ขีปนาวุธทางทหาร แหล่งที่มาของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์
Military Warheads as a Source of Nuclear Fuel

โกมล อังกุรรัตน์
ศูนย์ไอโซโทปรังสี
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

(ข้อมูลปรับปรุงล่าสุดถึง สิงหาคม 2011)

Military warheads as a Source of Nuclear Fuel

• ยูเรเนียม พลูโทเนียม ที่ใช้เพื่อการทหารที่มีอยู่อย่างมหาศาล ในกองทัพของสหรัฐอเมริกาและรัสเซีย จะถูกนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทางพลเรือน
• ยูเรเนียมที่ใช้เป็นอาวุธทางทหารจะมีการเสริมสมรรถนะ U-235 สูงมากถึงมากกว่า 90% ซึ่งเป็นไอโซโทปที่เกิดฟิชชันได้
• พลูโทเนียมที่ใช้เป็นอาวุธทางทหารจะมี Pu-239 มากกว่า 93% สามารถนำมาใช้เหมือนกับพลูโทเนียมที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เพื่อเป็นเชื้อเพลิงสำหรับผลิตไฟฟ้า
• ยูเรเนียมที่เสริมสมรรถนะสูงมาก จากคลังสำรองอาวุธจะสามรถนำมาแทนที่ ยูเรเนียมออกไซด์ (U3O8) จากเหมืองได้ไม่ต่ำกว่าปีละ 10,600 ตัน รองรับความต้องการของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ของโลกได้ถึง 13%

     เป็นเวลามากกว่าสามทศวรรษ ที่ความกังวลพุ่งตรงไปที่ว่า มีความเป็นไปได้ที่ยูเรเนียมที่ใช้ในเชิงพาณิชย์เพื่อ พลังงานนิวเคลียร์ อาจจะถูกเบี่ยงเบนไปใช้เพื่อเป็นอาวุนิวเคลียร์ อย่างไรก็ตามปัจจุบันนี้ ความสนใจกลับมุ่งเน้นไปที่ บทบาทของยูเรเนียมทางการทหาร เพื่อเป็นอาวุธนิวเคลียร์ จะกลายเป็นแหล่งสำคัญของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เพื่อการพาณิชย์

     ตั้งแต่ปี 1987 สหรัฐอเมริกา และกลุ่มประเทศของอดีดสหภาพโซเวียต ได้ลงนามในชุดของสัญญาลดอาวุธ เพื่อลดคลังแสงสรรพาวุธนิวเคลียร์โดยประมาณ 80%

     วัสดุทางนิวเคลียร์ที่พิจารณาแล้วว่า เกินความต้องการทางด้านการทหารทั้งของสหรัฐอเมริกาและรัสเซียตอนนี้ ได้ถูกแปลงเป็นเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ทางด้านการพาณิชย์ วัสดุหลักก็คือ ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูง (HEU) ที่มียูเรเนียม-235 อยู่ไม่ต่ำกว่า 20% และโดยปกติทั่วไปประมาณ 90% ของยูเรเนียม-235 ยูเรเนียมชนิด HEU สามารถนำมาผสมกับ ยูเรเนียม ที่มีระดับยูเรเนียม-235 ระดับต่ำ ๆ เพื่อทำให้เป็น ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำ (LEU) ซึ่งโดยปกติทั่วไป จะมียูเรนียม-235 น้อยกว่า 5% เพื่อใช้สำหรับเป็นเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์กำลัง เพื่อผลิตไฟฟ้า ยูเรเนียม HEU จะถูกนำมาผสมกับ ยูเรเนียมด้อยสมรรถะ (depleted uranium) ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็น ยูเรเนียม-238 ในธรรมชาติจะมียูเรเนียม-235 อยู่ 0.7% การผสมนี้อาจจะเป็นในรูปแบบของ กึ่ง ยูเรเนียมเสริมสมรรถะ

     ยูเรเนียมเสริมสมรรถะสูงในหัวรบขีปนาวุธทั้งของสหรัฐอเมริกาและรัสเซีย และรวมทั้งในคลังเก็บอาวุธทางทหารอื่นๆ แล้ว มีอยู่ประมาณ 2000 ตัน เทียบเท่ากับประมาณ 12 เท่าของผลผลิตยูเรเนียมจากเหมืองในแต่ละปี

     คลังเก็บพลูโทเนียมชนิดที่ใช้เป็นอาวุธของโลกมีรายงานว่า มีอยู่ประมาณ 260 ตัน ซึ่งหากใช้ใน เชื้อเพลิงออกไซด์ผสม (mixed oxide fuel: MOX) ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ตามแบบธรรมดา จะเทียบเท่ากับ การผลิตยูเรเนียมของโลกในหนึ่งปีอยู่เล็กน้อย พลูโทเนียมที่ใช้ทางการทหารสามารถนำมาผสมกับยูเรเนียมออกไซด์ เพื่อทำเป็นเชื้อเพลิงออกไซด์ผสมได้

     หลังจาก MOX หรือ LEU ถูกเผาผลาญใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏกรณ์นิวเคลียร์ เชื้อเพลิงที่ใช้แล้ว ก็ไม่มี ความเหมาะสมที่จะนำมาทำเป็นอาวุธได้อีกแล้ว

เมกะตันสู่เมกะวัตต์ (Megatons to Megawatts)
ภาระผูกพันโดยสหรัฐอเมริกาและรัสเซีย ที่จะแปลงอาวุธนิวเคลียร์ไปเป็นเชื้อเพลิง สำหรับผลิตไฟฟ้ารู้จักกันชื่อ โปรแกรมเมกะตันสู่เมกะวัตต์ (Megatons to Megawatts program)

