คอลัมน์ประจำ

เตาปฏิกรณ์ทอเรียม อวดศักยภาพนิวเคลียร์จีน

ที่มามติชนสุดสัปดาห์ ฉบับวันที่ 23 - 29 มิถุนายน 2566
คอลัมน์ต่างประเทศ
เผยแพร่

เมื่อวันที่ 7 มิถุนายนที่ผ่านมา ถือเป็นวันสำคัญสำหรับผู้ที่เกี่ยวข้องอยู่ในแวดวงพลังงานนิวเคลียร์ของจีน

เพราะนั่นเป็นวันที่สำนักงานความปลอดภัยทางนิวเคลียร์แห่งชาติ (National Nuclear Safety Administration) หน่วยงานกำกับดูแลด้านความปลอดภัยทางนิวเคลียร์ของประเทศ ออกใบอนุญาตให้สถาบันฟิสิกส์ประยุกต์แห่งเซี่ยงไฮ้ (Shanghai Institute of Applied Physics) ให้ทำหน้าที่ดำเนินงานและบริหารจัดการโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์รูปแบบใหม่เป็นเวลานาน 10 ปี

ที่น่าสนใจและมีนัยสำคัญก็เพราะว่า โรงไฟฟ้าดังกล่าว ใช้เตาปฏิกรณ์แบบเอ็มเอสอาร์ (molten salt reactor – MSR) ที่ได้พลังงานจากทอเรียม เป็นแห่งแรกของประเทศ

และอาจเป็นเตาปฏิกรณ์ทีเอ็มเอสอาร์ ที่นำมาใช้ในเชิงพาณิชย์เป็นแห่งแรกของโลกอีกด้วย

เตาปฏิกรณ์ทอเรียม เอ็มเอสอาร์ เป็นเทคโนโลยีเตาปฏิกรณ์แบบก้าวหน้า ถือเป็นเตาปฏิกรณ์รุ่นที่ 4 ซึ่งสมาคมนิวเคลียร์โลก (World Nuclear Association) คาดกันว่าจะมีการนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์กันจริงๆ ในช่วงระหว่างปี 2040-2050 หรืออย่างน้อยที่สุดก็น่าจะอยู่ในราวปี 2030

ดังนั้น หากทุกอย่างเป็นไปด้วยดี จีนก็อาจได้ใช้เทคโนโลยีใหม่นี้ในเชิงพาณิชย์ได้เป็นชาติแรกของโลกอีกด้วย

 

ทอเรียม เอ็มเอสอาร์ ใช้เชื้อเพลิงแบบเหลว โดยการหลอมละลายเกลือ (fluorides of zirconium) ผสมผสานกับทอเรียม และยูเรเนียม-235 สำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงและสารหล่อเย็นไปพร้อมๆ กัน

เทคโนโลยีของเตาปฏิกรณ์แบบนี้เรียกกันว่า “วัฏจักรผลิตเชื้อเพลิง” (breeding fuel cycle) เนื่องจากตัวทอเรียมเอง ไม่ใช่วัสดุที่ก่อให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ (วัสดุเฟอร์ไทล์ หรือวัสดุฟิสไซล์) แต่ต้องอาศัยเชื้อเพลิงตั้งต้น ที่อาจเป็นยูเรเนียมหรือพลูโตเนียม (ในที่นี้คือ ยู-235) เป็นตัวเริ่มปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิสชั่นเป็นลูกโซ่ต่อเนื่องไปเรื่อยๆ

การแตกตัวของยู-235 จะก่อให้เกิดนิวตรอนแตกออกเป็นสอง นิวตรอนดังกล่าวเมื่อถูกดูดกลืนโดยทอเรียม จะเปลี่ยนทอเรียมให้กลายเป็นยูเรเนียม-233 ซึ่งจะแตกตัวต่อเนื่องเป็นทวีคูณต่อไปในปฏิกิริยาลูกโซ่ที่จะก่อให้เกิดความร้อนสูง สำหรับนำไปใช้เพื่อสร้างไอน้ำเพื่อขับเคลื่อนกลไกของโรงผลิตไฟฟ้าต่อไป

