หน้าแรก › ฟิสิกส์ › นิวเคลียร์ฟิชชันทำงานอย่างไร
ฟิสิกส์ · พลังงาน · ประวัติศาสตร์
นิวเคลียร์ฟิชชันทำงานอย่างไร
การแยกอะตอม
ธันวาคม 1938 นักเคมีสองคนในเบอร์ลินพบแบเรียมในที่ที่ควรมีแต่ยูเรเนียม ภายในไม่กี่สัปดาห์ นักฟิสิกส์ก็เข้าใจว่าทำไม นิวเคลียสแตกออกเป็นสองส่วน ความประหลาดใจครั้งนั้น วันนี้ผลิตไฟฟ้าราวหนึ่งในสิบของโลก
หนังสามมิติโต้ตอบได้ 9 นาที 1938 ถึง ปัจจุบัน เผยแพร่ 17 ตุลาคม 2569
อ่านฉบับ English
สารบัญ บทนำ บทที่ I · นิวเคลียส บทที่ II · ห่วงโซ่ บทที่ III · เครื่องปฏิกรณ์ บทที่ IV · เชื้อเพลิงและข้อถกเถียง บทส่งท้าย บทนำ ฟิสิกส์และพลังงาน
การแยกอะตอม 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 ข้อตกลง “123” สหรัฐฯ–ซาอุดีอาระเบียที่เสนอ ฝ่ายวิจารณ์: ข้อตกลงไม่ได้ห้ามการเสริมสมรรถนะหรือการแปรรูปเชื้อเพลิงใช้แล้ว มกุฎราชกุมารซาอุฯ: ไม่ต้องการอาวุธนิวเคลียร์ เว้นแต่อิหร่านจะมี รัฐบาล: ข้อตกลงมีมาตรการป้องกันตามที่กฎหมายกำหนด สองจุดยืน (Reuters) โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ หอปล่อยไอน้ำ ส่วนเครื่องปฏิกรณ์อยู่ในอาคารทรงโดม ภาพนิ่งสร้างด้วย AIบทนำ · 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 บทที่ I · นิวเคลียส บทที่ I · นิวเคลียส
การชักเย่อ แรงสองชนิดสู้กันในทุกนิวเคลียส
ใจกลางของทุกอะตอมคือนิวเคลียส กลุ่มเล็ก ๆ ของโปรตอนและนิวตรอน โปรตอนทั้งหมดมีประจุบวก จึงผลักกันออกไป
สิ่งที่ยึดพวกมันไว้คือแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม (strong nuclear force) ซึ่งแรงกว่าแรงผลักทางไฟฟ้ามาก แต่ส่งผลได้แค่กับอนุภาคที่อยู่ติดกันเท่านั้น
ในนิวเคลียสขนาดใหญ่มากอย่างยูเรเนียม ซึ่งมีโปรตอนเก้าสิบสองตัว แรงผลักสะสมไปทั่วทั้งนิวเคลียส และแรงนิวเคลียร์อย่างเข้มชนะได้อย่างหวุดหวิด
นิวเคลียสหนัก นิวเคลียสเล็กกว่าอะตอมของมันราวหนึ่งหมื่นถึงหนึ่งแสนเท่า ภาพประกอบสร้างด้วย AIแรงผลักทางไฟฟ้า: โปรตอนทุกตัวผลักกันทั้งหมด แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม: แรงมาก แต่ระยะสั้นมาก แรงสองชนิด
92 โปรตอน
143 นิวตรอน ยูเรเนียม-235 บทที่ I · นิวเคลียส
แบเรียมในที่ที่ควรมีแต่ยูเรเนียม 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 ฮาห์นและชตราสมันน์พบแบเรียมคริสต์มาส 1938 ไมท์เนอร์และฟริชอธิบายได้ ที่สวีเดนม.ค. 1939 ส่งบทความไปยัง Nature1944 รางวัลโนเบลสาขาเคมีแก่ฮาห์นคนเดียวจากแบเรียมสู่รางวัลโนเบล (APS) นิวเคลียสมีพฤติกรรมคล้ายหยดของเหลว นิวตรอนที่เพิ่มเข้ามาทำให้มันสั่น มันยืด คอดตรงกลาง แล้วแยกออก ภาพหยดของเหลว 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 บทที่ I · นิวเคลียส
