โรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์ต้องใช้เชื้อเพลิงแบบใด?
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เป็นโรงไฟฟ้าพลังความร้อนแบบหนึ่งที่ใช้แหล่งพลังงานความร้อนจากเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ในการผลิตไอน้ำแรงดันสูงจ่ายให้กับกังหันไอน้ำ กังหันไอน้ำจะไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตเป็นกระแสไฟฟ้าออกมา โดยเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ในการผลิตพลังงานนิวเคลียร์ สามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภทได้แก่ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบวิจัย (English: Research Reactor) ที่ใช้ประโยชน์จากนิวตรอนฟลักซ์ในการวิจัย และระบายความร้อนที่เกิดขึ้นออกสู่ชั้นบรรยากาศ และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์กำลัง (English: Power Reactor) ที่ใช้พลังความร้อนที่เกิดขึ้นเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์กำลัง มีขนาดใหญ่โตกว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์วิจัยเป็นอย่างมาก
เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
น้อยกว่า 1% ของยูเรเนียมที่พบในธรรมชาติเป็นไอโซโทปของ U-235 ที่สามารถทำปฏิกิริยาฟิชชั่นได้อย่างง่ายดายและด้วยเหตุนี้การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่ต้องใช้เชื้อเพลิงที่มีสมรรถนะสูง. สมรรถนะที่สูงนี้เกี่ยวข้องกับการเพิ่มขึ้นของจำนวนเปอร์เซ็นต์ของ U-235 และมักจะถูกทำด้วยวิธีการของการแตกตัวของแก๊ส(English: gaseous diffusion) หรือ การเหวี่ยงแก๊สเข้าสู่ศูนย์กลาง(English: gas centrifuge). ผลที่ไดจากการเสริมสมรรถนะจะถูกส่งต่อไปเปลี่ยนให้เป็นผงยูเรเนียมไดออกไซด์, ซึ่งจะถูกกดและยิงให้อยู่ในรูปแบบเม็ด. เม็ดเหล่านี้จะถูกวางซ้อนกันเป็นหลอดๆแล้วจะถูกปิดผนึกซึ่งจะเรียกมันว่าแท่งเชื้อเพลิง(English: fuel rod). หลายแท่งเชื้อเพลิงเหล่านี้จะถูกใช้ในแต่ละเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์. เชื้อเพลิงนิวเคลียร์
ยูเรเนียม 1 ตันสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้กว่า 45 ล้านกิโลวัตต์ 4 ชั่วโมง เทียบได้กับถ่านหิน 20,000 ตัน หรือก๊าซธรรมชาติ 30 ล้านลูกบาศก์เมตร โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
ระบบหล่อเย็นจะระบายความร้อนออกจากแกนเครื่องปฏิกรณ์และลำเลียงมันไปยังอีกพื้นที่หนึ่งของโรงงาน ในพื้นที่นี้พลังงานความร้อนสามารถถูกนำไปใช้ประโยชน์ในการผลิตไฟฟ้าหรือทำงานที่มีประโยชน์อื่นๆ โดยปกติตัวหล่อเย็นที่ร้อน(English: hot coolant) จะถูกใช้เป็นแหล่งจ่ายความร้อนสำหรับหม้อต้มน้ำ และแรงดันไอน้ำจากหม้อต้มน้ำนั้นจะเป็นกำลังขับกังหันไอน้ำหนึ่งเครื่องหรือมากกว่าที่จะไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า[10] ภัยพิบัติเชียร์โนบีล
โรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์เชียร์โนบีลตั้งอยู่ติดกับแม่น้ำ Pripyat ซึ่งป้อนเข้าสู่อ่างเก็บน้ำ Dnieper ซึ่งเป็นหนึ่งในระบบน้ำพื้นผิวที่ใหญ่ที่สุดในยุโรปซึ่งในเวลาหนึ่งจ่ายน้ำให้กับประชาชน 2.4 ล้านคนที่อาศัยอยู่เมืองเคียฟและยังคงอยู่ในภาวะน้ำท่วมในฤดูใบไม้ผลิเมื่ออุบัติเหตุเกิดขึ้น[116]:60 เพราะฉะนั้น การปนเปื้อนของสารกัมมันตรังสีของระบบน้ำจึงกลายเป็นปัญหาใหญ่ในทันทีหลังเกิดอุบัติเหตุ[117] ในพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบมากที่สุดของยูเครน ระดับของกัมมันตภาพรังสี (โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากกัมมันตรังสี 131I, 137Cs และ 90Sr) ในน้ำดื่มทำให้เกิดความกังวลในช่วงสัปดาห์หลายและหลายเดือนหลังจากที่เกิดอุบัติเหตุ[117] แม้ว่าอย่างเป็นทางการมันได้ถูกระบุว่าสารปนเปื้อนทั้งหมดได้ตกตะกอนลงไปด้านล่าง "ในขั้นตอนที่ไม่ละลายน้ำ" และจะไม่ละลายในอีก 800-1000 ปี[116]:64 คำแนะนำสำหรับระดับของรังสีในน้ำดื่มถูกยกให้สูงขึ้นชั่วคราวเป็น 3,700 Bq/ลิตร เป็นการยอมให้น้ำส่วนใหญ่ที่จะถูกรายงานว่าปลอดภัย[117] และอีกหนึ่งปีหลังจากที่เกิดอุบัติเหตุมันก็ถูกประกาศว่าแม้แต้น้ำจากบ่อระบายความร้อนของโรงงานเชียร์โนบีลก็อยู่ในบรรทัดฐานที่ยอมรับได้ ทั้งๆที่มีการประกาศดังกล่าว สองเดือนหลังจากที่เกิดภัยพิบัติ แหล่งน้ำประปาเมืองเคียฟถูกเปลี่ยนอย่างกะทันหันจาก Dnieper ไปเป็นแม่น้ำ Desna[116]:64–5 ในเวลาเดียวกัน กับดักตะกอนขนาดใหญ่ถูกสร้างขึ้น พร้อมกับผนังกั้นขนาดใหญ่ใต้ดินลึก 30 เมตรเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำบาดาลจากเครื่องปฏิกรณ์ที่ถูกทำลายไหลลงไปในแม่น้ำ Pripyat[116]:65–67 การเก็บพลังงาน
เชื้อเพลิงสารเคมีได้กลายเป็นรูปแบบที่โดดเด่นของการจัดเก็บพลังงาน, ทั้งในการผลิตไฟฟ้าและการขนส่งพลังงาน. เชื้อเพลิงสารเคมีที่ใช้กันทั่วไปได้แก่ถ่านหินที่ผ่านขบวนการแล้ว, น้ำมัน, เชื้อเพลิงดีเซล, ก๊าซธรรมชาติ, ก๊าซปิโตรเลียมเหลว (LPG), โพรเพน, บิวเทน, เอทานอล, และไบโอดีเซล. ทั้งหมดของวัสดุเหล่านี้จะถูกแปลงได้อย่างง่ายดายให้เป็นพลังงานกลและจากนั้นทำให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยการใช้เครื่องยนต์ความร้อน (ผ่านกังหันหรือเครื่องยนต์สันดาปภายในอื่น ๆ, หรือหม้อไอน้ำหรือเครื่องยนต์สันดาปภายนอกอื่น ๆ) เพื่อใช้ในการกำเนิดไฟฟ้า. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ความร้อนเกือบเป็นของสากล, มีตั้งแต่เครื่องยนต์ขนาดเล็กที่ผลิตไฟฟ้าได้ไม่กี่กิโลวัตต์ถึงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดยูทิลิตี้สเกลที่มีกำลังการผลิตได้ถึง 800 เมกะวัตต์. ข้อเสียที่สำคัญสำหรับเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนก็คือการปล่อยก๊าซเรือนกระจกของพวกมันอย่างมีนัยสำคัญที่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อนเช่นเดียวกับสารมลพิษที่สำคัญอื่น ๆ ที่ปล่อยออกมาจากแหล่งเชื้อเพลิงที่สกปรกเช่นถ่านหินและน้ำมัน. เศรษฐศาสตร์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใหม่
โดยทั่วไปโรงไฟฟ้​​าถ่านหินและโรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์มีชนิดเดียวกันของค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน (การดำเนินงานและการบำรุงรักษาบวกค่าเชื้อเพลิง) อย่างไรก็ตาม นิวเคลียร์มีค่าใช้จ่ายด้านเชื้อเพลิงที่ต่ำกว่า แต่มีค่าใช้จ่ายด้านการดำเนินงานและค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาที่สูงกว่า พลังงานนิวเคลียร์
การนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่อาจมีศักยภาพที่จะสามารถกู้คืนได้ถึง 95% ของยูเรเนียมและพลูโตเนียมที่เหลืออยู่ในเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้ว, ทำให้มันเป็นเชื้อเพลิงใหม่ผสมออกไซด์. ขบวนการนี้จะลดการผลิตกัมมันตภาพรังสีในระยะยาวภายในของเสียที่เหลือ, เนื่องจากผลิตภัณฑ์ที่ได้นี้เป็นผลิตภัณฑ์ฟิชชันอายุสั้นขนาดใหญ่และจะลดปริมาตรของมันลงกว่า 90%. การนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่ของเชื้อเพลิงจากเครื่องปฏิกรณ์พลเรือนปัจจุบันจะทำอยู่ในสหราชอาณาจักร, ฝรั่งเศส และ รัสเซีย(ในอดีต), เร็วๆนี้จะมีการปรับในประเทศจีนและอาจเป็นอินเดีย, และกำลังจะถูกดำเนินการในระดับกว้างในประเทศญี่ปุ่น. การนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่อย่างเต็มศักยภาพยังไม่ประสบความสำเร็จเพราะต้องใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบ breeder, ที่ยังไม่มีใช้ในเชิงพาณิชย์. ฝรั่งเศสได้อ้างถีงการนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่ที่​​ประสบความสำเร็จสูงสุด แต่ในปัจจุบัน มันทำการรีไซเคิลได้เพียง 28% (โดยมวล)ของการใช้เชื้อเพลิงต่อปีเท่านั้น, 7% ภายในฝรั่งเศสและอีก 21% ในรัสเซีย[146] เศรษฐศาสตร์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใหม่
Areva ซึ่งเป็นผู้ประกอบการโรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์ฝรั่งเศส เสนอว่า 70% ของค่ากระแสไฟฟ้าหนึ่งกิโลวัตต์ของไฟฟ้านิวเคลียร์คิดเป็นค่าใช้จ่ายคงที่จากขบวนการก่อสร้าง นักวิเคราะห์บางคน (ตัวอย่างเช่นสตีฟโทมัส ศาสตราจารย์การศึกษาพลังงานที่มหาวิทยาลัยกรีนิชในสหราชอาณาจักรที่กล่าวในหนังสือ'เครื่องจักรหายนะ' () เขียนโดยมาร์ตินโคเฮนและแอนดรู McKillop) แย้งว่าสิ่งที่มักจะไม่เป็นที่พอใจในการอภิปรายเกี่ยวกับเศรษฐศาสตร์พลังงานนิวเคลียร์ก็คือว่าค่าใช้จ่ายของผู้ถือหุ้น(ที่บริษัทใช้เงินของตัวเองเพื่อจ่ายสำหรับโรงไฟฟ้าแห่งใหม่)โดยทั่วไปจะสูงกว่าค่าใช้จ่ายส่วนหนี้ ประโยชน์ของการกู้ยืมเงินอีกอย่างหนึ่งอาจเป็นว่า "ทันทีที่ได้เงินกู้ขนาดใหญ่ที่อัตราดอกเบี้ยต่ำ - อาจจะได้รับการสนับสนุนจากรัฐบาล - เงินนั้นจะสามารถปล่อยให้ยืมออกได้ที่อัตราผลตอบแทนที่สูงกว่า"
"หนึ่งในปัญหาใหญ่ที่มีกับพลังงานนิวเคลียร์เป็นค่าใช้จ่ายเฉพาะหน้าที่มหาศาล เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้มีราคาแพงมากในการสร้าง ในขณะที่ผลตอบแทนอาจจะดีมาก แต่ก็ช้ามาก มันอาจจะใช้เวลาหลายทศวรรษที่จะได้คืนค่าใช้จ่ายเริ่มต้นนั้น เนื่องจากนักลงทุนจะมีสมาธิสั้น พวกเขาไม่ชอบที่จะรอนานขนาดนั้นเพื่อผลตอบแทนการลงทุนของพวกเขา"
เพราะค่าใช้จ่ายส่วนทุนมีขนาดใหญ่สำหรับพลังงานนิวเคลียร์และระยะเวลาการก่อสร้างค่อนข้างยาวก่อนที่จะมีรายได้กลับเข้ามา การดูแลค่าใช้จ่ายส่วนทุนของโรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์เป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการพิจารณาความสามารถในการแข่งขันด้านเศรษฐกิจของพลังงานนิวเคลียร์ การลงทุนสามารถมีส่วนร่วมประมาณ 70% ถึง 80% ของค่ากระแสไฟฟ้า อัตราคิดลดของกระแสเงินสด () ที่ถูกเลือกมาเพื่อคิดค่าใช้จ่ายส่วนทุนของโรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์ตลอดช่วงอายุการใช้งานของมันเป็นพารามิเตอร์ที่อาจขัดแย้งกันและมีความอ่อนไหวมากที่สุดที่มีต่อค่าใช้จ่ายโดยรวม พลังงานนิวเคลียร์
การผลิตต่อปีของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีแนวโน้มลดลงเล็กน้อยตั้งแต่ปี 2007, ลดลง 1.8% ในปี 2009 ลงมาที่ 2558 TWh หรือเพียง 13-14% ของความต้องการไฟฟ้าของโลก[89]. ปัจจัยหนึ่งในการลดลงของพลังงานนิวเคลียร์ตั้งแต่ปี 2007 คือเนื่องจากการปิดเป็นเวลานานของเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Kashiwazaki - Kariwa ในประเทศญี่ปุ่นหลังจากแผ่นดินไหวที่ นีงะตะ-Chuetsu-โอกิ.Kashiwazaki - Kariwa[89]. ภัยพิบัตินิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่ง
ผู้ประกอบการโรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์ทั่วโลกเริ่มที่จะติดตั้งตัวผสมไฮโดรเจนที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติแบบไม่ตอบโต้ () ซึ่งไม่ต้องใช้ไฟฟ้าในการทำงาน PARs ทำงานเหมือนมากกับเครื่องฟอกไอเสีย () กับไอเสียของรถยนต์ โดยมันจะเปลี่ยนก๊าซที่อาจทำให้เกิดการระเบิดเช่นไฮโดรเจนให้เป็นน้ำ ถ้าอุปกรณ์ดังกล่าวได้รับการติดตั้งที่ด้านบนของอาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟุกุชิมะหนึ่ง ในที่ซึ่งแก๊สไฮโดรเจนถูกเก็บเอาไว้ การระเบิดก็จะไม่เกิดขึ้นและการปลดปล่อยไอโซโทปกัมมันตรังสีก็จะมีน้อยมากน้อย เศรษฐศาสตร์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใหม่
โรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์ต้องใช้เชื้อเพลิงแบบฟิชชันได้ โดยทั่วไปเชื้อเพลิงที่ใช้เป็นยูเรเนียมแม้ว่าวัสดุอื่น ๆ ก็อาจใช้ได้ (ดูเชื้อเพลิง MOX หรือทอเรียม) ในปี 2005 ราคาในตลาดโลกสำหรับยูเรเนียมเฉลี่ยอยู่ที่ US$20/ปอนด์ (US$44.09/กิโลกรัม) เมื่อวันที่ 19 เมษายน 2007 ราคาสูงถึง US$113/ปอนด์ (US$249.12/kg) เมื่อวันที่ 2 กรกฎาคม 2008 ราคาได้ตกลงมาอยู่ที่ US$59/ปอนด์ พลังงานนิวเคลียร์
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นมีศักยภาพที่จะปลอดภัยมากกว่าและสร้างกากกัมมันตรังสีน้อยกว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชัน[280][281]. ปฏิกิริยาเหล่านี้ปรากฏว่ามีศักยภาพที่จะทำงานได้, แม้ว่าในทางเทคนิคค่อนข้างยากและยังต้องถูกสร้างขึ้นในขนาดที่สามารถถูกนำมาใช้ในโรงงานผลิตไฟฟ้าที่ทำงานได้. พลังงานฟิวชั่นได้อยู่ภายใต้การตรวจสอบในทางทฤษฎีและการทดลองตั้งแต่ปี 1950s. เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์
หมายถึง แร่ที่มีการแตกตัวของนิวเคลียสของธาตุซึ่งไม่เสถียร เนื่องจากมีพลังงานส่วนเกินอยู่ภายในนิวเคลียสมากจึงต้องถ่ายเทพลังงานส่วนเกินนี้ ออกมาเพื่อให้กลายเป็นอะตอมของธาตุที่เสถียร แร่นิวเคลียร์มี 2 ชนิดคือแร่กัมมันตภาพรังสี เป็นแร่ที่มีสมบัติในการปล่อยรังสีออกจากตัวเองอย่างต่อเนื่องตลอดเวลา ซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้เนื่องจากกัมมันตภาพรังสีที่ปล่อยออกมาเป๋นคลื่นสั้น ได้แก่ ยูเรเนียม ทอเรียม ส่วนอีกชนิดหนึ่งเป็นแร่ที่ไม่ส่งกัมมันตภาพรังสีออกมาใช้ประโยชน์ ในการควบคุมการแตกตัวของนิวเคลียสของแร่กัมมันตภาพรังสี ได้แก่ เมอริลและโคลัมเนียม เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบถังกรวด
เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบถังกรวด สามารถระบายความร้อนด้วยก๊าซ มีความดันต่ำกว่า ภายในแกนเครื่องปฏิกรณ์จึงไม่ต้องมีระบบท่อ โดยสารระบายความร้อนสามารถไหลผ่านไปตามช่องว่างระหว่างเม็ดเชื้อเพลิง เนื่องด้วยสารระบายความร้อนไม่มีองค์ประกอบของไฮโดรเจน ดังนั้นระบบท่อจึงไม่มีความเปราะที่เกิดจากนิวตรอนและไฮโดรเจน ก๊าซที่ใช้ ส่วนใหญ่เป็นก๊าซฮีเลียม เนื่องจากไม่ค่อยเกิดปฏิกิริยากับนิวตรอน จึงมีประสิทธิภาพสูงกว่าและมีกัมมันตภาพรังสีต่ำกว่าน้ำ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
หล่อเย็นด้วยตะกั่ว ตะกั่วเป็นโลหะเหลวที่ป้องกันรังสีได้ดีมากและช่วยให้สามารถดำเนินงานที่อุณหภูมิสูงมาก. นอกจากนี้ ตะกั่ว(ส่วนใหญ่)จะโปร่งใสกับนิวตรอน, ดังนั้น มีนิวตรอนน้อยมากที่จะหายไปในตัวหล่อเย็นและตัวหล่อเย็นก็ไม่เป็นกัมมันตรังสี. แตกต่างจากโซเดียม, ตะกั่วส่วนใหญ่จะเฉื่อย, จึงมีความเสี่ยงน้อยลงจากการระเบิดหรืออุบัติเหตุ, แต่ปริมาณมากขนาดนั้นอาจจะนำไปสู่​​ปัญหาจากพิษวิทยาและในมุมมองของการกำจัด. บ่อยครั้งที่เครื่องปฏิกรณ์ประเภทนี้จะใช้สารผสมตะกั่วบิสมัทยูเทคติก. ในกรณีนี้บิสมัทจะนำเสนอปัญหารังสีส่วนน้อยบางอย่าง, เนื่องจากมันค่อนข้างจะไม่โปร่งใสกับนิวตรอน, และสามารถแปรไปเป็นไอโซโทปกัมมันตรังสีมากขึ้นอย่างรวดเร็วกว่าตะกั่ว. เรือดำน้ำชั้นอัลฟ่าของรัสเซียใช้เครื่องปฏิกรณ์รวดเร็วหล่อเย็นด้วยตะกั่วบิสมัทเป็นโรงงานพลังงานหลักของมัน. หล่อเย็นด้วยโซเดียม LMFBRs ส่วนใหญ่จะเป็นประเภทนี้. โซเดียมค่อนข้างหาได้ง่ายและทำงานด้วยและก็ยังป้องกันไม่ให้เกิดการกัดกร่อนจริงในส่วนเครื่องปฏิกรณ์ต่างๆที่แช่อยู่ในตัวมัน. อย่างไรก็ตาม โซเดียมระเบิดอย่างรุนแรงเมื่อสัมผัสกับน้ำ, ดังนั้นต้องระมัดระวัง, แต่การระเบิดดังกล่าวจะไม่มีความรุนแรงมากไปกว่า (ตัวอย่าง) การรั่วไหลของของเหลวที่ร้อนอย่างมากจากเครื่องปฏิกรณ์น้ำวิกฤตยิ่งยวด (English: Supercritical water reactor (SCWR)) หรือ PWR EBR-I, เครื่องปฏิกรณ์ตัวแรกที่หลอมละลาย, จะเป็นประเภทนี้ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
เครื่องปฏิกรณ์แกนของเหลวเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แกนเป็นของเหลววงปิดที่วัตถุฟิชชั่นคือยูเรเนียมหลอมเหลวหรือสารละลายยูเรเนียมถูกหล่อเย็นด้วยแก๊สทำงานที่ถูกสูบเข้าไปผ่านหลุมหลายหลุมในฐานของถังบรรจุ เครื่องปฏิกรณ์แกนแก๊สเป็นรุ่นวงปิดของจรวดหลอดไฟนิวเคลียร์(English: nuclear lightbulb rocket) ที่วัตถุฟิชชั่นคือแก๊สยูเรเนียม hexafluoride ที่เก็บอยู่ในถังซิลิกาหลอมละลาย. แก๊สทำงาน (เช่นไฮโดรเจน) จะไหลไปรอบๆถังนี้และดูดซับแสงยูวีที่ผลิตโดยปฏิกิริยา. ในทางทฤษฎี การใช้ UF6 เป็นเชื้อเพลิงทำงานโดยตรง (แทนที่จะเป็นขั้นตอนแบบที่ทำตอนนี้) จะหมายถึงค่าใช้จ่ายของกระบวนการลดลง, และเครื่องปฏิกรณ์มีขนาดเล็กมาก. ในทางปฏิบัติ การเดินเครื่องปฏิกรณ์ที่ความหนาแน่นพลังงานสูงแบบนี้อาจจะผลิตฟลักซ์นิวตรอนไม่สามารถจัดการได้, ทำให้วัสดุเครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่อ่อนแอลง, และดังนั้นเมื่อฟลักซ์จะคล้ายกับที่คาดว่าจะเกิดในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่น, มันจะต้องมีวัสดุที่คล้ายกับพวกที่ถูกเลือกโดย 'สิ่งอำนวยความสะดวกวัสดุการฉายรังสีฟิวชั่นนานาชาติ'(English: International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF)) เครื่องปฏิกรณ์แกนแก๊ส EM. เหมือนกับในเครื่องปฏิกรณ์แกนแก๊ส แต่มีแผงโซลาร์เซลล์ที่แปลงแสงยูวีโดยตรงให้เป็นไฟฟ้า[33]. เครื่องปฏิกรณ์ฟิชชันบางส่วน ไฮบริดนิวเคลียร์ฟิวชั่น จะใช้นิวตรอนที่ปล่อยออกมาโดยฟิวชั่นเพื่อทำปฏิกิริยาฟิชชั่นกับ'ผ้าห่ม'ของวัสดุที่อุดมสมบูรณ์เช่น U-238 หรือ Th-232 และเปลี่ยนผ่าเหล่าเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้ว /กากนิวเคลียร์ของปฏิกรณ์อื่นๆให้เป็นไอโซโทปที่ค่อนข้างอ่อนโยนมากกว่า JET (พลังงานฟิวชั่น)
JET มีการติดตั้งด้วยอุปกรณ์ที่มีสิ่งอำนวยความสะดวกในการจัดการระยะไกล [6] เพื่อรับมือกับกัมมันตภาพรังสีที่ผลิตขึ้นโดยเชื้อเพลิง deuterium-tritium (D-T) ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงที่ถูกนำเสนอสำหรับรุ่นแรกของโรงไฟฟ้าพลังงานฟิวชั่น ในระหว่างที่การก่อสร้าง ITER ยังไม่เสร็จ JET ยังคงเป็นเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นที่มีขนาดใหญ่เท่านั้นที่มีสิ่งอำนวยความสะดวกที่อุทิศตนเพื่อการจัดการกับกัมมันตภาพรังสีที่ปล่อยออกมาจาก D-T ฟิวชั่น การผลิตพลังงานมีการทำลายสถิติโดยวิ่งจาก JET และ เตาปฏิกรณ์เพื่อการทดสอบปฏิกิริยาฟิวชั่น Tokamak (English: Tokamak Fusion Test Reactor (en:TFTR)) เมื่อใช้ส่วนผสมเชื้อเพลิง D-T ที่อัตราส่วน 50-50 เศรษฐศาสตร์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใหม่
ค่าใช้จ่ายของเชื้อเพลิงคิดเป็นประมาณ 28% ของค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานของโรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์ ณ ปี 2013 ครึ่งหนึ่งของค่าใช้จ่ายของเชื้อเพลิงเตาปฏิกรณ์ถูกใช้ไปในการเพิ่มสมรรถนะและการผลิต เพื่อให้ค่าใช้จ่ายของวัตถุดิบของยูเรเนียมเข้มข้นเป็นร้อยละ 14 ของค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน การเพิ่มขึ้นราคาของยูเรเนียมเป็นสองเท่าจะเพิ่มค่าใช้จ่ายในการผลิตไฟฟ้าในโรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์ที่มีอยู่เพียงประมาณ 10% และมากเพียงประมาณครึ่งหนึ่ง(5%)ที่จะเพิ่มเข้าไปในค่ากระแสไฟฟ้าในโรงไฟฟ้​​าในอนาคต การดักจับและการจัดเก็บคาร์บอน
พลังงานเพิ่มเติมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการดักจับ CO และนี่หมายความว่าต้องใช้น้ำมันเชื้อเพลิงมากขึ้นเพื่อที่จะผลิตพลังงานจำนวนเท่าเดิม ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของโรงไฟฟ้า สำหรับโรงไฟฟ้าใหม่แบบซุปเปอร์วิกฤตที่ใช้ผงถ่านหินและใช้เทคโนโลยีในปัจจุบัน ความต้องการพลังงานเพิ่มเติมจะอยู่ในช่วง 24-40% ในขณะที่โรงไฟฟ้าแบบก๊าซธรรมชาติวงรอบผสม (NGCC) จะอยู่ในช่วง 11-22% และสำหรับระบบเปลี่ยนถ่านหินเป็นก๊าซวงรอบผสม (IGCC) จะอยู่ในช่วง 14-25% [IPCC 2005] เห็นได้ชัดว่าการใช้เชื้อเพลิงและปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกิดขึ้นจากการทำเหมืองแร่และการสกัดถ่านหินหรือก๊าซทำให้เกิดปัญหาเพิ่มขึ้นสอดคล้องกัน โรไฟฟ้าที่ติดตั้งระบบกำจัดซัลเฟอร์ในก๊าซไอเสีย () สำหรับการควบคุมก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ก็ต้องการหินปูนในปริมาณที่มากขึ้นตามสัดส่วน และระบบที่ติดตั้งระบบการลดตัวเร่งปฏิกิริยาแบบคัดเลือก () สำหรับการลดไนโตรเจนออกไซด์ที่ถูกผลิตขึ้นในระหว่างการเผาไหม้ต้องใช้แอมโมเนียในปริมาณที่มากขึ้นตามสัดส่วน พลังงานนิวเคลียร์ในประเทศไทย
ในด้านความปลอดภัยนั้น บรรดานักวิชาการและผู้ที่เกี่ยวข้องต่างก็ตระหนักถึงภัยอันตรายจากรังสีเป็นอย่างดีไม่ยิ่งหย่อนไปกว่าประชาชน ฉะนั้น การจะนำพลังงานนิวเคลียร์มาใช้ จำเป็นต้องพยายามหาทางป้องกันทุกวิถีทางที่จะมิให้เกิดอันตรายขึ้น การออกแบบระบบปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้ระดมมาตรการความปลอดภัยไว้หลายขั้น คือนอกจากนี้ ถึงแม้จะมีสารกัมมันตรังสีหลุดออกมาจากยูเรเนียมซึ่งถูกอัดให้เป็นเม็ดได้บ้าง ก็จะถูกขังไว้ภายในแท่งเชื้อเพลิงซึ่งทำด้วยโลหะห่อหุ้มอยู่ และยังมีหม้อปฏิกรณ์ซึ่งทำด้วยเหล็กหนาประมาณ 6 นิ้ว หุ้มอยู่อีกชั้นหนึ่ง รวมทั้งยังมีอาคารคลุมปฏิกรณ์ซึ่งเป็นอาคาร 2 ชั้น และมีความแข็งแรงทนทานต่อแรงแผ่นดินไหวและขีปนาวุธชนได้อาคารชั้นนอกจะทำด้วยคอนกรีตเสริมเหล็กหนาประมาณ 1 เมตร ดังนั้น โอกาสที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะปล่อยรังสีออกสู่สิ่งแวดล้อม หรือการระเบิดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จึงเป็นไปได้ค่อนข้างยาก เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
เครื่องปฏิกรณ์ร้อนโดยทั่วไปขึ้นอยู่กับยูเรเนียมที่ถูกกลั่นและเสริมสมรรถนะ. บางเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สามารถทำงานด้วยส่วนผสมของพลูโตเนียมและยูเรเนียม (ดู MOX). กระบวนการที่แร่ยูเรเนียมถูกขุดขึ้นมา, ผ่านกระบวนการผลิต, เสริมสมรรถนะ, ถูกนำไปใช้งาน, อาจจะถูกแปรสภาพและจำหน่ายทิ้งไป, เหล่านี้เป็นที่รู้จักกันว่าเป็นวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ พลังงานทดแทน
โดยเชื้อเพลิงที่ใช้ในโรงไฟฟ้าก็คือ แก๊สมีเทน ซึ่งได้มาจากการย่อยสลายของกองขยะและสิ่งปฏิกูลตามธรรมชาติ ซึ่งจะสามารถลดการปล่อยแก๊สที่ทำให้เกิดภาวะเรือนกระจกจากการเผา และยังสามารถลดการใช้เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ (Fossil fuel) ที่จะนำมาใช้ในการผลิตไฟฟ้าได้อีกด้วย โดยทางประเทศเกาหลีใต้กล่าวว่า โรงไฟฟ้าพลังงานขยะจะสามารถลดการนำเข้าน้ำมันของประเทศได้เป็นจำนวนมาก รวมถึงการลดปริมาณการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้กว่า 1.37 ล้านตันต่อปี พลังงานนิวเคลียร์ในประเทศไทย
ตามแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 7 (พ.ศ. 2535 - 2539) ได้มีการระบุไว้ในแผนพัฒนาพลังงานฯว่า "…ให้มีการพิจารณาศึกษาความเหมาะสมในการนำพลังงานนิวเคลียร์มาใช้ประโยชน์ในการผลิตกระแสไฟฟ้าทั้งทางเศรษฐศาสตร์ เทคโนโลยี และความปลอดภัย…" ดังนั้น จังมีการพิจารณาที่จะนำโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มาใช้ในประเทศไทย โดยพิจารณาจากความจำเป็น 2 ประการ คือ
ดังนั้น จากเหตุผลที่กล่าวมา ประกอบกับการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จำเป็นต้องใช้เวลาดำเนินการล่วงหน้าเป็นเวลานานประมาณ 12 ปี จึงจะสามารถก่อสร้างเสร็จเดินเครื่องจ่ายไฟฟ้าให้ทันความต้องการได้ ในปัจจุบันจึงได้มีการพิจารณาที่จะนำโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มาใช้ภายในประเทศเป็นอีกทางเลือกหนึ่ง และเพื่อให้เกิดความมั่นใจและภาคภูมิใจยิ่งขึ้นว่า หากเลือกโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มาใช้ในการแก้ปัญหาด้านพลังงานของชาติจะเป็นการตัดสินใจที่ถูกต้อง จึงควรที่จะได้พิจารณาถึงปัจจัยด้านเศรษฐกิจ ความปลอดภัย และสิ่งแวดล้อมด้วย ภัยพิบัตินิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่ง
ระบบการกรองแบบไม่ใช้ไฟฟ้าในเส้นทางการระบายอากาศของอาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์ หรือที่เรียกว่าระบบระบายอากาศอาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์แบบกรอง () สามารถจับสารกัมมันตรังสีได้อย่างปลอดภัย มันจึงช่วยให้ลดแรงดันของแกนเครื่องปฏิกรณ์ ด้วยไอน้ำและไฮโดรเจนถูกระบายออกไปโดยมีการปล่อยกัมมันตภาพรังสีน้อยที่สุด การกรองโดยใช้ระบบถังน้ำจากภายนอกเป็นระบบที่มีการจัดทำมากที่สุดในประเทศยุโรป ที่มีถังเก็บน้ำติดตั้งในตำแหน่งด้านนอกอาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์ ในเดือนตุลาคมปี 2013 เจ้าของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ Kashiwazaki-Kariwa เริ่มการติดตั้งตัวกรองเปียกและระบบความปลอดภัยอื่น ๆ คาดว่าจะเสร็จสมบูรณ์ในปี 2014 ระบบการจ่ายไฟฟ้าแก่ทางรถไฟ
แหล่งพลังงานที่ไม่เหมาะสมสำหรับการผลิตไฟฟ้าเคลื่อนที่เช่นพลังงานนิวเคลียร์, แต่โรงไฟฟ้าพลังน้ำ, หรือพลังงานลมสามารถนำมาใช้ได้ ตามที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางทั่วโลกของปริมาณพลังงานสำรอง สำรองของเชื้อเพลิงเหลวมีน้อยกว่าก๊าซและถ่านหินมาก (ที่ 42, 167 และ 416 ปีตามลำดับ) ประเทศส่วนใหญ่ที่มีเครือข่ายรถไฟขนาดใหญ่ที่ไม่ได้มีน้ำมันสำรองอย่างมีนัยสำคัญแต่ผู้ที่มี, เช่นประเทศสหรัฐอเมริกาและสหราชอาณาจักร ได้ใช้น้ำมันสำรองของตนออกไปมากและได้รับความเดือดร้อนการส่งออกน้ำมันที่ลดลงมานานหลายทศวรรษ ดังนั้นนอกจากนี้ยังมีแรงจูงใจทางเศรษฐกิจที่แข็งแกร่งเพื่อทดแทนเชื้อเพลิงอื่น ๆ แทนน้ำมัน รถไฟกระแสไฟฟ้ามักจะถือว่าเป็นเส้นทางสำคัญที่มีต่อการปฏิรูปรูปแบบการบริโภค. พลังงานนิวเคลียร์
จากจุดยืนด้านความปลอดภัย, พลังงานนิวเคลียร์, ในแง่ของการสูญเสียชีวิตต่อหน่วยไฟฟ้าที่ผลิต, มีจำนวนการเสียชีวิตที่เท่ากับและในหลายกรณีต่ำกว่าหลายแหล่งพลังงานหมุนเวียน[75][76][216]. อย่างไรก็ตาม ไม่มีเชื้อเพลิงใช้แล้วที่มีกัมมันตรังสีที่ต้องมีการจัดเก็บหรือการนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่สำหรับแหล่งพลังงานหมุนเวียนแบบเดิม[217]. โรงงานนิวเคลียร์จะต้องถูกรื้อและเคลื่อนย้ายออกไป. โรงงานนิวเคลียร์ที่ถูกรื้อออกเป็นชิ้นจะต้องถูกเก็บไว้ที่เก็บกากนิวเคลียร์ใต้ดิน[218]. พลังงานนิวเคลียร์
ดังที่ได้ระบุไว้แล้ว, ในอุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ในประเทศตะวันตกมีประวัติของการก่อสร้างล่าช้า, ค่าใช้จ่ายสูงเกินงบ, การยกเลิกการก่อสร้างโรงงาน, และปัญหาด้านความปลอดภัยนิวเคลียร์แม้จะมีเงินอุดหนุนและการสนับสนุนจากรัฐอย่างมีนัยสำคัญ[240][241][242][243]. ในเดือนธันวาคม 2013, นิตยสารฟอร์บรายงานว่าในประเทศที่พัฒนาแล้ว "เครื่องปฏิกรณ์ไม่ได้เป็นแหล่งที่มีศักยภาพของพลังงานใหม่"[244]. แม้ในประเทศที่พัฒนาแล้วที่พวกเขาตัดสินใจด้านเศรษฐกิจได้ดี, มันก็ยังเป็นไปไม่ได้เพราะ "ค่าใช้จ่ายมหาศาลของนิวเคลียร์, การเมืองและเป็นที่นิยมฝ่ายค้าน และความไม่แน่นอนของกฎระเบียบ"[244]. มุมมองนี้ะสะท้อนกับคำพูดของอดีตซีอีโอของ Exelon จอห์น โรว์ ที่บอกว่าในปี 2012 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใหม่ "ไม่ make sense แต่อย่างใดในตอนนี้"และจะไม่เป็นไปได้ในเชิงเศรษฐกิจในอนาคตอันใกล้[244]. จอห์น Quiggin อาจารย์เศรษฐศาสตร์ยังกล่าวว่าปัญหาหลักของทางเลือกนิวเคลียร์ก็คือว่ามันเป็นไปไม่ได้ทางเศรษฐศาสตร์. Quiggin กล่าวอีกว่าเราจำเป็นต้องมีการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและการค้าพลังงานหมุนเวียนมากขึ้น[152]. อดีตสมาชิก NRC ปีเตอร์ แบรดฟอร์ดและศาสตราจารย์เอียน โลว์ได้กล่าวเมื่อเร็ว ๆ นี้คล้ายกัน[245][246]. อย่างไรก็ตาม "เชียร์ลีดเดอร์นิวเคลียร์" และ lobbyists ในประเทศตะวันตกบางคนยังคงสนับสนุนเครื่องปฏิกรณ์, มักจะด้วยการนำเสนอการออกแบบใหม่ แต่ยังไม่เคยถูกทดลองอย่างกว้างขวางเพื่อเป็นแหล่งที่มาของพลังงานใหม่ [244][245][247][248][249][250][251]. พลังงานนิวเคลียร์
ฝ่ายเสนอของพลังงานนิวเคลียร์ยืนยันว่าพลังงานนิวเคลียร์เป็นแหล่งพลังงานที่ยั่งยืนที่ช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนและเพิ่มความมั่นคงด้านพลังงานโดยการลดการพึ่งพาแหล่งพลังงานที่นำเข้า[14]. ผู้เสนอยังอ้างต่อไปว่าพลังงานนิวเคลียร์แทบจะไม่ผลิตมลพิษทางอากาศทั่วไปอย่างสื้นเชิง, เช่นก๊าซเรือนกระจกและหมอกควัน, ในทางตรงกันข้ามกับทางเลือกหลักที่นำโดยเชื้อเพลิงฟอสซิล[191]. พลังงานนิวเคลียร์สามารถผลิตพลังงานที่มีพื้นฐานจากโหลดแตกต่างจากพลังงานหมุนเวียนจำนวนมากที่มีแหล่งพลังงานที่ไม่สม่ำเสมอ, ขาดวิธีในการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่และราคาถูก[192]. M. King Hubbert เห็นว่าน้ำมันเป็นทรัพยากรที่จะหมดไปและเสนอพลังงานนิวเคลียร์เป็นแหล่งพลังงานทดแทน[193]. ฝ่ายเสนออ้างต่อไปอีกว่าความเสี่ยงในการจัดเก็บขยะมีน้อยและสามารถจะลดลงไปได้อีกโดยใช้เทคโนโลยีใหม่ล่าสุดในเครื่องปฏิกรณ์รุ่นใหม่, และสถิติความปลอดภัยในการดำเนินงานในโลกตะวันตกก็ดีเลิศเมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้​​าชนิดอื่นๆที่สำคัญ [194]. เชื้อเพลิงนิวเคลียร์
ผง UO จะนำไปอัดเป็นเม็ดคล้ายแท่งชอล์ก ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณหนึ่งเซนติเมตร ยาวประมาณสองเซนติเมตร และนำไปบรรจุในท่อขนาดความยาวประมาณ 4 เมตรที่ทำด้วยโลหะผสมเซอร์โคเนียม เรียกว่า ท่อเซอร์คัลลอยด์ ซึ่งมีคุณสมบัติทนทานต่อแรงกดดันสูง และความร้อน รวมทั้งการกัดกร่อนเป็นพิเศษ และที่สำคัญคือคุณสมบัติการดูดซับนิวตรอนต่ำ แท่งเชื้อเพลิงนี้จะนำไปอัดก๊าซฮีเลียม เพื่อช่วยพาความร้อนได้ดียิ่งขึ้น พลังงานนิวเคลียร์
ตัวอย่างเช่น OECD ได้กำหนดว่า ด้วยรอบเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์รวดเร็ว (English: fast reactor) ที่บริสุทธ์ ที่มีการเผาไหม้ของ, และการรีไซเคิลของ, ยูเรเนียมและ actinides ทั้งหมด, actinides ซึ่งปัจจุบันสร้างสารอันตรายมากที่สุดในกากนิวเคลียร์, จะมีมูลค่าของ ยูเรเนียมในทรัพยากรและแร่ฟอสเฟตธรรมดาโดยรวมถึง 160,000 ปี[101]. อ้างอิงจาก red book ของ OECD ในปี 2011, อันเนื่องมาจากการสำรวจที่เพิ่มขึ้น, แหล่งแร่ยูเรเนียมที่รู้จักได้เติบโตขึ้น 12.5% ตั้งแต่ปี 2008, ด้วย การเพิ่มขึ้นนี้ แปลได้ว่าจะมียูเรเนียมมากกว่าหนึ่งศตวรรษ ถ้าอัตราการใช้โลหะที่จะยังคงอยู่ในระดับของปี 2011[102][103]. เชื้อเพลิงนิวเคลียร์
การผลิตพลังงานของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เกิดจากปฏิกิริยาแตกตัว โดยการยิงอนุภาคนิวตรอนพลังงานต่ำเข้าชนนิวเคลียสของยูเรเนียม-235 ทำให้นิวเคลียสแตกตัวพร้อมให้พลังงานความร้อนมหาศาลกว่า 200 Mev (ล้านอิเล็กตรอนโวลต์) และเกิดอนุภาคนิวตรอนใหม่ ซึ่งจะไปทำปฏิกิริยาลูกโซ่ต่อไป พลังงานนิวเคลียร์
เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นเพียงส่วนหนึ่งของวงจรชีวิตสำหรับพลังงานนิวเคลียร์. กระบวนการเริ่มต้นด้วยการทำเหมืองแร่ (ดูการทำเหมืองแร่ยูเรเนียม). แร่ยูเรเนียมอยู่ใต้ดิน, เหมืองแร่อาจเป็นแบบเปิดหน้าหลุมหรือการกรองในแหล่งกำเนิด. ไม่ว่าในกรณีใดก็ตาม แร่ยูเรเนียมจะถูกสกัด, มักจะถูกแปลงให้เป็นรูปแบบที่มีความเสถียรและมีขนาดกะทัดรัด เช่น yellowcake จากนั้นจะถูกเคลื่อนย้ายไปยังสถานที่ทำกระบวนการ. ที่นี่ yellowcake จะถูกแปลงเป็น hexafluoride ยูเรเนียม ซึ่งจะถูกทำให้มีสมรรถนะสูงโดยใช้เทคนิคต่างๆ. ณ จุดนี้ยูเรเนียมที่มีสมรรถนะสูงจะมี U-235 ตามธรรมชาติมากกว่า 0.7% จะถูกนำมาใช้ทำแท่งเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์ที่มีองค์ประกอบและรูปทรงเรขาคณิตที่เหมาะสม. แท่งเชื้อเพลิงจะใช้งานได้ประมาณ 3 รอบการดำเนินงาน (ปกติรวม 6 ปีในขณะนี้)ภายในเครื่องปฏิกรณ์, โดยทั่วไปจนถึงประมาณ 3 % ของยูเรเนียมของพวกมันจะถูกฟิชชันไป, จากนั้นพวกมันจะถูกย้ายไปยังจุดรวมเชื้อเพลิงใช้แล้ว, ที่จุดนี้ไอโซโทปอายุสั้นที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิชชันจะสามารถสลายตัวไป. หลังจากนั้นประมาณ 5 ปีที่ อยู่ในจุดรวมเชื้อเพลิงใช้แล้ว, เชื้อเพลิงที่ใช้แล้วนี้จะถูกทำให้เย็นลงโดยวิธีกัมมันตภาพรังสีเพื่อให้อุณหภูมิลดลงพอที่จะจัดการได้ และมันจะถูกย้ายไปยังถังเก็บแห้งหรือไปแปรสภาพ (English: reprecess). พลังงานนิวเคลียร์
ความเป็นไปได้อีกทางหนึ่งก็คือ การใช้ทอเรียมในเครื่องปฏิกรณ์ที่ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับทอเรียม (แทนที่จะผสมทอเรียมด้วยยูเรเนียมและพลูโตเนียม (เช่นในเครื่องปฏิกรณ์ที่กำลังใช้งานอยู่). เชื้อเพลิงทอเรียมที่ใช้แล้วยังคงมีกัมมันตรังสีเพียงไม่กี่ร้อยปีแทนที่จะเป็นนับหมื่นปี[129]. กากกัมมันตรังสี
มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องแยกแยะกระบวนการ () ของยูเรเนียมที่จะทำเป็นเชื้อเพลิงออกจากการนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่ () ของเชื้อเพลิงใช้แล้ว เชื้อเพลิงใช้แล้วประกอบด้วยผลผลิตจากฟิชชันที่มีกัมมันตรังสีสูง (ดูของเสียระดับสูงด้านล่าง) ผลผลิตเหล่านี้จำนวนมากจะเป็นตัวดูดซับนิวตรอนที่เรียกว่า'neutron poison'ในบริบทนี้ นิวตรอนพอยซันเหล่านี้ในที่สุดจะสะสมจนถึงระดับที่พวกมันดูดซับนิวตรอนจำนวนมากซะจนทำให้ปฏิกิริยาลูกโซ่หยุด แม้ว่าแท่งควบคุม (ตัวดูดซับ)จะถูกดึงออกจนหมดแล้วก็ตาม ณ จุดนั้น เชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์จะต้องถูกเปลี่ยนด้วยเชื้อเพลิงใหม่สด แม้ว่าจะยังคงมีปริมาณของยูเรเนียม-235 และพลูโทเนียมเหลืออยู่อีกมาก ในสหรัฐอเมริกา เชื้อเพลิงที่ใช้แล้วนี้จะถูกเก็บไว้ ในขณะที่ในบางประเทศเช่นรัสเซีย สหราชอาณาจักรฝรั่งเศส ญี่ปุ่นและอินเดีย เชื้อเพลิงนี้จะมีการนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่เพื่อลบล้างผลผลิตจากฟิชชั่นออก แล้วนำเชื้อเพลิงนั้นกลับมาใช้ใหม่ การนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่นี้เกี่ยวข้องกับการจัดการสารกัมมันตรังสีสูง และผลิตภัณฑ์ที่ถุกแยกออกจากเชื้อเพลิงจะมีรูปแบบของเสียที่เข้มข้นในระดับสูงเหมือนกับสารเคมีที่ใช้ในกระบวนการทั่วไป ในขณะที่ประเทศเหล่านี้ทำการนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่ของเชื้อเพลิงโดยรีไซเคิลพลูโตเนียมเพียงรอบเดียว อินเดียเป็นประเทศเดียวที่รู้กันว่ามีการวางแผนที่จะรีไซเคิลพลูโตเนียมหลายรอบ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มี 2 ชนิด คือ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
