เทคโนโลยีนิวเคลียร์

เทคโนโลยีนิวเคลียร์ () เป็นเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาของนิวเคลียสของอะตอม ท่ามกลางเทคโนโลยีนิวเคลียร์ที่โดดเด่น การนำไปประยุกต์ใช้จะได้แก่ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์, เวชศาสตร์นิวเคลียร์เพื่อการรักษาทางการแพทย์และอาวุธนิวเคลียร์ที่ใช้ในสงคราม มีการนำเทคโนโลยีนิวเคลียร์ไปประยุกต์ใช้อย่างหลากหลายทั้งในด้านการถนอมอาหาร, การเกษตร และการอุตสาหกรรม ประโยขน์ของเทคโนโลยีนิวเคลียร์มีอยู่อย่างหลากหลายแต่โทษของมันก็มีมากเช่นกัน

ประวัติความเป็นมาและภูมิหลังทางวิทยาศาสตร์
การค้นพบ

ปรากฏการณ์ธรรมชาติส่วนใหญ่ที่พบบนโลกเกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วงและแรงแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น มิได้เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ เนื่องจากนิวเคลียสของอะตอมโดยทั่วไปมีประจุไฟฟ้าบวก ทำให้ผลักกันและอยู่ห่างจากกัน

ในปี 1896 นาย อ็องตวน อ็องรี แบ็กแรล ในขณะที่ทำการทดสอบการเรืองแสงอย่างช้า ()การปล่อยแสงจากสารบางชนิดโดยไม่อาศัยความร้อน แต่อาศัยพลังงานรูปอื่น เช่น รังสีเอกซ์ รังสีอัลตราไวโอเลต เป็นต้น เมื่อหยุดการให้พลังงาน สารก็ยังคงเปล่งแสงอยู่ชั่วระยะหนึ่ง ซึ่งแตกต่างกับการวาวแสง เมื่อหยุดให้พลังงานสารก็จะหยุดเปล่งแสงทันที [พจนานุกรมศัพท์ สสวท.] ในเกลือยูเรเนียม เขาก็ได้ค้นพบปรากฏการณ์ใหม่ซึ่งเรียกมันว่ากัมมันตภาพรังสีHenri Becquerel นายปิแอร์ กูรีและนางมารี กูรีเริ่มทดสอบปรากฏการณ์นี้ ในกระบวนการนี้ พวกเขาแยกองค์ประกอบเรเดียมซึ่งมีกัมมันตภาพรังสีสูง พวกเขาค้นพบว่าสารกัมมันตรังสีจะผลิตรังสีที่สามารถทะลุทะลวงได้อย่างรุนแรง รังสีเหล่านี้มีสามประเภทที่แตกต่างกัน ซึ่งพวกเขาตั้งชื่อพวกมันว่ารังสีแอลฟา, บีตา และแกมมาตามอักษรกรีก บางส่วนของชนิดของรังสีเหล่านี้จะสามารถเจาะผ่านสารธรรมดาได้ และทุกชนิดของพวกมันอาจเป็นอันตรายถ้าสัมผัสในปริมาณมาก ทั้งหมดของนักวิจัยในช่วงต้นต่างก็ถูกเผาไหม้จากรังสีเหล่านั้นทั้งนั้น มันรุนแรงมากเหมือนถูกแดดเผา แต่พวกเขาก็คิดว่ามันเป็นเรื่องเล็กน้อย

ปรากฏการณ์ใหม่ของกัมมันตภาพรังสีถูกนำมาใช้โดยผู้ผลิตของยาต้มตุ๋น (เหมือนอย่างที่มีการค้นพบไฟฟ้าและแม่เหล็กก่อนหน้านี้) และสิทธิบัตรยาและการรักษาจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับกัมมันตภาพรังสีก็ถูกผลักดันให้ก้าวหน้าขึ้นไปอีก

ค่อยๆตระหนักว่ารังสีที่ผลิตโดยการสลายกัมมันตรังสีเป็นรังสีที่เกิดจากการแตกตัวไอออน () และค่อย ๆ ตระหนักว่าแม้ปริมาณจะมีขนาดเล็กเกินไปที่จะเผาไหม้แต่ก็อาจก่อให้เกิดอันตรายในระยะยาวได้อย่างรุนแรง นักวิทยาศาสตร์หลายคนที่ทำงานเกี่ยวกับกัมมันตภาพรังสีได้เสียชีวิตจากโรคมะเร็งซึ่งเป็นผลมาจากการสัมผัสกับรังสีของพวกเขา ยาที่มีสิทธิบัตรกัมมันตรังสีส่วนใหญ่เริ่มหายไป แต่การประยุกต์ใช้งานอื่น ๆ ของวัสดุกัมมันตรังสียังคงยืนกราน เช่น การใช้เกลือเรเดียมในการผลิตหน้าปัดเรืองแสงในมิเตอร์เครื่องวัด

เมื่ออะตอมเป็นที่เข้าใจกันมากขึ้น ธรรมชาติของกัมมันตภาพรังสีก็ชัดเจนขึ้น บางนิวเคลียสขนาดใหญ่ของอะตอมจะไม่เสถียร จึงสลายตัว (ปลดปล่อยสารหรือพลังงาน) หลังจากการสุ่มตามช่วงเวลา สามรูปแบบของรังสีที่ Becquerel และ Curies ค้นพบก็เข้าใจกันมากขึ้นอย่างเต็มที่ด้วย การสลายให้อนุภาคแอลฟาเกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสปลดปล่อยอนุภาคแอลฟา ซึ่งมีสองโปรตอนและสองนิวตรอน เทียบเท่ากับนิวเคลียสของฮีเลียม การสลายให้อนุภาคบีตาเกิดขึ้นเมื่อมีการปลดปล่อยอนุภาคบีตา ซึ่งเป็นอิเล็กตรอนพลังงานสูง การสลายให้อนุภาคแอลฟาจะปลดปล่อยรังสีแกมมา ซึ่งแตกต่างจากรังสีแอลฟาและบีตา ไม่ได้เป็นสารแต่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงมาก และนั่นก็คือพลังงาน รังสีเหล่านี้เป็นอันตรายมากที่สุดและยากที่สุดในการสกัดกั้น ทั้งสามประเภทของรังสีจะเกิดขึ้นตามธรรมชาติในองค์ประกอบบางอย่าง

