โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบใหม่ของโลกที่รัสเซีย กำลังการผลิต 300 MW คาดเปิดใช้งานปี 2026 นี้
รัสเซียกำลังสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ด้วยเทคนิคที่เรียกว่าเตาปฏิกรณ์นิวตรอนแบบเร็วซึ่งหล่อเย็นด้วยสารตะกั่ว (lead-cooled fast neutron reactor) ที่เรียกว่า เบรสต์ โอดี 300 (BREST-OD-300) ซึ่งให้กำลังการผลิต 300 เมกะวัตต์ ทางตะวันตกในเขตไซบีเรีย คาดเดินเครื่องได้ภายในปี 2026 นี้
เทคโนโลยีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบัน
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบันมีระบบต่าง ๆ แต่หนึ่งในส่วนสำคัญที่สุดก็คือเตาปฏิกรณ์ (Reactor) ที่เป็นจุดให้พลังงานจากการสลายของธาตุกัมมันตรังสี (Nuclear fission) ซึ่งถ้าไม่มีสารหล่อเย็น (Coolant) ก็จะเกิดการรั่วไหลหรือการระเบิดขึ้นได้ เนื่องจากความร้อนสูงเกินกว่าที่ระบบออกแบบจนไม่สเถียร ทำให้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์นั้นสามารถจำแนกออกเป็นหลายรูปแบบ ตามลักษณะของสารหล่อเย็น
เช่นเดียวกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เตาปฏิกรณ์นิวตรอนแบบเร็วซึ่งหล่อเย็นด้วยสารตะกั่ว (lead-cooled fast neutron reactor) ถือเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีล่าสุดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่เข้าสู่ยุคที่ 4 (Generation IV Nuclear Reactors) ที่สร้างการสลายตัวของกัมมันตรังสีโดยการใช้พลังงานจากนิวตรอน (Neutron) ซึ่งเป็นองค์ประกอบหนึ่งของธาตุในระดับเล็กกว่าอะตอม ทำให้ดึงพลังงานมาได้เร็วขึ้นกว่าแบบดั้งเดิม หรือที่เรียกว่าเตาปฏิกรณ์แบบเทอร์มอล (Thermal reactor) แต่แลกกับการทำให้ระบบเตาปฏิกรณ์ร้อนมากขึ้นแทน
ในขณะเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบดั้งเดิมจะใช้น้ำหรือของเหลวในการทำหน้าที่หล่อเย็น เตาปฏิกรณ์นิวตรอนแบบเร็วซึ่งหล่อเย็นด้วยสารตะกั่ว จะใช้สารผสมระหว่างตะกั่วกับบิสมัธ (Bismuth) ซึ่งสารผสมนี้จะมีจุดหลอมละลายที่ 123.5 องศาเซลเซียส แต่มีจุดเดือดสูงถึง 1,670 องศาเซลเซียส
เนื่องจากเตาปฏิกรณ์แบบ fast reactor จะทำงานที่อุณหภูมิ 540 องศาเซลเซียส ดังนั้น สารผสมนี้จะเป็นของเหลว แต่ก็ไม่เดือดจนลุกไหม้เพื่อให้รองรับการทำงานในระบบเตาปฏิกรณ์แบบเร็วที่ปล่อยความร้อนสูงขึ้น
เทคโนโลยีใหม่ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในรัสเซีย
เตาปฏิกรณ์นิวตรอนแบบเร็วซึ่งหล่อเย็นด้วยสารตะกั่วแม้ว่าจะมีกำลังการผลิตที่สูงขึ้น แต่สิ่งที่ตามมาก็คือความเสี่ยงที่เพิ่มขึ้น เพราะระบบเตาปฏิกรณ์ที่ความร้อนสูงขึ้น ก็มีความเสี่ยงในการระเบิดมากขึ้น และการรักษาความสเถียรของระดับความร้อนภายในเตาปฏิกรณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น จึงต้องมีการจัดการทั้งระบบที่รัดกุม