เทคโนโลยีของทอเรียม เอ็มเอสอาร์ มีข้อได้เปรียบกว่าเตาปฏิกรณ์แบบใช้ยูเรเนียมทั่วๆ ไป (ซึ่งจีนมีใช้อยู่เป็นจำนวนมาก กระจุกตัวอยู่ทางชายทะเลด้านตะวันออกของประเทศเกือบ 30 โรง ถือเป็นชาติที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์มากเป็นอันดับ 3 ของโลก) อยู่ไม่น้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การใช้ของเหลวเป็นทั้งเชื้อเพลิงและสารหล่อเย็น ทำให้ไม่มีโอกาสเกิดการหลอมละลายของแกนเตา เหมือนเช่นที่เกิดขึ้นกับกรณีของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ฟูคุชิมา ประเทศญี่ปุ่น

นอกจากจะดีกว่าในแง่ของความปลอดภัยแล้ว เทคโนโลยีเตาปฏิกรณ์แบบใหม่อาศัยน้ำเพียงเล็กน้อย ดังนั้น จึงไม่จำเป็นที่ต้องตั้งอยู่ใกล้แหล่งน้ำขนาดใหญ่ หรือติดทะเล สามารถกลายเป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าให้กับดินแดนห่างไกลจากทะเลมากๆ ได้เป็นอย่างดี

ที่สำคัญก็คือ ทอเรียมก่อให้เกิดนิวตรอนได้มากกว่ายูเรเนียม ทำให้ความร้อนที่ได้จากปฏิกิริยาลูกโซ่ของทอเรียม (บางครั้งเรียกว่า ยู-233 เทียม) สูงกว่ามาก มีประสิทธิภาพและความคุ้มประโยชน์เหนือกว่า ในขณะที่ส่วนที่หลงเหลือที่เป็นกากนิวเคลียร์กลับมีน้อยกว่า และบำบัดได้ง่ายกว่ากากนิวเคลียร์จากเตาปฏิกรณ์ยูเรเนียมหรือพลูโตเนียมมาก

ที่สำคัญที่สุดก็คือ ทอเรียมหาได้ง่าย และจีนถือเป็นชาติที่มีแหล่งทอเรียมสำรองอยู่มากที่สุดในโลกชาติหนึ่ง ต้นทุนการผลิตจึงต่ำลงมาก

 

จุดที่เป็นทั้งจุดเด่นและจุดด้อยของเทคโนโลยีนี้ไปพร้อมๆ กัน ก็คือ ขนาดของเตายังคงเป็นเตาปฏิกรณ์ขนาดเล็ก (ตัวเตาปฏิกรณ์มีขนาดกว้าง 2.5 ยาว 3 เมตร หรือพอๆ กับห้องน้ำห้องหนึ่งเท่านั้น)

เช่น กรณีของทอเรียม เอ็มเอสอาร์ ของจีนที่ได้รับอนุญาตให้เปิดดำเนินการนี้ ก็ยังคงเป็นขนาดเล็ก ผลิตกระแสไฟฟ้าได้เพียง 2 เมกะวัตต์ ตั้งอยู่ที่พื้นที่ทะเลทรายโกบี ของเมืองอู่เวย ในมณฑลกานซู่ ทางตะวันตกเฉียงเหนือของจีน

แต่การมีขนาดเล็ก ทำให้มีความยืดหยุ่นสูง สามารถผลิตในโรงงานผลิตแล้วนำไปติดตั้งในสถานที่ที่ต้องการได้อย่างรวดเร็ว โดยสามารถผลิตเป็น “โมดูล” เพื่อต่อขยายรวมกัน กลายเป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่ได้เช่นเดียวกัน

ในกรณีของจีน มีการทดลองใช้โมดูล ทอเรียม เอ็มเอสอาร์ เพื่อขยายขนาด ได้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีกำลังการผลิตไฟฟ้าสูง ได้จนถึงระดับสูงสุดที่ 100 เมกะวัตต์ รองรับการใช้ชีวิตแบบคนเมืองสมัยใหม่ได้ 100,000 คนได้แล้ว

 

เตาปฏิกรณ์ทอเรียม เอ็มเอสอาร์ เตรียมเปิดการทดลองดำเนินการก่อนเป็นลำดับแรก เพื่อติดตามตรวจสอบการใช้งาน ก่อนที่จะเปิดดำเนินการอย่างเป็นทางการต่อไป โดยพร้อมกับการเปิดดำเนินงานดังกล่าว สถาบันฟิสิกส์ประยุกต์แห่งเซี่ยงไฮ้ ก็ประกาศแผนการก่อสร้างเตาปฏิกรณ์ขนาดเล็กแบบโมดูลขึ้นในพื้นที่ทะเลทรายแห่งเดียวกัน เพื่อพัฒนาการต่อขยายต่อไปในอนาคต และใช้สำหรับการติดตาม ตรวจสอบหาปัญหาที่อาจมีขึ้น เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีนี้ต่อไป

ในช่วงของการทดสอบ เตาปฏิกรณ์จะต้องแสดงให้เห็นว่า สามารถก่อให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ขึ้นจนถึงระดับวิกฤตเมื่อฉีดเชื้อเพลิงเข้าสู่ระบบ ระดับดังกล่าว คือระดับที่ปฏิกิริยาลูกโซ่จะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง เป็นกระบวนการไม่ขาดตอน จากนั้นก็จะมีการทดสอบระบบควบคุมและระบบรักษาความปลอดภัยของเตา

นอกจากนั้น ยังจะมีการทดลองลดระดับเชื้อเพลิงลงต่ำกว่าระดับ 90 เปอร์เซ็นต์ เพื่อดูการทำงานของระบบควบคุม และขีดจำกัดในการทำงานของเตา สำหรับดูว่าจำเป็นต้องมีการปรับแต่งต่อไปหรือไม่ ก่อนที่จะมีการอนุมัติให้ทำงานเต็มรูปแบบต่อไป

โครงการโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบใหม่ที่อู่เวยนี้ เริ่มต้นโครงการเมื่อปี 2011 แต่การก่อสร้างเริ่มจริงๆ ในปี 2018 โดยคาดว่าจะใช้เวลา 6 ปีในการก่อสร้าง แต่กลับแล้วเสร็จภายใน 3 ปี และสำนักงานเพื่อสิ่งแวดล้อมของจีนใช้เวลาตรวจสอบผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมนานถึง 2 ปี โดยอิงกับมาตรฐานสิ่งแวดล้อมสูงสุด จึงให้ความเห็นชอบต่อการดำเนินงานตามโครงการนี้

 

ทั้งนี้ จีนไม่ได้เป็นชาติแรกที่คิดค้นเทคโนโลยีนี้ขึ้นมา สหรัฐอเมริกาเป็นผู้คิดค้นและเริ่มต้นทดลองเพื่อดูความเป็นไปได้ของระบบเอ็มเอสอาร์ เป็นครั้งแรกโดย ห้องปฏิบัติการทดลองแห่งชาติโอคริดจ์ (โออาร์เอ็นแอล) ในช่วงระหว่างปี 1965-1969 แต่ก็ยุติลงเมื่อการทดลองแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปไม่ได้

ก่อนหน้านั้น โออาร์เอ็นแอล เช่นเดียวกัน ริเริ่มทดลองเตาปฏิกรณ์เอ็มเอสอาร์ขนาดเล็ก เคลื่อนย้ายและติดตั้งง่าย สำหรับใช้ให้พลังงานเครื่องบินในทศวรรษ 1950 มาแล้ว แต่โครงการเจอปัญหาหลายอย่าง ตั้งแต่เรื่องการควบคุมเชื้อเพลิงและการกัดกร่อน จนล้มเลิกไปในที่สุด

ในช่วงทศวรรษ 1980 อินเดียนำหลักการของเทคโนโลยีเอ็มเอสอาร์มาใช้ โดยหวังพัฒนาเป็นโครงการผลิตกระแสไฟฟ้าโดยใช้ทอเรียม แต่ไม่ประสบความสำเร็จ ไม่สามารถพัฒนาขึ้นมาสู่เชิงพาณิชย์ได้เช่นเดียวกัน

หากทุกอย่างเป็นไปด้วยดี เตาปฏิกรณ์กำลังที่อู่เวย ก็จะกลายเป็นสัญลักษณ์ของความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีพลังงานนิวเคลียร์ และเป็นสัญลักษณ์ของความมั่นคงด้านพลังงานของชาติในอนาคตอีกด้วย