เป็นที่ชัดเจนแล้วว่าแหล่งของพลังงานที่สุดยอดบนพื้นดินมากที่สุดคือนิวเคลียร์โดยผ่านการฉายรังสีจากดวงอาทิตย์ที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ของดวงดาว หรือโดยการสลายกัมมันตรังสีของยูเรเนียมภายในโลกซึ่งเป็นแหล่งที่มาหลักของพลังงานความร้อนใต้พิภพ

ฟิชชัน

ในการแผ่รังสีนิวเคลียร์ตามธรรมชาติ ผลพลอยได้มีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับนิวเคลียสที่พวกมันก่อกำเนิดขึ้น นิวเคลียร์ฟิชชั่นเป็นกระบวนการของการแยกนิวเคลียสออกเป็นส่วน ๆ เกือบเท่า ๆ กันและปลดปล่อยพลังงานและนิวตรอนในระหว่างกระบวนการนั้น ถ้านิวตรอนเหล่านี้ถูกจับโดยนิวเคลียสอื่นที่ไม่เสถียร นิวเคลียสนั้นก็สามารถแตกตัวหรือฟืชชันได้เช่นกัน ซึ่งนำไปสู่การเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ ค่าเฉลี่ยของจำนวนนิวตรอนที่ถูกปล่อยออกมาต่อนิวเคลียสที่ไปฟิชชั่นนิวเคลียสอื่นจะเรียกว่าค่า "k" ค่า k มากกว่า 1 หมายความว่าปฏิกิริยาฟิชชันจะปล่อยนิวตรอนมากกว่ามันดูดซับไว้และดังนั้นจึงจะเรียกว่าเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่อย่างยั่งยืนด้วยตัวเอง มวลของวัสดุฟิสไซล์ที่มีขนาดใหญ่พอ (และในคอนฟิคฯที่เหมาะสม) ที่จะก่อให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่อย่างยั่งยืนด้วยตนเองเรียกว่ามวลวิกฤต ()

เมื่อนิวตรอนถูกจับโดยนิวเคลียสที่เหมาะสม ฟิชชันอาจเกิดขึ้นทันที หรือนิวเคลียสอาจจะยังคงยืนหยัดอยู่ในสภาพที่ไม่เสถียรในช่วงเวลาสั้น ๆ หากมีการสลายตัวทันทีมากพอที่จะดำเนินการให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ต่อไปเรื่อย ๆ มวลจะถูกเรียกว่า วิกฤตฉับพลัน () และการปล่อยพลังงานจะขยายตัวอย่างรวดเร็วและไม่สามารถควบคุมได้ มักจะนำไปสู่การระเบิด

เมื่อมีการค้นพบก่อนสงครามโลกครั้งที่สอง ความเข้าใจนี้ทำให้หลายประเทศเริ่มต้นโครงการที่จะตรวจสอบความเป็นไปได้ของการสร้างระเบิดปรมาณู - อาวุธที่ใช้ปฏิกิริยาฟิชชันในการสร้างพลังงานมากเกินกว่าที่จะสร้างขึ้นด้วยวัตถุระเบิดแบบสารเคมี โครงการแมนฮัตตัน ดำเนินการโดยประเทศสหรัฐอเมริกาด้วยความช่วยเหลือของสหราชอาณาจักรและแคนาดา ได้พัฒนาอาวุธที่ฟิชชันเป็นทวีคูณซึ่งถูกนำมาใช้กับญี่ปุ่นในปี 1945 ที่ฮิโรชิมาและนางาซากิ ในระหว่างโครงการ เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูครั้งแรกได้รับการพัฒนาเช่นกัน แม้ว่าพวกมันจะเป็นหลักในการผลิตอาวุธในเบื้องแรกและไม่ได้ผลิตกระแสไฟฟ้า

อย่างไรก็ตาม ถ้ามวลจะวิกฤตได้ก็ต่อเมื่อนิวตรอนที่ถูกหน่วงความเร็วถูกป้อนเข้าไป ดังนั้นปฏิกิริยาก็สามารถควบคุมได้ โดยการใส่เข้าไปหรือการดึงออกมาโดยตัวดูดซับนิวตรอน () นี่คือสิ่งที่ช่วยให้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สามารถที่จะถูกสร้างได้ นิวตรอนเร็วไม่สามารถถูกจับโดยนิวเคลียสได้โดยง่าย พวกมันจะต้องถูกชะลอความเร็ว (ให้เป็นนิวตรอนช้า) โดยทั่วไปโดยการชนกับนิวเคลียสของตัวหน่วงนิวตรอน () ก่อนที่พวกมันจะถูกจับได้อย่างง่ายดาย ในวันนี้ ประเภทนี้ของการฟิชชันเป็นที่นิยมใช้ในการผลิตไฟฟ้า

 ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน 

ถ้านิวเคลียสมากกว่าหนึ่งตัวถูกบังคับให้ชนกัน พวกมันก็สามารถทำให้เกิดนิวเคลียร์ฟิวชันได้ กระบวนการนี้อาจปล่อยหรือดูดซับพลังงาน ถ้านิวเคลียสที่เกิดจากการชนมีน้ำหนักเบากว่านิวเคลียสของเหล็ก พลังงานจะถูกปล่อยออกมาตามปกติ แต่เมื่อนิวเคลียสนั้นหนักกว่าของเหล็ก โดยทั่วไปพลังงานจะถูกดูดซับ กระบวนการของการฟิวชั่นนี้เกิดขึ้นในดวงดาว ซึ่งได้รับพลังงานของพวกมันจากไฮโดรเจนและฮีเลียม พวกมันก่อตัวขึ้นผ่าน 'การสังเคราะนิวเคลียสแบบกลุ่มดาว' () และองค์ประกอบเบา (ลิเธียมจนถึงแคลเซียม) เช่นเดียวกับบางส่วนขององค์ประกอบหนัก (เกินกว่าเหล็กและนิกเกิลผ่านทาง S-process) ความอุดมสมบูรณ์ที่เหลืออยู่ขององค์ประกอบหนัก จากนิกเกิลจนถึงยูเรเนียมและไกลกว่านั้น เป็นเพราะกระบวนการการสังเคราะห์นิวเคลียสแบบซูเปอร์โนวา () หรือที่เรียกว่า R-process

