โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์
( Nuclear Power Plant )
ปัจจุบันพลังงานนิวเคลียร์มีบทบาทต่อการดำเนินชีวิตของมนุษย์เป็นอย่างมาก เนื่องจากพลังงานนิวเคลียร์ให้พลังงานความร้อนมหาศาลสามารถนำมาใช้ประโยชน์ในการผลิตกระแสไฟฟ้า ใช้ในงานทางวิทยาศาสตร์อื่น ๆ ตลอดจนในวงการแพทย์ด้วย ประเทศอุตสาหกรรมหลายประเทศได้เล็งเห็นความสำคัญของพลังงานนิวเคลียร์ เพื่อที่จะนำมาใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าเพื่อรองรับการขยายตัวของโรงงานอุตสาหกรรมที่ต้องการกำลังไฟฟ้า สูงมากขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งโรงไฟฟ้าแบบอื่น ๆ มักมีขีดจำกัดในการผลิตกำลังไฟฟ้า
โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ ได้รับการพัฒนามานานกว่า 40 ปีแล้ว โดยโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แห่งแรกของโลก ได้สร้างขึ้นในประเทศสหรัฐอเมริกา และอังกฤษ เมื่อราวปีพุทธศักราช 2493 ในปัจจุบันมีโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ทั่วโลกประมาณไม่น้อยกว่า 270 แห่ง ใน 30 ประเทศ รวมกำลังผลิต 152,800 เมกกะวัตต์ และอีกประมาณ 240 แห่ง กำลังอยู่ในระหว่างการก่อสร้าง รวมกำลังผลิต 223,000 เมกกะวัตต์ การนำพลังงานนิวเคลียร์มาทดแทนเชื้อเพลิงธรรมชาติ (fossil fuel resource) ที่มีอยู่จำกัด และกำลังจะหมดลงในเวลาไม่นาน จะช่วยประหยัด ทรัพยากรอันมีค่านี้ไว้ใช้ประโยชน์อย่างอื่นที่จำเป็นแก่การดำเนินชีวิตของมนุษย์ ซึ่งยังไม่อาจหาสิ่งอื่นใดมาทดแทนได้ คาดว่าพลังงานนิวเคลียร์จะยังคงเป็นแหล่งพลังงานที่ดี และการใช้จะมีการขยายตัวต่อไปในอนาคต แต่ก็มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในลักษณะเดียวกับอุตสาหกรรมอื่นที่คล้ายคลึงกัน
ลักษณะโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เป็นโรงไฟฟ้าพลังความร้อนประเภทหนึ่ง ซึ่งเรียกชื่อตามประเภทของเชื้อเพลิงที่ใช้ในกระบวนการผลิตไฟฟ้า ทั้งนี้ต้นกำเนิดพลังงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะอาศัยพลังความร้อนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาการแตกตัวของธาตุยูเรเนียม แล้วนำไปใช้ในกระบวนการผลิตไอน้ำที่ใช้ในการเดินเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
รูปแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยทั่วไปประกอบด้วย 3 ส่วนหลัก อาคารปฏิกรณ์ อาคารกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และอาคารอุปกรณ์ประกอบ รวมถึงบางแห่งอาจมีหอระบายความร้อน (Cooling Tower) ด้วย
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่นิยมใช้อย่างแพร่หลายทั่วโลกมี 3 แบบ ได้แก่
- แบบน้ำเดือด (Boiling Water Reactor – BWR)
- แบบความดันสูง (Pressurized Water Reactor –PWR)
- แบบแคนดู (CANDU)
กระบวนการผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบน้ำเดือด ระบบผลิตไอน้ำเป็นแบบวงจรเดียว ความดันภายในหม้อปฏิกรณ์ประมาณ 6 – 9 ล้านปาสกาล อุณหภูมิน้ำประมาณ 285 องศาเซลเซียส ไอน้ำจะถูกส่งไปกังหันโดยตรงเพื่อผลิตไฟฟ้า
หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบความดันสูง ระบบผลิตไอน้ำเป็นแบบสองวงจร ความดันภายในหม้อปฏิกรณ์ประมาณ 15.6 ล้านปาสกาล อุณหภูมิน้ำสูง ประมาณ 315 องศาเซลเซียส แต่ไม่เดือดเป็นไอเนื่องจากถูกควบคุมด้วยเครื่องอัดความดัน น้ำร้อนจะถูกส่งไปยังเครื่องผลิตไอน้ำเพื่อทำให้น้ำในอีกวงจรหนึ่งเดือด ไอน้ำจะถูกส่งไปยังกังหันเพื่อผลิตไฟฟ้า
หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบแคนดู ระบบผลิตไอน้ำเป็นแบบสองวงจร แต่ใช้น้ำหนักมวล (Heavy water,D2O) แทนน้ำธรรมดา น้ำหนักมวลในท่อเชื้อเพลิงมีความดันประมาณ 10 ล้านปาสกาล มีอุณหภูมิสูงประมาณ 310 องศาเซลเซียส แต่ไม่เดือดเป็นไอเนื่องจากถูกควบคุมด้วยเครื่องอัดความดันน้ำร้อนจะถูกส่งไปยังเครื่องผลิตไอน้ำเพื่อทำให้น้ำในอีกวงจรหนึ่งเดือด ไอน้ำไปยังกังหันเพื่อผลิตไฟฟ้า
เศรษฐศาสตร์โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แม้จะใช้เงินลงทุนก่อสร้างสูงกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนชนิดอื่น อันเนื่องจากมาตรการความปลอดภัยหลายชั้นและใช้อุปกรณ์ที่มีมาตรฐานสูงมาก แต่ได้เปรียบในด้านต้นทุนการผลิตต่อหน่วยถูกกว่า เนื่องราคาค่าเชื้อเพลิงต่ำและไม่ผันผวนเช่นเดียวกับน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ ความปลอดภัย มาตรฐานความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นไปตามมาตรฐานของทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (IAEA) โดยคำนึงถึงความปลอดภัยต่อสาธารณชนและสิ่งแวดล้อมเป็นสำคัญ อาทิ ใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียมที่มีความเข้มข้นต่ำ และปฏิกรณ์ได้รับการออกแบบให้ทำงานเฉพาะในสภาวะปฏิกิริยาแตกตัวคงที่เท่านั้นไม่สามารถเกิดการระเบิดในลักษณะเดียวกับระเบิดปรมาณู มีส่วนปิดกั้นรังสีหลายชั้น และมีระบบป้องกันฉุกเฉิน
กากกัมมันตรังสี พลังงานนิวเคลียร์เป็นเทคโนโลยีผลิตไฟฟ้าที่คำนึงถึงการเก็บกำจัดของเสียจากกระบวนการผลิตและนำค่าใช้จ่ายเข้ารวมไว้ในต้นทุนการดำเนินการทั้งหมดแล้ว เมื่อเปรียบเทียบกับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนอื่น ๆ รวมทั้งมีกากกัมมันตรังสี ปริมาณน้อย นอกจากนี้เชื้อเพลิงใช้แล้วยังอาจนำไปสกัดใช้ใหม่ได้หรือสามารถเก็บไว้ในตัวโรงไฟฟ้าจนกว่าจะมีนโยบายการกำจัดในรูปแบบอื่น ๆ ตลอดอายุการใช้งานโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาด 1,000 เมกะวัตต์ จะมีกากกัมมันตรังสีต่ำประมาณ 9,000 – 30,000 ถัง (ขนาด 200 ลิตร) ส่วนกากกัมมันตรังสีสูงคงอยู่ในมัดเชื้อเพลิงที่ผ่านการผลิตไฟฟ้าแล้ว