U-235 ที่ฟิชชั่นได้และไม่ฟิชชั่นแต่สามารถทำให้ฟิชชั่นได้และ U-238 ที่อุดมสมบูรณ์ทั้งหมดนี้ใช้ในกระบวนการฟิชชัน. U-235 สามารถทำให้ฟิชชั่นได้โดยนิวตรอนร้อน (หรือเคลื่อนไหวช้า). นิวตรอนร้อนเป็นตัวที่มีการเคลื่อนไหวประมาณความเร็วเดียวกับอะตอมที่อยู่รอบตัวมัน. เนื่องจากอะตอมทั้งหมดจะสั่นเป็นสัดส่วนกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ของพวกมัน, นิวตรอนร้อนมีโอกาสที่ดีที่สุดที่จะฟิชชั่น U-235 เมื่อมันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเดียวกันกับการสั่นนี้. ในอีกด้านหนึ่ง U-238 มีแนวโน้มที่จะจับนิวตรอนเมื่อนิวตรอนที่มีการเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วมาก. อะตอมของ U-239 นี้จะสลายตัวในไม่ช้าเป็นพลูโตเนียม-239 ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงอีกแบบหนึ่ง. Pu-239 เป็นเชื้อเพลิงทำงานได้และต้องมีหน้าที่รับผิดชอบแม้ว่าเมื่อเชื้อเพลิงยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูงจะถูกนำมาใช้. การฟิชชั่นของพลูโตเนียมจะมีอิทธิพลเหนือการฟิชชั่นของ U-235 ในเครื่องปฏิกรณ์บางตัว, โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจาก U-235 ที่ถูกจ่ายให้ตอนแรกถูกนำไปใช้แล้ว. พลูโตเนียมสามารถฟิชชั่นได้ทั้งแบบนิวตรอนเร็วและนิวตรอนร้อนซึ่งทำให้มันเหมาะสำหรับทั้งเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หรือระเบิดนิวเคลียร์. เศรษฐศาสตร์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใหม่
ความคิดเห็นอิสระไม่ค่อยแสดงให้เห็นว่าโรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์มีความจำเป็นต้องมีราคาแพงมาก แต่กลุ่มต่อต้านนิวเคลียร์ทำการผลิตรายงานบ่อยที่บอกว่าค่าใช้จ่ายของการใช้พลังงานนิวเคลียร์จะสูงอย่างจำกัด แม้จะมีความจริงที่ว่าค่าใช้จ่ายในการผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์ในฝรั่งเศสจะเป็นประมาณครึ่งหนึ่งของที่ใช้ในประเทศเยอรมนีและเดนมาร์ก ในออนตาริโอ ไฟฟ้าจากพลังน้ำ () และจากนิวเคลียร์มีค่าใช้จ่ายทิ้งห่างในการผลิตที่ถูกที่สุดที่ 4.3c/kWh และ 5.9c/kWh ตามลำดับในขณะที่ค่าใช้จ่ายพลังงานแสงอาทิตย์มีราคาสูงถึง 50.4c/kWh ค่าใช้จ่ายของพลังงานนิวเคลียร์ยังต้องมีการเปรียบเทียบกับของทางเลือก ถ้ามันพิสูจน์ว่ามันเป็นไปได้ที่จะย้ายไปสู่​​เศรษฐกิจคาร์บอน ชุมชนจะต้องตอบสนองต่อค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนแหล่งพลังงาน หลายประเทศรวมทั้งรัสเซีย, เกาหลีใต้, อินเดีย, และจีนได้ทำอย่างต่อเนื่องที่จะไล่ตามการสร้างโรงไฟฟ้าใหม่ ทั่วโลก ณ เดือนมกราคมปี 2015 มีโรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์ 71 โรงอยู่ระหว่างการก่อสร้างใน 15 ประเทศ อ้างอิงตาม IAEA จีนมี 25 เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ระหว่างการก่อสร้างและมีแผนที่จะสร้างมากขึ้น อย่างไรก็ตาม อ้างอิงถึงหน่วยวิจัยของรัฐบาล จีนต้องไม่สร้าง "เครื่องปฏิกรณ์พลังงานนิวเคลียร์มากเกินไปอย่างเร็วเกินไป" เพื่อหลีกเลี่ยงการขาดแคลนเชื้อเพลิง อีกทั้งอุปกรณ์และคนงานโรงงานที่มีคุณภาพ จรวด
เชื้อเพลิงจรวดเป็นมวลสารเชื้อเพลิงที่เป็นของเหลวในอุณหภูมิต่ำมาก ๆ และมีความดันสูงมาก และได้ถูกกักเก็บเอาไว้มักจะอยู่ในรูปแบบของถังหรือท่อรูปทรงกระบอกที่มีเอาไว้กักเก็บเชื้อเพลิงก่อนที่จะถูกนำออกมาใช้เป็นมวลสารขับดันที่จะเกิดการสันดาปเกิดเป็นเปลวไฟก๊าซร้อนความดันสูงมากและพุ่งออกมาจากด้านท้ายของเครื่องยนต์จรวดในรูปแบบของลำของไหลไอพ่นเพื่อสร้างให้เกิดแรงผลักดันให้ลำตัวจรวดพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม จรวดเคมีมักจะใช้เชื้อเพลิงจรวดเป็นเชื้อเพลิง เช่น ไฮโดรเจนเหลวหรือน้ำมันก๊าดที่ถูกเผาไหม้ด้วยตัวช่วยสันดาปเช่นออกซิเจนเหลวหรือกรดไนตริกในการสร้างให้เกิดก๊าซร้อนมากในปริมาณมาก ๆ ตัวออกซิไดซ์หรือตัวช่วยในการเผาไหม้จะเป็นทั้งที่ถูกเก็บรักษาไว้แยกต่างหากและนำมาผสมกันในห้องเผาไหม้, หรือนำมาผสมกันแบบสำเร็จรูป, เพื่อใช้ทำเป็นจรวดเชื้อเพลิงแข็ง เชื้อเพลิง
      ก๊าซธรรมชาติหรือก๊าซเอ็น.จี.วี เป็นเชื้อเพลิงที่มีสารประกอบไฮโดรคาร์บอน โดยมีธาตุคาร์บอนกับธาตุไฮโดรเจนจับตัวกันเป็นโมเลกุลเช่นเดียวกับน้ำมัน ธาตุสองชนิดนี้จะรวมตัวกันในสัดส่วนของอะตอมที่แตกต่างกันและให้สารประกอบที่ต่างกันด้วย โดยเริ่มตั้งแต่ก๊าซมีเทน ซึ่งประกอบไปด้วยคาร์บอน 1 อะตอม และโฮโดรเจน 6 อะตอมจะได้สารประกอบชื้อมีเทน เป็นเช่นนี้ไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งระดับคาร์บอนเพิ่มเป็น 8 อะตอม และไฮโดรเจน 18 อะตอม สารประกอบที่ได้จะมีชื่อว่าออกเทน  เชื้อเพลิงนิวเคลียร์
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ให้ความร้อนโดยอาศัยปฏิกิริยาแตกตัว (Nuclear fission) แตกต่างจากเชื้อเพลิงทั่วไป ซึ่งให้ความร้อนโดยกระบวนการสันดาป นอกจากนี้ยังมีลักษณะเด่น ดังนี้การจัดการเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ถูกต้องเหมาะสม จะต้องดำเนินการเป็นวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ คือ กระบวนการนำยูเรเนียม-233 มาแปลงสภาพให้อยู่ในรูปเชื้อเพลิงโดยเริ่มจากการทำเหมือง การสกัด การแปลงสภาพ การทำให้เข้มข้น การสร้างและการประกอบมัดเชื้อเพลิง และการจัดการเชื้อเพลิงใช้งาน กากกัมมันตรังสี
กากกัมมันตรังสีทั่วไปจากการดำเนินการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่มาจาก กระดาษและวัสดุที่ใช้กรองอากาศ การทำความสะอาดระบบระบายความร้อน บ่อเก็บแท่งเชื้อเพลิงใช้แล้ว การขจัดความเปรอะเปื้อนทางรังสีของอุปกรณ์และเสื้อผ้าขณะปฏิบัติงานซ่อมบำรุง เป็นต้น กากกัมมันตรังสีเหล่านี้มีปริมาณมาก ประมาณปีละ 200 – 600 ลูกบาศก์เมตร แต่เป็นกากกัมมันตรังสีระดับรังสีปานกลางและระดับรังสีต่ำ ซึ่งสามารถสลายตัวได้อย่างรวดเร็ว เครื่องยนต์จรวด
จรวดเชื้อเพลิงเดี่ยว (Monopropellant rockets) เป็นจรวดที่ใช้เพียงหนึ่งเชื้อเพลิง, สลายตัวไปด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst) เชื้อเพลิงเดี่ยวที่พบมากที่สุดคือไฮดราซีน (hydrazine) และไฮโดรเจนเพอร์ออกไซด์ (hydrogen peroxide) เครื่องยนต์จรวด
ความร้อนที่เกิดจากเชื้อเพลิงขับดันจรวดควรจะมีอุณหภูมิสูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (การใช้เชื้อเพลิงพลังงานสูงที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนและคาร์บอนและบางครั้งก็เป็นโลหะเช่นอะลูมิเนียม, หรือแม้กระทั่งการใช้พลังงานนิวเคลียร์) โดยใช้ก๊าซความหนาแน่นจำเพาะต่ำ (เช่นไฮโดรเจนที่มีอยู่มากมายเท่าที่จะหาได้) การใช้เชื้อเพลิงซึ่งเป็นหรือสลายตัวไปเป็นโมเลกุลได้ง่าย ๆ ด้วยไม่กี่องศาอิสระของการแปรเปลี่ยนไปเป็นความเร็วที่เพิ่มขึ้น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบถังกรวด
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบถังกรวด เป็นการรวมความก้าวหน้าทางวิศวกรรมนิวเคลียร์ 2 อย่างเข้าด้วยกัน คือ การใช้แกนเครื่องปฏิกรณ์แบบระบายความร้อนด้วยก๊าซ ที่เคยมีการทดลองมาแล้วในอดีต กับการออกแบบเชื้อเพลิงใหม่ ทำให้มีความซับซ้อนน้อยลง ขณะที่มีความปลอดภัยสูงขึ้น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
หลังจากปิดตัวลง บางเวลาเครื่องปฏิกรณ์ยังคงต้องการพลังงานจากภายนอกเพื่อให้พลังงานกับระบบหล่อเย็น โดยปกติพลังงานนี้ถูกจัดให้โดยกริด (ไฟฟ้า) ที่โรงงานถูกเชื่อมต่อด้วย หรือโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลฉุกเฉิน ความล้มเหลวที่จะให้พลังงานสำหรับระบบหล่อเย็น อย่างที่เกิดขึ้นใน Fukushima I สามารถก่อให้เกิดอุบัติเหตุร้ายแรงได้ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นอุปกรณ์ที่จะเริ่มต้นและควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ที่ยั่งยืน การใช้งานที่พบมากที่สุดของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์คือใช้ในการผลิตพลังงานไฟฟ้าและการขับเคลื่อนเรือ โรงไฟฟ้าพลังงานฟอสซิล
ในโรงไฟฟ้​​าพลังงานฟอสซิล พลังงานเคมีที่เก็บไว้ในเชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นถ่านหิน น้ำมันเตา ก๊าซธรรมชาติ หรือหินน้ำมันและออกซิเจนในอากาศจะถูกแปลงอย่างต่อเนื่องให้เป็นพลังงานความร้อนจากนั้นก็เป็นพลังงานกลและพลังงานไฟฟ้าในที่สุด แต่ละโรงไฟฟ้​​าพลังงานฟอสซิลมีระบบที่ซับซ้อนและได้รับการออกแบบตามคำสั่ง ค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างณ ปี 2004 อยู่ที่ US$ 1,300 ต่อกิโลวัตต์ หรือ $ 650 ล้าน สำหรับขนาด 500 MWe การสร้างหลายหน่วยผลิตไฟฟ้าในโรงงานเดียวกันจะเป็นการใช้ที่ดิน, ทรัพยากรธรรมชาติและแรงงานอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ส่วนใหญ่ของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนในโลกจะใช้เชื้อเพลิงจากฟอสซิลมากกว่าความร้อนจากนิวเคลียร์, ความร้อนใต้พิภพ, ชีวมวล, หรือจากแสงอาทิตย์ พลังงานนิวเคลียร์
อุตสาหกรรมนิวเคลียร์ยังผลิตกากกัมมันตรังสีระดับต่ำเป็นปริมาณมากอีกด้วยในรูปแบบของรายการปนเปื้อน เช่น เสื้อผ้า, เครื่องมือที่ใช้มือ, เรซินสำหรับเครื่องกรองน้ำ และ (เมื่อตอนรื้อถอน)วัสดุต่างๆที่สร้างเป็นตัวเครื่องปฏิกรณ์ขึ้นมา. ในสหรัฐอเมริกา, คณะกรรมการกำกับกิจการพลังงานมีความพยายามซ้ำแล้วซ้ำอีกเพื่อยอมให้วัสดุในระดับต่ำให้ได้รับการจัดการเฉกเช่นของเสียปกติ: นั่นคือฝังกลบ, กลับมาใช้ใหม่เป็นของใช้ของผู้บริโภค เป็นต้น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
ตัวหน่วงปฏิกิริยาที่ใช้กันโดยทั่วไปประกอบด้วยน้ำธรรมดา (น้ำเบา) (เป็น 74.8% ของเครื่องปฏิกรณ์ของโลก), แท่งแกรไฟท์ (20% ของเครื่องปฏิกรณ์) และน้ำหนัก (English: heavy water) (5% ของเครื่องปฏิกรณ์) บางชนิดของเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ในการทดลองจะใช้เบริลเลียม แต่ไฮโดรคาร์บอนก็ได้รับการแนะนำว่าเป็นอีกทางเลือกหนึ่ง[4] โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแปลงพลังงานจลน์ที่เกิดจากกังหันให้เป็นพลังงานไฟฟ้า. เครื่องกำเนิดไฟฟ้า AC แบบซิงโครนัสที่มีอัตรากำลังสูงจะถูกนำมาใช้ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่ง
เครื่องปฏิกรณ์หน่วยที่ 1 2 และ 6 ผลิตโดยเจเนอรัลอิเล็กทริก หน่วยที่ 3 และ 5 ผลิตโดยโตชิบา และหน่วยที่ 4 ผลิตโดยฮิตาชิ เครื่องปฏิกรณ์ทั้งหกหน่วยออกแบบโดย General Electric เครื่องปฏิกรณ์ของ General Electric ออกแบบสถาปัตยกรรมโดย Ebasco และการก่อสร้างทั้งหมดดำเนินการโดย Kajima. ตั้งแต่เดือนกันยายน พ.ศ. 2553 เครื่องปฏิกรณ์หน่วยที่สามได้เปลี่ยนมาใช้เชื้อเพลิง mixed-oxide (MOX) แทนที่ low enriched uranium (LEU) ที่เคยใช้อยู่เดิมในเครื่องปฏิกรณ์ทั้งหมดในโรงไฟฟ้าแห่งนี้ เครื่องปฏิกรณ์หน่วยที่ 1–5 เป็นแบบ Mark I type (light bulb torus) containment structures ส่วนหน่วยที่ 6 เป็นแบบ Mark II type (over/under) containment structure พลังงานนิวเคลียร์
