พลังงานนิวเคลียร์ เกิดขึ้นได้อย่างไร จำแนกอย่างไร ถูกประยุกต์ใช้อย่างไร

admin
2 years ago

พลังงานนิวเคลียร์ เป็นหนึ่งในพลังงานสะอาดที่มนุษย์ใช้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า และประยุกต์ใช้กับด้านอื่นๆ มากมาย อย่างไรก็ตาม พลังงานนิวเคลียร์ก็มีข้อกังวลในด้านอื่นๆ ที่ผู้มีส่วนเกี่ยวข้องต้องพิจารณาอย่างรอบคอบ

พลังงานนิวเคลียร์ (Nuclear Power) คือ พลังงานที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของนิวเคลียส ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคโปรตอนและนิวตรอนภายในอะตอม โดยกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในนิวเคลียสจากปฏิกิริยาต่าง ๆ หรือที่เรียกกันว่า “ปฏิกิริยานิวเคลียร์” คือ ต้นกำเนิดของพลังงานนิวเคลียร์ที่ถูกปลดปล่อยออกมาจากอะตอม เป็นพลังงานปริมาณมหาศาลที่อยู่ในรูปของพลังงานความร้อน รังสี หรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า รวมไปถึงกระแสอนุภาคชนิดต่าง ๆ เช่น อนุภาคแอลฟา (α) และอนุภาคบีตา (β) เป็นต้น

แหล่งกำเนิดพลังงานนิวเคลียร์มาจาก 2 แหล่ง ประกอบด้วย

1. แหล่งกำเนิดตามธรรมชาติ คือ ดวงอาทิตย์ รวมถึงสสารบนโลกที่มีการสลายตัวของสารกัมมันตรังสี เช่น ดิน หิน น้ำ และแร่ธาตุต่าง ๆ ในธรรมชาติ
2. แหล่งกำเนิดจากการสร้างสรรค์ของมนุษย์ เช่น เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู และเครื่องเอกซเรย์ เป็นต้น

พลังงานนิวเคลียร์ถูกนำมาใช้ประโยชน์ในหลากหลายด้าน ทั้งการผลิตกระแสไฟฟ้า ภาคอุตสาหกรรม การเกษตร การแพทย์ และการศึกษาวิจัยในด้านต่าง ๆ โดยทั่วไป พลังงานนิวเคลียร์ มักถูกเรียกด้วยอีกชื่อหนึ่งว่า “พลังงานปรมาณู” เนื่องจากมีต้นกำเนิดมาจาก “อะตอม” หรือ “ปรมาณู” ตามการบัญญัติในภาษาไทย

พลังงานนิวเคลียร์สามารถจำแนกออกเป็น 4 ประเภท ตามปฏิกิริยาภายในนิวเคลียส ดังนี้

1. พลังงานนิวเคลียร์แบบฟิชชัน (Fission) หมายถึง พลังงานที่เกิดจากการแตกตัวหรือแยกตัวของโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสของธาตุหนัก เช่น ยูเรเนียม (Uranium) และพลูโทเนียม (Plutonium) หรือที่เรียกว่า “ปฏิกิริยาฟิชชัน”

การแตกตัวแต่ละครั้งของนิวเคลียสจะเกิดการปลดปล่อยพลังงานพร้อมกับกระแสอนุภาคนิวตรอนออกมาจำนวนหนึ่ง ซึ่งนับเป็นตัวจุดชนวนของ “ปฏิกิริยาลูกโซ่” (Chain Reaction) ที่ก่อให้เกิดการแตกตัวของนิวเคลียสอย่างต่อเนื่องและการปลดปล่อยพลังงานในปริมาณมหาศาล เนื่องจากอนุภาคนิวตรอนเหล่านี้ จะเคลื่อนที่ไปชนนิวเคลียสของอะตอมอื่น ๆ กระตุ้นให้เกิดการแตกตัวอีกครั้ง

2. พลังงานนิวเคลียร์แบบฟิวชัน (Fusion) หมายถึง พลังงานที่เกิดจากการรวมตัวนิวเคลียสของธาตุเบา เช่น ไฮโดรเจน (Hydrogen) และฮีเลียม (Helium) หรือที่เรียกกันว่า “ปฏิกิริยาฟิวชัน” ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่ก่อให้เกิดพลังงานในปริมาณมหาศาล ตัวอย่างเช่น แสงสว่างและพลังงานความร้อนที่โลกได้รับจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันบนดวงอาทิตย์ เป็นต้น