แน่นอน กระบวนการทางธรรมชาติเหล่านี้ของดาราศาสตร์ไม่ได้เป็นตัวอย่างของนิวเคลียร์ "เทคโนโลยี" เพราะแรงผลักที่แข็งแกร่งมากของนิวเคลียส ฟิวชั่นจึงเป็นเรื่องยากที่จะควบคุม ระเบิดไฮโดรเจนได้รับอำนาจการทำลายล้างของพวกมันอย่างมากจากฟิวชั่น แต่พลังงานของพวกมันไม่สามารถควบคุมได้ ฟิวชั่นจะสามารถควบคุมได้ในเครื่องเร่งอนุภาค (); นี่คือวิธีที่หลายองค์ประกอบสังเคราะห์ (ในทางเคมีคือสารประกอบที่ไม่ปรากฏตามธรรมชาติ ถูกสร้างขึ้นโดยการประดิษฐ์เท่านั้น นับถึงปัจจุบัน มีสารดังกล่าวอยู่ 20 ตัวได้ถูกสร้างขึ้น พวกที่มีเลขอะตอม 99–118 ทุกตัวไม่เสถียร มันสลายตัวด้วยครึ่งชีวิตระหว่างหนึ่งปีถึงไม่กี่มิลลิวินาที) ได้ถูกผลิตขึ้น Fusor ยังสามารถผลิตฟิวชั่นที่ถูกควบคุมและเป็นแหล่งนิวตรอนที่มีประโยชน์ อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ทั้งสองเหล่านี้จะทำงานแบบการสูญเสียพลังงานสุทธิ พลังงานฟิวชั่นที่ถูกควบคุมและทำงานได้พิสูจน์แล้วว่าเข้าใจยาก แม้จะมีการหลอกลวงเป็นครั้งคราว ความยุ่งยากทางเทคนิคและทางทฤษฎีได้ขัดขวางการพัฒนาของเทคโนโลยีฟิวชั่นพลเรือนที่กำลังทำงานอยู่ แม้ว่าการวิจัยยังดำเนินต่อไปในวันนี้ทั่วโลก

นิวเคลียร์ฟิวชันถูกไล่ล่าหาความจริงในตอนต้นในขั้นตอนทางทฤษฎีเท่านั้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง เมื่อนักวิทยาศาสตร์ในโครงการแมนฮัตตัน (นำโดยเอ็ดเวิร์ด Teller) ตรวจสอบว่ามันเพื่อการสร้างระเบิด โครงการได้ละทิ้งฟิวชั่นหลังจากที่มีการสรุปว่ามันต้องการปฏิกิริยาฟิชชันเพื่อจุดระเบิด มันต้องใช้เวลาจนถึงปี 1952 สำหรับระเบิดไฮโดรเจนเต็มรูปแบบลูกแรกที่จะถูกจุดชนวน ที่เรียกอย่างนั้นเพราะว่ามันใช้ปฏิกิริยาระหว่าง ดิวเทอเรียม และ ทริเทียม ปฏิกิริยาฟิวชั่นอื่น ๆ มีพลังมากมายต่อหน่วยมวลของเชื้อเพลิงมากกว่าปฏิกิริยาฟิชชัน แต่การเริ่มต้นปฏิกิริยาลูกโซ่ของฟิวชั่นเป็นเรื่องยากกว่ามาก

อาวุธนิวเคลียร์

อาวุธนิวเคลียร์เป็นอุปกรณ์ที่ระเบิดได้ที่ได้รับแรงทำลายล้างจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ ฟิชชันหรือรวมกันของฟิชชันและฟิวชั่น ปฏิกิริยาทั้งสองปลดปล่อยพลังงานในปริมาณมหาศาลจากปริมาณที่ค่อนข้างเล็กของสาร แม้กระทั่งอุปกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กก็สามารถทำลายล้างหนึ่งเมืองได้โดยการระเบิด, ไฟไหม้ และการแผ่รังสี อาวุธนิวเคลียร์ได้รับการพิจารณาว่าเป็นอาวุธที่มีอำนาจทำลายล้างสูง () และการใช้งานและการควบคุมพวกมันได้เป็นลักษณะสำคัญของนโยบายต่างประเทศนับตั้งแต่เปิดตัวครั้งแรกของพวกมัน

การออกแบบของอาวุธนิวเคลียร์มีความซับซ้อนมากขึ้นกว่าที่มันน่าจะเป็น อาวุธดังกล่าวจะต้องมีวัสดุฟิสไซล์ใต้วิกฤต () หนึ่งสารหรือมากกว่าที่เสถียรพรัอมในการนำไปใช้ แล้วทำให้เกิดการวิกฤต (สร้าง critical mass) สำหรับการจุดระเบิด นอกจากนี้ มันยังคงค่อนข้างยากที่จะตรวจสอบให้แน่ใจว่าปฏิกิริยาลูกโซ่เช่นนั้นได้กินส่วนที่มีนัยสำคัญของเชื้อเพลิงก่อนที่อุปกรณ์จะบินออกไป การจัดซื้อจัดจ้างของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ยังเป็นเรื่องยากมากกว่าที่มันน่าจะเป็น เนื่องจากไม่มีสารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติจะไม่เสถียรพอที่จะทำให้กระบวนการนี้เกิดขึ้นได้

