อุบัติเหตุโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ญี่ปุ่น จะเลวร้ายที่สุดขนาดไหน?

ผลพวงของแผ่นดินไหวขนาดใหญ่และสึนามิ ได้สร้างความเสียหายต่อโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของญี่ปุ่นที่ตั้งอยู่บริเวณชายฝั่งทางตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศ เกิดระเบิดขึ้นหลายครั้งและมีความตื่นตระหนกกระเพื่อมไปทั่วทั่วโลก พร้อมทั้งข่าวจริงและข่าวลือ หลายคนตั้งคำถามว่า อุบัติเหตุครั้งนี้จะเลวร้ายที่สุดได้แค่ไหน?

ผู้เชี่ยวชาญทั้งในและต่างประเทศยืนยันว่า อุบัติเหตุที่เกิดขึ้นกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะ (Fukushima) ของญี่ปุ่นครั้งนี้ ไม่รุนแรงเท่ากับอุบัติเหตุที่เกิดขึ้นกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่เชอร์โนบิลอย่างแน่นอน เพราะเทคโนโลยีและการป้องกันที่แตกต่างกัน

สิ่งที่เกิดขึ้นกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะหลังเกิดภัยพิบัติคือแกนปฏิกรณ์ได้หยุดการทำงานอัตโนมัติ แต่สิ่งที่เป็นปัญหาคือ ระบบหล่อเย็นที่เสียหาย พร้อมๆ กับระบบสำรองไฟ ทางเจ้าหน้าที่จึงแก้ปัญหาเฉพาะหน้า โดยการฉีดน้ำทะเลผสมกรดบอริก (Boric acid) เพื่อช่วยลดความร้อนและหยุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน (fission)

จากข้อมูล ดร.โจเซฟ โอห์เมน (Dr Josef Oehmen) นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสสาชูเสตต์หรือเอ็มไอที (MIT) ซึ่งเรียบเรียงใหม่โดย แบร์รี บรูค (Barry Brook) บล็อกเกอร์จากเว็บไซต์ bravenewclimate.com แม้ว่าแกนปฏิกรณ์จะหยุดการทำงานแล้ว แต่ยังคงมีความร้อนตกค้าง (residual heat) อยู่ ซึ่งความร้อนดังกล่าวจะค่อยๆ ลดลงหลังจากแกนปฏิกรณ์หยุดทำงาน

หากแต่จำเป็นต้องอาศัยการทำงานของระบบหล่อเย็น เพื่อป้องกันแท่งเชื้อเพลิงร้อนเกิน จนหลอมละลายและปลดปล่อยรังสีออกมา ซึ่งกรณีนี้ระบบหล่อเย็นได้เสียหาย แต่เจ้าหน้าที่ได้พยายามแก้ปัญหาเฉพาะหน้าแล้ว

ความร้อนตกค้างที่เกิดขึ้น เป็นผลมาจากการสลายตัวทางรังสีของสารกัมมันตรังสีจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน เพื่อให้มีความเสถียร สารกัมมันตรังสีหรือสารรังสีจึงปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปรังสีและอนุภาคเล็กๆ เช่น รังสีอัลฟา เบตา แกมมาและนิวตรอน

ทั้งนี้ มีสารกัมมันตรังสีหลายชนิดที่ถูกผลิตขึ้นจากเตาปฏิกรณ์ ซึ่งรวมถึง ไอโอดีน (I) และซีเซียม (Cs) ที่สร้างความกังวลอยู่ในขณะนี้ด้วย

จะเกิดอะไรขึ้น หากเจ้าหน้าที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไม่สามารถลดความร้อนในเตาปฏิกรณ์ลงได้ สิ่งที่น่ากังวลคือการที่เจ้าหน้าที่ไม่สามารถลดความร้อนลงได้ และทำให้เตาปฏิกรณ์ซึ่งบรรจุแท่งเชื้อเพลิงยูเรเนียมเกิดหลอมละลายและปลดปล่อยรังสีจำนวนมหาศาลออกมา

เพื่อทำความเข้าใจต่อกรณีร้ายแรงที่สุดที่อาจเกิดขึ้นกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะ ไปติดตามข้อมูลจาก ศ.รอน บอลลิงเจอร์ (Ron Ballinger) นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรนิวเคลียร์จากสถาบันเทคโนโลยีแมสสาชูเสตต์หรือเอ็มไอที (MIT) และ เดวิด เบรนเนอร์ (David Brenner) ผู้อำนวยการศูนย์วิจัยทางรังสีวิทยา (Center for Radiological Research) จากมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย (Columbia University) ซึ่งได้ตอบคำถามที่หลายคนสงสัยผ่านทางสื่อเดอะเดลีบีสต์ (The Daily Beast) ต่อไปนี้

- ความแตกต่างระหว่างการหลอมละลาย (meltdown) แบบ “บางส่วน” และ “ทั้งหมด” ?

เบรนเนอร์ - ทั้ง 2 ต่างไม่ใช่คำศัพท์ทางเทคนิคเลย สิ่งที่พวกเขาต้องทำกับแกนของเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ คือต้องทำให้น้ำท่วมแกนเพื่อหล่อเย็นไว้ สิ่งที่หมายถึง “หลอมละลาย” อาจเป็นได้ทั้งบางส่วนของแกนไม่ถูกน้ำหล่อเย็น ซึ่งอาจจะเป็นเพียงระยะแค่ไม่กี่นิ้วในเวลาไม่กี่วินาที หรืออาจเป็นแกนปฏิกรณ์ทั้งหมดไม่ถูกน้ำหล่อเย็น ซึ่งวลีนี้ครอบคลุมความผิดพลาดได้หลายระดับ

บอลลิงเจอร์ - ในบริบทดังกล่าว เขากำลังพูดถึงแท่งเชื้อเพลิงที่เสียหาย และหลอมละลายไปบางส่วนแล้ว เชื้อเพลิงบางส่วนอาจจะถูกเปลี่ยนเป็นออกไซด์ และถูกทำให้แตกร้าวและหลอมละลาย ณ จุดบนสุดของแกนปฏิกรณ์ซึ่งความร้อนเพิ่มขึ้นสูง ทั้งนี้ แกนปฏิกรณ์สูงประมาณ 4 เมตร ดังนั้น ส่วนประมาณเมตรด้านบนๆ ของแกนอาจจะเสียหายได้

- “หลอมละลายทั้งหมด” คือ?

บอลลิงเจอร์ - หากเจ้าหน้าที่ไม่หล่อเย็นโรงไฟฟ้า...หรือหากพวกเขาทำไม่สำเร็จ แกนปฏิกรณ์ทั้งหมดจะหลอมละลายแน่ๆ แล้วมันจะหลอมลงสู่เบื้องล่างของหม้อความดันสูง จากนั้นหากพวกเขาไม่สามารถที่จะหล่อเย็นได้อีก หม้อความดันสูงที่ซึ่งเป็นเหล็กกล้าบรรจุแท่งเชื้อเพลิงเองจะหลอมละลาย และจะจบลงที่ กลุ่มก้อนแท่งเชื้อเพลิงและเหล็กกล้าได้หลอมละลายที่พื้นคอนกรีตในหม้อความดันสูงของโรงไฟฟ้า จากนั้นเราจำเป็นต้องหนีออกมา ซึ่งนั่นจะเรียกว่าเป็นการ “หลอมละลายทั้งหมด”

- การหลอมละลายเป็นอันตรายจริงๆ ไหม?

เบรนเนอร์ - มันก็ไม่ดีอยู่แล้ว เราสามารถเปรียบอุบัติเหตุทางนิวเคลียร์ 2 ครั้งใหญ่ในอดีต ทั้งเชอร์โนบิล (Chernobyl) และทรีไมล์ไอส์แลนด์ (Three Mile Island) ล้วนเป็นอุบัติเหตุที่เกิดการหลอมละลายของแกนปฏิกรณ์ แต่มีระดับความรุนแรงที่แตกต่างกันมาก เชอร์โนบิลมีความรุนแรงเป็นล้านเท่าของทรีไมล์ไอส์แลนด์

“การหลอมละลาย” ไม่ใช่สิ่งที่ดีอยู่แล้ว แต่ผลลัพธ์สำคัญในท้ายที่สุดคือ สารกัมมันตรังสีถูกปล่อยสู่สิ่งแวดล้อมมากน้อยแค่ไหน ซึ่งอาจจะได้ผลลัพธ์ทั้งสถานการณ์อย่างทรีไมล์ไอส์แลนด์ที่มีปริมาณสารรังสีปล่อยออกมาจำนวนน้อย หรืออาจได้ผลลัพธ์อย่างสถานการณ์ที่เชอร์โนบิล

- สถานการณ์ที่ฟูกูชิมะดูคล้ายสถานการณ์ไหน?

