Welcome to رهروان ارتش

از اینکه انجمن ما را برای مطالعه انتخاب کردید از شما متشکریم. 

برای استفاده از امکانات انجمن و برقراری رابطه دوستانه با دیگر اعضا لطفا در انجمن ثبت نام کنید

با تشکر

Sign in to follow this  
Followers 0

کلیاتی درباره انرژی هسته ای

24 posts in this topic

 استفاده اصلي از انرژي هستهاي، توليد انرژي الكتريسته است. اين راهي ساده و كارآمد براي جوشاندن آب و ايجاد بخار براي راهاندازي توربينهاي مولد است. بدون راكتورهاي موجود در نيروگاههاي هستهاي، اين نيروگاهها شبيه ديگر نيروگاهها زغالسنگي و سوختي ميشود. انرژي هستهاي بهترين كاربرد براي توليد مقياس متوسط يا بزرگي از انرژي الكتريكي بهطور مداوم است. سوخت اينگونه ايستگاهها را اوانيوم تشكيل ميدهد.
چرخه سوخت هستهاي تعدادي عمليات صنعتي است كه توليد الكتريسته را با اورانيوم در راكتورهاي هستهاي ممكن ميكند.
اورانيوم عنصري نسبتاً معمولي و عادي است كه در تمام دنيا يافت ميشود. اين عنصر بهصورت معدني در بعضي از كشورها وجود دارد كه حتماً بايد قبل از مصرف به صورت سوخت در راكتورهاي هستهاي، فرآوري شود.
الكتريسته با استفاده از گرماي توليد شده در راكتورهاي هستهاي و با ايجاد بخار براي بهكار انداختن توربينهايي كه به مولد متصلاند توليد ميشود.
سوختي كه از راكتور خارج شده، بعداز اين كه به پايان عمر مفيد خود رسيد ميتواند به عنوان سوختي جديد استفاده شود.
فعاليتهاي مختلفي كه با توليد الكتريسيته از واكنشهاي هستهاي همراهند مرتبط به چرخه سوخت هستهاي هستند. چرخه سوختي انرژي هستهاي با اورانيوم آغاز ميشود و با انهدام پسماندههاي هستهاي پايان مييابد. دوبار عملآوري سوختهاي خرج شده به مرحلههاي چرخه سوخت هستهاي شكلي صحيح ميدهد.
اورانيوم

اورانيوم فلزي راديواكتيو و پرتوزاست كه در سراسر پوسته سخت زمين موجود است. اين فلز حدوداً 500 بار از طلا فراوانتر و به اندازه قوطي حلبي معمولي و عادي است. اورانيوم اكنون به اندازهاي در صخرهها و خاك و زمين وجود دارد كه در آب رودخانهها، درياها و اقيانوسها موجود است. براي مثال اين فلز با غلظتي در حدود 4 قسمت در هر ميليون (ppm4) در گرانيت وجود دارد كه 60 درصد از كره زمين را شامل ميشود، در كودها با غلظتي بالغ بر ppm400 و در تهمانده زغالسنگ با غلظتي بيش از ppm100 موجود است. اكثر راديو اكتيويته مربوط به اورانيوم در طبيعت در حقيقت ناشي از معدنهاي ديگري است كه با عمليات راديواكتيو به وجود آمدهاند و در هنگام استخراج از معدن و آسياب كردن به جا ماندهاند.
چند منطقه در سراسر دنيا وجود دارد كه غلظت اورانيوم موجود در آنها به قدر كافي است كه استخراج آن براي استفاده از نظر اقتصادي به صرفه و امكانپذير است. اين نوع مواد غليظ، سنگ معدن يا كانه ناميده ميشوند.
- چرخه سوخت هستهاي (شكل هندسي) (عكس)
استخراج اورانيوم

هر دو نوع حفاري و تكنيكهاي موقعيتي براي كشف كردن اورانيوم به كار ميروند، حفاري ممكن است به صورت زيرزميني يا چالهاي باز و روي زمين انجام شود.
در كل، حفاريهاي روزميني در جاهايي استفاده ميشود كه ذخيره معدني نزديك به سطح زمين و حفاريهاي زيرزميني براي ذخيرههاي معدني عميقتر به كار ميرود. بهطور نمونه براي حفاري روزميني بيشتر از 120 متر عمق، نياز به گودالهاي بزرگي بر سطح زمين است؛ اندازه گودالها بايد بزرگتر از اندازه ذخيره معدني باشد تا زماني كه ديوارههاي گودال محكم شوند تا مانع ريزش آنها شود. در نتيجه، تعداد موادي كه بايد به بيرون از معدن انتقال داده شود تا به كانه دسترسي پيدا كند زياد است.
حفاريهاي زيرزميني داراي خرابي و اخلالهاي كمتري در سطح زمين هستند و تعداد موادي كه بايد براي دسترسي به سنگ معدن يا كانه به بيرون از معدن انتقال داده شوند بهطور قابل ملاحظهاي كمتر از حفاري نوع روزميني است.
مقدار زيادي از اورانيوم جهاني از (ISL) (In Sitaleding) ميآيد. جايي كه آبهاي اكسيژنه زيرزميني در معدنهاي كانهاي پرمنفذ به گردش ميافتند تا اورانيوم موجود در معدن را در خود حل كنند و آن را به سطح زمين آورند. (ISL) شايد با اسيد رقيق يا با محلولهاي قليايي همراه باشد تا اورانيوم را محلول نگهدارد، سپس اورانيوم در كارخانههاي آسيابسازي اورانيوم، از محلول خود جدا ميشود.
در نتيجه انتخاب روش حفاري براي تهنشين كردن اورانيوم بستگي به جنس ديواره معدن كانه سنگ، امنيت و ملاحظات اقتصادي دارد.
در غالب معدنهاي زيرزميني اورانيوم، پيشگيريهاي مخصوصي كه شامل افزايش تهويه هوا ميشود، لازم است تا از پرتوافشاني جلوگيري شود.
آسياب كردن اورانيوم

محل آسياب كردن معمولاً به معدن استخراج اورانيوم نزديك است. بيشتر امكانات استخراجي شامل يك آسياب ميشود. هرچه جايي كه معدنها قرار دارند به هم نزديكتر باشند يك آسياب ميتواند عمل آسيابسازي چند معدن را انجام دهد. عمل آسيابسازي اكسيد اورانيوم غليظي توليد ميكند كه از آسياب حمل ميشود. گاهي اوقات به اين اكسيدها كيك زرد ميگويند كه شامل 80 درصد اورانيوم ميباشد. سنگ معدن اصل شايد داراي چيزي در حدود 1/0 درصد اورانيوم باشد.
در يك آسياب، اورانيوم با عمل سنگشويي از سنگهاي معدني خرد شده جدا ميشود كه يا با اسيد قوي و يا با محلول قليايي قوي حل ميشود و به صورت محلول در ميآيد. سپس اورانيوم با تهنشين كردن از محلول جدا ميشود و بعداز خشك كردن و معمولاً حرارت دادن به صورت اشباع شده و غليظ در استوانههاي 200 ليتري بستهبندي ميشود.
باقيمانده سنگ معدن كه بيشتر شامل مواد پرتوزا و سنگ معدن ميشود در محلي معين به دور از محيط معدن در امكانات مهندسي نگهداري ميشود. (معمولاً در گودالهايي روي زمين).
پسماندههاي داراي مواد راديواكتيو عمري طولاني دارند و غلظت آنها كم خاصيتي سمي دارند. هرچند مقدار كلي عناصر پرتوزا كمتر از سنگ معدن اصلي است و نيمه عمر آنها كوتاه خواهد بود اما اين مواد بايد از محيط زيست دور بمانند.
تبديل و تغيير

