แท่งควบคุม

แท่งควบคุม (อังกฤษ: Control rod) มีการใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เพื่อควบคุมอัตราการเกิดปฏิกริยาฟิชชันของยูเรเนียมและพลูโตเนียม มันประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีเช่นโบรอน เงิน อินเดียมและแคดเมียมที่มีความสามารถในการดูดซับนิวตรอนจำนวนมากโดยไม่เกิดปฏิกริยาฟิชชันเสียเอง เพราะว่าองค์ประกอบเหล่านี้มีพื้นที่หน้าตัดในการดักจับนิวตรอนที่แตกต่างกันสำหรับพลังงานที่แตกต่างกัน องค์ประกอบของแท่งควบคุมจะต้องได้รับการออกแบบสำหรับคลื่นความถี่นิวตรอนของแต่ละเครื่องปฏิกรณ์ฯ เครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเดือด (BWR) เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูง (PWR) และเครื่องปฏิกรณ์น้ำมวลหนัก (HWR) ทำงานด้วยนิวตรอนความร้อน (อังกฤษ: thermal neutron) ในขณะที่เครื่องปฏิกรณ์แพร่พันธุ์ (อังกฤษ: breeder reactor) ทำงานด้วยนิวตรอนเร็ว (อังกฤษ: fast neutron)

ชุดแท่งควบคุม (อังกฤษ: control rod assembly) สำหรับเครื่องปฏิกรณ์แบบ PWR เหนือชิ้นส่วนเชื้อเพลิง (อังกฤษ: fuel element)

หลักการการทำงาน

แท่งควบคุมมักจะถูกใช้ในชุดก้านควบคุม (ปกติมี 20 แท่งสำหรับชุด PWR เพื่อการค้า) มันจะถูกเสียบเข้าไปในท่อนำทางภายในขิ้นส่วนเชื้อเพลิง แท่งควบคุมจะถูกดึงออกหรือเสียบเข้าไปในแกนกลางของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อเพิ่มหรือลดกระแสนิวตรอนตามลำดับ ซึ่งจะกำหนดจำนวนนิวตรอนที่แยกออกจากอะตอมยูเรเนียมต่อไป ในการนี้จะส่งผลกระทบต่อพลังงานความร้อนและปริมาณของไอน้ำที่ใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า นั่นก็คือปริมาณของกระแสไฟฟ้าที่จะสร้างขึ้น

แท่งควบคุมมักจะอยูในแนวตั้งภายในแกนกลาง ในเครื่องปฏิกรณ์แบบ PWRs มันจะถูกเสียบจากด้านบน ด้วยกลไกการขับเคลื่อนที่ติดตั้งอยู่เหนืออ่างความดัน (อังกฤษ: pressure vessel) ของเครื่องปฏิกรณ์ ในเครื่องปฏิกรณ์แบบ BWRs เนื่องจากความจำเป็นของตัวอบแห้งไอน้ำ (อังกฤษ: steam dryer) ที่จำเป็นต้องติดตั้งอยู่เหนือแกนกลาง แท่งควบคุมจึงถูกออกแบบให้ต้องสอดใส่จากด้านล่าง แท่งควบคุมจะถูกดึงออกจากแกนกลางบางส่วนเพื่อยอมให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ลูกโซ่เกิดขึ้น จำนวนของแท่งควบคุมที่ต้องสอดใส่เข้าไปและระยะความลึกจะมีการเปลี่ยนแปลงเพื่อควบคุมการทำงาน ระยะเวลาปกติในการชัตดาวน์สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ที่ทันสมัยเช่นเครื่องปฏิกรณ์แรงดันยุโรปหรือเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูง CANDU คือ 2 วินาทีสำหรับการลดลง 90% ของพลังงาน ซึ่งจะถูกจำกัดโดยความร้อนจากการสลายกัมมันตรังสี (อังกฤษ: decay heat)

อ้างอิง