หนึ่งไอโซโทปของยูเรเนียม ชื่อว่ายูเรเนียม-235 เกิดขึ้นตามธรรมชาติและไม่เสถียรเพียงพอ แต่มันก็พบเสมอถูกผสมกับไอโซโทปที่มีเสถียรภาพมากขึ้นชื่อว่ายูเรเนียม-238 สารตัวหลังมีมากกว่า 99% ของน้ำหนักของยูเรเนียมตามธรรมชาติ ดังนั้นบางวิธีการของการแยกไอโซโทปที่ขึ้นอยู่กับน้ำหนักของสามนิวตรอนจะต้องดำเนินการเพื่อเสริมสมรรถนะ (แยก) ยูเรเนียม-235

อีกทางเลือกหนึ่ง ธาตุพลูโตเนียมมีไอโซโทปหนึ่งที่ไม่เสถียรพอสำหรับกระบวนการนี้จะใช้งานได้ พลูโตเนียมไม่ได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ดังนั้นจึงต้องมีการผลิตในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

อย่างสุดขั้วที่สุด โครงการแมนฮัตตันได้ผลิตอาวุธนิวเคลียร์ที่ขึ้นอยู่กับแต่ละองค์ประกอบเหล่านี้ พวกเขาจุดระเบิดอาวุธนิวเคลียร์เป็นครั้งแรกในการทดสอบที่มีชื่อรหัสว่า "ทรินิตี้" ใกล้ Alamogordo, รัฐนิวเม็กซิโก เมื่อวันที่ 16 กรกฎาคม ค.ศ. 1945 การทดสอบได้ดำเนินการเพื่อให้แน่ใจว่าวิธีการจุดระเบิดของระเบิดจะทำงาน ซึ่งมันก็ทำงานระเบิดยูเรเนียม, "Little Boy", ถูกทิ้งที่เมืองฮิโรชิมาของญี่ปุ่นเมื่อวันที่ 6 สิงหาคม ค.ศ. 1945 ตามด้วย "Fat Man" ที่ทำด้วยพลูโตเนียมในอีกสามวันต่อมาที่เมืองนางาซากิ ในการปลุกให้ตื่นของการทำลายล้างและการบาดเจ็บล้มตายเป็นประวัติการณ์จากอาวุธเดียว รัฐบาลญี่ปุ่นในไม่ช้าก็ยอมจำนน เป็นการสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่สอง

ตั้งแต่การระเบิดที่สองเมืองนั้น ไม่มีอาวุธนิวเคลียร์ได้ถูกนำไปใช้อย่างก้าวร้าว อย่างไรก็ตาม พวกมันกระตุ้นให้เกิดการแข่งขันด้านอาวุธเพื่อพัฒนาระเบิดที่ทำลายล้างได้มากขึ้นเพื่อยับยั้งนิวเคลียร์ เพียงสี่ปีต่อมาเมื่อวันที่ 29 สิงหาคม 1949, สหภาพโซเวียตได้จุดระเบิดอาวุธฟิชชัน RDS-1 เป็นครั้งแรก สหราชอาณาจักรทำตามเมื่อ 2 ตุลาคม 1952; ฝรั่งเศสเมื่อวันที่ 13 กุมภาพันธ์ 1960; และประเทศจีน ประมาณครึ่งหนึ่งของผู้รอดชีวิตจากฮิโรชิมาและนางาซากิเสียชีวิต 2-5 ปีหลังจากนั้นเนื่องจากการสัมผัสรังสี อาวุธรังสี () เป็นชนิดหนึ่งของอาวุธนิวเคลียร์ที่ออกแบบมาเพื่อแจกจ่ายวัสดุนิวเคลียร์ที่เป็นอันตรายในพื้นที่ของศัตรู อาวุธดังกล่าวจะไม่ได้มีความสามารถในการระเบิดของฟิชชันหรือฟิวชั่น แต่จะฆ่าคนจำนวนมากและปนเปื้อนพื้นที่ขนาดใหญ่ อาวุธรังสีไม่เคยถูกนำไปใช้ ในขณะที่มีการพิจารณาว่าไร้ประโยชน์โดยกองทัพธรรมดา อาวุธดังกล่าวเพิ่มความกังวลเกี่ยวกับการก่อการร้ายนิวเคลียร์

มีการทดสอบนิวเคลียร์กว่า 2,000 ครั้งได้ถูกดำเนินการตั้งแต่ปี 1945 ในปี 1963 ประเทศที่มีนิวเคลียร์ทั้งหมดและหลายประเทศที่ไม่มีนิวเคลียร์ได้ลงนาม "สนธิสัญญาห้ามและจำกัดการทดลอง" โดยให้คำมั่นว่าจะละเว้นจากการทดสอบอาวุธนิวเคลียร์ในบรรยากาศ, ใต้น้ำ หรือในอวกาศรอบนอก สนธิสัญญาอนุญาตการทดสอบนิวเคลียร์ใต้ดิน ฝรั่งเศสยังคงทดสอบในบรรยากาศจนถึงปี 1974 ขณะที่จีนยังคงทำจนถึงปี 1980 การทดสอบใต้ดินครั้งสุดท้ายโดยสหรัฐอเมริกาทำในปี 1992 โดยสหภาพโซเวียตในปี 1990 โดยสหราชอาณาจักรในปี 1991 และทั้งสองประเทศฝรั่งเศสและจีนยังคงทดสอบจนกระทั่งปี 1996 หลังจากการลงนาม "สนธิสัญญาห้ามทดลองครอบคลุม" ในปี 1996 (ซึ่ง ณ ปี 2011 ไม่ได้มีผลบังคับใช้) ทั้งหมดของรัฐเหล่านี้ได้ให้คำมั่นที่จะยุติการทดสอบนิวเคลียร์ทั้งหมด ผู้ไม่ลงนาม, อินเดีย และปากีสถานได้ทดสอบอาวุธนิวเคลียร์ครั้งสุดท้ายในปี 1998

อาวุธนิวเคลียร์เป็นอาวุธทำลายล้างที่รู้จักกันมากที่สุด - แม่แบบของอาวุธแห่งการทำลายล้าง ตลอดช่วงสงครามเย็น อำนาจของฝ่ายตรงข้ามมีคลังแสงนิวเคลียร์ขนาดใหญ่ เพียงพอที่จะฆ่าได้หลายร้อยล้านคน รุ่นของคนที่เติบโตขึ้นมาภายใต้ร่มเงาของการทำลายล้างด้วยนิวเคลียร์ สร้างออกมาเป็นภาพในภาพยนตร์ เช่น "Dr. Strangelove" และ "The Atomic Cafe"