เบรนเนอร์ - ดูแล้วคล้ายกับกรณีทรีไมล์ไอส์แลนด์มากกว่า มีความคล้ายคลึงหลายๆ อย่างระหว่างเหตุการณ์นี้และกรณีทรีไมล์ไอส์แลนด์ ทั้ง 2 กรณีสามารถที่จะหยุดการทำงานเตาปฏิกรณ์ได้อย่างทันที ซึ่งไม่ใช่กรณีของเชอร์โนบิล ซึ่งพวกเขาไม่สามารถหยุดเตาปฏิกรณ์ได้ แต่ในกรณีทรีไมล์ไอส์แลนด์และในกรณีเตาปฏิกรณ์ของญี่ปุ่น พวกเขาหยุดการทำงานของเตาปฏิกรณ์ได้

เมื่อเราหยุดการทำงานของเตาปฏิกรณ์ลง แต่ก็ยังคงมีปฏิกิริยานิวเคลียร์ระดับต่ำๆ ต่อไป ดังนั้น เราจำเป็นต้องใช้น้ำหล่อเย็นเชื้อเพลิงไว้ แต่สิ่งที่เกิดขึ้นในกรณีทรีไมล์ไอส์แลนด์และในญี่ปุ่น คือพวกเขาไม่สามารถทำอย่างนั้นได้ ระบบหล่อเย็นสำรองที่ปั๊มน้ำเพื่อหล่อเย็นให้แกนปฏิกรณ์ไม่ทำงาน

เตาปฏิกรณ์ทั้งหมดที่ไดอิจิหยุดทำงานอัตโนมัติเมื่อเกิดแผ่นดินไหว ปัญหาคือปฏิกิริยาฟิชชันไม่หยุดทันที แต่ค่อยๆ ช้าลง ตามมาด้วยการผลิตพลังงานและความร้อนมหาศาลอีกหลายวัน ปกติแล้วระบบหล่อเย็นจะปล่อยน้ำเข้าแกนปฏิกรณ์หลังจากหยุดเดินเครื่องแล้ว แต่ระบบถูกตัดไฟไป ครั้งแรกเกิดขึ้นเมื่อสถานีถูกตัดขาดจากระบบจ่ายไฟ และจากนั้นเกิดขึ้นอีกครั้งหลังสึนามิถล่มเครื่องสำรองไฟที่ปั่นด้วยน้ำมันดีเซล

- ตอนนี้ระบบหล่อเย็นล้มเหลว และจะเกิดอะไรขึ้น?

เบรนเนอร์ - แกนปฏิกรณ์กำลังร้อนขึ้นและร้อนขึ้น วัสดุนิวเคลียร์ถูกผนึกอยู่ในท่อโลหะทรงกระบอกที่ทำจากเซอร์โคเนียม ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยากับน้ำที่อุณหภูมิสูงๆ และผลิตไฮโดรเจนที่ระเบิดได้เมื่อในสภาวะที่เหมาะสม ดังนั้น เมื่อเริ่มมีสะสมไฮโดรเจนขึ้น คุณจำเป็นต้องระบายออก แต่เมื่อคุณระบายออก นั่นหมายถึงคุณได้ระบายวัสดุรังสีในอากาศที่อยู่ภายในอาคารครอบเตาปฏิกรณ์ด้วย ซึ่งน่าจะเป็นจุดที่ทำให้ตรวจพบกัมมันตภาพรังสี

บอลลิงเจอร์ - มี 2 ทิศทางที่กำลังเกิดขึ้น อย่างแรกความร้อนจากการสลายตัวของวัสดุนิวเคลียร์ถูกระบายออกไป หากเจ้าหน้าที่ไม่สามารถระบายความร้อนออกไปได้ ก็จะเกิดความร้อนสะสมขึ้น แต่อัตราการผลิตความร้อนจากการสลายตัวของวัสดุนิวเคลียร์จะลดลงไปตามเวลา เนื่องจากวัสดุที่แผ่รังสีแบบนิวเคลียร์ฟิชชันนั้น จะสลายตัวไปตามเวลาที่เพิ่มขึ้น ซึ่งเราก็ได้ระบายความร้อนไปในตัวด้วย ดังนั้น ความร้อนที่เราต้องระบายออกจะลดลงไปตามเวลาที่มากขึ้น และความจำเป็นในการหล่อเย็นก็ลดลงไปตามเวลาเช่นกัน

