เรือพลังงานนิวเคลียร์

เรือพลังงานนิวเคลียร์

พลังงานนิวเคลียร์เหมาะสำหรับใช้ในการขับเคลื่อนเรือหรือเรือดำน้ำ ที่ต้องเดินทางอยู่ในทะเลเป็นเวลานานโดยไม่ต้องเติมเชื้อเพลิง มีการใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็ก มากกว่า 220 เครื่อง ในเรือที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์มากกว่า 150 ลำ ปฏิบัติการอยู่ในทะเล โดยมีเวลาปฏิบัติการสะสมทั้งหมดของเครื่องปฏิกรณ์ มากกว่า 12,000 ปี เรือที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ ส่วนใหญ่เป็นเรือดำน้ำ โดยมีบางส่วนเป็นเรือทำลายน้ำแข็ง (icebreakers) และเรือบรรทุกเครื่องบิน (aircraft carriers) ในอนาคต การขาดแคลนน้ำมันเชื้อเพลิงจะทำให้การใช้พลังงานนิวเคลียร์ในเรือเดินทะเล มีการใช้กันแพร่หลายมากขึ้น การใช้พลังงานนิวเคลียร์ในเรือเดินทะเล เริ่มต้นขึ้นในปี 1940 โดยสหรัฐเริ่มทดลองเครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกในปี 1953 เรือดำน้ำพลังงานนิวเคลียร์ลำแรก ชื่อ USS Nautilus ถูกปล่อยลงทะเลในปี 1955 ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญของเรือดำน้ำ จากเดิมที่เป็นเพียงยานใต้น้ำที่เชื่องช้า กลายเป็นเรือรบที่มีความเร็ว 20-25 knots สามารถดำน้ำได้นานหลายสัปดาห์Nautilus เป็นจุดเริ่มต้นของการพัฒนาเรือดำน้ำรุ่นต่อมา (Skate-class) ที่ใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบใช้น้ำความดันสูง (pressurised water reactors) และเรือบรรทุกเครื่องบิน USS Enterprise ที่ใช้เครื่องปฏิกรณ์จำนวน 8 เครื่อง ในปี 1960 และเรือลาดตระเวน (cruiser) USS Long Beach ที่ใช้เครื่องปฏิกรณ์ 2 เครื่อง โดยในปัจจุบันเรือ Enterprise ยังคงปฏิบัติงานอยู่ พลังงานนิวเคลียร์ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนานใหญ่ในกองทัพเรือสหรัฐ ในปี 1962 กองทัพเรือสหรัฐ มีเรือดำน้ำพลังงานนิวเคลียร์ปฏิบัติการอยู่ 26 ลำ และกำลังสร้างอีก 30 ลำ สหรัฐมีการแลกเปลี่ยนเทคโนโลยีกับอังกฤษ ขณะที่ฝรั่งเศส รัสเซียและจีนต่างมีการพัฒนาของตนเอง หลังจากเรือดำน้ำรุ่น Skate-class แล้ว สหรัฐได้มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง มีการออกแบบเป็นชุดมาตรฐาน จัดสร้างขึ้น โดยบริษัท Westinghouse และ GE เรือแต่ละลำจะมีเครื่องปฏิกรณ์ 1 เครื่อง ส่วนอังกฤษได้ให้บริษัท Rolls Royce สร้างเครื่องปฏิกรณ์ลักษณะเดียวกันให้กับเรือดำน้ำของกองทัพเรือ และมีการพัฒนาการออกแบบต่อมาเป็นแบบ PWR-2 รัสเซียได้พัฒนาการออกแบบทั้งเครื่องปฏิกรณ์แบบใช้น้ำความดันสูง (PWR) และ เครื่องปฏิกรณ์แบบระบายความร้อนด้วยตะกั่วกับบิสมัท (lead-bismuth cooled reactor) ซึ่งแบบหลังนี้ไม่มีการใช้งานแล้ว รัสเซียมีเรือดำน้ำออกมาใช้งานทั้งหมด 4 รุ่น โดยรุ่นล่าสุด คือ Severodvinsk class ออกปฏิบัติการในปี 1995 เรือดำน้ำที่มีขนาดใหญ่ที่สุดมีขนาด 26,500 ตัน เป็นของรัสเซียรุ่น Typhoon-class ใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบ PWR ขนาด 190 MWt 2 เครื่อง ซึ่งออกมาทำลายสถิติรุ่น Oscar-II class ที่มีขนาด 24,000 ตัน และใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบเดียวกัน ถ้าเปรียบเทียบถึงระดับความปลอดภัยกับสหรัฐแล้ว รัสเซียมีการเกิดอุบัติเหตุร้ายแรงจำนวนหลายครั้ง โดยมีปัญหาจากเครื่องปฏิกรณ์ 5 ครั้ง มีการรั่วไหลของรังสีอีกมากกว่านั้น แต่หลังจากปี 1970 ซึ่งได้ออกเรือดำน้ำที่ใช้เครื่องปฏิกรณ์ PWRs รุ่นที่สาม รัสเซียได้ให้ความสำคัญกับระบบความปลอดภัยมากขึ้น                                  ผังแสดงโครงสร้างระบบขับดันของเรือดำน้ำพลังงานนิวเคลียร์ของอังกฤษ กองเรือพลังงานนิวเคลียร์ (Nuclear Naval Fleets) ตั้งแต่ปี 1950 ถึงปี 2003 รัสเซียสร้างเรือดำน้ำพลังงานนิวเคลียร์จำนวน 248 ลำ เรือผิวน้ำ 5 ลำ ใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ 468 เครื่อง โดยยังมีการปฏิบัติงานอยู่ในปัจจุบัน 60 ลำ ตอนปลายสงครามเย็น ในปี 1989 คาดว่ารัสเซียมีเรือดำน้ำที่กำลังสร้างและที่ปฏิบัติการอยู่รวม 400 ลำ แต่ต่อมาได้มีการยกเลิกไป 250 ลำ จากโครงการลดกำลังอาวุธ ในปัจจุบันรัสเซียและสหรัฐมีเรือดำน้ำที่ใช้งานอยู่ในแต่ละประเทศมากกว่า 100 ลำ ขณะที่อังกฤษและฝรั่งเศสมีน้อยกว่า 20 ลำ ส่วนจีนมี 6 ลำ รวมแล้วมีเรือดำน้ำพลังงานนิวเคลียร์ทั้งหมดประมาณ 160 ลำ สหรัฐเป็นประเทศที่มีเรือบรรทุกเครื่องบินพลังงานนิวเคลียร์มากที่สุด จำนวน 11 ลำ ส่วนเรือลาดตระเวน (cruisers) สหรัฐมี 9 ลำ รัสเซียมี 4 ลำ รัสเซียมีเรือทำลายน้ำแข็งพลังงานนิวเคลียร์ใช้งานอยู่ในปัจจุบัน 8 ลำ กองทัพเรือสหรัฐมีสถิติของชั่วโมงปฏิบัติการในการใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทั้งหมด 5500 ปี โดยไม่มีอุบัติเหตุ ข้อมูลในเดือนสิงหาคม ปี 2004 มีเรือที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ปฏิบัติการอยู่จำนวน 80 ลำ ใช้เครื่องปฏิกรณ์จำนวน 105 เครื่อง ขณะที่รัสเซียมีสถิติของชั่วโมงการใช้เครื่องปฏิกรณ์ในการเดินเรือทั้งหมด 6000 ปี                                                                                                                              เรือบรรทุกเครื่องบิน USS Enterpris เรือบรรทุกเครื่องบิน USS Eisenhower การใช้ในเรือทางพลเรือน (Civil Vessels) ยานขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์ มีความสำคัญต่อรัสเซียทั้งทางเทคนิคและการประหยัดงบประมาณ โดยเฉพาะกับรัสเซียทางตอนเหนือ (Russian Arctic) ที่ต้องใช้เรือทำลายน้ำแข็ง (icebreakers) การที่น้ำแข็งมีความหนา 3 เมตร และการเติมเชื้อเพลิงทำได้ยากถ้าใช้เชื้อเพลิงชนิดอื่น กองเรือนิวเคลียร์ (nuclear fleet) ได้ทำให้การเดินเรือด้านอาร์กติก (Arctic) เพิ่มขึ้นจากปีละ 2 เดือนเป็นปีละ 10 เดือน และทำให้ด้านอาร์กติกตะวันตก (Western Arctic) สามารถเดินเรือได้ทั้งปี เรือทำลายน้ำแข็ง Lenin เป็นเรือผิวน้ำพลังงานนิวเคลียร์ลำแรกของโลก มีขนาด 20,000 dwt มีการใช้งานอยู่ 30 ปี โดยมีการเปลี่ยนเครื่องปฏิกรณ์ในปี 1970 ต่อมาได้มีการพัฒนาให้เรือทำลายน้ำแข็งมีขนาดใหญ่ขึ้น โดยผลิตรุ่น Arktika-class ที่มีขนาด 23,500 dwt ออกมาในปี 1975 จำนวน 6 ลำ แต่ละลำมีเครื่องปฏิกรณ์ขนาด 56 MW ในการขับเคลื่อนจำนวน 2 เครื่อง เพื่อปฏิบัติการในน้ำลึกของทวีปอาร์กติก เรือ Arktika เป็นเรือผิวน้ำลำแรกที่สามารถไปถึงขั้วโลกเหนือในปี 1977 การใช้งานสำหรับกรณีน้ำตื้น เช่น ปากน้ำหรือในแม่น้ำ มีการสร้างเรือต้นแบบขึ้นมา 2 ลำ ในฟินแลนด์ เป็นเรือทำลายน้ำแข็งรุ่น Taymyr-class ขนาด 18,260 dwt ใช้เครื่องปฏิกรณ์ขนาด 38 MW โดยใช้ระบบผลิตไอน้ำที่ทำในรัสเซีย โดยมีวัตถุประสงค์ในการสร้างเพื่อแสดงให้เห็นว่าเรือพลังงานนิวเคลียร์ ที่สร้างขึ้นเป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยสากล (international safety standards) เรือรุ่นนี้เริ่มออกปฏิบัติการในปี 