Application of radiation in security and energy PDF

Application of radiation in security and energy RDT1001 Contents Application of radiation in security Ionizing radiation scanners Non-ionizing radiation scanners Application of radiation in energy Nuclear fusion Nuclear fission...

Application of radiation in security and energy RDT1001 Contents Application of radiation in security Ionizing radiation scanners Non-ionizing radiation scanners Application of radiation in energy Nuclear fusion Nuclear fission 2  ทำไมต้องใช้รงั สีในกำรตรวจรักษำควำมปลอดภัย? เพรำะรังสีสำมำรถตรวจหำวัตถุตอ้ งสงสัย เช่น อำวุธและ Introduction วัตถุระเบิด ซึง่ มีควำมเร็วและน่ำเชื่อถือ โดยที่ไม่เป็ น อันตรำยต่อบุคคลหรือวัตถุนนั ้ 3 Security screening of passengers เทคโนโลยีทใ่ี ช้กบั เครือ่ งตรวจรักษำควำมปลอดภัยในสนำมบิน มีกำรใช้รงั สี แบบ Ionizing radiation (backscatter x-ray and transmission x-ray) และ Non- ionizing radiation 4 Ionizing radiation scanning equipment Scan passenger luggage Back scatter passenger scanners → detect such as weapons or explosives (carry under clothing) → low energy x-rays Cabinet x-ray systems → screen luggage and carry-on items Thick walls of the enclosed cabinet and lead curtains at the entry and exit points Machine have locks, warning lights and warining labels to keep you safe 5 6 7  Backscatter scanners เป็ นกำรใช้หลักกำรกระเจิง (สะท้อน) กลับของรังสีเอกซ์ จำกวัตถุทไ่ี ด้รบั รังสีเอกซ์นนั ้ ใช้พลังงำนต่ำ เมือ่ เอกซเรย์พลังงำนต่ำผ่ำนเสือ้ ผ้ำไป จะเกิดกำรกระเจิงจำกผิวของวัตถุเท่ำนัน้ ทำให้เห็นภำพวัตถุทอ่ี ยูใ่ ต้เสือ้ ผ้ำ เป็ นกำรใช้ลำรังสีรปู ร่ำงแคบ เป็ นรูปทรงดินสอ ส่งผ่ำนวัตถุทงั ้ ในแนวตัง้ และแนวนอน หัววัดรังสีหรืออุปกรณ์สร้ำงภำพ จะถูกติดไว้ดำ้ นเดียวกับวัตถุ วัตถุหรือคนจะถูกสแกนจำกด้ำนหน้ำและด้ำนหลัง หรืออำจมีดำ้ นข้ำงบ้ำง ระยะเวลำสแกนแต่ละครัง้ สูงสุด 8 วินำที 8 http://spectrum.ieee.org/image/1532503 9 10 Backscatter scanners Backscatter scanners จะส่งเอกซเรย์พลังงำนต่ำไปยังผูโ้ ดยสำรหรือวัตถุ แล้วกระเจิงออกมำจำกผิว ของผูโ้ ดยสำร ซึง่ วัตถุทอ่ี ยูใ่ ต้เสือ้ ผ้ำจะถูกสร้ำงภำพจำกเครือ่ งสแกน เห็นเป็ นภำพรูปร่ำงและพืน้ ผิว ของผูโ้ ดยสำรทีไ่ ด้รบั จำกกำรกระเจิงนัน้ เพรำะเป็ นรังสีพลังงำนต่ำจึงกระเจิงกลับออกมำจำกผิว หำกเป็ นพลังงำนสูงจะผ่ำนร่ำงกำยออกไป และอำจถูกดูดกลืนไว้ในร่ำงกำย ซึง่ ทำให้ได้รบั ปริมำณรังสีไปด้วย ทำให้มคี วำมเสี่ยงต่อสุขภำพได้ 11 Backscatter scanners Millimeter wave scanners