     HEU ชนิดที่ใช้เป็นอาวุธส่วนเกิน ที่เกิดจากข้อตกลงลดอาวุธตามข้อตกลงในปี 1993 ระหว่างรัฐบาลสหรัฐอเมริกา และรัสเซีย ภายใต้ข้อตกลงที่รัสเซียต้องแปลง HEU จากขีปนาวุธและคลังแสง 500 ตัน ซึ่งมีปริมาณเทียบเท่ากับ ลูกระเบิด 20,000 ลูก ให้เป็น LEU โดยสหรัฐอเมริกาจะซื้อไปใช้ ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทางด้านพลเรือน

     ในปี 1994 มีการดำเนินการลงนามสัญญามูลค่า 12,000 ล้านดอลลาร์อเมริกัน ระหว่าง US Enrichment Corporation ปัจจุบันคือ USEC Inc และRussia’s Technabexport (Tenex) เป็นตัวแทนผู้บริหารสำหรับรัฐบาล สหรัฐอเมริกาและรัสเซีย โดย USEC ต้องซื้อปริมาณขั้นต่ำของ HEU ชนิดที่ใช้เป็นอาวุธ 500 ตันกว่า 20 ปีจนถึงปี 2013 ด้วยอัตราสูงสุดถึง 30 ตันต่อปีนับจากปี 1999 โดยต้องผสม HEU ให้ได้ ยูเรเนียม-235 4.4% ในรัสเซีย โดยใช้ยูเรเนียม-235 1.5% ที่ได้จากการนำเอาหางของยูเรเนียมด้อยสมรรถะ มาผ่านกระบวนการเสริมสมรรถะใหม่ มาเป็นส่วนผสม ทั้งนี้ต้องมีการจำกัดปริมาณของยูเรเนียม-234 ในผลผลิตสุดท้าย USEC ก็จะนำ LEU นี้ ขายให้แก่ลูกค้า เพื่อนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ต่อไป ปริมาณ LEU ที่ได้นี้ เทียบเท่ากับประมาณการ 140,000 ถึง150,000 ตันของยูเรเนียมธรรมชาติจากเหมือง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสมมุติฐานเกี่ยวกับการเสริมสมรรถะ

     โดยในเดือนกันยายน 2009 HEU รวม 375 ตัน ถูกนำมาผลิตเป็นเชื้อเพลิง LEU ได้เกือบถึง 10,868 ตัน ภายใต้สูตรการกำหนดราคาตามตลาด โดยในเดือนสิงหาคม 2011 ปริมาณได้พุ่งสูงขึ้นเป็น 425 ตัน HEU เทียบเท่ากับหัวรบขีปนาวุธ 17,000 หัวรบ ตามคำกล่าวอ้างของ USEC ซึ่งได้จ่ายเงินไปมากกว่า 7,200 ล้านดอลลาร์อเมริกัน ให้แก่รัสเซีย

     สำหรับส่วนของสหรัฐอเมริกาได้ประกาศว่า มี HEU มากกว่า 174 ตันในหลายเปอร์เซ็นต์การเสริมสมรรถะ ที่มีเก็บอยู่ในคลังแสง ในจำนวนนี้ ได้ถูกนำมาใช้จำนวน 14.2 ตัน ในรูปของ ยูเรเนียมเฮกซะฟลูออไรด์ (Uranium hexafluoride: UF₆) ที่มียูเรเนียม-235 เป็นองค์ประกอบราว 75% และยูเรเนียมออกไซด์หรือในรูปของโลหะ 50 ตัน ที่มียูเรเนียม-235 ประมาณ 40% การผสมเพื่อลดเปอร์เซ็นต์ของยูเรเนียมเฮกซะฟลูออร์ไรด์ได้เสร็จสมบูรณ์ในปี 1998 เพื่อผลิต LEU ให้ได้ 387 ตัน ในเดือนกันยายน 2001 HEU 13.5 ตันในรูปของยูเรเนียมออกไซด์หรือโลหะ ได้ถูกนำมาผ่านกระบวนการเปลี่ยนเป็น LEU ได้ 140.3 ตัน ในปี 2004 คณะกรรมการกำกับกิจการพลังงานนิวเคลียร์ ได้ออกไปอณุญาตสำหรับการผสมเพื่อลดเปอร์เซ็นของ HEU เป็นจำนวน 33 ตัน โดยหน่วยงานบริการด้าน เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในเทนเนสซี และในปี 2005 ได้มีการนำไปใช้ครั้งแรกที่โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ TVA

     ในปี 2005 หน่วยงาน National Nuclear Security Administration (NNSA) ภายใต้ กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา (DOE) (NNSA ก่อตั้งโดยสภาคองเกรสในปี 2007 เป็นหน่วยงานที่จัดแยกออก ต่างหากภายในกระทรวงพลังงานสหรัฐอเมริกา รับผิดชอบในการเสริมสร้างความมั่นคงของชาติ ผ่านการประยุกต์ใช้ ทางการทหารของวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์ NNSA เก็บรักษาและช่วยเพิ่มความปลอดภัย ความรับผิดชอบ ความมั่นคง และประสิทธิภาพการทำงานของคลังแสงอาวุธนิวเคลียร์ของสหรัฐอเมริกา ไม่ให้มีการทดสอบด้านนิวเคลียร์ เพื่อลดอันตรายของโลกจากอาวุธทำลายล้าง ให้กองทัพเรือสหรัฐอเมริกาที่ขับเคลื่อนโดยพลังงานนิวเคลียร์ มีความปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ และตอบสนองต่อเหตุฉุกเฉินทางนิวเคลียร์และรังสี ทั้งในสหรัฐอเมริกา และต่างประเทศ) ได้ประกาศข้อผูกมัดที่จะนำ HEU 40ตัน ที่มีคุณสมบัติต่ำกว่าข้อกำหนด เพราะมีการยกระดับส่วนผสม ของยูเรเนียม-236 มาเข้าโปรแกรมผสมให้ได้เป็นLEU (Blended Low--Enriched Uranium (BLEU)) โดยจะนำมาใช้ที่ โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ TVA ในปี 2008 NNSA ได้เจรจาต่อรองกับ TVA ที่จะนำ HEU 21 ตัน ภายใต้โปรแกรมนี้ เพื่อมาผสมลดเปอร์เซ็นต์ลง จะได้ผลผลิต LEU ประมาณ 250 ตัน โดยบางส่วนจะนำมาขายให้ผู้ใช้ประโยชน์อื่น ๆ ด้วย