พร้อมกับแหล่งพลังงานที่ยั่งยืนอื่นๆ, พลังงานนิวเคลียร์เป็นวิธีการผลิตไฟฟ้าที่มีผลผลิตคาร์บอนที่ต่ำ, จากการวิเคราะห์ในเอกสารเกี่ยวกับวงจรชีวิตของความเข้มของการปล่อยคาร์บอนโดยรวมพบว่ามันก็คล้ายกับแหล่งพลังงานทดแทนอื่นๆเมื่อมีการเปรียบเทียบของการปล่อยก๊าซเรือนกระจก (English: greenhouse gas (GHG))ต่อหน่วยของพลังงานที่สร้างขึ้น.[82] ​​ด้วยการแปลความหมายนี้, จากจุดเริ่มต้นของโรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์ในเชิงพาณิชย์ในปี 1970, ได้มีการป้องกันไม่ให้เกิดการปล่อยก๊าซประมาณ 64 gigatonnes ของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่าก๊าซเรือนกระจก (GtCO2-eq) (ก๊าซที่จะเกิดขึ้นจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิลในโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนที่สร้างพลังงานไฟฟ้าขนาดเดียวกัน).[83] เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (English: Nuclear Reactor) เป็นอุปกรณ์ที่ก่อกำเนิดและควบคุมปฏิกิริยานิวเคลียร์ลูกโซ่ (English: Nuclear chain reaction) อย่างยั่งยืน มันถูกนำมาใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในการผลิตไฟฟ้าและในการขับเคลื่อนเรือ ความร้อนจากนิวเคลียร์ฟิชชั่นถูกส่งไปให้กับของเหลว (น้ำหรือก๊าซ) ให้เป็นตัวทำงาน (English: working fluid) ของเหลวความร้อนสูงจะไหลไปหมุนกังหันเพื่อหมุนใบพัดเรือหรือหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไอน้ำที่สร้างโดยนิวเคลียร์ในหลักการสามารถนำมาใช้เพื่อให้ความร้อนในกระบวนการอุตสาหกรรมหรือสำหรับให้ความร้อนชุมชน (English: district heating) เครื่องปฏิกรณ์บางเครื่องใช้ในการผลิตไอโซโทปสำหรับการใช้งานทางการแพทย์และอุตสาหกรรมหรือผลิตพลูโตเนียมสำหรับทำอาวุธ บางเครื่องก็ใช้สำหรับงานวิจัยเท่านั้น ทุกวันนี้มีประมาณ 450 เครื่องปฏิกรณ์พลังงานนิวเคลียร์ที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าในประมาณ 30 ประเทศทั่วโลก[1] เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
ในตอนท้ายของรอบการดำเนินงาน, เชื้อเพลิงในบางส่วนของแท่งจะถูก"ใช้" และถูกระบายออกไปและถูกแทนที่ด้วยแท่งเชื้อเพลิงใหม่(สด), แม้ว่าในทางปฏิบัติมันเป็นสาร buildup ของพิษจากปฏิกิริยา(English: reaction poison)ในเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่กำหนดอายุการใช้งานของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในเครื่องปฏิกรณ์. นานก่อนที่การฟิชชั่นที่เป็นไปได้ทั้งหมดจะเกิดขึ้นได้, ตัว buildup ของนิวตรอนอายุยาวที่ดูดซับผลพลอยได้จากฟิชชันจะขัดขวางปฏิกิริยาลูกโซ่. ส่วนย่อยของแกนเชื้อเพลิงเครื่องปฏิกรณ์ที่ถูกเปลี่ยนในระหว่างการเติมเชื้อเพลิงโดยปกติจะเป็นหนึ่งในสี่สำหรับเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือดและเป็นหนึ่งในสามสำหรับเครื่องปฏิกรณ์แรงดันน้ำ. การจำหน่ายทิ้งและการจัดเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วนี้เป็นหนึ่งในด้านที่ท้าทายที่สุดของการดำเนินงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงพาณิชย์. กากนิวเคลียร์นี้เป็นกัมมันตรังสีที่สูงและความเป็นพิษของมันจะเป็นอันตรายนับพันๆปี[25]. อาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์
ภายในลูกระเบิดจะประกอบไปด้วย ระเบิดแบบฟิชชั่นอยู่ด้านบน และตัวเทมเปอร์ทำด้วยยูเรเนียม 238 ภายในเทมเปอร์คือ ลิเทียม-ดิวเทอเรท อยู่ในสถานะของแข็งผสม (ดิวเทอเรียมกับลิเทียมปกติทริเทียมนั้นจะอยู่ในสถานะของแก๊ซซึ่งจัดเก็บและดูแลรักษาได้ยากมากอีกทั้งทริเทียมหาได้ยากมากและมีครึ่งชีวิตที่สั้น ดังนั้นเชื้อเพลิงในลูกระเบิดประเภทนี้จึงต้องเติมใหม่อยู่เสมอ นักวิทยาศาสตร์จึงแก้ปัญหาโดยการใช้ ลิเทียมที่เป็นของแข็ง แทน ก๊าซทริเทียมลิเทียม-6บวกกับนิวตรอนได้ทรเทียมกับฮีเลียม-4 หรือลิเทียม-7บวกกับนิวตรอนได้ทริเทียมกับฮีเลียม-4 ทั้งสองปฏิกิริยาได้นิวตรอนออกมาด้วย) และแท่งแกนกลางทำจากพลูโตเนียม 239 ช่องว่างทั้งหมดอัดโฟม ขั้นตอนการระเบิดเป็นดังนี้ พลังงานนิวเคลียร์
กองทัพสหรัฐยังมีโครงการพลังงานนิวเคลียร์, เริ่มต้นในปี 1954. โรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์ SM-1 ที่ป้อม Belvoir รัฐเวอร์จิเนีย, เป็นเครื่องปฏิกรณ์พลังงานเครื่องแรกในสหรัฐอเมริกาเพื่อจัดหาพลังงานไฟฟ้าให้กับกริดไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ (VEPCO), ในเดือนเมษายน ปี 1957, ก่อน Shippingport. เครื่อง SL-1 เป็นเครื่องปฏิกรณ์พลังงานนิวเคลียร์เพื่อการทดลองของกองทัพสหรัฐที่สถานีทดสอบปฏิกรณ์แห่งชาติในภาคตะวันออกของไอดาโฮ. มันผ่านประสบการณ์ที่เลวร้ายเมื่อไอน้ำระเบิดและการหลอมละลายของนิวเคลียร์ในเดือนมกราคม 1961, ซึ่งฆ่าผู้ใช้งานไปสามราย[51]. ในสหภาพโซเวียตใน'สมาคมการผลิต Mayak' มีอุบัติเหตุเกิดขี้นหลายครั้ง รวมทั้งการระเบิดที่ปล่อยกากกัมมันตรังสีระดับสูงออกมา 50-100 ตัน, ได้ปนเปื้อนดินแดนขนาดใหญ่ในเทือกเขาอูราลตะวันออกและก่อให้เกิดการเสียชีวิตและได้รับบาดเจ็บจำนวนมาก. ระบอบการปกครองของสหภาพโซเวียตเก็บอุบัติเหตุครั้งนี้เป็นความลับไว้ประมาณ 30 ปี. ในที่สุด เหตุการณ์นี้ถูกจัดอยู่ในอันดับ 6 ในเจ็ดอันดับบนสเกล INES (เพียงแค่อันดับที่สามของความรุนแรงเท่านั้นเมื่อเทียบกับภัยพิบัติเชอร์โนบิลและ ภัยพิบัตินิวเคลียร์ฟุกุชิมะไดอิชิ). โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
อ้างถึงสหประชาชาติ (UNSCEAR), การดำเนินงานโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ปกติที่รวมถึงวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะมีการสัมผ้สกับรังสีในที่สาธารณะเฉลี่ยประจำปีจำนวน 0.0002 mSv (มิลลิ Sievert); มรดกของภัยพิบัติเชอร์โนบิลเป็น 0.002 mSv/ปีเป็นค่าเฉลี่ยทั่วโลก ณ รายงานปี 2008; และค่าเฉลี่ยการสัมผ้สรังสีตามธรรมชาติที่ 2.4 mSv/ปี แม้ว่าบ่อยครั้งที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับสถานที่ตั้งของแต่ละบุคคลตั้งแต่ 1-13 mSv[52] โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะถูกใช้เป็นประจำในโหมด'ตามโหลด'ในขนาดที่ใหญ่ในประเทศฝรั่งเศส, แม้ว่า "มันเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่านี่ไม่ใช่สถานการณ์ทางเศรษฐกิจที่เหมาะสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์"[87]. หน่วย A ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Biblis ของเยอรมันถูกออกแบบมาเพื่อให้มี-และลดการส่งออกพลังงานที่ 15% ต่อนาทีระหว่าง 40 และ 100% ของพลังงานโดยประมาณของมัน[88]. เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือดปกติมีความสามารถแบบ'ตามโหลด', ดำเนินการโดยการเปลี่ยนแปลงการไหลของน้ำหมุนเวียน. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
การแปลงให้เป็นพลังงานไฟฟ้าเกิดขึ้นทางอ้อม เช่นเดียวกับในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนธรรมดาทั่วไป ความร้อนเกิดจากปฏิกิริยาฟิชชันในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (เครื่องปฏิกรณ์น้ำเบา) ไอของน้ำ (ไอน้ำ) ถูกผลิตขึ้นโดยตรงหรือโดยอ้อม จากนั้น ไอน้ำแรงดันสูงมักจะจ่ายให้กับกังหันไอน้ำในหลายขั้นตอน กังหันไอน้ำในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของประเทศตะวันตกมักอยู่ในหมู่กังหันไอน้ำที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยสร้าง หลังจากผ่านกังหันไอน้ำ ไอน้ำมีการขยายตัวและบางส่วนก็ควบแน่น ไอน้ำที่เหลือจะควบแน่นในคอนเดนเซอร์ คอนเดนเซอร์เป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งจะเชื่อมต่อกับฝั่งด้านรองเช่นแม่น้ำหรือหอหล่อเย็น จากนั้น น้ำจะถูกสูบกลับเข้ามาในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และวงจรก็เริ่มต้นอีกครั้ง วัฏจักรของน้ำกับไอเป็นไปตามวงจรของ "Rankine cycle" เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ใน'การขับเคลื่อนนิวเคลียร์ทางทะเล' (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เรือดำน้ำนิวเคลียร์) มักจะไม่สามารถทำงานที่กำลังไฟต่อเนื่องตลอดเวลาในลักษณะเดียวกับเครื่องปฏิกรณ์พลังงานบนบกที่ทำงานได้ตามปกติและนอกจากนี้มักจะต้องมีอายุของแกนที่ยาวมากโดยไม่ต้องเติมเชื้อเพลิง. ด้วยเหตุผลนี้ การออกแบบจำนวนมากจะใช้ยูเรเนียมสมรรถนะสูง แต่รวม neutron poison ที่ใหม้ไฟได้ลงในแท่งเ​​ชื้อเพลิงโดยตรง[11]. วิธีการนี้จะช่วยให้เครื่องปฏิกรณ์สามารถถูกสร้างด้วยส่วนเกินของวัสดุที่ฟิชชั่นได้, ซึ่งอย่างไรก็ดีถูกทำให้ค่อนข้างปลอดภัยมากขึ้นในช่วงต้นของวงจรการเผาเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์ด้วยการปรากฏตัวของวัสดุที่ดูดกลืนนิวตรอน, ที่หลังจากนั้นมีการแทนที่ด้วย neutron poison อายุยาวที่ผลิตขึ้นตามธรรมชาติ (อายุยาวนานกว่าซีนอน-135 มาก) ซึ่งค่อยๆสะสมตลอดช่วงอายุการใช้งานโหลดเชื้อเพลิง โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
ฝ่ายเสนอยืนยันว่าพลังงานนิวเคลียร์เป็นแหล่งพลังงานที่ยั่งยืนซึ่งช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และสามารถเพิ่มความมั่นคงด้านพลังงานถ้าการใช้ของมันสามารถทดแทน การพึ่งพาการนำเข้าเชื้อเพลิงได้[63]. ฝ่ายเสนอให้แนวคิดเพิ่มเติมว่าพลังงานนิวเคลียร์แทบจะไม่ได้ผลิตมลพิษทางอากาศ, ในทางตรงกันข้ามกับทางเลือกที่ใช้งานอยู่ของเชื้อเพลิงฟอสซิลชั้นนำ. ฝ่ายเสนอยังเชื่อว่าพลังงานนิวเคลียร์เป็นแนงทางที่เป็นไปได้เพียงอย่างเดียวเท่านั้นเพื่อที่จะบรรลุความเป็นอิสระด้านพลังงานสำหรับประเทศตะวันตกส่วนใหญ่. พวกเขาเน้นว่ามีความเสี่ยงทั้งหลายในการจัดเก็บขยะเป็นเรื่องเล็กน้อยและสามารถลดความเสี่ยงลงต่อไปได้อีกโดยใช้เทคโนโลยีใหม่ล่าสุดในเครื่องปฏิกรณ์รุ่นใหม่และความปลอดภัยในการปฏิบัติงานในโลกตะวันตกได้รับการบันทึกว่าได้ผลเป็นเลิศเมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้าชนิดอื่น ๆ ที่สำคัญ[64]. พลังงานนิวเคลียร์ในประเทศไทย
จากการศึกษาเปรียบเทียบต้นทุนการผลิตและราคาของกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้ในเชิงเศรษฐศาสตร์ของกองพลังปรมาณู ฝ่ายวิศวกรรมพลังความร้อน การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย โดยปรับตัวแปรต่างๆ ให้มีลักษณะเฉพาะเป็นของประเทศไทย โดยโรงไฟฟ้าต้นแบบทั้งถ่านหิน และนิวเคลียร์ มีขนาด 1,200 เมกกะวัตต์ พบว่า ต้นทุนการก่อสร้างของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะสูงกว่าโรงไฟฟ้าถ่านหินในขั้นต้น แต่ต้นทุนการใช้เชื้อเพลิงจะต่ำกว่ามากในช่วงของการผลิต ซึ่งมีผลทำให้ต้นทุนการผลิตของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ต่ำกว่าและเมื่อเปรียบเทียบกับโรงไฟฟ้าชนิดอื่นแล้วจะพบว่า โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีข้อได้เปรียบหลายประการ คือ ต้นทุนการผลิตไฟฟ้ามีราคาถูก ต้นทุนผลิตไฟฟ้ามีเสถียรภาพสูง เสริมความมั่นคงด้านการผลิตไฟฟ้าได้เป็นอย่างดี และสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ในปริมาณที่มากกว่า กากกัมมันตรังสี
เมื่อมีปริมาณแท่งเชื้อเพลิงใช้แล้วมากพอหรือเลิกใช้งานโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แล้ว อาจจัดส่งแท่งเชื้อเพลิงไปยังโรงงานในต่างประเทศ เช่น ฝรั่งเศส อังกฤษและสหรัฐอเมริกา เพื่อสกัดแยกกากกัมมันตรังสีที่แท้จริง ออกจากธาตุยูเรเนียม – 235 และธาตุพลูโทเนียม - 239 ซึ่งจะนำกลับมาใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใหม่ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