มีกำรทำงำนคล้ำยกัน แต่จะใช้คลื่นวิทยุ (Radiofrequency: RF) แทน กำรใช้เอกซเรย์ หรือเป็ นกำรใช้รงั สีชนิด non-ionizing radiation ทำให้ไม่มคี วำมเสีย่ งต่อร่ำงกำย ผูโ้ ดยสำรและผูป้ ฏิบตั งิ ำน ในหลำยประเทศ เช่น สหรัฐอเมริกำและแคนำดำ ใช้ชนิด Millimeter wave scanners เท่ำนัน้ 12  Transmission scanners รังสีจะถูกส่งผ่ำนไปยังวัตถุโดยตรง ซึง่ สำมำรถวัดปริมำณรังสีได้จำกเครือ่ งวัดทีว่ ำงไว้ดำ้ นเดียวกับบุคคลหรือวัตถุ แต่อยูด่ ำ้ นตรงข้ำมกับแหล่งกำเนิดรังสี ใช้รงั สีพลังงำนสูงกว่ำ backscatter unit เพือ่ สร้ำงภำพทำงรังสีของวัตถุ คล้ำยกับกำรทำงำนของเครือ่ งเอกซเรย์ทำง กำรแพทย์ ซึง่ สำมำรถเห็นได้ชดั เจนว่ำมีกำรกลืนอำวุธหรือวัตถุตอ้ งสงสัยเข้ำไปในร่ำงกำยหรือไม่ ใช้รงั สีแบบรูปพัด เคลือ่ นทีจ่ ำกบนไปล่ำง ระยะเวลำในกำรสแกนแต่ละครัง้ อยูร่ ะหว่ำง 5-15 วินำที ขึน้ อยูก่ บั รุน่ สำมำรถพบเห็นกำรใช้งำนในเชิงพำณิชย์ทงั ้ แบบ backscatter และ transmission 13 A modern transmission unit 14 Non-ionizing backscatter radiation Metal detectors → magnetic fields to help identify metal objects มี 2 แบบ Active scanners ทีใ่ ช้คลื่นวิทยุชว่ งควำมถี่ 24-30 GHz ในกำรสร้ำงภำพ → เรียกว่ำ millimeter scanners คลื่นวิทยุจะถูกส่งออกมำอย่ำงต่อเนื่องและหมุนรอบวัตถุหรือตัวผูโ้ ดยสำร จำกนัน้ คลื่นวิทยุนนั ้ จะสะท้อนออกมำ จำกร่ำงกำย หรือวัตถุอ่นื ๆ ทีอ่ ยูบ่ นร่ำงกำย และสร้ำงภำพสำมมิตแิ สดงบนหน้ำจอเพือ่ วิเครำะห์ผลต่อไป ระหว่ำงสแกนจะใช้เวลำไม่เกิน 2 วินำที พลังงำนทีว่ ดั ได้มคี ำ่ น้อย อยูร่ ะหว่ำง 60𝜇W/m2 และ 640 𝜇W/m2 Passive scanners ตรวจจับรังสีธรรมชำติทม่ี ใี นร่ำงกำยมนุษย์ 15  16 https://spin9.me/wp-content/uploads/2015/08/airport-check-2-513x420.jpg https://static.scientificamerican.com/sciam/cache/file/7BE42C3C-2C09-47C9-8F79DC8848BB9157_source.jpg?w=590&h=800&81A69D14-D4B1-4F65-BD0A71738EE28FD4 17 Joan Figuras, 2013 https://cdn2.momjunction.com/wp-content/uploads/2016/03/Airport-Security-Scanners-And-Pregnancy.jpg 18 Safety systems Password control Warning light Emergency stop buttons Access panel interlocks Operational interlocks Local shielding 19 Four man security scanner technologies for passenger Body scanning security Type of energy used and level of exposure technology Passive millimetre-wave No radiation emitted Active millimetre-wave Non-ionizing radiation (24-30 GHz range), 60 to 640 𝛍W/m2 X-ray backscatter Ionizing x-ray radiation between 0.02 and 0.1 𝛍Sv per screening X-ray transmission imaging Ionizing x-ray radiation between 0.1 - 5 𝛍Sv