     ในช่วงกลางปี 2007 NNSA ลงนามสัญญากับ Nuclear Fuel Services and Wesdyne International ที่จะลดส่วนผสมของ HEU 17.4 ตัน จากการรื้อขีปนาวุธ อันเป็นส่วนหนึ่งของการสำรองเชื้อเพลิงนิวเคลียร์แหล่งใหม่ ของสากล NFS ได้ลดส่วนผสมของวัสดุนิวเคลียร์ในเทนเนสซีได้ผลผลิต LEU ประมาณ 290ตัน (U-235 4.95%) ภายในต้นปี 2012  โดย Wesdyne ซึ่งเป็นคู่สัญญาหลักเบื้องต้นจะเก็บ LEU 230 ตันไว้ที่โรงงานประกอบเชื้อเพลิง Westinghouse ใน แคโรไลนาใต้ ทั้งนี้เพื่อพร้อมใช้งานในโปรแกรม American Assured Fuel Supply โดยจะนำส่วน 60 ตัน มาเป็นส่วนค่าใช้จ่ายขายในท้องตลาดในช่วงเวลา 3-4 ปี ผลผลิต LEU รุ่นแรก จะสามารถพร้อมใช้ได้กับ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์พลเรือนทั่วไป สำหรับประเทศที่มีสถานะที่ดีกับ ทบวงการปรมาณูระหว่างประเทศ (IAEA) ที่มีความน่าเชื่อถือในการไม่เผยแพร่อาวุธนิวเคลียร์ และไม่ใฝ่หาการเพิ่มสมรรถะ ยูเรเนียม และเทคโนโลยีการหมุนเวียน กระบวนการนำเอายูเรเนียมมาใช้ใหม่ LEU นี้ ปัจจุบันสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ภายในประเทศ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ มูลค่า 500 ล้านดอลลาร์อเมริกัน จะถูกนำมาขายในราคาท้องตลาดในปัจจุบัน

     ในเดือน มิถุนายน 2009 NNSA ได้เซ็นสัญญาเพิ่มเติมมูลค่า 209 ล้านดอลลาร์อเมริกัน กับ NFS และ Wesdyne ในการที่จะลดส่วนผสมของ HEU ปริมาณ 12.1ตัน เพื่อที่จะทำให้ได้ผลผลิต LEU ให้ได้ 220 ตันภายในปี 2012 ผลผลิตรุ่นที่สองนี้ จะให้หลักประกันในการใช้ประโยชน์ โดยจะนำมาทำเชื้อเพลิงผสมของโปรแกรมของ DOE โดยนำมาผสมกับพลูโทเนียมที่ใช้เป็นอาวุธนิวเคลียร์ของสหรัฐอเมริกา (โครงการ AFS มีความสอดคล้องกับความกังวล ของนานาชาติ ที่จะจำกัดการแพร่กระจายของเทคโนโลยีการเสริมสมรรถะยูเรเนียม ให้แก่ประเทศที่ยังไม่มีการจัดตั้ง กระบวนการวัฐจักรของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ดี ซึ่งรัสเซียได้ตกลงที่จะเข้าร่วมโครงการ

     ในระยะสั้น HEU ส่วนใหญ่เพื่อการทหารของสหรัฐอเมริกา จะถูกลดส่วนผสมลงให้เหลือยูเรเนียม-235 เป็น 20% และเก็บเอาไว้ ซึ่งในสัดส่วนนี้จะไม่สารถนำไปทำเป็นอาวุธนิวเคลียร์ได้

ผลกระทบต่อการตลาด (Market Impact)
โดยรวมแล้วการลดส่วนผสม ของ 500 ตันHEUจากอาวุธนิวเคลียร์ของรัสเซียจะทำให้ได้ปริมาณ LEU 15,000 ตัน ใช้งานได้กว่า 20ปี เทียบเท่ากับผลผลิตจาก ยูเรเนียมธรรมชาติประมาณถึง 152,000ตัน หรือมากกว่าความต้องการใช้ ของโลกสองเท่าต่อปี

จากปี 2000 – 2013 การเจือจางของ HEU 30 ตัน สามารถนำมาแทนที่ยูเรเนียมออกไซด์ที่ผลิตจากเหมืองได้ถึง 10,600 ตันต่อปี ซึ่งเทียบเท่ากับความต้องการของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทั้งโลกได้ 13%

ภายใต้ข้อตกลงเมื่อปี 1994 USEC ยอมรับความจำเป็นที่จะปล่อยยูเรเนียมเจือจางทางการทหาร ไปสู่สาธารณูปโภคนิวเคลียร์ โดยไม่ส่งผลกระทบต่อตลาดยูเรเนียมของสหรัฐอเมริกา