มวลนิดเดียว พลังงานมหาศาล ชิ้นส่วนเบากว่าของทั้งก้อน
ไมท์เนอร์สังเกตเห็นอีกอย่าง ถ้ารวมมวลของสองชิ้นที่แตกออก จะเบากว่านิวเคลียสยูเรเนียมเดิมเล็กน้อย ราวหนึ่งในห้าของมวลโปรตอน
ตามสมการ E เท่ากับ m c กำลังสองของไอน์สไตน์ มวลที่หายไปนั้นกลายเป็นพลังงานราวสองร้อยล้านอิเล็กตรอนโวลต์ ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในรูปความเร็วของชิ้นส่วนที่พุ่งออกไป แล้วกลายเป็นความร้อน
ต่อหนึ่งอะตอม นี่มากกว่าการเผาคาร์บอนหนึ่งอะตอมในถ่านหินหลายล้านเท่า ลองกดปุ่มแยกนิวเคลียสดู
E = Δ m c 2 ≈ 200 MeV E = \Delta m\, c^2 \approx 200\ \text{MeV} E = Δ m c 2 ≈ 200 MeV Δ m \Delta m Δ m มวลที่หายไป: ราว 1/5 ของโปรตอน c c c ความเร็วแสง เม็ดเชื้อเพลิงหนึ่งเม็ด เม็ดขนาดปลายนิ้วให้พลังงานเท่ากับถ่านหินราวหนึ่งตัน ภาพนิ่งสร้างด้วย AI
1 ตัน ถ่านหิน
149 แกลลอน น้ำมัน เม็ดเชื้อเพลิงยูเรเนียมหนึ่งเม็ด = (Ameren) บทที่ II · ห่วงโซ่ บทที่ II · ห่วงโซ่
หนึ่งกลายเป็นสอง สองกลายเป็นสี่ ฟิชชันป้อนตัวเองได้
ฟิชชันยังมีเรื่องน่าทึ่งอีกอย่าง เมื่อนิวเคลียสแตกออก มันยังปล่อยนิวตรอนอิสระออกมาสองหรือสามตัว
แต่ละตัวพุ่งชนนิวเคลียสยูเรเนียมอีกตัวแล้วทำให้มันแตก ปล่อยนิวตรอนออกมาอีก ซึ่งไปแยกนิวเคลียสอื่นต่อ นี่คือปฏิกิริยาลูกโซ่
ไม่นานนักฟิสิกส์ก็เห็นว่าห่วงโซ่เช่นนี้อาจปล่อยพลังงานในระดับที่ไม่เคยมีมาก่อน ทุกอย่างจึงขึ้นอยู่กับการควบคุมมัน ลองยิงนิวตรอนแล้วดู
2–3 นิวตรอนใหม่
2 ชิ้นส่วน มักไม่เท่ากัน ต่อฟิชชันของ U-235 หนึ่งครั้ง n + 235 U → 141 B a + 92 K r + 3 n \mathrm{n} + {}^{235}\mathrm{U} \rightarrow {}^{141}\mathrm{Ba} + {}^{92}\mathrm{Kr} + 3\,\mathrm{n} n + 235 U → 141 Ba + 92 Kr + 3 n n \mathrm{n} n นิวตรอน 141 B a , 92 K r {}^{141}\mathrm{Ba},\ {}^{92}\mathrm{Kr} 141 Ba , 92 Kr ตัวอย่างชิ้นส่วนในตำรา นิวเคลียสที่แตกได้มากพอและอยู่ใกล้กัน นิวตรอนที่ชนพวกมันก่อนจะหลุดออกไปหรือถูกดูดกลืน ห่วงโซ่ต้องการ
2¹⁰ = 1,024 ฟิชชันหลังผ่านไปสิบรอบ ถ้าฟิชชันทุกครั้งทำให้เกิดอีกสองครั้ง 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 บทที่ II · ห่วงโซ่