1989 การพัฒนาเรือพลังงานนิวเคลียร์พาณิชย์ เริ่มขึ้นในทศวรรษ 1950 แต่ไม่ประสบผลสำเร็จในทางการค้า สหรัฐได้สร้างเรือ NS Savannah ขนาด 22,000 ตัน ใช้เครื่องปฏิกรณ์ขนาด 74 MWt ให้กำลังในการขับใบพัด 16.4 MW ได้รับอนุญาตในปี 1962 และเลิกใช้ใน 8 ปีต่อมา เรือที่สร้างขึ้นประสบความสำเร็จในทางเทคนิค แต่ไม่คุ้มค่าในทางการค้า เยอรมันสร้างเรือพลังงานนิวเคลียร์ชื่อ Otto Hahn ขนาด 15,000 ตัน ใช้เครื่องปฏิกรณ์ 1 เครื่องขนาด 36 MWt ให้กำลังในการขับใบพัดเรือ 8 MW เป็นเรือบรรทุกสินค้าและการวิจัย ในการใช้งาน 10 ปี มีการเดินเรือ 126 เที่ยว ด้วยระยะทาง 650,000 ไมล์ทะเล โดยไม่มีปัญหาทางเทคนิค แต่ก็แสดงให้เห็นว่าค่าใช้จ่ายในการเดินเรือสูงเกินไป และได้เปลี่ยนเชื้อเพลิงเป็นน้ำมันดีเซลในปี 1982 เรือ Mutsu ขนาด 8000 ตันของญี่ปุ่น เป็นเรือพลังงานนิวเคลียร์ทางพลเรือนลำที่ 3 เริ่มใช้งานในปี 1970 ใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ 1 เครื่อง ขนาด 36 MWt ใช้เชื้อเพลิงแบบ low-enriched uranium (3.7 - 4.4% U-235) ให้กำลังในการขับใบพัดเรือ 8 MW เรือลำนี้ไม่ประสบผลสำเร็จ เนื่องจากมีปัญหาทั้งทางเทคนิคและปัญหาทางการเมือง ในปี 1988 รัสเซียได้ออกเรือ NS Sevmorput สำหรับใช้ที่ท่าเรือตอนเหนือของไซบีเรีย (Siberian ports) เรือลำนี้มีขนาด 61,900 ตัน เป็นเรือบรรทุกขนาดเบาสำหรับใช้กับท่าเรือน้ำตื้น ที่ติดตั้งชุดทำลายน้ำแข็ง โดยใช้เครื่องปฏิกรณ์ขนาด 135 MWt แบบ KLT-40 เช่นเดียวกับที่ใช้ในเรือทำลายน้ำแข็งขนาดใหญ่ ให้กำลังในการขับใบพัดเรือ 30 MW มีการเติมเชื้อเพลิงใหม่ครั้งเดียวเมื่อปี 2003 นับถึงปี 2003 รัสเซียมีชั่วโมงการปฏิบัติงานกับเครื่องปฏิกรณ์ ของเรือพลังงานนิวเคลียร์ในทวีปอาร์กติก 250 ปี และมีโครงการที่จะสร้างเรือทำลายน้ำแข็งพลังงานนิวเคลียร์ขนาด 32,400 dwt ซึ่งให้กำลังในการขับใบพัดเรือ 60 MW และมีแผนที่จะสร้างเรือที่มีกำลังสูงขึ้น ให้มีขนาด 110 MW net และ 55,600 dwt เรือดำน้ำพลังงานนิวเคลียร์ USS Nautilus เรือดำน้ำพลังงานนิวเคลียร์ USS San Francisco เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ของกองทัพเรือเป็นแบบใช้น้ำความดันสูง (pressurised water) แต่มีความแตกต่างจากเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ผลิตไฟฟ้าในเชิงพาณิชย์ ได้แก่: เครื่องปฏิกรณ์มีขนาดเล็กกว่ามากแต่ให้กำลังสูง ใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียมแบบ highly-enriched มียูเรเนียม-235 (U-235) มากกว่า >20% ซึ่งเดิมใช้แบบ 97% แต่ปัจจุบันเรือดำน้ำสหรัฐใช้แบบ 93% ประเทศยุโรปตะวันตกใช้แบบ 20-25% ส่วนรัสเซียใช้แบบ 45% เชื้อเพลิงไม่ได้อยู่ในรูปยูเรเนียมออกไซด์ (UO2) แต่เป็นอัลลอยด์ยูเรเนียมเซอร์โคเนียม (uranium-zirconium) หรือยูเรเนียมอลูมิเนียม (uranium-aluminium ) ซึ่งใช้ 15%U ที่มีการ enrichment เป็น 93% หรือใช้ยูเรเนียมมากขึ้น แต่ enrichment ต่ำลง เช่น 20%U-235 หรืออาจอยู่ในรูปโลหะเซรามิกส์ (metal-ceramic) เช่นแบบ Kursk ใช้เชื้อเพลิงเป็นวงแหวน U-Al ที่มี 20-45%enrichment มีปลอกหุ้มเป็นอัลลอยด์ของเซอร์โคเนียม (zircaloy) ทำให้แกนเครื่องปฏิกรณ์ขนาด 200 MW มี U-235ประมาณ 200kg แกนเครื่องปฏิกรณ์มีอายุยาวนาน การเติมเชื้อเพลิงใหม่แต่ละครั้งจะห่างกันมากกว่า 10 ปี มีการออกแบบให้เปลี่ยนแกนเครื่องปฏิกรณ์ใหม่ ที่อายุ 50 ปีในเรือบรรทุก และ 30-40 ปีสำหรับเรือดำน้ำ มีการออกแบบถังความดัน (pressure vessel) ให้มีขนาดเล็กแต่ยังคงมีความปลอดภัยสูง ถังความดันของเรือ Sevmorput ซึ่งถือเป็นเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ มีความสูง 4.6 m มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 1.8 m ส่วนแกนเครื่องปฏิกรณ์มีความสูง 1 m เส้นผ่าศูนย์กลาง 1.2 m ประสิทธิภาพในการให้ความร้อนต่ำกว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทางพลเรือน เนื่องจากต้องการความยืดหยุ่นในการปรับกำลังการเดินเครื่อง และการจำกัดของพื้นที่ระบบผลิตไอน้ำ แกนเครื่องปฏิกรณ์ที่มีอายุยาวนานเนื่องจากการใช้ยูเรเนียมชนิด high enrichment และมีระบบ "burnable poison" เช่นการใส่ gadolinium ลงไปในแกนเครื่องปฏิกรณ์เพื่อลดการเกิดของ fission products และการสะสมของ actinides ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพของเชื้อเพลิงลดลง ถังความดันของเครื่องปฏิกรณ์ที่มีขนาดเล็กแต่มีอายุการใช้งานนาน เนื่องจากมีระบบป้องกันนิวตรอนอยู่ภายในเรือดำน้ำรุ่น Alfa-class ของรัสเซีย ใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบ liquid metal cooled reactor (LMR) 1 เครื่อง ซึ่งยูเรเนียมแบบ enrichment สูงมาก มีกำลัง 155 MWt แต่มีปัญหาในการปฏิบัติงาน เนื่องจากต้องทำให้ตะกั่วบิสมัท (lead-bismuth) ที่ใช้ระบายความร้อนอยู่ในสภาพแข็งตัวเมื่อดับเครื่องปฏิกรณ์ เรือรุ่นนี้มีการสร้างขึ้น 8 ลำ เรือดำน้ำรุ่นนี้ ถือว่าไม่ประสบความสำเร็จในการออกแบบ กำลังของเครื่องปฏิกรณ์มีขนาดตั้งแต่ 10 MWt ในรุ่นต้นแบบ ไปจนถึง 200 MW ในเรือดำน้ำขนาดใหญ่ และ 300 MWt ในเรือผิวน้ำ เช่นเรือลาดตระเวน Kirov-class เครื่องปฏิกรณ์ของเรือดำน้ำรุ่น Rubis-class ของฝรั่งเศส มีกำลัง 48 MW ปฏิบัติงานได้โดยไม่ต้องเติมเชื้อเพลิงใหม่เป็นเวลา 30 ปี ส่วนเครื่องปฏิกรณ์ของเรือรุ่น Oscar-II class ของรัสเซียมีกำลัง 190 MWt เรือของรัสเซีย สหรัฐและอังกฤษ ใช้กังหันไอน้ำในการขับเคลื่อน ส่วนเรือของฝรั่งเศสและจีนใช้กังหันผลิตไฟฟ้าสำหรับการขับเคลื่อน เรือดำน้ำติดตั้งขีปนาวุธของรัสเซียใช้เครื่องปฏิกรณ์ 2 เครื่อง เช่นเดียวกับเรือ Enterprise ส่วนเรือดำน้ำแบบอื่นส่วนใหญ่ใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องเดียวเรือทำลายน้ำแข็งขนาดใหญ่ของรัสเซีย ใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบ KLT-40 ซึ่งมีมัดเชื้อเพลิง (fuel assembly) 241หรือ 274 มัด ใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียมแบบ 30-40% enrichment มีช่วงเวลาการเติมเชื้อเพลิงใหม่ทุก 3-4 ปี กำลังที่ใช้ขับกังหันไอน้ำ สามารถหมุนใบพัดเรือด้วยกำลัง 33 MW (44,000 hp) ส่วนเรือ Sevmorput ใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบเดียวกันนี้ โดยใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียม 90% enrichment เรือทำลายน้ำแข็งรุ่นต่อไปของรัสเซีย จะออกแบบให้ใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเดือดแทนการใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำความดันสูง (PWR)                                                                                              เรือทำลายน้ำแข็ง Sovetskij Sojuz ของรัสเซีย                                                                เรือทำลายน้ำแข็ง Yamal ของรัสเซีย เรือของรัสเซีย สหรัฐและอังกฤษ ใช้กังหันไอน้ำในการขับเคลื่อน