per screening 20 Measured effective doses for various security scanners Study Effective dose per scan Radiation Safety Assessment of the AIT84 Personnel Security 35 nSv Screening System. Occupational Services, Inc. USA, 2011 (a dual backscatter scanning system) Supplier A 3.8 𝜇Sv (*) Transmission unit A Supplier B 261 nSv (*) Transmission unit B Supplier C 4.2 𝜇Sv (*) Transmission unit C Supplier D Low dose setting: 90 nSv (*) Dual mode transmission unit Medium dose setting: 332 nSv (*) Supplier E 19 nSv (*) Backscatter unit 21 Risk assessment Flyer, couriers, air crews and airport staff → maximum plausible dose from security scanners → 720 times annually A backscatter scanner → 300 𝜇Sv (~0.4 𝜇Sv per scan) Transmission technology → 3000 𝜇Sv or 3 mSv (~4 𝜇Sv per scan) 22 23 อุปกรณ์รกั ษำควำมปลอดภัย เครือ่ งตรวจจับโลหะ (Metal detectors) เครือ่ งตรวจสัมภำระ (Baggage screening) เครือ่ งตรวจแบบ Full body screening/scanner 24 เครือ่ งตรวจจับโลหะ สำมำรถนำไปใช้ตรวจได้หลำยอย่ำง เช่น กำรหำเศษโลหะตำมชำยหำด ตรวจหำอำวุธตำมสถำนทีต่ ่ำงๆ ไม่วำ่ จะเป็ นโรงเรียน สถำนทีร่ ำชกำร หรือสนำมบิน ซึง่ หำกพบโลหะเครือ่ งจะส่งเสียงร้องขึน้ ทันที หลักกำร → เครือ่ งจะสร้ำงและวัดสัญญำณจำกสนำมแม่เหล็กไฟฟ้ ำ ในตัวเครือ่ งมีกำรสร้ำงสนำมแม่เหล็กไฟฟ้ ำขึน้ ถ้ำมีกำรเปลีย่ นทิศทำงของสนำมไฟฟ้ ำ ก็จะทำให้สนำมแม่เหล็กเปลีย่ นเช่นกัน หำกสนำมแม่เหล็กเจอกับวัตถุ ก็จะเกิดสนำมแม่เหล็กในวัตถุนนั ้ และเป็ นกำรกระตุน้ ให้เกิดสนำมไฟฟ้ ำในตัวรับสัญญำณ และส่ง สัญญำณต่อไปยังกล่องควบคุมหรือเซ็นเซอร์ในกำรวิเครำะห์สญ ั ญำณต่อไป สนำมแม่เหล็กดังกล่ำว เป็ นรังสีแบบ non-ionizing radiation ซึง่ ไม่ทำให้เกิดควำมเสียหำยทำงชีววิทยำของวัตถุและผูป้ ฏิบตั งิ ำน 25  https://www.secom.co.th/wp-content/uploads/2019/05/stock-photo-d-rendering-security- https://www.sirasafety.com/wp-content/uploads/2018/03/ACT-SCANNER.jpg https://inwfile.com/s-di/619wnq.jpg gates-or-metal-detectors-in-airport-683912464.jpg 26  MTEC เครือ่ งตรวจจับโลหะ ชนิด Very low frequency (VLF) ชนิด Pulse Induction (PI) ชนิด Beat-frequency oscillation (BFO) 27  เครือ่ งตรวจจับโลหะ แบบ very low frequency (VLF) = มีขดลวด 2 ชุด ขดลวดวงนอกเป็ นตัวส่งสัญญำณ ส่วนขดลวดวงในเป็ นตัวรับสัญญำณ แบบ Pulse induction (PI) = ใช้ขดลวดขดเดียวเป็ นทัง้ ตัวรับและส่งสัญญำณ แบบ Beat-frequency oscillation (BFO) = มีขดลวดสองชุด ขดลวดใหญ่อยูใ่ นทีต่ รวจหำโลหะ และขดลวดเล็กอยูใ่ นกล่อง ควบคุม แต่ละขดลวดเชือ่ มต่อกันด้วยกระแสไฟฟ้ ำ กระแสไฟฟ้ ำเดินทำงภำยในขดลวดจะเกิดคลื่นวิทยุในตัวรับสัญญำณ ภำยในกล่องควบคุม เมือ่ ทีต่ รวจโลหะเคลื่อนผ่ำนวัตถุ เกิดสนำมแม่เหล็กในวัตถุนนั ้ และสนำมแม่เหล็กจะรบกวนควำมถี่ คลื่นวิทยุ ส่งผลให้เกิดกำรเปลีย่ นสัญญำณเสียง 28  เครือ่ งตรวจจับโลหะ แบบ very low frequency (VLF) ข้อเสียคือ โลหะบำงประเภทมีคำ่ สนำมแม่เหล็กใกล้เคียงกับขยะ เช่น กระป๋ อง โซดำ ตะปู ฯลฯ อำจทำให้เครือ่ งตรวจจับโลหะแยกควำมแตกต่ำงไม่ได้ แบบ Pulse induction (PI) ข้อเสียคือ ไม่เหมำะกับกำรแยกชนิดของโลหะเหมือน VLF ข้อดีคอื สำมำรถตรวจพบโลหะ ทีอ่ ยูใ่ นระยะทำงทีไ่ กลหรือลึกกว่ำได้ นิยมใช้ตรวจหำอำวุธในสนำมบิน แบบ Beat-frequency oscillation (BFO) ข้อดีคอื ง่ำยและรำคำถูก แต่กำรควบคุมควำมแม่นยำและควำมเทีย่ งตรงจะสู้ เทคนิค VLF หรือ PI ไม่ได้ 29  เครือ่ งตรวจระบบเอกซเรย์ (X-ray system) ได้แก่ เครือ่ งตรวจสัมภำระ (Baggage screening) เป็ นเครือ่ งตรวจกระเป๋ ำเดินทำงว่ำมีวตั ถุอนั ตรำยชนิดใดอยูบ่ ำ้ ง ใช้รงั สีเอกซ์ ซึง่ เป็ นคลืน่ แม่เหล็กไฟฟ้ ำ แบบ Ionizing radiation พลังงำนของรังสีเอกซ์บำงส่วนจะถูกวัตถุดดู กลืน ทีข่ น้ึ อยูก่ บั ชนิดของวัตถุ (มวลอะตอม) ใช้พลังงำนระบบ Dual energy x-ray system เป็ นระบบทีม่ แี หล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ทงั ้ พลังงำนสูงและพลังงำนต่ำอย่ำงละ 1 ชุด เมือ่ รังสีเอกซ์ผำ่ นวัตถุในกระเป๋ ำเดินทำงผ่ำนไปยังตัวตรวจจับรังสีชดุ แรกและผ่ำนไปยังตัวกรอง ทีท่ ำจำกทองแดงและจะกัน้ รังสีเอกซ์พลังงำนต่ำไว้ และยอมให้รงั สีพลังงำนสูงผ่ำนไปยังตัวตรวจจับรังสีชดุ ทีส่ อง จำกนัน้ คอมพิวเตอร์จะประมวลผลภำพทีเ่ กิดขึน้ ทีต่ วั ตรวจจับรังสีทงั ้ สองด้ำน ได้เป็ นภำพรวมให้เรำเห็นรูปร่ำงและตำแหน่งของสิง่ ของต่ำง ๆ ได้ 30 31 32 H.E.Martz, S.M. Glenn, 2018 เครือ่ งตรวจระบบเอกซเรย์ (X-ray system) ภำพเอกซเรย์ทเ่ี กิดขึน้ บนหน้ำจอจะเห็นเป็ นสีต่ำง ๆ ขึน้ อยูก่ บั ชนิดของวัตถุและควำมสำมำรถในกำรดูดกลืนรังสีเอกซ์ของวัตถุนนั ้ ๆ โดยโลหะและธำตุหนักอืน่ ๆ จะดูดกลืนรังสีเอกซ์พลังงำนต่ำ ในขณะทีส่ ำรอินทรีย์ (organic materials) จะดูดกลืนรังสีเอกซ์พลังงำน สูงได้ดกี ว่ำ เครือ่ งเอกซเรย์จะตรวจหำวัตถุ 3 ชนิด คือ สำรอินทรีย์ (organic) สำรอนินทรีย์ (inorganic) และโลหะต่ำง ๆ สีทใ่ี ช้แสดงผลบน หน้ำจอจะต่ำงกันไปตำมบริษทั ผูผ้ ลิต ทุกบริษทั กำหนดให้สสี ม้ แสดงถึงสำรอินทรียเ์ ท่ำนัน้ เนื่องจำก ยำเสพติดและสำรระเบิดทัง้ หลำยเป็ นสำรอินทรียท์ งั ้ สิน้ พนักงำนจะถูกฝึกให้สงั เกตหำวัตถุตอ้ งสงสัยไม่เฉพำะแต่มดี หรือปื นเท่ำนัน้ แต่ยงั สำมำรถตรวจพบชิน้ ส่วนที่สำมำรถนำมำประกอบ เป็ นระเบิดได้อกี ด้วย ซึง่ ผูก้ ่อกำรร้ำยสำมำรถนำชิน้ ส่วนมำประกอบเป็ นระเบิดธรรมดำจนถึงระเบิดทีต่ อ้ งควบคุมคอมพิวเตอร์ได้ 33 34  35 H.E.Martz, S.M. Glenn, 2018 H.E.Martz, S.M. Glenn, 2018 36 เครือ่ งตรวจระบบเอกซเรย์ (X-ray system) ตัวอย่ำงสีทใ่ี ช้แสดงผลของวัตถุชนิดต่ำง ๆ (ขึน้ อยูก่ บั ยีห่ อ้ ของบริษทั ) สำรอินทรีย์ = สีสม้ สำรอนินทรีย์ = สีฟ้ำ ระเบิด = สีเหลือง ยำเสพติด = สีชมพู ฯลฯ 37  เครือ่ งตรวจระบบเอกซเรย์ (X-ray system) หำกในกระเป๋ ำมีฟิลม์ หรือกล้อง หำกต้องผ่ำนเอกซเรย์ สิง่ ของเหล่ำนัน้ จะยกคงสภำพเดิมไม่เสียสภำพแต่อย่ำงใด แต่หำกเป็ น เครือ่ งเอกซเรย์แบบ CT scanner และแบบพลังงำนสูงชนิดทีต่ รวจสัมภำระใต้ทอ้ งเครือ่ งบิน อำจทำให้ฟิลม์ เสียสภำพได้ ส่วนคอมพิวเตอร์พกพำจะมีสว่ นประกอบขนำดเล็กหลำยชิน้ ส่วน และมีหลำยชนิด ทำให้ยำกต่อกำรตรวจหำวัตถุระเบิด หลำย สนำมบินจึงมีอุปกรณ์วเิ ครำะห์สำรเคมีทช่ี ว่ ยในกำรหำระเบิดอีกขันตอนหนึ ้ ่ง เครือ่ งเอกซเรย์พลังงำนสูงทีใ่ ช้ตรวจสัมภำระทีเ่ ก็บใต้ทอ้ งเครือ่ งบินนัน้ มักใช้กนั 3 ระบบ คือ เครือ่ งเอกซเรย์ขนำดกลำงที่ ติดตัง้ ไว้สำหรับตรวจกระเป๋ ำทีผ่ ำ่ นเข้ำมำบนสำยพำน เครือ่ งเอกซเรย์ขนำดใหญ่เป็ นรถบรรทุกเคลื่อนทีเ่ พื่อควำมสะดวก และ ระบบเอกซเรย์เป็ นตึกขนำดใหญ่ โดยใช้รถบรรทุกขนของเข้ำมำในตึกและตรวจด้วยรังสีเอกซ์ทงั ้ คันรถ 38 39 ระบบ Computer x-ray tomography scanner (X-ray CT) สนำมบินส่วนใหญ่ใช้ Computer x-ray tomography scanner เป็ นเครือ่ งตรวจสอบหำวัตถุอนั ตรำยใน กระเป๋ ำสัมภำระทีต่ อ้ งเก็บไว้ใต้เครือ่ งบิน ลักษณะเครือ่ งเป็ นท่อกลวง สำมำรถวำงของทีต่ อ้ งกำรตรวจสอบไว้ภำยในได้ เครือ่ งจะหมุนไปรอบ ๆ วัตถุ เพือ่ ให้รงั สีเอกซ์สอ่ งผ่ำนวัตถุได้หลำยทิศทำง รังสีเอกซ์จะส่องผ่ำนในลักษณะที่ เป็ นใบพัด (fan beam) และมีกำรวัดค่ำควำมเข้ม (intensities) ของรังสีเอกซ์ก่อนผ่ำนและหลังผ่ำนวัตถุ จำกนัน้ ภำพจะถูกนำไปคำนวณ และแสดงออกมำเป็ นค่ำควำมแตกต่ำงในแต่ละบริเวณของภำพทีเ่ กิดจำกกำร ดูดกลืนพลังงำนไม่เท่ำกัน 40 ระบบ Computer x-ray tomography scanner (X-ray CT) เครือ่ งแสดงผลเป็ นภำพสองมิติ เรียกว่ำ tomogram หรือ slice ของสิง่ ของทีอ่ ยูใ่ นกระเป๋ ำ หำกเครือ่ งคำนวณค่ำอัตรำส่วนระหว่ำงน้ำหนักและควำมหนำแน่นของวัตถุแล้วตกอยู่ในช่วงของวัตถุ อันตรำยเมือ่ เทียบกับฐำนข้อมูลแล้ว ระบบแจ้งเตือนก็จะทำงำนให้ผคู้ ุมเครือ่ งทรำบทันที 41  42 https://cdn.businesstraveller.com/wp-content/uploads/fly-images/816367/CT-luggage-scanner-e1498729098569-916x515.jpg Andre Mouton, Toby P Breckon, 2015 43 เครือ่ ง Full body screening นิยมใช้กนั มำกในสนำมบินใหญ่ ๆ ทัวโลก ่ สำมำรถตรวจได้ละเอียดขึน้ ไม่เฉพำะโลหะเท่ำนัน้ แต่ตรวจวัตถุอ่นื ทีไ่ ม่ใช่โลหะที่ซ่อนตำมร่ำงกำยได้ ให้ควำมแม่นยำสูง