9789740327752

1,363 views

Published on

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์

Published in: Education
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
1,363
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
10
Actions
Shares
0
Downloads
37
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

9789740327752

  1. 1. บทที่ 1 ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับพลังงานนิวเคลียร์ บทนำ การนำเทคโนโลยีใหม่ ๆ เข้ามาใช้ในการพัฒนาประเทศในด้านต่าง ๆ เช่น อุตสาหกรรม เกษตรกรรม พาณิชยกรรม และคมนาคม โดยเฉพาะอย่างยิ่งการพัฒนาประเทศเกษตรกรรมไปสู่ ประเทศอุตสาหกรรมมากขึ้น การพัฒนาดังกล่าวจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีทางด้านวิทยาศาสตร์เข้ามา ช่วยอย่างมาก มีการนำผลงานวิจัยพัฒนาทางด้านวิทยาศาสตร์ออกไปสู่ภาคอุตสาหกรรมและมีการใช้ พลังงานเพิ่มขึ้น การวางโครงการและคิดคำนึงปัญหาพลังงานอย่างเร่งรีบ ตลอดจนการพิจารณา กำหนดนโยบายและแผนพลังงานระยะยาวของรัฐ จึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งเพื่อที่แผนพัฒนาประเทศ ได้เติบโต เจริญก้าวหน้า และมีความสอดคล้องกันได้ดีขึ้น มนุษย์เราทุกคนต้องพึ่งพาอาศัยพลังงานในการดำรงชีวิต บรรดาพลังงานรูปต่าง ๆ พลังงาน นิวเคลียร์ก็เป็นส่วนหนึ่งที่ให้ประโยชน์ต่อประชาชนในชีวิตประจำวันทั่วไป เช่น อาหารที่ใช้บริโภคซึ่ง_10-031(001-032)P4.indd 1 2/7/11 4:52:36 PM
  2. 2. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เป็ น ผลิ ต ผลโดยตรง หรื อ โดยอ้ อ มจากการนำเทคโนโลยี ด้ า นนิ ว เคลี ย ร์ ไ ปประยุ ก ต์ ใ ช้ ใ นด้ า น การเกษตร การถนอมอาหาร สิ่งของต่าง ๆ ที่ใช้อยู่เป็นประจำ เช่น ยาสีฟัน แปรงสีฟัน สบู่ ปากกา ดินสอ กระดาษ กระเบื้อง หรือยางรถยนต์ ก็ผลิตโดยใช้อุปกรณ์นิวเคลียร์เป็นองค์ประกอบ ในการควบคุมคุณภาพและลดต้นทุนการผลิต รวมถึงการรักษาพยาบาล การตรวจวินิจฉัย และ การรักษาโรคบางอย่างต้องใช้ตัวยาที่มีสารกัมมันตรังสีเจือปนอยู่ด้วย แม้แต่เข็มฉีดยา หรือผ้ากอซ ก็เป็นเวชภัณฑ์ที่ได้ผ่านการฆ่าเชื้อโรคโดยใช้รังสี เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ผลิตพลังงานนิวเคลียร์มี 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ วิจัย (Research Reactor) และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์กำลัง (Power Reactor) ซึ่งแต่ละ ประเภทยังแยกออกเป็นแบบต่าง ๆ อีกมากมายตามลักษณะและจุดประสงค์ของการใช้งาน ใน ส่วนของความแตกต่างระหว่างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์วิจัยและเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์กำลัง คือ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์วิจัยมุ่งใช้ประโยชน์จากนิวตรอนฟลักซ์ ส่วนความร้อนที่เกิดขึ้นจะ ระบายออกสู่บรรยากาศทิ้งไป ตรงกันข้ามกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์กำลังมุ่งใช้ประโยชน์จาก ความร้อนที่เกิดขึ้นเพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า อีกทั้งขนาดของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์กำลัง มีขนาดใหญ่กว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์วิจัยมาก 1. ทฤษฎีเบื้องต้นของพลังงานนิวเคลียร์ ธาตุต่าง ๆ ทุกชนิดมีองค์ประกอบ หรืออนุภาค (Particle) ที่เล็กที่สุดเรียกว่า อะตอม (Atom) (ธาตุที่ค้นพบแล้วมีจำนวน 105 ชนิด) ลักษณะโครงสร้างของอะตอมเป็นกลุ่มอนุภาค ที่ เ ล็ ก มากและรวมกั น หนาแน่ น บริ เ วณศู น ย์ ก ลาง อนุ ภ าคกลุ่ ม ศู น ย์ ก ลางของอะตอมเรี ย กว่ า นิวเคลียส (Nucleus) ประกอบด้วยอนุภาคนิวตรอน (Neutron) และอนุภาคโปรตอน (Proton) อนุภาคกลุ่มที่หมุนอยู่โดยรอบนิวเคลียสเรียกว่า อิเล็กตรอน (Electron) ซึ่งจะหมุนรอบนิวเคลียส ในวงโคจร ณ ระดับต่าง ๆ ตามปกติอนุภาคนิวตรอน โปรตอน และอิเล็กตรอน ไม่สามารถอยู่โดย ลำพังได้ จะต้องรวมกันเป็นอะตอมของธาตุชนิดใดชนิดหนึ่งเสมอ อนุภาคอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุด มีมวล 0.000549 amu (Atomic Mass Unit) หรือน้ำหนัก 0.0009x10-24 กรัม มีประจุไฟฟ้าลบ_10-031(001-032)P4.indd 2 2/7/11 4:52:37 PM
  3. 3. ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับพลังงานนิวเคลียร์ อนุ ภ าคโปรตรอน มี ม วล 1.007277 amu มี น้ ำ หนั ก 1.6725 x 10 -24 กรั ม หรื อ น้ำหนัก 1.837 เท่าของอนุภาคอิเล็กตรอน มีประจุไฟฟ้าบวก อนุภาคนิวตรอน มีมวล 1.008665 amu หรือน้ำหนัก 1.674 x 10-24 กรัม ไม่มีประจุไฟฟ้า 1.1 โครงสร้างของอะตอม (Atomic Structure) แต่เดิมเข้าใจว่าอะตอมเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของธาตุ ซึ่งไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปด้วย วิธีใดตามแบบโครงสร้างอะตอมของบอห์ร (Bohr Model of the Atom) อะตอมมีเส้นผ่า ศูนย์กลางประมาณ 10-8 เซนติเมตร (อะตอมร้อยล้านตัวมาเรียงกันจะยาว 1 เซนติเมตร) สำหรับ ทัศนะทางทฤษฎีอะตอมปัจจุบันอะตอมมิใช่อนุภาคที่เล็กที่สุด แต่มีอนุภาคที่เล็กยิ่งกว่าอะตอม อีกหลายชนิด เช่น อิเล็กตรอน โปรตอน นิวตรอน มีซอน นิวทริโน แอนติโปรตอน เป็นต้น แต่สำหรับองค์ประกอบที่สำคัญของพลังงานนิวเคลียร์จะพิจารณาเฉพาะอิเล็กตรอน โปรตอน และ นิวตรอน เท่านั้น นิวเคลียสมีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 10-12 เซนติเมตร หรือเล็กกว่าอะตอมประมาณ 10,000 เท่า โปรตอนกับนิวตรอนถูกยึดเหนี่ยวให้รวมกันอยู่ได้ในนิวเคลียสด้วยแรงชนิดหนึ่ง ที่มีพลังมหาศาลมากกว่าพลังดึงดูดระหว่างโปรตอนกับอิเล็กตรอนนับล้าน ๆ เท่า ถ้าปราศจาก แรงยึ ด เหนี่ ย วนี้ แ ล้ ว แรงผลั ก ดั น ระหว่ า งกั น ของโปรตอนในนิ ว เคลี