ไฟฟ้า โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์, รวมทั้งเครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์ขนาดเล็ก การขับเคลื่อน, ดู เครื่องยนต์นิวเคลียร์ การขับเคลื่อนนิวเคลียร์ทางทะเล รูปแบบที่เสนอต่างๆของการขับเคลื่อนจรวด การใช้ความร้อนอื่น ๆ กระบวนการแยกเกลือออกจากน้ำ ความร้อนเพื่อให้ความอบอุ่นในชุมชนและเพื่อการอุตสาหกรรม การผลิตไฮโดรเจนสำหรับการใช้งานในระบบเศรษฐกิจไฮโดรเจน เครื่องปฏิกรณ์การผลิตสำหรับการแปลงสภาพ(English: transmutation)ขององค์ประกอบ เครื่องปฏิกรณ์ Breeder ที่มีความสามารถในการผลิตสารฟิชชั่นได้มากขึ้นกว่าที่พวกมันจะบริโภคในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชัน (โดยการแปลง U-238 สมรรถนะสูงให้เป็น Pu-239 หรือ Th-232 สมรรถนะสูงให้เป็น U-233). ดังนั้น เครื่องปฏิกรณ์ยูเรเนียม Breeder, ทันทีที่มันทำงาน, มันจะสามารถทำงานได้ด้วยเชื้อเพลิงยูเรเนียมธรรมชาติหรือแม้แต่ยูเรเนียมที่สลายตัวหมดได้, และเครื่องปฏิกรณ์ทอเรียม Breeder ก็จะสามารถทำงานได้ด้วยเชื้อเพลิงทอเรียม; อย่างไรก็ตาม มันต้องการสต็อกเริ่มต้นของวัสดุฟิชชั่น[28] การสร้างไอโซโทปกัมมันตรังสีต่างๆเช่นอะเมริเซียมสำหรับใช้ในการตรวจจับควันและโคบอลต์ 60, โมลิบดีนัม-99 และอื่นๆ ที่ใช้สำหรับการถ่ายภาพและการรักษาพยาบาล การผลิตวัสดุสำหรับอาวุธนิวเคลียร์เช่นพลูโตเนียมเกรดอาวุธ เป็นแหล่งผลิตรังสีนิวตรอน (เช่นอุปกรณ์โกไดวาแบบพัลส์ (English: pulsed Godiva device)) และการฉายรังสีโพซิตรอน (เช่นการวิเคราะห์การสั่งให้ทำงานด้วยนิวตรอน, และโพแทสเซียมอาร์กอนย้อนเวลา ) เครื่องปฏิกรณ์วิจัย: เครื่องปฏิกรณ์ทั่วไปจะถูกใช้สำหรับการวิจัยและการฝึกอบรม, การทดสอบวัสดุ, หรือการผลิตสารไอโซโทปรังสีสำหรับการแพทย์และอุตสาหกรรม, เครื่องเหล่านี้มีขนาดเล็กกว่าเครื่องปฏิกรณ์พลังงานหรือพวกที่ใช้ขับเคลื่อนเรือ, และงานอื่นๆที่อยู่ในมหาวิทยาลัย. เครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวมีประมาณ 280 เครื่องที่มีการดำเนินงานใน 56 ประเทศ. บางเครื่องทำงานกับเชื้อเพลิงยูเรเนียมสมรรถนะสูง, และมีความพยายามระหว่างประเทศที่จะทดแทนด้วยเครื่องที่ดำเนินการด้วยเชื้อเพลิงสมรรถนะต่ำ[29]. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
การอภิปรายพลังงานนิวเคลียร์เป็นเรื่องเกี่ยวกับความขัดแย้ง[57][58][59][60] ซึ่งได้ล้อมรอบการใช้งานและการใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชันในการผลิตไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์สำหรับพลเรือน. การอภิปรายเกี่ยวกับพลังงานนิวเคลียร์ขึ้นสู่จุดสูงสุดในช่วงปี 1970 และ 1980 เมื่อมัน "ถึงจุดของความเข้มข้นเป็นประวัติการณ์ในประวัติศาสตร์ของการถกเถียงทางเทคโนโลยี" ในบางประเทศ[61][62]. เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
หนึ่งกิโลกรัมของยูเรเนียม-235 (U-235) ที่แปลงผ่านกระบวนการนิวเคลียร์จะปล่อยพลังงานประมาณสามล้านเท่ามากกว่าหนึ่งกิโลกรัมของถ่านหินที่ถูกเผาแบบดั้งเดิม (7.2 × 1013 จูลต่อกิโลกรัมของยูเรเนียม-235 เมื่อเทียบกับ 2.4 × 107 จูลต่อกิโลกรัมของถ่านหิน)[6][7] เซลล์เชื้อเพลิง
เซลล์เชื้อเพลิง () เป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานเคมีจากเชื้อเพลิงชนิดหนึ่งให้เป็นกระแสไฟฟ้าผ่านทางปฏิกิริยาเคมีของไอออนของไฮโดรเจนประจุบวกกับอ๊อกซิเจนหรือตัวทำอ๊อกซิเดชันอื่น เซลล์เชื้อเพลิงแตกต่างจากแบตเตอรี่ที่ว่ามันต้องการแหล่งจ่ายเชื้อเพลิงและอ๊อกซิเจนหรืออากาศอย่างต่อเนื่องเพื่อความยั่งยืนของปฏิกิริยาเคมี ในขณะที่ในแบตเตอรี่สารเคมีภายในจะทำปฏิกิริยาต่อกันเพื่อผลิตแรงเคลื่อนไฟฟ้า (emf) เซลล์เชื้อเพลิงสามารถผลิตไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่องนานเท่าที่เชื้อเพลิงและอ๊อกซิเจนหรืออากาศยังคงถูกใส่เข้าไป ไม่เหมือนกับแบตเตอรี่ที่จะหยุดจ่ายกระแสไฟฟ้าถ้าสารเคมีหมดอายุการใช้งาน  เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
Pressurized water reactors (PWR) เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ใช้ถังความดันหนึ่งถังเพื่อใส่เชื้อเพลิงนิวเคลียร์, แท่งควบคุม, ตัวหน่วง, และตัวหล่อเย็น. การระบายความร้อนและการหน่วงจะใช้น้ำของเหลวแรงดันสูง. น้ำความร้อนสูงที่มีกัมมันตรังสีที่ถูกปล่อยออกจากถังความดันจะไหลเวียนผ่านเครื่องกำเนิดไอน้ำซึ่งจะส่งผ่านความร้อนไปให้วงน้ำที่สอง (ที่ไม่มีกัมมันตรังสี) เพื่อหมุนกังหัน. พวกมันเป็นส่วนใหญ่ของเครื่องปฏิกรณ์ในปัจจุบัน. นี่คือการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนแบบหนึ่ง, รุ่นใหม่ล่าสุดคือ VVER-1200 ซึ่งเป็น'เครื่องปฏิกรณ์แรงดันน้ำขั้นสูง'และ'เครื่องปฏิกรณ์แรงดันยุโรป'. 'เครื่องปฏิกรณ์นาวีสหรัฐอเมริกา'ก็เป็นประเภทนี้. กากกัมมันตรังสี
ยูเรเนียมที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะถูกอัดเป็นเม็ดเซรามิก บรรจุเรียงตัวกันภายในแท่งเชื้อเพลิง จากนั้นจึงนำไปใช้งานในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ กากกัมมันตรังสีจากปฏิกิริยาการแตกตัวของยูเรเนียมที่เกิดอย่างต่อเนื่องเป็นลูกโซ่ภายในเครื่องปฏิกรณ์จะถูกกักเก็บอย่างมิดชิดภายในเม็ดเชื้อเพลิงที่มีปลอกแท่งเชื้อเพลิงห่อหุ้มอีกชั้นหนึ่ง ภายหลังการใช้งานแท่งเชื้อเพลิงไประยะหนึ่งจะมีกากกัมมันตรังสีเกิดสะสมขึ้นในเม็ดเชื้อเพลิงเป็นจำนวนมาก ทำให้ประสิทธิภาพของปฏิกิริยาลูกโซ่ลดลงจึงจำเป็นต้องมีการสับเปลี่ยนนำแท่งเชื้อเพลิงใช้แล้ว () ออกมาและเติมแท่งเชื้อเพลิงใหม่เข้าไปเพื่อให้ปฏิกิริยาดำเนินต่อไปได้ พลังงานนิวเคลียร์
การนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่ไม่ได้รับอนุญาตให้ดำเนินการในสหรัฐอเมริกา[147]. รัฐบาลของโอบามาไม่อนุญาตให้ทำการนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่ของกากนิวเคลียร์โดยอ้างความกังวลในการขยายการใช้นิวเคลียร์[148]. ในสหรัฐอเมริกา เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้แล้วในขณะนี้ทั้งหมดถือว่าเป็นของเสีย[149]. เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
"โรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์แห่งแรกของโลก" ถูกอ้างสิทธ์โดยสัญญลักษณ์ที่สถานที่ติดตั้งของ EBR-I, ซึ่งปัจจุบันเป็นพิพิธภัณฑ์ใกล้ Arco, รัฐไอดาโฮ. แต่เดิมเรียกว่า "Chicago Pile-5", มันดำเนินการภายใต้การดูแลของวอลเตอร์ ซินน์ สำหรับ'ห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอน'[15]. การทดลองกับเครื่องปฏิกรณ์แบบ LMFBR (liquid metal fast breeder reactor)นี้ดำเนินการโดย'คณะกรรมการพลังงานปรมาณูสหรัฐอเมริกา'ที่ผลิต 0.8 กิโลวัตต์ในการทดสอบครั้งหนึ่งเมื่อวันที่ 20 ธันวาคม 1951[16] และ 100 กิโลวัตต์ (ไฟฟ้า) ในวันรุ่งขึ้น[17], ด้วยการออกแบบที่มีกำลังการส่งออกที่ 200 กิโลวัตต์ (ไฟฟ้า) พลังงานนิวเคลียร์
การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ของพลังงานนิวเคลียร์จะต้องคำนึงถึงผู้ที่แบกรับความเสี่ยงของความไม่แน่นอนในอนาคต. ในวันนี้โรงไฟฟ้​​าพลังงานนิวเคลียร์ที่กำลังดำเนินงานทั้งหมดได้รับการพัฒนาโดยรัฐเป็นเจ้าของหรือหน่วยงานยูทิลิตี้ผูกขาดที่รัฐกำกับดูแล[154], ในขณะที่หลายความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับค่าใช้จ่ายในการก่อสร้าง, ประสิทธิผลการดำเนินงาน, ราคาเชื้อเพลิง, ความรับผิดสำหรับอุบัติเหตุและปัจจัยอื่นๆจะตกเป็นภาระของผู้บริโภคมากกว่าผู้ให้บริการ. นอกจากนี้ เนื่องจากความรับผิดที่อาจเกิดขึ้นจากการเกิดอุบัติเหตุนิวเคลียร์มีมาก, ค่าใช้จ่ายทั้งหมดของความรับผิดการประกันภัยทั่วไปจะถูกจำกัด/ตัดยอดจากรัฐบาล, ซึ่งคณะกรรมการกำกับกิจการพลังงานของสหรัฐได้สรุปว่าประกอบด้วยเงินอุดหนุนอย่างมีนัยสำคัญ[155]. หลายประเทศในขณะนี้ได้เปิดเสรีตลาดไฟฟ้าเพื่อที่ความเสี่ยงเหล่านี้, และความเสี่ยงของคู่แข่งที่ถูกกว่าที่เกิดขึ้นก่อนที่ค่าใช้จ่ายเงินทุนจะถูกกู้คืน, จะตกเป็นภาระของผู้สร้างและผู้ดำเนินการโรงงานแทนที่จะเป็นของผู้บริโภค, ที่นำไปสู่​​การประเมินผลที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญของเศรษฐกิจของโรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์แห่งใหม่[156]. เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบถังกรวด
เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบถังกรวด () เป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในยุคที่ 3+ จัดว่าเป็นเทคโนโลยีพลังงานนิวเคลียร์ที่ทันสมัยที่สุดในปัจจุบัน ซึ่งใช้เทคโนโลยีที่มีความปลอดภัยและประสิทธิภาพสูงมากขึ้นและมีต้นทุนถูกกว่าจากเครื่องปฏิกรณ์แบบทั่วไปที่ใช้น้ำเป็นสารหน่วงนิวตรอน และใช้เป็นสารระบายความร้อนด้วย ในขณะที่เครื่องปฏิกรณ์แบบถังกรวดใช้ pyrolytic graphite เป็นสารหน่วงนิวตรอน และใช้ก๊าซเฉื่อย เป็นสารระบายความร้อนที่มีอุณหภูมิสูงมาก ในการขับกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยตรง ทำให้ไม่ต้องใช้ระบบเครื่องกำเนิดไอน้ำที่มีความซับซ้อน รวมทั้งเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพในการถ่ายเทพลังงาน โดยทำให้สัดส่วนของการผลิตไฟฟ้าต่อความร้อน มีค่าประมาณ 50% นอกจากนั้น ก๊าซจะไม่ละลายส่วนประกอบที่ปนเปื้อนรังสีออกมา และไม่ดูดกลืนนิวตรอนเหมือนกับการใช้น้ำ ดังนั้นแกนเครื่องปฏิกรณ์จึงมีของเหลวที่มีกัมมันตภาพรังสีในปริมาณที่น้อยกว่าแบบเดิมมาก จึงมีความเสี่ยงด้านผลกระทบทางรังสีที่น้อยลง และยังทำให้ต้นทุนต่ำกว่าเครื่องปฏิกรณ์แบบใช้น้ำมวลเบา  เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบถังกรวด
กรวดเชื้อเพลิง จะบรรจุอยู่ในถังหรือกระบอก และมีก๊าซเฉื่อย เช่น ก๊าซฮีเลียม ก๊าซไนโตรเจน ไหลเวียนผ่านช่องว่างระหว่างเม็ดเชื้อเพลิง เพื่อพาความร้อนออกไปจากแกนเครื่องปฏิกรณ์ ตามทฤษฎีแล้ว ก๊าซร้อนจะถูกส่งไปหมุนกังหันโดยตรง แต่ก๊าซเหล่านี้อาจมีกัมมันตภาพรังสีจากการทำปฏิกิริยากับนิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์ ดังนั้นจึงอาจส่งผ่านความร้อนไปที่ระบบแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อให้ความร้อนกับก๊าซอีกระบบหนึ่งเพื่อให้ปราศจากรังสีซะก่อน เช่นการนำไปผลิตไอน้ำ เป็นต้น โดยก๊าซที่ออกมาจากการขับกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแล้วจะยังมีความร้อน ซึ่งความร้อนที่เหลือนี้เองอาจนำไปใช้ทำความอบอุ่นให้กับอาคารหรือโรงงงานเคมี หรือเพิ่มความร้อนให้กับเครื่องทำความร้อนได้ เป็นการใช้พลังงานอย่างเกิดประโยชน์สูงสุดแทนที่จะเสียเปล่า กากกัมมันตรังสี
เนื่องจากภายในแท่งเชื้อเพลิงใช้แล้วมีกากกัมมันตรังสีระดับรังสีสูง และยังแผ่ความร้อนอยู่เมื่อนำออกจากเครื่องปฏิกรณ์แล้วจะถูกนำไปเก็บไว้ชั่วคราวในบ่อน้ำภายในอาคารเครื่องปฏิกรณ์ก่อนนำไปเก็บไว้ภายนอกอาคารที่จัดสร้างไว้โดยเฉพาะ ทั้งนี้เพื่อให้ระดับรังสีของแท่งเชื้อเพลิงลดลงโดยใช้น้ำเป็นตัวกำบังรังสีและระบายความร้อนด้วย อย่างไรก็ตามบ่อเก็บแท่งเชื้อเพลิงภายในอาคารเครื่องปฏิกรณ์ได้ออกแบบให้มีขนาดใหญ่พอที่จะเก็บแท่งเชื้อเพลิงใช้แล้วได้ตลอดอายุการใช้งานโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ คือมากกว่า 30 ปี โดยไม่จำเป็นต้องเคลื่อนย้ายแท่งเชื้อเพลิงใช้แล้วออกนอกโรงไฟฟ้าเลย เชื้อเพลิงนิวเคลียร์