محلول آسياب شده اورانيوم مستقيماً قابل استفاده بهعنوان سوخت در راكتورهاي هستهاي نيست. پردازش اضافي به غنيسازي اورانيوم مربوط است كه براي تمام راكتورها لازم است.
اين عمل اورانيوم را به نوع گازي تبديل ميكند و راه بهدست آوردن آن تبديل كردن به هگزا فلوريد (Hexa Fluoride) است كه در دماي نسبتاً پايين گاز است.
در وسيلهاي تبديلگر، اورانيوم به اورانيوم دياكسيد تبديل ميشود كه در راكتورهايي كه نياز به اورانيوم غني شده ندارند استفاده ميشود.
بيشتر آنها بعداز آن كه به هگزافلوريد تبديل شدند براي غنيسازي در كارخانه آماده هستند و در كانتينرهايي كه از جنس فلز مقاوم و محكم است حمل ميشوند. خطر اصلي اين طبقه از چرخه سوختي اثر هيدروژن فلوريد (Hydrogen Fluoride) است.
مزایایی استفاده از انژری هسته ای

انرژي در جهان امروز يك عامل راهبردي است و اغلب كشورهاي جهان به خصوص آنها كه به دنبال اعمال اراده و قدرت خود بر ديگر كشورها مي باشند از همين دريچه به مقوله انرژي مي نگرند.
سوخت هاي فسيلي مانند ذغال سنگ، مقدار قابل توجهي از انواع آلاينده ها همانند تركيبات كربن و گوگرد را وارد محيط زيست مي سازند كه براي سلامت انسان زيانبار است. از سوي ديگر با توجه به افزايش مصرف برق و پايان پذير بودن منابع سوخت فسيلي به نظر مي رسد استفاده از انرژي هسته اي بهترين گزينه موجود باشد.
ايران ۳۰ هزار مگاوات نيروگاه دارد و در ده سال آينده، احتمالاً به۶۰ هزار مگاوات خواهد رسيد. بالا رفتن حجم توليد گازهاي گلخانه اي، هزينه هاي اجتماعي خاصي را ايجاد مي كند كه بالطبع بايد جلوي توليد گازهاي گلخانه اي را در نيروگاههاي فسيلي گرفت،
در حال حاضر روسيه ۸ ميليون بشكه نفت در روز توليد و حدود ۵ ميليون از آن را صادر مي كند. ۳۰ نيروگاه هسته اي دارد و به سرعت هم به نيروگاههاي خود اضافه مي كند، در حالي كه اولين كشور در ذخاير گازي است و جمعيت آن هم تنها كمي بيشتر از دو برابر ماست.
در اين شرايط آمريكا هم ۱۰۵ نيروگاه هسته اي دارد، لذا فقط معيارهاي اقتصادي هم مطرح نيست و معيارهاي مختلف فن آوري تأثير گذار خواهد بود. در واقع تكنولوژي هسته اي، ميعاد گاه تكنولوژي هاي ديگر است. مثل صنعت خودرو كه اگر در يك كشور رونق خوبي داشته باشد، تقريباً بخش عمده اي از تكنولوژي را جلو مي برد، چرا كه بيشتر علوم و تكنولوژي ها مثل مكانيك، شيمي، مواد، برق و...
صنعت غني سازي هم عمر كمي ندارد و دست كم ۴۰ سال است كه اين كار شروع شده است.
چون در غني سازي اورانيوم جهت استفاده در راكتورهاي هسته اي از علوم مختلف مهندسي، مكانيك، شيمي و... با نهايت دقت و قدرت استفاده مي شود. به طور كلي تعريف جديد مهندسي براساس ميزان دقت است و كشوري پيشرفته ناميده مي شود كه ميزان خطاي مهندسي آن كم باشد.
براي رسيدن به استقلال واقعي، بايد به سمت توليد فن آوري و علم رفت. البته اين روند بالطبع هزينه دارد. همه جاي دنيا هم، اين گونه است. به هر حال هزينه رسيدن به تكنولوژي هسته اي با اين همه عظمت، كار و فعاليت همه جانبه متخصصين ايراني و استفاده از تجربه كشورهاي دارنده اين صنعت را طلب مي كند.
مقوله انرژي براي كشورهاي سلطه طلب، نقش موتور محركه اقتصاد و توليد ملي و تعيين كننده جايگاه آنها در نظام سرمايه داري جهان را دارد و همچنين تضمين كننده منافع و امنيت ملي آنها است، براي كشور ما نيز چگونگي سامان دهي به سياستهاي بخش انرژي، نقش كليدي در فرآيند تحولات سياسي، اجتماعي و اقتصادي را داراست و لذا ضروري است كه براي انرژي و بخصوص نفت و گاز و به دنبال اينها انرژي هسته اي، برنامه و استراتژي انديشيده و متناسب با شرايط واقعي موجود داخلي و جهاني داشته باشيم.
دغدغه اصلي جهان عادت كرده به مصرف انرژي، در دو دهه آينده، توليد انرژي و ساخت نيروگاه اتمي به عنوان تنها راه خروج از بحران انرژي در دهه هاي آينده است. در اين بين از آن جا كه ساخت يك نيروگاه اتمي اغلب علوم و فنون را به كار مي گيرد،
نيروگاه برق اتمي، اقتصادي ترين نيروگاهي است كه امروز در دنيا احداث مي شود.
انرژی هستهای در زمینههای مختلف پزشکی، موزهها، شناسایی کوچکترین شکاف یا ناخالصی در مواد و موتور هواپیما و اتومبیل، پیشگیری از فساد زودرس محصولات کشاورزی و رشد گیاهان کاربرد دارد.
علم طب شناخت خود را جهت درمان و پیشگیری از بیماری اشعه وسعت داد و همزمان از اشعه به صور مختلف در تشخیص و درمان بیماریها از جمله سرطان استفاده کرد. رادیوتراپی جایگاه ویژه در درمان سرطانها پیدا کرد و طب هسته به عنوان یک رشته تخصصی در پزشکی روز وارد شد
پزشکی هسته ای :