ย สคงจะทำให้ นิ ว เคลี ย ส แตกระเบิด การที่อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าลบ ในภาวะปกติจำนวนอิเล็กตรอนที่หมุน รอบนิวเคลียสจะเท่ากับจำนวนของโปรตอนในนิวเคลียส และปริมาณของประจุไฟฟ้าลบของ อิเล็กตรอนหนึ่ง ๆ ก็มีขนาดเท่ากันกับปริมาณของประจุไฟฟ้าบวกของโปรตอนหนึ่ง ๆ ด้วย อะตอม ของธาตุ จึ ง มี ส ภาพเป็ น กลางไม่ แ สดงอำนาจไฟฟ้ า ออกมา อิ เ ล็ ก ตรอนหมุ น รอบนิ ว เคลี ย ส ด้วยอัตราเร็วประมาณ 32,000 กิโลเมตร/วินาที วิถีทางโคจรของอิเล็กตรอนรอบ ๆ นิวเคลียส ประมาณ 1/400,000,000 เซนติเมตร ในหนึ่งวินาทีอิเล็กตรอนจึงหมุนรอบนิวเคลียสได้ถึง 1019 รอบ การหมุนด้วยความเร็วสูงมากเช่นนี้ทำให้เกิดแรงเหวี่ยง (Centrifugal Force) อย่างมหาศาล แต่ไม่ ส ามารถทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากวงโคจร เนื่ อ งจากมี แ รงดึ ง ดู ด จากนิ ว เคลี ย สและ โปรตอนยึดเหนี่ยวอยู่ เรียกแรงนี้ว่า แรงดึงดูดระหว่างประจุ (Coulomb Force)_10-031(001-032)P4.indd 3 2/7/11 4:52:37 PM
  4. 4. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ 1.2 วงโคจรของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส (Energy Levels) จำนวนอิเล็กตรอนที่วิ่งวนรอบนิวเคลียสของอะตอมมีปริมาณมากน้อยเพียงใดขึ้นอยู่ กับมวลอะตอม ธาตุเบามีจำนวนอิเล็กตรอนน้อย (ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่เบาที่สุด มีอิเล็กตรอนหมุน รอบนิวเคลียส 1 ตัว) ธาตุหนักจะมีจำนวนอิเล็กตรอนมาก (ธาตุหนักทีพบในธรรมชาติ คือ ยูเรเนียม ่ มีอิเล็กตรอน 92 ตัว) จำนวนอิเล็กตรอนภายในอะตอมยิ่งมากจะทำให้ลักษณะของวงโคจรสลับ ซับซ้อนโดยเรียงซ้อนกันเป็นวงเหมือนดูเป็นชัน ๆ ลักษณะโครงสร้างชันเรียกว่า “Principal Energy ้ ้ Levels” หรือ เชลล์ (Shell) และตั้งชื่อเชลล์ต่าง ๆ ตั้งแต่เชลล์แรกที่อยู่ใกล้ที่สุดกับนิวเคลียสออก ไปว่า K, L, M, N, O, P และ Q ตามลำดับ ในแต่ละเชลล์จะมีจำนวนอิเล็กตรอนกี่ตัวนั้นขึ้นอยู่กับ ชนิดของธาตุ และมีข้อจำกัดจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดที่จะอยู่ในเชลล์ต่าง ๆ จะเท่ากับ 2n2 โดย n เป็นลำดับของเชลล์นับจากวงที่อยู่ใกล้สุดกับนิวเคลียสออกไป เชลล์ K คือ เชลล์ที่ 1 จะมีจำนวนอิเล็กตรอนอย่างมาก 2 x 12 = 2 ตัว L คือ เชลล์ที่ 2 จะมีจำนวนอิเล็กตรอนอย่างมาก 2 x 22 = 8 ตัว M คือ เชลล์ที่ 3 จะมีจำนวนอิเล็กตรอนอย่างมาก 2 x 32 = 18 ตัว N คือ เชลล์ที่ 4 จะมีจำนวนอิเล็กตรอนอย่างมาก 2 x 42 = 32 ตัว O คือ เชลล์ที่ 5 จะมีจำนวนอิเล็กตรอนอย่างมาก 2 x 52 = 50 ตัว P คือ เชลล์ที่ 6 จะมีจำนวนอิเล็กตรอนอย่างมาก 2 x 62 = 72 ตัว Q คือ เชลล์ที่ 7 จะมีจำนวนอิเล็กตรอนอย่างมาก 2 x 72 = 98 ตัว รูปที่ 1.1 แสดงโครงสร้ า งชั้ น เชลล์ ข องอะตอม วงโคจรของอิ เ ล็ ก ตรอนรอบนิ ว เคลี ย สของ อะตอมที่เรียงซ้อนกันเป็นชั้น_10-031(001-032)P4.indd 4 2/7/11 4:52:37 PM