การตลาดเป็นอยางไร (How the Market Works?)
โดยปกติทั่วไป ผู้ใช้งานจะซื้อยูเรเนียมธรรมชาติจากบริษัททำเหมืองในรูปของ “เค้กเหลือง” (Yellow cake (U₃O₈)) และนำมาแปรสภาพเป็น UF₆ จากนั้นนำส่งไปให้ USEC เพื่อดำเนินการกระบวนการเสริมสมรรถะ และจ่ายค่าบริการ USEC ดำเนินการโรงงานกระบวนการเสริมสมรรถะของพลังงานที่เหมาะสม ที่จะแยกยูเรเนียม ให้ได้ปริมาณ การเสริมสมรรถะตามต้องการ (เช่น ได้ ยูเรเนียม-235 ราว 3.5-5.0 % และทิ้งส่วนมาก ซึ่งเป็นยูเรเนียม ด้อยสมรรถะ) USEC จะส่งกลับยูเรเนียมเสริมสมรรถะนี้ สำหรับใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ของผู้ใช้ประโยชน์ต่อไป

     USEC จ่ายค่าบริการในกระบวนการเสริมสมรรถะให้รัสเซีย (โดยทั่วไปจะเป็นค่าพลังงาน) หลังจากได้รับผลผลิต ยูเรเนียมเสริมสมรรถะต่ำจำนวนนี้ ประมาณ 5.5 ล้าน SWU ต่อปี (SWU คือ Separative Work Unit เป็นค่าของ กระบวนการที่จำเป็น ที่ใช้ในการแยกระหว่างยูเรเนียม-235 และยูเรเนียม-238 วัดเป็นหน่วยกิโลกรัมของ separative work (kg SW) โดย 1 SWU เท่ากับ 1 kg SW) รัสเซ๊ยถือกรรมสิทธิ์ในจำนวนยูเรเนียมธรรมชาตินี้ แล้วส่งให้USEC โดยลูกค้าผู้ใช้ประโยชน์ เป็นผู้จ่ายค่าบริการในกระบวนการเสริมสมรรถะ ภายใต้ข้อตกลง 1999 (รายละเอียดดังข้างล่าง) ยูเรเนียมธรรมชาติที่ป้อนมานี้อย่างน้อย 72% จะขายให้แก่ Cameco,Areva และ Nukem ในสัดส่วน 45/45/10 และในส่วนที่เหลือจะส่งไปให้รัสเซียใช้ภายในประเทศ ในปี 2009 Rosatom กล่าวว่า ยูเรเนียมธรรมชาติที่ป้อนมาให้นี้ ที่รัสเซียได้รับมีมูลค่า 2.7ล้านดอลลาร์อเมริกัน

ข้อตกลงทางการตลาดปี 1999 ป้อนยูเรเนียมธรรมชาติให้ USEC
หลังจากหลายปีของการนั่งเจรจาเกี่ยวกับเรื่องนี้ ข้อตกลงหลักที่สำคัญได้รับการอนุมัติในช่วงต้นปี 1999 โดยรัฐบาล สหรัฐอเมริกาและรัสเซียเกี่ยวข้องกับยูเรเนียมธรรมชาติ 163,000 ตันในรูป U₃O₈ ที่ป้อนให้นี้ จะถูกจัดส่งภายใน ช่วงเวลาที่เหลืออยู่ 15 ปี ตามข้อตกลง US-Russia HEU

          Cameco กับ Cogema (ปัจจุบันคือ Areva) และ Nukem ได้ลงนามข้อตกลงทางการค้ากับTenex ของรัสเซีย ด้วย “ข้อกำหนดพิเศษในการซื้อ” ยูเรเนียมธรรมชาติส่วนที่เหลือจากนี้ 118,000 ตัน จะเป็นของ Tenex หนึ่งในข้อตกลงที่สำคัญคือปริมาณการจัดเก็บไว้ในคลัง ก็คือปริมาณ 26,000 ตัน U₃O₈ จะถือครองโดยรัฐบาลสองฝ่าย ของสหรัฐอเมริกาและรัสเซียเป็นเวลา 10 ปี คือจนถึงปี 2009 โดยคลังเก็บของสหรัฐอเมริกานั้นมีอยู่แล้ว ส่วนของ รัสเซียได้ถูกสร้างขึ้นในไม่กี่ปีถัดจากนั้น โดยเก็บส่วนที่ไม่ได้ซื้อโดย Tenex หรือจากภาคีสมาชิก และรัสเซียมีอิสระ ที่จะขายได้เฉพาะส่วนที่เกินจากข้อตกลงเท่านั้น

          ข้อตกลงใหม่ไม่ได้เปลี่ยนสถานะของอุปสงค์และอุปทานโดยรวม แต่ทำให้ความไม่แน่นอนหลัก ๆ บางประการ ต่อวิธีการทำอย่างไรที่จะปล่อยยูเรเนียมนี้ออกสู่ท้องตลาดให้หมดไปได้

พลูโทเนียมและเชื้อเพลิงผสม (Plutonium and MOX)
การลดอาวุธยังก่อให้เกิดปริมาณเพิ่มขึ้นของพลูโทเนียมชนิดที่ใช้เป็นอาวุธ 150–200 ตัน พลูโทเนียมชนิดที่ ใช้เป็นอาวุธ จะเป็นไอโซโทปฟิสไซล์ถึงมากกว่า 93% พลูโทเนียม-239 สามารถใช้ได้เหมือนกับ พลูโทเนียมชนิดที่ใช้ กับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในเชื้อเพลิงเพื่อผลิตไฟฟ้า ข้อพิจารณาการจัดการเกี่ยวกับพลูโทเนียมคือ

• เก็บไว้เป็นกากกัมมันตรังสีระดับรังสีสูง จัดการพลูโทเนียมแบบกากกัมมันตรังสี
• แปรรูปผสมกับยูเรเนียมออกไซด์เป็นเชื้อเพลิงผสมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีอยู่
• แปรรูปผสมกับทอเรียมใช้เป็นเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รัสเซียที่มีอยู่
• ใช้เป็นเชื้อเพลิงใน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบนิวตรอนเร็ว (Fast-neutron reactor)

