การหลอมละลายนิวเคลียร์

การหลอมละลายนิวเคลียร์ (อังกฤษ: nuclear meltdown) เป็นอุบัติภัยทางเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ทำให้แกนปฏิกรณ์นิวเคลียร์เสียหายจากความร้อนที่มากเกิน คำว่า nuclear meltdown ไม่ใช่คำที่ถูกนิยามอย่างเป็นทางการโดยทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (International Atomic Energy Agency) หรือคณะกรรมการกำกับกิจการนิวเคลียร์ของสหรัฐ (Nuclear Regulatory Commission) แต่ถูกนิยามขึ้นเพื่อหมายถึงการหลอมละลายโดยอุบัติเหตุของแกนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ทั้งการหลอมละลายของแกนทั้งหมดหรือบางส่วน การหลอมละลายนิวเคลียร์ยังเป็นที่รู้จักในชื่ออื่น เช่น การหลอมละลายแกน (core meltdown) อุบัติเหตุการหลอมละลายแกน (core melt accident) หรือการหลอมละลายแกนบางส่วน (partial core melt)

แอนิเมชันจำลองการหลอมละลายของแกนภายในเครื่องปฏิกรณ์น้ำมวลเบาหลังสูญเสียสารหล่อเย็น หลังมีอุณหภูมิสูงยวดยิ่ง เชื้อเพลิงนิวเคลียร์และปลอกหุ้มหลอมละลายกลายเป็นของเหลว แล้วไหลลงสู่ก้นภาชนะรับความดันของเครื่องปฏิกรณ์

เครื่องปฏิกรณ์สามเครื่องของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่งมีความร้อนเกินเนื่องจากระบบหล่อเย็นล้มเหลว อันเกิดจากโรงไฟฟ้าถูกคลื่นสึนามิเข้าท่วม การหลอมละลายของแกนร่วมกับการระเบิดของไฮโดรเจน ทำให้สารกัมมันตรังสีแพร่ออกสู่อากาศ

การหลอมละลายของแกนเกิดขึ้นเมื่อความร้อนที่ผลิตโดยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มากเกินกว่าความร้อนที่ถูกระบายโดยระบบหล่อเย็น จนถึงจุดที่อุณหภูมิของชิ้นส่วนเชื้อเพลิงนิวเคลียร์อย่างน้อยหนึ่งชิ้นสูงเกินกว่าจุดหลอมเหลวของตัวมันเอง การหลอมละลายนิวเคลียร์แตกต่างจากชิ้นส่วนเชื้อเพลิงล้มเหลวซึ่งไม่ได้เกิดจากอุณหภูมิสูง ทั้งนี้การหลอมละลายอาจเกิดได้จากการสูญเสียสารหล่อเย็น, การสูญเสียความดันสารหล่อเย็น, อัตราการไหลของสารหล่อเย็นต่ำ, หรือเป็นผลมาจากอุบัติเหตุภาวะวิกฤตซึ่งเครื่องปฏิกรณ์ทำงานเกินขีดจำกัดที่ออกแบบไว้ นอกจากนี้อัคคีภัยที่เกิดขึ้นภายนอกอาจทำความเสียหายต่อแกนจนนำไปสู่การหลอมละลายได้

เมื่อชิ้นส่วนเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์เริ่มหลอมละลายและปลอกหุ้มเชื้อเพลิงแตก จะทำให้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (เช่น ยูเรเนียม พลูโตเนียม หรือทอเรียม) และผลผลิตจากฟิชชัน (เช่น ซีเซียม-137 คริปทอน-85 หรือไอโอดีน-131) ที่อยู่ภายในรั่วออกมาผสมกับสารหล่อเย็น และรั่วต่อไปยังชั้นอื่น ๆ ของโครงสร้างคลุมเครื่องปฏิกรณ์ ไอน้ำร้อนยวดยิ่งและโลหะร้อนภายในแกนนำไปสู่ปฏิกิริยาระหว่างเชื้อเพลิง–ไอน้ำ การระเบิดของไฮโดรเจน หรือค้อนไอน้ำซึ่งสามารถทำลายโครงสร้างคลุมเครื่องปฏิกรณ์ การหลอมละลายนิวเคลียร์ถือเป็นอุบัติภัยร้ายแรงเนื่องจากมีโอกาสที่นิวไคลด์กัมมันตรังสีจะแพร่ออกสู่สภาพแวดล้อมภายนอก ก่อให้เกิดการเปื้อนสารกัมมันตรังสี ฝุ่นรังสีนิวเคลียร์ และภาวะพิษจากรังสีในมนุษย์และสัตว์ที่อยู่ใกล้เคียง

ตัวอย่างอุบัติภัยทางเครื่องปฏิกรณ์ที่เกิดจากการหลอมละลายนิวเคลียร์ ได้แก่ อุบัติเหตุนิวเคลียร์เกาะทรีไมล์ในปี ค.ศ. 1979 ที่เกิดจากการล้มเหลวของระบบวาล์วความดันและความผิดพลาดของมนุษย์ จนนำไปสู่การหลอมละลายของแกนบางส่วนและการรั่วไหลของสารกัมมันตรังสี ภัยพิบัติเชียร์โนบีลในปี ค.ศ. 1986 ซึ่งเกิดจากความบกพร่องในการออกแบบและความประมาท ทำให้ระบบหล่อเย็นปิดตัวระหว่างทดสอบความปลอดภัย แกนจึงเกิดความร้อนสูงจนระเบิดปลดปล่อยสารกัมมันตรังสีออกสู่อากาศ และภัยพิบัตินิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่งในปี ค.ศ. 2011 เมื่อระบบหล่อเย็นไม่ทำงานเนื่องจากโรงไฟฟ้าถูกคลื่นสึนามิพัดเข้าท่วม ทำให้แกนของเครื่องปฏิกรณ์ 3 เครื่องร้อนจัดจนหลอมละลายบางส่วน นำไปสู่การระเบิดของไฮโดรเจนที่ทำให้สารกัมมันตรังสีรั่วไหลออกมา

อ้างอิง

1. Martin Fackler (1 June 2011). "Report Finds Japan Underestimated Tsunami Danger". The New York Times.
2. International Atomic Energy Agency (IAEA) (2007). IAEA Safety Glossary: Terminology Used in Nuclear Safety and Radiation Protection (PDF). Vienna, Austria: International Atomic Energy Agency. ISBN 978-92-0-100707-0. สืบค้นเมื่อ 17 August 2009.
3. United States Nuclear Regulatory Commission (NRC) (14 September 2009). "Glossary". Website. Rockville, Maryland, USA: Federal Government of the United States. pp. See Entries for Letter M and Entries for Letter N. สืบค้นเมื่อ 3 October 2009.
4. Commission, U. S. Nuclear Regulatory; Rasmussen, Norman C. (18 June 1975). "Reactor Safety Study: An Assessment of Accident Risks in U.S. Commercial Nuclear Power Plants". W.S. Hein – โดยทาง Google Books.
5. "Three Mile Island accident". Britannica. สืบค้นเมื่อ March 15, 2021.
6. Blakemore, Erin (May 18, 2019). "Chernobyl disaster facts and information". National Geographic. สืบค้นเมื่อ March 15, 2021.
7. "Fukushima nuclear disaster". History.com. January 27, 2021. สืบค้นเมื่อ March 15, 2021.