تصویر برداری در پزشکی هسته ای
توموگرافی تابش پوزیترون (PET)
(SPECT) توموروگرافی با استفاده از تابش تک فوتون
تصویر برداری قلبی عروقی
اسکن استخوان
پزشکی هسته ای و درمان بیماریها

يكي از روشهاي تشخيصي و درماني ارزشمند در طب، پزشكي هسته اي مي باشد. كه تبلور آن از ابتدا تا كنون تلفيقي از كشفيات مهم تاريخي بوده است
اولين استفاده كلينيكي مواد راديواكتيو، در سال 1937 جهت درمان لوسمي در دانشگاه كاليفرنيا در بركلي بود. بعــــــد از آن در 1946 با استــــــفاده از اين مواد توانستند در يك بيمار مبتلا به سرطان تيروئـــــيد از پيشرفت اين بيماري جلوگيري كنند.
در دهه 1970 توانستند با جاروب نمودن از ارگانهاي ديگر بدن مانند كبد و طحال، تومورهاي مغزي و مجاري گوارشي تصاويري را تهيه نمايند.
در دهه 1980 از راديو داروها جهت تشخيص بيماري هاي قلبي استفاده نمودند و هم اكنون نيز با ضريب اطمينان بسيار بالايي از پزشكي هسته اي در درمان و تشخيص و پيگيري روند درمان بيماريها استفاده مي گردد.
انرژی هسته ای کاربرداری زیاد در پزشکی در علوم و صنعت و کشاورزی و... دارد. لازم به ذکر است انرژی هسته ای به تمامی انرژی های دیگر قابل تبدیل است ولی هیچ انرژی به انرژی هسته ای تبدیل نمی شود .موارد زیادی از کاربردهای انرژی هسته ای در زیر آورده می شود .
نیروگاه هسته ای (Nuclear Power Station) :

یک نیروگاه الکتریکی که از انرژی تولیدی شکست هسته اتم اورانیوم یا پلوتونیم استفاده می کند. چون شکست سوخت هسته ای اساساً گرما تولید می کند از گرمای تولید شده رآکتور های هسته ای برای تولید بخار استفاده می شود از بخار تولید شده برای به حرکت در آوردن توربین ها و ژنراتور ها که نهایتاً برای تولید برق استفاده می شود .
پیل هسته ای یا اتمی دستگاه تبدیل کننده انرژی اتمی به جریان برق مستقیم است ساده ترین پیل ها شامل دو صفحه است. یک پخش کننده بتای خالص مثل استرنیوم 90 و یک هادی مثل سیلسیوم.
کاربردهای پزشکی:

در پزشکی تشعشعات هسته ای کاربردهای زیادی دارند که اهم آنها عبارتند از:
• رادیو گرافی
• گامااسکن
• استرلیزه کردن هسته ای و میکروب زدایی وسایل پزشکی با پرتو های هسته ای
• رادیو بیولوژی
کاربرد انرژی هسته ای در بخش دامپزشکی و دامپروری :
تکنیکهای هسته ای در حوزه دامپزشکی موارد مصرفی چون تشخیص و درمان بیماریهای دامی ، تولید مثل دام ، اصلاح نژاد و دام ، تغذیه ، بهداشت و ایمن سازی محصولات دامی و خوراک دام دارد
کاربرد انرژی هسته ای در دسترسی به منابع آب :
تکنیکهای هسته ای برای شناسایی حوزه های آب زیر زمینی هدایت آبهای سطحی و زیر زمینی ، کشف و کنترل نشت و ایمنی سدها مورد استفاده قرار میگیرد. در شیرین کردن آبهای شور نیز انرژی هستهای کاربرد دارد.
کاربردهای کشاورزی:
تشعشعات هسته ای کاربرد های زیادی در کشاورزی دارد که مهم ترین آنها عبارتست از:
• موتاسیون هسته ای ژن ها در کشاورزی
• کنترل حشرات با تشعشعات هسته ای
• جلوگیری از جوانه زدن سیب زمینی با اشعه گاما
• انبار کردن میوه ها
• دیرینه شناسی )باستان شناسی) و صخره شناسی )زمین شناسی) که عمر یابی صخره ها با C14 در باستان شناسی خیلی مشهور است
کاربردهای صنعتی:
در صنعت کاربردها ی زیادی دارد از جمله مهمترین آنها عبارتند از:
• نشت یابی با اشعه
• دبی سنجی پرتویی(سنجش شدت تشعشعات ، نور و فیزیک امواج)
• سنجش پرتویی میزان سائیدگی قطعات در حین کار
• سنجش پرتویی میزان خوردگی قطعات
• چگالی سنج موادمعدنی با اشعه
• کشف عناصر نایاب در معادن
تکنیکهای هسته ای بر کشف مینهای ضد نفر نیز کاربرد دارد. بنابرین ، دانش هسته ای با این قدرت و وسعتی که دارد، هر روز بر دامنه استفاده از فناوری هسته ای و بویژه انرژی هسته ای افزوده می شود. کاربرد انرژی در بخشهای مختلف به گونهای است که اگر کشوری فناوری هسته ای را نهادینه نماید، در بسیاری از حوزههای علمی و صنعتی ، ارتقای پیدا می کند و مسیر توسعه را با سرعت طی می نماید.
انرژی هسته ای در پزشکی هسته ای و امور بهداشتی:

در کشورهای پیشرفته صنعتی ، از انرژی هسته ای به صورت گسترده در پزشکی استفاده می گردد. با توجه به شیوع برخی از بیماریها از جمله سرطان ، ضرورت تقویت طب هسته ای در کشورهای در حال توسعه ، هر روز بیشتر می شود. موارد زیر از مصادیق تکنیکهای هسته ای در علم پزشکی است:
تهیه و تولید کیتهای رادیو دارویی جهت مراکز پزشکی هسته ای
تهیه و تولید رادیو دارویی جهت تشخیص بیماری تیرویید و درمان آنها
تهیه و تولید کیتهای هورمونی
تشخیص و درمان سرطان پروستات
تشخیص سرطان کولون ، روده کوچک و برخی سرطانهای سینه
تشخیص تومورهای سرطانی و بررسی تومورهای مغزی ، سینه و ناراحتی وریدی
تصویر برداری بیماریهای قلبی ، تشخیص عفونتها و التهاب مفصلی ، آمبولی و لختههای وریدی
موارد دیگری چون تشخیص کم خونی ، کنترل رادیو داروهای خوراکی و تزریقی
کاربرد انرژی هسته ای در تولید برق :