อีกอย่างหนึ่งคือปฏิกิริยาระหว่างเซอร์โคเนียมและน้ำ ซึ่งโลหะผสมเซอร์โคเนียมจะทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจนออกมา แต่ปฏิกิริยาดังกล่าวยังผลิตความร้อนออกมาด้วย ซึ่งจำเป็นต้องระบายออก ดังนั้น แหล่งความร้อนหนึ่งเกิดจากการสลายตัวของวัสดุนิวเคลียร์ ซึ่งกำลังลดลงตามเวลาที่มากขึ้น และอีกแหล่งความร้อนคือความสัมพันธ์เชิงอุณหภูมิ หากเราลดอุณหภูมิลง เราก็จะลดอัตราการเติมออกซิเจนลง

คล้ายกับการอบเค้ก ถ้าคุณต้องอุณหภูมิไว้ที่ 300 องศาเซลเซียส จะต้องใช้เวลาอบ 1 ชั่วโมง แต่ถ้าตั้งอุณหภูมิไว้ที่ 350 องศาเซลเซียส จะต้องใช้เวลาอบ 20 นาที ดังนั้น ขณะที่เจ้าหน้าที่ลดอุณหภูมิโรงไฟฟ้าลง อัตราการหล่อเลี้ยงด้วยออกซิเจนก็ลดลงด้วย และความสัมพันธ์นี้ไม่ได้เป็นไปในเชิงเส้น โดยทุกๆ 50 องศาเซลเซียสที่เปลี่ยนไปนั้น คุณได้เปลี่ยนอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีด้วย

- มีสัญญาณอะไร ที่ชี้วัดความสำเร็จในการหล่อเย็นเตาปฏิกรณ์?

บอลลิงเจอร์ - คุณจะเข้าใจในความสำเร็จดังกล่าว ได้จากการดูว่าพวกเขาต้องระบายก๊าซไฮโดรเจนซึ่งไม่สามารถควบแน่นได้บ่อยแค่ไหน หากลดลงเรื่อยๆ นั่นหมายความว่าเจ้าหน้าที่ประสบความสำเร็จในการหล่อเย็น แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าไม่มีอันตรายจากความเสียหายของเชื้อเพลิง หากแต่หมายความว่า อัตราการเติมออกซิเจนกำลังลดลง และพวกเขาประสบความสำเร็จในการหล่อเย็น

- เกิดระเบิดที่เตาปฏิกรณ์ระหว่างที่ระบายก๊าซไฮโดรเจนออกมา
ทำไมจึงยังเกิดระเบิด และเจ้าหน้าที่จะทำอะไรเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดระเบิดได้บ้าง?

บอลลิงเจอร์ - กลวิธีขณะที่คุณระบายไฮโดรเจนออกมา คือต้องมั่นใจว่าไฮโดรเจนอยู่ในสถานะเจือจาง ต้องมั่นใจว่าไม่ได้มีไฮโดรเจนเข้มข้น 5-6% ดังนั้น ผมมั่นใจว่า สิ่งที่เจ้าหน้าที่ทำคือ เจ้าหน้าที่ได้ระบายไฮโดรเจนออกมาช้าๆ และใช้เครื่องเป่าเพื่อให้แน่ใจว่าความเข้มข้นของไฮโดรเจนไม่สูงเกินไป

ไฮโดรเจนเป็นก๊าซที่ตลก มันมีแนวโน้มที่จะรวมกันเป็นกลุ่ม มันเบากว่าอากาศ ดังนั้น จึงลอยสูงขึ้น และในตัวอาคาร ไฮโดรเจนก็จะไปรวมกันอยู่ที่เพดาน ดังนั้น ความเข้มข้นของไฮโดรเจนก็อาจน้อยเกินจุดที่จะติดไฟได้ง่าย แต่ถ้าไม่ระวังความเข้มข้นของก๊าซเหล่านี้จะถึงจุดติดไฟได้ เจ้าหน้าที่อาจจะระบายก๊าซออกเร็วไป หรือไม่ทันตระหนักว่าความเข้มข้นของก๊าซกำลังเพิ่มขึ้น

- เชื้อเพลิงใช้แล้วเก็บไว้ใกล้กับเตาปฏิกรณ์ ถือเป็นเรื่องปกติใช่ไหมที่เก็บไว้ตรงนั้น?

