sign in sign up
<<
Home , Bockscar, Fat Man, Fat Man and Little Boy, Hanford Site

The Nuclear Weapons

Asst. Prof. Dr. Doonyapong Wongsawaeng

2111201 ความร้ทั่วไปทางด้านรังสีและพลังงานนิวเคลียร์ู Department Chulalongkorn University

1 Presentation outline

• History of uses • Types of nuclear weapons • How nuclear weapons work • Amount of materials needed for nuclear weapons • Consequences and health risks • Commercial plants and the atomic bombs • Stockpiles of nuclear arsenal in the world

• Two countries of concerns (Iran, N. Korea) 2 Introduction

• A nuclear weapon release vast quantities of energy from small amounts of matter • A well-designed nuclear weapon weighing total ~ 1 tons can produce an explosive force comparable to > 109 kilograms of conventional high explosive such as TNT • Nuclear weapons deliver damage by blast, fire and radiation • They are considered weapons of mass destruction (WMD) (biological and chemical weapons are considered WMD too) • There are international policies and efforts to control the weapons (NPT treaty, IAEA’s Comprehensive Safeguards

Agreements and Additional Protocol, UNSCR 1540, etc.) 3 4 History of nuclear weapon uses

• Only two nuclear weapons have been detonated successfully and offensively near the end of World War II

• – 6 – “” – U-235 gun-type device • – 9 August 1945 – “” – Pu-239 implosion-type

device 5 The

• The Manhattan Project was the codename for a project conducted during World War II to develop the first atomic bomb. • The project was led by the United States, and included scientists from the United Kingdom and Canada. • The scientific research was directed by American Berkeley physicist J. Oppenheimer.

6 The Manhattan Project

• The Hiroshima bomb, Little Boy, was made from -235. • Most of the uranium enrichment work was performed at Oak Ridge. • The gaseous diffusion technique was scaled up in a large separation plant at Oak Ridge. • During the war this method was important primarily for producing partly enriched material to feed the EM separation process, developed by at the Radiation Laboratory at the University of California at Berkeley. • The electromagnetic separation was implemented in Oak Ridge at the Y-12 Plant, employing devices known as , which were effectively mass spectrometers.

7 The Manhattan Project

8 The Manhattan Project

• Control panels and operators for calutrons at the Oak Ridge Y-12 Plant. • During the Manhattan Project the operators, mostly women, worked in shifts covering 24 hours a day. • Gladys Owens, the woman seated at right closest to the camera, was unaware of the purpose and consequence of her work until seeing the photo of herself while taking a public tour of the facility nearly 60 years later. 9 The Manhattan Project

• In a mass spectrometer, a vaporized quantity of a sample is bombarded with high energy electrons which causes them to become positively charged ions. • They are then accelerated and subsequently deflected by B fields. • They then collide with a plate, producing a measurable electric current. The mass of the ions can be calculated according to the strength of the field and the charge of the ions.

10 The Manhattan Project

11 The Manhattan Project

• Copper was originally intended for electromagnet coils, but there was an insufficient amount available due to war shortages. • The project engineers were forced to borrow silver from the U.S. Treasury. • A total of ~ 30,000 tons of silver from the U.S. Treasury reserves was used for coils, and was returned after the project ended. • Initially the method seemed promising for large scale production but was expensive and produced insufficient material and was later abandoned after the war.

12 The Manhattan Project

• The bombs used in the first test at Site on July 16, 1945, in , and in the Nagasaki bomb, were made primarily of Pu-239, a synthetic element. • U-238 + n  U-239  Np-239  Pu-239 • The production and purification of Pu used techniques developed in part by Glenn Seaborg while working at Berkeley and Chicago. • Beginning in 1943, huge plants were built to produce at the . • However, reactor-bred plutonium was far less isotopically pure than -produced plutonium.

13 14 The Manhattan Project

• The presence of Pu-240 meant that the simple "gun type" model of bomb design would not work; the presence of extra from spontaneous fission (the spontaneous fission rate of Pu-240 is 40,000 times greater than that of Pu-239) meant that the weapon would pre-detonate with a greatly reduced yield. • The insolubility of this problem was concluded on June 17, 1944 and led to a redesign of the bomb as an "implosion" device in which a spherical core of plutonium would be compressed using conventional explosives, which would increase the plutonium's density and thus create a .

15 The Trinity Test

• The Trinity Test was conducted by the United States on July 16, 1945, at a location 35 miles southeast of Socorro, New Mexico on the White Sands Proving Ground, headquartered near Alamogordo. • Trinity was a test of an implosion-design plutonium bomb. • Using the same conceptual design, the Fat Man device was dropped on Nagasaki, Japan, on . • The Trinity detonation was equivalent to the explosion of around 20 kilotons of TNT and is usually considered the beginning of the .

16 The Trinity Test

17 The Trinity Test

18 The 30 m tall tower constructed for the test The Trinity Test

The bomb fully assembled and ready for the test 19 The Trinity explosion, 0.016 seconds after detonation. The fireball is about 200 meters wide. Trees may be seen as black objects in the foreground.20 21 The Trinity Test

Crater 24 hours after the test. The dark area is the fused soil. The small crater22 in the southeast corner was from the earlier test explosion of 108 tons of TNT. The Trinity Test

23 The atomic bombing of Hiroshima

• In the early morning hours of August 6, 1945, a B-29 bomber named (named after Colonel Tibbets' mother) took off from the island of in the West Pacific, about six hours flight time from Japan, and headed north by northwest toward Japan, accompanied by two other B-29s • The bomber's primary target was the city of Hiroshima. • Hiroshima had a civilian population of almost 300,000 and was an important military center, containing

about 43,000 soldiers. 24 25 Enola Gay’s crew The atomic bombing of Hiroshima

26 The atomic bombing of Hiroshima

• The bomber, piloted by the of the , Colonel , flew at low altitude on automatic pilot before climbing to 31,000 feet as it neared the target area. • At approximately 8:15 a.m. Hiroshima time, the Enola Gay released "Little Boy," its 4.4 ton uranium bomb, over the city. • Tibbets immediately dove away to avoid the anticipated shock wave. • Forty-three seconds later, a huge explosion lit the morning sky as Little Boy detonated 1,900 feet (580 m) above the city, directly over a parade field where soldiers of the Japanese Second Army were doing exercises. • Though already eleven and a half miles away, the Enola Gay was

rocked by the blast. 27 Little Boy contained 64 kg of uranium, of which 0.7 kg underwent , and of this mass only 0.6 g was transformed into energy. This is equivalent to an efficiency of only about 1.5%

It exploded with a destructive power equivalent to between 13 - 18 kilotons of TNT (estimates vary).

28 29 The T-shaped Aioi Bridge, in the upper portion of the photograph, was the aim point for the Enola Gay. Only reinforced concrete buildings remain and 30 all have sustained significant structural damage. 31 The atomic bombing of Hiroshima

• The burst temperature was estimated to reach over 106 oC, which ignited the surrounding air, forming a fireball some 250 m in diameter. • Eyewitnesses more than 8 km away said its brightness exceeded the sun tenfold. • Those closest to the explosion died instantly their bodies turned to black char. • Nearby birds burst into flames in mid-air, and dry, combustible materials such as paper instantly ignited as far away as 2 km from ground zero. • The white light acted as a giant flashbulb, burning the dark patterns of clothing onto skin and the shadows of bodies onto walls. 32 The atomic bombing of Hiroshima

• Survivors outdoors close to the blast generally describe a literally blinding light combined with a sudden and overwhelming wave of heat. (The effects of radiation are usually not immediately apparent.) • Within minutes 9 out of 10 people < 1 km from ground zero were dead. • People farther from the point of detonation experienced first the flash and heat, followed seconds later by a deafening boom and the blast wave. 33 The atomic bombing of Hiroshima

• Nearly every structure within 1.6 km of ground zero was destroyed, and almost every building within 5 km was damaged. • Less than 10% of the buildings in the city survived without any damage, and the blast wave shattered glass in suburbs 20 km away.