อย่างไรก็ตาม การปล่อยพลังงานอย่างมากในการระเบิดของอาวุธนิวเคลียร์ยังชี้ให้เห็นความเป็นไปได้ของแหล่งพลังงานใหม่

 การใช้ทางพลเรือน 
พลังงานนิวเคลียร์

พลังงานนิวเคลียร์เป็นประเภทหนึ่งของเทคโนโลยีนิวเคลียร์ที่เกี่ยวข้องกับการใช้แบบควบคุมของนิวเคลียร์ที่จะปล่อยพลังงานสำหรับการทำงานที่รวมถึงแรงขับดัน, ความร้อน และการผลิตกระแสไฟฟ้า พลังงานนิวเคลียร์ถูกผลิตโดยปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ที่ถูกควบคุมซึ่งจะสร้างความร้อนที่ใช้ในการต้มน้ำ, ผลิตไอน้ำ และขับกังหันไอน้ำ กังหันถูกใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าและ/หรือในการทำงานทางกล

ปัจจุบันพลังงานนิวเคลียร์มีประมาณ 15.7% ของการผลิตไฟฟ้าของโลก (ในปี 2004) และถูกใช้ในการขับเคลื่อนเรือบรรทุกเครื่องบิน, เรือตัดน้ำแข็งและเรือดำน้ำ (นับถึงปัจจุบันเศรษฐศาสตร์และความกลัวในบางท่าเรือมีการหลีกเลี่ยงการใช้พลังงานนิวเคลียร์ในเรือขนส่ง) ทุกโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใช้ปฏิกิริยาฟิชชัน ยังไม่มีปฏิกิริยาฟิวชั่นที่มนุษย์สร้างขึ้นในการผลิตกระแสไฟฟ้า

การใช้งานทางการแพทย์

การประยุกต์ใช้งานทางการแพทย์ของเทคโนโลยีนิวเคลียร์จะถูกแบ่งออกเป็นการวินิจฉัยและการรักษาด้วยรังสี

การถ่ายภาพ - การใช้งานที่ใหญ่ที่สุดของรังสีในทางการแพทย์จะอยู่ใน 'การถ่ายภาพรังสีทางการแพทย์' () เพื่อสร้างภาพภายในของร่างกายมนุษย์โดยใช้รังสีเอกซ์ วิธีการนี้เป็นแหล่งที่มาของสิ่งแปลกปลอมที่ใหญ่ที่สุดของการได้รับรังสีสำหรับมนุษย์ ตัวสร้างภาพ x-ray ทางการแพทย์และทันตกรรมจะใช้โคบอลต์-60 หรือแหล่งสร้าง X-ray อื่น ๆ ยารังสี () จำนวนมากมีการนำมาใช้ บางครั้งติดอยู่กับโมเลกุลของสารอินทรีย์ เพื่อทำหน้าที่แกะรอยกัมมันตรังสีเป็นหรือสารทึบรังสี (สารดังกล่าวเรียกว่าสารสร้างความแตกต่างของภาพ ()) ในร่างกายมนุษย์ เช่น ในระหว่างการทำ CT scan นิวคลีโอไทด์nucleotide (นิวคลีโอไทด์) เป็นหน่วยย่อยของดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอ ประกอบด้วยเบสและหมู่ฟอสเฟตเชื่อมต่อกับน้ำตาล เบสที่พบในดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอได้แก่ adenine (A) guanine (G) และ cytosine (C) ที่แตกต่างคือ thymine (T) พบเฉพาะในดีเอ็นเอ ส่วน uracil (U) พบเฉพาะในอาร์เอ็นเอ น้ำตาลที่พบในดีเอ็นเอเป็นดีออกซีไรโบสและน้ำตาลไรโบสพบในอาร์เอ็นเอ ส่วนหมู่ฟอสเฟตเป็นตัวกลางในการเชื่อมต่อระหว่างนิวคลีโอไทด์โมเลกุลหนึ่งกับอีกโมเลกุลหนึ่งโดยเกิดพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ ทำให้สายดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอยาวขึ้น แหล่งข้อมูล สุรินทร์ ปิยะโชคณากุล. "โครงสร้างและหน้าที่ของดีเอ็นเอ" ในพันธุวิศวกรรมเบื้องต้น. หน้า 5-41. กรุงเทพฯ : สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, 2545. [วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี] ที่ปล่อยโพซิตรอนอนุภาคมูลฐานที่มีมวลเท่ากับอิเล็กตรอนแต่มีประจุเป็นบวก เรียกอีกอย่างว่า “แอนติอิเล็กตรอน” เกิดจาก แพร์โพรดักชัน หรือจากการสลายกัมมันตรังสีของนิวไคลด์บางชนิด เช่น โซเดียม-22 (ดู antimatter; electron และ pair production ประกอบ) [นิวเคลียร์] ถูกใช้สำหรับการถ่ายภาพช่วงกว้างความละเอียดสูงในเวลาสั้น ๆ ในการประยุกต์ใช้งานที่รู้จักกันว่าเป็นการสร้างภาพเอกซเรย์ด้วยการปล่อยโพซิตรอน ()

การฉายรังสียังถูกนำมาใช้ในการรักษาโรคด้วยวิธี 'การรักษาด้วยรังสี' () อีกด้วย

การประยุกต์ใช้ในงานอุตสาหกรรม
เนื่องจากบางรังสีสามารถเจาะเข้าไปในมวลสารได้ พวกมันจะถูกใช้สำหรับการวัดได้อย่างหลากหลาย รังสีเอกซ์และรังสีแกมมาจะถูกใช้ในการถ่ายภาพรังสีอุตสาหกรรมเพื่อสร้างภาพภายในของผลิตภัณฑ์ที่เป็นของแข็ง เป็นวิธีการทดสอบและการตรวจสอบโดยไม่ทำลายผลิตภัณฑ์นั้น ชิ้นส่วนที่จะทำการถ่ายภาพรังสีจะถูกวางอยู่ระหว่างแหล่งสร้างรังสีและฟิล์มถ่ายภาพในเทปคาสเซ็ท หลังจากการสัมผัสกับรังสีในช่วงเวลาหนึ่ง ฟิล์มจะถูกล้างและมันจะแสดงให้เห็นข้อบกพร่องใด ๆ ภายในของวัสดุ

