Legacy of FIBO
หลักความปลอดภัย
“Defense in Depth”
วันนี้ ผมขอกล่าวถึง “Defense in Depth” ในรายละเอียดมากขึ้น ต่อจากสัปดาห์ที่แล้วครับ
โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ใช้แท่งเชื้อเพลิง (Fuel Rod) ที่มีส่วนผสมของยูเรเนียม มาเร่งให้เกิดปฏิกริยา Fission ในเตาปฏิกรณ์ (Reactor)ผลที่ออกมาอยู่ในรูปของพลังงานความร้อนที่ไปทำให้น้ำที่อยู่ภายในระบบปิดร้อนจนระเหยกลายเป็นไอและนำไปหมุนกังหันกำเนิดไฟฟ้าเช่นเดียวกันกับโรงไฟฟ้าที่ใช้พลังงานชนิดอื่นๆอย่างไรก็ตามโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แต่ละแห่งจะมีการออกแบบแตกต่างกันตามชนิดของเตาปฏิกรณ์ ส่วนโรงไฟฟ้าทั่วไปไม่ค่อยจะมีความแตกต่างมากนัก
Reactor ที่ใช้ในโรงงานไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์มีหลายชนิด แต่หลักการที่ใช้กันมากในปัจจุบัน ได้แก่ การใช้น้ำธรรมดาในการหล่อเย็นและเป็นตัวคุมปฏิกริยานิวเคลียร์ Fission เราเรียก Reactor ชนิดนี้ว่า “Light Water Reactor” ซึ่งมีอยู่ 2 แบบหลัก ได้แก่ Pressurized-Water Reactor (PWR) และ Boiling Water Reactor (BWR) ทั้ง PWR และ BWR จะใช้เชื้อเพลิงเป็น Uranium Dioxide ที่บรรจุในกระป๋องที่ทำมาจาก Zirconium Alloy ซึ่งจะนำมาเรียงกันหลายๆ ชั้นจนได้เป็นแท่งเชื้อเพลิงยาว (Fuel Rod) และนำไปสอดใน Reactor ช่วงระหว่างแท่งเชื้อเพลิงแต่ละแท่งจะมี Control Rod เป็นก้านสำหรับควบคุมการเกิดปฏิกริยา Fission ใน Reactor สำหรับกรณีฉุกเฉินที่เกิดความร้อนมากเกินไป (Overheated) อุปกรณ์ Control Rod นี้จักช่วยให้ปฎิกริยาเกิดขึ้นน้อยลง
Defense in Depth มีแนวความคิดเพื่อการออกแบบดังต่อไปนี้
•Redundancy เมื่อระบบใดระบบหนึ่งเสียหายหรือหยุดทำงาน ต้องมีระบบที่คล้ายคลึงกันมาแทนที่ เช่น ระบบไฟสำรองเมื่อไฟฟ้าดับ เรื่องนี้นั้นหากใครคุ้นเคยกับการออกแบบศูนย์คอมพิวเตอร์ (Data Center) ของสถาบันการเงินการธนาคาร ต้องการออกแบบอยู่ในระดับ Tier 4 การันตีความต่อเนื่องของแหล่งจ่ายไฟ (Power Supply) ถึง 99.999%
•Independency เมื่อระบบใดระบบหนึ่งเสียหายหรือหยุดทำงาน ระบบโดยรวมยังต้องสามารถทำงานได้ตามปกติ เช่น ระบบหล่อเย็นของ Reactor ซึ่งจะสร้างไว้หลายระบบและมีการทำงานที่เป็นอิสระแยกจากกัน เพื่อที่ว่าในภาวะฉุกเฉินที่ระบบหล่อเย็นระบบใดระบบหนึ่งหยุดทำงาน อุณหภูมิ Reactor ยังคงที่ ไม่เพิ่มสูงจนแท่งเชื้อเพลิงหลอมละลาย
•Diversity เป็นการออกแบบเพื่อป้องกันเครื่องมือหรืออุปกรณ์หยุดทำงานจากสาเหตุใดสาเหตุหนึ่งที่เหมือนกัน โดยการออกแบบให้เครื่องมือหรืออุปกรณ์เหล่านั้นทำงานด้วยวิธีการที่ต่างกัน เช่น ระบบปั้มน้ำอันหนึ่งใช้ไฟฟ้าขับ ส่วนอีกอันหนึ่งใช้ Steam Turbine ในการขับ ดังนั้น หากไฟฟ้าดับ ระบบปั้มน้ำที่ใช้ Steam Turbine ยังสามารถทำงานต่อได้ ทำให้ Reactor ยังทำงานได้ปกติ