34 The Red Cross building was very close to the hypocenter. Note the depressed roof caused by the explosion occurring overhead. 35 36 37 38 The atomic bombing of Hiroshima

• Small ad hoc rescue parties soon began to operate, but roughly half of the city's population was dead or injured.

39 The burns are in a pattern corresponding to the dark portions of the kimono she was wearing at 40 the time of the explosion. 41 A burned victim of the Hiroshima atomic bomb 42 The atomic bombing of Hiroshima

• Long-range health dangers associated with radiation exposure, such as an increased danger of cancer, would linger for the rest of the victims' lives, as would the psychological effects of the attack. • No one will ever know for certain how many died as a result of the attack on Hiroshima. • Some 80,000 people probably died as a result of initial blast, heat, and radiation effects. • This included about 20 American airmen being held as prisoners in the city. • By the end of 1945, because of the lingering effects of radioactive fallout and other after effects, the Hiroshima death toll was probably over 100,000. • The 5-year death total may have reached or even exceeded 200,000 as cancer and other long-term effects took hold.

43 The atomic bombing of Hiroshima

• At 11:00 a.m., August 6 ( D.C. time), radio stations began playing a prepared statement from President Harry S. Truman informing the American public that the United States had dropped an entirely new type of bomb on the Japanese city of Hiroshima -- an "atomic bomb." 44 The atomic bombing of Hiroshima

• Truman warned that if Japan still refused to surrender unconditionally, the United States would attack additional targets with equally devastating results. • Two days later, on August 8, the Soviet Union declared war on Japan and attacked Japanese forces in Manchuria, ending American hopes that the war would end before Russian entry into the Pacific theater.

45 The atomic bombing of Nagasaki

• The destruction of Nagasaki occurred on 9th August at 11.02 am. • "Fat Man" was detonated at an altitude of about 1,800 feet (550 m) over the city, and was dropped from a B-29 bomber , piloted by Major of the 393d Bombardment Squadron, Heavy. • The bomb had a yield of about 21 kilotons of TNT. • Because of Nagasaki's hilly terrain, the damage was somewhat less extensive than that in relatively flat Hiroshima. • Nagasaki was actually the second-choice target. • city, the intended target, was spared because of thick cloud cover when the U.S. planes arrived there earlier that morning. • It is estimated that 75,000 people died in the attack, with another 25,000 dying from radiation sickness in the next few months. • This gives a death-toll of around 100,000 from a population of approximately 240,000 (42%). 46 The Bockscar and its crew, 47 who dropped the "Fat Man" atomic bomb on Nagasaki Nagasaki before and after the bombing 48 Fat Man shortly before its flight to Nagasaki 49 50 Enola Gay at the Smithsonian National Air & Space Museum 51 “Little Boy” at Smithsonian National Air & Space Museum Genbaku Dome (A-bomb Dome) at Hiroshima

52 Types of nuclear weapons

There are two basic types of nuclear weapons:

• Nuclear fission type where the explosive energy comes from nuclear fission reactions. These weapons are commonly called atomic bombs or A-bombs. • Nuclear fusion type where the explosive energy comes from nuclear fusion reactions. These weapons are commonly called thermonuclear weapons or hydrogen bombs or H-bombs (because the reaction is the fusion between hydrogen ). • ( type where radioactive material, Co-60, Cs-137, etc., is tied to a conventional explosive device. The detonation blasts away the radioactive material. Intake of sufficient amount of radioactive material into body can cause detrimental health 53 effects.) Fission bombs

• The basic idea is to bring the subcritical masses together into a supercritical mass. • Two techniques are used: – Gun-triggered: shooting one piece of sub-critical material into another. Since it is a relatively slow method of assembly, plutonium cannot be used practically. The required amount of uranium is relatively large, and the efficiency relatively low. – Implosion: a fissile mass is surrounded by high explosives that compress the mass, resulting in supercriticality.

54 Gun-type

Implosion-type

55 Fission bombs

• Neutrons are introduced by making a generator consisting of a small pellet of Po and Be, separated by foil within the Pu fuel core for the implosion-type (or at the bottom of the U target for the gun-type device). 1. The foil is broken when the subcritical masses come together and Po-210 spontaneously emits α particles. 2. These α particles then collide with Be-9 to produce Be-8 and neutrons. 3. The neutrons then initiate fission. • Finally, for the implosion type, the fission reaction is confined within a dense material called a tamper, which is usually made of U-238. • The tamper gets heated and expanded by the fission core. • This expansion of the tamper exerts pressure back on the fission core and slows the core's expansion. • The tamper also reflects neutrons back into the fission core, increasing the 56 efficiency of the fission reaction. Fission bombs

• Little Boy: – Weight 4.4 Tons – Length 3.0 m – Diameter 0.7 m • Little Boy used 64 kg of uranium with an average enrichment of around 80%, or 51 kg of U-235, just about the bare-metal critical mass. • About 1.5% of the uranium underwent fission; the remainder scattered uselessly. • The inefficiency was caused by the speed with which the uncompressed fissionning uranium expanded and became sub- critical by virtue of decreased density. 57 Fission bombs

58 Fission bombs

• Fat Man: – Weight 4.6 Tons – Length 3.25 m – Diameter 1.52 m • Fat Man used 6.2 kg of Pu-239, which is only 39% of bare-sphere critical mass. • Surrounded by a U-238 reflector/tamper, the was brought close to critical mass by the neutron-reflecting properties of the U-238. • During detonation, criticality was achieved by implosion. • The plutonium pit was squeezed to increase its density by simultaneous detonation of the conventional explosives placed uniformly around the pit. • It is estimated that only about 20% of the plutonium underwent fission, the rest, about 5.0 kg, was scattered. 59 Fission bombs

• The core of an implosion weapon – the and any reflector or tamper bonded to it – is known as the pit. • Casting and then machining plutonium is difficult not only because of its toxicity, but also because plutonium has many different metallic phases, also known as allotropes. • As plutonium cools, changes in phase result in distortion. • This distortion is normally overcome by alloying it with 0.9–1.0 w% of . • When cooling from molten it then suffers only a single phase change, from ε to δ, instead of the 4 changes it would otherwise pass through. • Other trivalent metals would also work, but gallium has a small neutron absorption cross section and helps protect the plutonium against corrosion.

60 Fission bombs

• A drawback is that gallium compounds themselves are corrosive and so if the plutonium is recovered from dismantled weapons for conversion to plutonium dioxide for power reactors, there is the difficulty of removing the gallium. • Because plutonium is chemically reactive it is common to plate the completed pit with a thin layer of inert metal, which also reduces the toxic hazard. • In the first weapons, nickel was used as the coating material.