  5. 5. ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับพลังงานนิวเคลียร์ 1.3 ธาตุต่าง ๆ 1) ธาตุ (Elements) เพื่อเป็นแนวทางเดียวกันในการศึกษาเรื่องพลังงานนิวเคลียร์ นักวิทยาศาสตร์ได้ กำหนดสัญลักษณ์ของธาตุตาง ๆ ไว้ ่ 1) สัญลักษณ์ของธาตุ คือ A ZX X = ชื่อธาตุต่าง ๆ เช่น ไฮโดรเจน (H), คาร์บอน (C), คลอรีน (CI), เหล็ก (Fe), ทองคำ (Au), และตะกั่ว (Pb) เป็นต้น Z = เลขอะตอม (Atomic Number) A = เลขมวล (Mass Number) A เขียนที่มุมบนของ X แทนจำนวนโปรตอน และนิวตรอน ซึ่งรวมอยู่ในนิวเคลียส ของธาตุ X เนื่องจากอนุภาคอิเล็กตรอนมีมวลน้อยมาก A จึงเป็นตัวแสดงถึงขนาดหรือมวลของ อะตอมนั้น ๆ เรียกว่า เลขมวล (Mass Number) Z เขียนที่มุมล่างของ X แทนจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของธาตุ X และยัง หมายถึง จำนวนอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าที่อาจจะทำปฏิกิริยากับอนุภาคของธาตุอื่นได้ จึงแสดงถึง คุณสมบัติทางเคมีของธาตุนั้น ๆ เป็นธาตุอะไร เรียกว่า เลขอะตอม (Atomic Number) ตัวอย่างเช่น ธาตุลิเทียม (Lithium) ในนิวเคลียสมีโปรตอน 3 ตัว และนิวตรอน 4 ตัว ฉะนั้นเลขมวลของลิเทียม (A) จึงเท่ากับ 7 (จำนวนอิเล็กตรอนหมุนรอบ 3 ตัว) ถ้าเราทราบค่า เลขอะตอม (Z) แล้ว เราสามารถหาจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสของอะตอมของธาตุนั้นได้ ดังนี้ จำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส = เลขมวล – เลขอะตอม n = A–Z เนื่องจากจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส (หรือเลขอะตอม) ของธาตุใดธาตุหนึ่งเป็น ตัวแสดงถึงคุณสมบัติทางเคมีของธาตุนั้น และโดยที่ธาตุชนิดเดียวกันหมายถึงธาตุที่มีคุณสมบัติ ทางเคมีเหมือนกัน ดังนั้น ธาตุชนิดเดียวกันอาจกล่าวได้ว่าคือธาตุที่มีจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส เท่ากัน (หรือ Z เท่ากัน)_10-031(001-032)P4.indd 5 2/7/11 4:52:38 PM
  6. 6. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ 2) ไอโซโทป (Isotope) ธาตุประเภทที่เรียกว่า “ไอโซโทป” หมายถึง ธาตุที่มีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนกัน แต่มีคุณสมบัติทางฟิสิกส์ หรือน้ำหนักต่างกัน และจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสเป็นตัวที่ทำให้ ธาตุ ช นิ ด เดียวกันมีน้ำหนักต่างกัน ซึ่งอาจกล่ า วได้ อี ก อย่ า งว่ า ไอโซโทปของธาตุ ห มายถึ ง ธาตุ ชนิดเดียวกัน แต่มีจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสไม่เท่ากัน หรือธาตุที่มีเลขอะตอมเท่ากัน แต่เลขมวล ไม่เท่ากัน รูปที่ 1.2 ไอโซโทปของไฮโดรเจนมีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่จำนวนนิวตรอนต่างกัน ไอโซโทปของธาตุไฮโดรเจนมี 3 แบบ คือ 1 1H