یکی از مهم ترین موارد استفاده صلح آمیز از انرژی هسته ای ، تولید برق از طریق نیروگاههای اتمی است. با توم به پایان پذیر بودن منابع فسیلی و روند رو به رشد توسعه اجتماعی و اقتصادی ، استفاده از انرژی هسته ای برای تولید برق را امری ضروری و لازم می دانند و ساخت چند نیروگاه اتمی را دنبال مینماید.
ایران هر ساله حدودا به هفت هزار مگاوات برق در سال نیاز دارد. نیروگاه اتمی بوشهر 1000 مگاوات برق را در صورت راه اندازی تامین می نماید. و احداث نیروگاههای دیگر برای رفع این نیازی ضروری است. برای تولید میزان برق حدود 190 میلیون بشکه نفت خام مصرف می شود. که در صورت تامین از طریق انرژی هسته ای سالیانه 5 میلیارد دلار صرفه جویی خواهد شد.
برتری انرژی هسته ای بر سایر انرژیها:

علاوه بر صرفه اقتصادی دلایل زیر استفاده از انرژی هسته ای را ضروری مینماید. منابع فسیلی محدود بوده و متعلق به نسلهای آتی میباشد. استفاده از نفت خام در صنایع تبدیل پتروشیمی ارزش بیشتری دارد. تولید برق از طریق نیروگاه اتمی ، آلودگی نیروگاههای کنونی را ندارد. تولید هفت هزار مگاوات با مصرف 190 میلیون شبکه نفت خام ، هزارتن دیاکسید کربن ، 150 تن ذرات معلق در هوا ، 130 تن گوگرد و 50 تن اکسید نیتروژن را در محیط زیست پراکنده می کند، در حالی که نیروگاه اتمی چنین آلودگی را ندارد.
ساختار نيروگاه هاي اتمي جهان و نيز شرح مختصري درباره طرز غني سازي اورانيوم
مطالبي در مورد ساختار نيروگاه هاي اتمي جهان و نيز شرح مختصري درباره طرز غني سازي اورانيوم و يا سنتز عنصر پلوتونيوم :
برحسب نظريه اتمي عنصر عبارت است از يك جسم خالص ساده كه با روش هاي شيميايي نمي توان آن را تفكيك كرد. از تركيب عناصر با يكديگر اجسام مركب به وجود مي آيند. تعداد عناصر شناخته شده در طبيعت حدود ۹۲ عنصر است.
هيدروژن اولين و ساده ترين عنصر و پس از آن هليم، كربن، ازت، اكسيژن و... فلزات روي، مس، آهن، نيكل و... و بالاخره آخرين عنصر طبيعي به شماره ۹۲، عنصر اورانيوم است. بشر توانسته است به طور مصنوعي و به كمك واكنش هاي هسته اي در راكتورهاي اتمي و يا به كمك شتاب دهنده هاي قوي بيش از ۲۰ عنصر ديگر بسازد كه تمام آن ها ناپايدارند و عمر كوتاه دارند و به سرعت با انتشار پرتوهايي تخريب مي شوند. اتم هاي يك عنصر از اجتماع ذرات بنيادي به نام پرتون، نوترون و الكترون تشكيل يافته اند. پروتون بار مثبت و الكترون بار منفي و نوترون فاقد بار است.
تعداد پروتون ها نام و محل قرار گرفتن عنصر را در جدول تناوبي (جدول مندليف) مشخص مي كند. اتم هيدروژن يك پروتون دارد و در خانه شماره ۱ جدول و اتم هليم در خانه شماره ۲، اتم سديم در خانه شماره ۱۱ و... و اتم اورانيوم در خانه شماره ۹۲ قرار دارد. يعني داراي ۹۲ پروتون است.
ايزوتوپ هاي اورانيوم

تعداد نوترون ها در اتم هاي مختلف يك عنصر همواره يكسان نيست كه براي مشخص كردن آنها از كلمه ايزوتوپ استفاده مي شود.
بنابراين اتم هاي مختلف يك عنصر را ايزوتوپ مي گويند. مثلاً عنصر هيدروژن سه ايزوتوپ دارد: هيدروژن معمولي كه فقط يك پروتون دارد و فاقد نوترون است. هيدروژن سنگين يك پروتون و يك نوترون دارد كه به آن دوتريم گويند و نهايتاً تريتيم كه از دو نوترون و يك پروتون تشكيل شده و ناپايدار است و طي زمان تجزيه مي شود.
ايزوتوپ سنگين هيدروژن يعني دوتريم در نيروگاه هاي اتمي كاربرد دارد و از الكتروليز آب به دست مي آيد. در جنگ دوم جهاني آلماني ها براي ساختن نيروگاه اتمي و تهيه بمب اتمي در سوئد و نروژ مقادير بسيار زيادي آب سنگين تهيه كرده بودند كه انگليسي ها متوجه منظور آلماني ها شده و مخازن و دستگاه هاي الكتروليز آنها را نابود كردند.
غالب عناصر ايزوتوپ دارند از آن جمله عنصر اورانيوم، چهار ايزوتوپ دارد كه فقط دو ايزوتوپ آن به علت داشتن نيمه عمر نسبتاً بالا در طبيعت و در سنگ معدن يافت مي شوند. اين دو ايزوتوپ عبارتند از اورانيوم ۲۳۵ و اورانيوم ۲۳۸ كه در هر دو ۹۲ پروتون وجود دارد ولي اولي ۱۴۳ و دومي ۱۴۶ نوترون دارد. اختلاف اين دو فقط وجود ۳ نوترون اضافي در ايزوتوپ سنگين است ولي از نظر خواص شيميايي اين دو ايزوتوپ كاملاً يكسان هستند و براي جداسازي آنها از يكديگر حتماً بايد از خواص فيزيكي آنها يعني اختلاف جرم ايزوتوپ ها استفاده كرد. ايزوتوپ اورانيوم ۲۳۵ شكست پذير است و در نيروگاه هاي اتمي از اين خاصيت استفاده مي شود و حرارت ايجاد شده در اثر اين شكست را تبديل به انرژي الكتريكي مي نمايند. در واقع ورود يك نوترون به درون هسته اين اتم سبب شكست آن شده و به ازاي هر اتم شكسته شده ۲۰۰ ميليون الكترون ولت انرژي و دو تكه شكست و تعدادي نوترون حاصل مي شود كه مي توانند اتم هاي ديگر را بشكنند. بنابراين در برخي از نيروگاه ها ترجيح مي دهند تا حدي اين ايزوتوپ را در مخلوط طبيعي دو ايزوتوپ غني كنند و بدين ترتيب مسئله غني سازي اورانيوم مطرح مي شود.
ساختار نيروگاه اتمي