61 Fission bombs

The original blueprints of the interior of both are still classified. However, much information about the main parts is available in the unclassified public literature. Of particular interest is a description of Fat Man sent to Moscow by Soviet spies at Los Alamos in 1945. It was released by the Russian government in 1992. 62 63 64 Fusion bombs

• The basic principle has a primary section which consists of a fission bomb (a "trigger"), and a secondary section which consists of fusion fuel. • The energy released by the primary compresses the secondary, at which point it is heated and undergoes nuclear fusion. • Surrounding the other components is a hohlraum or radiation case, a container which traps the first stage or primary's energy inside temporarily. • The primary is thought to be a standard implosion method fission bomb. • The secondary is usually shown as a column of fusion fuel and other components wrapped in many layers. • Around the column is first a heavy layer of U-238 or lead which serves to help compress the fusion fuel. • Inside this is the fusion fuel itself, usually a form of lithium deuteride, which is used because it is easier to weaponize than liquified tritium/deuterium gas. 65 Fusion bombs

• This dry fuel, when bombarded by neutrons, produces tritium (Li-6 + n  He + T), which can undergo nuclear fusion, along with the deuterium present in the mixture. • The fissionning primary produces three types of energy: 1) expanding hot gases from high explosive charges which implode the primary, 2) the electromagnetic radiation and 3) the neutrons from the primary's nuclear detonation. • Inside the layer of fuel is the "spark plug", a hollow column of fissile material (Pu-239 or U-235) which, when compressed, can itself undergo nuclear fission (because of the shape, it is not a critical mass without compression). • The interstage is responsible for accurately modulating the transfer of energy from the primary to the secondary. • It must direct the hot gases, electromagnetic radiation and neutrons toward the right place at the right time. 66 Fusion bombs

• Less than optimal interstage designs have resulted in the secondary failing to work entirely on multiple shots, known as a "fissile fizzle". • The Koon shot of Operation Castle is a good example; a small flaw allowed the neutron flux from the primary to begin prematurely heating the secondary, weakening the compression enough to prevent any fusion.

67 Fusion bombs

68 Fusion bombs

69 Fusion bombs

• The worlds most powerful H bomb, Tsar Bomba (nickname for the AN602 hydrogen bomb), was detonated on October 30, 1961. • Developed by the Soviet Union, originally designed for a yield of about 100 MT, but was reduced to 50 MT in order to reduce nuclear fallout. • The only one bomb of this type ever built and tested. • Dropped by an aircraft, and detonated 365 m above the surface. • The shock wave was so powerful, it went thrice around the earth. • The mushroom cloud extended almost 60 km into the atmosphere. • Resulting downfall was measured over the entire northern hemisphere.

70 Neutron bombs

• A , or enhanced radiation weapon (ERW), is a nuclear weapon designed specifically to release a large portion of its energy as energetic neutrons rather than explosive energy. • This is done by having a minimum trigger and a nonfissionable tamper. • As fast neutrons are highly penetrating, they can penetrate buildings and armored vehicles to kill personnel that would otherwise be protected from the explosion (M-1 tanks use DU as shielding, so it will perform worst with neutron bomb as fast neutrons can induce U-238 fission). • Armored vehicles can protect military personnel against heat and blast, the primary destructive mechanisms of normal nuclear weapons. • Military personnel inside a tank can be expected to survive a at relatively close range, while the vehicle's Nuclear/Biological/Chemical protection systems ensure a high degree of operability even in a nuclear fallout environment. • Neutron bombs are primarily intended to kill soldiers who are protected by armor, which is not very effective with neutrons. 71

Neutron bombs

• Moreover, the neutron flux can induce elements to become radioactive from the neutron capture interaction. • For example, Ni in structural steel or steel armor can become Co-60, a strong gamma ray emitter. • If a tank exposed to a 1 kt neutron bomb at 690 m (the effective range for immediate crew incapacitation) is immediately occupied by a new crew, they will receive a lethal dose of radiation within 24 hours. • Special neutron absorbing armor techniques have been developed, such as armors containing borated plastics and the use of vehicle fuel as a shield. • The neutron bomb delivers blast and heat effects confined to a few hundred yards in radius. • But within a somewhat larger area it throws off a massive wave of neutron and gamma radiation, which can penetrate armor or several feet of earth. • The neutron bomb is a nuclear weapon that maximizes damage to people but minimizes damage to buildings, equipment, cities or other population centers only a few miles away. • An ER warhead can be used as anti-ballistic missile weapons by damaging the electronic components of the coming ballistic missile (Sprint missile system as part72 of the Safeguard Program to protect the U.S. from Soviet warheads). Consequences and health risks

Energy equivalent of 1 kT of TNT

– Complete fission of 56 g of U-235 or Pu-239 – 1.15x106 kW-hr – 1.8x109 BTU – 14,500 Gallons of gasoline – 4/5 the energy produced by the Hoover Dam in 1 hour

73 Consequences and health risks

Distribution of Energy of an Air Burst below 100,000 ft

Blast and Shock

Thermal Radiation

Residual Radiation

Prompt Blast and thermal radiation account Radiaiton for 85% of the energy released

0 10 20 30 40 50 60 74 Consequences and health risks

• Some of the resulting health conditions from residual radiation include: – Nausea, vomiting and diarrhea – Cataracts (obscuring of eye’s lens) – Hair loss – Loss of white blood cells • These conditions often increase the risk of: – Leukemia – Cancer – Infertility – Birth defects

75

• Scientists assessed the possible effects of (many nuclear bombs exploding in different parts of the world) and proposed the theory that a nuclear winter could occur. • In the nuclear-winter scenario, the explosion of many bombs would create huge fires and raise great clouds of dust and radioactive material that would travel high into Earth's atmosphere. • These clouds would block out sunlight and the reduced level of sunlight would lower the surface temperature of the planet and reduce photosynthesis by plants and bacteria. • The reduction in photosynthesis would disrupt the food chain, causing mass extinction of life (including humans). • This scenario is similar to the asteroid hypothesis that has been proposed to explain the extinction of the dinosaurs. 76 Nuclear Winter

• A study published in the Journal of Geophysical Research in July 2007, “Nuclear winter revisited with a modern climate model and current nuclear arsenals: Still catastrophic consequences,” used current climate models to look at the consequences of a global nuclear war involving most or all of the world's current nuclear arsenals. • The authors used a global circulation model, ModelE from the NASA Goddard Institute for Space Studies, which they noted "has been tested extensively in global warming experiments and to examine the effects of volcanic eruptions on climate." • The model was used to investigate the effects of a war involving the entire current global nuclear arsenal, projected to release about 150x106 tons of smoke into the atmosphere, as well as a war involving about 1/3 of the current nuclear arsenal, projected to release about 50x106 tons of smoke. 77 Nuclear Winter

• In the 150x106 tons case they found that: – A global average surface cooling of –7°C to –8°C persists for years, and after a decade the cooling is still –4°C. – Considering that the global average cooling at the depth of the last ice age 18,000 yr ago was about –5°C, this would be a climate change unprecedented in speed and amplitude in the history of the human race. – The temperature changes are largest over land ... Cooling of more than –20°C occurs over large areas of North America and of more than –30°C over much of Europe and Asia, including all agricultural regions. • In addition, they found that this cooling caused a weakening of the global hydrological cycle, reducing global precipitation by about 45%.

