เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นใหม่ใช้ "เกลือไนเตรตหลอมเหลว" รับมือกับความร้อนมหาศาล

นักวิจัยจากบริษัทเทคโนโลยีนิวเคลียร์ NANO Nuclear สหรัฐอเมริกา จับมือกับภาควิชาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมนิวเคลียร์แห่งสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) เริ่มโครงการวิจัยมูลค่า 500,000 ดอลลาร์สหรัฐ หรือ 16,392,109 บาท เพื่อทดสอบศักยภาพของเกลือไนเตรตหลอมเหลว (Molten Nitrate Salt) ว่าสามารถทนทานต่อสภาวะสุดขั้วภายในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นใหม่ได้หรือไม่

นักวิจัยเลือกใช้ “เกลือไนเตรตหลอมเหลว”

ก่อนหน้านี้ “เกลือโซลาร์” หรือเกลือไนเตรตหลอมเหลว (Molten Nitrate Salt) ถูกใช้ในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ หรือโซลาร์ฟาร์ม เนื่องจากมันสามารถเก็บและถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงมีศักยภาพในการนำมาใช้เป็นตัวกลางถ่ายเทความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ด้วยเช่นกัน

และเป็นโอกาสสำคัญในการประยุกต์ใช้ไนเตรตหลอมเหลวกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขั้นสูง หากพิสูจน์ได้ว่าเกลือชนิดนี้ทนทานต่อรังสีและอุณหภูมิสูงภายในเครื่องปฏิกรณ์ได้ ก็จะกลายเป็นวัสดุทางเลือกใหม่ที่สามารถยกระดับความปลอดภัยและประสิทธิภาพในการออกแบบระบบนิวเคลียร์รุ่นใหม่

แม้ว่าเกลือไนเตรตหลอมเหลว (Molten Nitrate Salt) จะมีคุณสมบัติยอดเยี่ยมในการกักเก็บความร้อนจากแสงอาทิตย์ แต่ปัจจุบันนักวิจัยยังมีข้อจำกัดด้านข้อมูลเกี่ยวกับพฤติกรรมของมัน เมื่อเผชิญกับรังสีเข้มข้นในสภาพแวดล้อมของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ภายใต้ความร่วมมือวิจัยระยะเวลา 2 ปีนี้ ทีมวิจัยจะใช้เทคโนโลยีการวิเคราะห์ทันสมัย เช่น การวินิจฉัยแบบเรียลไทม์ การวิเคราะห์ก๊าซ และการวัดคุณสมบัติทางความร้อน เพื่อศึกษาความเสถียรทางเคมีและการเสื่อมสภาพของเกลือระหว่างการฉายรังสี

โดยใช้วิธีวัดพฤติกรรมของเกลือไนเตรตหลอมเหลวในระยะยาว ทั้งด้านการปล่อยก๊าซ การเสื่อมสภาพจากความร้อน และความเสถียรของวัสดุ โดยใช้เครื่องมือวินิจฉัยล้ำสมัย อาทิ เครื่องวิเคราะห์ก๊าซตกค้างด้วยสนามแม่เหล็ก (Residual Gas Analyzer: RGA) การวิเคราะห์การนำความร้อนด้วยแฟลชเลเซอร์ และเทคนิคสเปกโทรสโคปีหลังการฉายรังสี

ข้อมูลที่ได้จากการทดลองเหล่านี้จะถูกนำไปใช้ในการออกแบบระบบของไมโครรีแอคเตอร์ (Microreactor System) หรือระบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กที่ออกแบบมาเพื่อผลิตพลังงานในปริมาณจำกัดแต่มีประสิทธิภาพสูง โดยใช้เกลือหลอมเหลวเป็นตัวกลางในการถ่ายเทความร้อนหรือกักเก็บพลังงาน ซึ่งจะช่วยเพิ่มความแม่นยำและความเชื่อมั่นในการคาดการณ์ด้านความปลอดภัยและประสิทธิภาพของเครื่องปฏิกรณ์รุ่นใหม่ในอนาคต

ทีมงานนักวิจัยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นใหม่

เจ ยู (Jay Yu) ผู้ก่อตั้งและประธานของบริษัท นาโน นิวเคลียร์ (NANO Nuclear) กล่าวว่า "เรารู้สึกภูมิใจที่ได้สนับสนุนการศึกษาด้านการฉายรังสีระดับโลกที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์การทำความเข้าใจว่าเกลือหลอมเหลวทำงานอย่างไรภายใต้การฉายรังสีถือเป็นสิ่งสำคัญในการปลดล็อกการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์รุ่นต่อไป และสิ่งอำนวยความสะดวกนี้ทำให้เราสามารถทำสิ่งนั้นได้โดยไม่ต้องใช้สารนิวเคลียร์ใด ๆ"

ดร. โครุช ชีร์วาน (Professor Koroush Shirvan) ศาสตราจารย์ประจำภาควิชาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมนิวเคลียร์แห่งสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) หนึ่งในผู้นำโครงการวิจัย เปิดเผยผ่านเว็บไซต์ Interesting Engineering ว่า “เรากำลังใช้เครื่องมือวิเคราะห์ที่ทันสมัยที่สุด เพื่อสร้างข้อมูลเชิงลึกที่สามารถนำไปใช้ได้ทันทีในการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นใหม่”

ศาสตราจารย์เอียน ฟาร์แนน (Professor Ian Farnan) หัวหน้าภาควิชาวงจรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ของ NANO Nuclear กล่าวเสริมผ่านเว็บไซต์ Interesting Engineering ว่า "ความสามารถในการทดสอบวัสดุโดยไม่ต้องพึ่งการใช้งานจริงในเครื่องปฏิกรณ์ ช่วยเพิ่มความเร็วและความยืดหยุ่นในการออกแบบระบบใหม่ได้อย่างมาก"

คาดว่างานวิจัยชิ้นนี้จะเสร็จสิ้นในปี 2570 โดยมีการอัปเดตความคืบหน้าทุกไตรมาส ซึ่งจะถูกนำไปใช้โดยตรงในกระบวนการออกแบบและวิศวกรรมของบริษัท นาโน นิวเคลียร์ (NANO Nuclear)

ผลกระทบในวงกว้างต่อวงการพลังงานนิวเคลียร์

งานวิจัยครั้งนี้ไม่ได้ส่งผลเพียงแค่กับบริษัท นาโน นิวเคลียร์ (NANO Nuclear) หรือเครื่องปฏิกรณ์ต้นแบบเพียงรุ่นเดียวเท่านั้น แต่ยังมีศักยภาพในการพลิกโฉมการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขั้นสูงในภาพรวม ด้วยข้อมูลเชิงลึกและน่าเชื่อถือเกี่ยวกับสมรรถนะของวัสดุภายใต้สภาพแวดล้อมที่รุนแรง ซึ่งอาจนำไปสู่การออกแบบระบบที่มีความปลอดภัยสูงยิ่งขึ้น พร้อมกับเพิ่มประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