به طور خلاصه چگونگي كاركرد نيروگاه هاي اتمي را بيان كرده و ساختمان دروني آنها را مورد بررسي قرار مي دهيم.
طي سال هاي گذشته اغلب كشورها به استفاده از اين نوع انرژي هسته اي تمايل داشتند و حتي دولت ايران ۱۵ نيروگاه اتمي به كشورهاي آمريكا، فرانسه و آلمان سفارش داده بود. ولي خوشبختانه بعد از وقوع دو حادثه مهم تري ميل آيلند (Three Mile Island) در ۲۸ مارس ۱۹۷۹ و فاجعه چرنوبيل (Tchernobyl) در روسيه در ۲۶ آوريل ۱۹۸۶، نظر افكار عمومي نسبت به كاربرد اتم براي توليد انرژي تغيير كرد و ترس و وحشت از جنگ اتمي و به خصوص امكان تهيه بمب اتمي در جهان سوم، كشورهاي غربي را موقتاً مجبور به تجديدنظر در برنامه هاي اتمي خود كرد.
نيروگاه اتمي در واقع يك بمب اتمي است كه به كمك ميله هاي مهاركننده و خروج دماي دروني به وسيله مواد خنك كننده مثل آب و گاز، تحت كنترل درآمده است. اگر روزي اين ميله ها و يا پمپ هاي انتقال دهنده مواد خنك كننده وظيفه خود را درست انجام ندهند، سوانح متعددي به وجود مي آيد و حتي ممكن است نيروگاه نيز منفجر شود، مانند فاجعه نيروگاه چرنوبيل شوروي. يك نيروگاه اتمي متشكل از مواد مختلفي است كه همه آنها نقش اساسي و مهم در تعادل و ادامه حيات آن را دارند. اين مواد عبارت اند از:
۱ _ ماده سوخت متشكل از اورانيوم طبيعي، اورانيوم غني شده، اورانيوم و پلوتونيم است.
عمل سوختن اورانيوم در داخل نيروگاه اتمي متفاوت از سوختن زغال يا هر نوع سوخت فسيلي ديگر است. در اين پديده با ورود يك نوترون كم انرژي به داخل هسته ايزوتوپ اورانيوم ۲۳۵ عمل شكست انجام مي گيرد و انرژي فراواني توليد مي كند. بعد از ورود نوترون به درون هسته اتم، ناپايداري در هسته به وجود آمده و بعد از لحظه بسيار كوتاهي هسته اتم شكسته شده و تبديل به دوتكه شكست و تعدادي نوترون مي شود. تعداد متوسط نوترون ها به ازاي هر ۱۰۰ اتم شكسته شده ۲۴۷ عدد است و اين نوترون ها اتم هاي ديگر را مي شكنند و اگر كنترلي در مهار كردن تعداد آنها نباشد واكنش شكست در داخل توده اورانيوم به صورت زنجيره اي انجام مي شود كه در زماني بسيار كوتاه منجر به انفجار شديدي خواهد شد.
در واقع ورود نوترون به درون هسته اتم اورانيوم و شكسته شدن آن توام با انتشار انرژي معادل با ۲۰۰ ميليون الكترون ولت است اين مقدار انرژي در سطح اتمي بسيار ناچيز ولي در مورد يك گرم از اورانيوم در حدود صدها هزار مگاوات است. كه اگر به صورت زنجيره اي انجام شود، در كمتر از هزارم ثانيه مشابه بمب اتمي عمل خواهد كرد.
اما اگر تعداد شكست ها را در توده اورانيوم و طي زمان محدود كرده به نحوي كه به ازاي هر شكست، اتم بعدي شكست حاصل كند شرايط يك نيروگاه اتمي به وجود مي آيد. به عنوان مثال نيروگاهي كه داراي ۱۰ تن اورانيوم طبيعي است قدرتي معادل با ۱۰۰ مگاوات خواهد داشت و به طور متوسط ۱۰۵ گرم اورانيوم ۲۳۵ در روز در اين نيروگاه شكسته مي شود و همان طور كه قبلاً گفته شد در اثر جذب نوترون به وسيله ايزوتوپ اورانيوم ۲۳۸ اورانيوم ۲۳۹ به وجود مي آمد كه بعد از دو بار انتشار پرتوهاي بتا (يا الكترون) به پلوتونيم ۲۳۹ تبديل مي شود كه خود مانند اورانيوم ۲۳۵ شكست پذير است. در اين عمل ۷۰ گرم پلوتونيم حاصل مي شود. ولي اگر نيروگاه سورژنراتور باشد و تعداد نوترون هاي موجود در نيروگاه زياد باشند مقدار جذب به مراتب بيشتر از اين خواهد بودو مقدار پلوتونيم هاي به وجود آمده از مقدار آنهايي كه شكسته مي شوند بيشتر خواهند بود. در چنين حالتي بعد از پياده كردن ميله هاي سوخت مي توان پلوتونيم به وجود آمده را از اورانيوم و فرآورده هاي شكست را به كمك واكنش هاي شيميايي بسيار ساده جدا و به منظور تهيه بمب اتمي ذخيره كرد.
۲ _ نرم كننده ها موادي هستند كه برخورد نوترون هاي حاصل از شكست با آنها الزامي است و براي كم كردن انرژي اين نوترون ها به كار مي روند. زيرا احتمال واكنش شكست پي در پي به ازاي نوترون هاي كم انرژي بيشتر مي شود. آب سنگين (D2O) يا زغال سنگ (گرافيت) به عنوان نرم كننده نوترون به كار برده مي شوند.
۳ _ ميله هاي مهاركننده: اين ميله ها از مواد جاذب نوترون درست شده اند و وجود آنها در داخل رآكتور اتمي الزامي است و مانع افزايش ناگهاني تعداد نوترون ها در قلب رآكتور مي شوند. اگر اين ميله ها كار اصلي خود را انجام ندهند، در زماني كمتر از چند هزارم ثانيه قدرت رآكتور چند برابر شده و حالت انفجاري يا ديورژانس رآكتور پيش مي آيد. اين ميله ها مي توانند از جنس عنصر كادميم و يا بور باشند.
۴ _ مواد خنك كننده يا انتقال دهنده انرژي حرارتي: اين مواد انرژي حاصل از شكست اورانيوم را به خارج از رآكتور انتقال داده و توربين هاي مولد برق را به حركت در مي آورند و پس از خنك شدن مجدداً به داخل رآكتور برمي گردند. البته مواد در مدار بسته و محدودي عمل مي كنند و با خارج از محيط رآكتور تماسي ندارند. اين مواد مي توانند گاز CO2 ، آب، آب سنگين، هليم گازي و يا سديم مذاب باشند.
غنی سازی اورانيم