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ คือ แร่ยูเรเนียมที่ผ่านการแปรสภาพองค์ประกอบ ทำให้เป็นเม็ดและประกอบเป็นแท่งมัดรวมกันเพื่อนำไปใช้ในปฏิกรณ์ กำหนดการเปลี่ยนเชื้อเพลิงใหม่อาจกระทำเป็นรายวัน เช่น ในปฏิกรณ์แบบแคนดู หรือรายปี เช่นในปฏิกรณ์แบบ BWR และ PWR ยูเรเนียม-235 เพียงหนึ่งกรัมให้ความร้อนเทียบเท่าถ่านหินชั้นดี 3 ตัน หากใช้ครั้งเดียวยูเรเนียมที่ใช้ในโรงไฟฟ้าขนาด 1,000 เมกะวัตต์ จะมีอัตราสิ้นเปลืองประมาณ 30 ตันต่อปี
สิ่งแวดล้อม โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในระดับต่ำ เนื่องจากปลอดก๊าซเรือนกระจก เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ หรือก๊าซที่เป็นภัยต่อสุขภาพ เช่น ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ไนโตรเจนออกไซด์ นอกจากนั้น ตามกฎเกณฑ์มาตรฐานกำหนดให้อุณหภูมิน้ำที่เข้าไปรับความร้อนจากเครื่องควบแน่น เมื่อวัด ณ จุดระบาย ยังไม่แตกต่างไปจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อนอื่น ในการเดินเครื่องโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดกำลังผลิต 1,000 เมกะวัตต์ เป็นเวลาหนึ่งปีจะมีเชื้อเพลิงใช้แล้วประมาณ 8 – 20 ลูกบาศก์เมตร สามารถเก็บโดยแช่ในสระน้ำได้หากยังไม่มีนโยบายสกัดเชื้อเพลิงกลับมาใช้อีก
จำนวนโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั่วโลก ทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (International Atomic Energy Agency – IAEA) รายงานว่าเมื่อสิ้นปี 2549 ทั่วโลกมีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เดินเครื่องอยู่ 437 หน่วย กำลังการผลิตรวม 265,800 เมกะวัตต์ หรือคิดเป็นสัดส่วนร้อยละ 16 ของไฟฟ้าที่ผลิตทั้งหมด
2. ไอโซโตป ( isotopes )
คุณสมบัติทางเคมีของอะตอมนั้น ขึ้นอยู่กับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส แต่อะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน ไม่จำเป็นต้องมีมวลเท่ากันเสมอไป ซึ่งเรียกอะตอมของธาตุเดียวกัน แต่มีมวลต่างกันว่า “ไอโซโตป” ธาตุเป็นจำนวนมากในธรรมชาติมีไอโซโตปได้หลายไอโซโตป เช่น ไฮโดรเจน คาร์บอน ยูเรเนียม ฯลฯ ธาตุแต่ละชนิดจะมีเลขอะตอม หรือจำนวนโปรตอนแน่นอนตายตัว ถ้าจำนวนโปรตอนเปลี่ยนไปก็จะเปลี่ยนเป็นธาตุอื่น อะตอมที่เป็นกลางมีจำนวนโปรตอนเท่ากับอีเล็กตรอน ดังนั้นการที่ธาตุหรืออะตอมชนิดเดียวกัน แต่มีมวลแตกต่างกัน แสดงว่าต้องมีสาเหตุมาจากธาตุนั้นมีจำนวนนิวตรอนไม่เท่ากัน
การเขียนสัญลักษณ์นิวเคลียร์ของธาตุสามารถเขียนได้ดังนี้
zXA
ให้ A แทนเลขมวล (mass number) ซึ่งคือ ผลบวกของจำนวนโปรตอน และนิวตรอนของอะตอมนั้น
X แทนสัญลักษณ์ของธาตุ
Z แทนเลขอะตอม (atomic number) ซึ่งเท่ากับจำนวนโปรตอน
ดังนั้นจำนวนนิวตรอนของอะตอมจึงเท่ากับ A-Z เช่น ธาตุยูเรเนียม มีเลขอะตอมเท่ากับ 92 และไอโซโตปหนึ่งของยูเรเนียมนี้มีเลขมวลเท่ากับ 238 สัญลักษณ์นิวเคลียร์ของธาตุยูเรเนียมเขียนได้ดังนี้
92U238
จำนวนนิวตรอนของไอโซโตปนี้คือ 238-92 = 146
3.ปฏิกริยาอะตอม
ปฎิกริยาอะตอมที่เกิดขึ้น และให้พลังงานความร้อนที่นำไปใช้ประโยชน์นั้น แบ่งออกเป็นสองแบบคือ
1. ปฎิกริยาทางเคมี เป็นปฎิกริยาที่เกิดจากการรวมตัวกันของอะตอม 2 อะตอมหรือมากว่า หรืออาจเกิดจากการแตกตัวออกของอะตอมทั้งหมด โดยการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนที่หมุนในวงโคจร โดยนิวเคลียสของอะตอมที่มารวมกันไม่มีการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่ออกมาหรือที่รับเข้าไปเมื่อเกิดปฎิกริยาก็เกิดจากการรวมตัวหรือแตกตัวของอะตอมนั่นเอง ที่สำคัญคือ มวลทั้งหมดของสาร หรือธาตุที่เกิดปฎิกริยาทางเคมีจะยังคงเท่าเดิม หลังจากที่เกิดปฎิกริยาแล้ว ตัวอย่างของปฎิกริยาทางเคมี ได้แก่ การเผาเชื้อเพลิง ถ่านหิน หรือการลุกไหม้ของก๊าซหุงต้ม เป็นต้น
2. ปฎิกริยานิวเคลียร์ แบ่งออกเป็น 2 ลักษณะ ได้แก่ ปฎิกริยานิวเคลียร์ฟิวชัน (nuclear fusion) คือ การหลอมนิวเคลียสที่มีน้ำหนักอะตอมต่ำ เข้าเป็นนิวเคลียสที่มีน้ำหนักอะตอมสูงขึ้น และคายพลังงานมหาศาลออกมา อีกลักษณะหนึ่งได้แก่ ปฎิกริยานิวเคลียร์ฟิสชัน (nuclear fission) คือ นิวเคลียสที่มีน้ำหนักอะตอมสูง ถูกระดมยิงด้วยอนุภาคนิวตรอน แยกเป็นส่วนที่เล็กลง หรือเป็นธาตุใหม่เกิดขึ้น และคายพลังงานมหาศาลออกมาเช่นเดียวกัน
4. พลังงานยึดเหนี่ยวนิวเคลียร์
การที่อนุภาคโปรตอน และนิวตรอนยึดตัวรวมอยู่ด้วยกัน ซึ่งเรียกว่า นิวเคลียสนั้น เมื่อเรานำเอามวลของอนุภาคทั้งสองมารวมกัน จึงน่าจะเป็นมวลทั้งหมดของนิวเคลียส แต่ตามความเป็นจริงแล้ว มวลของนิวเคลียส จะน้อยกว่าผลบวกของมวลของโปรตอนและนิวตรอน และอิเล็กตรอน ที่ประกอบเป็นนิวเคลียสนั้น เช่น ฮีเลียม (2H4e) ประกอบด้วยโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน อย่างละ 2 อนุภาค ดังนั้นมวลทั้งหมดของฮีเลียมที่คำนวณได้คือ (2x1.00728)+(2x1.00867)+(2x0.00055) = 4.033 amu. แต่มวลที่แท้จริงของฮีเลียมที่วัดได้คือ 4.0026 amu. ดังนั้นมวลที่ขาดหายไปเท่ากับมวลที่คำนวณได้ลบด้วยมวลที่แท้จริง = 4.033-4.0026 = 0.0304 amu.