มาตรวัด - มาตรวัดใช้กฎของการดูดซึมแบบ exponential ของรังสีแกมมา

 ตัวชี้วัดระดับ: แหล่งสร้างรังสีและตัวตรวจจับจะอยู่คนละฝั่งของภาชนะบรรจุ, เพื่อแสดงการปรากฏหรือไม่ปรากฏของวัสดุในเส้นทางรังสีแนวนอน รังสีที่ใช้จะเป็นรังสี Beta หรือแกมมาขึ้นอยู่กับความหนาและความหนาแน่นของวัสดุที่จะวัด วิธีการนี้จะใช้สำหรับภาชนะบรรจุของเหลวหรือสารเม็ดเล็ก ๆ 
 เครื่องวัดความหนา: ถ้าวัสดุมีความหนาแน่นคงที่ สัญญาณที่วัดได้โดยตัวตรวจจับรังสีจะขึ้นอยู่กับความหนาของวัสดุ นี้จะเป็นประโยชน์สำหรับการผลิตที่ทำอย่างต่อเนื่อง เช่น กระดาษ, ยาง ฯลฯ

การควบคุมไฟฟ้าสถิต - เพื่อหลีกเลี่ยงการสร้างขึ้นของกระแสไฟฟ้าสถิตในการผลิตกระดาษ, พลาสติก, สิ่งทอสังเคราะห์ ฯลฯ แหล่งผลิตรังสีอัลฟารูปริบบิ้น 241Americium สามารถวางใกล้กับวัสดุที่ปลายของสายการผลิต แหล่งดังกล่าวจะ ionizes อากาศเพื่อเคลื่อนย้ายประจุไฟฟ้าบนวัสดุออกไป

เครื่องแกะรอยกัมมันตรังสี - เนื่องจากไอโซโทปกัมมันตรังสีจะประพฤติ ทางเคมี ส่วนใหญ่เหมือนองค์ประกอบที่ไม่แอ็คทีฟ พฤติกรรมของสารเคมีบางอย่างสามารถถูกสืบหาได้ด้วย "การแกะรอย" กัมมันตภาพรังสี ตัวอย่าง:
 การเพิ่มตัวแกะรอยแกมมาให้กับก๊าซหรือของเหลวในระบบปิดทำให้มันเป็นไปได้ที่จะหารูในหลอด
 การเพิ่มตัวแกะรอยให้กับพื้นผิวของส่วนประกอบของมอเตอร์ทำให้มันเป็นไปได้ที่จะวัดการสึกหรอโดยการวัดการทำงานของน้ำมันหล่อลื่น

การสำรวจหาน้ำมันและก๊าซ - การทำรายงานหลุมเจาะ () ด้วยนิวเคลียร์จะถูกใช้เพื่อช่วยทำนายศักยภาพในเชิงพาณิชย์ของหลุมเจาะใหม่หรือหลุมที่มีอยู่แล้ว เทคโนโลยีที่ใช้จะเกี่ยวข้องกับการใช้นิวตรอนหรือแหล่งกำเนิดรังสีแกมมาและตัวตรวจจับรังสีซึ่งจะหย่อนลงไปในหลุมเจาะเพื่อตรวจสอบคุณสมบัติของหินที่อยู่รอบเช่นความพรุนและการพิมพ์หิน

การก่อสร้างถนน - เครื่องวัดความชื้น/ความหนาแน่นด้วยนิวเคลียร์ถูกใช้ในการกำหนดความหนาแน่นของดิน, ยางมะตอย และคอนกรีต โดยปกติจะใช้ ซีเซียม-137

การประยุกต์ใช้ในงานเชิงพาณิชย์

 การเรืองแสงด้วยรังสี ()
 การส่องสว่างด้วย tritium: tritium ถูกใช้กับ phosphor ในกล้องเล็งของปืนเพื่อเพิ่มความแม่นยำในการยิงตอนกลางคืน บางเครื่องหมายบนรันเวย์และป้ายบอกทางออกของอาคารจะใช้เทคโนโลยีเดียวกันนี้เพื่อให้ยังคงส่องสว่างในช่วงไฟดับ
 แบตเตอรีรังสีเบต้า ()
 ตัวตรวจจับควัน: ตัวตรวจจับควันแบบไอออไนซ์ประกอบด้วยมวลเล็ก ๆ ของสารกัมมันตรังสีอะเมริเซียม-241 ซึ่งเป็นแหล่งผลิตรังสีอัลฟา ห้องที่มีการ Ionisation สองห้องจะอยู่ติดกัน ทั้งสองห้องมีแหล่งผลิตขนาดเล็กของ 241Am ที่สร้างกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กที่คงที่ ห้องหนึ่งจะปิดและทำหน้าที่เป็นตัวเปรียบเทียบ อีกห้องหนึ่งจะเปิดให้อากาศโดยรอบข้างในมีขั้วไฟฟ้าแบบตะแกรง เมื่อควันเข้ามาในห้องเปิด กระแสจะชะงักเนื่องจากอนุภาคของควันไปติดกับไอออนที่มีประจุและส่งมันกลับไปสู่สถานะเป็นกลางทางไฟฟ้า ปรากฏการณ์นี้จะช่วยลดกระแสในห้องเปิด เมื่อกระแสลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนด เสียงเตือนภัยก็จะดัง

