เกิดอะไรขึ้นในเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟูกูชิมะ

โรง ไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะ ไดอิจิ ใช้เตาปฏิกรณ์แบบน้ำเดือด หรือ BWR (Boiling Water Reactor) รวม 6 เครื่อง ขณะเกิดเหตุแผ่นดินไหวในวันที่ 11 มีนาคม 2554 เตาปฏิกรณ์ที่ 4-6 อยู่ระหว่างการปิดซ่อมบำรุง ส่วนเตาปฏิกรณ์ที่ 1-3 กำลังเดินเครื่องตามปกติ แรงสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหวทำให้เตาปฏิกรณ์ที่ 1-3 ดับเครื่องโดยอัตโนมัติ อย่างไรก็ตาม ระบบหล่อเย็นยังเป็นสิ่งจำเป็นแม้ในขณะที่เตาปฏิกรณ์อยู่ในภาวะหยุดเดิน เครื่อง เพราะแท่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ยังปลดปล่อยความร้อนและกัมมันตภาพรังสีออกมา ตลอดเวลาจากปฏิกริยาฟิชชันที่ไม่อาจหยุดยั้งได้


ปัญหาที่ 1 เกิดขึ้นเมื่อแผ่นดินไหวทำให้กระแสไฟฟ้าจากสายส่งถูกตัดขาด ระบบหล่อเย็นจึงต้องพึ่งพาไฟฟ้าจากเครื่องปั่นไฟสำรอง(ดีเซล) แต่ไม่ถึง 1 ชั่วโมงต่อมา ปัญหาที่ 2 ก็เกิดขึ้นอีก เมื่อคลื่นยักษ์สึนามิได้สร้างความเสียหายแก่เครื่องปั่นไฟสำรอง ทำให้ระบบหล่อเย็นหยุดทำงาน ระบบไฟฟ้าสำรองสุดท้ายคือแบ็ตเตอรีจึงถูกนำมาใช้ มันถูกออกแบบให้ใช้งานได้นาน 8 ชั่วโมง แต่เอาเข้าจริง หลังเกิดแผ่นดินไหวเพียง 4 ชั่วโมง แบ็ตเตอรี่ของเตาปฏิกรณ์หมายเลข 1 ก็หมด ทำให้ระบบหล่อเย็นฉุกเฉินล้มเหลวโดยสิ้นเชิง และนั่นคือจุดเริ่มของหายนะที่เกิดขึ้น

เมื่อ ขาดระบบหล่อเย็น อุณหภูมิของแท่งเชื้อเพลิงจึงพุ่งสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว ภายใต้อุณหภูมิสูง ผิวแท่งเชื้อเพลิงซึ่งทำจากโลหะ “เซอร์โคเนียม” ก็เกิดปฏิกริยากับน้ำเกิดเป็นแก๊สไฮโดรเจนสะสมอยู่ในถังปฏิกรณ์ ทำให้ความดันเพิ่มขึ้นอย่างมากและอาจทำให้เตาปฏิกรณ์ระเบิดได้ วิศวกรจึงตัดสินใจปล่อยความดันออกสู่ภายนอกเพื่อป้องกันเตาปฏิกรณ์ระเบิด ซึ่งสิ่งที่ถูกปลดปล่อยออกมานั้น นอกจากไอน้ำและสารกัมมันตรังสีแล้ว ยังมีแก๊สไฮโดรเจนจำนวนมหาศาลอีกด้วย เมื่อไฮโดรเจนสัมผัสกับออกซิเจนในอากาศในภาวะที่เหมาะสม การระเบิดก็เกิดขึ้น เริ่มจากเตาปฏิกรณ์หมายเลข 1 (12 มีนาคม) เตาปฏิกรณ์หมายเลข 3 (14 มีนาคม) และเตาปฏิกรณ์หมายเลข 2 (15 มีนาคม)


นอกจาก ปัญหาที่เกิดกับเตาปฏิกรณ์หมายเลข 1-3 แล้ว เหตุวิกฤตยังเกิดขึ้นกับเตาปฏิกรณ์หมายเลข 4 ซึ่งไม่มีเชื้อเพลิงอยู่ในเตาปฏิกรณ์ แต่ปัญหาเกิดขึ้นที่บ่อแช่แท่งเชื้อเพลิงใช้แล้ว ซึ่งขาดระบบหล่อเย็น ทำให้แท่งเชื้อเพลิงใช้แล้วร้อนขึ้นจนน้ำละเหยออกไปเป็นจำนวนมาก แก๊สไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นจำนวนมหาศาลจากเซอร์โคเนียมสะสมอยู่ในอาคารปฏิกรณ์ และเกิดการระเบิดขึ้นในที่สุด

