# นิวเคลียร์ฟิชชันทำงานอย่างไร > ธันวาคม 1938 นักเคมีสองคนในเบอร์ลินพบแบเรียมในที่ที่ควรมีแต่ยูเรเนียม ภายในไม่กี่สัปดาห์ นักฟิสิกส์ก็เข้าใจว่าทำไม นิวเคลียสแตกออกเป็นสองส่วน ความประหลาดใจครั้งนั้น วันนี้ผลิตไฟฟ้าราวหนึ่งในสิบของโลก Interactive film: https://www.planetpast.com/stories/how-nuclear-fission-works/?lang=th Publisher: PlanetPast (https://www.planetpast.com/) · d => T('readPublished', l, { d: dateIn(d, l) }) 2026-10-17 · Physics, Technology, History ## บทนำ ### การแยกอะตอม *ฟิสิกส์และพลังงาน* ฟิสิกส์ที่อยู่ใต้ข้อถกเถียงทางการเมือง ปี 2026 สหรัฐฯ เสนอข้อตกลงที่จะช่วยซาอุดีอาระเบียสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และสมาชิกวุฒิสภาก็เตรียมลงมติเรื่องนี้ ข้อถกเถียงส่วนใหญ่วนอยู่ที่กระบวนการอุตสาหกรรมเดียว คือการเสริมสมรรถนะยูเรเนียม จะเข้าใจว่าทำไมคำนี้สำคัญนัก เราต้องเข้าไปในอะตอม ไปที่นิวเคลียส และไปดูตอนที่มันแตกออก พลังงานนิวเคลียร์ผลิตไฟฟ้าได้มหาศาลโดยไม่ต้องเผาไหม้สิ่งใด เชื้อเพลิงยูเรเนียมของมันถูกแยกนิวเคลียส ไม่ได้ถูกจุดไฟ นั่นคือเหตุที่หลายประเทศต้องการมัน และเหตุที่ประเทศอื่น ๆ จับตาดูอย่างใกล้ชิดว่าใครเป็นผู้สร้าง - ส่งถึงรัฐสภาปลายสิงหาคม 2026 - ทบทวน 90 วัน คาดว่าจะลงมติก่อนกลางธันวาคม - ความร่วมมือด้านพลังงานนิวเคลียร์เพื่อพลเรือน - ฝ่ายวิจารณ์: ข้อตกลงไม่ได้ห้ามการเสริมสมรรถนะหรือการแปรรูปเชื้อเพลิงใช้แล้ว - มกุฎราชกุมารซาอุฯ: ไม่ต้องการอาวุธนิวเคลียร์ เว้นแต่อิหร่านจะมี - รัฐบาล: ข้อตกลงมีมาตรการป้องกันตามที่กฎหมายกำหนด ![หอปล่อยไอน้ำ ส่วนเครื่องปฏิกรณ์อยู่ในอาคารทรงโดม ภาพนิ่งสร้างด้วย AI](https://assets.planetpast.com/a/27/276005071af189b4.jpg) บทนำ · ข่าว #### ข้อตกลง 123 ตามรายงานของ Reuters ประธานาธิบดีทรัมป์ส่งร่างข้อตกลงความร่วมมือด้านนิวเคลียร์เพื่อพลเรือนกับซาอุดีอาระเบีย (“ข้อตกลง 123”) ถึงรัฐสภาเมื่อปลายสิงหาคม 2026 เริ่มกระบวนการทบทวน 90 วัน สมาชิกรัฐสภาทั้งสองพรรคขอข้อมูลเพิ่ม สมาชิกรัฐสภาฝ่ายเดโมแครตบางส่วนและกลุ่มรณรงค์ด้านการไม่แพร่ขยายอาวุธโต้แย้งว่า ข้อตกลงไม่ได้ห้ามซาอุดีอาระเบียเสริมสมรรถนะยูเรเนียมหรือแปรรูปเชื้อเพลิงใช้แล้ว (การแยกยูเรเนียมและพลูโทเนียมออกจากเชื้อเพลิงใช้แล้วด้วยวิธีเคมี) ต่างจากข้อตกลงของยูเออีปี 2009 ส่วนรัฐบาลระบุว่าข้อตกลงมีมาตรการไม่แพร่ขยายอาวุธตามที่กฎหมายกำหนด ตามรายงานของ Reuters มกุฎราชกุมารโมฮัมเหม็ด บิน ซัลมาน เคยกล่าวว่าซาอุดีอาระเบียไม่ต้องการอาวุธนิวเคลียร์ แต่จะพัฒนาหากอิหร่านมี ภาพยนตร์นี้ไม่ได้เลือกข้างในข้อถกเถียงนั้น แต่อธิบายฟิสิกส์ที่ทั้งสองฝ่ายกำลังถกเถียงกัน วิธีใช้: เลือกบทหรือกด ← → ลากเพื่อหมุน หลายช่วงมีปุ่มให้กด แหล่งข้อมูล: [GV Wire / Reuters (2 Oct 2026): US senators expect a vote on the US–Saudi nuclear power pact](https://gvwire.com/2026/10/02/us-senators-expect-vote-after-midterms-on-trumps-nuclear-power-pact-with-saudi-arabia/) ## บทที่ I · นิวเคลียส ### การชักเย่อ *บทที่ I · นิวเคลียส* แรงสองชนิดสู้กันในทุกนิวเคลียส ใจกลางของทุกอะตอมคือนิวเคลียส กลุ่มเล็ก ๆ ของโปรตอนและนิวตรอน โปรตอนทั้งหมดมีประจุบวก จึงผลักกันออกไป สิ่งที่ยึดพวกมันไว้คือแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม (strong nuclear force) ซึ่งแรงกว่าแรงผลักทางไฟฟ้ามาก แต่ส่งผลได้แค่กับอนุภาคที่อยู่ติดกันเท่านั้น ในนิวเคลียสขนาดใหญ่มากอย่างยูเรเนียม ซึ่งมีโปรตอนเก้าสิบสองตัว แรงผลักสะสมไปทั่วทั้งนิวเคลียส และแรงนิวเคลียร์อย่างเข้มชนะได้อย่างหวุดหวิด ![นิวเคลียสเล็กกว่าอะตอมของมันราวหนึ่งหมื่นถึงหนึ่งแสนเท่า ภาพประกอบสร้างด้วย AI](https://assets.planetpast.com/a/c0/c01ae8b95e9e3dee.jpg) - แรงผลักทางไฟฟ้า: โปรตอนทุกตัวผลักกันทั้งหมด - แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม: แรงมาก แต่ระยะสั้นมาก - **92**: โปรตอน - **143**: นิวตรอน บทที่ I · นิวเคลียส #### อะไรยึดนิวเคลียสไว้ นิวเคลียสถูกยึดไว้ด้วยแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม ซึ่งทำงานเฉพาะระหว่างนิวคลีออนที่อยู่ติดกัน ต้านกับแรงผลักทางไฟฟ้าของโปรตอน ซึ่งทำงานทั่วทั้งนิวเคลียส ในนิวเคลียสที่หนักที่สุด สมดุลนี้เปราะบาง ยูเรเนียม-235 มีโปรตอน 92 ตัวและนิวตรอน 143 ตัว (92 + 143 = 235) นิวเคลียส นิวตรอน และเครื่องปฏิกรณ์สามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง แหล่งข้อมูล: [Nuclear Technology Education Consortium (UK): fission power, lecture notes](https://www.ntec.ac.uk/wp-content/uploads/2023/08/10-Fission-Power.pdf); [Fresno State chemistry notes: the size of the atom and its nucleus](https://zimmer.fresnostate.edu/~davidz/Chem3AF97/ChA/atomsize.html) ### แบเรียมในที่ที่ควรมีแต่ยูเรเนียม *บทที่ I · นิวเคลียส* ปริศนาของนักเคมี ที่นักฟิสิกส์ไขได้กลางหิมะ ธันวาคม 1938 ที่เบอร์ลิน นักเคมีออตโต ฮาห์น และฟริตซ์ ชตราสมันน์ ยิงนิวตรอนใส่ยูเรเนียม แล้วพบแบเรียมในผลผลิต ซึ่งเป็นธาตุที่มีขนาดราวครึ่งหนึ่งของยูเรเนียม ฮาห์นเขียนจดหมายถึงลีเซอ ไมท์เนอร์ อดีตเพื่อนร่วมงานที่หนีออกจากเยอรมนีของนาซีไปแล้ว ช่วงคริสต์มาส เธอกับหลานชายออตโต ฟริช ก็คิดออกว่าเกิดอะไรขึ้น นิวตรอนทำให้นิวเคลียสยูเรเนียมสั่นเหมือนหยดของเหลว ยืดออก แล้วแตกเป็นสองส่วน ฟริชยืมคำจากชีววิทยามาเรียกมันว่า ฟิชชัน (fission) หรือการแบ่งตัว - ธ.ค. 1938: ฮาห์นและชตราสมันน์พบแบเรียม - คริสต์มาส 1938: ไมท์เนอร์และฟริชอธิบายได้ ที่สวีเดน - ม.ค. 1939: ส่งบทความไปยัง Nature - 1944: รางวัลโนเบลสาขาเคมีแก่ฮาห์นคนเดียว - นิวเคลียสมีพฤติกรรมคล้ายหยดของเหลว - นิวตรอนที่เพิ่มเข้ามาทำให้มันสั่น - มันยืด คอดตรงกลาง แล้วแยกออก > ฟิชชัน (fission) (ออตโต ฟริช ยืมจาก “การแบ่งตัวแบบทวิภาค” ของเซลล์) บทที่ I · นิวเคลียส #### การค้นพบฟิชชัน APS News: ธันวาคม 1938 ออตโต ฮาห์น และฟริตซ์ ชตราสมันน์ พบสิ่งที่ดูเหมือนไอโซโทปของแบเรียมในผลผลิตจากการยิงนิวตรอนใส่ยูเรเนียม ฮาห์นส่งผลไปให้ลีเซอ ไมท์เนอร์ ช่วงคริสต์มาสที่สวีเดน เธอกับออตโต ฟริช ใช้แบบจำลองหยดของเหลวสรุปว่านิวเคลียสแตกออก ฟริชตั้งชื่อกระบวนการนี้ว่าฟิชชัน ตามการแบ่งตัวแบบทวิภาคในชีววิทยา ฮาห์นได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีปี 1944 ส่วนไมท์เนอร์ไม่ได้รับการยกย่อง นิวเคลียส นิวตรอน และเครื่องปฏิกรณ์สามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง แหล่งข้อมูล: [APS News: December 1938, discovery of nuclear fission](https://aps.org/publications/apsnews/200712/physicshistory.cfm) ### มวลนิดเดียว พลังงานมหาศาล *บทที่ I · นิวเคลียส* ชิ้นส่วนเบากว่าของทั้งก้อน ไมท์เนอร์สังเกตเห็นอีกอย่าง ถ้ารวมมวลของสองชิ้นที่แตกออก จะเบากว่านิวเคลียสยูเรเนียมเดิมเล็กน้อย ราวหนึ่งในห้าของมวลโปรตอน ตามสมการ E เท่ากับ m c กำลังสองของไอน์สไตน์ มวลที่หายไปนั้นกลายเป็นพลังงานราวสองร้อยล้านอิเล็กตรอนโวลต์ ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในรูปความเร็วของชิ้นส่วนที่พุ่งออกไป แล้วกลายเป็นความร้อน ต่อหนึ่งอะตอม นี่มากกว่าการเผาคาร์บอนหนึ่งอะตอมในถ่านหินหลายล้านเท่า ลองกดปุ่มแยกนิวเคลียสดู $$E = \Delta m\, c^2 \approx 200\ \text{MeV}$$ - $\Delta m$: มวลที่หายไป: ราว 1/5 ของโปรตอน - $c$: ความเร็วแสง ![เม็ดขนาดปลายนิ้วให้พลังงานเท่ากับถ่านหินราวหนึ่งตัน ภาพนิ่งสร้างด้วย AI](https://assets.planetpast.com/a/ef/ef1e32dc252080b1.jpg) - **1 