          ในปี 1994 สหรัฐอเมริกาประกาศว่า มีพลูโทเนียมของกองทัพเหลือใช้ เก็บอยู่ในคลัง 52.5 ตัน ในจำนวนนี้ รวมทั้งพลูโทเนียมที่ไม่เคยนำมาใช้เป็นอาวุธมาก่อน (non-pit material) และประมาณ 20 ตัน เป็นชนิดที่มีคุณภาพ ที่ไม่สามารถนำมาใช้ประโยชน์เป็นเชื้อเพลิงผสมได้

          ในเดือนมิถุนายน 2000 สหรัฐอเมริกาและรัสเซียได้ทำความตกลง ที่จะจำหน่ายพลูโทเนียมชนิดที่ใช้เป็นอาวุธ ของแต่ละฝ่ายจำนวน 34 ตัน ให้ได้ภายในปี 2014 สหรัสจะเดินตามโปรแกรมสองแนวทาง คือ จัดการเก็บไว้เป็น กากกัมมันตรังสีระดับสูง และแปรรูปเป็นเชื้อเพลิงผสมใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ด้วยทุนของตัวเอง ขณะที่ประเทศ กลุ่ม จีเจ็ด (G-7) จะจัดการเรื่องงบประมาณ 2500 ล้านดอลลาร์อเมริกัน ให้รัสเซียเพื่อดำเนินโปรแกรม โดยมุ่งเน้น ที่จะจัดการเป็นเชื้อเพลิงผสม สำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ VVER แต่ที่ต้องใช้วงเงินสูงก็เพราะว่า ในส่วนนี้ไม่ได้เป็น ส่วนหนึ่ง ของนโยบายเกี่ยวกับวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ของรัสเซีย ได้มีการตกลงแก้ไขในเดือนเมษายน 2010 อนุญาตให้ใช้พลูโทเนียมรัสเซีย เพื่อมาใช้กับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบนิวตรอนเร็ว BN-800 และยืดระยะเวลาไปจน ถึงปี 2018 แต่อย่างไรก็ตาม การระดมทุนจาก G7 จะไม่สามารถใช้ได้บนพื้นฐานนี้ และรัสเซียต้องใช้เงินทุนส่วนใหญ่ ของโปรแกรมจากกองทุนที่มีส่วนร่วม 400 ล้านดอลลาร์อเมริกันจากสหรัฐอเมริกา พลูโทเนียมปริมาณ 68 ตัน นี้ เทียบเท่าได้กับยูเรเนียมธรรมชาติถึง 12,000 ตัน

          พลูโทเนียมชนิดที่ใช้เป็นอาวุธเพื่อนำมาใช้ในวงจรของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทางพลเรือน จะต้องเก็บไว้ภายใต้ การรักษาความปลอดภัยที่มั่นคง และมีมาตรการทางเทคนิคที่จำเป็นเพื่อให้บรรลุวัถุประสงค์นี้ เชื้อเพลิงผสมที่ได้มาจาก การลดความเข้มข้นของพลูโทเนียมลง เพื่อไม่ให้มีการสกัดพลูโทเนียม-239 ออกมาได้ และมีความชัดเจนในการบรรลุ วัตถุประสงค์ โดยสหรัฐอเมริกาได้ลดการจัดเก็บพลูโทเนียมในรูปของกากกัมมันตรังสีระดับสูงลง ตามแผนการกำจัด พลูโทเนียมที่ใช้ทางการทหารเดิม และนี่คือภาพสะท้อนของข้อตกลงกับรัสเซียในเดือนเมษายน 2010

          หลังจากที่ได้มีการพิจารณาทางด้านความปลอดภัยและสิ่งแวดล้อม คณะกำกับดูแลด้านนิวเคลียร์สหรัฐอเมริกา อนุญาตให้ Duke,Stone&Webster สร้างโรงงานสำหรับผลิตเชื้อเพลิงผสมของพลูโทเนียมขึ้นที่ DOE Savannah site ในมลรัฐเซาท์แคโรไลนา

