กากกัมมันตรังสี

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

กากกัมมันตรังสี (อังกฤษ: Radioactive waste) เชื้อเพลิงที่ใช้ในโรงงานไฟฟ้าพลังงานความร้อนทั่วไป จะใช้ความร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ก๊าซธรรมชาติ น้ำมัน และถ่านหินซึ่งทำให้เกิดของเสีย เช่น ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ไนโตรเจนออกไซด์ และคาร์บอนไดออกไซด์ รวมทั้งเถ้าโลหะหนักจากการเผาไหม้ถ่านหินเป็นปริมาณมหาศาล โดยไม่มีการสลายตัวตามธรรมชาติก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม แต่สำหรับในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์นำความร้อนที่ได้จากปฏิกิริยาฟิชชัน หรือปฏิกิริยาหารแตกตัวของเชื้อเพลิงยูเรเนียม กล่าวคือ

เมื่ออนุภาคนิวตรอนไปกระตุ้นนิวเคลียสของยูเรเนียมในสภาวะที่เหมาะสมทำให้นิวเคลียสของยูเรเนียมแตกออกเป็นธาตุใหม่สองชนิดที่เป็นธาตุกัมมันตรังสีพร้อมทั้งให้พลังงานและนิวตรอนที่เกิดขึ้นใหม่ด้วย ธาตุใหม่สองชนิดที่เกิดจากการแตกตัวของยูเรเนียมนี้เองเรียกว่า กากกัมมันตรังสี ซึ่งจะติดอยู่ในเม็ดเชื้อเพลิง

ยูเรเนียมที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะถูกอัดเป็นเม็ดเซรามิก บรรจุเรียงตัวกันภายในแท่งเชื้อเพลิง จากนั้นจึงนำไปใช้งานในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ กากกัมมันตรังสีจากปฏิกิริยาการแตกตัวของยูเรเนียมที่เกิดอย่างต่อเนื่องเป็นลูกโซ่ภายในเครื่องปฏิกรณ์จะถูกกักเก็บอย่างมิดชิดภายในเม็ดเชื้อเพลิงที่มีปลอกแท่งเชื้อเพลิงห่อหุ้มอีกชั้นหนึ่ง ภายหลังการใช้งานแท่งเชื้อเพลิงระยะหนึ่งจะมีกากกัมมันตรังสีเกิดสะสมในเม็ดเชื้อเพลิง ทำให้ประสิทธิภาพของปฏิกิริยาลูกโซ่ลดลงจึงจำเป็นต้องมีการสับเปลี่ยนนำแท่งเชื้อเพลิงใช้แล้วออกมาและเติมแท่งเชื้อเพลิงใหม่เข้าไปเพื่อให้ปฏิกิริยาดำเนินต่อไปได้

นอกจากนี้ระหว่างการเดินเครื่องโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ยังมีกากกัมมันตรังสีบางประเภทปะปนในน้ำระบายความร้อนและอุปกรณ์ภายในเครื่องปฏิกรณ์ จากการดูดจับอนุภาคนิวตรอน ด้วยเหตุนี้ทำให้ผู้ผลิตไฟฟ้ามีภาระรับผิดชอบในการจัดการกากกัมมันตรังสีที่เกิดขึ้น เพื่อป้องกันมิให้สารกัมมันตรังสีรั่วไหลออกสู่ภายนอกโรงไฟฟ้าส่งผลกระทบต่อมนุษย์ และสิ่งแวดล้อม

ชนิดและปริมาณของกากกัมมันตรังสี[แก้]

กากกัมมันตรังสีที่เกิดขึ้นในการดำเนินการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์นี้ สามารถแบ่งประเภทเพื่อการจัดการได้เป็น 2 ประเภท คือ

1.กากกัมมันตรังสีทั่วไป

กากกัมมันตรังสีทั่วไปจากการดำเนินการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่มาจาก กระดาษและวัสดุที่ใช้กรองอากาศ การทำความสะอาดระบบระบายความร้อน บ่อเก็บแท่งเชื้อเพลิงใช้แล้ว การขจัดความเปรอะเปื้อนทางรังสีของอุปกรณ์และเสื้อผ้าขณะปฏิบัติงานซ่อมบำรุง เป็นต้น กากกัมมันตรังสีเหล่านี้มีปริมาณมาก ประมาณปีละ 200 – 600 ลูกบาศก์เมตร แต่เป็นกากกัมมันตรังสีระดับรังสีปานกลางและระดับรังสีต่ำ ซึ่งสามารถสลายตัวได้อย่างรวดเร็ว

