ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับพลูโทเนียม
Fact sheet on Plutonium

โกมล อังกุรรัตน์
ศูนย์ไอโซโทปรังสี
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

          ทั้งนี้เพราะว่า พลูโทเนียมมีปรากฏอยู่ในธรรมชาติในปริมาณที่น้อยมาก ๆ จึงมีการคำนึงถึงเพื่อประโยชน์ ทุกองค์ประกอบ เพื่อเสนอเป็น ธาตุที่มนุษย์สร้างขึ้นมาเอง (man-made element) (แร่พิตช์เบลนด์ ที่ครั้งหนึ่งเคยใช้เป็นแหล่งกำเนิดหลัก ของยูเรเนียมและเรเดียม จะมีพลูโทเนียมอยู่ด้วย หนึ่งส่วนในสามล้านส่วน)

ไอโซโทปของพลูโทเนียมและครึ่งชีวิต (Plutonium Isotope and Half-Life)
พลูโทเนียมมีอยู่ 15 ไอโซโทป (isotope) ในรูปแบบต่าง ๆ กัน ไอโซโทปบางชนิดของพลูโทเนียม จะเป็นวัสดุเกิดฟิชชันได้ หมายถึงว่ามันมีนิวเคลียสที่ไม่เสถียร และสามารถที่จะแบ่งแยกนิวเคลียสจากกัน ทำให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานออกมาอย่างมหาศาล พลูโทเนียม-239 พลูโทเนียม-240 จะเป็นองค์ประกอบส่วนใหญ่ ของไอโซโทปที่สามารถเกิดพิชชันได้ของพลูโทเนียม

          ครึ่งชีวิต (half-life) ก็คือเวลาที่จำนวนครึ่งหนึ่งของอะตอมของสารกัมมันตรังสี เกิดการสลาย ไปเป็นนิวเคลียสรูปแบบอื่น นั่นคือเป็นเวลาที่ความเข้มของกัมมันตภาพรังสีของมัน ลดลงเหลือครึ่งหนึ่ง พลูโทเนียม-241 มีครึ่งชีวิต 14.4 ปี พลูโทเนียมไอโซโทปที่มีครึ่งชีวิตสั้นที่สุด 20 นาที ก็คือ พลูโทเนียม-233 พลูโทเนียม-244 ซึ่งเกิดขึ้นในธรรมชาติ มี ครึ่งชีวิตยาวที่สุดคือ 80,000,000 ปี

แหล่งที่มาของพลูโทเนียม (Source of Plutonium)
พลูโทเนียมถูกสร้างขึ้น จากการที่ยูเรเนียมมีการดูดกลืนนิวตรอน พลูโทเนียมที่ถูกสร้างขึ้นอย่างมากมาย ในครั้งแรก ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง ในโครงการแมนแฮตตันเพื่อนำมาทำลูกระเบิดนิวเคลียร์ ทั้งนี้เพราะว่ามันสามารถเกิดฟิชชันได้ และยังสามารถนำมาใช้ได้ภายใต้สถานการณ์ที่แตกต่างกัน เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ปัจจุบันเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบน้ำมวลเบา ใช้เป็นแหล่งสร้างพลูโทเนียมจากการฟิชชันของยูเรเนียม (การแบ่งแยกนิวเคลียสของอะตอมยูเรเนียม) นิวตรอนบางตัวที่ถูกปลดปล่อยออกมา จากกระบวนการฟิชชันของยูเรเนียมจะไปเกิดปฎิสัมพันธ์ฟิชชัน กับอะตอมอื่น ๆ ของยูเรเนียม ทำให้เกิดพลูโทเนียมเพิ่มขึ้น พลูโทเนียมบางส่วนที่ถูกสร้างขึ้นในแกนเชื้อเพลิง ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ก็จะเกิดฟิชชันด้วยตัวของมันเองได้ ทำให้เป็นตัวเสริมที่ทำให้ปฏิกิริยาลูกโซ่มีความต่อเนื่อง ให้เกิดการแบ่งแยกนิวเคลียสของอะตอม พลูโทเนียมที่เหลือที่ยังไม่เกิดการฟิชชัน หลังจากสิ้นสุดอายุใช้งาน ของแกนเชื้อเพลิง จะเหลืออยู่ในแท่งเชื้อเพลิง