หรือโปรเตียมเป็นไฮโดรเจนที่รู้จักกันทั่วไป ในนิวเคลียสไม่มีนิวตรอนแต่มี โปรตอน 1 ตัว และอิเล็กตรอนหมุนรอบโปรตอนนี้ 1 ตัว มีเลขอะตอมเท่ากับ 1 และเลขมวล เท่ากับ 1 จึงเป็นธาตุที่เบาที่สุด 2 1H หรือ D เป็นธาตุดิวเทอเรียมซึ่งเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจน ในนิวเคลียส มีนิวตรอนและโปรตอนอย่างละ 1 ตัว มีอิเล็กตรอนหมุนรอบนิวเคลียส 1 ตัว มีคุณสมบัติทางเคมี เหมือนไฮโดรเจน เนื่องจากมีเลขอะตอมเท่ากัน แต่มีน้ำหนักประมาณ 2 เท่าของไฮโดรเจน หรือ มีเลขมวลเท่ากับ 2 ในธรรมชาติมีปริมาณ 0.02 เปอร์เซ็นต์ของปริมาณไฮโดรเจนชนิดต่าง ๆ ทั้งหมด ไฮโดรเจนชนิดนี้รวมตัวกับออกซิเจนเป็นดิวเทอเรียมออกไซด์ (D2O) เรียกชื่อธรรมดาว่า น้ำมวลหนัก (Heavy Water) มักมีผสมอยู่ในน้ำธรรมดาประมาณ 1 ใน 500 ส่วน_10-031(001-032)P4.indd 6 2/7/11 4:52:38 PM
  7. 7. ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับพลังงานนิวเคลียร์ 3 1Hหรือ T เป็นธาตุตริเตียม ในนิวเคลียสประกอบด้วยนิวตรอน 2 ตัว และ โปรตอน 1 ตัว มีอิเล็กตรอนหมุนรอบนิวเคลียส 1 ตัว มีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนไฮโดรเจน แต่มี น้ำหนักประมาณ 3 เท่าของไฮโดรเจนหรือมีเลขมวลเท่ากับ 3 ในธรรมชาติมีปริมาณน้อยมาก และมีผสมอยู่ในน้ำธรรมดา สามารถผลิตขึ้นได้จากกรรมวิธีในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ธาตุต่าง ๆ ที่มีอยู่ในธรรมชาติต่างมีไอโซโทปด้วยกันเกือบทุกธาตุ เท่าที่ค้นพบแล้ว ปรากฏว่ามีไอโซโทปอยู่ 270 ชนิด ตัวอย่างธาตุที่รู้จักแพร่หลายที่มีไอโซโทป เช่น คลอรีน (Chlorine) มี 2 ไอโซโทป คือ ชนิด A = 35, A = 37 ทองแดง (Copper) มี 2 ไอโซโทป คือ ชนิด A = 63, A = 65 ไนโตรเจน (Nitrogen) มี 2 ไอโซโทป คือ ชนิด A = 14, A = 15 ออกซิเจน (Oxygen) มี 3 ไอโซโทป คือ ชนิด A = 16, A = 17, A = 18 ยูเรเนียม (Uranium) มี 3 ไอโซโทป คือ ชนิด A = 233, A = 235, A = 238 [เมื่อ A = เลขมวล (Mass Number)) 3) ไอออนไนเซชัน (Ionization) ในอะตอมของธาตุที่มีภาวะเป็นกลางจะมีจำนวนอิเล็กตรอน (ประจุไฟฟ้าลบ) เท่ากับจำนวนโปรตอน (ประจุไฟฟ้าบวก) แต่อาจมีกรณีเกิดขึ้นที่ทำให้อะตอมสูญเสียอิเล็กตรอน ไป หรื อ รั บ อิ เ ล็ ก ตรอนเข้ า มาไว้ ไ ด้ หากอะตอมใดถ้ า สู ญ เสี ย อิ เ ล็ ก ตรอนไปเช่ น นี้ ก็ จ ะแสดง อำนาจไฟฟ้ า บวกขึ้ น ทั น ที เ นื่ อ งจากอิ ท ธิ พ ลของโปรตอนที่ มี จ ำนวนมากกว่ า อิ เ ล็ ก ตรอน ใน ทำนองเดียวกัน อะตอมใดหากรับอิเล็กตรอนเข้ามาก็แสดงอำนาจไฟฟ้าลบทันทีเนื่องจากจำนวน อิเล็กตรอนมีมากกว่าโปรตอน พฤติการณ์ของอะตอมที่แสดงอำนาจไฟฟ้าบวกหรือลบออกมานี้ เรียกว่า ไอออนไนเซชัน (Ionization) และอะตอมที่มีภาวะไม่เป็นกลางนั้นเรียกว่า ไอออน (Ion) การเขียนสัญลักษณ์ของไอออนใช้เครื่องหมาย + หรือ - (ตามแต่ชนิดของไอออน เติมลงไปบน สัญลักษณ์ของธาตุตามจำนวนเท่ากับประจุไฟฟ้า เช่น H+, I- เป็นต้น) มวลและปริมาณประจุไฟฟ้าในอนุภาคของอะตอม มวล (Mass) หรือน้ำหนักของอนุภาคต่าง ๆ ของอะตอมมีหน่วยเรียกว่า Atomic Mass Unit (amu)_10-031(001-032)P4.indd 7 2/7/11 4:52:38 PM
  8. 8. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ 1 amu = 1.6603 x 10-24 กรัม โปรตอน มีมวล 1.007277 amu = 1.6725 x 10-24กรัม นิวตรอน มีมวล 1.008665 amu = 1.674 x 10-24 กรัม อิเล็กตรอน มีมวล 0.000549 amu = 9.109 x 10-28 กรัม มวลของโปรตอนกับนิวตรอนมีค่าใกล้เคียงกัน และมวลเกือบทั้งหมดของอะตอม หนึ่ง ๆ เป็นผลรวมของมวลโปรตอนกับนิวตรอนที่รวมกันอยู่ในนิวเคลียส ส่วนที่เป็นมวลของ อิเล็กตรอนนั้นน้อยมาก ปริมาณของประจุไฟฟ้าในอนุภาคอะตอมมีหน่วย เรียกว่า Electrostatic Unit (esu) 1 esu = 1 คูลอมบ์ 9 3 x 10 ปริมาณประจุไฟฟ้าบวกที่โปรตอนหนึ่ง ๆ มีอยู่นั้นมีค่าเท่ากับ 4.8024 x 10-10 esu หรือเท่ากับ 1.60 x 10-19 คูลอมบ์ และปริมาณประจุไฟฟ้าลบอิเล็กตรอนหนึ่ง ๆ ก็เท่ากับ ปริมาณประจุไฟฟ้าบวกของโปรตอนในอะตอมนั้น ๆ เพื่อความสะดวกถือว่าปริมาณดังกล่าวนี้ เป็นปริมาณหนึ่งหน่วย ออกซิเจนมีเวเลนซี 2 (Valency 2) เพราะต้องการอิเล็กตรอน 2 ตัว ในเชลล์ที่ 2 ไฮโดรเจนมีเพียง 1 อิเล็กตรอน และสามารถรับอิเล็กตรอนอีก 1 ตัวเพื่อที่จะทำให้ เชลล์บวกสมบูรณ์ หรือให้อิเล็กตรอนไป 1 ตัวเพื่อให้เป็นเชลล์ว่าง ดังนั้น เวเลนซีจึงเป็น -1 หรือ +1 ตามปกติเป็น +1_10-031(001-032)P4.indd 8 2/7/11 4:52:39 PM
  9. 9. ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับพลังงานนิวเคลียร์ Hydrogen Atom Oxygen Atom Hydrogen Atom รูปที่ 1.3 โมเลกุลของน้ำ (H2O) จากรูปที่ 1.3 Chemical Activity ในสูตรของน้ำ ออกซิเจนมีอิเล็กตรอนจำนวน 6 ตัวอยู่ในเชลล์นอกสุด จึงต้องการอิเล็กตรอนอีก 2 ตัวมาทำให้เกิดการสมดุลในเชลล์ไฮโดรเจน 2 อะตอมโดยแต่ละอะตอมมีอิเล็กตรอน 1 ตัว มาแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอน (Share Electron) ทำให้ เกิดเป็นโมเลกุลของน้ำ 4) แผนภูมิแสดงชนิดไอโซโทปของธาตุ แผนภูมิแสดงชนิดของธาตุที่ค้นพบทั้งหมด และแสดงไอโซโทปของธาตุแต่ละชนิด ทั้งที่เกิดในธรรมชาติ และโดยการสร้างขึ้น ภายในตารางธาตุมีสัญลักษณ์และเครื่องหมายแสดงชื่อ ธาตุ มวลอะตอม (Atomic Weight) เลขมวล (Mass Number) แสดงเป็นธาตุที่เกิดในธรรมชาติ หรือสร้างขึ้น เป็นธาตุกัมมันตรังสีหรือธาตุเสถียร (Stable) และแสดงคุณสมบัติทางนิวเคลียร์ ที่สำคัญ ๆ ไว้ ทางด้านแกนตั้งของแผนภูมินี้แสดงจำนวนโปรตอน ส่วนทางด้านแกนนอนแสดง จำนวนนิวตรอน ดังนั้น ตารางที่อยู่ในแนวนอนจึงเป็นไอโซโทปของธาตุชนิดเดียวกัน ส่วนตารางที่ อยู่ในแนวตั้งแสดงถึงธาตุชนิดต่าง ๆ กันตามน้ำหนัก ตารางที่มีขอบเส้นหนาหมายถึงธาตุเดิม ตารางที่ระบายสีเทาอ่อนหมายถึงธาตุที่ เกิ ด ในธรรมชาติ ส่ ว นตารางที่ มี สี เ ขี ย วหมายถึ ง ไอโซโทปซึ่ ง เกิ ด โดยการสร้ า งขึ้ น และเป็ น สาร กัมมันตรังสี ตารางที่มีแถบสีดำทับชื่อทางด้านบนหมายถึงธาตุกัมมันตรังสีที่เกิดในธรรมชาติ_10-031(001-032)P4.indd 9 2/7/11 4:52:39 PM
