อ่านเจอข่าวว่าจีนเพิ่งพบแหล่งแร่ทอเรียมจำนวนมากสามารถเอามาใช้ให้พลังงานได้ถึงสองหมื่นปี และโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์แบบใช้ธอเรียม+เกลือหลอมเหลวกำลังสร้างมีกำหนดการเสร็จในปี 2030 เลยไปถามเอไอให้อธิบายเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องเลยเอามาแชร์



เทคโนโลยี Molten Salt Reactor (MSR) หรือ ปฏิกรณ์เกลือหลอมเหลว เป็นแนวทางการพัฒนาโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ใช้เกลือหลอมเหลว (molten salt) เป็นทั้งเชื้อเพลิงและสารหล่อเย็น แทนการใช้แท่งเชื้อเพลิงแข็งและน้ำแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั่วไปในปัจจุบัน โดยเฉพาะเมื่อใช้ร่วมกับ ทอเรียม จะมีคุณสมบัติที่น่าสนใจมากขึ้น

หลักการทำงานของ MSR

เชื้อเพลิงเป็นของเหลว: ใช้เกลือหลอมเหลว เช่น เกลือฟลูออไรด์ผสมทอเรียมหรือยูเรเนียม เป็นเชื้อเพลิง ซึ่งถูกทำให้ร้อนจนถึงจุดหลอมเหลว (ประมาณ 400-700°C) และไหลเวียนในระบบ

ปฏิกิริยานิวเคลียร์: เมื่อเกลือหลอมเหลวผ่านแกนปฏิกรณ์ จะเกิดฟิชชัน (การแตกตัวของนิวเคลียส) ปล่อยพลังงานความร้อน
ถ่ายเทความร้อน: เกลือร้อนจะไหลไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เพื่อผลิตไอน้ำขับเคลื่อนกังหันผลิตไฟฟ้า

ระบบปิดอัตโนมัติ: หากเกิดปัญหา เช่น ความร้อนสูงเกินไป เกลือจะไหลลงถังระบายฉุกเฉินและแข็งตัวเอง ลดปฏิกิริยาโดยอัตโนมัติ
เมื่อใช้ทอเรียม ทอเรียม-232 จะถูกเปลี่ยนเป็น ยูเรเนียม-233 ผ่านการดูดซับนิวตรอน ซึ่งสามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงต่อได้

ภาพประกอบ : ตัวอย่างการทำงานของระบบ  MSR ใช้ปั๊มทนความร้อนพิเศษเคลื่อนย้ายเกลือหลอมเหลวที่ใส่เชื้อเพลิงรวมเข้าไปแล้วเข้าไปยังเตาปฎิกรณ์แล้วได้ความร้อนนำมาต้มน้ำ


ข้อดีของ MSR

ทอเรียมหาได้ง่ายกว่ายูเรเนียม - ทอเรียมมีมากกว่ายูเรเนียม 3-4 เท่าในโลก

ความปลอดภัยสูง - เพราะไม่มีแรงดันสูงเหมือนโรงไฟฟ้ายูเรเนียมแบบน้ำเบา (Light Water Reactor) ลดโอกาสระเบิด
หากระบบล้มเหลว เกลือจะแข็งตัวเอง ป้องกันการหลอมละลายของแกน (meltdown)

ประสิทธิภาพเชื้อเพลิง - ใช้ทอเรียมหรือยูเรเนียมได้เกือบหมด ไม่เหลือเชื้อเพลิงทิ้งขว้างมาก
สามารถรีไซเคิลของเสียในระบบได้ในตัว

กากกัมมันตรังสีน้อยลง - ผลิตกากที่มีค่าครึ่งชีวิตที่อายุสั้นกว่า และปริมาณน้อยกว่าโรงไฟฟ้าแบบดั้งเดิม เพราะทอเรียมไม่ก่อตัวเป็นไอโซโทปหนักที่มีอายุยาวแบบพลูโตเนียมหรืออเมริเซียม พลูโตเนียม-239 (Pu-239) ที่มีครึ่งชีวิตยาวนานถึง 24,000 ปี ขณะที่กากจากทอเรียมจะมีครึ่งอายุราว 10-100 ปี

ไม่เสี่ยงอาวุธ: ไม่ผลิตพลูโตเนียม ลดโอกาสทำอาวุธนิวเคลียร์

ทนอุณหภูมิสูง - เกลือหลอมเหลวทำงานได้ที่อุณหภูมิสูง (600-700°C) ทำให้ผลิตพลังงานได้มากขึ้นและมีประสิทธิภาพดีกว่า

ขนาดกะทัดรัด - ออกแบบให้เล็กลงได้ เหมาะกับการใช้งานหลากหลาย เช่น ในพื้นที่ห่างไกล

ภาพประกอบ : โปรโตไทป์ของเตาทอเรียมที่บริษัทเอกชนกำลังพัฒนา มีขนาดใหญ่กว่าคนไม่มาก


ข้อจำกัดและความท้าทาย
การกัดกร่อน - เกลือหลอมเหลวมีฤทธิ์กัดกร่อนสูง วัสดุที่ใช้ทำท่อและแกนปฏิกรณ์ต้องทนทานมาก เช่น โลหะผสมนิกเกิลพิเศษ ซึ่งยังต้องพัฒนาเพิ่ม

การจัดการเชื้อเพลิงเหลว - การควบคุมและบำรุงรักษาเชื้อเพลิงที่เป็นของเหลวซับซ้อนกว่าแท่งเชื้อเพลิงแข็ง ต้องมีระบบตรวจสอบและแยกกากแบบเรียลไทม์

กฎระเบียบ - หน่วยงานกำกับดูแลนิวเคลียร์ทั่วโลกยังไม่มีกรอบระเบียบที่ชัดเจนสำหรับ MSR ทำให้การอนุมัติช้า

ถ้าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบนี้สร้างได้สำเร็จจริง ต่อไปคนคงต่อต้านนิวเคลียร์กันน้อยลงและประเทศต่างๆคงสร้างโรงไฟฟ้าแบบนี้กันเยอะแน่นอน