จีนสร้างเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์จากแร่ทอเรียมเชิงพาณิชย์เป็นชาติแรกของโลก หลังอเมริกาพับโครงการตั้งแต่ยุค 60

สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งจีน (Chinese Academy of Sciences: CAS) ประกาศความสำเร็จในการสร้างเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทอเรียมซึ่งหล่อเย็นด้วยเกลือหลอมเหลว (Thorium molten-salt reactor) กำลังการผลิต 2 เมกะวัตต์ (MW) ซึ่งเคลมว่าเป็นเตาปฏิกรณ์จากแร่ทอเรียมที่ทำงานได้จริงเชิงพาณิชย์เป็นเครื่องแรกของโลก โดยใช้องค์ความรู้จากงานวิจัยของสหรัฐอเมริกาที่เคยผลักดันในยุค 1960

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จากแร่ทอเรียม

โดยทั่วไปแล้ว เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (Nuclear reactor) เป็นอุปกรณ์ในการดึงเอาพลังงานความร้อนจากการสลายตัวทางนิวเคลียร์ (Nuclear fission) มาใช้ในการผลิตไฟฟ้า ซึ่งต่อยอดมาจากการเสริมสภาพ (Enrichment) สารกัมมันตรังสีสำหรับทำอาวุธเช่นขีปนาวุธ หรือสร้างพลังงานให้ยุทโธปกรณ์ เช่น เรือดำน้ำพลังงานนิวเคลียร์

ด้วยเหตุนี้ สารกัมมันตรังสีที่ใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จึงมักเป็นยูเรเนียม (Uranium) ที่สามารถผลิตขึ้นเพื่อทำอาวุธและโรงไฟฟ้าได้ในกระบวนการเดียวกัน แต่นักวิทยาศาสตร์อเมริกันก็เคยทดลองหาสารอื่นทดแทน รวมไปถึงทอเรียม (Thorium) สารกัมมันตรังสีที่พบได้ในธรรมชาติในยุคปี 1960

แต่เนื่องจากทอเรียมไดออกไซด์ (Thorium dioxide) ซึ่งเป็นสารประกอบทอเรียมที่ใช้เป็นแกนกลางของเตาปฏิกรณ์นั้นมีจุดหลอมเหลว (melting point) ที่ 3,350 องศาเซลเซียส (°C) ซึ่งมากกว่ายูเรเนียมไดออกไซด์ที่ 2,800 องศาเซลเซียส ทำให้ระบบหล่อเย็น (Coolant) ของเตาปฏิกรณ์ดั้งเดิมที่เป็นน้ำไม่เพียงพอ 

ส่งผลให้นักวิจัยในยุคนั้นเลือกใช้เกลือที่หลอมเหลว (molten salt) ซึ่งมีจุดหลอมเหลวได้ตั้งแต่ 250 - 800 องศาเซลเซียส ขึ้นอยู่กับประเภทเกลือ มาเป็นสารหล่อเย็นแทน จนเรียกว่า "เตาปฏิกรณ์แบบหล่อเย็นด้วยเกลือหลอมเหลว" (Molten-salt reactor: MSR) ทำงานที่อุณหภูมิ 700 องศาเซลเซียส และทดลองใช้กับสารทอเรียมได้สำเร็จในยุคนั้น

ทำไมอเมริกาถึงพับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จากแร่ทอเรียม?

อย่างไรก็ตาม MSR มีจุดอ่อนหลายประการ เช่น การผุกร่อน (Corrosion) ของระบบจากการใช้เกลือเป็นสารหล่อเย็นสูงกว่าสารหล่อเย็นแบบอื่น ๆ มีต้นทุนในการสร้างที่สูงกว่าเตาปฏิกรณ์ปกติ 