  10. 10. 10 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ตัวอย่าง ธาตุคาร์บอน (Carbon) ในนิวเคลียสของธาตุเดิมมีโปรตอน 6 ตัว และ นิวตรอน 6 ตัว มีน้ำหนักอะตอม 12.01115 amu มีไอโซโทปทั้งหมด 9 แบบ ไอโซโทปที่เกิดใน ธรรมชาติ 2 แบบ คือ C12 และ C13 โดย C12 มีส่วนผสม 98.89 เปอร์เซ็นต์ในธาตุคาร์บอน ตามธรรมชาติ ส่วนที่เหลืออีก 1.11 เปอร์เซ็นต์ เป็น C13 ไอโซโทปทั้งสองแบบนี้เป็นธาตุที่เสถียร ส่วนไอโซโทป C14 เป็นสารกัมมันตรังสีทพบในธรรมชาติแต่มจำนวนน้อยมาก ี่ ี ธาตุยูเรเนียม 92U238 จากแผนภูมิได้ว่า U238 มีมากถึง 99.27 เปอร์เซ็นต์ มีมวล อะตอม เท่ากับ 238.05058 เป็นต้น 5) ธาตุที่น่าสนใจทางพลังงานนิวเคลียร์ (1) ธาตุไฮโดรเจนและดิวเทอเรียม (สัญลักษณ์ 1H1 และ 1D2) เมื่ออยู่ในรูปของ ออกไซด์ คือ H2O และ D2O ซึ่งเราเรียกว่า น้ำบริสุทธิ์ (Light Water) และน้ำมวลหนัก (Heavy Water) ใช้เป็นตัวหน่วงนิวตรอน (Moderator) และสารระบายความร้อนสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ น้ำธรรมดา (Light Water Reactor) และปฏิกรณ์นำมวลหนัก (Heavy Water Reactor) ้ (2) ธาตุคาร์บอน (Carbon มีสญลักษณ์ 6C12) ใช้เป็นตัวหน่วงนิวตรอน สำหรับเครือง ั ่ ปฏิกรณ์นวเคลียร์มหลายแบบ ดังนี้ แบบปฏิกรณ์กาซระบายความร้อน (Gas Cooled Reactor) แบบ ิ ี ๊ ปฏิกรณ์ก๊าซระบายความร้อนประยุกต์ (Advanced Gas Cooled Reactor) และแบบปฏิกรณ์ก๊าซ ระบายความร้อนอุณหภูมิสูง (High Temperature Gas Cooled Reactor) ธาตุคาร์บอนเมื่ออยู่ ในรูปของออกไซด์ คือ คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ใช้เป็นสารระบายความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์ นิวเคลียร์แบบปฏิกรณ์ก๊าซระบายความร้อน และแบบปฏิกรณ์ก๊าซระบายความร้อนประยุกต์ (3) ธาตุฮีเลียม (Helium ที่มีสัญลักษณ์ 2He4) พบในธรรมชาติแต่ไม่แพร่หลาย มากนัก ใช้เป็นสารระบายความร้อน (Coolant) ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบปฏิกรณ์ก๊าซ ระบายความร้อนอุณหภูมสง (High Temperature Gas Cooled Reactor) ิู (4) ธาตุยูเรเนียม-238 (Uranium-238 มีสัญลักษณ์ 92U238) เป็นไอโซโทปของ ยูเรเนียมแบบหนึ่ง มีในธรรมชาติปริมาณ 99.3 เปอร์เซ็นต์ของยูเรเนียมที่ขุดได้ ธาตุยูเรเนียม-238 เป็นวัสดุเฟอร์ไทล์ (Fertile Material) ไม่ใช่เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ แต่ถ้ารวมกับนิวตรอนอาจเปลี่ยน เป็นธาตุ พลูโทเนียม-239 ซึ่งใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ได้_10-031(001-032)P4.indd 10 2/7/11 4:52:39 PM

×