          การก่อสร้างได้เริ่มขึ้นเมื่อเดือนสิงหาคม 2007 โดย Areva MOX Service โดยจะประกอบทำเชื้อเพลิงผสม เพื่อใช้ทางพลเรือนให้ได้จำนวน 1700 แท่งจากยูเรเนียมด้อยสมรรถะ และใช้พลูโทเนียมชนิดที่ใช้เป็นอาวุธ ไม่ต่ำกว่า 34 ตัน มาเป็นส่วนผสม ซึ่งแตกต่างจากโรงงานเชื้อเพลิงผสมอื่น ๆ ที่ใช้พลูโทเนียมที่เป็นผลผลิตใหม่จาก เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ซึ่งหนึ่งในสามจะเป็นไอโซโทปพลูโทเนียมชนิดไม่ใช่วัสดุฟิสไซล์ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ของ สหรัฐอเมริกาที่จะใช้เชื้อเพลิงผสม จะต้องได้รับใบอนุญาต ทั้งนี้ Shaw Areva MOX Service ซึ่งมีสัญญาอยู่กับ National Nuclear Security Administration (NNSA) จะเป็นเจ้าของโรงงาน ที่คาดว่าจะดำเนินการได้จากปี 2016 โรงงานมีมูลค่าสูง 3,500 ล้านดอลลาร์อเมริกัน รวมอีก 1,300 ล้านดอลลาร์อเมริกัน เป็นค่าประกันเหตุอันเหนือ ความคาดหมาย และอีกจำนวน 183 ล้านดอลลาร์อเมริกัน เป็นค่านำเนินการต่อปี ทั้งนี้เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการ ไม่เผยแพร่ขยายอาวุธนิวเคลียร์ ค่าใช้จ่ายประจำปีจะถูกชดเชยโดยรายได้* (*มีข้อสังเกตว่า จากการต่อรองกับรัสเซีย ที่สหรัฐอเมริกามักจะเน้นรูปแบบเทคโนโลยีที่ซับซ้อน เพื่อจัดการเก็บพลูโทเนียมไว้ในรูปแบบกากกัมมันตรังสีระดับสูง ตามแผนการไม่เผยแพร่อาวุธนิวเคลียร์ โดยจัดการในรูปแบบหล่อปูน ทำเป็นหินสังเคราะห์ หล่อเป็นแก้ว แล้วรวม กำจัดทิ้งในรูปของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้แล้ว โดยรัสเซียค่อนข้างแปลกใจ และไม่อยากจะเชื่อว่าจะดำเนินการเช่นนี้ ทั้งที่ได้ทุ่มเทเงินมากถึงหลายพันล้านดอลลาร์อเมริกัน เพื่อผลิตมันขึ้นมา แล้วก็โยนมันทิ้งไป ไม่เพียงเท่านั้นยังใช้เงิน อีกเป็นจำนวนมาก เพื่อการกำจัดทิ้งเพิ่มเข้าไปอีก รัสเซียมองเห็นว่ามันจะเป็นแหล่งพลังงานอันมหาศาล ในที่สุดก็ มาถึงข้อสรุปที่ตรงกัน ที่จะเปลี่ยนพลูโทเนียมชนิดที่ใช้เป็นอาวุธจำนวน 34 ตัน เป็นเชื้อเพลิงผสมเพื่อผลิตไฟฟ้า เพื่อเศรษฐกิจของสหรัฐอเมริกา)

          ในเดือนมิถุนายน 2005 แท่งเชื้อเพลิง 4 แท่งแรก ได้ประกอบขึ้นจากเชื้อเพลิงผสมออกไซด์ จากพลูโทเนียม กองทัพทหารสหรัฐอเมริกา ผสมกับยูเรีนยมด้อยสมรรถนะ ได้เริ่มผลิตไฟฟ้าจากโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ Duke Power’s Catawba-1 ในแคโรไรนาใต้ บนพื้นฐานการลองใช้งาน โดยการนำเอา 140 กิโลกรัม ของพลูโทเนียมชนิดใช้เป็นอาวุธ มาทำเป็นเม็ดได้ 2 ตัน ที่โรงงาน Cadarache และประกอบเป็นชุดแท่งเชื้อเพลิงที่โรงงาน Melox ในฝรั่งเศส ผลการลองใช้ สรุปผลเป็นที่พอใจ

          ในเดือนกันยายน 2007 กระทรวงพลังงานสหรัฐอเมริกา (DOE) ได้ประกาศนำเอาพลูโทเนียมอีก 9 ตัน จากการรื้ออาวุธหัวรบ นำมาทำเชื้อเพลิงผสมที่โรงงาน Savannah River ทำให้ได้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ถึง 61.5 ตัน ซึ่งเหลือเฟือสำหรับใช้ทางด้านความมั่นคงของประเทศ และใช้เพื่อเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์หมุนเวียน ใช้ใน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ด้านพลเรือน (มีเหลืออีกประมาณ 38 ตัน สำหรับโปรแกรมอาวุธนิวเคลียร์ของสหรัฐอเมริกา)

          กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกายังได้เคลื่อนย้ายพลูโทเนียม ที่เตรียมไว้สำหรับทำอาวุธนิวเคลียร์อีกจำนวน 12.8 ตัน ไปที่ Savannah River ในปี 2010 เมื่อรวบรวมได้ตามจำนวน DOE มีแผนที่จะดำเนินการกำจัด หรือนำไป ใช้งานที่โรงงาน 3 แห่งที่ Savannah River ซึ่งเป็นโรงงานประกอบเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ผสมที่กำลังก่อสร้างจำนวน 7.8 ตัน และที่โรงงาน H-Canyon ที่มีอยู่ และได้เสนอให้เป็นโรงงานขนาดเล็ก สำหรับการจัดการพลูโทเนียมให้เปลี่ยนรูป แบบหลอมเป็นแก้วเพื่อความสมดุลจำนวน 5 ตัน โรงงาน H-Canyon เป็นโรงงานสุดท้ายของสหรัฐอเมริกา ที่มีศักยภาพ ในการจัดการเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ HEU ที่ใช้แล้ว และวัสดุเชื้อเพลิงนิวเคลียร์อื่น ๆ ที่คล้ายกัน ที่ยังดำเนินการได้อยู่ (H-Canyon เริ่มตั้งแต่ปี 1955 เดิมใช้แยกยูเรเนียม เนปทูเนียม และพลูโทเนียม จากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้แล้วทางทหาร และจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์วิจัยชนิด HEU ตั้งแต่ปี 1998 ได้ใช้เพื่อนำมาแยกเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้แล้ว และวัสดุนิวเคลียร์ที่ต่ำกว่ามาตรฐานหมุนเวียนมาเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ LEU โดยโปรแกรมนี้จะดำเนินการต่อไปจนถึงปี 2019)

          ต่อมาในเดือนกันยายน 2007 ได้เพิ่มปริมาณพลูโทเนียมอีก 9 ตัน ในโปรแกรมทำเชื้อเพลิงผสมของพลูโทเนียม NNSA ได้ตัดสินใจให้โรงงาน Savannah River เป็นผู้เริ่มต้นผลิตของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เพื่อใช้กับ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบนิวตรอนเร็วขั้นสูง (advanced fast reactors) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของของ โปรแกรมริเริ่มวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ขั้นสูง (advanced fuel cycle initiative program)