2.กากเชื้อเพลิงใช้แล้ว

ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบความดันสูง (Pressurized Water Reactor, PWR) ขนาด 1000 เมกะวัตต์ จะใช้ยูเรเนียมเข้มข้นร้อยละ 3 (3% enriched U – 235) ประมาณ 89 ตัน ประกอบเป็นแกนปฏิกรณ์ ซึ่งในแต่ละปีจะมีการสับเปลี่ยนแท่งเชื้อเพลิงระหว่างการซ่อมบำรุงประจำปี โดยนำเชื้อเพลิงใช้แล้วออกมา แล้วเติมเชื้อเพลิงใหม่เข้าไปปริมาณหนึ่งในสามของเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์ทั้งหมด หรือประมาณ 27 – 30 ตัน

นั่นคือ จะมีกากกัมมันตรังสีจากแท่งเชื้อเพลิงใช้แล้วประมาณ 27 – 30 ตันต่อปี เป็นปริมาตรประมาณ 50 ลูกบาศก์เมตร ซึ่งจัดเป็นกากกัมมันตรังสีสูงซึ่งมีธาตุยูเรเนียม – 235 ที่ยังใช้ไม่หมด และธาตุพลูโทเนียม – 239 ซึ่งเป็นธาตุมีค่าและสามารถนำกลับมาใช้ประโยชน์ในการผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ได้อีก

จากประมาณการผลิตไฟฟ้า 1 กิโลวัตต์ต่อคน ในเวลาหนึ่งปีนั้นจะทำให้เกิดกากกัมมันตรังสีระดับรังสีสูง ซึ่งเมื่อผ่านกระบวนการสกัด เอายูเรเนียมและพลูโทเนียมมาใช้ใหม่ จะเหลือเป็นกากที่ต้องการจัดการเพียง 1 ลูกบาศก์เซนติเมตรเท่านั้น หากคิดปริมาณกากกัมมันตรังสีสูงที่เกิดจากการผลิตไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์เพื่อใช้ตลอดชั่วอายุคนหนึ่งคนจะมีขนาดเท่าก้อนลูกแก้วในมือเท่านั้นเอง

ดังนั้นเชื้อเพลิงใช้แล้วในแต่ละปีประมาณ 27 – 30 ตัน เมื่อผ่านขบวนการแยก และลดปริมาตรแล้วจะเหลือกากกัมมันตรังสีระดับรังสีสูงเพียงถังขนาด 200 ลิตร ประมาณ 10 – 20 ถัง

การจัดการกากกัมมันตรังสี[แก้]

1.กากกัมมันตรังสีทั่วไป

ดังที่ได้กล่าวแล้วว่า กากกัมมันตรังสีประเภทนี้ เป็นกากกัมมันตรังสีระดับรังสีปานกลางและระดับรังสีต่ำ ซึ่งสลายตัวได้อย่างรวดเร็ว จึงสามารถเก็บไว้ภายในบริเวณโรงไฟฟ้าโดยปล่อยให้สลายตัวไปเองตามธรรมชาติ หรือ อาจผสมกับปูนซีเมนต์ หรือยางมะตอยให้อยู่ในรูปของแข็งไม่ละลายน้ำแล้วนำไปบรรจุในภาชนะปิดผนึกแน่นที่ทนการกัดกร่อนก่อนนำไปฝังใต้ผิวดินเพื่อป้องกันการรั่วไหลออกสู่สิ่งแวดล้อมอีกชั้นหนึ่งก่อนที่จะปล่อยให้สลายตัวไป โดยจะสลายตัวหมดในระยะเวลาประมาณ 100 ปี

2.การจัดการเชื้อเพลิงใช้แล้ว

2.1 การจัดเก็บชั่วคราว

เนื่องจากภายในแท่งเชื้อเพลิงใช้แล้วมีกากกัมมันตรังสีระดับรังสีสูง และยังแผ่ความร้อนอยู่เมื่อนำออกจากเครื่องปฏิกรณ์แล้วจะถูกนำไปเก็บไว้ชั่วคราวในบ่อน้ำภายในอาคารเครื่องปฏิกรณ์ก่อนนำไปเก็บไว้ภายนอกอาคารที่จัดสร้างไว้โดยเฉพาะ ทั้งนี้เพื่อให้ระดับรังสีของแท่งเชื้อเพลิงลดลงโดยใช้น้ำเป็นตัวกำบังรังสีและระบายความร้อนด้วย อย่างไรก็ตามบ่อเก็บแท่งเชื้อเพลิงภายในอาคารเครื่องปฏิกรณ์ได้ออกแบบให้มีขนาดใหญ่พอที่จะเก็บแท่งเชื้อเพลิงใช้แล้วได้ตลอดอายุการใช้งานโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ คือมากกว่า 30 ปี โดยไม่จำเป็นต้องเคลื่อนย้ายแท่งเชื้อเพลิงใช้แล้วออกนอกโรงไฟฟ้าเลย