3. พลังงานนิวเคลียร์ที่เกิดจากการสลายตัวของสารกัมมันตรังสี (Nuclear Decay) หมายถึง พลังงานที่เกิดจากการสลายตัวของสารหรือธาตุกัมมันตรังสี (Radioactivity) เช่น ยูเรเนียม (Uranium) เรเดียม (Radium) และพลูโทเนียม (Plutonium) โดยธาตุเหล่านี้จะทำการปลดปล่อยทั้งรังสีและอนุภาคชนิดต่าง ๆ ออกมา อย่างเช่น อนุภาคแอลฟา อนุภาคบีตา หรือรังสีแกมมา และรังสีเอกซ์
4. พลังงานนิวเคลียร์ที่เกิดจากการเร่งอนุภาค หมายถึง พลังงานที่เกิดจากปฏิกิริยาการเร่งอนุภาคที่มีประจุ เช่น อนุภาคอิเล็กตรอน อนุภาคโปรตอน และอนุภาคแอลฟา ด้วยเครื่องเร่งอนุภาค (Particale Accelerrator) ตัวอย่างเช่น พลังงานราว 1 แสนโวลต์ จากเครื่องกำเนิดรังสีเอกซ์ที่ทำการเร่งอนุภาคอิเล็กตรอน หรือ พลังงานปริมาณมหาศาลจากเครื่องเร่งอนุภาคไซโคลตรอน (Cyclotron) ซึ่งสามารถเร่งอนุภาคอิเล็กตรอน อนุภาคโปรตอน และอนุภาคแอลฟา เป็นต้น

พลังงานนิวเคลียร์สามารถจำแนกออกเป็น 3 ประเภท ตามลักษณะการปลดปล่อยพลังงาน ดังนี้

1. พลังงานนิวเคลียร์ในลักษณะเฉียบพลัน หมายถึง พลังงานที่ถูกปลดปล่อยออกจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่มนุษย์ไม่สามารถควบคุม โดยหลังจากปฏิกิริยาดังกล่าว จะก่อให้เกิดพลังงานปริมาณมหาศาลที่มีการเพิ่มระดับขึ้นอย่างรวดเร็วและต่อเนื่อง และนำไปสู่การระเบิดอย่างรุนแรง (Nuclear explosion) เช่น ระเบิดปรมาณู (Atomic Bomb) หรือระเบิดไฮโดรเจน รวมถึงหัวรบนิวเคลียร์ประเภทต่าง ๆ

2. พลังงานนิวเคลียร์ในการควบคุม หมายถึง พลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่มนุษย์สามารถควบคุมได้ตลอดเวลา อย่างเช่น พลังงานจากปฏิกิริยาฟิชชันของยูเรเนียม -235 หรือพลูโทเนียม -239 ซึ่งถูกนำมาพัฒนาและนำมาใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ ทั้งในระดับการค้า การบริการสาธารณูปโภค รวมถึงการผลิตไฟฟ้าจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หรือเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู (Nuclear Reactor)
3. พลังงานนิวเคลียร์จากสารกัมมันตรังสี หมายถึง พลังงานจากการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีหรือสารรังสี (Radioactive Material) ซึ่งเป็นสสารที่มีองค์ประกอบส่วนหนึ่งไม่เสถียร สามารถสลายตัวโดยการปลดปล่อยพลังงานส่วนเกินออกมาในรูปของรังสีชนิดต่าง ๆ เช่น รังสีแอลฟา รังสีเบตา รังสีแกมมา หรือรังสีเอกซ์ เป็นต้น

พลังงานนิวเคลียร์และการนำมาใช้ประโยชน์

พลังงานนิวเคลียร์ส่วนใหญ่ที่ได้รับการปลดปล่อยออกมามักอยู่ในรูปของพลังงาน “ความร้อน” และ “รังสี” ซึ่งพลังงานความร้อนถูกนำไปใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า ส่วนรังสีต่าง ๆ ถูกนำไปใช้ประโยชน์ในหลากหลายด้าน ทั้งในภาคอุตสาหกรรม การเกษตร และการแพทย์

อย่างไรก็ตาม โครงสร้างพื้นฐานและการพัฒนาบุคลากร รวมถึงการจัดการกากกัมมันตรังสี การดำเนินงานด้านแผนฉุกเฉิน และมาตรการควบคุมความปลอดภัย จำเป็นต้องมีการเตรียมการอย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากพลังงานนิวเคลียร์นั้น นับเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งซึ่งสามารถก่อให้เกิดอันตรายต่อร่างกายและชีวิต ทั้งการสัมผัสอย่างเฉียบพลันในระยะเวลาสั้น ๆ หรือการสัมผัสในระยะยาว ขณะสวมใส่เครื่องป้องกันก็ตาม

สืบค้นและเรียบเรียง คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ และณภัทรดนัย

ข้อมูลอ้างอิง

https://www.oap.go.th/resources/105-articles/nuclear/128-nuclear-origin

https://www.scimath.org/lesson-physics/item/7264-2017-06-13-13-47-06

https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/nuclear-energy/

http://www.ned.egat.co.th/index.php?option=com_content&view=article&id=7&Itemid=193

http://saranukromthai.or.th/sub/book/book.php?book=27&chap=8&page=t27-8-infodetail01.html

อ่านเพิ่มเติม มรดกร้ายจากการทดสอบ อาวุธนิวเคลียร์ ของสหรัฐฯ ที่ยังส่งผลต่อผู้คนจนทุกวันนี้