ช้าลงเพื่อแยก มีแค่ยูเรเนียมชนิดเดียวที่แตกง่าย และมันชอบนิวตรอนช้า
แต่มีข้อจำกัด ยูเรเนียมธรรมชาติส่วนใหญ่เป็นยูเรเนียม-238 ซึ่งแทบไม่แตก มีเพียงราวเจ็ดอะตอมในทุกพันอะตอมที่เป็นยูเรเนียม-235 ชนิดที่แตกได้ง่าย
และยูเรเนียม-235 มีโอกาสแตกสูงกว่ามากเมื่อนิวตรอนที่มาถึงเคลื่อนที่ช้า แต่นิวตรอนที่ออกจากฟิชชันนั้นเร็ว
เครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่จึงล้อมเชื้อเพลิงด้วยสารหน่วงความเร็วนิวตรอน (moderator) ปกติคือน้ำหรือแกรไฟต์ นิวตรอนชนนิวเคลียสเบา ๆ ของมันแล้วช้าลง เหมือนลูกบิลเลียด จนช้าพอที่จะถูกจับและทำให้เกิดฟิชชัน แต่น้ำธรรมดาก็มีข้อเสียอยู่อย่างหนึ่ง คือมันกลืนนิวตรอนไปบางส่วนด้วย
ยูเรเนียมธรรมชาติ (NRC) น้ำเป็นสารหน่วง ในสระของเครื่องปฏิกรณ์วิจัย น้ำเดียวกันนี้ทั้งหน่วงนิวตรอน ระบายความร้อนแกนกลาง และป้องกันรังสีให้คน ภาพนิ่งสร้างด้วย AIน้ำธรรมดา: โรงไฟฟ้าส่วนใหญ่ แกรไฟต์: เครื่องปฏิกรณ์ยุคแรก น้ำมวลหนัก: ดูดกลืนนิวตรอนน้อยมาก สารหน่วงความเร็วนิวตรอน
เร็ว นิวตรอนที่เกิดจากฟิชชัน
ช้า (เทอร์มัล) ช้าลงจนเร็วเท่าอะตอมรอบข้าง: ชนหลายสิบครั้ง (กว่าร้อยครั้งในแกรไฟต์) เร็ว กับ ช้า บทที่ II · ห่วงโซ่
หนึ่งพอดี 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 ตัวประกอบการทวีคูณ (multiplication factor) k
k = 1 สถานะทำงานปกติของเครื่องปฏิกรณ์ทุกเครื่อง ไม่ใช่เหตุฉุกเฉิน “วิกฤต” ปล่อยจากชิ้นส่วนบางชนิดขณะสลายตัว เป็นสัดส่วนเล็ก ๆ ของนิวตรอนทั้งหมด ทำให้มีเวลาพอควบคุมกำลัง นิวตรอนที่ออกมาช้า 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 บทที่ II · ห่วงโซ่
ใต้อัฒจันทร์ ปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ควบคุมได้ครั้งแรก
ปฏิกิริยาลูกโซ่ครั้งแรกที่มนุษย์สร้างขึ้นเกิดเมื่อวันที่ 2 ธันวาคม 1942 ในสนามสควอชใต้อัฒจันทร์ของสนามกีฬาที่มหาวิทยาลัยชิคาโก
ทีมของเอนรีโก แฟร์มี วางเรียงบล็อกแกรไฟต์ซึ่งเป็นสารหน่วงความเร็วนิวตรอน โดยฝังก้อนยูเรเนียมไว้ข้างใน เมื่อค่อย ๆ ดึงแท่งควบคุม ซึ่งเป็นแท่งที่ดูดซับนิวตรอน ออกมา จำนวนนิวตรอนก็เพิ่มขึ้นและคงตัว ห่วงโซ่ดำเนินต่อไปได้ด้วยตัวเอง จากนั้นแท่งควบคุมถูกสอดกลับเข้าไป และห่วงโซ่ก็หยุดตามแผน