78 Nuclear Winter

• As for the 50x106 tons case involving 1/3 of current nuclear arsenals, they said that the simulation "produced climate responses very similar to those for the 150x106 tons case, but with about half the amplitude", but that "the time scale of response is about the same." • They did not discuss the implications for agriculture in depth, but noted that a 1986 study which assumed no food production for a year projected that "most of the people on the planet would run out of food and starve to death by then" and commented that their own results show that "this period of no food production needs to be extended by many years, making the impacts of nuclear winter even worse than previously thought."

79 Nuclear Winter

• A 2008 study published in the Proceedings of the National Academy of Science found that a nuclear weapons exchange between Pakistan and India using their current arsenals could create a near-global ozone hole, triggering human health problems and wreaking environmental havoc for at least a decade. • The computer-modeling study looked at a nuclear war between the two countries involving 50 Hiroshima-sized nuclear devices on each side, producing massive urban fires and lofting as much as 5x106 tons of soot about 80 km into the stratosphere. • The soot would absorb enough solar radiation to heat surrounding gases, setting in motion a series of chemical reactions that would break down the stratospheric ozone layer protecting Earth from harmful UV radiation.

80 Commercial Nuclear Power Plants and the Atomic Bomb -----> We need to take a look at the Nuclear Fuel Cycle

81 Summary of the nuclear fuel cycle

82 235U enrichment

235U is the fissile isotope – in natural uranium, only 1 atom of 235U in 140 atoms of 238U (0.72% 235U vs. 99.27% 238U abundance).

We need to enrich to ~ 1 atom of 235U in 30 atoms of 238U in

order to be used as nuclear fuel. 83 Gas centrifuge enrichment plant

A cascade of gas centrifuges at a United States enrichment plant

A bank of centrifuges at a Urenco plant. Urenco is a UK centrifuge uranium enrichment firm which has plants in the UK, 84 Netherlands and Germany Reprocessing

• Spent fuel still contains ~ 96% of its original uranium, of which the fissile 235U content has been reduced to ~ 1%. About 3% of spent fuel comprises fission products and the remaining 1% is plutonium produced while the fuel was in the reactor and not "burned" then. • Called the Purex process, reprocessing separates uranium and plutonium from waste products.

Recovered uranium can be returned to the conversion plant for conversion to UF6 and subsequent re- enrichment. The reactor-grade plutonium can be blended with enriched uranium to produce a mixed oxide (MOX) fuel, in a fuel fabrication plant. • The remaining 3% FP (some 750 kg per year from a 1,000 MWe reactor) can be stored in liquid form and subsequently solidified. • Since the FP represent a small fraction of the mass of the fuel, reprocessing substantially reduces the waste volume.

85 Commercial NPPs and the Atomic Bombs

• Can a nuclear power plant generate plutonium enough to make a nuclear bomb? – The potential exists, as you just have seen from the nuclear fuel cycle, if and only if done appropriately. – The world's nuclear-power reactors are now producing about 20,000 kg of plutonium/yr. – Normally for electrical power production the uranium fuel remains in the reactor for 3-5 years, which produces a plutonium of ≤ 60% Pu-239, ≥ 25% Pu-240, ≥ 10% Pu-241, and a few % Pu-242. – The Pu-240 has a high spontaneous rate of fission, and the amount of Pu-240 in weapons-grade plutonium generally does not exceed 6-7%, with the remaining Pu-239.

86 Commercial NPPs and the Atomic Bombs

– Higher concentrations of Pu-240 can result in pre-detonation of the weapon, significantly reducing yield and reliability. – For the production of weapons-grade plutonium with lower Pu- 240 concentrations, the fuel rods in a reactor would have to be changed frequently, about every 4 months or less.

87 Commercial NPPs and the Atomic Bombs

Isotopic composition of reactor and weapon grade plutonium

Pu-238 (%) Pu-239 (%) Pu-240 (%) Pu-241 (%) Pu-242 (%) Reactor-Grade Plutonium 2 53 24 15 6 (3.7% U-235, 43,000 MWd/t) Weapon-Grade 93 7 Plutonium

A useful rule of thumb for gauging the proliferation potential of any given reactor is that 1 megawatt-day (thermal energy release, not electricity output) of operation produces 1 g of plutonium in any reactor using 20% or lower enriched uranium. Consequently, a 100 MW(t) reactor produces 100 grams of plutonium per day and could produce roughly enough plutonium for one weapon every 2 months.

88 http://www.fas.org/nuke/intro/nuke/plutonium.htm Commercial NPPs and the Atomic Bombs

– Even numbered isotopes (Pu-238, 240, 242) fission spontaneously producing high energy neutrons and a lot of heat. – Heat generated by Pu-238 and Pu-240, requires careful management of the heat in the device. (There are well developed means for addressing these problems and they are not considered a significant hurdle to the production of nuclear weapons, even for developing states.) – A successful test was conducted in 1962, which used reactor- grade Pu in place of weapon-grade Pu. The yield was < 20 kT. – This test was conducted to obtain nuclear design information concerning the feasibility of using reactor-grade Pu as the nuclear

explosive material. 89 Commercial NPPs and the Atomic Bombs

– Pu-241 is also a highly undesirable isotope as it decays to Am- 241, an intense alpha particles, X and gamma rays emitter. – Pu-241 has a half-life of 13.2 years which means Am-241 accumulates quickly causing serious handling problems. – Reactor-grade plutonium is significantly more radioactive which complicates the design, manufacture and stockpiling of weapons. – Use of reactor-grade plutonium would require large expenditures for remote manufacturing facilities to minimize radiation exposure to workers. – Reactor-grade plutonium use in weapons would cause concern over radiation exposure to military service personnel.

90 Commercial NPPs and the Atomic Bombs

– Also, the greater heat and radiation generated from reactor-grade Pu might result in a need to replace certain weapon components more frequently. – Advanced nuclear weapon states such as the U.S. and Russia, using modern designs, could produce weapons from reactor- grade plutonium having reliable explosive yields, weight, and other characteristics generally comparable to those of weapons made from weapons-grade plutonium.

91 Commercial NPPs and the Atomic Bombs

• Can a nuclear power plant explode like an atomic bomb? – No, because the physical purity of the fuel and the required isotopic composition of fissile materials (U-235 and Pu-239) are so low that it is impossible to gain enough isotopic mass in one region of the core to go supercritical. – Also, nuclear bombs use metallic plutonium or uranium. In the fuel, these elements exist as oxides. – NPPs are not designed to explode like atomic bombs.