การประมวลอาหารและการเกษตร
ในทางชีววิทยาและการเกษตร การฉายรังสีถูกใช้เพื่อทำให้เกิดการกลายพันธุ์ในการผลิตหรือปรับปรุงสายพันธุ์ใหม่ อีกการใช้หนึ่งคือการควบคุมแมลงโดยใช้เทคนิคการทำหมันแมลง โดยที่แมลงตัวผู้จะถูกทำหมันโดยการฉายรังสีและจะถูกปล่อยตัวออกไปเพื่อให้พวกมันจะไม่มีลูกหลานอีก เป็นการลดจำนวนประชากร

ในการประยุกต์ใช้ในงานอุตสาหกรรมและอาหาร การฉายรังสีถูกใช้สำหรับการฆ่าเชื้อเครื่องมือและอุปกรณ์ ประโยชน์ก็คือวัตถุอาจถูกปิดผนึกอยู่ในถุงพลาสติกก่อนที่จะมีการฆ่าเชื้อ การใช้งานที่เกิดขึ้นใหม่ในการผลิตอาหารคือการฆ่าเชื้ออาหารโดยใช้การฉายรังสีอาหาร ()


การฉายรังสีอาหารanon., Food Irradiation - A technique for preserving and improving the safety of food, WHO, Geneva, 1991 เป็นกระบวนการของการเปิดอาหารให้สัมผัสกับรังสีเพื่อฆ่าเชื้อแบคทีเรีย, ไวรัส หรือแมลงที่อาจจะมีอยู่ในอาหาร แหล่งสร้างรังสีที่ใช้คือแหล่งสร้างรังสีแกมมา radioisotope, ตัวกำเนิด X-ray และตัวเร่งอิเล็กตรอน การประยุกต์ใช้งานเพิ่มเติมรวมถึงการยับยั้งการงอก, การถ่วงเวลาการสุก, การเพิ่มอัตราผลผลิตของน้ำผลไม้ และการปรับปรุงความชุ่มชื้น การฉายรังสีเป็นคำทั่วไปมากขึ้นของการสัมผัสโดยเจตนาของวัสดุกับรังสีเพื่อให้บรรลุเป้าหมายทางเทคนิค (ในบริบทนี้หมายถึง 'รังสีแบบไอโอไนเซชั่น') โดยวิธีการเช่นนี้ ยังถูกนำมาใช้ในรายการที่ไม่ใช่อาหารอีกด้วย เช่น ฮาร์ดแวร์ทางการแพทย์, พลาสติก, ท่อก๊าซ, ท่อสำหรับให้ความร้อนแต่ละชั้นของอาคาร, ฟอยล์หดสำหรับบรรจุภัณฑ์อาหาร, ชิ้นส่วนรถยนต์, สายไฟและสายเคเบิล, ยาง และแม้กระทั่งอัญมณี เมื่อเทียบกับปริมาณของอาหารที่ถูกฉายรังสี ปริมาณการใช้ในแต่ละวันมีมาก แต่ไม่ได้สังเกตโดยผู้บริโภค

ผลกระทบของแท้ของการประมวลอาหารโดยการฉายรังสีจะเกี่ยวข้องกับความเสียหายที่เกิดกับดีเอ็นเอ ข้อมูลทางพันธุกรรมพื้นฐานสำหรับชีวิต จุลินทรีย์จะไม่สามารถขยายพันธ์และดำเนินการกิจกรรมของเชื้อโรคและความร้ายแรงของพวกมันได้อีกต่อไป การเน่าเสียที่ก่อให้เกิดจุลินทรีย์ก็ไม่สามารถดำเนินกิจกรรมของพวกมันได้อีกต่อไป แมลงไม่รอดหรือกลายเป็นหมดความสามารถในการให้กำเนิด พืชไม่สามารถจะถูกทำให้สุกหรืออยู่ในกระบวนการชราได้ตามธรรมชาติ ผลกระทบทั้งหมดเหล่านี้จะเป็นประโยชน์ต่อผู้บริโภคและอุตสาหกรรมอาหารเช่นเดียวกัน

ปริมาณของพลังงานสำหรับการฉายรังสีอาหารที่มีประสิทธิภาพอยู่ในระดับต่ำเมื่อเทียบกับการประกอบอาหาร; แม้แต่ในปริมาณทั่วไปที่ 10 กิโลเกรย์สำหรับอาหารส่วนใหญ่ ซึ่งในทางกายภาพเทียบเท่ากับทำให้น้ำอุ่นขึ้นเพียงประมาณ 2.5 °C (4.5 °F)

การเป็นพิเศษของการประมวลอาหารโดยใช้รังสีที่เกิดจากการไอออไนเวชั่นคือความจริงที่ว่าความหนาแน่นของพลังงานต่อการเปลี่ยนแปลงอะตอมจะสูงมาก มันสามารถแยกโมเลกุลและทำให้เกิดการไอออไนซ์ (เพราะฉะนั้นจึงได้ชื่อนี้) ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยความร้อนเท่านั้น นี่คือเหตุผลสำหรับผลจากประโยชน์ที่ได้ใหม่ แต่ในเวลาเดียวกัน ก็เป็นเหตุผลสำหรับความกังวลใหม่ การบำบัดอาหารแข็งโดยรังสีไอออไนซ์สามารถให้ผลคล้ายกับการทำพาสเจอร์ไรซ์แบบความร้อนของของเหลว เช่น นม อย่างไรก็ตาม การใช้คำว่าพาสเจอร์ไรซ์เย็นเพื่ออธิบายอาหารที่ผ่านการฉายรังสีทำให้เป็นที่ถกเถียงกัน เพราะพาสเจอร์ไรซ์และการฉายรังสีเป็นกระบวนการที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานอยู่แล้ว ถึงแม้ว่าสุดท้ายความตั้งใจในบางกรณีอาจจะคล้ายกัน