ในขณะเดียวกัน สารทอเรียมถึงแม้จะมีมากในธรรมชาติ แต่ก็ไม่สามารถสลายตัวได้เอง (Fertile material) ต้องมีสารยูเรเนียมช่วยกระตุ้นอยู่ดี ยังไม่รวมว่าในกระบวนการสลายตัวของทอเรียมนั้นจะไม่สร้างยูเรเนียม-233 ซึ่งเป็นยูเรเนียมแบบหนึ่ง (Isotope uranium) สำหรับทำอาวุธ ส่งผลให้ความคุ้มค่าในการเสริมสภาพต่ำ ส่งผลให้สหรัฐฯ ไม่ผลักดันเทคโนโลยีเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทอเรียม และยุติโครงการในช่วงปี 1980 ไป แม้จะมีความพยายามในการรื้อโครงการขึ้นมาอีกครั้งจนถึงปัจจุบันก็ตาม

เป้าหมายของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จากแร่ทอเรียมของจีน

ในขณะที่จีนยังคงผลักดันเทคโนโลยีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จากแร่ทอเรียมโดยใช้องค์ความรู้จากงานวิจัยของสหรัฐฯ ที่ตีพิมพ์ในฐานข้อมูลวิจัยสาธารณะ ก่อนจะเริ่มการพัฒนาเตาปฏิกรณ์จากแร่ทอเรียมในปี 2018 ด้วยนักวิจัยหลักสิบชีวิต จนขยายตัวเป็นทีมพัฒนากว่า 400 ชีวิต ที่ทำงานต่อเนื่องเป็นปีเพื่อให้เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์จากแร่ทอเรียมเชิงพาณิชย์แห่งแรกของโลกเกิดขึ้นในจีน

จนกระทั่งในปี 2023 ที่ผ่านมา จีนได้เปิดตัว TMSR-LF1 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทอเรียมที่มีกำลังการผลิต 2 เมกะวัตต์ (MW) อย่างเป็นทางการ โดยใช้ทั้งทอเรียมและเกลือหลอมเหลว (FLiBe) ในเขตทะเลทรายโกบีทางตะวันตกเฉียงเหนือของประเทศ และประกาศความสำเร็จในการเดินเครื่องเมื่อ 8 เมษายนที่ผ่านมา โดยไม่เปิดเผยรายละเอียดหรือขั้นตอนการพัฒนาในปัจจุบัน

โดย CAS ยังตั้งเป้าที่จะสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จากทอเรียมที่มีกำลังการผลิต 10 MW ภายในปี 2030 นี้ เพื่อตอบสนองการขยายโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในพื้นที่ซีกตะวันตกของประเทศซึ่งเป็นพื้นที่แห้งแล้ง ส่งผลให้การสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่หล่อเย็นด้วยน้ำเป็นเรื่องยาก  

นอกจากนี้ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จากแร่ทอเรียมยังช่วยลดปัญหาขยะนิวเคลียร์ที่มาจากการผลิตไฟฟ้า เนื่องจากกากนิวเคลียร์จากแร่ทอเรียมนั้นปล่อยกัมมันตภาพรังสี (Radioactive) น้อยกว่ากากนิวเคลียร์จากแร่ยูเรเนียม ซึ่งมีความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อมสูงหากเกิดการรั่วไหล

ในปัจจุบัน จีนประเมินว่ามีปริมาณแร่ทอเรียมสำรองในประเทศประมาณ 300,000 ตัน เป็นอย่างน้อย ซึ่งนักวิจัยบางส่วนเชื่อว่าจีนยังมีพื้นที่สายแร่ทอเรียมในเขตมองโกเลียในที่มากพอจะใช้ผลิตไฟฟ้าให้ทั้งรปะเทศได้เป็นหมื่นปี แต่ยังไม่มีการพัฒนาหรือสำรวจในปัจจุบัน ในขณะที่สหรัฐฯ มีปริมาณแร่ทอเรียมสำรองประมาณ 600,000 ตัน และทั่วโลกรวมกว่า 35 ประเทศ (ไม่มีประเทศไทย) นั้นคาดว่ามีปริมาณแร่ทอเรียมสำรองไม่น้อยกว่า 6 ล้านตัน

ภาพโรงไฟฟ้า TMSR-LF1 ที่มา Wikipedia