92 อุบัติเหตุโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

• จากจํานวนชัวโมงการเดินเครื่องรวมทั่ ้งหมดมากกวา่ 12,000 ปี มีเพียง อุบัติเหตุที่เชอโนบิลครั้งเดียวเท่านั้น ที่มีการรั่วไหลของสารกมมันตรังสีั ออกสู่สิ่งแวดล้อมสูงกวาปริมาณรังสีในธรรมชาติ่ นอกนั้นอุบัติเหตุ (1 ครั้งที่ Three Mile Island) และอุบัติการณ์ทั้งหมด มีความเสียหายเกิด ขึ้นอยูภายในโรงไฟฟ้าเท่ ่านั้น • นอกจากเหตุการณ์ที่เชอโนบิลแล้ว ไม่เคยมีการเสียชีวิตของผู้ปฏิบัติงาน และผู้อยูอาศัยรอบโรงไฟฟ้าอีกเลย่ โดยสาเหตุส่วนมากของการเสียชีวิต และอันตรายจากรังสีในแต่ละปี เกิดจากการทิ้งสารรังสีที่ไม่มีการควบคุม เช่น การทิ้งสารรังสีทางการแพทย์หรือทางอุตสาหกรรม 93 ชั่วโมงการเดินเครื่อง

โรงไฟฟานิวเคลียรอายุ 30 ปขึ้นไปมีถึง 152 โรง และอายุ 40 ปขึ้นไปมี 14 โรง

Source: IAEA, 8/23/2010

1986

1979

94 เชอร์โนบิล

• อุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้าเชอร์โนบิล ใกล้เมือง Prypiat ในประเทศ Ukraine เมื่อเวลา 1 นาฬิกา 23 นาที 45 วินาที ในวันที่ 26 เมษายน 1986 นั้น เป็นอุบัติเหตุที่ไม่ได้เกิดจากการเดินเครื่องโรงไฟฟ้า ตามปกติ • เกิดจากความผิดพลาดของการทดลองในกรณีฉุกเฉิน เพื่อดูวาระหว่ าง่ ที่รอเครื่องกาเนิดไฟฟ้าฉุกเฉินทํางานํ แรงเฉื่อยจากการหมุนของ กงหันไอนํั ้าเพียงพอที่จะจ่ายไฟฟ้าให้กบปัั ๊มนํ้าเพื่อระบายความร้อน ในแกนปฏิกรณ์ได้หรือไม่

95 96 เชอร์โนบิล • เพราะถ้าในกรณีที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าจากภายนอกมาใช้ (Station blackout) สําหรับเครื่องปฏิกรณ์ Chernobyl จะต้องใช้เวลาประมาณ 1 นาทีในการที่เครื่องกาเนิดกระแสไฟฟ้าดีเซลฉุกเฉินํ จะเดินเครื่องเต็ม กาลังเพื่อที่จะจํ ่ายไฟฟ้าเพียงพอให้กบปัั ้มนํ้าให้ทํางานจ่ายนํ้าหล่อเย็น เข้าแกนปฏิกรณ์เพื่อระบายความร้อน • ซึ่งเวลา 1 นาทีที่ต้องรอนี้ นานเกินไปและแกนปฏิกรณ์อาจหลอม ละลายได้ และจากการคํานวณ แรงเฉื่อยจากการหมุนของกงหันไอนํั ้า จะเพียงพอที่จะจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กบปัั ้มเป็นเวลา 45 วินาที ซึ่งนาน พอ แต่กต้องทําการทดสอบเพื่อยืนยัน็ 97 เชอร์โนบิล

• ซึ่งความผิดพลาดทั้งหมด รวมถึงการที่บุคลากรควบคุมขาด ประสบการณ์ (ไม่เข้าใจคุณลักษณะและการทํางานของแกนปฏิกรณ์ อยางเพียงพอ่ โดยคนที่ควบคุมแท่งควบคุมมีประสบการณ์การทํางาน เพียงแค ่ 3 เดือนเท่านั้น) • และหละหลวมต่อข้อกาหนดด้านความปลอดภัยํ (โดยได้ทําการปลด ระบบรักษาความปลอดภัยทั้งหมดระหวางทําการทดสอบ่ ) • รวมถึงการออกแบบแกนปฏิกรณ์แบบ Chernobyl ที่ใช้กราไฟต์เป็น ตัวลดทอนพลังงานนิวตรอน ซึ่งในการเดินเครื่องที่ระดับกาลังตํ่าํ

98 เชอร์โนบิล

• ที่เกิดขึ้นระหวางทําการทดสอบนี่ ้ อาจทําให้ระดับพลังงานเพิ่มขึ้น อยางมหาศาลโดยที่ไม่ ่อาจควบคุมได้ ซึ่งได้เกิดขึ้นจริงระหวางการ่ ทดลอง ทําให้ระดับกาลังและความร้อนภายในถังปฏิกรณ์เพิํ ่มขึ้นสูง มากจนกระทังหลอมละลายเชื่ ้อเพลิงยูเรเนียมและโครงสร้างภายใน ถังปฏิกรณ์ และเกิดความดันไอนํ้าสะสมขึ้นสูงมาก • เนื่องจากโครงสร้างคลุมถังปฏิกรณ์เป็นเพียงกาแพงคอนกรีตธรรมดาํ ของอาคาร ไม่สามารถทนความดันสูงได้จึงเกิดระเบิดจากความดันไอ นํ้าและปล่อยสารกมมันตรังสีจํานวนมากออกสูั ่สิ่งแวดล้อม

99 100 101 102 103 เชอร์โนบิล

• อุบัติเหตุนี้ ส่งผลให้มีผู้เสียชีวิตทันที 31 คน และส่งผลกระทบต่อ สภาพแวดล้อม และสุขอนามัยของผู้คนรอบโรงไฟฟ้า จํานวน ผู้เสียชีวิตรวมในเวลาต่อมาทั้งหมดประมาณ 56 คน ซึ่งส่วนมากเป็น พวกทหารที่ส่งเข้าไปกูสถานการณ์โดยนําทรายเข้าไปถมแกน้ ปฏิกรณ์ • องค์การอนามัยโลก (World Health Organization) โดยทีม นักวิทยาศาสตร์นานาชาติมากกวา่ 100 คน ได้สรุปวา่ จะมีคนเสียชีวิต มากที่สุดรวมทั้งสิ้นประมาณ 4000 คนจากอุบัติเหตุนี้ โดยเป็นกลุ่ม บุคคลที่ได้รับรังสีปริมาณมาก เช่นทหารที่ส่งเข้าไปกูสถานการณ์ใน้ ปี 1986-1987 และผู้คนที่อยูอาศัยและที่อพยพออกจากพื่ ้นที่ที่ได้รับ การปนเปื้อนมากที่สุด 104 105 เชอร์โนบิล

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบัน ไม่สามารถระเบิดได้เหมือนโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เชอร์โนบิลอยางแน่ ่นอน เพราะ . . .

106 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบัน

1 การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์แบบเชอร์โนบิลไม่มีการใช้แล้ว

107 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบัน

2 เจ้าหน้าที่เดินเครื่อง (Operator) ต้อง Qualify เจ้าหน้าที่เดินเครื่องต้องฝึกเดินเครื่องในห้องควบคุมโรงไฟฟ้าจําลองซึ่งสร้างเหมือนกบั ห้องควบคุมจริงทุกประการ เพื่อสอบใบอนุญาตเดินเครื่องและมีการฝึกอบรมเพื่อ ทบทวนความรู้และสอบตออายุใบอนุญาตเป็นระยะๆ่

108 เจ้าหน้าที่เดินเครื่องปฏิกรณ์ (Reactor Operator)