ผู้กล่าวร้ายของการฉายรังสีอาหารมีความกังวลเกี่ยวกับอันตรายต่อสุขภาพจากกัมมันตภาพรังสีที่ถูกสร้างขึ้น นอกจากนี้ รายงานใหักับ 'สภาอเมริกันสำหรับวิทยาศาสตร์และสุขภาพ' ชื่อ "อาหารผ่านการฉายรังสี" กล่าวว่า: "ประเภทของแหล่งสร้างรังสีที่ได้รับการอนุมัติสำหรับการบำบัดอาหารมีระดับพลังงานที่เจาะจงต่ำกว่าขนาดที่อาจทำให้องค์ประกอบใด ๆ ในอาหารกลายเป็นสารกัมมันตรังสี อาหารที่ผ่านการฉายรังสีไม่ได้ปนเปื้อนกัมมันตรังสีมากไปกว่ากระเป๋าเดินทางผ่านสแกนเนอร์ X-ray ที่สนามบินหรือฟันที่ถูก X-ray"

การฉายรังสีอาหารในขณะนี้ได้รับอนุญาตจากกว่า 40 ประเทศและปริมาณการคาดว่าจะเกิน 500,000 ตัน (490,000 ตันยาว; 550,000 ตันสั้น) เป็นประจำทุกปีทั่วโลกFood irradiation, Position of ADA . J Am Diet Assoc. 2000;100:246-253. retrieved 2007-11-15.C.M. Deeley, M. Gao, R. Hunter, D.A.E. Ehlermann. The development of food irradiation in the Asia Pacific, the Americas and Europe ; tutorial presented to the International Meeting on Radiation Processing. Kuala Lumpur. 2006. last visited 2007-11-16. 

การฉายรังสีอาหารโดยหลักการเป็นเทคโนโลยีที่ไม่ใช่นิวเคลียร์ มันขึ้นอยู่กับการใช้รังสีที่อาจจะเกิดขึ้นจากเครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอนและการแปลงให้เป็น Bremsstrahlung (รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ถูกปล่อยออกมา เมื่ออนุภาคที่มีประจุถูกเร่งให้เร็วขึ้น หรือถูกหน่วงให้ช้าลง รังสีเอกซ์จากเครื่องเอกซเรย์ทั่วไปก็เป็นรังสีชนิดนี้) แต่มันอาจจะยังใช้รังสีแกมมาจากการสลายตัวของนิวเคลียร์อีกด้วย มีอุตสาหกรรมทั่วโลกที่ทำการประมวลโดยรังสีจากตัวเร่ง การฉายรังสีอาหารเป็นเพียงการประยุกต์ใช้เฉพาะอย่าง () ชนิดหนึ่งเท่านั้นเมื่อเทียบกับการทำไปใช้กับอุปกรณ์การแพทย์, วัสดุพลาสติก, วัตถุดิบ, อัญมณี, สายเคเบิลและสายไฟอื่น ๆ

อุบัติเหตุ

อุบัติเหตุนิวเคลียร์ เพราะกองกำลังที่มีประสิทธิภาพมาเกี่ยวข้องมักจะมีอันตรายมาก ในอดีตเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นครั้งแรกเกี่ยวข้องกับการรับรังสีอย่างร้ายแรง มารี กูรีเสียชีวิตจากโรคโลหิตจางซึ่งเป็นผลมาจากระดับสูงจากการสัมผัสรังสีของเธอ นักวิทยาศาสตร์สองคน ชาวอเมริกันและแคนาดาตามลำดับ, แฮร์รี่ Daghlian และหลุยส์ SlotIn เสียชีวิตหลังจากการจัดการที่ผิดพลาดของมวลพลูโตเนียมเดียวกัน ซึ่งแตกต่างจากอาวุธธรรมดา, แสงที่รุนแรง, ความร้อน และแรงระเบิดไม่ได้เป็นเพียงส่วนประกอบอันตรายเท่านั้นของอาวุธนิวเคลียร์ ประมาณครึ่งหนึ่งของการตายที่ฮิโรชิมาและนางาซากิเสียชีวิต 2-5 ปีหลังจากนั้นเนื่องจากการสัมผัสกับรังสี

อุบัติเหตุนิวเคลียร์กับพลเรือนและอุบัติเหตุรังสีส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ที่พบมากที่สุดคือการรั่วไหลของนิวเคลียร์ที่ทำให้คนงานสัมผัสกับวัสดุที่เป็นอันตราย การหลอมละลายนิวเคลียร์ () หมายถึงอันตรายที่รุนแรงมากขึ้นของการปล่อยวัสดุนิวเคลียร์ในสภาพแวดล้อมโดยรอบ การ meltdowns ที่สำคัญที่สุดเกิดขึ้นที่เกาะทรีไมล์ในรัฐเพนซิลวาเนียและเชอร์โนบิลในยูเครนของโซเวียต แผ่นดินไหวและสึนามิเมื่อวันที่ 11 มีนาคม 2011 ทำให้เกิดความเสียหายอย่างร้ายแรงต่อสามเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และบ่อเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟุกุชิมะไดอิชิในประเทศญี่ปุ่น เครื่องปฏิกรณ์ทางทหารที่ประสบการเกิดอุบัติเหตุที่คล้ายกันคือที่ Windscale ในสหราชอาณาจักรและ SL-1 ในประเทศสหรัฐอเมริกา

อุบัติเหตุทางทหารมักจะเกี่ยวข้องกับการสูญหายหรือการจุดระเบิดที่ไม่คาดคิดของอาวุธนิวเคลียร์ การทดสอบ Castle Bravo ในปี 1954 ผลิตผลลัพธ์ที่มีขนาดใหญ่กว่าที่คาดไว้ ซึ่งปนเปื้อนหมู่เกาะใกล้เคียง, เรือประมงญี่ปุ่น (กับการเสียชีวิตไปหนึ่ง), และเพิ่มความกังวลเกี่ยวกับปลาที่ปนเปื้อนในญี่ปุ่น ในปี 1950s ถึงปี 1970s ระเบิดนิวเคลียร์หลายตัวได้หายไปจากเรือดำน้ำและเครื่องบิน บางตัวไม่เคยได้รับการกู้คืน ในช่วงยี่สิบปีที่ผ่านมา ได้เห็นการลดลงของการเกิดอุบัติเหตุดังกล่าว

อ้างอิง

หมวดหมู่:เทคโนโลยีนิวเคลียร์