แท่งเชื้อเพลิงที่ใช้และนำออกจากแกนปฏิกรณ์ จะยังคงมีอุณหภูมิสูง และแผ่รังสีอยู่ตลอดเวลา จะต้องนำไปแช่ในสระน้ำเพื่อกำบังรังสีและหล่อเย็น จากนั้นแท่งเชื้อเพลิงจะถูกตัดออกเป็นท่อน นำไปใส่ในกรดไนตริกเพื่อทำละลาย เชื้อเพลิงในรูปสารละลายจะนำไปสกัดเพื่อแยกยูเรเนียมและพลูโตเนียมออกจากผลิตผลิตฟิชชันอื่น และทำให้บริสุทธิ์อีกครั้ง โดยขั้นตอนสุดท้ายจะได้สารละลายยูเรเนียมและพลูโตเนียมไนเตรด ผลิตผลฟิชชันอื่นๆ เพื่อนำไปใช้ทางการแพทย์และอุตสาหกรรมต่อไป โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
การนำกลับไปเข้ากระบวนการนิวเคลียร์ใหม่จะช่วยลดปริมาณของเสียระดับสูง, แต่โดยตัวมันเอง มันไม่ได้ลดกัมมันตภาพรังสีหรือลดการกำเนิดความร้อนและดังนั้นจึงย้งมีความจำเป็นในการเก็บของเสียใต้ธรณี. การนำกลับไปเข้ากระบวนการนิวเคลียร์ใหม่ได้เป็นความขัดแย้งทางการเมืองมานานเพราะมันมีศักยภาพที่จะนำไปสู่การแพร่ขยายนิวเคลียร์เพื่อใช้เป็นอาวุธ, ศักยภาพที่จะเป็นอ่อนแอต่อการก่อการร้ายนิวเคลียร์, การท้าทายหลายอย่างทางการเมืองของการหาที่ตั้งสำหรับพื้นที่เก็บของเสีย (ปัญหาที่เกิดเท่าเทียมกับการกำจัดเชื้อเพลิงใช้แล้วโดยตรง) และเนื่องจากค่าใช้จ่ายที่สูงเมื่อเทียบกับการผ่านกระบวนการเชื้อเพลิงเพียงครั้งเดียว[77]. ในสหรัฐอเมริกา ฝ่ายบริหารของโอบามาก้าวถอยหลังจากแผนการของประธานาธิบดีบุชในเรื่องขนาดเชิงพาณิชย์ของการนำกลับไปเข้ากระบวนการนิวเคลียร์ใหม่และได้หวนกลับไปยังโครงการที่เน้นการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการนำกลับไปเข้ากระบวนการนิวเคลียร์ใหม่แทน[78]. เซลล์เชื้อเพลิงแอลคาไลน์
เซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์ คือ เซลล์ปฐมภูมิที่ใช้สารละลายเบส คือ KOH ผสม MnO เป็นอิเล็กโทรไลต์ เซลล์ชนิดนี้ให้ศักย์ไฟฟ้า 1.5 โวลต์ แต่สามารถใช้ได้นานกว่าถ่านไฟฉาย พลังงานนิวเคลียร์
อุบัติเหตุโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ตามที่เบนจามินเค Sovacool, อยู่ในตำแหน่งอันดับแรกในแง่ของค่าใช้จ่ายทางเศรษฐกิจที่คิดเป็นร้อยละ 41 ของความเสียหายของทรัพย์สินทั้งหมดที่เป็นผลมาจากอุบัติเหตุพลังงาน[167]. อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ที่นำเสนอในวารสารต่างประเทศ "การประเมินความเสี่ยงเชิงนิเวศน์และมนุษย์" พบว่าถ่านหิน, น้ำมัน, ก๊าซปิโตรเลียมเหลวและอุบัติเหตุน้ำมีค่าใช้จ่ายมากขึ้นกว่าการเกิดอุบัติเหตุจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์[168]. พลังงานนิวเคลียร์
มีอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นกับการผลิตของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์เมื่อมีบริษัทเพียงไม่กี่แห่งทั่วโลกที่มีความสามารถในการปลอมแปลงภาชนะความดันเครื่องปฏิกรณ์ชิ้นเดียว[258] ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นในการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ทั่วไปมากที่สุด. บริษัทยูทิลิตี้ทั่วโลกกำลังส่งคำสั่งซื้อล่วงหน้าสำหรับความจำเป็นที่ต้องใช้จริงสำหรับภาชนะเหล่านี้. ผู้ผลิตอื่นๆกำลังตรวจสอบตัวเลือกต่างๆรวมทั้งการทำชิ้นส่วนด้วยตัวเองหรือหาวิธีที่จะทำชิ้นส่วนที่คล้ายกันโดยใช้วิธีการอื่น[259]. อุบัติเหตุนิวเคลียร์เกาะทรีไมล์
ในขณะที่ความดันในระบบหลักยังคงลดลงต่อเนื่อง น้ำหล่อเย็นในเตาปฏิกรณ์ก็ยังคงไหลอยู่ แต่มันกำลังเดือดอยู่ภายในแกนกลาง ตอนแรกฟองอากาศขนาดเล็กของไอน้ำก่อตัวขึ้นและยุบตัวลงทันที เรียกว่าการเดือดแบบนิวเคลียร์ () เมื่อความดันของระบบลดลงต่อไป กระเป๋าไอน้ำเริ่มก่อตัวในน้ำหล่อเย็นเตาปฏิกรณ์ 'การออกจากการเดือดแบบนิวเคลียร์' (DNB) ไปเป็นรูปแบบของ "การเดือดของฟิล์ม" () นี้ทำให้เกิด'การโมฆะของไอน้ำ' () ในช่องน้ำหล่อเย็น ที่ปิดกั้นการไหลของน้ำหล่อเย็นและเพิ่มอุณหภูมิของเปลือกหุ้มเชื้อเพลิงอย่างมหาศาล ระดับน้ำโดยรวมภายในตัว pressurizer "กำลังสูงขึ้น" แม้จะมีการสูญเสียของน้ำหล่อเย็นที่ไหลผ่านวาล์วระบายนำร่องที่เปิดค้างอยู่ เนื่องจากปริมาณของโมฆะไอน้ำเหล่านี้เพิ่มมากขึ้นอย่างรวดเร็วมากกว่าน้ำหล่อเย็นที่สูญเสียไป เพราะขาดเครื่องมือที่ใช้เฉพาะการวัดระดับของน้ำในแกนกลาง ผู้ควบคุมเครื่องตัดสินระดับของน้ำในแกนกลางด้วยระดับในตัว pressurizer แต่เพียงอย่างเดียว พอเห็นว่าระดับมันสูง พวกเขาจึงคิดว่าแกนกลางถูกปกคลุมด้วยน้ำหล่อเย็นอย่างถูกต้องแล้ว ไม่ได้ระแวงเลยว่าเป็นเพราะไอน้ำก่อตัวขึ้นในอ่างเครื่องปฏิกรณ์ ไฟบอกสถานะทำให้เข้าใจผิด การบอกสถานะว่าน้ำมีระดับสูงมีส่วนทำให้เกิดความสับสน เนื่องจากผู้ควบคุมเครื่องมีความกังวลเกี่ยวกับวงรอบน้ำหลัก "จะกลายเป็นของแข็ง" (คือไม่มีกระเป๋าไอน้ำเป็นบัฟเฟอร์อยู่ในตัว pressurizer) ซึ่งในระหว่างการฝึกอบรม พวกเขาได้รับคำสั่งที่จะไม่อนุญาตให้เกิดขึ้น ความสับสนนี้เป็นสาเหตุที่สำคัญของความล้มเหลวแต่แรกในการรับรู้ถึงอุบัติเหตุว่าเกิดจากความสูญเสียของน้ำหล่อเย็น () และนำผู้ควบคุมเครื่องไปสู่การปิดปั๊มระบายความร้อนหลักฉุกเฉิน ซึ่งได้ถูกสตาร์ตเครื่องโดยอัตโนมัติหลังจากที่วาล์วระบายนำร่องติดขัดและเปิดค้างและเริ่มต้นสูญเสียน้ำหล่อเย็น เนื่องจากกลัวว่าระบบจะถูกเติมด้วยน้ำจนล้น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
ปริมาณของพลังงานในอ่างเก็บเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะถูกแสดงบ่อยครั้งในแง่ของ "วันเต็มกำลัง" (English: full-power days) ซึ่งเป็นจำนวนของระยะเวลา 24 ชั่วโมง (วัน) ที่เครื่องปฏิกรณ์ตัวหนึ่งได้ถูกกำหนดตารางเวลาไว้สำหรับการดำเนินงานที่จะสามารถส่งออกพลังงานได้เต็มกำลังในการสร้างพลังงานความร้อน. จำนวนวันเต็มกำลังในรอบการดำเนินงานของเครื่องปฏิกรณ์ (ระหว่างเวลาเติมน้ำมันครั้งหนึ่งจนถึงเติมน้ำมันครั้งต่อไป) จะเกี่ยวข้องกับปริมาณของยูเรเนียม-235 (U-235) ที่ฟิชชั่นได้ที่เก็บอยู่ในแท่งเชื้อเพลิงที่จุดเริ่มต้นของวงจร. เปอร์เซ็นต์ที่สูงขึ้นของ U-235 ในแกนที่จุดเริ่มต้นของวงจรจะยอมให้เครื่องปฏิกรณ์ทำงานได้นานวันเต็มกำลังมากขึ้น. เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
Gas-cooled reactor (GCR) and advanced gas-cooled reactor (AGR) เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ทั่วไปจะใช้ตัวหน่วงแบบแกรไฟท์และหล่อเย็นด้วย CO2. พวกมันสามารถมีประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่สูงเมื่อเทียบกับ PWRs เนื่องจากพวกมันใช้อุณหภูมิในการดำเนินงานที่สูงกว่า. มีเครื่องปฏิกรณ์จำนวนมากที่มีการใช้งานอยู่, ส่วนใหญ่อยู่ในสหราชอาณาจักร, ในที่ซึ่งแนวคิดของการออกแบบได้รับการพัฒนาที่นั่น. การออกแบบที่มีอายุมากกว่า (เช่นสถานี Magnox) อาจจะปิดตัวลงในอนาคตอันใกล้. อย่างไรก็ตาม AGCRs คาดว่าจะมีอายุใช้งานได้ต่อไปอีก 10 ถึง 20 ปี. การออกแบบเป็นแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อน. ค่าใช้จ่ายในการรื้อถอนอาจสูงมากเนื่องจากแกนของเครื่องปฏิกรณ์มีปริมาตรขนาดใหญ่. เครื่องปฏิกรณ์ Fast breeder โลหะของเหลว (English: Liquid-metal Fast breeder Reactor (LMFBR)) นี้คือการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ที่ระบายความร้อนด้วยโลหะของเหลว, ไม่มีการหน่วงโดยสิ้นเชิง, และผลิตเชื้อเพลิงได้มากกว่าที่มันบริโภคเข้าไป. เรียกได้ว่าพวกมัน "ให้กำเนิด (English: breed)" เชื้อเพลิงเพราะพวกมันผลิตเชื้อเพลิงที่สามารถทำฟิชชั่นได้ระหว่างการดำเนินการโดยการจับนิวตรอน. เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้สามารถทำงานได้เหมือน PWR ในแง่ของประสิทธิภาพและไม่จำเป็นต้องมีภาชนะบรรจุที่มีแรงดันสูงมากเนื่องจากโลหะของเหลวไม่จำเป็นต้องถูกเก็บไว้ที่ความดันสูงแม้แต่ที่อุณหภูมิสูงมาก. เครื่องปฏิกรณ์ BN-350 และ BN-600 ในสหภาพโซเวียตและ Superphénix ในประเทศฝรั่งเศสเป็นเครื่องปฏิกรณ์ประเภทนี้, เช่นเดียวกับ Fermi-I ในสหรัฐอเมริกา. เครื่องปฏิกรณ์ Monju ในประเทศญี่ปุ่นประสบปัญหาการรั่วไหลของโซเดียมในปี 1995 และได้รับการเริ่มเดินเครื่องใหม่ในเดือนพฤษภาคม 2010. พวกมันทั้งหมดใช้/เคยใช้โซเดียมเหลว. เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้เป็นแบบนิวตรอนเร็ว, ไม่ใช่แบบนิวตรอนร้อน. เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้มีสองประเภท ได้แก่: โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
NRC กล่าวว่า "โรงไฟฟ้านิวเคลียร์บางครั้งก็ปล่อยก๊าซและของเหลวกัมมันตรังสีในสภาพแวดล้อมที่อยู่ภายใต้สภาวะที่ถูกควบคุมและถูกตรวจสอบเพื่อให้แน่ใจว่าพวกมันไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อประชาชนหรือสิ่งแวดล้อม"[50] และ "การปล่อยตามกิจวัตรในระหว่างการดำเนินงานปกติของโรงงานพลังงานนิวเคลียร์ไม่เคยมีพิษรุนแรง"[51]. พลังงานนิวเคลียร์
ตรงข้ามกับเครื่องปฏิกรณ์ light water ในปัจจุบันที่ใช้ยูเรเนียม-235 (0.7% ของยูเรเนียมธรรมชาติทั้งหมด), เครื่องปฏิกรณ์แบบ Fast Breeder จะใช้ยูเรเนียม-238 (99.3% ของยูเรเนียมธรรมชาติทั้งหมด). มีการประเมินว่ามียูเรเนียม-238 มูลค่าถึงห้าพันล้านปีสำหรับใช้ใน โรงไฟฟ้าเหล่านี้[105]. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นโรงไฟฟ้าชนิด Baseload คือผลิตพลังงานคงที่ โดยไม่ขึ้นกับกำลังงานที่ต้องการใช้จริง เนื่องจากต้นทุนเชื้อเพลิงมีราคาถูกเมื่อเทียบกับค่าใช้จ่ายอื่นๆในการผลิต [1](ในขณะที่โรงไฟฟ้าที่ใช้การต้มน้ำด้วยแหล่งพลังงานอื่น สามารถลดการจ่ายไฟลงครึ่งหนึ่งได้เวลากลางคืนเพื่อประหยัดค่าใช้จ่ายเชื้อเพลิง) กำลังไฟที่หน่วยผลิตจ่ายได้นั้นอาจมีตั้งแต่ 40 เมกะวัตต์ จนถึงเกือบ 2000 เมกะวัตต์ ในปัจจุบันหน่วยผลิตที่สร้างกันมีขอบเขตอยู่ที่ 600-1200 เมกะวัตต์ พื้นที่เก็บกากนิวเคลียร์ลึกใต้ดิน
ดูเพิ่มเติม: การจัดการกากกัมมันตรังสีระดับสูง
กากกัมมันตรังสีอายุยาวส่วนมาก, รวมทั้งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้ว, ต้องได้รับการเก็บกักและแยกออกต่างหากจากมนุษย์และสิ่งแวดล้อมเป็นเวลานานมาก. การกำจัดของเสียเหล่านี้ในสิ่งอำนวยความสะดวกทางวิศวกรรม, หรือพื้นที่เก็บ, ที่อยู่ลึกลงไปใต้ดินในการก่อตัวทางธรณีวิทยาที่เหมาะสมถูกมองว่าเป็นวิธีการแก้ปัญหาที่อ้างอิง. คณะกรรมการนานาชาติว่าด้วยวัสดุฟิชชั่นได้กล่าวว่า: 
เป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางว่าเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วและการนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่ระดับสูงและของเสียพลูโตเนียมต้องมีที่จัดเก็บที่มีการออกแบบที่ดีสำหรับรอบระยะเวลาตั้งแต่หลายหมื่นปีจนถึงหนึ่งล้านปี, เพื่อลดการปล่อยกัมมันตภาพรังสีที่ถูกเก็บกักไว้ออกสู่สภาพแวดล้อม. การป้องกันยังต้องมีเพื่อให้แน่ใจว่าทั้งพลูโตเนียมหรือยูเรเนียมสมรรถนะสูงจะไม่หันเหความสนใจไปกับการใช้เป็นอาวุธ. มีข้อตกลงทั่วไปว่าการจัดวางเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วในพื้นที่เก็บที่อยู่ใต้พื้นผิวโลกหลายร้อยเมตรจะปลอดภัยกว่าที่จัดเก็บที่ไม่แน่นอนของเชื้อเพลิงใช้แล้วบนพื้นผิว.