อนุภาคต่าง ๆ ในนิวเคลียสอยู่ด้วยกันอย่างเสถียรโดยแรงดึงดูดที่แรงมาก การแยกอนุภาคต่าง ๆ ในนิวเคลียสออกจากกันและกัน จะต้องให้พลังงานอันมหาศาลแก่นิวเคลียสนั้น และการที่โปรตอน และนิวตรอน รวมตัวกันเกิดเป็นนิวเคลียส พลังงานที่มีปริมาณเท่ากันนี้จะต้องถูกคายออกมา
พลังงานที่คายออกมาเมื่ออนุภาคต่าง ๆ รวมตัวกันเป็นนิวเคลียส เกิดจากการเปลี่ยนมวลบางส่วนไปเป็นพลังงาน ดังนั้นมวลของนิวเคลียสที่แท้จริง จึงน้อยกว่ามวลที่คำนวณได้ พลังงานที่ต้องใช้เพื่อสลายนิวเคลียส หรือพลังงานที่คายออกมาเมื่ออนุภาคต่าง ๆ รวมเข้าด้วยกันเป็นนิวเคลียส เรียกว่า พลังงานยึดเหนี่ยวนิวเคลียส (nuclearing binding energy)
มวลของ 2H4e ที่ขาดหายไป สามารถแปรเป็นพลังงานโดยใช้สมการไอสไตน์คือ
E = mc2
เมื่อ E = พลังงาน
M = มวลที่เปลี่ยนแปลงไป
C = ความเร็วของแสง = 2.9979x1010 ชม./วินาที
. . . E = 0.0304x(2.9979x1010)22
= 2.73x1019 กรัม ชม.2/วินาที2
= 2.73x109 กิโลจูล/โมล.
หมายเหตุ : 1 เอิร์ก = 1 กรัม ชม.2/วินาที2
1 จูล = 107 เอิร์ก
1 กิโลจูล = 103 จูล
5. พลังงานนิวเคลียร์ฟิสชัน
พลังงานที่เกิดจากปฎิกริยานิวเคลียร์ฟิสชัน เกิดจากการระดมยิ่ง 92U235 ด้วยนิวตรอน ทำให้เกิดการแตกตัวออกที่ความเร็วต่าง ๆ ได้สองไอโซโตปที่มีเลขอะตอมต่ำกว่าคือ แบเรียม และคริปทอน กระบวนการนี้จะคายพลังงานออกมามากมายมหาศาล
พลังงานเฉลี่ยที่ได้จากปฏิกริยาฟิสชันแต่ละครั้งเท่ากับ 3.2x10-4 เอิร์ก หรือ 200 เม็กกะอิเล็กตรอนโวลท์ (mega electron volt = Mev.) หรือ 7.65x10-12 คาลอรี ถ้าเปรียบเทียบการเผาไหม้ของคาร์บอน 1 กรัม ซึ่งคายความร้อยออกมาเท่ากับ 7.83 กิโลคาลอรี กับพลังงานความร้อนที่คายโดย U235 1 กรัม เท่ากับ 1.96x107 กิโลคาลอรี จะเห็นว่าเป็นปริมาณที่มากกว่ามหาศาลทีเดียว
เนื่องจากการแตกตัวของ U235 หนึ่งไอโซโตป ให้นิวตรอน 2-3 ตัว และโดยที่นิวตรอนเป็นสารตั้งต้นหนึ่งในกระบวนการฟิสชัน ดังนั้นทันทีที่เกิดปฎิกริยาฟิสชันขึ้น นิวตรอนที่ให้ออกมาจะไปทำให้ U235 2-3 ตัว แตกตัวออกให้นิวตรอนเพิ่มมากขึ้นอีกเป็น ปฏิกริยาลูกโซ่ไปเรื่อย ๆ ดังแสดงในรูปที่ 1 จำนวนการแตกตัวจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและคายความร้อนออกมาอย่างมหาศาล ถ้าไม่มีการควบคุม พลังงานที่สะสมไว้จะดันให้เกิดการระเบิด นั่นก็คือ พื้นฐานของระเบิดปรมาณูนั่นเอง ดังนั้นจึงต้องมีวิธีการควบคุมพลังงานความร้อนที่คายออกมา เครื่องมือที่ออกแบบเพื่อให้ปฎิกริยาฟิสชันสามารถเกิดขึ้นได้ และขณะเดียวกันก็สามารถควบคุมปริมาณความร้อนที่คายออกมาได้คือ เตาปฎิกรณ์นิวเคลียร์ (nuclear reactor)
กระบวนการฟิสชันที่เกิดกับ 92U235 มีหลายกระบวนการด้วยกันแต่ละกระบวนการต่างให้ผลิตผลที่แตกต่างกัน จำนวนนิวตรอนที่ปล่อยออกมา อาจเป็นหนึ่ง สอง หรือสามก็ได้ ตัวอย่างกระบวนการแตกตัวของ 92U235 โดยนิวตรอนมีดังนี้
92U235 + 0n1 – 56Ba137 + 36Kr97 + 20n1
92U235 + 0n1 – 56Ba137 + 36Kr94 + 30n1
92U235 + 0n1 – 38Ba90 + 54Xe143 + 30n1
92U235 + 0n1 – 35Br90 + 57La143 + 30n1
6. พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน
พลังงานที่เกิดจากปฎิกริยานิวเคลียร์ฟิวชัน เกิดจากการนำไอโซโตป 2 ไอโซโตป ที่มีน้ำหนักอะตอมต่ำมาหลอมเข้าด้วยกัน เกิดผลิตผลใหม่ที่มีน้ำหนักเพิ่มขึ้น ขณะเดียวกันก็คายความร้อน หรือพลังงานอันมหาศาลออกมา ซึ่งเป็นปฎิกริยาที่เกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์ ปฏิกริยานี้เรียกว่า เทอร์โมนิวเคลียร์ (thermonuclear) คือ นิวเคลียสของไฮโดรเจนสี่นิวเคลียส รวมตัวกันเป็นฮีเลียม หนึ่งนิวเคลียส แต่ปฏิกริยาฟิวชันที่มนุษย์ทำขึ้นมา คือ การรวมตัวกันของดิวทีเลียมสองอะตอมเป็นฮีเลียมหนึ่งอะตอม ซึ่งสามารถทำได้ง่ายใช้เวลาน้อย
