คุณรู้หรือไม่ว่าโรงงานไฟฟ้า ที่สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้มากเป็นอันดับต้น ๆ คือ โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ โรงงานไฟฟ้าประเภทนี้ใช้เชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้าน้อยมาก เมื่อเทียบกับโรงงานไฟฟ้าประเภทอื่น ๆ มีการทำการทดลองในการเปรียบเทียบปริมาณเชื้อเพลิง ที่ใช้ในโรงไฟฟ้าประเภทต่าง ๆ ที่มีกำลังการผลิตไฟฟ้าเพียงพอสำหรับเมืองตัวอย่างแห่งหนึ่ง ที่มีประชากร 560,000 คน ภายในระยะเวลาหนึ่งปี ต้องใช้ถ่านหินถึง 2,300,000 ตัน, น้ำมัน 10,000,000 บาร์เรล, ก๊าซธรรมชาติ 1,800,000,000 ลูกบาศก์เมตร แต่ใช้ยูเรเนียมเพียงแค่ 33 ตันเท่านั้น จากการทดลองนี้จะเห็นได้ว่าโรงงานไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ ที่ใช้ยูเรเนียมเป็นแหล่งเชื้อเพลิงนั้น มีความคุ้มค่าในการผลิตพลังงานไฟฟ้าเพียงใด แล้วยูเรเนียมที่ใช้เป็นแหล่งเชื้อเพลิงหล่ะ มาจากไหนนะ??การผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะแบ่งออกเป็น 2 ส่วนหลัก ๆ คือ วัฏจักรส่วนหน้า (Front End Cycle) และวัฏจักรส่วนหลัง (Back End Cycle) แต่ในการผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้สำหรับโรงงานไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ จะอยู่ในวัฏจักรส่วนหน้า ซึ่งมีกระบวนการทั้งหมด 4 ขั้นตอนดังนี้ การทำเหมืองแร่ยูเรเนียม (Uranium mining) ปัจจุบันมีการทำเหมืองแร่ด้วยกัน 3 วิธี คือ การทำเหมืองแบบเปิด (Open-pit mining) การทำเหมืองใต้ดิน (Underground mining) และการทำเหมืองโดยเทคนิคการขุดสารละลายที่เรียกกันทั่วไปว่า In-situ leaching การทำเหมืองแร่ยูเรเนียมนั้น จะมีความคล้ายกับเหมืองแร่ทั่วไป เหมืองแบบดปิดนิยมสำหรับสินแร่ที่อยู่ลึกไม่เกิน 200 เมตร โดยจะทำการระเบิดหินออกเป็นชั้น ๆ ชั้นละ 5-20 เมตร เหมืองแบบใต้ดินต้องขุดดินลงไปใต้ดิน และต้องมีการระบายอากาศที่ดี เพื่อป้องกันอันตรายจากฝุ่นผงยูเรเนียม ส่วนการทำเหมืองแบบ In-situ จะทำการเจาะท่อลงในดินหลายท่อ จากนั้นทำการปล่อยสารละลายกรด หรือด่างเข้มข้นหลายล้านแกลลอนลงไปในน้ำใต้ดิน เพื่อละลายยูเรเนียมออกจากทราย และเข้าสู่โรงสกัดยูเรเนียมการกลั่นแร่ยูเรเนียม (Uranium milling) หลังจากที่แร่ยูเรเนียมถูกสกัดออกมาแล้ว แร่ยูเรเนียมเหล่านี้จะถูกนำไปกลั่นเป็นยูเรเนียมเข้มข้นที่โรงสียูเรเนียม แร่จะถูกบดป่นและบดเป็นผงละเอียด มีการเติมสารเคมีลงในผงที่ถูกบดละเอียดนี้ ซึ่งทำให้เกิดปฏิกิริยาที่จะแยกธาตุยูเรเนียมออกจากธาตุอื่น ๆ น้ำใต้ดินจากการทำเหมืองจะถูกหมุนเวียนผ่านแผ่นเรซิน เพื่อสกัดและทำให้ยูเรเนียมเข้มข้น ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกระบวนการนี้ถูกเรียกว่า " Yellow cake " การเสริมสมรรถนะยูเรเนียม (Uranium enrichment) ขั้นตอนต่อไปของวัฏจักเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ คือการเปลี่ยน Yellow cake เป็นก๊าซยูเรเนียมเฮกซะฟลูออไรด์ (UF6) ที่อุณหภูมิห้องความดัน 1 บรรยากาศ ก๊าซชนิดนี้จะมีสถานะเป็นของแข็ง แต่เมื่อได้รับความร้อนจนถึง 60 องศาเซลเซียส จะระเหิดกลายเป็นก๊าซ หลังจากแปลงสภาพ yellow cake เป็นก๊าซยูเรเนียมเฮกซะฟลูออไรด์แล้ว ก๊าซนี้จะถูกส่งไปยังโรงงานเสริมสมรรถนะซึ่งไอโซโทปของยูเรเนียมแต่ละตัว จะถูกแยกออกเพื่อผลิตก๊าซยูเรเนียมเฮกซะฟลูออไรด์ที่มีความเข้มข้น 3% ถึง 5% ของ U-235 กระบวนการที่ใช้ในการเสริมสมรรถนะคือกระบวนการ Gaseous diffusion และ Gas centrifugeการผลิตเม็ดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (Nuclear fuel fabrication) เมื่อยูเรเนียมถูกเสริมสมรรถนะแล้ว ก็พร้อมที่จะเปลี่ยนไปเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ โดยที่ UF6 ซึ่งอยู่ในรูปของแข็งจะถูกทำให้ร้อน จนกลายเป็นก๊าซและแปรรูปไปเป็นผงยูเรเนียมไดออกไซด์ (UO2) จากนั้นผงจะถูกบีบอัดและกลายเป็นเม็ดเชื้อเพลิงเซรามิกขนาดเล็ก เม็ดจะเรียงซ้อนกันและปิดผนึกเป็นท่อโลหะยาว ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 เซนติเมตร เพื่อสร้างแท่งเชื้อเพลิง จากนั้นแท่งเชื้อเพลิงจะรวมเข้าด้วยกัน เพื่อประกอบเป็นชุดเชื้อเพลิงซึ่งขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องปฏิกรณ์ แต่ละชุดเชื้อเพลิงมีแท่งเชื้อเพลิงประมาณ 179 ถึง 264 แท่ง แกนเครื่องปฏิกรณ์ทั่วไปมีส่วนประกอบเชื้อเพลิง 121 ถึง 193 ชิ้นภาพปก canvaภาพที่ 1 pixabayภาพที่ 2 freepikภาพที่ 3 pixabay