4. พลงงานนวเคลยร

ประยร สงสรฤทธกล ฤ

สาขาวชาฟสกส

โ โ มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร

เนอหา

• มวล-พลงงาน

• ปฏกรยานวเคลยรฏ

• การประยกตใชปฏกรยานวเคลยร ฏ

–ระเบดนวเคลยร

–โรงไฟฟานวเคลยร

Mass – Energy Equivalence

Mass – Energy Equivalence“เมอไรกตามทมการเอาพลงงานออกจากระบบ มวลทสงสรรค

กบพลงงานดงกลาวจะถกนาออกจากระบบดวย ดงนนระบบ

จะมมวลลดลง”จะมมวลลดลง”

ปฏกรยานวเคลยรฏ

(Nuclear Reaction)(Nuclear Reaction)นวเคลยรฟวชน (Nuclear Fusion)- นวเคลยรฟวชน (Nuclear Fusion)

นวเคลยรฟชชน (Nuclear Fission)- นวเคลยรฟชชน (Nuclear Fission)

ปฏกรยานวเคลยร – นวเคลยรฟวชน

“เปนปฏกรยาทนวเคลยสของธาตทเบาสองนวเคลยสมารวมกน แลวกลายเปน

นวเคลยสทหนกกวาพรอมกบมพลงมหาศาลออกมาดวย การเกดปฏกรยาน นวเคลยสทหนกกวาพรอมกบมพลงมหาศาลออกมาดวย การเกดปฏกรยาน

นวเคลยสเบานนจะมความเรวสงมากหรออยในสภาพทมความรอนสงมากหลาย

รอยลานองศาจงจะรวมกนได ปจจบนธาตทเบาทเกดปฏกรยาฟวชนคอไฮโดรเจน”รอยลานองศาจงจะรวมกนได ปจจบนธาตทเบาทเกดปฏกรยาฟวชนคอไฮโดรเจน

ปฏกรยานวเคลยร – นวเคลยรฟวชนบนพระอาทตย

หรอ photon

ปฏกรยานวเคลยร - นวเคลยรฟชชน

“เปนกระบวนการเกดขนทนวเคลยสของอะตอม ฟชชนเกดขนเมอนวเคลยส

ป โ ใ ไ แบงออกเปนนวเคลยสทเลกลง 2 หรอ 3 นวเคลยส โดยทาใหเกดผลพลอยได

(by-product ) ในรปอนภาคหรอรงสออกมาดวย ฟชชนจะมการปลดปลอย

พลงงานปรมาณมากออกมา”

ปฏกรยานวเคลยร - นวเคลยรฟชชน

อะตอมอะตอม อะตอมอะตอม อะตอมอะตอม นวตรอนนวตรอนนวตรอนนวตรอน

ธาต ธาต A A ธาต ธาต B B ธาต ธาต C C 3 3 ตวตว1 1 ตวตว

ไปมวลทสญหายไป

ปฏกรยาลกโซของฟชชนฏ

Fission Chain ReactionFission Chain Reaction

ปฏกรยาลกโซของฟชชนธาตทมกจะใชในการทาใหเกดปฏกรยานวเคลยรฟชชน คอ

• ยเรเนยม (uranium) เปนธาตทหนกทสดทเกดขนตามธรรมชาต

• พลโตเนยม (plutonium) เปนธาตทเกดปฏกรยาฟชชนเองได (spontaneous fission)

และมครงชวตสน

แมวาจะมธาตทสามารถทาใหเกดฟชชนไดอก แตสองธาตนใชไดดทสด เนองจากมปรมาณ

มากพอและเกดฟชชนไดงาย

http://www.nst.or.th/article/article493/article49302.html

ปฏกรยาลกโซของฟชชน - มวลวกฤตเมอเกดปฏกรยาในกอนมวลของยเรเนยมหรอวสดฟสไซลอนกตาม จะมนวตรอนเกดขนมา

นวตรอนบางสวนจะจบกบนวเคลยสอนของยเรเนยมทาใหเกดฟชชนขนอก ขณะทนวตรอน

อกบางสวนจะหลดออกไปจากกอนมวล หรอถกดดกลนโดยนวเคลยสของธาตอนทไมทาให

เกดฟชชน

• ถาจานวนนวตรอนททาใหเกดฟชชนชดใหมตอจานวนนวตรอนททาใหเกดฟชชนชดเดม

มคานอยกวา 1ปฏกรยาลกโซของฟชชนจะเกดลดลงแบบเอกซโปเนนเชยล

• ถาจานวนนวตรอนททาใหเกดฟชชนชดใหมตอจานวนนวตรอนททาใหเกดฟชชนชดเดม

มคามากกวา 1 ปฏกรยาลกโซของฟชชนจะเกดเพมขนแบบเอกซโปเนนเชยล สภาวะท

สดสวนจานวนนวตรอนททาใหเกดฟชชน เทากบ 1 เรยกวา สภาวะวกฤต (criticality) มวลททาใหเกดสภาวะนได เรยกวา มวลวกฤต (critical mass) ซงในความเปนจรง ทง

