พลังงานนิวเคลียร์

พลังงานนิวเคลียร์ หรือ พลังงานปรมาณู (อังกฤษ: nuclear power, nuclear energy) เป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งที่ได้จากการคายความร้อนในปฏิกิริยานิวเคลียร์ เพื่อประโยชน์ในการสร้างความร้อนและผลิตไฟฟ้า นิวเคลียร์ เป็นคำคุณศัพท์ของคำว่า นิวเคลียส ซึ่งเป็นแก่นกลางของอะตอมธาตุ ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคโปรตอน และนิวตรอน ซึ่งยึดกันได้ด้วยแรงของอนุภาคไพออน พลังงานนิวเคลียร์ หมายถึง พลังงานไม่ว่าลักษณะใด ๆ ก็ตาม ซึ่งเกิดจากนิวเคลียสอะตอมโดย พลังงานนิวเคลียร์ บางครั้งใช้แทนกันกับคำว่า พลังงานปรมาณู นอกจากนี้พลังงานนิวเคลียร์ยังครอบคลุมไปถึงพลังงานรังสีเอกซ์ด้วย (พ.ร.บ. พลังงานเพื่อสันติ ฉบับที่ 2 พ.ศ. 2508) พลังงานนิวเคลียร์ สามารถปลดปล่อยออกมาเป็นพลังงานหลายรูปแบบ เช่น พลังงานความร้อน รังสีแกมมา อนุภาคเบต้า อนุภาคอัลฟา อนุภาคนิวตรอน เป็นต้น ปัจจุบัน ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน ขององค์ประกอบใน actinide series ของตารางธาตุได้ผลิตพลังงานนิวเคลียร์ส่วนใหญ่ในการให้บริการโดยตรงแก่มนุษย์ กับกระบวนการสลายตัวของ นิวเคลียร์ส่วนใหญ่ในรูปแบบของพลังงานความร้อนใต้พิภพและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โม ไอโซโทป สำหรับการนำไปใช้เฉพาะอย่างจะใช้ประโยชน์จากปฏิกิริยาที่เหลือ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (ฟิชชัน) ไม่รวมการใช้งานในกองทัพเรือ ให้พลังงานประมาณ 5.7% ของพลังงาน ของโลกและ 13% ของกระแสไฟฟ้าของโลกในปี 2012 ในปี 2013 หน่วยงานพลังงานปรมาณูนานาชาติ () รายงานว่ามี 437 เครื่องปฏิกรณ์พลังงานนิวเคลียร์กำลังใช้งานอยู่ ใน 31 ประเทศ แม้ว่าจะมีบางเครื่องปฏิกรณ์ที่ไม่ได้ทำการผลิตไฟฟ้าอีกแล้ว นอกจากนี้ยังมีเรือประมาณ 140 ลำที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ในการขับเคลื่อนโดยเครื่องปฏิกรณ์ราว 180 เครื่อง ขณะที่ในปี 2013 การได้รับพลังงานสุทธิจากเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นที่ยั่งยืน ไม่รวมแหล่งพลังงานฟิวชั่นตามธรรมชาติเช่นจากดวงอาทิตย์ ยังคงเป็นพื้นที่ต่อเนื่องของการวิจัยด้านฟิสิกส์และวิศวกรรมระหว่างประเทศ กว่า 60 ปีหลังจากความพยายามครั้งแรก การผลิตพลังงานฟิวชั่นในเชิงพาณิชย์ยังคงไม่น่าจะเกิดขึ้นก่อนปี 2050 มีการอภิปรายอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับพลังงานนิวเคลียร์ ฝ่ายเสนอ เช่น สมาคมนิวเคลียร์โลก (อังกฤษ: World Nuclear Association), IAEA และ นักสิ่งแวดล้อมพลังงานนิวเคลียร์ ยืนยันว่า พลังงานนิวเคลียร์มีความปลอดภัย เป็นแหล่งพลังงานยั่งยืนที่ช่วยลดการปล่อยแก๊สคาร์บอน ฝ่ายค้าน เช่น กลุ่มกรีนพีซสากล และ หน่วยบริการข้อมูลทรัพยากรและนิวเคลียร์ (อังกฤษ: Nuclear Information and Resource Service (NIRS)), ยืนยันว่า พลังงานนิวเคลียร์สร้างภัยคุกคามจำนวนมากต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อม นับถึงปี 2012 ตามข้อมูลของ IAEA ทั่วโลกมี 68 เครื่องปฏิกรณ์พลังงานนิวเคลียร์ในงานของพลเรือนอยู่ระหว่างการก่อสร้างใน 15 ประเทศ ประมาณ 28 แห่งในจำนวนนั้นอยู่ในสาธารณรัฐประชาชนจีน (PRC) ซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ล่าสุด ซึ่งจะเชื่อมต่อเข้ากับกริด (ไฟฟ้า)ในเดือนพฤษภาคม 2013 ในวันที่ 17 กุมภาพันธ์ ปี 2013 ได้เดินเครื่องในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Hongyanhe ในประเทศสาธารณรัฐประชาชนจีน ในสหรัฐอเมริกาเครื่องปฏิกรณ์ Generation III ตัวใหม่สองเครื่องอยู่ระหว่างการก่อสร้างใน Vogtle เจ้าหน้าที่อุตสาหกรรมนิวเคลียร์สหรัฐอเมริกาคาดหวังว่า เครื่องปฏิกรณ์ใหม่ 5 เครื่องจะนำมาให้บริการในปี 2020 ทุกเครื่องในโรงไฟฟ้าที่มีอยู่เดิม. ในปี 2013 เครื่องปฏิกรณ์เก่าและไม่มีประสิทธิภาพในการแข่งขันสี่เครื่องจะถูกปิดอย่างถาวร  ภัยพิบัตินิวเคลียร์ฟุกุชิมะไดอิชิ ที่ญี่ปุ่นในปี 2011 ที่เกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์ที่ออกแบบมาจาก Generation II ปี 1960 ตัวหนึ่ง ย้ำเตือนให้ทำการตรวจสอบใหม่ในความปลอดภัยของนิวเคลียร์และนโยบายพลังงานนิวเคลียร์ในหลายประเทศ เยอรมนีตัดสินใจที่จะปิดเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทั้งหมดของประเทศภายในปี 2022 และอิตาลีได้สั่งห้ามสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ หลัง Fukushima ในปี 2011 สำนักงานพลังงานระหว่างประเทศได้ลดการประมาณการเพิ่มกำลังการผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์ที่จะสร้างขึ้นจนถึงปี 2035 ลงครึ่งหนึ่ง การแสวงหาพลังงานนิวเคลียร์ในการผลิตไฟฟ้าได้เริ่มทันทีหลังจากการค้นพบในต้นศตวรรษที่ 20 ที่ธาตุกัมมันตรังสี, เช่น เรเดียม, ปล่อยพลังงานออกมาจำนวนมหาศาลตามหลักการของความเท่าเทียมกันของมวลกับพลังงาน (อังกฤษ: mass–energy equivalence) อย่างไรก็ตาม วิธีการใช้ประโยชน์จากพลังงานดังกล่าวก็ยังทำไม่ได้ในทางปฏิบัติ เพราะธาตุที่มีกัมมันตรังสีอย่างเข้มข้น โดยธรรมชาติของพวกมัน มีอายุสั้น (การปลดปล่อยพลังงานสูงมีความสัมพันธ์กับครึ่งชีวิตสั้น) อย่างไรก็ตาม ความฝันของการใช้ประโยชน์ "พลังงานปรมาณู" ค่อนข้างเข้มแข็ง แม้ว่าจะถูกเมินเฉยจากบิดาของฟิสิกส์นิวเคลียร์เช่น Ernest Rutherford ว่าเป็นแค่ "แสงจันทร์"  อย่างไรก็ตาม สถานการณ์นี้เปลี่ยนแปลงไปในปลายปี 1930s เมื่อมีการค้นพบนิวเคลียร์ฟิชชัน ในปี 1932 เจมส์ แชดวิกค้นพบนิวตรอน ซึ่งได้รับการยอมรับในทันทีว่าเป็นเครื่องมือที่มีศักยภาพสำหรับการทดลองนิวเคลียร์เพราะมันไม่มีประจุไฟฟ้า