บอลลิงเจอร์ - ใช่ มี 2 จุดที่จะเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้ว เมื่อนำออกจากเตาปฏิกรณ์ เชื้อเพลิงเหล่านี้ยังคงผลิตความร้อนออกมา ความร้อนจากการสลายตัวยังมีอยู่ ดังนั้น เจ้าหน้าที่จึงเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วไว้ในบ่อที่มีน้ำอยู่เต็ม หลังจากที่เวลาผ่านไปนานพอสมควร เจ้าหน้าที่จึงจะนำไปเก็บไว้ในถังคอนกรีตที่แม้แต่จรวดมิสไซล์ (missile) ก็ไม่สามารถทำอันตรายแท่งคอนกรีตดังกล่าวได้ และก็ปล่อยไว้ในที่พักดังกล่าว ให้แท่งเชื้อเพลิงใช้แล้วเย็นลงไปตามธรรมชาติ

- ปริมาณการแผ่รังสีที่ปล่อยมาจากเตาปฏิกรณ์นั้นเป็นอันตรายไหม?
เบรนเนอร์ - ขึ้นอยู่กับว่าปล่อยออกมามากแค่ไหน อาจจะไม่อันตราย แต่สถานการณ์ยังคงเดินหน้าต่อไป ดังนั้น เราไม่อาจรู้ แต่มีสิ่งที่ดีเกิดขึ้นในสถานการณ์เลวร้ายนี้ นั่นคือ ลมได้พัดการแผ่รังสีออกไปสู่มหาสมุทร

- การแผ่รังสีจะคงอยู่ได้นานแค่ไหน?

เบรนเนอร์ - ขึ้นอยู่กับไอโซโทป ไอโอดีนมีค่าครึ่งชีวิตประมาณ 1 สัปดาห์ ส่วนซีเซียมมีค่าครึ่งชีวิตนานหลายปี แต่ก็ขึ้นอยู่กับปริมาณสารรังสีที่ถูกปล่อยออกมา แม้ว่าซีเซียมจะอยู่ได้นาน แต่หากไม่ได้มีมากนักก็ไม่สำคัญอะไร และขึ้นอยู่กับว่าทิศทางลมที่พัดสารรังสีเหล่านี้ไปทางไหน และอีกนั่นแหละ ตอนนี้ยังคงดีอยู่

- ลมจะพัดการแผ่รังสีไปไกลแค่ไหน?

เบรนเนอร์ - อาจถึงอเมริกา แต่คำถามคือ ปริมาณรังสีมากแค่ไหน กรณีอุบัติเหตุเชอร์โนบิลนั้นรุนแรงมากกว่าเราจะจินตนาการว่า เหตุการณ์นี้จะเป็นเหมือนกัน เราตรวจวัดกัมมันตภาพรังสีได้ทั่วโลก แต่สิ่งสำคัญคือสารรังสีมากแค่ไหนที่จะไปถึงชายฝั่งตะวันตก (West Coast)

ณ จุดนี้ยังไม่มีอะไรน่ากลัว แม้แต่การคาดการณ์ที่เลวร้ายที่สุด ก็ยังคิดไม่ออกว่ามันจะรุนแรง ยังคิดไม่ออกว่าใครที่ฝั่งตะวันตกจะได้รับรังสีรุนแรง เพราะสัมพันธ์กับระยะทาง ขณะที่ลมพัดสารรังสีออกไป มันก็พัดฟุ้งกระจายออกทั่ว กรณีเลวร้ายที่สุดก็ยังไม่ถึงขั้นเชอร์โนบิล แล้วจะเป็นอันตรายต่อผู้ที่อาศัยอยู่ใกล้เตาปฏิกรณ์หรือเปล่า? เจ้าหน้าที่ได้อพยพคนในรัศมี 20 กิโลเมตรออกไปแล้ว

มันไม่ใช่การเตือนล่วงหน้าอย่างไร้เหตุผล ในคาดการณ์ใดๆ ก็ตาม ปริมาณรังสีจะน้อยลงๆ ไปตามระยะทางที่คุณอยู่ไกลจากแหล่งกำเนิดรังสีมากขึ้น แต่แน่นอนว่า กรณีนี้จะใกล้เคียงกับกรณีทรีไมล์ไอส์แลนด์มากกว่ากรณีเชอร์โนบิล.



รวมเรื่องควรรู้ในพิบัติภัย-วิกฤติโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ญี่ปุ่น