ตัน**: ถ่านหิน - **149 แกลลอน**: น้ำมัน บทที่ I · นิวเคลียส #### พลังงานของฟิชชัน APS News: ไมท์เนอร์และฟริชคำนวณว่าสองชิ้นที่แตกออกจะเบากว่านิวเคลียสเดิมราวหนึ่งในห้าของมวลโปรตอน ซึ่งตาม E = mc² เท่ากับราว 200 MeV กลุ่มความร่วมมือด้านการศึกษาเทคโนโลยีนิวเคลียร์ของสหราชอาณาจักรอธิบายว่าเป็นเพราะชิ้นส่วนมีพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนสูงกว่า ปฏิกิริยาเคมีอย่างการเผาคาร์บอนปล่อยพลังงานเพียงไม่กี่อิเล็กตรอนโวลต์ต่อโมเลกุล Ameren ระบุว่าเม็ดเชื้อเพลิงยูเรเนียมหนึ่งเม็ดให้พลังงานเท่ากับถ่านหินหนึ่งตัน หรือน้ำมัน 149 แกลลอน นิวเคลียส นิวตรอน และเครื่องปฏิกรณ์สามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง แหล่งข้อมูล: [APS News: December 1938, discovery of nuclear fission](https://aps.org/publications/apsnews/200712/physicshistory.cfm); [Nuclear Technology Education Consortium (UK): fission power, lecture notes](https://www.ntec.ac.uk/wp-content/uploads/2023/08/10-Fission-Power.pdf); [American Nuclear Society: fission (energy per event compared with burning coal)](https://www.ans.org/nuclear/science/fission/); [Ameren Missouri: uranium fuel pellet fact sheet](https://ameren.com/-/media/missouri-site/files/callaway/uraniumpelletfactsheet.ashx) ## บทที่ II · ห่วงโซ่ ### หนึ่งกลายเป็นสอง สองกลายเป็นสี่ *บทที่ II · ห่วงโซ่* ฟิชชันป้อนตัวเองได้ ฟิชชันยังมีเรื่องน่าทึ่งอีกอย่าง เมื่อนิวเคลียสแตกออก มันยังปล่อยนิวตรอนอิสระออกมาสองหรือสามตัว แต่ละตัวพุ่งชนนิวเคลียสยูเรเนียมอีกตัวแล้วทำให้มันแตก ปล่อยนิวตรอนออกมาอีก ซึ่งไปแยกนิวเคลียสอื่นต่อ นี่คือปฏิกิริยาลูกโซ่ ไม่นานนักฟิสิกส์ก็เห็นว่าห่วงโซ่เช่นนี้อาจปล่อยพลังงานในระดับที่ไม่เคยมีมาก่อน ทุกอย่างจึงขึ้นอยู่กับการควบคุมมัน ลองยิงนิวตรอนแล้วดู - **2–3**: นิวตรอนใหม่ - **2**: ชิ้นส่วน มักไม่เท่ากัน $$\mathrm{n} + {}^{235}\mathrm{U} \rightarrow {}^{141}\mathrm{Ba} + {}^{92}\mathrm{Kr} + 3\,\mathrm{n}$$ - $\mathrm{n}$: นิวตรอน - ${}^{141}\mathrm{Ba},\ {}^{92}\mathrm{Kr}$: ตัวอย่างชิ้นส่วนในตำรา - นิวเคลียสที่แตกได้มากพอและอยู่ใกล้กัน - นิวตรอนที่ชนพวกมันก่อนจะหลุดออกไปหรือถูกดูดกลืน - **2¹⁰ = 1,024**: ฟิชชันหลังผ่านไปสิบรอบ บทที่ II · ห่วงโซ่ #### ปฏิกิริยาลูกโซ่ แต่ละฟิชชันปล่อยนิวตรอนทันทีหลายตัว สำหรับยูเรเนียม-235 เฉลี่ยระหว่างสองถึงสามตัว ถ้าอย่างน้อยหนึ่งตัวไปทำให้เกิดฟิชชันอีกครั้ง ปฏิกิริยาก็ดำเนินต่อไปเองได้ สมการที่แสดงเป็นผลลัพธ์แบบหนึ่งที่พบบ่อย ฟิชชันให้ชิ้นส่วนได้หลายคู่ นิวเคลียส นิวตรอน และเครื่องปฏิกรณ์สามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง แหล่งข้อมูล: [Nuclear Technology Education Consortium (UK): fission power, lecture notes](https://www.ntec.ac.uk/wp-content/uploads/2023/08/10-Fission-Power.pdf) ### ช้าลงเพื่อแยก *บทที่ II · ห่วงโซ่* มีแค่ยูเรเนียมชนิดเดียวที่แตกง่าย และมันชอบนิวตรอนช้า แต่มีข้อจำกัด ยูเรเนียมธรรมชาติส่วนใหญ่เป็นยูเรเนียม-238 ซึ่งแทบไม่แตก มีเพียงราวเจ็ดอะตอมในทุกพันอะตอมที่เป็นยูเรเนียม-235 ชนิดที่แตกได้ง่าย และยูเรเนียม-235 มีโอกาสแตกสูงกว่ามากเมื่อนิวตรอนที่มาถึงเคลื่อนที่ช้า แต่นิวตรอนที่ออกจากฟิชชันนั้นเร็ว เครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่จึงล้อมเชื้อเพลิงด้วยสารหน่วงความเร็วนิวตรอน (moderator) ปกติคือน้ำหรือแกรไฟต์ นิวตรอนชนนิวเคลียสเบา ๆ ของมันแล้วช้าลง เหมือนลูกบิลเลียด จนช้าพอที่จะถูกจับและทำให้เกิดฟิชชัน แต่น้ำธรรมดาก็มีข้อเสียอยู่อย่างหนึ่ง คือมันกลืนนิวตรอนไปบางส่วนด้วย - U-238: 