มวลและรปรางของวสดฟสไซล ตางกมผลตอการเกดภาวะวกฤตได

มวลวกฤตทนอยทสดของ U-235 และของ Pu-239 มคา 52 kg และ 10 kg ตามลาดบ

http://www.nst.or.th/article/article493/article49302.html

ฤ g g

ปฏกรยาลกโซของฟชชน - การใชประโยชน• โรงไฟฟานวเคลยร

– มการควบคมการเกดปฏกรยาลกโซของฟชชนในอตราท

เหมา สมเหมาะสม

• ระเบดนวเคลยรระเบดนวเคลยร

– วสดเชอเพลงมมวลมากกวามวลวกฤต ทาใหปฏกรยา

ลกโซของฟชชนเพอมขนอยางรวดเรว

ระเบดนวเคลยร (Nuclear Bomb):( )Manhattan ProjectManhattan Project

Little BoyLittle Boy

Fat ManFat Man

(wikipedia)

ทอกลวงประดวยวงแหวนททาจาก U 235 9 วง มมวลรวม 38 5 kgทอกลวงประดวยวงแหวนททาจาก U-235 9 วง มมวลรวม 38.5 kg

แผนวงแหวนททาจาก U-235 6 ชน มมวลรวม 25.6 kg

(wikipedia)

(wikipedia)

มวลของ Pu-239 ทใชทงหมด 6.2 kg

ประมาณ 17% หรอ 1 kg ทเกดการฟชชน

1g ของ Pu-239 ทเกดฟชชนทาใหเกดพลงเทยบเทากบระเบด TNT ทมมวล 21kg

โรงไฟฟานวเคลยร โรงไฟฟานวเคลยร

(Nuclear Power Plant)

“โรงผลตกระแสไฟฟาทใชความรอนจากเตาโรงผลตกระแสไฟฟาทใชความรอนจากเตา

ปฏกรณปรมณเปน แหลงพลงงานทสรางไอนา

ใ ป ไฟความดนสงในการขบเคลอนเครองปนไฟ”

โรงไฟฟานวเคลยร - แผนภาพU-235 เปนเชอเพลงของปฏกรยาลกโซของฟชชน

โรงไฟฟานวเคลยร - แผนภาพแสดงการทางาน

โรงไฟฟานวเคลยร - รนตางๆ

โรงไฟฟานวเคลยรแบงได 4 รน

• รนท 1 เปนชวงเรมตน ซงเปนเครองตนแบบ

• รนท 2 เปนรนทใชกนอยในปจจบน เรมสรางตอนชวงปลาย• รนท 2 เปนรนทใชกนอยในปจจบน เรมสรางตอนชวงปลายของทศวรรต 90 อายการใชงานแรกเรมอยท 30-40 ป ไ ป ป ตอมาไดขยายเปน 50-60 ป ดวยเหตผลทางเศรษฐกจ

• รนท 3 เปนรนทพฒนาขนจากรนท 2 โดยปรบปรงเชอเพลง รนท 3 เปนรนทพฒนาขนจากรนท 2 โดยปรบปรงเชอเพลง ประสทธภาพการใชความรอน ความปลอดภย และลดตนทน

• รนท 4 ยงอยในชวงการพฒนา

โรงไฟฟานวเคลยร – รนท 3

• ระบบความปลอดภยของโรงไฟฟานวเคลยรรนท 3

เปนแบบ passive safety system ซงเปนระบบทหากม

ความผดพลาดใดๆ จะทาใหมการปดการเดนเครอง ความผดพลาดใดๆ จะทาใหมการปดการเดนเครอง

โดยอาศยกฎทางฟสกสคอการทาใหปฏกรยาลกโซของฎ ฏ

ฟชชนหยดลง

โรงไฟฟานเคลยร

โรงไฟฟานวเคลยร – อบตเหต

โรงไฟฟานวเคลยร – อบตเหตทเชอรโนเบล

• เกดเมอ 26 เม.ย. 2529 ทางตะวนออกของสหภาพโซ ป ใ ป เวยต (ประเทศยเครนในปจจบน)

• ความรนแรงระดบท 7 • ความรนแรงระดบท 7

• สาเหตเกดจากการจงใจปลดระบบควบคมอตโนมต บางสวนออก เปนเหตใหแกนปฏกรณนวเคลยรขาดนาหลอเยน จงเกดการระเบดเนองจากแรงดนไอนาหลอเยน จงเกดการระเบดเนองจากแรงดนไอนา

• ผลทาใหสารกมมนตภาพรงสแพรกระจายในวงกวาง มผเสยชวต 31 คน และบาดเจบ 203 คนทนท

โรงไฟฟานวเคลยร – อบตเหตทฟกชมา

โรงไฟฟานวเคลยร – อบตเหตทฟกชมา

โรงไฟฟานวเคลยร – อบตเหตทฟกชมา