2 ธ.ค. 1942 ปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ดำเนินต่อเองได้ครั้งแรก ชิคาโกไพล์-1 (Atomic Heritage Foundation) บล็อกแกรไฟต์: สารหน่วงความเร็วนิวตรอน ยูเรเนียมในบล็อกบางก้อน: เชื้อเพลิง แท่งที่ดูดซับนิวตรอน: เบรก สารละลายแคดเมียมเตรียมไว้ เผื่อฉุกเฉิน ทำจากอะไร กองแกรไฟต์ ภาพประกอบ ไม่ใช่ภาพถ่ายของกองจริง สร้างด้วย AIบทที่ 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 บทที่ III · เครื่องปฏิกรณ์ บทที่ III · เครื่องปฏิกรณ์
เชื้อเพลิง น้ำ และเบรก แกนเครื่องปฏิกรณ์รักษา k ไว้ที่หนึ่งอย่างไร
แกนเครื่องปฏิกรณ์ผลิตไฟฟ้าสมัยใหม่บรรจุท่อโลหะบาง ๆ หลายพันท่อที่บรรจุเม็ดยูเรเนียมเซรามิก รวมกันเป็นชุดเชื้อเพลิง แล้วตั้งอยู่ในน้ำ
ระหว่างชุดเชื้อเพลิงมีแท่งควบคุมเลื่อนเข้าออกได้ ทำจากวัสดุอย่างโบรอนหรือแคดเมียมที่กลืนนิวตรอน ดันเข้าไป k จะลดลง ดึงออก k จะเพิ่มขึ้น
ปล่อยให้แท่งตกลงไปจนสุด ปฏิกิริยาลูกโซ่ก็ดับลงภายในไม่กี่วินาที แต่เชื้อเพลิงยังคงปล่อยความร้อนอยู่ ลองเลื่อนแท่งควบคุมด้วยตัวเอง
150–200 ชุดเชื้อเพลิงในแกน เครื่องปฏิกรณ์น้ำความดันสูง (NRC) แท่งควบคุม แท่งควบคุมเลื่อนเข้าแกนระหว่างแท่งเชื้อเพลิง ภาพประกอบเชิงแผนผัง สร้างด้วย AIสอดแท่งควบคุมเข้าไป โบรอนละลายในน้ำ (เครื่องปฏิกรณ์น้ำความดันสูง) กลไกในตัว: ถ้าน้ำเดือดหายไป นิวตรอนจะถูกหน่วงน้อยลง (เครื่องปฏิกรณ์น้ำธรรมดา) สามวิธีทำให้ห่วงโซ่ช้าลง บทที่ III · เครื่องปฏิกรณ์
กาต้มน้ำที่พิเศษมาก ฟิชชันแค่ต้มน้ำ
หลังจากฟิสิกส์ทั้งหมดนั้น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ผลิตไฟฟ้าแบบเดียวกับโรงไฟฟ้าถ่านหิน คือการต้มน้ำ
ในแบบที่พบบ่อยที่สุด น้ำที่ถูกอัดความดันสูงพาความร้อนจากแกนไปยังเครื่องผลิตไอน้ำ ความดันสูงทำให้มันไม่เดือด เหมือนหม้ออัดแรงดัน ที่นั่นมันต้มน้ำในวงจรที่สองซึ่งแยกจากกัน
ไอน้ำหมุนกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จากนั้นถูกทำให้เย็นกลับเป็นน้ำแล้วสูบวนกลับไปใหม่ หอหล่อเย็นปล่อยออกมาส่วนใหญ่เป็นไอน้ำ
วงจรปฐมภูมิ: น้ำความดันสูงไหลผ่านแกน เครื่องผลิตไอน้ำ: ความร้อนส่งต่อไปยังวงจรที่สอง กังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า: ไฟฟ้า คอนเดนเซอร์: ไอน้ำกลับเป็นน้ำ เครื่องปฏิกรณ์น้ำความดันสูง (NRC) กังหัน เครื่องจักรแบบเดียวกันนี้หมุนอยู่ในโรงไฟฟ้าถ่านหิน ก๊าซ และนิวเคลียร์ ภาพนิ่งสร้างด้วย AIบทที่ III · เครื่องปฏิกรณ์
เครื่องปฏิกรณ์น้ำความดันสูงผลิตไฟฟ้าอย่างไร