อีกทั้งต้นทุนการผลิตไฟฟ้าจะสูงขึ้นเมื่อเทียบกับเตาปฏิกรณ์แบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม เตาปฏิกรณ์ เบรสต์ โอดี 300 (BREST-OD-300) ที่รัสเซียพัฒนาขึ้นทางโรซาตอม (Rosatom ออกเสียงแบบรัสเซีย) บริษัทผลิตไฟฟ้ารัฐวิสาหกิจของรัสเซียประกาศว่า เตาปฏิกรณ์ใหม่นี้สามารถผลิตไฟฟ้าได้มากขึ้นและคุ้มทุนทางเศรษฐกิจ
โดยบริษัทเปรียบเทียบกับเตาปฏิกรณ์แบบดั้งเดิมที่ดึงพลังงานจากยูเรเนียมได้เพียงร้อยละ 1 ของวัตถุดิบทั้งหมด เช่น ถ้ามีสารยูเรเนียม 100 กรัม ก็จะเอามาผลิตไฟฟ้าได้แค่ 1 กรัม แต่เตาปฏิกรณ์แบบใหม่สามารถนำส่วนที่เหลืออีก 99 กรัม กลับมาผลิตเป็นวัตถุดิบซ้ำเพื่อใช้กับเตาปฏิกรณ์ได้อีกครั้ง ทำให้กำลังการผลิตไฟฟ้าโดยรวมตลอดวงจรการผลิตสูงขึ้น
รายละเอียดโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใหม่ในรัสเซีย
โรงไฟฟ้าแห่งใหม่นี้จะตั้งอยู่ในเมืองเซเวอร์สค์ (Seversk) ในเขตไซบีเรียตะวันตก (West Siberia) ของรัสเซีย ประกอบไปด้วยอาคาร 3 ส่วนหลัก โดยอาคารส่วนแรกจะเป็นการจัดเตรียมวัตถุดิบเพื่อการผลิตไฟฟ้า ซึ่งอยู่ในรูปของสารผสมที่ทำจากยูเรเนียมและพลูโตเนียมแบบควบแน่น (Mixed dense nitride uranium-plutonium: MNUP)
โดยในส่วนอาคารส่วนแรกที่เป็นส่วนสำคัญที่สุด จะประกอบไปด้วยระบบการผลิต 4 ส่วน ได้แก่ ส่วนการผสมสารสังเคราะห์ผสมระหว่างพลูโตเนียมไนไตรด์ (plutonium nitride) และยูเรเนียม ต่อด้วยส่วนของการขึ้นรูปแท่งเชื้อเพลิง (Fuel pellet) ส่วนของการผลิตส่วนประกอบเชื้อเพลิง และส่วนการประกอบรวมทั้งหมด (Fuel bundle) ซึ่งจะต้องใช้กวิทยาศาสตร์ วิศวกรและเจ้าหน้าที่ผู้เชี่ยวชาญกว่า 250 คน
ในขณะที่ส่วนที่สองคือตัวเตาปฏิกรณ์ที่เป็นระบบหล่อเย็นด้วยตะกั่ว ซึ่งเป็นการนำนิวตรอนที่มีพลังงานภายในสูงกว่า 1 เมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV - หน่วยวัดความต่างศักย์ไฟฟ้าในระดับอิเล็กตรอนหรืออะตอม) เป็นตัวนำพาพลังงานเพื่อหล่อเลี้ยงกระบวนการสลายตัวของสารกัมมันตรังสี MNUP เพื่อปลดปล่อยพลังงานเพื่อนำไปให้ความร้อนกังหันไอน้ำ และส่วนที่สาม คือส่วนการดึงสารวัตถุดิบกลับไปเข้าสู่กระบวนการผลิตซ้ำอีกครั้ง รวมถึงจัดการกากกัมมันตรังสีที่เกิดขึ้นอีกด้วย
ทั้งนี้ โรงไฟฟ้าดังกล่าวได้รับการอนุมัติก่อสร้างตั้งแต่ปี 2016 ก่อนที่ล่าสุดเมื่อต้นเดือนมกราคมปีนี้จะเริ่มเข้าสู่กระบวนการทดสอบผลิตสาร MNUP เพื่อเตรียมใช้ในเตาปฏิกรณ์ และถ้าการทดสอบประสบความสำเร็จตามแผนงานโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งใหม่ของรัสเซียจะเปิดใช้งานได้ภายในปี 2026 และกลายเป็นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เตาปฏิกรณ์นิวตรอนแบบเร็วซึ่งหล่อเย็นด้วยสารตะกั่ว (lead-cooled fast neutron reactor) แห่งแรกของโลกอีกด้วย
ภาพ Rosatom