99.3% - U-235: 0.7% ![ในสระของเครื่องปฏิกรณ์วิจัย น้ำเดียวกันนี้ทั้งหน่วงนิวตรอน ระบายความร้อนแกนกลาง และป้องกันรังสีให้คน ภาพนิ่งสร้างด้วย AI](https://assets.planetpast.com/a/36/36654dd95cdbe2a9.jpg) - น้ำธรรมดา: โรงไฟฟ้าส่วนใหญ่ - แกรไฟต์: เครื่องปฏิกรณ์ยุคแรก - น้ำมวลหนัก: ดูดกลืนนิวตรอนน้อยมาก - **เร็ว**: นิวตรอนที่เกิดจากฟิชชัน - **ช้า (เทอร์มัล)**: ช้าลงจนเร็วเท่าอะตอมรอบข้าง: ชนหลายสิบครั้ง (กว่าร้อยครั้งในแกรไฟต์) บทที่ II · ห่วงโซ่ #### ไอโซโทปและการหน่วงความเร็ว ยูเรเนียมธรรมชาติเป็นยูเรเนียม-238 ราว 99.3% และยูเรเนียม-235 ราว 0.7% (NRC) กลุ่มความร่วมมือด้านการศึกษาเทคโนโลยีนิวเคลียร์ของสหราชอาณาจักรอธิบายว่าวัสดุเบาอย่างน้ำหรือคาร์บอนทำให้นิวตรอนจากฟิชชันช้าลงจนถึงพลังงานความร้อน ซึ่งยูเรเนียม-235 มีโอกาสเกิดฟิชชันสูงกว่ามาก น้ำมวลหนักเหมาะที่สุดเพราะแทบไม่ดูดกลืนนิวตรอน นิวเคลียส นิวตรอน และเครื่องปฏิกรณ์สามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง แหล่งข้อมูล: [US NRC: frequently asked questions about gas centrifuge enrichment plants](https://www.nrc.gov/facilities-safety/fuel-cycle-facilities/frequently-asked-questions-about-gas-centrifuge-enrichment-plants); [Nuclear Technology Education Consortium (UK): fission power, lecture notes](https://www.ntec.ac.uk/wp-content/uploads/2023/08/10-Fission-Power.pdf) ### หนึ่งพอดี *บทที่ II · ห่วงโซ่* เครื่องปฏิกรณ์คือห่วงโซ่ที่ถูกรักษาไว้ให้นิ่งพอดี วิศวกรอธิบายห่วงโซ่ด้วยตัวเลขเดียว คือ k ซึ่งบอกว่านิวตรอนจากฟิชชันหนึ่งครั้ง จะไปทำให้เกิดฟิชชันต่อได้กี่ครั้ง ถ้า k น้อยกว่าหนึ่ง ห่วงโซ่จะดับไป ถ้ามากกว่าหนึ่ง มันจะโตขึ้น เครื่องปฏิกรณ์ผลิตไฟฟ้าถูกเดินเครื่องที่หนึ่งพอดี ฟิชชันแต่ละครั้งทำให้เกิดอีกหนึ่งครั้ง กำลังจึงคงที่ ธรรมชาติช่วยด้วย นิวตรอนส่วนน้อยออกมาช้าไปหลายวินาทีจากชิ้นส่วนที่แตกออก ทำให้การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ช้าพอที่ผู้ควบคุมและเครื่องจักรจะตอบสนองได้ ลองทั้งสามค่าดู - k < 1: ต่ำกว่าวิกฤต ห่วงโซ่ค่อย ๆ ดับ - k = 1: วิกฤตพอดี กำลังคงที่ - k > 1: เหนือวิกฤต กำลังเพิ่มขึ้น - **k = 1**: สถานะทำงานปกติของเครื่องปฏิกรณ์ทุกเครื่อง ไม่ใช่เหตุฉุกเฉิน - ปล่อยจากชิ้นส่วนบางชนิดขณะสลายตัว - เป็นสัดส่วนเล็ก ๆ ของนิวตรอนทั้งหมด - ทำให้มีเวลาพอควบคุมกำลัง บทที่ II · ห่วงโซ่ #### ภาวะวิกฤต (criticality) ตัวคูณประสิทธิผล k คืออัตราส่วนของนิวตรอนในรุ่นหนึ่งต่อรุ่นก่อนหน้า แท่งควบคุมรักษา k ให้ใกล้หนึ่ง และเพราะนิวตรอนส่วนหนึ่งออกมาช้า จึงมีเวลาพอควบคุมฟลักซ์นิวตรอนเมื่อ k ใกล้หนึ่ง (กลุ่มความร่วมมือด้านการศึกษาเทคโนโลยีนิวเคลียร์ของสหราชอาณาจักร) นิวเคลียส นิวตรอน และเครื่องปฏิกรณ์สามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง แหล่งข้อมูล: [Nuclear Technology Education Consortium (UK): fission power, lecture notes](https://www.ntec.ac.uk/wp-content/uploads/2023/08/10-Fission-Power.pdf) ### ใต้อัฒจันทร์ *บทที่ II · ห่วงโซ่* ปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ควบคุมได้ครั้งแรก ปฏิกิริยาลูกโซ่ครั้งแรกที่มนุษย์สร้างขึ้นเกิดเมื่อวันที่ 2 ธันวาคม 1942 ในสนามสควอชใต้อัฒจันทร์ของสนามกีฬาที่มหาวิทยาลัยชิคาโก ทีมของเอนรีโก แฟร์มี วางเรียงบล็อกแกรไฟต์ซึ่งเป็นสารหน่วงความเร็วนิวตรอน โดยฝังก้อนยูเรเนียมไว้ข้างใน เมื่อค่อย ๆ ดึงแท่งควบคุม ซึ่งเป็นแท่งที่ดูดซับนิวตรอน ออกมา จำนวนนิวตรอนก็เพิ่มขึ้นและคงตัว ห่วงโซ่ดำเนินต่อไปได้ด้วยตัวเอง จากนั้นแท่งควบคุมถูกสอดกลับเข้าไป และห่วงโซ่ก็หยุดตามแผน - **2 ธ.