ส่วนเรือของฝรั่งเศสและจีนใช้กังหันผลิตไฟฟ้าสำหรับการขับเคลื่อน เรือดำน้ำติดตั้งขีปนาวุธของรัสเซียใช้เครื่องปฏิกรณ์ 2 เครื่อง เช่นเดียวกับเรือ Enterprise ส่วนเรือดำน้ำแบบอื่นส่วนใหญ่ใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องเดียวเรือทำลายน้ำแข็งขนาดใหญ่ของรัสเซีย ใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบ KLT-40 ซึ่งมีมัดเชื้อเพลิง (fuel assembly) 241หรือ 274 มัด ใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียมแบบ 30-40% enrichment มีช่วงเวลาการเติมเชื้อเพลิงใหม่ทุก 3-4 ปี กำลังที่ใช้ขับกังหันไอน้ำ สามารถหมุนใบพัดเรือด้วยกำลัง 33 MW (44,000 hp) ส่วนเรือ Sevmorput ใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบเดียวกันนี้ โดยใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียม 90% enrichment เรือทำลายน้ำแข็งรุ่นต่อไปของรัสเซีย จะออกแบบให้ใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเดือดแทนการใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำความดันสูง (PWR) โอกาสในอนาคต (Future prospects) การเพิ่มขึ้นของแก๊สเรือนกระจกจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิลในการเดินทางและขนส่งทางอากาศและทางเรือ ประกอบกับสถิติความปลอดภัยในการใช้เรือพลังงานนิวเคลียร์ จึงมีความเป็นไปได้สูงที่จะมีผู้หันมาใช้เรือเดินทะเลที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ ถอดความจาก Nuclear-powered Ships เวบไซต์ http://www.uic.com การขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์ เรือที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์สร้างขึ้นโดยมีโรงงานนิวเคลียร์เป็นส่วนหนึ่งอยู่ภายในเรือ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ประกอบด้วยถังบรรจุเครื่องปฏิกรณ์ (reactor vessel) ทำด้วยเหล็กกล้า ระบบแลกเปลี่ยนความร้อน เครื่องกำเนิดไอน้ำ ซึ่งจะเชื่อมต่อกันด้วยท่อ ปั๊มและวาล์ว เครื่องปฏิกรณ์แต่ละเครื่องมีฉนวนป้องกันรังสี ทำด้วยตะกั่วมากกว่า 100 ตัน ทำให้บางส่วนมีกัมมันตภาพรังสี เนื่องจากการสัมผัสกับสารกัมมันตรังสี หรือได้รับนิวตรอนทำให้กลายเป็นสารกัมมันตรังสี การขับเคลื่อนเรือหรือเรือดำน้ำด้วยพลังงานนิวเคลียร์ ใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นตัวให้ความร้อน โดยเป็นความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิชชัน ของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ภายในเครื่องปฏิกรณ์ กระบวนการฟิชชันนี้ให้รังสีออกมาด้วย จึงต้องมีระบบกำบังรังสีรอบเครื่องปฏิกรณ์ เพื่อไม่ให้ลูกเรือได้รับรังสี เครื่องขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์ มีเครื่องปฏิกรณ์แบบใช้น้ำความดันสูง ที่ออกแบบโดยมีระบบหมุนเวียนน้ำ 2 ระบบ โดยระบบแรกจะหมุนเวียนน้ำผ่านแกนเครื่องปฏิกรณ์ เพื่อนำความร้อนออกไปให้กับระบบผลิตไอน้ำ ระบบแรกมีความดันภายในสูงทำให้น้ำไม่เดือด เพื่อไม่ให้ประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนความร้อนที่แกนเครื่องปฏิกรณ์ลดลง น้ำที่แลกเปลี่ยนความร้อนกับระบบผลิตไอน้ำแล้ว จะมีอุณหภูมิลดลงและจะถูกปั๊มกลับเข้าเครื่องปฏิกรณ์เพื่อรับความร้อนใหม่ ระบบหมุนเวียนน้ำระบบที่ 2 จะแยกส่วนจากน้ำของระบบแรก แต่จะมีเครื่องกำเนิดไอน้ำที่รับความร้อนจากระบบแรก แล้วกลายเป็นไอซึ่งจะไปขับกังหันของใบพัดเรือและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำหรับป้อนภายในเรือ จากนั้นไอน้ำจะถูกควบแน่นกลับเป็นน้ำและปั๊มกลับคืนสู่เครื่องกำเนิดไอน้ำ เนื่องจากพลังงานที่เกิดขึ้นไม่จำเป็นต้องใช้อากาศหรือออกซิเจน เรือดำน้ำที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์จึงสามารถอยู่ใต้น้ำโดยไม่จำเป็นต้องขึ้นมารับอากาศเป็นเวลานาน เครื่องปฏิกรณ์ของกองทัพเรือ มีการปรับเปลี่ยนให้เหมาะสมกับการใช้งานในเรือ ทำให้แตกต่างจากเครื่องปฏิกรณ์ทางพลเรือน ที่ทำงานในสภาวะ steady state เนื่องจากลูกเรือต้องทำงานอยู่ใกล้กับเครื่องปฏิกรณ์ จึงมีการออกแบบให้มีความปลอดภัยสูงขึ้นทั้งทางด้านนิวเคลียร์ รังสี คลื่น เสียง และการบำรุงรักษา อุปกรณ์ที่ใช้ต้องออกแบบและผลิตโดยควบคุมคุณภาพให้สูงกว่ามาตรฐาน เครื่องปฏิกรณ์ของกองทัพเรือมีช่วงเวลาในการทำงานได้ยาวนานก่อนที่จะถึงเวลาบำรุงรักษาหรือเปลี่ยนเชื้อเพลิง ต่างจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เชิงพาณิชย์ ที่มีการเปิดออกเพื่อเปลี่ยนเชื้อเพลิงใหม่ทุก 18 เดือน เครื่องปฏิกรณ์ของกองทัพเรือต้องมีการป้องกันและมีความยืดหยุ่น เพื่อให้สามารถปฏิบัติงานในสภาวะที่รุนแรงในทะเลได้เป็นเวลาหลายสิบปี เช่น เมื่อเรือจอดอยู่และมีคลื่นทำให้เรือโยนตัวอย่างรวดเร็ว มีคำสั่งให้เปลี่ยนกำลังการเดินเครื่อง หรืออาจจะอยู่ในภาวะสงคราม สภาวะเหล่านี้บวกกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงภายในเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งวัสดุอุปกรณ์ต้องได้รับรังสีเป็นเวลานาน การสึกกร่อน อุณหภูมิและความดันสูง ทำให้จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีและความรอบคอบในการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ ให้สามารถปฏิบัติงานที่เชื่อมั่นได้ และเชื่อได้ว่าเครื่องขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์ของกองทัพเรือจะเป็นทางเลือกที่ดีที่สุดในอนาคต ตำแหน่งของตอนเครื่องปฏิกรณ์ ในเรือดำน้ำ ตำแหน่งของตอนเครื่องปฏิกรณ์ ในเรือลาดตระเวน เครื่องขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์ของกองทัพเรือ มีความแตกต่างออกไป ทั้งทางด้านขนาด การจัดวางส่วนประกอบ ความแข็งแรงทนทาน ความกะทัดรัด การออกแบบก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์แบบใช้น้ำความดันสูง และสภาวะในการปฏิบัติงาน ส่วนประกอบทางนิวเคลียร์ทั้งหมดถูกติดตั้งอยู่ภายในลำเรือโดยเป็นส่วนหนึ่งของเรือ ที่เรียกว่า ตอนเครื่องปฏิกรณ์ (reactor compartment) ซึ่งจะมีหน้าที่เดียวกันแต่อาจมีรูปร่างแตกต่างกันในเรือแต่ละชนิด สำหรับเรือดำน้ำ ตอนเครื่องปฏิกรณ์จะเป็นรูปทรงกระบอกแนวนอน โดยเป็นส่วนหนึ่งของลำตัวเรือ และมีฉนวนป้องกันรังสีที่ตอนปลายของแต่ละด้าน ตอนเครื่องปฏิกรณ์ของเรือลาดตระเวน (cruiser) จะมีฉนวนป้องกันรังสีในแนวตั้งรูปทรงกระบอกหรือสี่เหลี่ยม ขึ้นกับรูปร่างและโครงสร้างของเรือ เรือพลังงานนิวเคลียร์ยังคงมีรังสีออกมาจากเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ขับดัน แม้ว่าจะดับเครื่องแล้วหรือเคลื่อนย้ายแท่งเชื้อเพลิงออกไปแล้วก็ตาม เมื่อนำเชื้อเพลิงออกไปแล้ว fission product จะออกไปด้วย เนื่องจากมีการออกแบบ การผลิตและการทดสอบที่เชื่อมั่นได้ว่า fission product ทั้งหมดจะยังคงอยู่ภายในแท่งเชื้อเพลิง วัสดุกัมมันตรังสี มากกว่า 99.9% เป็นโครงสร้าง alloy ซึ่งเป็นส่วนประกอบเครื่องปฏิกรณ์ กัมมันตภาพรังสีเกิดจากปฏิกิริยาของรังสีนิวตรอนกับเหล็กและธาตุที่เป็นโลหะอยู่ในอัลลอยด์ ในระหว่างที่เครื่องปฏิกรณ์ทำงาน อีก 0.1% เป็นกัมมันตภาพรังสี จากวัสดุที่สึกกร่อนออกมาจากโครงสร้าง และเข้าไปอยู่ในระบบหมุนเวียนของสารหล่อเย็นของเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งจะมีกัมมันตภาพรังสี จากการเกิดปฏิกิริยากับรังสีนิวตรอน ในแกนเครื่องปฏิกรณ์ แล้วตกตะกอบอยู่ภายในท่อ เชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์เป็นยูเรเนียมที่มีเปลือกหุ้มเป็นโลหะ ยูเรเนียมเป็นหนึ่งในโลหะไม่กี่ชนิด ที่สามารถจะให้ความร้อนออกมาจากการเกิดปฏิกิริยาฟิชชันต่อเนื่องได้ เมื่อนิวตรอนทำให้อะตอมของยูเรเนียมแตกออกจากปฏิกิริยาฟิชชัน (fission) นิวเคลียสของยูเรเนียมจะแยกออกเป็นนิวเคลียสของธาตุที่เลขอะตอมลดลง เรียกว่าผลผลิตฟิชชัน (fission product) ซึ่งจะมีความเร็วสูงมากในตอนที่แตกออกมา fission product จะเคลื่อนที่ไปได้ในระยะทางเป็นไมโครเมตรเท่านั้น และจะหยุดลงอยู่ภายในเปลือกหุ้มเชื้อเพลิง ความร้อนที่เกิดขึ้นจากกระบวนการฟิชชัน ส่วนใหญ่เกิดจากการหยุดลงของ fission product ทำให้คายพลังงานจลน์ออกมาในรูปของความร้อน ลักษณะของตอนเครื่องปฏิกรณ์ในเรือแต่ละชนิด ปฏิกิริยาฟิชชันทำให้มีกัมมันตภาพรังสี เนื่องจาก fission products ที่เกิดขึ้นมีกัมมันตภาพรังสีสูง ดังนั้นกัมมันตภาพรังสีของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ส่วนใหญ่จึงเกิดจาก fission product วัสดุที่ใช้หุ้มเชื้อเพลิงยูเรเนียมในเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ขับดันของกองทัพเรือ สามารถทนการกัดกร่อนและทนต่อรังสีได้สูง เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้ถูกออกแบบ ผลิตและทดสอบ เพื่อให้เชื่อมั่นได้ว่า fission products ที่มีกัมมันตภาพรังสีสูงนี้จะอยู่ภายในโครงสร้างของแท่งเชื้อเพลิง ในการทำงานปกติ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ของกองทัพเรือจะไม่มี fission product เล็ดรอดออกมาภายนอกได้ ขณะที่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทำงาน ปฏิกิริยาฟิชชันของยูเรเนียมจะให้รังสีนิวตรอนออกมาด้วย นิวตรอนส่วนใหญ่จะถูกดูดกลืนโดยอะตอมของเชื้อเพลิงและทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชันต่อเนื่อง แต่ยังคงมีรังสีนิวตรอนบางส่วนออกมาภายนอกแท่งเชื้อเพลิงและถูกดูดกลืนโดยวัสดุที่เป็นโครงสร้างส่วนติดตั้งแท่งเชื้อเพลิง หรือโครงสร้างของแกนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ การสึกกร่อนที่ผิวหน้าของวัสดุเหล่านี้ที่เกิดขึ้นเล็กน้อย จะเข้าไปอยู่ในสารหล่อเย็นของเครื่องปฏิกรณ์ สารหล่อเย็นของเครื่องปฏิกรณ์จะพาสารกัมมันตรังสีเหล่านี้เข้าไปในระบบท่อ และส่วนใหญ่จะถูกดักออกไปจากระบบการกรอง นิวไคลด์กัมมันตรังสีที่เหลืออยู่จะตกตะกอนอยู่ในระบบท่อภายใน นิวตรอนที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิชชันต่อเนื่อง เมื่อถูกดูดกลืนโดยอะตอมของวัสดุที่เป็นโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์ จะทำให้มีกัมมันตภาพรังสี เช่น เหล็ก ที่ในนิวเคลียสมี 54 อนุภาค (Fe-54) อยู่ในสภาวะที่เสถียร เมื่อได้รับนิวตรอน จะกลายเป็นเหล็ก 55 (Fe-55) ซึ่งมีกัมมันตภาพรังสี โดยจะคายพลังงานในรูปของรังสีออกมา แล้วเป็นเป็นแมงกานีส 55 (Mn-55) ที่เสถียร กระบวนการนี้เรียกว่า การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี (radioactive