• สําหรับบุคลากรควบคุมที่ปฏิบัติงานในห้องควบคุมโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ จะมี โปรแกรมการฝึกอบรมอยางต่ อเนื่อง่ เช่น การฝึกปฏิบัติงานจริงเป็นระยะเวลา 18 เดือน และฝึกอบรมในห้องควบคุมโรงไฟฟ้าจําลองซึ่งสร้างเหมือนกบั ห้องควบคุมจริงทุกประการ • นอกจากนี้ต้องผานการสอบข้อเขียน่ จึงจะได้รับใบอนุญาตประกอบวิชาชีพ บุคลากรควบคุมโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จากหน่วยงานกากํ บดูแลั • ระหวางการปฏิบัติหน้าที่่ ยังต้องผานการสอบข้อเขียนอีกทุกๆ่ 2 ปี เพื่อทดสอบวา่ ยังมีความรู้ที่จําเป็นในการปฏิบัติหน้าที่ และต้องเข้ารับการฝึกอบรมซํ้าเป็นระยะๆ เพื่อรักษาสภาพใบอนุญาต ซึ่งระยะเวลาตางๆ่ เหลานี่ ้ อาจแตกต่างกนในแตั ละ่ ประเทศ ขึ้นอยูก่ บกฎหมายในการกั ากํ บดูแลของแตั ละประเทศ่ 109 110 111 112 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบัน

3 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบันมีอาคารคลุมปฏิกรณ์

ทําจากคอนกรีตเสริมเหล็กหนาประมาณ 2 เมตรหรือมากกวา่ เพื่อป้องกนไมั ให้รังสีภายในรั่ ่วไหลออกสู่ ภายนอกในกรณีเกิดอุบัติเหตุ และโครงสร้างนี้สามารถป้องกนอันตรายจากเหตุการณ์ภายนอกได้ั เช่นการ ถูกชนด้วยเครื่องบินโดยสารพาณิชย์ ซึ่งหากโรงไฟฟ้าเชอร์โนบิลได้ถูกสร้างขึ้นโดยมีโครงสร้างคลุมถัง ปฏิกรณ์นี้ด้วย สารกมมันตรังสีทัั ้งหมดจะถูกกกเกั บไว้ภายในและไม็ ่รั่วไหลออกสู่สิ่งแวดล้อม

113 อุบ ัติเหตุโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ TMI เทียบก ับ Chernobyl

โรงไฟฟ้า TMI (1979, Pennsylvania) โรงไฟฟ้า Chernobyl (1986) ไม่มี มีอาคารคอนกรีตคลุมเครื่องปฏิกรณ์ไว้ อาคารคอนกรีตคลุมเครื่องปฏิกรณ์ ทั้งหมด ทําให้ไม่มีรังสรั่วไหลสูี ภายนอก่ ทําให้รังสแพร่กระจายออกสูี ่ ไม่ม ีผู ้เสยชี วี ิต ิ่ สงแวดล้อม 114 อาคารคลุมปฏิกรณ์ทําจากคอนกรีตเสริมเหล็ก หนาอย่างน้อย 2 เมตร

115 เปรียบเทียบความหนาของผนังอาคารปฏิกรณ์ ( 2 เมตร) แ ล ะ ผ นัง บ้า น ที่ อยู่อาศยั (20 ซม.) และขนาดของเหล็กที่ใช้ก่อสร้าง

เหล็กข้ออ้อยเส้นผ่าน ศูนย์กลาง 4 ซม.

116 Double containment: an inner prestressed EPR concrete housing internally covered with a metallic liner and an outer reinforced concrete shell. Two-layer concrete wall with total thickness 2.6 meters, designed to withstand impact by airplanes and internal overpressure.

117 118 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบัน

4 ออกแบบโดยเน้นความปลอดภัยเป็นหลัก

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้รับการออกแบบโดยเน้นความปลอดภัยเป็นหลัก และมีการติดตั้ง ระบบควบคุมและระบบรักษาความปลอดภัยหลายขั้นตอน เช่น ระบบจํากดระดับกั าลังํ สูงสุด ระบบหยุดเดินเครื่องอัตโนมัติ ระบบนํ้าระบายความร้อนฉุกเฉิน เป็นต้น

119 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบัน

5 โรงไฟฟ้าฯ ต้องได้มาตรฐานสากลด้านความปลอดภัย ทุกประเทศที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เดินเครื่องอยู ่ หรือมีการก่อสร้างอยู ่ จะถูกตรวจสอบ โดยทบวงการพลังงานปรมาณูระหวางประเทศ่ (IAEA) เป็นระยะๆ เพื่อให้มันใจว่ าการ่ ก่อสร้าง/เดินเครื่องมีมาตรฐานความปลอดภัยสากล (รวมถึงไม่มีการนําวัสดุนิวเคลียร์ ไปใช้ในทางที่ไม่สันติ) โดยอาจจะตรวจแบบแจ้งลวงหน้า่ หรือแบบสุ่มกได้็

120 ทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ

• ทบวงการพลังงานปรมาณูระหวางประเทศ่ (International Atomic Energy Agency -- IAEA) ได้ก่อตั้งขึ้นโดยองค์การสหประชาชาติในปี 1957 โดยมีหน้าที่เพื่อทําการตรวจสอบความปลอดภัยของโรงไฟฟ้า นิวเคลียร์ ทําการออกกฎข้อบังคับเกี่ยวกบความปลอดภัยั และทําการ รายงานอุบัติการณ์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ • โรงไฟฟ้าเชอร์โนบิล ไม่ได้มาตรฐานสากลตาม IAEA (เพราะตั้งอยูใน่ สหภาพโซเวียต ในยุคปลายสงครามเย็น)

121 อุบัติเหตุ Three Mile Island

122 อุบัติเหตุ Three Mile Island

123 อุบัติเหตุ Three Mile Island

• เหตุการณ์เริ่มจาก ปั้มนํ้าในระบบทุติยภูมิ หยุดทํางานด้วยเหตุขัดข้อง ทางเทคนิคบางประการ ทําให้นํ้าในระบบปฐมภูมิไม่สามารถระบาย ความร้อนสู่ระบบทุติยภูมิได้ • ทําให้ระบบควบคุม หยุดการทํางานของเครื่องปฏิกรณ์และกงหันไอั นํ้าโดยอัตโนมัติ เพื่อปกป้องโรงไฟฟ้า ซึ่งเป็นสิ่งที่ถูกต้อง • เนื่องจากไม่มีการระบายความร้อนสู่ระบบทุติยภูมิ นํ้าในระบบปฐม ภูมิ (ซึ่งยังคงร้อนขึ้นจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ยังปลดปล่อยความร้อน จากผลิตผลฟิชชัน) จึงร้อนขึ้นเรื่อยๆ และเกิดแรงดันมากขึ้นเรื่อยๆ

124 อุบัติเหตุ Three Mile Island

• ทําให้วาล์วระบายความดันเหนือตัว Pressurizer เปิดออกโดย อัตโนมัติ เพื่อคลายความดันจากระบบ ซึ่งเป็นสิ่งที่ถูกต้อง • แต่วาล์วนี้ เกิดความผิดพลาดขึ้นโดยที่ไม่ยอมปิดหลังระบบมีความ ดันลดลงจนเหมาะสมแล้ว • ในห้องควบคุม แผงแสดงสถานะของวาล์วนี้ มีแคสัญญาณแสดงว่ า่ ระบบควบคุมได้ส่งสัญญาณให้วาล์วนี้ปิดแล้ว แต่ไม่มีตัวบ่งชี้ ตําแหน่งของวาล์วโดยตรง • บุคลากรควบคุม ซึ่งปฏิบัติตามที่ได้รับการฝึกอบรมมาวา่ ถ้าระบบได้