NRC: ในเครื่องปฏิกรณ์น้ำความดันสูง แกนให้ความร้อนแก่น้ำความดันสูงในวงจรปฐมภูมิ ซึ่งพาความร้อนไปยังเครื่องผลิตไอน้ำ ที่นั่นมันต้มน้ำในวงจรทุติยภูมิ ไอน้ำขับกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แล้วถูกควบแน่นกลับเป็นน้ำและสูบกลับ หากไฟฟ้าจากภายนอกดับ ปั๊มฉุกเฉินใช้ไฟจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลในโรงงานได้
นิวเคลียส นิวตรอน และเครื่องปฏิกรณ์สามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง
แหล่งข้อมูล:
US NRC: pressurized water reactors บทที่ IV · เชื้อเพลิงและข้อถกเถียง บทที่ IV · เชื้อเพลิงและข้อถกเถียง
เพิ่มชนิดที่หายาก ทำไมการเสริมสมรรถนะจึงเป็นหัวใจของข้อถกเถียง
เมื่อใช้น้ำธรรมดาเป็นสารหน่วง ยูเรเนียมธรรมชาติรักษาห่วงโซ่ไว้ไม่ได้ เพราะน้ำกลืนนิวตรอนที่มีอยู่น้อยไปมากเกินไป เชื้อเพลิงจึงต้องถูกเสริมสมรรถนะก่อน คือเพิ่มสัดส่วนยูเรเนียม-235 จากไม่ถึงหนึ่งเปอร์เซ็นต์เป็นราวสามถึงห้าเปอร์เซ็นต์
วิธีที่ใช้ทั่วไปคือหมุนยูเรเนียมในรูปแก๊สในเครื่องหมุนเหวี่ยงความเร็วสูงที่ต่อกันเป็นแถวยาว ซึ่งแยกไอโซโทปทั้งสองจากมวลที่ต่างกันเพียงเล็กน้อย ลองเชื้อเพลิงทั้งสองแบบดู
เครื่องจักรเดียวกันนี้ ถ้าเดินเครื่องต่อไปอีก อาจผลิตวัสดุสำหรับอาวุธได้ นั่นคือเหตุที่ว่าใครได้รับอนุญาตให้เสริมสมรรถนะยูเรเนียม และภายใต้การตรวจสอบแบบไหน จึงเป็นใจกลางของข้อตกลงอย่างที่เป็นข่าวอยู่
ยูเรเนียมธรรมชาติ 0.7% เชื้อเพลิงโรงไฟฟ้า 3–5%
สัดส่วนยูเรเนียม-235 (NRC) โถงเครื่องหมุนเหวี่ยง เครื่องหมุนเหวี่ยงหลายพันเครื่องทำงานต่อกัน แต่ละเครื่องขยับสัดส่วนไปทีละนิด ภาพนิ่งสร้างด้วย AIยูเออี 2009: ตกลงไม่เสริมสมรรถนะหรือแปรรูป ข้อเสนอซาอุดีฯ: ไม่มีข้อผูกมัดเช่นนั้น ตามฝ่ายวิจารณ์ รัฐบาล: มีมาตรการป้องกันที่กฎหมายกำหนดแล้ว ในข้อถกเถียงเรื่องข้อตกลง 123 (Reuters) 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 ;
GV Wire / Reuters (2 Oct 2026): US senators expect a vote on the US–Saudi nuclear power pact บทที่ IV · เชื้อเพลิงและข้อถกเถียง
จากห้าเมกะวัตต์ หนึ่งในสิบของไฟฟ้าทั่วโลก
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกที่จ่ายไฟเข้าสายส่ง เปิดที่เมืองออบนินสค์ ใกล้มอสโก ในเดือนมิถุนายน 1954 มันจ่ายไฟเพียงห้าเมกะวัตต์
วันนี้โลกมีเครื่องปฏิกรณ์ราวสี่ร้อยสี่สิบเครื่อง กำลังรวมราวสี่แสนเมกะวัตต์ ปี 2025 พวกมันผลิตไฟฟ้าราวเก้าเปอร์เซ็นต์ของโลก ทุกเครื่องทำงานด้วยฟิสิกส์เดียวกับกองแกรไฟต์ที่ชิคาโก คือนิวตรอน สารหน่วง และแท่งควบคุม