การทดลองด้วยการระดมยิงวัสดุด้วยนิวตรอนทำให้ Frédéric และ Irène Joliot-Curie ได้ค้นพบกัมมันตภาพรังสีที่ถูกสร้างขึ้นในปี 1934 ซึ่งยอมให้ทำการสร้างองค์ประกอบที่เหมือนเรเดียมด้วยราคาน้อยกว่าเรเดียมธรรมชาติ งานต่อไปโดย Enrico Fermi ในปี 1930s เน้นการใช้นิวตรอนช้าในการเพิ่มประสิทธิภาพของกัมมันตภาพรังสีที่เกิด การทดลองที่ระดมยิงยูเรเนียมด้วยนิวตรอนทำให้ Fermi เชื่อว่าเขาได้สร้างองค์ประกอบ transuranic ขึ้นใหม่ซึ่งได้รับการขนานนามว่า hesperium  แต่ในปี 1938 นักเคมีเยอรมันอ็อตโต ฮาห์น และฟริตซ์ Strassmann พร้อมกับนักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย ลีซ ไมต์เนอ และหลานชายของไมต์เนอร์, อ็อตโต โรเบิร์ต Frisch ดำเนินการทดลองกับผลิตภัณฑ์ของยูเรเนียมที่ถูกรุมยิงด้วยนิวตรอน เพื่อเป็นวิธีการตรวจสอบไกลออกไปของสิ่งที่ Fermi อ้างถึง พวกเขาเชื่อว่านิวตรอนค่อนข้างเล็กได้แยกนิวเคลียสของอะตอมยูเรเนียมขนาดใหญ่ออกเป็นสองชิ้นที่เท่ากันอย่างหยาบ ๆ ที่ขัดแย้งกับ Fermi สิ่งนี่เป็นผลที่น่าแปลกใจอย่างยิ่ง: รูปแบบอื่น ๆ ทั้งหมดของการสลายตัวของนิวเคลียร์ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ เท่านั้นกับมวลของนิวเคลียส ในขณะที่กระบวนนี้ - ถูกขนานนามว่า "ฟิชชัน" เมื่ออ้างอิงถึงทางชีววิทยา - เกี่ยวข้องกับการแตกออกที่สมบูรณ์ของนิวเคลียส นักวิทยาศาสตร์จำนวนมาก รวมถึง Leó Szilárd ที่เป็นหนึ่งในคนแรก ที่ยอมรับว่าถ้าปฏิกิริยาฟิชชันปล่อยนิวตรอนเพิ่มเติม ปฏิกิริยานิวเคลียร์ลูกโซ่อย่างยั่งยืนด้วยตนเองได้เกิดขึ้น ทันทีที่การทดลองได้รับการยืนยันและประกาศออกไปโดย Frédéric Joliot-Curie ในปี 1939 นักวิทยาศาสตร์ในหลายประเทศ (รวมทั้งสหรัฐอเมริกา, สหราชอาณาจักร, ฝรั่งเศส, เยอรมนี, และสหภาพโซเวียต) เรียกร้องรัฐบาลของพวกเขาเพื่อให้การสนับสนุนการวิจัยนิวเคลียร์ฟิชชัน แค่บนยอดของสงครามโลกครั้งที่สอง เพื่อการพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์ ในประเทศสหรัฐอเมริกา ที่ทั้ง Fermi และ Szilárd ได้อพยพเข้าไป นี้นำไปสู่​​การสร้างเครื่องปฏิกรณ์ด่วยมือมนุษย์เป็นครั้งแรก ที่รู้จักกันในชื่อ Chicago Pile-1 ซึ่งประสบความสำเร็จเกี่ยวกับสารวิกฤตในเดือน 2 ธันวาคม 1942 งานชิ้นนี้กลายเป็นส่วนหนึ่งของโครงการแมนฮัตตัน ซึ่งทำให้ได้ยูเรเนียมสมรรถนะสูงและได้สร้างเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่จะก่อให้เกิดพลูโตเนียมสำหรับใช้ในอาวุธนิวเคลียร์ครั้งแรก ซึ่งต่อมาถูกนำมาใช้ในการทำลายเมืองฮิโรชิมาและนางาซากิ ค่าใช้จ่ายที่สูงอย่างไม่คาดคิดในโครงการอาวุธนิวเคลียร์สหรัฐอเมริกา อีกทั้งการแข่งขันกับสหภาพโซเวียตและความปรารถนาที่จะกระจายการปกครองระบอบประชาธิปไตยทั่วโลก ได้สร้าง "... ความกดดันให้กับเจ้าหน้าที่ของรัฐบาลกลางในการพัฒนาอุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์พลเรือนที่จะช่วยแสดงให้เห็นความจำเป็นที่ต้องใช้ค่าใช้จ่ายที่สูงมากของรัฐบาล" ในปี 1945 หนังสือพ็อกเก็ตบุ๊กชื่อ ยุคปรมาณู (อังกฤษ: The Atomic Age) ประกาศอำนาจของอะตอมที่ไม่ได้เปิดออกให้ใช้ในชีวิตประจำวันและวาดภาพอนาคตที่เชื้อเพลิงฟอสซิลจะไม่ได้ถูกนำมาใช้ นักเขียนวิทยาศาสตร์ท่านหนึ่ง เดวิด Dietz เขียนว่าแทนที่จะเติมถังน้ำมันรถยนต์ของคุณสองหรือสามครั้งต่อสัปดาห์ คุณจะเดินทางทั้งปีด้วยเม็ดของพลังงานปรมาณูขนาดเท่ายาเม็ดวิตามิน เกลน Seaborg ประธานคณะกรรมาธิการพลังงานปรมาณูเขียนว่า "จะมีกระสวยระหว่างโลกกับดวงจันทร์ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ หัวใจเทียมขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ สระว่ายน้ำให้ความร้อนด้วยพลูโตเนียมสำหรับนักดำน้ำสกูบา และอื่น ๆ อีกมากมาย" การคาดการณ์ที่ดีเกินไปเหล่านี้ยังไม่ได้รับการเติมเต็ม สหราชอาณาจักร, แคนาดา, และรัสเซียดำเนินการในช่วงปลายปี 1940s และต้นปี 1950s ไฟฟ้าถูกผลิตขึ้นเป็นครั้งแรกโดยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เมื่อวันที่ 20 ธันวาคม 1951 ที่สถานีทดลอง EBR-I ใกล้ Arco, รัฐไอดาโฮ ซึ่งเริ่มผลิตประมาณ 100 กิโลวัตต์ งานวิจัยยังได้ทำกันอย่างเข้มข้นอย่างมากในสหรัฐอเมริกาในการขับเคลื่อนทางทะเลด้วยนิวเคลียร์ ที่มีเครื่องปฏิกรณ์เพื่อการทดสอบที่ได้รับการพัฒนาในปี 1953 (ในที่สุด USS Nautilus เรือดำน้ำพลังงานนิวเคลียร์ลำแรกที่จะเปิดตัวในปี 1955) ในปี 1953 ประธานาธิบดีสหรัฐอเมริกา ไอเซนฮาว, กล่าวในสุนทรพจน์เรื่อง "ปรมาณูเพื่อสันติ" ของเขาที่องค์การสหประชาชาติ ได้เน้นความจำเป็นในการพัฒนาการใช้ประโยชน์ "เพื่อสันติ" จากพลังงานนิวเคลียร์อย่างรวดเร็ว ตามด้วยการแก้ไขพระราชบัญญัติพลังงานปรมาณูปี 1954 ซึ่งอนุญาตให้เปิดเผยอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์ของสหรัฐและการสนับสนุนการพัฒนาโดยภาคเอกชน เรื่องนี้เกี่ยวข้องกับขั้นตอนการเรียนรู้อย่างมีนัยสำคัญ ที่มีหลาย ๆ การหลอมละลายของแกนกลางขั้นต้นบางส่วนและอุบัติเหตุที่เครื่องปฏิกรณ์ตัวทดลองและสิ่งอำนวยความสะดวกการวิจัย เมื่อวันที่ 27 มิถุนายน 1954 โรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์ Obninsk ของสหภาพโซเวียตเป็นโรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าแห่งแรกของโลกสำหรับกริด (ไฟฟ้า), และผลิตพลังงานไฟฟ้าประมาณ 5 เมกะวัตต์. ต่อมาในปี 1954 ลูอิส สเตราส์ ประธานของคณะกรรมาธิการพลังงานปรมาณูสหรัฐอเมริกาในขณะนั้น (AEC สหรัฐอเมริกา, บรรพบุรุษของคณะกรรมการกำกับกิจการพลังงานสหรัฐอเมริกาและกรมพลังงานสหรัฐ), พูดถึงไฟฟ้าในอนาคตว่าเป็นของ "ราคาถูกเกินกว่าที่จะคิดมิเตอร์"