decay) การปฏิบัติงานของเรือจำเป็นต้องทำให้ลูกเรือสามารถอยู่บนเรือได้อย่างปลอดภัย ตอนเครื่องปฏิกรณ์จึงต้องออกแบบให้ป้องกันรังสี โดยทำให้ภายนอกผนังของตอนเครื่องปฏิกรณ์มีระดับรังสีต่ำมากๆ ในการเดินทางด้วยภาวะปกติ เรือ cruisers และ LOS ANGELES Class และเรือดำน้ำ OHIO Class มีระดับรังสีที่ผิวด้านนอกต่ำกว่า 1/200 mrem ต่อชั่วโมง รังสีนิวตรอนและผลผลิตฟิชชันทีมเกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน การเลิกใช้และการถอดแท่งเชื้อเพลิง (Decommissioning and Defueling) เรือพลังงานนิวเคลียร์ของกองทัพเรือสหรัฐจะเลิกใช้งานและถอดเชื้อเพลิงออกเมื่อสิ้นสุดอายุของเชื้อเพลิง เมื่อค่าใช้จ่ายในการปฏิบัติการต่อไปไม่คุ้มกับสมรรถนะที่ได้รับ หรือเรือเหล่านั้นไม่จำเป็นต่อการใช้งานอีกต่อไป กองทัพเรือต้องเผชิญกับสภาวะความจำเป็นในการลดขนาดกองเรือ ทำให้เรือลาดตระเวนพลังงานนิวเคลียร์ส่วนใหญ่ต้องปลดประจำการ เรือดำน้ำพลังงานนิวเคลียร์รุ่น LOS ANGELES Class บางส่วนก็อยู่ในแผนการปลดระวางเช่นกัน สุดท้ายกองทัพเรืออาจต้องปลดระวางเรือดำน้ำรุ่น OHIO Class เช่นกันการถอดแท่งเชื้อเพลิงของเรือพลังงานนิวเคลียร์ จะทำในช่วงที่ดับเครื่องปฏิกรณ์และไม่มีลูกเรือ กระบวนการถอดแท่งเชื้อเพลิงจะเริ่มจากการเคลื่อนย้ายเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ออกจากถังความดัน (pressure vessel) ของเครื่องปฏิกรณ์ และเคลื่อนย้ายอุปกรณ์ที่มีกัมมันตภาพรังสีออกไป การถอดแท่งเชื้อเพลิงเป็นงานประจำที่ปฏิบัติโดยใช้กระบวนการและอุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่ที่ท่าเรือที่ใช้สนับสนุนงานด้านเครื่องปฏิกรณ์ ถ้าการปฏิบัติงานของเรือพลังงานนิวเคลียร์ไม่คุ้มกับค่าใช้จ่าย หรือไม่มีความจำเป็นต้องใช้งานแล้ว ต้องมีวิธีการจัดการเฉพาะในการจัดการกับตอนเครื่องปฏิกรณ์ที่ถอดเชื้อเพลิงแล้ว เรือที่หมดความจำเป็นในการใช้งานแล้ว อาจจะจัดเก็บไว้ในสถานที่ที่มีการป้องกันชั่วคราว เพื่อรอเวลาในการจัดการที่ถาวร หรือผ่านกระบวนการหมุนเวียนเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ สถานที่เก็บตอนเครื่องปฏิกรณ์ที่เลิกใช้งานแล้ว อยู่ที่ Low Level Waste Burial Grounds เมือง Hanford กรุง Washington ของกระทรวงพลังงาน (Department of Energy) ของสหรัฐ เรือที่เลิกใช้งานแล้วสามารถเก็บไว้ในบริเวณที่มีการป้องกัน โดยให้ลอยลำอยู่ได้เป็นเวลานาน โดยไม่มีผลต่อสิ่งแวดล้อม เรือแต่ละลำจะถูกนำขึ้นจากน้ำทุก 15 ปี เพื่อตรวจสอบความเรียบร้อยและทาสีใหม่ ซึ่งเรือที่อยู่ในแผนการที่จะเลิกใช้อย่างถาวรอาจจะไม่ผ่านกระบวนการนี้ทั้งหมด ส่วนเชื้อเพลิงใช้แล้วจากเครื่องปฏิกรณ์จะถูกนำไปเก็บไว้ในสถานที่เก็บที่ระดับลึกตามกฎหมายการจัดการกากนิวเคลียร์ (Nuclear Waste Policy Act of 1982) ค่าใช้จ่ายในการเก็บตอนเครื่องปฏิกรณ์ของเรือดำน้ำรุ่น LOS ANGELES Class ประมาณ 10.2 ล้านเหรียญ รุ่นOHIO Class ประมาณ 12.8 ล้านเหรียญ และประมาณ 40 ล้านเหรียญสำหรับเรือลาดตระเวน (cruiser) ถอดความจาก Nuclear Propulsion เวบไซต์ http://www.fas.org/ สมาชิกในกลุ่ม 1. นางสาวสุดารัตน์  ฆราวาศ   เลขที่ 23 2. นางสาวภัทรวดี พลเยี่ยม    เลขที่ 1 3. นางสาว กุลณัฐ  โพธิปักษ์  เลขที่ 16 4. นางสาวดารุณี  ศณีหนองคู  เลขที่ 21 5. นางสาว กันต์ฤทัย ศรีธร  เลขที่ 19 6. นาย ธนพัฒน์  วิทยาวุฒิ  เลขที่ 15 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4/4