27 มิ.ย. 1954 เชื่อมต่อสายส่งครั้งแรก
5 เมกะวัตต์ ไฟฟ้า ออบนินสค์ (ANS)
443 เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้งานได้
~400,000 เมกะวัตต์ กำลังการผลิต (400 กิกะวัตต์)
~9% ของไฟฟ้าโลกในปี 2025 ทั่วโลกวันนี้ (สมาคมนิวเคลียร์โลก) เชื้อเพลิงที่แตกได้ สารหน่วง (ในแบบส่วนใหญ่) ตัวดูดซับนิวตรอนเพื่อการควบคุม ส่วนผสมสามอย่างเดิม บทที่ IV · เชื้อเพลิงและข้อถกเถียง
ยังร้อนอยู่ ชิ้นส่วนยังคงปล่อยความร้อนและรังสี
ชิ้นส่วนที่ฟิชชันทิ้งไว้ไม่เสถียร มันยังคงสลายตัวต่อไปอีกหลายสิบปีหรือนานกว่านั้น ปล่อยรังสีและความร้อนออกมาแม้ปฏิกิริยาลูกโซ่จะหยุดแล้ว
เชื้อเพลิงที่ใช้แล้วจึงถูกเก็บใต้น้ำลึกหลายเมตรก่อน น้ำช่วยระบายความร้อนและกั้นรังสี ต่อมาจึงย้ายไปเก็บในถังเหล็กและคอนกรีตหนา ซึ่งระบายความร้อนด้วยอากาศอย่างเดียว ส่วนจะเก็บไว้ที่ไหนในระยะยาว ยังเป็นข้อถกเถียงในหลายประเทศ สำหรับตอนนี้ ส่วนใหญ่ยังเก็บอยู่ที่ที่มันถูกผลิต คือที่โรงไฟฟ้า
สระเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้ว สระตามมาตรฐาน NRC มีน้ำเหนือเชื้อเพลิงราว 20 ฟุต (6 เมตร) ภาพนิ่งสร้างด้วย AIสระ: น้ำระบายความร้อนและกั้นรังสี ถังแห้ง: ภาชนะโลหะปิดผนึกในคอนกรีตหรือเหล็ก ถังไม่ต้องใช้พัดลมหรือปั๊ม อากาศไหลผ่านช่องระบาย การเก็บสองขั้น (NRC) ถังเก็บแบบแห้ง ถังตั้งบนลานคอนกรีตภายในเขตป้องกันของโรงไฟฟ้า ภาพนิ่งสร้างด้วย AIบทที่ 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 บทส่งท้าย บทส่งท้าย
การแยกอะตอม ห่วงโซ่ที่ถูกรักษาไว้ที่หนึ่งพอดี
นิวตรอนมาถึง นิวเคลียสแตกออก มวลเพียงเล็กน้อยกลายเป็นพลังงานมหาศาล และนิวตรอนสองสามตัวก็พุ่งต่อไป
ทุกอย่างที่เหลือ ทั้งสารหน่วง แท่งควบคุม โรงงานเสริมสมรรถนะ และข้อตกลง ล้วนเกี่ยวกับการตัดสินว่านิวตรอนเหล่านั้นกี่ตัวที่จะได้สานห่วงโซ่ต่อไป ในโรงไฟฟ้า คำตอบคือหนึ่งพอดี ส่วนว่าควรมีประเทศที่สร้างเครื่องจักรนี้เพิ่มขึ้นหรือไม่ และใครควรได้ผลิตเชื้อเพลิงของมัน เป็นเรื่องที่ประชาชนและรัฐบาลต้องตัดสิน ฟิสิกส์นั้นเหมือนกันสำหรับทุกคน
1938 ค้นพบและอธิบายฟิชชัน1942 ปฏิกิริยาลูกโซ่ครั้งแรก ชิคาโก1954 ไฟฟ้าเข้าสายส่งครั้งแรก ออบนินสค์2025 443 เครื่อง ~9% ของไฟฟ้า2026 ข้อตกลงสหรัฐฯ–ซาอุดีฯ อยู่ระหว่างทบทวนหมุดหมาย หนึ่งพอดี ภาพนิ่งและภาพประกอบทั้งหมดในภาพยนตร์นี้สร้างด้วย AIห่วงโซ่ในสี่คำ