          ในขณะเดียวกันสหรัฐอเมริกาได้พัฒนา “มาตราฐานของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้แล้ว” โดยระบุปริมาณของ พลูโทเนียม ต้องมีไม่เกินกว่าที่มันมีอยูแล้วในเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้แล้ว และทั้งนี้ เพื่อป้องกันการแผ่รังสีแกมมาที่มี ความเข้มสูง โรงงานบำบัดกากกัมมันตังสีถ้าจะมีการก่อสร้างขึ้น จะต้องมีส่วนที่เกี่ยวกับการทำเป็นรูปแบบหินสังเคราะห์ (artificial rock) ของพลูโทเนียม (ชื่อการค้าคือ Synroc) และห่อหุ้มแผ่นเล็ก ๆ นี้ ในถังโลหะบรรจุกากกัมมันตรังสี ระดับสูงที่ถูกหลอมเป็นแก้ว หรือทางเลือกอื่น ๆ คือผสมพลูโทเนียมกับผลผลิตฟิชชัน และหลอมให้เป็นแก้วที่โรงงาน ขนาดเล็กที่ได้เสนอที่ Savannah River

          ยุโรปซึ่งมีการพัฒนาด้านศักยภาพเชื้อเพลิงผสมอย่างดีแล้ว ได้มีข้อเสนอแนะว่า พลูโทเนียมที่มีที่มาจาการใช้ เป็นอาวุธ จะต้องมีการกำจัดไปอย่างรวดเร็ว พลูโทเนียมที่ได้มาจากการใช้เป็นอาวุธอาจจะนำมาผสม กับวัสดุที่ใช้กับ เชื้อเพลิงเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หรือนำมาผสมรวมกับพลูโทเนียม-238 แต่การใช้เชื้อเพลิงผสมเพียง 30% ของ เชื้อเพลิงของ 1 ใน 3 ของศักยภาพครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ของโลก ก็สามารถขจัดหัวรบนิวเคลียร์พลูโทเนียมได้ ประมาณ 15 ตันต่อปี นั่นคือการเผาไหม้ของหัวรบถึง 3000 หัวรบต่อปี เพื่อผลิตไฟฟ้าได้ 110 ล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในยุโรปมากกว่า 35 เครื่อง ที่ไดรับอนุญาตให้ใช้เชื้อเพลิงผสม และมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ของฝรั่งเศส 22 เครื่อง ที่ได้รับอนุญาตให้ใช้เชื้อเพลิงผสม 30% ของเชื้อเพลิงที่ใช้

          รัสเซียมีความตั้งใจที่จะใช้พลูโทเนียมของตัวเอง เพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบ นิวตรอนเร็ว เช่น เครื่อง BN-600 และ BN-800 และต่อมา BREST ที่เมือง Beloyarsk โดยที่สหรัฐอเมริกาก่อนหน้านี้ ยืนยันว่า มันซ้ำซ้อนกับแผนการของสหรัฐอเมริกา ที่ได้วางแผนใช้เชื้อเพลิงผสมสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ตามแบบ ธรรมดารุ่นล่าสุด และสำหรับกรณีนี้รัสเซียยืนยันว่า สหรัฐอเมริกาต้องเป็นผู้รับผิดชอบค่าใช้จ่ายทั้งหมด แต่หลังจาก การประกาศความร่วมมือของ Global Nuclear Energy Partnership ในปี 2006 กับข้อเสนอให้ใช้เชื้อเพลิงผสม กับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบนิวตรอนเร็ว ข้อคัดค้านแผนการของรัสเซียจากฝ่ายสหรัฐอเมริกาก็หายไป ปริมาณเริ่มต้น 34 ตัน ของพลูโทเนียม พร้อมที่จะนำมาทำเป็นเชื้อเพลิงผสม ซึ่งเพียงพอที่จะนำมาประกอบเป็นแท่งเชื้อเพลิงได้ 1350 แท่ง สำหรับใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบน้ำมวลเบา แต่ตอนนี้จะใช้เป็นเชื้อเพลิงผสม สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ นิวเคลียร์แบบนิวตรอนเร็ว BN-600 และ BN-800 โดยเครื่องBN-600 จะใช้เพียง 1 ใน 3 ของเชื้อเพลิงผสม ในแกนเครื่อง และเครื่อง BN-800 ใช้เชื้อเพลิงผสมทั้งหมดในแกนเครื่อง และนับเป็นจำนวนปริมาณการใช้ส่วนมาก สหรัฐอเมริกาตกลงที่จะสนับสนุนค่าใช้จ่ายเพื่อการนี้ 400 ล้านดอลลาร์อเมริกัน ซึ่งน้อยกว่าทางเลือกถ้าใช้เชื้อเพลิง ผสมกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ VVER

          การเผาไหม้ของพลูโทเนียมในรูปเชื้อเพลิงผสมในเครื่อง BN-600 จะเริ่มต้นในปี 2012 โดยจะมีการยกเอา ส่วนห่อหุ้มยูเรเนียมด้อยสมรรถนะเดิม (แบลงเคต) เพื่อการผลิตพลูโทเนียมออกไป และทดแทนด้วยส่วนประกอบ สเตนเลส ซึ่งใช้เป็นส่วนสะท้อนนิวตรอน เครื่อง BN-800 ยังอยู่ในระหว่างการก่อสร้าง จะยังคงมีส่วนห่อหุ้มของ ยูเรเนียมด้อยสมรรถนะอยู่ แต่จะดำเนินการในฐานะผู้บริโภคพลูโทเนียมสุทธิตลอดโครงการของการขจัดพลูโทเนียม ความร่วมมือนี้คาดว่า จะเผาไหม้พลูโทเนียมที่มาจากอาวุธได้ 1.5 ตันต่อปี สหรัฐอเมริกาและรัสเซียตั้งใจที่จะร่วมมือกัน พัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบระบายความร้อนด้วยแก๊สอุณหภูมิสูง (GT-MHR) ในรัสเซียต่อไป ซึ่งจะเป็นส่วนหนึ่ง ที่จะช่วยให้การกำจัดพลูโทเนียมได้เร็วยิ่งขึ้นประมาณปี 2015