ค. 1942**: ปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ดำเนินต่อเองได้ครั้งแรก - บล็อกแกรไฟต์: สารหน่วงความเร็วนิวตรอน - ยูเรเนียมในบล็อกบางก้อน: เชื้อเพลิง - แท่งที่ดูดซับนิวตรอน: เบรก - สารละลายแคดเมียมเตรียมไว้ เผื่อฉุกเฉิน ![ภาพประกอบ ไม่ใช่ภาพถ่ายของกองจริง สร้างด้วย AI](https://assets.planetpast.com/a/0a/0ac5bd247afd54a5.jpg) บทที่ II · ห่วงโซ่ #### ชิคาโกไพล์-1 Atomic Heritage Foundation: ชิคาโกไพล์-1 เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ที่ดำเนินต่อเองได้ครั้งแรกเมื่อวันที่ 2 ธันวาคม 1942 ในสนามสควอชใต้อัฒจันทร์ฝั่งตะวันตกของสนาม Stagg Field มหาวิทยาลัยชิคาโก ออกแบบและควบคุมโดยเอนรีโก แฟร์มี เป็นกองบล็อกแกรไฟต์ บางก้อนบรรจุยูเรเนียม และมีทีมเตรียมสารละลายแคดเมียมไว้ในกรณีที่ปฏิกิริยาควบคุมไม่ได้ มันเป็นส่วนหนึ่งของโครงการแมนแฮตตันในช่วงสงคราม ภาพยนตร์นี้เล่าเฉพาะฟิสิกส์ของเครื่องปฏิกรณ์ที่ควบคุมได้ นิวเคลียส นิวตรอน และเครื่องปฏิกรณ์สามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง แหล่งข้อมูล: [Atomic Heritage Foundation: Chicago Pile-1](https://ahf.nuclearmuseum.org/ranger/tour-stop/chicago-pile-1/) ## บทที่ III · เครื่องปฏิกรณ์ ### เชื้อเพลิง น้ำ และเบรก *บทที่ III · เครื่องปฏิกรณ์* แกนเครื่องปฏิกรณ์รักษา k ไว้ที่หนึ่งอย่างไร แกนเครื่องปฏิกรณ์ผลิตไฟฟ้าสมัยใหม่บรรจุท่อโลหะบาง ๆ หลายพันท่อที่บรรจุเม็ดยูเรเนียมเซรามิก รวมกันเป็นชุดเชื้อเพลิง แล้วตั้งอยู่ในน้ำ ระหว่างชุดเชื้อเพลิงมีแท่งควบคุมเลื่อนเข้าออกได้ ทำจากวัสดุอย่างโบรอนหรือแคดเมียมที่กลืนนิวตรอน ดันเข้าไป k จะลดลง ดึงออก k จะเพิ่มขึ้น ปล่อยให้แท่งตกลงไปจนสุด ปฏิกิริยาลูกโซ่ก็ดับลงภายในไม่กี่วินาที แต่เชื้อเพลิงยังคงปล่อยความร้อนอยู่ ลองเลื่อนแท่งควบคุมด้วยตัวเอง - **150–200**: ชุดเชื้อเพลิงในแกน ![แท่งควบคุมเลื่อนเข้าแกนระหว่างแท่งเชื้อเพลิง ภาพประกอบเชิงแผนผัง สร้างด้วย AI](https://assets.planetpast.com/a/6c/6ce5fe0da7b447d6.jpg) - สอดแท่งควบคุมเข้าไป - โบรอนละลายในน้ำ (เครื่องปฏิกรณ์น้ำความดันสูง) - กลไกในตัว: ถ้าน้ำเดือดหายไป นิวตรอนจะถูกหน่วงน้อยลง (เครื่องปฏิกรณ์น้ำธรรมดา) บทที่ III · เครื่องปฏิกรณ์ #### เชื้อเพลิงและแท่งควบคุม NRC: แกนของเครื่องปฏิกรณ์น้ำความดันสูงมีชุดเชื้อเพลิง 150 ถึง 200 ชุด แท่งควบคุมทำจากวัสดุดูดซับนิวตรอนอย่างโบรอนหรือแคดเมียม และใช้รักษา k ให้ใกล้หนึ่ง (กลุ่มความร่วมมือด้านการศึกษาเทคโนโลยีนิวเคลียร์ของสหราชอาณาจักร) นิวเคลียส นิวตรอน และเครื่องปฏิกรณ์สามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง แหล่งข้อมูล: [US NRC: pressurized water reactors](https://www.nrc.gov/reactors/power/pwrs); [Nuclear Technology Education Consortium (UK): fission power, lecture notes](https://www.ntec.ac.uk/wp-content/uploads/2023/08/10-Fission-Power.pdf) ### กาต้มน้ำที่พิเศษมาก *บทที่ III · เครื่องปฏิกรณ์* ฟิชชันแค่ต้มน้ำ หลังจากฟิสิกส์ทั้งหมดนั้น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ผลิตไฟฟ้าแบบเดียวกับโรงไฟฟ้าถ่านหิน คือการต้มน้ำ ในแบบที่พบบ่อยที่สุด น้ำที่ถูกอัดความดันสูงพาความร้อนจากแกนไปยังเครื่องผลิตไอน้ำ ความดันสูงทำให้มันไม่เดือด เหมือนหม้ออัดแรงดัน ที่นั่นมันต้มน้ำในวงจรที่สองซึ่งแยกจากกัน ไอน้ำหมุนกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จากนั้นถูกทำให้เย็นกลับเป็นน้ำแล้วสูบวนกลับไปใหม่ หอหล่อเย็นปล่อยออกมาส่วนใหญ่เป็นไอน้ำ - วงจรปฐมภูมิ: น้ำความดันสูงไหลผ่านแกน - เครื่องผลิตไอน้ำ: ความร้อนส่งต่อไปยังวงจรที่สอง - กังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า: ไฟฟ้า - คอนเดนเซอร์: ไอน้ำกลับเป็นน้ำ ![เครื่องจักรแบบเดียวกันนี้หมุนอยู่ในโรงไฟฟ้าถ่านหิน