سنگ معدن اورانيوم موجود در طبيعت از دو ايزوتوپ ۲۳۵ به مقدار ۷/۰ درصد و اورانيوم ۲۳۸ به مقدار ۳/۹۹ درصد تشكيل شده است. سنگ معدن را ابتدا در اسيد حل كرده و بعد از تخليص فلز، اورانيوم را به صورت تركيب با اتم فلئور (F) و به صورت مولكول اورانيوم هكزا فلورايد UF6 تبديل مي كنند كه به حالت گازي است. سرعت متوسط مولكول هاي گازي با جرم مولكولي گاز نسبت عكس دارد اين پديده را گراهان در سال ۱۸۶۴ كشف كرد. از اين پديده كه به نام ديفوزيون گازي مشهور است براي غني سازي اورانيوم استفاده مي كنند.در عمل اورانيوم هكزا فلورايد طبيعي گازي شكل را از ستون هايي كه جدار آنها از اجسام متخلخل (خلل و فرج دار) درست شده است عبور مي دهند. منافذ موجود در جسم متخلخل بايد قدري بيشتر از شعاع اتمي يعني در حدود ۵/۲ انگشترم (۰۰۰۰۰۰۰۲۵/۰ سانتيمتر) باشد. ضريب جداسازي متناسب با اختلاف جرم مولكول ها است.روش غني سازي اورانيوم تقريباً مطابق همين اصولي است كه در اينجا گفته شد. با وجود اين مي توان به خوبي حدس زد كه پرخرج ترين مرحله تهيه سوخت اتمي همين مرحله غني سازي ايزوتوپ ها است زيرا از هر هزاران كيلو سنگ معدن اورانيوم ۱۴۰ كيلوگرم اورانيوم طبيعي به دست مي آيد كه فقط يك كيلوگرم اورانيوم ۲۳۵ خالص در آن وجود دارد. براي تهيه و تغليظ اورانيوم تا حد ۵ درصد حداقل ۲۰۰۰ برج از اجسام خلل و فرج دار با ابعاد نسبتاً بزرگ و پي درپي لازم است تا نسبت ايزوتوپ ها تا از برخي به برج ديگر به مقدار ۰۱/۰ درصد تغيير پيدا كند. در نهايت موقعي كه نسبت اورانيوم ۲۳۵ به اورانيوم ۲۳۸ به ۵ درصد رسيد بايد براي تخليص كامل از سانتريفوژهاي بسيار قوي استفاده نمود. براي ساختن نيروگاه اتمي، اورانيوم طبيعي و يا اورانيوم غني شده بين ۱ تا ۵ درصد كافي است. ولي براي تهيه بمب اتمي حداقل ۵ تا ۶ كيلوگرم اورانيوم ۲۳۵ صددرصد خالص نياز است. عملا در صنايع نظامي از اين روش استفاده نمي شود و بمب هاي اتمي را از پلوتونيوم ۲۳۹ كه سنتز و تخليص شيميايي آن بسيار ساده تر است تهيه مي كنند. عنصر اخير را در نيروگاه هاي بسيار قوي مي سازند كه تعداد نوترون هاي موجود در آنها از صدها هزار ميليارد نوترون در ثانيه در سانتيمتر مربع تجاوز مي كند. عملاً كليه بمب هاي اتمي موجود در زراد خانه هاي جهان از اين عنصر درست مي شود.روش ساخت اين عنصر در داخل نيروگاه هاي اتمي به صورت زير است: ايزوتوپ هاي اورانيوم ۲۳۸ شكست پذير نيستند ولي جاذب نوترون كم انرژي (نوترون حرارتي هستند. تعدادي از نوترون هاي حاصل از شكست اورانيوم ۲۳۵ را جذب مي كنند و تبديل به اورانيوم ۲۳۹ مي شوند. اين ايزوتوپ از اورانيوم بسيار ناپايدار است و در كمتر از ده ساعت تمام اتم هاي به وجود آمده تخريب مي شوند. در درون هسته پايدار اورانيوم ۲۳۹ يكي از نوترون ها خودبه خود به پروتون و يك الكترون تبديل مي شود.بنابراين تعداد پروتون ها يكي اضافه شده و عنصر جديد را كه ۹۳ پروتون دارد نپتونيم مي نامند كه اين عنصر نيز ناپايدار است و يكي از نوترون هاي آن خود به خود به پروتون تبديل مي شود و در نتيجه به تعداد پروتون ها يكي اضافه شده و عنصر جديد كه ۹۴ پروتون دارد را پلوتونيم مي نامند. اين تجربه طي چندين روز انجام مي گيرد.
چرخه سوخت هسته ای از استخراج اورانيوم تا توليد انرژی


00182541.JPG
استخراج اورانيوم از معدن
 

 

http://www.arteshi.com/showthread.php?t=13897

9 people like this

Share this post


Link to post
Share on other sites

اورانيوم که ماده خام اصلی مورد نياز برای توليد انرژی در برنامه های صلح آميز يا نظامی هسته ای است، از طريق استخراج از معادن زيرزمينی يا سر باز بدست می آيد. اگر چه اين عنصر بطور طبيعی در سرتاسر جهان يافت ميشود اما تنها حجم کوچکی از آن بصورت متراکم در معادن موجود است.
هنگامی که هسته اتم اورانيوم در يک واکنش زنجيره ای شکافته شود مقداری انرژی آزاد خواهد شد.
برای شکافت هسته اتم اورانيوم، يک نوترون به هسته آن شليک ميشود و در نتيجه اين فرايند، اتم مذکور به دو اتم کوچکتر تجزيه شده و تعدادی نوترون جديد نيز آزاد ميشود که هرکدام به نوبه خود ميتوانند هسته های جديدی را در يک فرايند زنجيره ای تجزيه کنند.

00182542.JPG

جموع جرم اتمهای کوچکتری که از تجزيه اتم اورانيوم بدست می آيد ازز کل جرم اوليه اين اتم کمتر است و اين بدان معناست که مقداری از جرم اوليه که ظاهرا ناپديد شده در واقع به انرژی تبديل شده است، و اين انرژی با استفاده از رابطه E=MC۲ يعنی رابطه جرم و انرژی که آلبرت اينشتين نخستين بار آنرا کشف کرد قابل محاسبه است.
اورانيوم به صورت دو ايزوتوپ مختلف در طبيعت يافت ميشود. يعنی اورانيوم U۲۳۵ يا U۲۳۸ که هر دو دارای تعداد پروتون يکسانی بوده و تنها تفاوتشان در سه نوترون اضافه ای است که در هسته U۲۳۸ وجود دارد. اعداد ۲۳۵ و ۲۳۸ بيانگر مجموع تعداد پروتونها و نوترونها در هسته هر کدام از اين دو ايزوتوپ است.
کشورهای اصلی توليد کننده اورانيوم

