium/plutonium ซึ่งเชื้อเพลิงทอเรียม ถือเป็นแนวยุทธศาสตร์ในโครงการพลังงานของอินเดีย เนื่องจากอินเดียมีแหล่งสำรองทอเรียมจำนวน ขณะที่ปริมาณสำรองทอเรียมทั่วโลก มีอยู่ 3 เท่าของยูเรเนียม

เครื่องปฏิกรณ์ BN-600 (Beloyarsk NNP ในเมือง Zarechny, Sverdlovsk Oblast) ยังคงเดินเครื่องอยู่ และเครื่องปฏิกรณ์ BN-800 ซึ่งเป็นเครื่องที่สอง มีกำหนดการที่จะก่อสร้างก่อนปี 2015

เมื่อวันที่ 16 กุมภาพันธ์ 2006 สหรัฐ ฝรั่งเศส และญี่ปุ่น ได้ลงนามในการเตรียมการวิจัยและพัฒนา เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วระบายความร้อนด้วยโซเดียม (sodium-cooled fast reactors) เพื่อสนับสนุน โครงการ Global Nuclear Energy Partnership

เศรษฐศาสตร์

การเกิดขึ้นของเชื้อเพลิงพลูโตเนียมในเครื่องปฏิกรณ์ FBR เรียกว่า plutonium economy ซึ่งเชื่อว่าจะเป็นเวลาอนาคตของพลังงานนิวเคลียร์ และยังเป็นทิศทางของยุทธศาสตร์ โครงการพลังงานของญี่ปุ่นด้วย แต่การที่ยูเรเนียมยังมีราคาถูก ปัจจุบัน เทคโนโลยี FBR จึงยังไม่ใช่คู่แข่งของ ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะของเครื่องปฏิกรณ์ PWR และเครื่องปฏิกรณ์เทอร์มัลนิวตรอนชนิดอื่น (thermal reactor) ที่ใช้ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ การออกแบบของเครื่องปฏิกรณ์ PWR จึงยังเป็นเครื่องปฏิกรณ์ ชนิดที่ใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ รวมทั้งโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งใหม่ ที่มีการเสนอให้ก่อสร้าง

แผนภาพแสดงการทำงานของ DFR (Dounreay Fast Reactor)
เครื่องปฏิกรณ์ FBR ที่ใช้ NaK เป็นสารหล่อเย็น

การแพร่ขยายอาวุธนิวเคลียร์

ทุกฝ่ายมีความเห็นตรงกันว่า เครื่องปฏิกรณ์ FBR มีความเสี่ยงที่จะถูกนำไปใช้ทำอาวุธนิวเคลียร์ มากกว่าเครื่องปฏิกรณ์ใช้น้ำมวลเบา (light water-moderated reactors) เครื่องปฏิกรณ์แบบใช้น้ำหน่วงนิวตรอน ต้องดับเครื่องและเปลี่ยนเชื้อเพลิง ทุก 4 เดือน เพื่อนำมาผลิตพลูโตเนียมเกรดที่ใช้ทำอาวุธนิวเคลียร์ เนื่องจากถ้าเวลาผ่านไปนานขึ้น Pu-240 จะมีมากขึ้น ซึ่ง Pu-240 เกิดฟิชชันขึ้นเอง (spontaneous fission) ด้วยอัตราสูง ทำให้ไม่เหมาะที่จะนำไปทำอาวุธนิวเคลียร์ ขณะที่เครื่องปฏิกรณ์ FBR ทำให้ได้เชื้อเพลิง ที่นำมาสกัดเชื้อเพลิงในเกรดของอาวุธนิวเคลียร์ได้ง่ายกว่า แต่ถึงวันนี้ โครงการอาวุธนิวเคลียร์ทุกแห่ง ผลิตพลูโตเนียมจากเครื่องปฏิกรณ์เทอร์มัล ซึ่งทำได้สะดวกกว่ามาก ส่วนเครื่องปฏิกรณ์ SSTAR ป้องกันความเสี่ยงในการนำพลูโตเนียมไปใช้ทำอาวุธ โดยการทำให้เกิดพลูโตเนียมจากยูเรเนียม-238 ปริมาณน้อยกว่า และทำให้เกิดพลูโตเนียมหลายไอโซโทป ได้แก่ Pu-239, Pu-240 และ Pu-242 ทำให้พลูโตเนียมที่ได้ ไม่สามารถนำไปใช้ทำระเบิดปรมาณู ยกเว้นการนำไปทำ Dirty bomb ซึ่งก็เป็นเช่นเดียวกับกากรังสีระดับสูง (high-level radiation waste) ทั่วไป ที่สามารถนำไปทำได้เช่นเดียวกัน

เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้เชื้อเพลิงทอเรียม อาจจะดูแล้วมีความเสี่ยง มากกว่าเครื่องปกิกรณ์ที่ใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียมเล็กน้อย เนื่องจากพลูโตเนียมจะเกิดฟิชชันจากการจับนิวตรอนได้น้อยลง ถ้ามี Pu-240 ซึ่งมีในวัฎจักรเชื้อเพลิงของทอเรียมน้อยกว่า และทอเรียม-232 เมื่อเปลี่ยนเป็นยูเรเนียม-233 จะเกิดฟิชชันได้สูง ไม่ค่อยมกลายเป็นยูเรเนียม-234 ทำให้มียูเรเนียม-234 เหลือน้อยมาก ในเครื่องปฏิกรณ์แบบ thorium/U-233 breeder blanket ดังนั้น ยูเรเนียม-233 จึงสกัดออกมาใช้ทำอาวุธนิวเคลียร์ได้ง่าย มีการเสนอให้แก้ปัญหานี้ โดยผสมด้วยยูเรเนียมธรรมชาติ หรือ depleted uranium ลงไปใน thorium breeder blanket เล็กน้อย ทำให้นำไปทำอาวุธนิวเคลียร์ไม่ได้ เนื่องจาก เนื่องจากการสกัด U-233 ออกมา ต้องใช้วิธีการแยกไอโซโทป (isotopic separation) ออกจากยูเรเนียม-238 ซึ่งจะทำให้มีพลูโตเนียมเกิดขึ้นได้เล็กน้อย แต่ก็เป็นเกรดที่ไม่สูงพอที่จะใช้ทำอาวุธนิวเคลียร์

Shevchenko BN350 เครื่องปฏิกรณ์ใช้นิวตรอนเร็ว หรือ nuclear fast reactor ตั้งอยู่ใกล้กับชายฝั่งทะเลแคสเปียน มีกำลังผลิต 135 MWe และผลิตไอน้ำสำหรับใช้ในโรงผลิตน้ำจืด จากน้ำทะเล

เครื่องปฏิกรณ์ในแบบเดียวกัน

เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว (fast neutron reactor) ที่ออกแบบเพื่อใช้จัดการกากนิวเคลียร์ และทำให้เกิดพลูโตเนียม เรียกว่า Integral Fast Reactor หรือ Integral Fast Breeder Reactor แต่ก็เป็นแบบที่ทำให้เกิดวัสดุฟิสไซล์ไม่สูงมากนัก

เครื่องปฏิกรณ์ IFR ออกแบบมาเพื่อใช้ในการแก้ปัญหาการจัดเก็บกากนิวเคลียร์ จึงตั้งอยู่ที่เดียวกับ หน่วยที่สกัดซ้ำเชื้อเพลิง เพื่อหมุนเวียนยูเรเนียมและธาตุ transuranics รวมทั้งพลูโตเนียม ในกากนิวเคลียร์ ด้วย electroplating ออกมาใช้ ทำให้เหลือแต่ผลผลิตฟิชชันที่มีครึ่งชีวิตสั้น ผลผลิตฟิชชันที่เหลืออยู่นี้ บางส่วนอาจจะสกัดไปใช้ในงานอุตสาหกรรมหรือทางการแพทย์ จากนั้นจึงนำส่วนที่ไม่ใช้แล้วไปจัดเก็บ เชื้อเพลิงจากเครื่องปฏิกรณ์ชนิดนี้ ไม่สามารถนำไปใช้ทำระเบิดนิวเคลียร์ได้ เนื่องจากมีธาตุ transuranic หลายชนิดที่เกิดฟิชชันเองได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งจะทำให้ชิ้นส่วนของระเบิดละลายก่อนที่จะทำระเบิดได้เสร็จสมบูรณ์ โครงการนี้ยกเลิกไปในปี 1994 ตามคำสั่งของ Hazel O'Leary เลขาธิการพลังงาน

ถอดความจาก Fast breeder reactor
เวบไซต์ www.wikipedia.com