125 อุบัติเหตุ Three Mile Island

• ส่งสัญญาณให้วาล์วนี้ปิดแล้ว กให้ตีความว็ าวาล์วนี่ ้ได้ปิดแล้ว (ซึ่ง จริงๆ ยังเปิดอยู)่ • ทําให้ระบบปฐมภูมิสูญเสียความดันเรื่อยๆ จนถึงจุดที่นํ้าเริ่มเดือด กลายเป็นไอได้ในแกนปฏิกรณ์ • ซึ่งเมื่อนํ้าเดือดกลายเป็นไอในแกนปฏิกรณ์แล้ว ไอนํ้าจะกินปริมาตร มากกวานํ่ ้าในสถานะของเหลว ทําให้ระดับนํ้าในตัว Pressurizer เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ • เนื่องจากโรงไฟฟ้า Three Mile Island ไม่มีตัววัดระดับนํ้าในแกน

126 อุบัติเหตุ Three Mile Island

• ปฏิกรณ์โดยตรง ทางเดียวที่บุคลากรควบคุมจะสามารถประมาณ ระดับนํ้าในแกนปฏิกรณ์ได้ คือโดยดูจากระดับนํ้าในตัว Pressurizer • ซึ่งการเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ของระดับนํ้าในตัว Pressurizer ทําให้บุคลากร ควบคุม ตีความวามีนํ่ ้าในระบบมากเกินไป จากระบบหลอเย็นฉุกเฉิน่ ที่ได้ทํางานโดยอัตโนมัติตามที่ควรจะทํา โดยจ่ายนํ้าเข้าแกนปฏิกรณ์ อยางต่ ่อเนื่องเพื่อลดอุณหภูมิ • ดังนั้น บุคลากรควบคุมจึงตัดสินใจหยุดระบบจ่ายนํ้าฉุกเฉิน เพราะ ตามการฝึกอบรม ต้องไม่ให้นํ้าเต็มตัว Pressurizer เพราะถ้าเต็ม จะ

127 อุบัติเหตุ Three Mile Island

• ไม่สามารถควบคุมความดันในระบบได้เลย ซึ่งจะเสี่ยงต่อการเกิดการ ล้มเหลวของระบบปฐมภูมิจากแรงดันนํ้าด้านในซึ่งมากเกินกวาค่ าที่ได้่ ออกแบบรองรับไว้ • การที่วาล์วเปิดอยูและระบบนํ่ ้าหล่อเย็นฉุกเฉินถูกปิด ทําให้สูญเสียนํ้าจาก แกนปฏิกรณ์เรื่อยๆ จนแกนปฏิกรณ์หลอมละลายไปครึ่งหนึ่ง • ใช้เวลาประมาณ 16 ชัวโมง่ ในการควบคุมสถานการณ์ได้ และสามารถให้ ระบบระบายความร้อนออกจากแกนปฏิกรณ์ได้อยางปลอดภัย่ • ระหวางอุบัติเหตุนี่ ้ไม่มีสารกมมันตรังสีรัั ่วไหลออกสู่สิ่งแวดล้อมแม้แต่น้อย

128 อุบัติเหตุ Three Mile Island

• แต่มีก๊าซกมมันตรังสีรัั ่วไหลออกสู่สิ่งแวดล้อม 2 วันหลังจากเกิด อุบัติเหตุ สาเหตุมาจากระหวางการถ่ ่ายโอนก๊าซกมมันตรังสีจากั ระบบออกสู่ถังบรรจุ เกิดการรั่วของตัว Compressor ทําให้ก๊าซ กมมันตรังสีรัั ่วไหลออกสู่สิ่งแวดล้อม ปริมาณเล็กน้อย • แต่โดยเฉลี่ย ผู้คนโดยรอบได้รับโดสประมาณ 0.08 mSv และไม่เกิน 1 mSv ต่อบุคคลใดๆ ซึ่งกประมาณ็ 1/3 ของระดับรังสีที่เราได้รับจาก ธรรมชาติในแต่ละปี • และเนื่องจากมีความกงวลถึงผลของสารกั มมันตรังสีที่ปลั ่อยออกมา

129 อุบัติเหตุ Three Mile Island

• สํานักงานสาธารณสุขของรัฐ Pennsylvania ได้ Monitor คนที่อยูระยะ่ 5 ไมล์จากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นเวลา 18 ปี ซึ่งมีมากกวา่ 30,000 คน • ผลที่ได้คือ ไมมีแนวโน้มความผิดปกติทางสุขภาพแต่ ่อยางไร่ • และมีการทําการศึกษาผลกระทบทางสุขภาพอีกหลายการศึกษา ซึ่ง ผลที่ได้กไม็ ่แตกต่างกนั คือไม่มีการเกิดมะเร็งเพิ่มขึ้นมากกวาระดับ่ ปกติแต่อยางใด่ • ผลกระทบที่เห็นได้มีเพียงแคความเครียดระหว่ างและหลังอุบัติเหตุ่ เท่านั้น

130 อุบัติเหตุ Three Mile Island

• ซึ่งแน่นอนวา่ โรงไฟฟ้า TMI unit 1 ซึ่งหยุดเดินเครื่องเพื่อเปลี่ยนถ่าย เชื้อเพลิงระหวางที่เก่ ิดอุบัติเหตุกบั Unit 2นั้น กถูกหยุดเดินเครื่องระยะยาว็ ประมาณ 6 ปี จึงจะเดินเครื่องได้อีกครั้ง • ซึ่งระหวางหยุดเดินเครื่อง่ ได้ทําการปรับปรุงระบบแสดงผลในห้องควบคุม ระบบวาล์วระบายความดัน ระบบวัดนํ้าในแกนปฏิกรณ์ และการฝึกอบรม พนักงาน เพื่อให้มันใจว่ าจะไม่ ่เกิดอุบัติเหตุซํ้าสองขึ้นอีก • ซึ่ง TMI unit 1 กได้เดินเครื่องอย็ างปลอดภัยมาจนถึงปัจจุบันโดยไม่ ่เคยเกิด อุบัติเหตุใดๆ เลย

131 อุบัติเหตุ Three Mile Island

Jimmy Carter leaving the Three Mile Island Site during the crisis

132 อุบัติเหตุ Three Mile Island

133 ความปลอดภัยเทียบกับแหล่งพลังงานชนิดอื่น

• ได้มีการจัดทําสถิติเกี่ยวกบการเกั ิดอุบัติเหตุในการทํางานที่ เกี่ยวข้องกบโรงไฟฟ้าั ประเภทต่างๆ ในสหรัฐฯ และอังกฤษ • ข้อมูลแสดงให้เห็นวา่ พลังงานนิวเคลียร์นั้นเป็นสิ่งที่ปลอดภัยในการผลิตกระแสไฟฟ้า (สาเหตุหลักที่ทําให้ถานหินมีจํานวนผู้เสียชีวิตมาก่ มาจากกระบวนการทําเหมืองและ ขั้นตอนการขนส่งเชื้อเพลิง)

(สถิติผู้เสียชีวิตจากอุบัติเหตุการจราจรทางถนนของประเทศไทย เฉลี่ยปีละประมาณ 13,000 คน)

134 Cobalt-60

• เมื่อช่วงเดือนมกราคมถึงกุมภาพันธ์ 2543 บริษัทแห่งหนึ่งได้จัดเกบเครื่องฉาย็ รังสีโคบอลต์- 60 เก่าที่ใช้ในทางการแพทย์ ที่เสื่อมสภาพแล้วไว้ในโกดังร้างไร้ ผู้ดูแล ซึ่งเป็นการไม่ทําตามระเบียบของการจัดเกบวัสดุก็ มมันตรังสีความแรงั รังสีสูง จนมีผู้ขโมยไปขายให้กบผู้รับซืั ้อของเก่าหรือซาเล้ง ซึ่งทําการแยก ชิ้นส่วนสแตนเลสและตะกวออกจากก่ั นั จนเป็นเหตุให้รังสีแกมมาจากแท่ง โคบอลต์-60 รั่วไหลออกสู่ภายนอก ส่งผลตอกลุ่ ่มซาเล้งและผู้อาศัยในร้านค้า รับซื้อของเก่า โดยมีผู้เสียชีวิต 3 คนซึ่งได้รับรังสีในปริมาณที่มากเกินกวาที่่ แพทย์จะรักษาได้ และเจ็บป่วยอีก 10 คนและส่งผลกระทบด้านสุขภาพอีกกวา่ 1, 600 คน

135 Stockpiles of nuclear arsenal in the world

Total

Russia U.S.