การนำเอานิวเคลียสนิวเคลียสมาหลอมเข้าด้วยกัน จะต้องใช้พลังงานกระตุ้นสูงมากเพื่อะเอาชนะแรงผลักกันระหว่างนิวเคลียส ซึ่งจะเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิสูงมากประมาณสองร้อยล้านองศาเซลเซียส (อุณหภูมิโดยเฉลี่ยของดวงอาทิตย์เท่ากับสี่ล้านองศาเซลเซียส) แต่พลังงานที่คายออกมาต่อหน่วยมวลในกระบวนการฟิวชันมากกว่ากระบวนการฟิสชันมาก ดังนั้น ปฎิกริยาฟิสชันจึงเปรียบเสมือนปฎิกริยาชนวน ซึ่งเมื่อเกิดแล้ว ทำให้ปฎิกริยาอื่น ๆ เกิดตามมาเป็นปฎิกริยาลูกโซ่ และเกิดการระเบิดอย่างรุนแรง ถ้าขาดการควบคุมการนำเอาพลังงานจากปฎิกริยาฟิวชันมาใช้เพื่อการผลิตกระแสไฟฟ้า ถ้าทำได้จะเป็นวิธีที่ดีกว่ากระบวนการฟิวชันที่ใช้ในปัจจุบัน เพราะได้พลังงานความร้อนมากกว่า ผลิตผลจากกระบวนการฟิวชันไม่เป็นกัมมันตรังสี ไม่มีปัญหาเรื่องกากกัมมันตรังสี แต่ที่เป็นปัญหาคือ ไม่สามารถหาห้องหรือถังที่ใช้ทำปฎิกริยา ซึ่งสามารถทนต่อความร้อนที่สูงสองร้อยล้านองศาเซลเซียสได้
7. พลังงานนิวตรอน
หลังจากที่เกิดปฏิกริยาฟิสชัน จะมีสารใหม่ที่เกิดขึ้นที่น้ำหนักไม่เท่ากัน เช่น แบเรียม (Ba), คริปทอน (Kr), สทรอนเชียม (Sr), ซีนอน (Xe), โบรมีน (Br), แลนทานัม (La) เป็นต้น สารต่าง ๆ เหล่านี้เรียกว่า ฟิสชันแฟรกเมนต์ (fission fragment) และจะมีนิวตรอน 2-3 ตัว ถูกปล่อยออกมามีความเร็วต่าง ๆ กัน ฟิสชันแฟรกเมนต์จะถูกเปลี่ยนไปเป็นไอโซโตปชนิดอื่น เนื่องจากการลดลงของรังสี กลายเป็นฟิสชันโปรดัค (fission produxt) ซึ่งเป็นของเสีย และยังมีกัมมันตรังสีที่เป็นอันตรายอยู่จะต้องมีระบบการกำจัดที่ดี
นิวตรอนที่ถูกปล่อยออกมาภายหลังเกิดปฎิกริยาฟิสชันจะมีความเร็วโดยเฉลี่ยประมาณ 2.9979x109 ชม./วินาที ซึ่งให้พลังงานจลน์สูงมาก เมื่อมันชนกับนิวเคลียสของวัสดุที่ทำเชื้อเพลิง ความเร็วจะลดลง ความเร็วของนิวตรอนแบ่งเป็น 3 ระดับ คือ ความเร็วสูง ปานกลาง และต่ำ พลังงานจลน์ต่ำสุดที่นิวตรอนมีคือ พลังงานที่ใช้ในการไปรวมกับอะตอมและโมเลกุล
สารที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติคือ ยูเรเนียม (U238) และทอเรียม (TH232) มักใช้ไม่ค่อยได้ผล เนื่องจากต้องใช้นิวตรอนที่มีความเร็วสูงมาก จึงจะเกิด ปฎิกริยาต่อเนื่อง และนิวตรอนส่วนมากาจะถูกนิวเคลียสของ U238 จับไว้ ทำให้ไม่เกิด ปฎิกริยาต่อไป
ดังนั้นจึงต้องมีการเตรียมสารเชื้อเพลงใหม่ โดยการเปลี่ยนไอโซโตป หรือโครงสร้างของสารเชื้อเพลิงธรรมชาติ U238 ให้เป็น U232 , U235 หรือ พลูโทเนียม (Pu239) เพราะไอโซโตป เหล่านี้สามารถเกิดปฎิกริยาฟิสชันได้อย่างต่อเนื่อง ใช้ได้กับนิวตรอนที่มีความเร็วทุกระดับ โดยเฉพาะถ้านิวตรอนมีความเร็วต่ำลง โอกาสที่จะทำปฎิกริยากับนิวเคลียสของอะตอมก็มีมากขึ้น
8. สารหน่วงนิวตรอน ( moderator )
การที่จะทำให้นิวตรอนมีความเร็วลดลง เพื่อทำให้เกิดปฎิกริยาฟิสชันได้ดี ทำได้โดยแบ่งเชื้อเพลิงออกมาเป็นส่วนเล็ก ๆ เช่น เป็นแท่ง เป็นแผ่น หรือทรงกระบอกกลวง เป็นต้น แล้วใส่สารลงไปในช่องว่างที่แบ่งเป็นส่วนเล็ก ๆ นี้ สารนี้คือ สารหน่วงนิวตรอน (moderator)
นิวตรอนที่แตกออกมาจากปฎิกริยาฟิสชัน จะออกจากเชื้อเพลิงเข้าไปในสารหน่วงนิวตรอน ความเร็วจะช้าลง เมื่อชนกับอะตอม หรือนิวเคลียสของสารที่ใช้เป็นตัวหน่วง แล้วกลับเข้าไปทำปฎิกริยา หรือชนกับ U235 ใหม่ และมีนิวตรอนบางตัวที่มีความเร็วสูง ถูกจับโดย U238
สารหน่วงนิวตรอนที่ดี จะต้องทำให้นิวตรอนมีความเร็วช้าลง เมื่อชนกับนิวเคลียสของมันเพียงไม่กี่ครั้ง ดังนั้น ขนาดของนิวเคลียสของสารหน่วง ควรมีขนาดใกล้เคียงกับขนาดของนิวตรอน จะเห็นว่านิวเคลียสของไฮโดรเจนมีขนาดประมาณเท่ากับขนาดของนิวตรอน น่าจะเป็นสารหน่วงที่ดี แต่เนื่องจากมันมีความหนาแน่นของนิวเคลียสน้อยนิวตรอนต้องเคลื่อนที่เป็นระยะทางไกลก่อนที่จะพบกับนิวเคลียสของสารหน่วง จึงไม่เหมาะที่จะนำมาใช้ ไฮโดรเจนและดิวทีเลียมที่เป็นส่วนหนึ่งในรูปของ ของเหลวและของแข็ง ใช้เป็นสารหน่วงได้ดี เช่น น้ำ, น้ำชนิดหนัก (heavy wate, D2O), ไฮโดรคาร์บอน, เชอร์โคเนียมไฮโดรด์, โพลีเอทีลีน เป็นต้น
9. โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์
โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ เป็นโรงจักรที่ใช้เครื่องกังหันไอน้ำเช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ (stea turbine) แตกต่างกันที่ขบวนการให้ความร้อนกับน้ำเพื่อให้กำเนิดไอน้ำ โดยโรงไฟฟ้าพลังงาน นิวเคลียร์ได้รับพลังงานความร้อนจาก ปฎิกริยาฟิสชัน มีนิวตรอนที่ออกมา 2-3 ตัว และอนุภาคอื่น ๆ รวมทั้งการแผ่รังสีแกมม่า ทำให้พลังงานของมันเปลี่ยนเป็นความร้อน และความร้อนนี้จะถูกนำออกมาด้วยสารระบายความร้อน (coolant) ซึ่งขบวนการนำความร้อนออกมาเป็นสิ่งสำคัญมาก จะต้องมีการถ่ายโอนออกมาอย่างสม่ำเสมอ เพื่อนำไปใช้ประโยชน์ในการทำน้ำให้กลายเป็นไอน้ำ สำหรับหมุนกังหัน และหมุนขดลวดสนามแม่เหล็กของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต่อไป
องค์ประกอบที่สำคัญของเตาปฎิกรณ์นิวเคลียร์มีดังนี้
1. เชื้อเพลิง ส่วนมากจะเป็นยูเรเนียม (U235) ทำเป็นแผ่นหรือเป็นแท่ง หุ้มด้วยสารเซอร์โคเนียม (Zr) เพื่อป้องกันไม่ให้เชื้อเพลิงทำปฎิกริยาเคมีกับน้ำ
2. สารหน่วงนิวตรอน (moderator) เป็นตัวลดความเร็วของนิวตรอน ที่ได้จากการแบ่งแยกนิวเคลียสของ U235 ให้วิ่งช้าลงและเกิดปฎิกริยาต่อเนื่อง อาจเป็นคาร์บอนในรูปกราไฟท์ น้ำธรรมดา หรือสารอื่นที่เหมาะสม
3. แท่งควบคม (control rod) เป็นตัวหยุดปฎิกริยาลูกโซ่ ทำจากโลหะที่สามารถดูดนิวตรอนได้ เช่น แคดเนียม (Cadmium, Cd) หรือโบรอน (Boron, B) สามารถควบคุมอัตราการเกิดปฎิกริยาให้มากหรือน้อยได้ โดยความลึกของแท่งควบคุมที่หย่อนลงไปในสารหน่วงนิวตรอน
4. สารระบายความร้อนหรือทำให้เย็น (coolant) เป็นตัวนำความร้อนที่เกิดขึ้นในเตาปฎิกรณ์ไปใช้ในการทำไอน้ำ เพื่อเดินเครื่องกังหันไอน้ำ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า อาจเป็นน้ำ สารอินทรีย์ ก๊าซ หรือโลหะเหลว ก็ได้
5. กำแพงเตาหรือเครื่องกำลัง (shielding) เป็นตัวป้องกันการแพร่กระจายรังสีไม่ให้ออกไปภายนอก อาจทำเป็นเหล็กหรือคอนกรีตหนาหลาย ๆ ฟุต เพื่อห่อหุ้มเตาปฎิกรณ์นิวเคลียร์
10. เตาปฎิกรณ์แบบใช้น้ำความดันสูง (Pressurised Water Reactor)
เดิมเตาปฎิกรณ์ชนิดนี้เป็นเตาที่คิดขึ้นมาเพื่อใช้กับเรือดำน้ำพลังนิวเคลียร์ ราคาจะต่ำกว่าแบบใช้ก๊าซระบายความร้อน แต่เปลืองเชื้อเพลิงมากกว่า ใช้น้ำเป็นสารระบายความร้อน และเป็นสารหน่วงนิวตรอนด้วย ใช้ยูเรเนียม U235 ที่มีความเข้มข้น 2-3 เปอร์เซ็นต์เป็นเชื้อเพลิง มีระบบถ่ายเทความร้อนจากเตาปฎิกรณ์ด้วยน้ำที่มีความดันสูงมาก ส่วนน้ำในวงจรที่สองจะรับความร้อนจากวงจรแรก แล้วกลายเป็นไอ เข้าสู่กังหันไอน้ำเพื่อขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต่อไป
เตาปฎิกรณ์แบบใช้น้ำความดันสูง สามารถใช้กับโรงไฟฟ้าที่มีกำลังผลิตตั้งแต่ 10-3,000 เมกกะวัตต์ ประกอบด้วยภาชนะทนแรงดัง (pressure vessel) ทำจากเหล็กกล้าผสมคาร์บอน แท่งควบคุม (control rod) และแท่งเชื้อเพลิง (fuel elements) อุปกรณ์ทั้งหมดจะอยู่ในอาคารคอนกรีตที่ก่อสร้างอย่างแข็งแรง และบุด้วยเหล็กกล้าเพื่อป้องกันรังสีรั่ว น้ำที่ใช้เป็นสารระบายความร้อน และสารหน่วงนิวตรอนจะมีความดันสูงประมาณ 1,200-2,700 ปอนด์ต่อตารางน้ำ อุณหภูมิประมาณ 450-600 องศาฟาเรนไฮท์ เนื่องจากอยู่ภายใต้ความดันสูงน้ำจึงไม่เดือด เมื่อน้ำนี้ไหลผ่านเข้าสู่หม้อน้ำหรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ก็จะถ่ายเทความร้อนให้กับน้ำอีกวงจรหนึ่ง ซึ่งอยู่ภายใต้ความกดดันของอากาศปกติ ทำให้น้ำนั้นเดือด ได้ไอน้ำที่มีความดันประมาณ 87-600 ปอนด์ต่อตารางน้ำ อุณหภูมิประมาณ 407-590 องศาฟาเรนไฮท์ นำไปหมุนกังหันเพื่อขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เมื่อไอน้ำถ่ายพลังงานให้กับกังหันแล้วก็จะไหลเข้าสู่หอระบายความร้อนหรือเครื่องควบแน่น (condenser) ถูกกลั่นกลับมาเป็นน้ำ และไหลกลับมาเข้าหม้อน้ำ เพื่อรับพลังงานความร้อนและเดือดกลายเป็นไอน้ำอีกวนเวียนอยู่อย่างนี้เรื่อยไป