2.2 การจักเก็บขั้นสุดท้าย

เมื่อมีปริมาณแท่งเชื้อเพลิงใช้แล้วมากพอหรือเลิกใช้งานโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แล้ว อาจจัดส่งแท่งเชื้อเพลิงไปยังโรงงานในต่างประเทศ เช่น ฝรั่งเศส อังกฤษและสหรัฐอเมริกา เพื่อสกัดแยกกากกัมมันตรังสีที่แท้จริง ออกจากธาตุยูเรเนียม – 235 และธาตุพลูโทเนียม - 239 ซึ่งจะนำกลับมาใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใหม่

สำหรับกากกัมมันตรังสีที่แท้จริงดังกล่าวสารเคมีและของเสียจากกระบวนการสกัด เป็นกากกัมมันตรังสีของเหลวระดับรังสีสูง ซึ่งจะถูกลดปริมาตรลง แล้วนำไปหลอมรวมกับแก้วให้อยู่ในรูปของผลึกแก้วบรรจุในภาชนะเหล็กไร้สนิมหรือทองแดง ซึ่งมีความคงทนสามารถกักเก็บสารกัมมันตรังสีไม่ให้รั่วไหลออกสู่สิ่งแวดล้อมได้นานนับพันปี ซึ่งเป็นเวลาที่กากกัมมันตรังสีจากการแตกตัวของยูเรเนียมสลายตัวเกือบหมด ส่วนธาตุที่ครึ่งชีวิตยาวเช่น ยูเรเนียม พลูโทเนียม และอะเมริเซียมจะมีอันตรายทางรังสีเท่ากับแร่ยูเรเนียมในธรรมชาติ

ในการจัดเก็บกากกัมมันตรังสีอย่างถาวรนั้น ในหลายประเทศได้มีการศึกษาที่จะจัดเก็บไว้ใต้ดินลึกประมาณ 0.5 – 1 กิโลเมตร ซึ่งเทคโนโลยีนี้ได้รับการพิสูจน์จากปฏิกิริยาการแตกตัวของยูเรเนียมตามธรรมชาติ เมื่อ 1,700 ล้านปี ที่เหมือง OKLO ประเทศ Gabon กากกัมมันตรังสีที่เกิดขึ้นยังคงอยู่ภายในเหมือง โดยไม่แพร่กระจายสู่สิ่งแวดล้อมเนื่องจากสภาพการจัดการตามธรรมชาติ

การพัฒนาเทคโนโลยีในอนาคต[แก้]

นอกจากการทำกากกัมมันตรังสีให้เป็นผลึกแก้วแล้ว ในประเทศออสเตรเลียได้มีการพัฒนาการทำกากกัมมันตรังสีให้อยู่ในรูปของเซรามิก หรือที่เรียกว่าหินเทียมซึ่งเป็นอีกรูปหนึ่งที่จะต้องติดตามข้อดีและข้อเสียต่อไป ในประเทศสวิสเซอร์แลนด์ได้มีการศึกษาการเก็บกากกัมมันตรังสีระดับสูง โดยเลียนแบบตามธรรมชาติของซากดึกดำบรรพ์ที่ถูกทับถมในตะกอนดิน ซึ่งมีความเสถียรภาพ ทนทานต่อแรงแผ่นดินไหว ทั้งนี้เพื่อป้องกันการแพร่กระจายของสารกัมมันตรังสีในระยะยาว ส่วนในยุโรปและในสหรัฐอเมริกาได้มีการพัฒนาขบวนการจัดการกากกัมมันตรังสีด้วยการกระตุ้นให้กากกัมมันตรังสีมีอายุสั้นลงโดยการนำกลับเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ หรือเครื่องเร่งอนุภาคอีกครั้งหนึ่ง เพื่อเร่งให้มีคุณสมบัติการสลายตัวได้รวดเร็วขึ้น แต่ในปัจจุบันสามารถทำได้เพียงการก้อสร้างโรงงานต้นแบบ จำเป็นต้องการพัฒนาเทคโนโลยีด้านนี้ต่อไปอีกระยะหนึ่งจึงจะสามารถนำมาใช้งานได้จริง


อ้างอิง[แก้]

  • Hore – Lacy, I. and Hubery, R., Nuclear Electricity – An Australian Perspective 3rd Ed., Australian Mining Industry Council, Victorian Printing Pty Ltd., 1989.
  • Handbook for Citizens, The Nuclear Waste Primer, The League of Women Voters Education Fund, Nick Lyons Books, 1985.
  • An IAEA Source Book, Radioactive Waste Management, International Atomic Energy Agency, Vienna, 1992.
  • Opalinus Clay : a solution for Switzerland’s Waste, Nuclear Engineering International Vol. 48 No. 538, February 2003.