ก๊าซ และนิวเคลียร์ ภาพนิ่งสร้างด้วย AI](https://assets.planetpast.com/a/74/74e921a63ce1b84f.jpg) บทที่ III · เครื่องปฏิกรณ์ #### เครื่องปฏิกรณ์น้ำความดันสูงผลิตไฟฟ้าอย่างไร NRC: ในเครื่องปฏิกรณ์น้ำความดันสูง แกนให้ความร้อนแก่น้ำความดันสูงในวงจรปฐมภูมิ ซึ่งพาความร้อนไปยังเครื่องผลิตไอน้ำ ที่นั่นมันต้มน้ำในวงจรทุติยภูมิ ไอน้ำขับกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แล้วถูกควบแน่นกลับเป็นน้ำและสูบกลับ หากไฟฟ้าจากภายนอกดับ ปั๊มฉุกเฉินใช้ไฟจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลในโรงงานได้ นิวเคลียส นิวตรอน และเครื่องปฏิกรณ์สามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง แหล่งข้อมูล: [US NRC: pressurized water reactors](https://www.nrc.gov/reactors/power/pwrs) ## บทที่ IV · เชื้อเพลิงและข้อถกเถียง ### เพิ่มชนิดที่หายาก *บทที่ IV · เชื้อเพลิงและข้อถกเถียง* ทำไมการเสริมสมรรถนะจึงเป็นหัวใจของข้อถกเถียง เมื่อใช้น้ำธรรมดาเป็นสารหน่วง ยูเรเนียมธรรมชาติรักษาห่วงโซ่ไว้ไม่ได้ เพราะน้ำกลืนนิวตรอนที่มีอยู่น้อยไปมากเกินไป เชื้อเพลิงจึงต้องถูกเสริมสมรรถนะก่อน คือเพิ่มสัดส่วนยูเรเนียม-235 จากไม่ถึงหนึ่งเปอร์เซ็นต์เป็นราวสามถึงห้าเปอร์เซ็นต์ วิธีที่ใช้ทั่วไปคือหมุนยูเรเนียมในรูปแก๊สในเครื่องหมุนเหวี่ยงความเร็วสูงที่ต่อกันเป็นแถวยาว ซึ่งแยกไอโซโทปทั้งสองจากมวลที่ต่างกันเพียงเล็กน้อย ลองเชื้อเพลิงทั้งสองแบบดู เครื่องจักรเดียวกันนี้ ถ้าเดินเครื่องต่อไปอีก อาจผลิตวัสดุสำหรับอาวุธได้ นั่นคือเหตุที่ว่าใครได้รับอนุญาตให้เสริมสมรรถนะยูเรเนียม และภายใต้การตรวจสอบแบบไหน จึงเป็นใจกลางของข้อตกลงอย่างที่เป็นข่าวอยู่ - ยูเรเนียมธรรมชาติ: 0.7% - เชื้อเพลิงโรงไฟฟ้า: 3–5% ![เครื่องหมุนเหวี่ยงหลายพันเครื่องทำงานต่อกัน แต่ละเครื่องขยับสัดส่วนไปทีละนิด ภาพนิ่งสร้างด้วย AI](https://assets.planetpast.com/a/bb/bb1607197a54a649.jpg) - ยูเออี 2009: ตกลงไม่เสริมสมรรถนะหรือแปรรูป - ข้อเสนอซาอุดีฯ: ไม่มีข้อผูกมัดเช่นนั้น ตามฝ่ายวิจารณ์ - รัฐบาล: มีมาตรการป้องกันที่กฎหมายกำหนดแล้ว บทที่ IV · เชื้อเพลิงและข้อถกเถียง #### การเสริมสมรรถนะ NRC: ยูเรเนียมธรรมชาติมียูเรเนียม-235 ราว 0.7% สำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์เชิงพาณิชย์ ต้องเพิ่มความเข้มข้นเป็น 3 ถึง 5 เปอร์เซ็นต์ โดยทั่วไปในโรงงานเสริมสมรรถนะแบบเครื่องหมุนเหวี่ยงแก๊ส ซึ่งหมุนแก๊สยูเรเนียมเฮกซะฟลูออไรด์ (UF6) Reuters รายงานว่าฝ่ายวิจารณ์ร่างข้อตกลงสหรัฐฯ–ซาอุดีอาระเบียคัดค้านว่าข้อตกลงไม่ได้ห้ามการเสริมสมรรถนะหรือการแปรรูป (การแยกพลูโทเนียมออกจากเชื้อเพลิงใช้แล้ว) ซึ่งทั้งสองอย่างอาจเป็นเส้นทางไปสู่อาวุธ ต่างจากข้อตกลงของยูเออีปี 2009 ส่วนรัฐบาลระบุว่าข้อตกลงมีมาตรการไม่แพร่ขยายอาวุธตามที่กฎหมายกำหนด เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้น้ำมวลหนักหรือแกรไฟต์เป็นสารหน่วง เช่นแบบ CANDU สามารถใช้ยูเรเนียมธรรมชาติได้ นิวเคลียส นิวตรอน และเครื่องปฏิกรณ์สามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง แหล่งข้อมูล: [US NRC: frequently asked questions about gas centrifuge enrichment plants](https://www.nrc.gov/facilities-safety/fuel-cycle-facilities/frequently-asked-questions-about-gas-centrifuge-enrichment-plants); [GV Wire / Reuters (2 Oct 2026): US senators expect a vote on the US–Saudi nuclear power pact](https://gvwire.com/2026/10/02/us-senators-expect-vote-after-midterms-on-trumps-nuclear-power-pact-with-saudi-arabia/) ### จากห้าเมกะวัตต์ *บทที่ IV · เชื้อเพลิงและข้อถกเถียง* หนึ่งในสิบของไฟฟ้าทั่วโลก โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกที่จ่ายไฟเข้าสายส่ง เปิดที่เมืองออบนินสค์ ใกล้มอสโก ในเดือนมิถุนายน 1954 มันจ่ายไฟเพียงห้าเมกะวัตต์ วันนี้โลกมีเครื่องปฏิกรณ์ราวสี่ร้อยสี่สิบเครื่อง กำลังรวมราวสี่แสนเมกะวัตต์ ปี 2025 พวกมันผลิตไฟฟ้าราวเก้าเปอร์เซ็นต์ของโลก ทุกเครื่องทำงานด้วยฟิสิกส์เดียวกับกองแกรไฟต์ที่ชิคาโก คือนิวตรอน สารหน่วง และแท่งควบคุม - **27 มิ.