استراليا
چين
کانادا
قزاقستان
ناميبيا
نيجر
روسيه
ازبکستان
برای بدست آوردن بالاترين بازدهی در فرايند زنجيره ای شکافت هسته بايد از اورانيوم ۲۳۵ استفاده کرد که هسته آن به سادگی شکافته ميشود. هنگامی که اين نوع اورانيوم به اتمهای کوچکتر تجزيه ميشود علاوه بر آزاد شدن مقداری انرژی حرارتی دو يا سه نوترون جديد نيز رها ميشود که در صورت برخورد با اتمهای جديد اورانيوم بازهم انرژی حرارتی بيشتر و نوترونهای جديد آزاد ميشود.
اما بدليل "نيمه عمر" کوتاه اورانيوم ۲۳۵ و فروپاشی سريع آن، اين ايزوتوپ در طبيعت بسيار نادر است بطوری که از هر ۱۰۰۰ اتم اورانيوم موجود در طبيعت تنها هفت اتم از نوع U۲۳۵ بوده و مابقی از نوع سنگينتر U۲۳۸ است.
فراوری:
سنگ معدن اورانيوم بعد از استخراج، در آسيابهائی خرد و به گردی نرم تبديل ميشود. گرد بدست آمده سپس در يک فرايند شيميائی به ماده جامد زرد رنگی تبديل ميشود که به کيک زرد موسوم است. کيک زرد دارای خاصيت راديو اکتيويته است و ۶۰ تا ۷۰ درصد آنرا اورانيوم تشکيل ميدهد.
دانشمندان هسته ای برای دست يابی هرچه بيشتر به ايزوتوپ نادر U۲۳۵ که در توليد انرژی هسته ای نقشی کليدی دارد، از روشی موسوم به غنی سازی استفاده می کنند. برای اين کار، دانشمندان ابتدا کيک زرد را طی فرايندی شيميائی به ماده جامدی به نام هگزافلوئوريد اورانيوم تبديل ميکنند که بعد از حرارت داده شدن در دمای حدود ۶۴ درجه سانتيگراد به گاز تبديل ميشود.

00182543.JPG

بايد اين گاز را دور از معرض روغن و مواد چرب کننده ديگر نگهداری کرد.
غنی سازی:

هدف از غنی سازی توليد اورانيومی است که دارای درصد بالايی از ايزوتوپ U۲۳۵ باشد.
اورانيوم مورد استفاده در راکتورهای اتمی بايد به حدی غنی شود که حاوی ۲ تا ۳ درصد اورانيوم ۲۳۵ باشد، در حالی که اورانيومی که در ساخت بمب اتمی بکار ميرود حداقل بايد حاوی ۹۰ درصد اورانيوم ۲۳۵ باشد.
يکی از روشهای معمول غنی سازی استفاده از دستگاههای سانتريفوژ گاز است.
سانتريفوژ از اتاقکی سيلندری شکل تشکيل شده که با سرعت بسيار زياد حول محور خود می چرخد. هنگامی که گاز هگزا فلوئوريد اورانيوم به داخل اين سيلندر دميده شود نيروی گريز از مرکز ناشی از چرخش آن باعث ميشود که مولکولهای سبکتری که حاوی اورانيوم ۲۳۵ است در مرکز سيلندر متمرکز شوند و مولکولهای سنگينتری که حاوی اورانيوم ۲۳۸ هستند در پايين سيلندر انباشته شوند.

00182544.JPG
10 people like this

Share this post


Link to post
Share on other sites

کيک زرد دارای خاصيت راديو اکتيويته است و ۶۰ تا ۷۰ درصد آنرا اورانيوم تشکيل ميدهد
هگزافلوئوريد اورانيوم که در صنعت با نام ساده هگز شناخته ميشود ماده شيميائی خورنده ايست که بايد آنرا با احتياط نگهداری و جابجا کرد. به همين دليل پمپها و لوله هائی که برای انتقال اين گاز در تاسيسات فراوری اورانيوم بکار ميروند بايد از آلومينيوم و آلياژهای نيکل ساخته شوند. همچنين به منظور پيشگيری از هرگونه واکنش شيميايی برگشت ناپذير
ورانيوم ۲۳۵ غنی شده ای که از اين طريق بدست می آيد سپس به داخلاخل سانتريفوژ ديگری دميده ميشود تا درجه خلوص آن باز هم بالاتر رود. اين عمل بارها و بارها توسط سانتريفوژهای متعددی که بطور سری به يکديگر متصل ميشوند تکرار ميشود تا جايی که اورانيوم ۲۳۵ با درصد خلوص مورد نياز بدست آيد.
آنچه که پس از جدا سازی اورانيوم ۲۳۵ باقی ميماند به نام اورانيوم خالی يا فقير شده شناخته ميشود که اساسا از اورانيوم ۲۳۸ تشکيل يافته است. اورانيوم خالی فلز بسيار سنگينی است که اندکی خاصيت راديو اکتيويته دارد و از آن برای ساخت گلوله های توپ ضد زره پوش و اجزای برخی جنگ افزار های ديگر از جمله منعکس کننده نوترونی در بمب اتمی استفاده ميشود.
يک شيوه ديگر غنی سازی روشی موسوم به ديفيوژن يا روش انتشاری است.
دراين روش گاز هگزافلوئوريد اورانيوم به داخل ستونهايی که جدار آنها از اجسام متخلخل تشکيل شده دميده ميشود. سوراخهای موجود در جسم متخلخل بايد قدری از قطر مولکول هگزافلوئوريد اورانيوم بزرگتر باشد.
در نتيجه اين کار مولکولهای سبکتر حاوی اورانيوم ۲۳۵ با سرعت بيشتری در اين ستونها منتشر شده و تفکيک ميشوند. اين روش غنی سازی نيز بايد مانند روش سانتريفوژ بارها و باره تکرار شود.
راکتور هسته ای:

راکتور هسته ای وسيله ايست که در آن فرايند شکافت هسته ای بصورت کنترل شده انجام ميگيرد. انرژی حرارتی بدست آمده از اين طريق را می توان برای بخار کردن آب و به گردش درآوردن توربين های بخار ژنراتورهای الکتريکی مورد استفاده قرار داد.
اورانيوم غنی شده ، معمولا به صورت قرصهائی که سطح مقطعشان به اندازه يک سکه معمولی و ضخامتشان در حدود دو و نيم سانتيمتر است در راکتورها به مصرف ميرسند. اين قرصها روی هم قرار داده شده و ميله هايی را تشکيل ميدهند که به ميله سوخت موسوم است. ميله های سوخت سپس در بسته های چندتائی دسته بندی شده و تحت فشار و در محيطی عايقبندی شده نگهداری ميشوند.
در بسياری از نيروگاهها برای جلوگيری از گرم شدن بسته های سوخت در داخل راکتور، اين بسته ها را داخل آب سرد فرو می برند. در نيروگاههای ديگر برای خنک نگه داشتن هسته راکتور ، يعنی جائی که فرايند شکافت هسته ای در آن رخ ميدهد ، از فلز مايع (سديم) يا گاز دی اکسيد کربن استفاده می شود.