          พลูโทเนียม-238 ที่นอกเหนือไปจากที่สามารถเกิดฟิชชันได้แล้ว มันยังมีความร้อนในตัวเอง จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง ใช้เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าด้วยความร้อนในโปรแกรมเครื่องมือด้านอวกาศ และใช้ในเครื่องกระตุ้นหัวใจ

เส้นทางเข้าสู่ร่างกาย (Pathways in the Body)
รูปแบบที่พบมากที่สุดของพลูโทเนียมก็คือในรูปของ พลูโทเนียมออกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำ พฤติกรรมของของพลูโทเนียมออกไซด์ในร่างกายแตกต่างกัน แล้วแต่ช่องทางที่รับเข้ามา ถ้าจากการดื่มเพียงหนึ่งครั้ง หรือการรับประทาน ปริมาณส่วนมากจะถูกขับถ่ายออกจากร่างกายได้อย่างรวดเร็ว ในรูปของเสียจากร่างกายรูปแบบต่าง ๆ ถ้าหายใจสูดดมเข้าไป ส่วนหนึ่งทั่วไประหว่าง 20-60% จะเหลือตกค้างอยู่ในปอด ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดและขนาด ของอนุภาค ส่วนที่เหลือนอกจากนี้ จะถูกกำจัดทิ้งด้วยกลไกของร่างกายภายในสองสามวัน ในส่วนที่ตกค้างอยู่ในปอด จะถูกกำจัดออกไปได้ครึ่งหนึ่งในแต่ละปี บางส่วนออกมาจากการขับถ่าย บางส่วนอยู่ใน ปุ่มน้ำเหลือง (lymph node) และในปริมาณน้อย ๆ จะถูกจับไว้ที่อวัยวะอื่น ๆ แต่ส่วนมากจะอยู่ที่กระดูก ถ้าพลูโทเนียมเข้าสู่ร่างกายทางบาดแผล ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับรูปแบบของมัน จะมีการมุ่งตรงไปที่อวัยวะของร่างกาย ส่วนใหญ่จะไปที่กระดูกและตับ รูปแบบที่พบได้มากอีกรูปแบบหนึ่งของพลูโทเนียม คือพลูโทเนียมไนเตรต เป็นรูปแบบที่ละลายน้ำได้ดีกว่ารูปแบบของออกไซด์ พลูโทเนียมไนเตรตมีพฤติกรรมในร่างกายคล้าย ๆ กับพลูโทเนียมออกไซด์ อย่างไรก็ตามมันสามารถถูกขับออกมาจากปอดได้รวดเร็วกว่า

ข้อพิจารณาด้านกัมมันตภาพรังสี (Radiological Considerations)
เนื่องจากพลูโทเนียมถูกค้นพบตั้งแต่ปี 1940 มันไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของประสบการณ์ที่กว้างขวางทางรังสี ของยุคก่อนสงครามโลกครั้งที่สองมานานหลายทศวรรษ โดยในเวลานั้นมีหลักฐานว่า ได้มีการใช้พลูโทเนียมในปริมาณที่มาก ในวงการทางวิทยาศาสตร์ได้มีความตระหนักถึงว่า วัสดุกัมมันตรังสีระดับสูงอาจเป็นอันตราย ในบางที พลูโทเนียมจะมีความเป็นอันตรายน้อยกว่าวัสดุกัมมันตรังสีอื่น ๆ ที่ใช้กันอยู่ พลูโทเนียมไม่ได้ทำให้เกิดรังสีที่มีความเข้มในการทะลุทะลวง หรือยากที่จะจำกัดควบคุม แต่มันเป็นแหล่งกำเนิดรังสีแอลฟา ถ้ามันสามารถเข้าสู่ร่างกายได้ จะไปสะสมอยู่ที่กระดูกหรือปอด และเป็นไปได้ ที่จะเพิ่มความเสี่ยงในการเป็นมะเร็งเพิ่มขึ้นของแต่ละบุคคล ดังนั้น จึงมีการตั้งค่า ในการที่จะได้รับการแผ่รังสีของพลูโทเนียมไว้ต่ำมาก