ระดับขั้นในการป้องกันของ Defense in Depth สามารถแบ่งจากน้อยไปมาก ได้ 5 ระดับ ดังนี้
1. Prevention of failures เป็นการป้องกันการเกิดเหตุการณ์ผิดปกติหรือความล้มเหลว โดยใช้อุปกรณ์/เครื่องมือ/เกราะหรือผนังป้องกัน ที่มีเหมาะสม
2. Detection and control of failures เป็นการทำให้ระบบสามารถเตือนภัยได้รวดเร็วในกรณีที่มีเหตุการณ์ผิดปกติเกิดขึ้น เพื่อสั่งให้ Reactor หยุดทำงานทันที ทั้งนี้เพื่อเป็นการป้องกันไม่ให้เหตุการณ์ผิดปกติเล็กน้อยนำไปสู่การเกิดอุบัติเหตุร้ายแรง เช่น การนำระบบอัตโนมัติ (Automation) และหุ่นยนต์ ระบบอัจฉริยะ เข้ามาใช้ในโรงไฟฟ้า ระบบเหล่านี้เองที่ทางสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (ฟีโบ้) มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี ได้เริ่มดำเนินการศึกษา วิจัย และเตรียมกำลังคนไว้
3. Control of design basis accidents แต่หากอุบัติเหตุเกิดขึ้นแล้ว ไม่สามารถป้องกันได้ตามข้อ 1 และ 2 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะต้องมีระบบที่สามารถบรรเทาหรือยับยั้งอุบัติเหตุที่เกิดขึ้นได้ เช่น มีระบบหล่อเย็นฉุกเฉิน ระบบเก็บกักสารกัมมันตภาพรังสีไว้ไม่ให้แพร่กระจายไปข้างนอก เป็นต้น
4. Control of severe accidents กรณีที่อุบัติเหตุลุกลามจนถึงขั้นร้ายแรง จะต้องมีแผนในการจัดการกับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น เช่น การติดตั้งอาคารเก็บกัก (Containment) มีวิธีการในการรับมือกับความผิดพลาดหลายวิธี เตรียมกระบวนการทำงานในกรณีฉุกเฉินไว้และมีการฝึกคนงานให้พร้อมรับมือเสมอ
5. Emergency plans หากอุบัติเหตุลุกลามจนบานปลายถึงขั้นที่ไม่สามารถรับมือได้แล้ว จะต้องมีการเตรียมแนวทางการปฏิบัติและอพยพแก่เจ้าหน้าที่และประชาชนที่อาศัยอยู่บริเวณใกล้เคียง
สัปดาห์ต่อไป ผมจะได้กล่าวถึงเทคโนโลยีในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ คนไทยคนเก่งหลายท่านอยู่ในสาขานี้ที่สหรัฐอเมริกา ท่านหนึ่งนั้นจบจากระดับปริญญาตรี–โท ที่มหาวิทยาลัยเกียวโต จากนั้นเดินทางไปศึกษาต่อระดับปริญญาเอกด้านนี้ที่ Massachusetts Institute of Technologyผมจะขอความกรุณาท่านช่วยเขียนบทความแสดงมุมมองของท่านด้านเทคโนโลยีนิวเคลียร์ น่าจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งนะครับ โดยเฉพาะในอนาคตหากประเทศไทยหลีกเลี่ยงการใช้พลังงานประเภทนี้ไม่ได้
ท่านผู้อ่านสามารถส่งข้อคิดเห็น/เสนอแนะมาที่ผู้เขียนที่ djitt@fibo.kmutt.ac.th