องค์ประกอบทั่วไปของพื้นที่เก็บรวมถึงกากกัมมันตรังสี, ภาชนะที่เก็บของเสีย, อุปสรรคด้านวิศวกรรมอื่นๆหรือที่ปิดผนึกรอบภาชนะ, อุโมงค์ที่อยู่อาศัยของภาชนะบรรจุ, และการชดเชยทางธรณีวิทยาของพื้นที่โดยรอบ. เชื้อเพลิงนิวเคลียร์
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เป็นเชื้อเพลิงทางเลือกชนิดหนึ่งที่ประเทศไทยโดยการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย เลือกใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า เพื่อให้เพียงพอต่อความต้องการใช้ไฟฟ้าปริมาณมากของคนไทย โดยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์นี้ผลิตจากแร่ยูเรเนียม ที่ผ่านกระบวนการสกัด แปลงสภาพ และทำให้เข้มข้น (Enriched) ก่อนที่จะทำเป็นเม็ดแล้วนำไปบรรจุในท่อ ซึ่งจะนำไปรวมเป็นมัดเชื้อเพลิงบรรจุในแกนปฏิกรณ์เพื่อใช้งาน พลังงานนิวเคลียร์ในประเทศไทย
สำหรับปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมนั้น ดังได้กล่าวมาแล้ว ตั้งแต่ต้นว่า การใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ จะทำให้ปลอดภัยจากภาวะปฏิกิริยาเรือนกระจก ปลอดภัยจากภาวะฝนกรด ซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตในโลก ตลอดจนไม่ทำให้อุณหภูมิของโลกเพิ่มสูงขึ้นมากเหมือนอย่างการใช้เชื้อเพลิงอย่างอื่น นอกจากนี้ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ยังใช้พื้นที่ในการก่อสร้างน้อยกว่าและไม่ทำลายพื้นที่ป่าเขา เหมือนอย่างการสร้างเขื่อนสำหรับโรงไฟฟ้าพลังน้ำ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์
แท่งเชื้อเพลิงจะนำไปรวบเข้าไว้เป็นมัด เรียกว่า มัดเชื้อเพลิง ภายในมีช่องเพื่อให้สารระบายความร้อนผ่านไปได้ จำนวนแท่งเชื้อเพลิงในมัดจะแตกแต่างไปตามชนิดปฏิกรณ์ 179 - 264 แท่ง พลังงานนิวเคลียร์
อุบัติเหตุเกี่ยวกับการแผ่รังสีและพลังงานนิวเคลียร์รวมถึงโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ที่เชอร์โนบิล (1986), ที่ Fukushima Daiichi (2011) และที่เกาะทรีไมล์ (1979).[50] นอกจากนี้ยังมีอุบัติเหตุที่เกิดในเรือดำน้ำนิวเคลียร์.[50][48][49]. ในแง่ของการสูญเสียชีวิตต่อหน่วยของพลังงานที่สร้างขึ้น, นักวิเคราะห์ได้รายงานว่าพลังงานนิวเคลียร์ได้ก่อให้เกิดการเสียชีวิตต่อหน่วยของพลังงานน้อยกว่าหน่วยพลังงานที่สร้างขึ้นจากแหล่งที่สำคัญของการผลิตพลังงานอื่นๆ. การผลิตพลังงานจากถ่านหิน, ปิโตรเลียม, ก๊าซธรรมชาติและไฟฟ้าพลังน้ำได้ก่อให้เกิดการเสียชีวิตต่อหน่วยของพลังงานที่สร้างขึ้นมีจำนวนมากกว่าอันเนื่องมาจากมลพิษทางอากาศและผลกระทบที่เกิดอุบัติเหตุ.[75][76][77][78][79] อย่างไรก็ตาม ค่าใช้จ่ายทางเศรษฐกิจของอุบัติเหตุโรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์จะสูงและการลอมละลาย (English: meltdowns) อาจต้องใช้เวลาหลายทศวรรษในการทำความสะอาด. ค่าใช้จ่ายในการเคลื่อนย้ายมนุษย์ในพึ้นที่ที่ได้รับผลกระทบและการดำรงชีวิตที่สูญเสียไปยังมีค่ามหาศาลอย่างมีนัยสำคัญ.[80][81] พลังงานนิวเคลียร์
เศรษฐศาสตร์ของโรงไฟฟ้​​านิวเคลียร์แห่งใหม่เป็นเรื่องที่ถกเถียงกันเพราะมีหลายมุมมองที่แปลกแยกในหัวข้อนี้และเกี่ยวพันกับการลงทุนหลายพันล้านดอลล่าร์สำหรับทางเลือกของแหล่งพลังงาน. โรงไฟฟ้​​าพลังงานนิวเคลียร์มักจะมีค่าใช้จ่ายเงินทุนสูงสำหรับการสร้างโรงงาน แต่ค่าใช้จ่ายด้านเชื้อเพลิงที่ต่ำ. ดังนั้น เมื่อเทียบกับวิธีการผลิตไฟฟ้าอื่น ๆ จะขึ้นอยู่เป็นอย่างยิ่งกับสมมติฐานเกี่ยวกับระยะเวลาการก่อสร้างและการจัดหาเงินทุนสำหรับโรงงานนิวเคลียร์รวมทั้งค่าใช้จ่ายในอนาคตของเชื้อเพลิงฟอสซิลและพลังงานหมุนเวียนเช่นเดียวกับโซลูชั่นการจัดเก็บพลังงานสำหรับแหล่งพลังงานที่ไม่สม่ำเสมอ. ประมาณการค่าใช้จ่ายยังต้องพิจารณาถึงการรื้อถอนโรงงานและต้นทุนการเก็บรักษากากนิวเคลียร์. ในทางกลับกัน มาตรการที่จะบรรเทาภาวะโลกร้อนเช่นการเก็บภาษีคาร์บอนหรือการซื้อขายมลพิษคาร์บอนอาจให้ประโยชน์กับเศรษฐศาสตร์ของพลังงานนิวเคลียร์. พลังงานนิวเคลียร์
พลังงานนิวเคลียร์ (Nuclear energy) หมายถึง พลังงานไม่ว่าในลักษณะใดซึ่งเกิดจากการปลดปล่อยออกมาเมื่อมีการแยก, รวมหรือแปลงนิวเคลียส (หรือแกน) ของปรมาณู คำที่ใช้แทนกันได้คือ พลังงานปรมาณู (Atomic energy) ซึ่งเป็นคำที่เกิดขึ้นก่อนและใช้กันมาจนติดปาก โดยอาจเป็นเพราะมนุษย์เรียนรู้ถึงเรื่องของปรมาณู (Atom) มานานก่อนที่จะเจาะลึกลงไปถึงระดับนิวเคลียส แต่การใช้ศัพท์ที่ถูกต้องควรใช้คำว่า พลังงานนิวเคลียร์ อย่างไรก็ดีคำว่า Atomic energy ยังเป็นคำที่ใช้กันอยู่ในกฎหมายของหลายประเทศ สำหรับประเทศไทยได้กำหนดความหมายของคำว่าพลังงานปรมาณู ไว้ในมาตรา 3 แห่งพ.ร.บ.พลังงานปรมาณูเพื่อสันติ พ.ศ. 2504 ในความหมายที่ตรงกับคำว่า พลังงานนิวเคลียร์ และต่อมาได้บัญญัติไว้ในมาตรา3 ให้ครอบคลุมไปถึงพลังงานรังสีเอกซ์ด้วย การที่ยังรักษาคำว่าพลังงานปรมาณูไว้ในกฎหมาย โดยไม่เปลี่ยนไปใช้คำว่าพลังงานนิวเคลียร์แทน จึงน่าจะยังคงมีประโยชน์อยู่บ้าง เพราะในทางวิชาการถือว่า พลังงานเอกซ์ไม่ใช่พลังงานนิวเคลียร์ การกล่าวถึง พลังงานนิวเคลียร์ในเชิงปริมาณ ต้องใช้หน่วยที่เป็นหน่วยของพลังงาน โดยส่วนมากจะนิยมใช้หน่วย eV, KeV (เท่ากับ1,000 eV) และ MeV (เท่ากับ 1,000,000 eV) เมื่อกล่าวถึงพลังงานนิวเคลียร์ปริมาณน้อย และนิยมใช้หน่วยกิโลวัตต์- ชั่วโมง หรือ เมกะวัตต์-วัน เมื่อกล่าวถึงพลังงานปริมาณมากๆ โดย: 1MWd=เมกะวัตต์-วัน = 24,000 กิโลวัตต์-ชั่วโมง และ 1MeV=1.854x10E-24 MWd โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
เทคโนโลยีการนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่ได้รับการพัฒนาที่จะแยกและกู้คืนพลูโตเนียมที่สามารถทำฟิชชั่นได้ทางเคมีจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ผ่านการฉายรังสี[74]. การนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่มีวัตถุประสงค์หลายอย่างที่ความสำคัญที่เกี่ยวข้องกันมีการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป. การนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่แต่เดิมถูกใช้แต่เพียงอย่างเดียวในการสกัดพลูโตเนียมในการผลิตอาวุธนิวเคลียร์. ด้วยการทำในเชิงพาณิชย์ของพลังงานนิวเคลียร์, พลูโตเนียมที่ถูกนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่จะถูกรีไซเคิลกลับไปเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ MOX สำหรับ'เครื่องปฏิกรณ์ร้อน'[75]. ยูเรเนียมที่ถูกนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่, ซึ่งรวมต้วเป็นกลุ่มของวัสดุเชื้อเพลิงใช้แล้ว, ในหลักการสามารถที่จะถูกนำกลับมาใช้เป็นเชื้อเพลิงใหม่ได้เช่นกัน, แต่นั่นเป็นเพียงเพื่อการประหยัดเท่านั้นถ้ายูเรเนียมมีราคาสูงหรือการกำจัดมันมีราคาแพง. ในที่สุดเครื่องปฏิกรณ์แบบ breeder สามารถใช้เชื้อเพลิงไม่เพียงจากพลูโตเนียมและยูเรเนียมที่รีไซเคิลในเชื้อเพลิงใช้แล้วเท่านั้น, แต่ actinides ทั้งหมด, เป็นการปิดท้ายวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และอาจทวีคูณพลังงานที่สกัดจากยูเรเนียมธรรมชาติได้มากกว่า 60 เท่า[76]. พลังงานนิวเคลียร์
พลังงานนิวเคลียร์ (English: Nuclear Power or Nuclear Energy) เป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งที่ได้จากการคายความร้อนในปฏิกิริยานิวเคลียร์[1] เพื่อประโยชน์ในการสร้างความร้อนและผลิตไฟฟ้า. นิวเคลียร์ เป็นคำคุณศัพท์ของคำว่า นิวเคลียส ซึ่งเป็นแก่นกลางของอะตอมธาตุ ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคโปรตอน และนิวตรอน ซึ่งยึดกันได้ด้วยแรงของอนุภาคไพออน พลังงานนิวเคลียร์
ในประเทศที่มีพลังงานนิวเคลียร์, กากกัมมันตรังสีประกอบด้วยของเสียที่เป็นพิษน้อยกว่า 1% ของของเสียที่เป็นพิษในภาคอุตสาหกรรมโดยรวม, ซึ่งส่วนมากยังคงเป็นอันตรายเป็นเวลานาน[134]. โดยรวมแล้ว พลังงานนิวเคลียร์ผลิตวัสดุของเสียน้อยโดยปริมาตรกว่าโรงไฟฟ้าเชื้อเพลิงฟอสซิล[135]. โดยเฉพาะโรงไฟฟ้าที่เผาถ่านหินมีข้อสังเกตในการผลิตเถ้าที่เป็นพิษและกัมมันตภาพรังสีอย่างอ่อนจำนวนมาก เนื่องจากถ่านหินมีการสะสมทางธรรมชาติที่เกิดขึ้นในโลหะและวัสดุกัมมันตรังสีอย่างอ่อน[136]. รายงานในปี 2008 จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Oak Ridge สรุปได้ว่า ไฟฟ้าจากถ่านหินจริงๆแล้วจะส่งผลให้กัมมันตภาพรังสีถูกปล่อยออกมาในสภาพแวดล้อมมากกว่าการดำเนินงานของพลังงานนิวเคลียร์, และว่าค่าของยาที่มีผลกระทบต่อประชากรเทียบเท่า หรือปริมาณยาที่ให้กับประชาชนจากการแผ่รังสีจากโรงไฟฟ้าถ่านหินจะเป็น 100 เท่าของการดำเนินการของโรงงานนิวเคลียร์ในอุดมคติ[137]. อันที่จริง เถ้าถ่านหินมีกัมมันตรังสีน้อยกว่าเชื้อเพลิงใช้แล้วมากเมื่อเทียบน้ำหนักที่เท่ากัน, แต่เถ้าถ่านหินถูกผลิตในปริมาณที่มากกว่าต่อหน่วยของ พลังงานที่สร้างขึ้น, และเถ้าเหล่านี้ถูกปล่อยออกโดยตรงในสภาพแวดล้อมเป็นเถ้าลอยในอากาศ, ในขณะที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใช้สิ่งป้องกันเพื่อปกป้องสิ่งแวดล้อมจากสารกัมมันตรังสี, เช่น ภาชนะเก็บถังแห้ง[138]. พลังงานนิวเคลียร์
อย่างไรก็ตาม การออกแบบของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่นำเสนอบางเครื่อง เช่นเครื่องปฏิกรณ์ Integral Fast Reactor และ Molten salt reactor สามารถใช้กากนิวเคลียร์จากเครื่องปฏิกรณ์ light water มาเป็นเชื้อเพลิงได้, ทำการ transmutating[125] มันให้เป็นไอโซโทปที่จะปลอดภัย หลังจากนี้หลายร้อยปี แทนที่จะเป็นนับหมื่นปี. สิ่งนี้อาจให้ทางเลือกที่น่าสนใจมากกว่าการกำจัดโดยการฝังลึกใต้ผิวโลก[126][127][128]. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ชนิดของเครื่องปฏิกรณ์ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ วงจรความเย็นและตัวหน่วงปฏิกิริยาจะใช้แตกต่างกัน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
เครื่องปฏิกรณ์เป็นหัวใจของโรงไฟฟ้า ในส่วนกลางของมัน ความร้อนของแกนเครื่องปฏิกรณ์ถูกสร้างขึ้นโดยปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่มีการควบคุม ความร้อนนี้ถูกส่งผ่านไปให้น้ำหล่อเย็นขณะที่มันถูกสูบผ่านเครื่องปฏิกรณ์และนี่เองเป็นการดึงเอาพลังงานจากเครื่องปฏิกรณ์ออกมา ความร้อนจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชั่นจะถูกใช้ในการสร้างไอน้ำซึ่งจะไหลผ่านกังหันไอน้ำที่จะส่งกำลังไปที่ใบพัดของเรือหรือไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
มีการออกแบบใหม่จำนวนมากสำหรับการผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์, รวมกันเรียกว่าเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นที่สี่(English: Generation IV reactor), เป็นเรื่องของการวิจัยที่ขันแข็งและอาจถูกนำมาใช้ในการผลิตไฟฟ้าในทางปฏิบัติในอนาคต. หลายแบบของการออกแบบใหม่เหล่านี้เป็นความพยายามโดยเฉพาะที่จะทำให้การทำให้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สะอาดยิ่งขึ้น, ปลอดภัยยิ่งขึ้นและ/หรือลดความเสี่ยงในการแพร่กระจายของอาวุธนิวเคลียร์. โรงงานที่ปลอดภัยแบบพาสซีฟ (เช่น Economic Simplified Boiling Water Reactor (ESBWR)) พร้อมที่จะถูกสร้างขึ้น[89] และการออกแบบอื่น ๆ ที่เชื่อว่าจะค่อนข้างปราศจากความโง่กำลังอยู่ระหว่างการค้นคว้า[90]. เครื่องปฏิกรณ์แบบฟิวชั่น, ซึ่งอาจจะเป็นไปได้ในอนาคต, จะช่วยลดหรือขจัดความเสี่ยงจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับนิวเคลียร์ฟิชชั่น[91].