ข้อดีของเตาปฎิกรณ์แบบนี้คือ น้ำมีคุณสมบัติทางด้านการถ่ายเทความร้อนได้ดี ราคาถูก หาได้ง่าย มีความปลอดภัยง่ายต่อการเตรียม การเหนี่ยวนำรังสีอยู่ในระดับต่ำและอยู่ได้ไม่นาน ส่วนข้อเสีย คือ น้ำที่มีอุณหภูมิสูง จะทำให้อุปกรณ์ที่ใช้มีการสึกกร่อน น้ำมีการดูดจับนิวตรอนบางส่วน ทำให้ปฎิกริยาฟิสชั่นลดน้อยลง ซึ่งเป็นเหตุทำให้สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงเพิ่มมากขึ้น อุปกรณ์ที่ใช้และภาชนะของเตาปฎิกรณ์มีราคาแพง เพราะาจะต้องสร้างให้มีความแข็งแรงทนต่อสภาวะความดันสูงของระบบการทำงาน
อันตรายของเตาปฎิกรณ์แบบนี้ อาจเกิดขึ้นได้ในกรณีที่เกิดขัดข้องขึ้นในระบบระบายความร้อนโดยไม่สามารถนำความร้อนภายในเตาปฎิกรณ์ ออกมาสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนได้ อุณหภูมิภายในเตาปฎิกรณ์จะสูงมากจนหลอมละลาย จะต้องหยุดการทำงานของเตาปฎิกรณ์ทันที และมีระบบน้ำฉุกเฉินสำหรับระบายความร้อนออกไปโดยเร็วที่สุด เพื่อป้องกันการหลอมละลายที่จะเกิดขึ้น เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ชุดหนึ่งสามารถใช้งานได้ติดต่อกันประมาณ 1 ปี การเปลี่ยนเชื้อเพลิงใหม่จะกระทำเมื่อแท่งเชื้อเพลิงนั้นมีปริมาณยูเรเนียมเหลือน้อยลงจนถึงจุดที่ไม่สามารถใช้งานต่อไปได้ สำหรับโรงไฟฟ้าที่มีกำลังการผลิตของขนาด 1,000 เมกกะวัตต์ จะใช้ปริมาณเชื้อเพลิงยูเรเนียม ประมาณ 1.5 ตันต่อปี
11. เตาปฎิกรณ์แบบน้ำเดือด (Boiling Water Reactor)
เตาปฎิกรณ์แบบนี้ใช้น้ำเป็นสารระบายความร้อน และเป็นสารหน่วงนิวตรอนด้วย โดยการนำเอาการหมุนเวียนของน้ำมาใช้ประโยชน์ ข้อเสียของเตาปฎิกรณ์แบบนี้คือ อันตรายจากกัมมันตรังสีที่อาจปนมากับน้ำและไอน้ำ และมีการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของสารหน่วงนิวตรอน เนื่องจากส่วนบนเป็นไอน้ำ ส่วนล่างเป็นน้ำ ทำให้เกิดไม่เสถียรภาพทางด้านไฮโดรไดนามิคและนิวเคลียร์ ข้อดีคือ สามารถสร้างให้มีแรงดันภายในเตาปฎิกรณ์ได้สูงกว่า แบบใช้ก๊าซระบายความร้อน เชื้อเพลิงที่ใช้เป็นของแข็งได้แก่ ยูเรเนียมอ๊อกไซด์
เตาปฏิกรณ์แบบน้ำเดือดใช้กับโรงจักรไฟฟ้าที่มีกำลังการผลิตตั้งแต่ 1 - 1,000 เมกกะวัตต์ อุณหภูมิของน้ำระบายความร้อนอยู่ระหว่าง 350-664 องศาฟาเรนไฮท์ ความดัน 115-2,150 ปอนด์/ตารางน้ำ อุณหภูมิของไอน้ำที่ใช้ขับเครื่องกังหันอยู่ระหว่าง 350-950 องศาฟาเร็นไฮท์ ความดัน 145-1,620 ปอนด์/ตารางนิ้ว
วงจรการทำงานของโรงจักรคือ น้ำที่เป็นสารระบายความร้อน เมื่อได้รับความร้อนจากปฎิกริยานิวเคลียร์ภายในเตาปฏิกรณ์ จะร้อนขึ้นจนเดือดกลายเป็นไอน้ำความดันสูง ถูกส่งออกมาจากเตาปฎิกรณ์ ผ่านลิ้นลดความดัน ผ่านเครื่องแยกไอน้ำเข้าสู่เครื่องกังหัน เมื่อขับเครื่องกังหันแล้ว ไอน้ำจะไหลเข้าสู่เครื่องควบแน่น เพื่อกลั่นตัวเป็นน้ำต่อจากนั้นปั๊มจะดูดน้ำจากเครื่องควบแน่น ลงมาผ่านเครื่องเพิ่มความร้อนให้น้ำเลี้ยงและมีปั๊มน้ำเลี้ยงความดันสูง ส่งน้ำเลี้ยงเข้าสู่หม้อน้ำ ภายในเตาปฎิกรณ์เพื่อรับความร้อนหมุนเวียนดังนี้ตลอดไป
ในโรงจักรไฟฟฟ้านิวเคลียร์เตาปฎิกรณ์แบบน้ำเดือดบางแห่งมีการจัดระบบการไหลของไอน้ำให้ทำงานเป็น 2 วงจร (ตามรูปที่ 6) คือ ในวงจรแรกจะใช้ความร้อนจากเตาปฎิกรณ์ต้มน้ำ ในดรัมตัวแรกให้เดือดกลายเป็นไอน้ำ แล้วส่งเข้าไปขับเครื่องกังหัน โดยผ่านลิ้นควบคุมแรงดัน น้ำร้อนในดรัมตัวแรก จะถูกปั๊มดูดลงมาผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เพื่อถ่ายเทความร้อนให้กับน้ำในวงจรที่สอง แล้วจึงไหลกลับเข้าสู่ดรัมตัวแรก เพื่อรับความร้อนใหม่ น้ำในวงจรที่สองเมื่อได้รับความร้อนจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนก็จะไหลเข้าสู่ดรัมตัวที่สอง แยกไอน้ำออกจากน้ำส่งเข้าขับเครื่องกังหันร่วมกับไอน้ำจากวงจรแรก เมื่อขับเครื่องกังหันแล้ว ไอน้ำจะไหลลงสู่เครื่องควบแน่นเพื่อกลั่นตัวเป็นน้ำ ต่อจากนั้นจะมีปั๊ม 2 ตัว ดูดน้ำจากเครื่องควบแน่น แยกกันเป็น 2 ทาง โดยจะเข้าทั้งวงจรแรก และวงจรที่สอง เพื่อกลับไปรับความร้อนจากดรัมตัวแรก และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ทำการผลิตไอน้ำอีกครั้ง วนเวียนดังนี้เรื่อยไป