ความเป็นพิษ (Toxicity)
การวิจัยล่าสุดของไอโซโทปรังสีของพลูโทเนียมที่มีอยู่น้อยของพลูโทเนียม (พลูโทเนียม-242ซึ่งมีครึ่งชีวิต 376,000 ปี) บ่งชี้ว่า พลูโทเนียมในร่างกายอาจนำไปสู่การพัฒนาของเนื้องอก อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปส่วนผสมไอโซโทปของพลูโทเนียมที่พบบ่อยในวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ โปรแกรมอาวุธนิวเคลียร์ หรือการใช้เป็นแหล่งความร้อนกำเนิดไฟฟ้า แสดงความเป็นพิษด้านรังสีสูงมากกว่าความเป็นพิษทางด้านเคมี

การผลิตและการใช้งาน (Production and Disposition)
          มากกว่า1500 ตัน ของพลูโทเนียมได้ถูกผลิตขึ้นทั่วโลก บางส่วนใช้ทำอาวุธ และที่เหลือส่วนมากจากนี้ จะเป็นผลพลอยได้นำมาผลิตไฟฟ้า มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะทราบว่า พลูโทเนียมถูกผลิตขึ้นจากผลพลอยได้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์กำลัง ซึ่งทำให้เกิดรูปแบบหลาย ๆ ไอโซโทป รวมทั้ง พลูโทเนียม-239 พลูโทเนียม-240 พลูโทเนียม-241 และพลูโทเนียม-242 ซึ่งรู้จักกันในชื่อว่า “พลูโทเนียมผลิตจากเครื่องปฏิกรณ์” (reactor-grade) ในทางตรงกันข้ามกับ “พลูโทเนียมชนิดผลิตอาวุธ” (weapons-grade) ซึ่งส่วนมากจะมีความบริสุทธิ์ของพลูเนียม-239 อยู่มากกว่า 90% พลูโทเนียม-239 ที่ถูกผลิตขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีการออกแบบพิเศษ และใช้งานดำเนินการเพื่อผลิตพลูโทเนียม-239 จากยูเรเนียม

          ด้วยจุดสิ้นสุดของยุคสงครามเย็น สหรัฐอเมริกาและอดีตสหภาพโซเวียต ได้เริ่มการรื้อถอดอาวุธนิวเคลียร์ หลายพันหัวรบ ทำให้มีส่วนเกินที่เหลือใช้ของยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูงและพลูโทเนียมอยู่มาก เพื่อกำจัดส่วนเกินนี้ และเป็นการป้องกันไม่ให้มีการตกทอดไปสู่ผู้ไม่ประสงค์ดีต่าง ๆ สหรัฐอเมริกาได้วางแผนที่จะผสม พลูโทเนียม กับ ยูเรเนียม เพื่อทำเป็นเชื้อเพลิงออกไซด์ผสม (MOX) สำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์กำลัง เจตนาของโปรแกรมเชื้อเพลิง MOX คือการฉายรังสีพลูโทเนียม“weapons-grade” เปลี่ยนให้เป็น “reactor-grade” ซึ่งจะทำให้พลูโทเนียมนั้น ไม่มีสมบัติที่เหมาะสมในการที่จะใช้ทำเป็นอาวุธนิวเคลียร์ขั้นสูง ในขั้นต่อไปก็จะไม่มีการนำมาใช้ใหม่ หรือการปรับกระบวนการของเชื้อเพลิงใช้แล้วของ MOX เชื้อเพลิงใช้แล้วจะถูกจัดเก็บรวบรวม ในรูปของกากกัมมันตรังสีพร้อมกับกากกัมมันตรังสีระดับสูงอื่น ๆ

ถอดความจาก http://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/fact-sheets/plutonium.html

โพสต์เมื่อ : 3 พฤษภาคม 2555