          ในปี 2000 สหรัฐอเมริกา-รัสเซียได้มีข้อตกลงเพื่อทำให้หมดข้อสงสัย ที่จะมีการแยกเอาพลูโทเนียมออกมาจาก เชื้อเพลิงผสมพลูโทเนียมที่มาจากพลูโทเนียมที่ใช้ทางการทหาร ถ้าพลูโทเนียมถูกแยกออกมา ดังนั้นการแยกนี้จะได้ทั้ง พลูโทเนียมรวมกับยูเรเนียม หรือรวมกับพวกแอกทิไนดด์ รัสเซียกล่าวว่าได้แยกพลูโทเนียมออกมาจากเชื้อเพลิง ได้แล้ว 40 ตัน

เชื้อเพลิงทอเรียม-พลูโทเนียม (Thorium-plutonium fuel)
ตั้งแต่ช่วงต้นทศวรรษ 1990 รัสเซียได้มีโปรแกรมพัฒนาเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทอเรียม-ยูเรเนียม ซึ่งเมื่อเร็ว ๆ นี้ ได้มุ่งเน้นมาใช้ประโยชน์จากพลูโทเนียมที่ใช้เป็นอาวุธ มาเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทอเรียม-พลูโทเนียม

          โปรแกรมตั้งฐานที่ Moscow’s Kurchatov Institute และเกี่ยวข้องกับบริษัทสหรัฐอเมริกา Lightbridge Corporation (Thorium Power เดิม) และมีเงินทุนสนับสนุนจากรัฐบาลสหรัฐอเมริกา เพื่อที่จะออกแบบเชื้อเพลิง สำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ VVER-100 ของรัสเซีย ที่ใช้เชื้อเพลิงธรรมดาของยูเรเนียมออกไซด์เสริมสมรรถนะ ทั้งหมด การออกแบบใหม่จะมีการถอดส่วนกลาง และมีการจัดเรียงส่วนห่อหุ้มใหม่ โดยให้พลูโทเนียมอยู่ในส่วนตรงกลาง และห่อหุ้มล้อมรอบด้วยทอเรียม (ที่มียูเรเนียมผสมอยู่) โดยทอเรียม-232 จะถูกเปลี่ยนเป็นยูเรเนียม-233 ซึ่งเป็น วัสดุฟิสไซล์เช่นเดียวกับพลูโทเนียม-239 ที่อยูในแกนกลาง วัสดุส่วนห่อหุ้มล้อมรอบจะยังคงใช้งานได้ 9 ปี แต่ส่วนที่อยู่ ในแกนกลางจะถูกใช้งานได้เพียงแค่ 3 ปี (ในกรณีปกติ) การออกแบบเชื้อเพลิงในรูปของเม็ด แล้วทำเป็นแท่งในส่วน แกนกลางของเครื่อง ได้นำไปสู่ประสบการณ์ที่กว้างขวางของครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ของกองทัพเรือรัสเซีย เชื้อเพลิง ทอเรียม-พลูโทเนียมมีข้อดี 4 ข้อ ที่ดีกว่าเชื้อเพลิงผสมของพลูโทเนียม-ยูเรเนียม ของการไม่ส่งเสริมเผยแพร่ขยาย อาวุธนิวเคลียร์ คือใช้เข้ากันได้ดีกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีอยู่ ต้องการการแก้ไขดัดแปลงน้อยในการที่จะเผาไหม้ เชื้อเพลิง เชื้อเพลิงสามารถที่จะผลิตได้ในโรงงานที่มีอยู่แล้วในรัสเซีย ดังนั้นมันจึงสามารถใช้งานได้ตั้งแต่ปี 2006 นอกจากนี้ในแท่งเชื้อเพลิงเพียงแท่งเดียว ก็สามารถใส่ปริมาณของพลูโทเนียมได้มากกว่าเชื้อเพลิงผสมพลูโทเนียม-ยูเรเนียม ดังนั้นจึงมีศักยภาพที่จะกำจัดพลูโทเนียมได้มากกว่า 3 เท่า เมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงผสมพลูโทเนียม-ยูเรเนียม ปริมาณของเชื้อเพลิงที่ใช้แล้วก็น้อยกว่าครึ่งหนึ่ง และช่วยให้โอกาสที่จะหมุนเวียนเอาวัสดุมาทำเป็นอาวุธนิวเคลียร์ น้อยลง เมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงใช้แล้วของพลูโทเนียม-ยูเรเนียม ทั้งนี้เพราะมีวัสดุฟิชไซล์ของพลูโทเนียมเหลืออยู่ น้อยมาก ประมาณการว่ามีพลูโทเนียมที่ใช้เป็นอาวุธอยุ่ 15 ตัน ในรัสเซีย โครงการทอเรียม-พลูโทเนียมทำให้ไม่มี ความจำเป็น ที่จะต้องตัดข้ามแผนโรงงานที่มีอยู่ ไปทำเชื้อเพลิงแบบพลูโทเนียม-ยูเรเนียม

ถอดความจาก http://www.world-nuclear.org/info/inf13.html

โพสต์เมื่อ : 30 มีนาคม 2555