12. เตาปฏิกรณ์แบบระบายความร้อนด้วยก๊าซ (gas cooled reactor)
เตาปฏิกรณ์แบบใช้ก๊าซเป็นสารระบายความร้อน อาจใช้ฮีเลียม, คาร์บอนได-ออกไซด์, หรือใช้อากาศธรรมดาก็ได้ ซึ่งขึ้นอยู่กับลักษณะการออกแบบของเตาปฏิกรณ์แต่ละชนิด ส่วนสารหน่วงนิวตรอนจะใช้กราไฟท์ หรือน้ำชนิดหนัก (heavy water, D2O) ข้อดีของการใช้ก๊าซเป็นสารระบายความร้อนคือ หาได้ง่าย ราคาถูก มีความปลอดภัยสูงง่ายต่อการเตรียมเพื่อนำมาใช้งาน มีอุณหภูมิสูงทำให้โรงจักรไฟฟ้าทำงานโดยมีประสิทธิภาพสูง มีการดูดจับนิวตรอนน้อย ข้อเสียคือ การถ่ายเทความร้อนเลว จึงต้องใช้เชื้อเพลิงที่ให้อุณหภูมิสูง เพื่อให้มีอัตราการถ่ายเทความร้อนจากเตาปฏิกรณ์ได้มากตามต้องการ เชื้อเพลิงต้องออกแบบเป็นพิเศษทำให้เงินลงทุนสูง มีความจุความร้อนโดยปริมาตรต่ำจึงต้องใช้ปั๊มตัวใหญ่ และท่อใหญ่กว่าแบบใช้ของเหลวเป็นสารระบายความร้อน
เตาปฏิกรณ์แบบระบายความร้อนด้วยก๊าซ ใช้กับโรงจักรไฟฟ้าที่มีกำลังผลิต ตั้งแต่ 36-1,250 เมกกะวัตต์ อุณหภูมิของก๊าซระบายความร้อนอยู่ระหว่าง 638-2,400 องศาฟาเร็นไฮท์ ความดัน 95-1,200 ปอนด์/ตารางนิ้ว อุณหภูมิของไอน้ำที่ใช้ขับเครื่องกังหันอยู่ระหว่าง 597-1,000 องศาฟาเร็นไฮท์ ความดัน 146-1,450 ปอนด์/ตารางนิ้ว ใช้ยูเรเนียมเป็นเชื้อเพลิง
วงจรการทำงานเป็นไปในลักษณะเช่นเดียวกับเตาปฏิกรณ์แบบน้ำเดือดคือ จะใช้ความร้อนจากก๊าซร้อนที่ระบายออกมาจากเตาปฎิกรณ์นำไปถ่ายเทให้กับน้ำที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน น้ำที่ไหลผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ก็จะร้อนและกลายเป็นไอน้ำเข้าขับเครื่องกังหันให้ทำงาน
แต่การทำงานบางแบบจะใช้ก๊าซร้อนที่ออกจากเตาปฏิกรณ์แบบน้ำเดือดคือ จะใช้ความร้อนจากก๊าซร้อนที่ระบายออกมาจากเตาปฎิกรณ์นำไปถ่ายเทให้กับน้ำที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน น้ำที่ไหลผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ก็จะร้อนและกลายเป็นไอน้ำเข้าขับเครื่องกังหันให้ทำงาน
แต่การทำงานบางแบบจะใช้ก๊าซร้อนที่ออกจากเตาปฎิกรณ์านำไปขับเครื่องกังหันเลยทันที โดยไม่ต้องนำไปถ่ายเทความร้อนให้กับน้ำที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งการทำงานจะเหมือนกับเครื่องกังหันก๊าซ โดยเตาปฏิกรณ์จะทำหน้าที่เหมือนห้องเผาไหม้ ลักษณะการจัดจะมีทั้งแบบเปิดใช้อากาศธรรมดาเป็นสารระบายความร้อน และแบบปิดใช้ฮีเลียมเป็นสารระบายความร้อน
13. เตาปฎิกรณ์แบบเชื้อเพลิงของไหล (fluid fuel reactor)
เตาปฎิกรณืแบบเชื้อเพลิงของไหล ใช้เกลือยูเรเนียมฟลูออไรด์เป็นเชื้อเพลิง ใช้กราไฟท์เป็นสารหน่วงนิวตรอน และใช้โซเดียมเหลวเป็นสารระบายความร้อน ข้อดีของเตาปฏิกรณ์แบบนี้คือ สามารถนำเอากากเชื้อเพลิงออกจากเตา และเติมเชื้อเพลิงใหม่ได้ โดยไม่ต้องหยุดการทำงานของเตาปฏิกรณ์ความดันและอุณหภูมิสูงกว่าเตาปฎิกรณ์แบบต่าง ๆที่กล่าวมาแล้วทุกชนิด ไม่มีขีดจำกัดของอุณหภูมิเชื้อเพลิงที่ออกจากเตาปฏิกรณ์ ข้อเสียคือ มีการกัดกร่อนมาก โดยเฉพาะเมื่อมีการไหลเวียนของเชื้อเพลิงในวงจรตลอดเวลา และต้องออกแบบให้เตาปฏิกรณ์ทนต่อแรงดันสูง ๆ
เตาปฏิกรณ์แบบนี้ ใช้กับโรงจักรที่มีกำลังการผลิต ตั้งแต่ 1-10 เมกกะวัตต์ อุณหภูมิของสารระบายความร้อนอยู่ระหว่าง 482-1,500 องศาฟาเรนไฮท์ ความดัน 50-3,600 ปอนด์/ตารางนิ้ว อุณหภูมิของไอน้ำที่ใช้ขับเครื่องกังหัน 385-800 องศาฟาเร็นไฮท์ ความดัน 200-1,800 ปอนด์/ตารางนิ้ว