136 2010 stockpiles of nuclear arsenal in the world

(on high alert, ready 1 There is considerable uncertainty for use on short notice) about the size and composition of Russia's total inventory. In addition to its operational arsenal, Russia is thought to possess 1,600-3,300 nonstrategic warheads and 3,000 strategic warheads awaiting dismantlement, for a total inventory of 11,000 nuclear warheads. 2 The Department of Defense declared that it possessed 5,113 warheads in its active stockpile, as of September 30, 2009, including about 2,850 reserve warheads. The U.S. possesses an estimated 3,500 retired but intact warheads that are awaiting dismantlement, for a total estimate of roughly 8,500 warheads. 3China has approximately 40 intercontinental-range ballistic missiles. Many of China's other "strategic" warheads are for regional use. 4China possesses an estimated 65 warheads in reserve or awaiting dismantlement for a total stockpile of approximately 240 warheads.

http://www.ploughshares.org/news- analysis/world-nuclear-stockpile137- report Issues with Iran

138 Issues with Iran

Natanz enrichment facility

139 Issues with Iran

• Under the Nuclear Non-Proliferation Treaty (NPT), a signatory state has the right to enrich uranium to be used as fuel for civil nuclear power. • Such states have to remain under inspection from the International Atomic Energy Agency (IAEA). • Iran says it is simply doing what it is allowed to do under the treaty and intends only to enrich to the level needed for nuclear power station fuel. • It argues that it needs nuclear power and wants to control the whole process itself. • As the 4th-largest crude producer, it says its nuclear program is aimed at generating electricity so that it can export more oil and gas. • The United Nations Security Council is concerned because the technology used for producing fuel for nuclear power can be used to enrich the uranium to the higher level needed to produce a nuclear explosion. • There are fears that Iran is at least acquiring the know-how so that one day it has the option of going for a bomb. 140 Issues with Iran

• Iran hid an enrichment program for 18 years, so the Council says that until Iran's peaceful intentions can be fully established, it should stop enrichment and certain other nuclear activities. • The IAEA also says in its latest report in February 2009 that, following a detailed examination, it had found that Iran has accumulated more low- enriched uranium than had been thought - more than 1,000 kg. • This is regarded as enough basic material from which to make a nuclear device. • It says it has found no evidence that Iran has diverted material for weapons purposes. • Could Iran leave the NPT? Yes. Article X gives a member state the right to declare that "extraordinary events" have "jeopardised the supreme interests of the state". • It can then give three months notice to quit. That would leave it free to do what it wanted. 141 Issues with Iran

Bushehr nuclear reactor

Iran is aiming to commission its first nuclear power plant in 2009 after years of delay. The nuclear fuel has already been delivered from Russia. Spent fuel will be sent back to Russia. The Bushehr reactor could produce 1/4 ton of plutonium per year, enough for at least 30 atomic bombs 142 Issues with Iran

A Russian technician works in the control room at the Bushehr NPP which is undergoing trials

• Russia completed delivery of nuclear fuel to the station under a contract estimated to be worth about $1 billion, a step both Washington and Moscow said removed any need for Iran to have its own uranium enrichment program. • On August 13, 2010, the Russian Federal Atomic Energy Agency (Rosatom) announced that the first reactor at the Bushehr NPP would be loaded with nuclear fuel on August 21, 2010 and would henceforth make the Bushehr facility qualified as an operational nuclear power plant. The process for transferring the fuel to the pool located near the heart of reactor was estimated to take seven to eight days. 143 • Commission date: 22 August 2010 Issues with North Korea

• On October 9, 2006, North Korea announced it had conducted a nuclear test. • The USGS reported a magnitude of 4.2 on the Richter Scale. • On October 16, 2006, the Office of the Director of National Intelligence announced that analysis of air-samples had confirmed that the event had been an underground nuclear explosion near P'unggye on October 9, 2006. • DNI concluded that the "explosion yield was less than a kiloton.“ • North Korea carried out another nuclear test on 25 May, 2009 - in direct contravention of an international ban. • The North Koreans followed up their latest test by launching short-range missiles. • On 12 June, 2009, the UN Security Council voted unanimously to approve further sanctions against North Korea.

144 Issues with North Korea

145 146 Issues with North Korea

147 Taepodong-1 Issues with North Korea

• Underground tests often are used to test small implosion devices such as would be used for a primary detonator for a much larger H-bomb. • The technology for the inert U-328 cylinder, filled with lithium-deuteride, is so simple that it needs no test. • Simple electronic instruments can determine if the x-rays, neutrons and thermal pressure are adequate to activate a fusion reaction in a large scale H- bomb. • Hypothetically, North Korea could produce around 20 kg of 90% weapons grade uranium per year. • Since Pyongyang already has developed implosion-type bombs, it could theoretically also produce an implosion-type design for an H-bomb.

148 Missing U & Pu Worldwide

• Sweden missing 100 kilograms of enriched uranium • China missing 8 kilograms of U-235 • Scotland loses 10.2 kilograms of uranium (235) • Republic of Congo missing 100 "bars" of uranium • Virginia (US) site missing 55 kilograms of uranium • Los Alamos missing enough plutonium for 150 nuclear bombs (765 kg) • Japan loses 206 kilograms of plutonium • Britain missing 19.1 kilograms of highly enriched plutonium

149 Types of detonations from a terrorist threat

• A terrorist use of a nuclear weapon would most likely involve: – U-235 gun-type device – Most likely surface detonation by truck or underwater by boat – Less likely in air by private plane or sub-surface by subway – Least likely by high-altitude delivery (military delivery only) – Yield of 20 kT or less • Major injuries and effects would be caused by: – Blast and shock – Thermal • Rescue efforts pertain mostly to injuries distant from ground zero • Radiation protection necessary for rescue of survivors nearer

ground zero 150 Co-60 Bomb?

• The theorized cobalt bomb has a cobalt tamper. • Instead of generating additional explosive force from U fission, stable Co-59 tamper is transmuted into cobalt-60, which has a half-life of 5.26 years and produces energetic gamma rays. • The half-life of Co-60 is just long enough so that airborne particles will settle and coat the earth's surface before significant decay has occurred, thus making it impractical to hide in shelters. • This could cause widespread death and serious radiation- related heath effects on human and animals worldwide. • Is anyone in the process of building this device?

151