1. เมื่อขาดระบบหล่อเย็น แท่งเชื้อเพลิงจะร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วจนน้ำเดือดระเหยเป็นไอ เมื่อระดับน้ำลดลงจนแท่งเชื้อเพลิงโผล่พ้นผิวน้ำ ผิวแท่งเชื้อเพลิงซึ่งทำจากโลหะ “เซอร์โคเนียม” เมื่ออยู่ในอุณหภูมิสูง จะทำปฏิกริยากับน้ำเกิดเป็นแก๊สไฮโดรเจนสะสมอยู่ในถังปฏิกรณ์

2. ที่อุณหภูมิ 2,000 องศาเซลเซียส เซอร์โคเนียมจะหลอมละลาย และเมื่อถึง 3,000 องศาเซลเซียส ยูเรเนียมจะเริ่มหลอมละลาย

3. ยูเรเนียมที่หลอมเหลวจะตกลงไปที่ก้นถังปฏิกรณ์ และหลอมทะลุก้นถังปฏิกรณ์

4. ยูเรเนียมที่หลอมเหลวจะไหลผ่านรูรั่วตกลงไปที่บ่อรองรับ (suppression pool) ในขณะที่ความร้อนยังคงเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องจากปฏิกริยาฟิชชั่นของ ยูเรเนียม

5. หากยังไม่สามารถระบายความร้อนของยูเรเนียมได้ ยูเรเนียมหลอมเหลวก็จะหลอมทะลุชั้นคอนกรีตออกสู่ภายนอก ซึ่งหมายถึงการแพร่กระจายของรังสีที่มีความแรงสูงมาก

ใน ช่วงสัปดาห์แรกของอุบัติเหตุ บริษัทเท็ปโกแถลงว่า การระเบิดของอาคารปฏิกรณ์หมายเลข 1, 2 และ 3 ไม่ได้สร้างความเสียหายแก่ถังปฏิกรณ์ (reactor vessel) แต่ในสัปดาห์ที่ 2 ปรากฏว่ามีการพบน้ำปนเปื้อนรังสีระดับเข้มข้นในอาคารกังหันผลิตไฟฟ้าของ เครื่องปฏิกรณ์หมายเลข 2 ซึ่งนอกเหนือไปจากน้ำปนเปื้อนรังสีระดับต่ำที่รั่วไหลมาจากบ่อเก็บเชื้อ เพลิงใช้แล้ว น้ำปนเปื้อนดังกล่าวได้ไหลไปตามทางน้ำที่เชื่อมระหว่างอาคารและรอยแตกที่ ตรวจไม่พบ และไหลลงสู่ทะเล ทำให้ระดับรังสีในน้ำทะเลหน้าโรงไฟฟ้าสูงกว่าข้อกำหนดหลายพันเท่า

ต่อ มาจึงมีการตรวจพบว่า น้ำปนเปื้อนรังสีสูงเหล่านี้รั่วไหลมาจากภายในถังปฏิกรณ์ ซึ่งอาจเกิดรอยแตกจากการระเบิดหรือรูทะลุจากการหลอมละลายของแท่งเชื้อเพลิง ซึ่งนอกจากน้ำปนเปื้อนจะไหลไปตามทางน้ำภายในโรงไฟฟ้าแล้ว ยังรั่วไหลไปตาม “รูร้อยสายไฟฟ้า” ของอาคารเครื่องปฏิกรณ์ด้วย

รอยแตกของ ถังปฏิกรณ์ คือคำตอบว่า เหตุใดน้ำจำนวนมหาศาลที่ฉีดเข้าไปในถังปฏิกรณ์จึงมักจะลดระดับลง และต้องมีการฉีดน้ำเข้าไปตลอดเวลา สรุปแล้ว ความเสียหายของเตาปฏิกรณ์มีมากกว่าที่บริษัทเท็ปโกชี้แจงมาก.