มีควำมรวดเร็ว หน้ำจอจะแสดงรำยละเอียดของสิง่ ของทีซ่ ่อนไว้ตำมร่ำงกำย มี 2 ชนิด คือ backscatter scanners และ millimeter wave scanners 44 45  http://www.businesstraveller.com/files/_MG_2246.JPG https://mediaproxy.salon.com/width/1200/https://media.salon.com/2010/11/airport_security_reaches_new_levels_of_absurdity.jpg 46 Application of radiation in energy 47 ปฏิกริ ยิ ำนิวเคลียร์ (Nuclear reaction) นิวเคลียร์ฟิวชัน (Nuclear fusion) นิวเคลียร์ฟิชชัน (Nuclear fusion) 48 นิวเคลียร์ฟิวชัน (Nuclear fusion) เป็ นปฏิกริ ยิ ำทีน่ ิวเคลียสของธำตุทเ่ี บำสอง นิวเคลียสมำรวมกัน แล้วกลำยเป็ นนิวเคลียสที่ หนักกว่ำ พร้อมกับมีพลังงำนมหำศำลออกมำ ด้วย กำรเกิดปฏิกริ ยิ ำนี้นิวเคลียสเบำจะมี ควำมเร็วสูงมำกหรืออยูใ่ นสภำพทีม่ คี วำมร้อนสูง มำกหลำยร้อยล้ำนองศำจึงจะรวมกันได้ ธำตุทส่ี ำมำรถเกิดปฏิกริ ยิ ำฟิ วชันได้คอื ไฮโดรเจน 49 นิวเคลียร์ฟิชชัน (Nuclear fission) เป็ นกระบวนกำรเกิดขึน้ ทีน่ ิวเคลียสของ อะตอม ฟิ ชชันเกิดขึน้ เมือ่ นิวเคลียสแบ่ง ออกเป็ นนิวเคลียสเล็กลง 2 หรือ 3 นิวเคลียส ทำให้เกิดผลพลอยได้ในรูปอนุ ภำคหรือรังสี ออกมำ ฟิ ชชันจึงมีกำรปลดปล่อยพลังงำน ปริมำณมำกออกมำ 50 ปฏิกริ ยิ ำลูกโซ่ของฟิ ชชัน (Fission chain reaction) 51  ปฏิกริ ยิ ำลูกโซ่ของฟิ ชชัน ธำตุทม่ี กั ใช้ในกำรทำให้เกิดปฏิกริ ยิ ำลูกโซ่ฟิชชัน คือ ยูเรเนียม (Uranium) เป็ นธำตุหนักทีเ่ กิดขึน้ ตำม ธรรมชำติ พลูโตเนียม (Plutonium) เป็ นธำตุทเ่ี กิดปฏิกริ ยิ ำฟิ ชชัน ได้เอง (Spontaneous fission) และมีครัง้ ชีวติ สัน้ สองธำตุน้สี ำมำรถใช้ได้ดที ส่ี ุด เนื่องจำกมีปริมำณมำก พอและเกิดฟิ ชชันได้งำ่ ย 52 กำรใช้ประโยชน์ของปฏิกริ ยิ ำลูกโซ่ของ ฟิ ชชัน โรงไฟฟ้ ำนิวเคลียร์ โดยมีกำรควบคุมกำร https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQDbC_8xKeX1meWEihXrdMhpd8dZi89asCHM3SvHfcfyPN- yP5X_CqtayBIhcXHJq7i9OM&usqp=CAU เกิดปฏิกริ ยิ ำในอัตรำทีเ่ หมำะสม ระเบิดนิวเคลียร์ วัสดุเชือ้ เพลิงทีม่ มี วล มำกกว่ำมวลวิกฤติ ทำให้เกิดปฏิกริ ยิ ำลูกโซ่ ของฟิ ชชันเพิม่ มำกขึน้ อย่ำงรวดเร็ว https://us-fbcloud.net/wb/data/1159/1159983-img.trx8mh.15cvk.jpg 53  โรงไฟฟ้ ำส่วนใหญ่ผลิตกระแสไฟฟ้ ำ โดยกำรต้มน้ำเพือ่ ผลิตไอน้ำ และใช้แรงดันไอน้ำในกำรหมุนกังหัน ซึง่ ใช้แกนเดียวกับเครือ่ ง กำเนิดไฟฟ้ ำ (generator) ทีเ่ ป็ นขดลวดขนำดใหญ่วำงอยูร่ ะหว่ำง แท่งแม่เหล็ก กำรหมุนของขดลวดตัดกับสนำมแม่เหล็กจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้ ำ กำรทำงำนของโรงไฟฟ้ ำ ข้อแตกต่ำงของโรงไฟฟ้ ำธรรมดำและโรงไฟฟ้ ำนิวเคลียร์คอื แหล่ง ควำมร้อนทีใ่ ช้ผลิตไอน้ำ โดยโรงไฟฟ้ ำนิวเคลียร์ได้ควำมร้อนมำ จำกปฏิกริ ยิ ำกำรแตกตัวของอะตอมของธำตุ ขณะทีโ่ รงไฟฟ้ ำ ธรรมดำใช้น้ำมัน ก๊ำซธรรมชำติ หรือถ่ำนหินเป็ นเชือ้ เพลิง โดย กำรเผำไหม้เชือ้ เพลิงในกำรผลิตควำมร้อน 54 โรงไฟฟ้ ำนิวเคลียร์ แบ่งกำรทำงำนออกเป็ น 2 ส่วนคือ 1. ส่วนผลิตควำมร้อน ได้แก่ เครือ่ งปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ระบบน้ำระบำยควำมร้อน และเครือ่ งผลิตไอน้ำ 2. ส่วนผลิตกระแสไฟฟ้ ำ ประกอบด้วย กังหันไอน้ำ และเครือ่ งกำเนิดไฟฟ้ ำ โดยส่วนผลิตควำมร้อน จะส่งผ่ำนควำมร้อนให้กระบวนกำรผลิตไอน้ำ เพือ่ นำไปใช้ผลิตไฟฟ้ ำต่อไป 55 1. โรงไฟฟ้ ำนิวเคลียร์แบบปฏิกรณ์ควำมดันสูง (Pressurized water reactor: PWR) หลักกำรทำงำน คือ เมือ่ เครือ่ งปฏิกรณ์ทำงำน จะเกิดปฏิกริ ยิ ำฟิ ชชัน ผลทีเ่ กิดจำกฟิ ชชันหรือกำกเชือ้ เพลิง โดยควำมร้อนจำกเชือ้ เพลิงจะถ่ำยเท ให้แก่น้ ำระบำยควำมร้อน ซึง่ มีกำรไหลเวียนตลอดเวลำด้วยปั ม๊ น้ ำ และมีเครือ่ งควบคุมควำมดันให้สงู และคงที่ น้ ำทีร่ บั ควำมร้อนจำกเชือ้ เพลิงจะไปยังเครือ่ งผลิตไอน้ ำ และถ่ำยเทควำมร้อนให้กบั ระบบน้ ำวงจรถัดไป เมื่อน้ ำเดือดกลำยเป็ นไอ น้ ำแรงดันสูง และถูกส่งผ่ำนไปหมุนกังหันไอน้ ำและเครือ่ งกำเนิดไฟฟ้ ำทีอ่ ยูต่ ่อจำกกังหันน้ ำ เมือ่ เครือ่ งกำเนิดไฟฟ้ ำหมุน จะเกิดกระแสไฟฟ้ ำทีส่ ำมำรถนำไปใช้งำนได้ต่อไป ส่วนไอน้ ำทีไ่ ด้รบั ควำมเย็นจะกลันตั ่ วเป็ นน้ ำและส่งกลับไปยังเครือ่ งผลิตไอน้ ำต่อไป 56 57 2. โรงไฟฟ้ ำนิวเคลียร์แบบปฏิกรณ์น้ำเดือด (Boiling water reactor: BWR) หลักกำรทำงำน คล้ำยกับแบบ PWR ส่วนทีต่ ่ำงคือกำรผลิตควำมร้อน ซึง่ ควำมร้อนทีเกิดจำกเชือ้ เพลิงจะถ่ำยเท ให้กบั น้ ำ ทำให้น้ ำเดือดเป็ นไอน้ ำ และ ไปหมุนกับกังหันไอน้ ำโดยตรง โดยไม่ มีระบบน้ ำอีกวงจรหนึ่งมำรับควำมร้อน เหมือน PWR 58 3. โรงไฟฟ้ ำนิวเคลียร์แบบปฏิกรณ์น้ำมวลหนัก (Pressurized heavy water reactor: PHWR) หรือมีชอ่ื ทำงกำรค้ำคือ แคนดู (CANDU: CANada Deuterium Uranium) มีหลักกำรทำงำนเหมือนกับแบบ PWR แต่ต่ำงกันที่ เครือ่ งปฏิกรณ์จะวำงใน แนวนอน ใช้ยเู รเนียมธรรมชำติเป็ น เชือ้ เพลิงและใช้น้ำมวลหนัก (Heavy water: D2O) เป็ นสำรระบำยควำมร้อน และสำรหน่วงนิวตรอน 59 โรงไฟฟ้ ำนิวเคลียร์ ระบบควำมปลอดภัยของโรงไฟฟ้ ำนิวเคลียร์ในปั จจุบนั เป็ นแบบ passive safety system ซึง่ หำกมีควำมผิดพลำดใด ๆ จะมีกำรปิ ดกำรเดินเครือ่ ง โดยอำศัยกฎทำงฟิ สกิ ส์ คือกำรทำให้ ปฏิกริ ยิ ำลูกโซ่ของฟิ ชชันหยุดลง 60 อุบตั เิ หตุโรงไฟฟ้ ำนิวเคลียร์ 26 เมษำยน 2529 อุบตั เิ หตุทเ่ี ชอร์โนเบิล ทำงตะวันออกของสหภำพโซเวียต (ประเทศยูเครนในปั จจุบนั ) ควำมรุนแรงระดับ 7 สำเหตุ เกิดจำกกำรจงใจปลดระบบควบคุมอัตโนมัตบิ ำงส่วนออก เป็ นเหตุให้แกนปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขำดน้ ำหล่อเย็น จึงเกิดกำร ระเบิดเนื่องจำกแรงดันไอน้ ำ 14 มีนำคม 2554 อุบตั เิ หตุทฟ่ี ูกชู มิ ำ ทีเ่ มืองฟูกชู มิ ำ ประเทศญีป่ ่ นุ ควำมรุนแรงระดับ 7 สำเหตุเกิดจำกกำรกำรระเบิดของแท่งปฏิกรณ์จนระบบละลำยควำมร้อนไม่สำมำรถทำงำนได้ตำมปกติ เกิดไอน้ ำสะสมแตกตัว เป็ นไฮโดรเจน และระเบิดทีห่ ลังคำอำคำรคลุมเตำปฏิกรณ์ 61  อุบตั เิ หตุทเ่ี ชอร์โนเบิล 62 https://www.nationtv.tv/news/378865557 อุบตั เิ หตุทฟ่ี ูกูชมิ ำ 63 https://www.bbc.com/thai/international-56344107 ระเบิดนิวเคลียร์/อำวุธนิวเคลียร์ ใช้พลังงำนจำกปฏิกริ ยิ ำนิวเคลียร์ฟิชชัน มีอำนำจในกำรทำลำยล้ำงสูง มีกำรนำมำใช้จริงทีเ่ มืองฮิโรชิมำและนำงำนซำกิ ประเทศญีป่ ่ ุน ในตอนปลำยสงครำมโลกครัง้ ที่ 2 64 ชนิดของอำวุธนิวเคลียร์ ระเบิดแบบฟิ ชชัน ระเบิดแบบฟิ วชัน Dirty bombs - อำวุธเกีย่ วกับรังสีทไ่ี ม่ใช่ระเบิดนิวเคลียร์ แต่เป็ นระเบิดธรรมดำทีบ่ รรจุสำรกัมมันตรังสี เมือ่ เกิดระเบิดขึน้ จะทำให้ สำรกัมมันตรังสีกระจำยออกมำ เกิดกำรเปรอะเปื้ อนกัมมันตภำพรังสีและมีผลต่อสุขภำพ กำรออกแบบอำวุธเทอร์โมนิวเคลียร์แบบก้ำวหน้ำ (Advanced thermonuclear waepons designs) → มียเู รเนียมหุม้ ด้ำนนอก และทำให้เกิดปฏิกริ ยิ ำฟิ ชชันได้ ระเบิดโคบอลต์ (Cobalt bombs) บรรจุโคบอลต์ไว้ทเ่ี ปลือกด้ำนนอก เมือ่ เกิดระเบิดและเกิดปฏิกริ ยิ ำฟิ วชัน ทำให้โคบอลต์ กลำยเป็ นโคบอลต์ 60 และเกิดรังสีแกมมำขึน้ ระเบิดนิวตรอน (Neutron bomb) ทำให้เกิดปฏิกริ ยิ ำฟิ วชันให้นิวตรอนออกมำ และแผ่รงั สีในปริมำณสูง 65 ผลของระเบิดนิวเคลียร์ แรงของคลืน่ กระแทกจำกระเบิด (Blast)– 40-60% ของพลังงำนทัง้ หมด รังสีควำมร้อน (Thermal radiation) - 30-59% ของ พลังงำนทัง้ หมด รังสีแบบไอออไนซ์ – 5% ของพลังงำนทัง้ หมด รังสีตกค้ำงจำก fallout (ฝุ่ นรังสีนิวเคลียร์) - 5-10% ของพลังงำนทัง้ หมด 66 แหล่งอ้ำงอิง https://ec.europa.eu/health/scientific_committees/emerging/docs/scenihr_o_036.pdf https://www2.mtec.or.th/th/e-magazine/admin/upload/208_54-59-edit.pdf https://www.nst.or.th/article/article493/article49302.html https://www.epa.gov/radtown/radiation-and-airport-security-scanning https://www.nst.or.th/article/article493/article49302.html https://spin9.me/2015/08/09/smoothly-go-through-airport-security/ https://www.nrc.gov/about-nrc/radiation/around-us/uses-radiation.html https://www.nst.or.th/powerplant/pp03.htm https://www.nst.or.th/article/article0140.htm https://www.saranukromthai.or.th/sub/book/book.php?book=28&chap=7&page=t28-7-infodetail03.html https://www.osti.gov/servlets/purl/1608919 https://www.nst.or.th/article/article0135.htm 67