วงจรการทำงานของเตาปฎิกรณ์แบบเชื้อเพลิงของไหลคือ เชื้อเพลิงของไหล เกลือ ยูเรเนียม ฟลูออไรด์ มีความร้อนเนื่องจากเกิดปฏิกริยานิวเคลียร์ จะส่งความร้อนมาให้เครื่องสะท้อนที่อยู่รอบ ๆ ภายในเตาปฎิกรณ์ ในวงจรเชื้อเพลิงมีปั๊มทำให้เกิดการไหลวนเวียน นำเชื้อเพลิงเข้ามาที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เพื่อถ่ายเทความร้อนให้กับฮีเลียม ซึ่งเป็นตัวกลางในการรับความร้อนจากเชื้อเพลิงของไหล นำมาถ่ายเทให้กับน้ำที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอีกตัวหนึ่ง ทำให้น้ำเดือดกลายเป็นไอน้ำนำไปขับเครื่องกังหัน การใช้ฮีเลียมในวงจรกลางในการถ่ายเทความร้อน ก็เพื่อลด และป้องกันรังสีอันเกิดจากเชื้อเพลิงของไหลที่มีค่าสูง มิให้ปนเปื้อนไปกับน้ำ หรือไอน้ำที่นำไปขับเครื่องกังหัน
เนื่องจากความร้อนที่สะสมอยู่ที่เครื่องสะท้อน จำเป็นจะต้องมีการระบายออกโดยใช้สารระบายความร้อนคือ โซเดียมเหลว ซึ่งในระบบจะมีปั๊มสำหรับให้โซเดียมเหลวมีการไหลวนเวียนเหมือนเชื้อเพลิงของไหลเช่นเดียวกัน ความร้อนของโซเดียมเหลวที่รับจากเครื่องสะท้อน จะถูกนำมาถ่ายเทให้กับฮีเลียมที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน แล้วจึงไหลกลับเข้าไปในเตาปฏิกรณ์เพื่อรับความร้อนใหม่ สำหรับฮีเลียม เมื่อรับความร้อนแล้วจะถูกเครื่องเป่าให้ไหลเข้าไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอีกตัวหนึ่ง เพื่อถ่ายเทความร้อนให้กับน้ำเลี้ยงของหม้อน้ำ หลังจากนั้นจะไหลกลับมารับความร้อนที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนตัวเดิมอีก วนเวียนดังนี้เรื่อย ๆ ไป
14. การเลือกที่ตั้งและข้อดี-ข้อเสียของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์
การเลือกที่ตั้งของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ มีหัวข้อที่จะต้องนำมาพิจารณาดังต่อไปนี้
1. น้ำ จะเป็นจะต้องใช้เป็นจำนวนมากเช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ ดังนั้น จะต้องตั้งให้ใกล้กับแหล่งน้ำมากที่สุด มิฉะนั้นจะต้องมีการสร้างอ่างเก็บน้ำ ซึ่งจะทำให้เสียค่าใช้จ่ายเพิ่มมากขึ้น
2. จุดที่ตั้งโรงไฟฟ้า จะต้องให้ห่างจากแหล่งชุมชนมากที่สุด เพราะอันตรายจากกัมมันตรังสีที่เกิดขึ้น อาจมีการแพร่กระจายออกมาจากโรงไฟฟ้าได้
3. จุดศูนย์กลางโหลด จะต้องนำมาพิจารณาประกอบด้วยเช่นเดียวกัน เพราะถ้าหากโรงไฟฟ้าตั้งอยู่ไกลจากศูนย์กลางโหลดมาก จะทำให้เกิดปัญหาในเรื่องของการสูญเสียกำลังไฟฟ้าในสายส่ง รวมทั้งค่าใช้จ่ายในด้านสายส่งจะสูงมากขึ้นด้วย
4. การกำจัดของเสีย กากเชื้อเพลิงที่เกิดจากปฏิกริยานิวเคลียร์ หลังจากใช้งานแล้ว ยังคงมีกัมมันตรังสีอยู่ในตัว และเป็นอันตรายมาก จะต้องจัดระบบการกำจัดอย่างดี ซึ่งวิธีการกำจัด สามารถทำได้โดยนำไปทิ้งทะเลลึกห่างจากฝั่งมาก ๆ หรืออาจขุดฝังไว้ใต้ดินลึก ๆ
5. ทางเข้าโรงไฟฟ้า จะต้องมีการจัดเตรียมถนนที่จะนำอุปกรณ์ เครื่องมือ เครื่องใช้ ตลอดจนส่วนประกอบของเตาปฎิกรณ์ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เข้าไปยังจุดที่ตั้งได้โดยสะดวก
15. ข้อดีของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์
1. ค่าขนส่งเชื้อเพลิงน้อยมาก เมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้าชนิดอื่น
2. ให้กำลังงานมาก
3. ขนาดของโรงไฟฟ้าเล็ก เมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้าชนิดอื่น ที่มีขนาดกำลังงาน เท่ากัน
16. ข้อเสียของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์
1. เงินลงทุนสูง
2. รังสีที่อาจเกิดขึ้นจากการรั่วไหลในบริเวณโรงไฟฟ้า และสภาวะการทำงานเป็นอันตรายต่อสุขภาพของคนงาน
3. เตาปฎิกรณ์ไม่สามารถปรับเปลี่ยนตามสภาพการแปรค่าของโหลดได้ทันท่วงที ทำให้ประสิทธิภาพการทำงานไม่ดี
4. อัตราค่าจ้างคนงานแพง เพราะจะต้องใช้คนงาน 2 ชุด โดยชุดหนึ่งจะทำงาน 6 เดือน พัก 6 เดือน เพื่อลดอันตรายที่เกิดจากการสะสมของรังสีให้อยู่ในสภาวะปกติ
5. ค่าบำรุงรักษาและค่าดำเนินงานสูง
6. ต้องมีการสำรองเชื้อเพลิง เมื่อเกิดเหตุการณ์วิกฤติ เช่น มีปัญหาทางการเมืองหรือเกิดสงคราม อาจทำให้เชื้อเพลิงขาดแคลน หรือมีราคาสูง
7. ปัญหาในเรื่องการกำจัด ของเสีย หรือกากเชื้อเพลิง
แหล่งอ้างอิง.