ย. 1954**: เชื่อมต่อสายส่งครั้งแรก - **5 เมกะวัตต์**: ไฟฟ้า - **443**: เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้งานได้ - **~400,000 เมกะวัตต์**: กำลังการผลิต (400 กิกะวัตต์) - **~9%**: ของไฟฟ้าโลกในปี 2025 - เชื้อเพลิงที่แตกได้ - สารหน่วง (ในแบบส่วนใหญ่) - ตัวดูดซับนิวตรอนเพื่อการควบคุม บทที่ IV · เชื้อเพลิงและข้อถกเถียง #### พลังงานนิวเคลียร์วันนี้ สมาคมนิวเคลียร์อเมริกัน: ออบนินสค์เข้าสู่ภาวะวิกฤตเมื่อ 9 พฤษภาคม 1954 และเชื่อมต่อสายส่งเมื่อ 27 มิถุนายน 1954 เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้แกรไฟต์เป็นสารหน่วงและระบายความร้อนด้วยน้ำ มีกำลังความร้อน 30 เมกะวัตต์และกำลังไฟฟ้า 5 เมกะวัตต์ สมาคมนิวเคลียร์โลกนับเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้งานได้ 443 เครื่อง กำลังรวมราว 400 กิกะวัตต์ ผลิตไฟฟ้าราว 9% ของโลกในปี 2025 นิวเคลียส นิวตรอน และเครื่องปฏิกรณ์สามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง แหล่งข้อมูล: [American Nuclear Society: anniversary at Obninsk, the first nuclear power plant on a grid](https://www.ans.org/news/article-1703/anniversary-at-obninsk-the-first-commercial-nuclear-power-plant/); [World Nuclear Association: nuclear power in the world today (2025 data)](https://world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/nuclear-power-in-the-world-today) ### ยังร้อนอยู่ *บทที่ IV · เชื้อเพลิงและข้อถกเถียง* ชิ้นส่วนยังคงปล่อยความร้อนและรังสี ชิ้นส่วนที่ฟิชชันทิ้งไว้ไม่เสถียร มันยังคงสลายตัวต่อไปอีกหลายสิบปีหรือนานกว่านั้น ปล่อยรังสีและความร้อนออกมาแม้ปฏิกิริยาลูกโซ่จะหยุดแล้ว เชื้อเพลิงที่ใช้แล้วจึงถูกเก็บใต้น้ำลึกหลายเมตรก่อน น้ำช่วยระบายความร้อนและกั้นรังสี ต่อมาจึงย้ายไปเก็บในถังเหล็กและคอนกรีตหนา ซึ่งระบายความร้อนด้วยอากาศอย่างเดียว ส่วนจะเก็บไว้ที่ไหนในระยะยาว ยังเป็นข้อถกเถียงในหลายประเทศ สำหรับตอนนี้ ส่วนใหญ่ยังเก็บอยู่ที่ที่มันถูกผลิต คือที่โรงไฟฟ้า ![สระตามมาตรฐาน NRC มีน้ำเหนือเชื้อเพลิงราว 20 ฟุต (6 เมตร) ภาพนิ่งสร้างด้วย AI](https://assets.planetpast.com/a/e4/e42d0396fa2a0f7f.jpg) - สระ: น้ำระบายความร้อนและกั้นรังสี - ถังแห้ง: ภาชนะโลหะปิดผนึกในคอนกรีตหรือเหล็ก - ถังไม่ต้องใช้พัดลมหรือปั๊ม อากาศไหลผ่านช่องระบาย ![ถังตั้งบนลานคอนกรีตภายในเขตป้องกันของโรงไฟฟ้า ภาพนิ่งสร้างด้วย AI](https://assets.planetpast.com/a/77/778b589f594d9d48.jpg) บทที่ IV · เชื้อเพลิงและข้อถกเถียง #### เชื้อเพลิงใช้แล้ว NRC: เชื้อเพลิงใช้แล้วยังปล่อยรังสีและความร้อนจำนวนมากที่ต้องจัดการ มันถูกเก็บในสระที่มีน้ำเหนือเชื้อเพลิงราว 20 ฟุต ซึ่งระบายความร้อนและกั้นรังสี ต่อมาจึงเก็บในถังแห้งที่มีภาชนะโลหะปิดผนึกอยู่ภายในเปลือกโลหะหรือคอนกรีตหนา ระบายความร้อนด้วยการไหลเวียนของอากาศตามธรรมชาติ ถังหนึ่งใบปล่อยความร้อนราวระบบทำความร้อนของบ้านหนึ่งหลัง นโยบายการกำจัดระยะยาวแตกต่างกันในแต่ละประเทศ ภาพยนตร์นี้ไม่ได้ประเมินเรื่องนั้น นิวเคลียส นิวตรอน และเครื่องปฏิกรณ์สามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง แหล่งข้อมูล: [US NRC: backgrounder on storage of spent nuclear fuel](https://www.nrc.gov/regulations-legislation/fact-sheets-brochures/backgrounder-on-storage-of-spent-nuclear-fuel) ## บทส่งท้าย ### การแยกอะตอม *บทส่งท้าย* ห่วงโซ่ที่ถูกรักษาไว้ที่หนึ่งพอดี นิวตรอนมาถึง นิวเคลียสแตกออก มวลเพียงเล็กน้อยกลายเป็นพลังงานมหาศาล และนิวตรอนสองสามตัวก็พุ่งต่อไป ทุกอย่างที่เหลือ ทั้งสารหน่วง แท่งควบคุม โรงงานเสริมสมรรถนะ และข้อตกลง ล้วนเกี่ยวกับการตัดสินว่านิวตรอนเหล่านั้นกี่ตัวที่จะได้สานห่วงโซ่ต่อไป ในโรงไฟฟ้า คำตอบคือหนึ่งพอดี ส่วนว่าควรมีประเทศที่สร้างเครื่องจักรนี้เพิ่มขึ้นหรือไม่ และใครควรได้ผลิตเชื้อเพลิงของมัน เป็นเรื่องที่ประชาชนและรัฐบาลต้องตัดสิน ฟิสิกส์นั้นเหมือนกันสำหรับทุกคน - 1938: ค้นพบและอธิบายฟิชชัน - 1942: ปฏิกิริยาลูกโซ่ครั้งแรก ชิคาโก - 1954: ไฟฟ้าเข้าสายส่งครั้งแรก ออบนินสค์ - 2025: 443 เครื่อง ~9% ของไฟฟ้า - 2026: ข้อตกลงสหรัฐฯ–ซาอุดีฯ อยู่ระหว่างทบทวน ![ภาพนิ่งและภาพประกอบทั้งหมดในภาพยนตร์นี้สร้างด้วย AI](https://assets.planetpast.com/a/a7/a7ef77db768c8902.jpg) - แยก - ปล่อย - หน่วง - ควบคุม บทส่งท้าย · แหล่งข้อมูล #### นิวเคลียร์ฟิชชันทำงานอย่างไร ฟิชชัน ปฏิกิริยาลูกโซ่ การหน่วงความเร็วนิวตรอน ภาวะวิกฤต และการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ เป็นฟิสิกส์และวิศวกรรมที่ได้รับการยืนยันแล้ว อธิบายไว้โดย NRC เอกสารการสอนของมหาวิทยาลัย และแหล่งข้อมูลทางประวัติศาสตร์ ข้อตกลงสหรัฐฯ–ซาอุดีอาระเบียอยู่ระหว่างการทบทวนของรัฐสภาขณะสร้างภาพยนตร์นี้ ภาพยนตร์รายงานจุดยืนของแต่ละฝ่ายโดยไม่ตัดสิน นิวเคลียส นิวตรอน และเครื่องปฏิกรณ์สามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง ภาพนิ่งทั้งหมดสร้างด้วย AI แหล่งข้อมูล: [GV Wire / Reuters (2 Oct 2026): US senators expect a vote on the US–Saudi nuclear power pact](https://gvwire.com/2026/10/02/us-senators-expect-vote-after-midterms-on-trumps-nuclear-power-pact-with-saudi-arabia/); [American Nuclear Society: fission (energy per event compared with burning coal)](https://www.ans.org/nuclear/science/fission/); [Fresno State chemistry notes: the size of the atom and its nucleus](https://zimmer.fresnostate.edu/~davidz/Chem3AF97/ChA/atomsize.html); [APS News: December 1938, discovery of nuclear fission](https://aps.org/publications/apsnews/200712/physicshistory.cfm); [Nuclear Technology Education Consortium (UK): fission power, lecture notes](https://www.ntec.ac.uk/wp-content/uploads/2023/08/10-Fission-Power.pdf); [Ameren Missouri: uranium fuel pellet fact sheet](https://ameren.com/-/media/missouri-site/files/callaway/uraniumpelletfactsheet.ashx); [Atomic Heritage Foundation: Chicago Pile-1](https://ahf.nuclearmuseum.org/ranger/tour-stop/chicago-pile-1/); [US NRC: pressurized water reactors](https://www.nrc.gov/reactors/power/pwrs); [US NRC: frequently asked questions about gas centrifuge enrichment plants](https://www.nrc.gov/facilities-safety/fuel-cycle-facilities/frequently-asked-questions-about-gas-centrifuge-enrichment-plants); [World Nuclear Association: nuclear power in the world today (2025 data)](https://world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/nuclear-power-in-the-world-today); [American Nuclear Society: anniversary at Obninsk, the first nuclear power plant on a grid](https://www.ans.org/news/article-1703/anniversary-at-obninsk-the-first-commercial-nuclear-power-plant/); [US NRC: backgrounder on storage of spent nuclear fuel](https://www.nrc.gov/regulations-legislation/fact-sheets-brochures/backgrounder-on-storage-of-spent-nuclear-fuel)