00182545.JPG

1- هسته راکتور
2-پمپ خنک کننده
3- ميله های سوخت
4- مولد بخار
5- هدايت بخار به داخل توربين مولد برق
برای توليد انرژی گرمائی از طريق فرايند شکافت هسته ای ، اورانيومی که در هسته راکتور قرار داده ميشود بايد از جرم بحرانی بيشتر (فوق بحرانی) باشد. يعنی اورانيوم مورد استفاده بايد به حدی غنی شده باشد که امکان آغاز يک واکنش زنجيره ای مداوم وجود داشته باشد.
برای تنظيم و کنترل فرايند شکافت هسته ای در يک راکتور از ميله های کنترلی که معمولا از جنس کادميوم است استفاده ميشود. اين ميله ها با جذب نوترونهای آزاد در داخل راکتور از تسريع واکنشهای زنجيره ای جلوگيری ميکند. زيرا با کاهش تعداد نوترونها ، تعداد واکنشهای زنجيره ای نيز کاهش ميابد.
حدودا ۴۰۰ نيروگاه هسته ای در سرتاسر جهان فعال هستند که تقريبا ۱۷ درصد کل برق مصرفی در جهان را تامين ميکنند. از جمله کاربردهای ديگر راکتورهای هسته ای، توليد نيروی محرکه لازم برای جابجايی ناوها و زيردريايی های اتمی است.
بازفراوری:

برای بازيافت اورانيوم از سوخت هسته ای مصرف شده در راکتور از عمليات شيميايی موسوم به بازفراوری استفاده ميشود. در اين عمليات، ابتدا پوسته فلزی ميله های سوخت مصرف شده را جدا ميسازند و سپس آنها را در داخل اسيد نيتريک داغ حل ميکنند.

00182546.JPG

در نتيجه اين عمليات، ۱% پلوتونيوم ، ۳% مواد زائد به شدت راديوراديو اکتيو و ۹۶% اورانيوم بدست می آيد که دوباره ميتوان آنرا در راکتور به مصرف رساند.
راکتورهای نظامی اين کار را بطور بسيار موثرتری انجام ميدهند. راکتور و تاسيسات باز فراوری مورد نياز برای توليد پلوتونيوم را ميتوان بطور پنهانی در داخل ساختمانهای معمولی جاسازی کرد. به همين دليل، توليد پلوتونيوم به اين طريق، برای هر کشوری که بخواهد بطور مخفيانه تسليحات اتمی توليد کند گزينه جذابی خواهد بود.
بمب پلوتونيومی:

استفاده از پلوتونيوم به جای اورانيوم در ساخت بمب اتمی مزايای بسياری دارد. تنها چهار کيلوگرم پلوتونيوم برای ساخت بمب اتمی با قدرت انفجار ۲۰ کيلو تن کافی است. در عين حال با تاسيسات بازفراوری نسبتا کوچکی ميتوان چيزی حدود ۱۲ کيلوگرم پلوتونيوم در سال توليد کرد.
بمب پلوتونيومی
 

00182547.JPG

1- منبع يا مولد نوترونی
2- هسته پلوتونيومی
3- پوسته منعکس کننده (بريليوم)
4- ماده منفجره پرقدرت
5- چاشنی انفجاری
کلاهک هسته ای شامل گوی پلوتونيومی است که اطراف آنرا پوسته ای موسوم به منعکس کننده نوترونی فرا گرفته است. اين پوسته که معمولا از ترکيب بريليوم و پلونيوم ساخته ميشود، نوترونهای آزادی را که از فرايند شکافت هسته ای به بيرون ميگريزند، به داخل اين فرايند بازمی تاباند.
استفاده از منعکس کننده نوترونی عملا جرم بحرانی را کاهش ميدهد و باعث ميشود که برای ايجاد واکنش زنجيره ای مداوم به پلوتونيوم کمتری نياز باشد.
برای کشور يا گروه تروريستی که بخواهد بمب اتمی بسازد، توليد پلوتونيوم با کمک راکتورهای هسته ای غير نظامی از تهيه اورانيوم غنی شده آسانتر خواهد بود. کارشناسان معتقدند که دانش و فناوری لازم برای طراحی و ساخت يک بمب پلوتونيومی ابتدائی، از دانش و فنآوری که حمله کنندگان با گاز اعصاب به شبکه متروی توکيو در سال ۱۹۹۵ در اختيار داشتند پيشرفته تر نيست.
چنين بمب پلوتونيومی ميتواند با قدرتی معادل ۱۰۰ تن تی ان تی منفجر شود، يعنی ۲۰ مرتبه قويتر از قدرتمندترين بمبگزاری تروريستی که تا کنون در جهان رخ داده است.
بمب اورانيومی:

هدف طراحان بمبهای اتمی ايجاد يک جرم فوق بحرانی ( از اورانيوم يا پلوتونيوم) است که بتواند طی يک واکنش زنجيره ای مداوم و کنترل نشده، مقادير متنابهی انرژی حرارتی آزاد کند.
يکی از ساده ترين شيوه های ساخت بمب اتمی استفاده از طرحی موسوم به "تفنگی" است که در آن گلوله کوچکی از اورانيوم که از جرم بحرانی کمتر بوده به سمت جرم بزرگتری از اورانيوم شليک ميشود بگونه ای که در اثر برخورد اين دو قطعه، جرم کلی فوق بحرانی شده و باعث آغاز واکنش زنجيره ای و انفجار هسته ای ميشود.
کل اين فرايند در کسر کوچکی از ثانيه رخ ميدهد.
جهت توليد سوخت مورد نياز بمب اتمی، هگزا فلوئوريد اورانيوم غنی شده را ابتدا به اکسيد اورانيوم و سپس به شمش فلزی اورانيوم تبديل ميکنند. انجام اين کار از طريق فرايندهای شيميائی و مهندسی نسبتا ساده ای امکان پذير است.

00182548.JPG
10 people like this

Share this post


Link to post
Share on other sites

درت انفجار يک بمب اتمی معمولی حداکثر ۵۰ کيلو تن است، اما با با کمک روش خاصی که متکی بر مهار خصوصيات جوش يا گداز هسته ای است ميتوان قدرت بمب را افزايش داد.
در فرايند گداز هسته ای ، هسته های ايزوتوپهای هيدروژن به يکديگر جوش خورده و هسته اتم هليوم را ايجاد ميکنند. اين فرايند هنگامی رخ ميدهد که هسته های اتمهای هيدروژن در معرض گرما و فشار شديد قرار بگيرند. انفجار بمب اتمی گرما و فشار شديد مورد نياز برای آغاز اين فرايند را فراهم ميکند.
طی فرايند گداز هسته ای نوترونهای بيشتری رها ميشوند که با تغذيه واکنش زنجيره ای، انفجار شديدتری را بدنبال می آورند. اينگونه بمبهای اتمی تقويت شده به بمبهای هيدروژنی يا بمبهای اتمی حرارتی موسومند.
غنی سازی اورانیوم

سانتریفیوژ دستگاهی است که برای جدا سازی مواد از یکدیگر بر اساس وزن آنها استفاده می شود. این دستگاه مواد را با سرعت زیاد حول یک محور به گردش در می آورد و مواد متناسب با وزنی که دارند از محور فاصله می گیرند.
در واقع در این روش برای جدا سازی مواد از یکدیگر از شتاب ناشی از نیروی گریز از مرکز استفاده می گردد، کاربرد عمومی این دستگاه برای جداسازی مایع از مایع و یا مایع از جامد است.
سانتریفیوژ هایی که برای غنی سازی اورانیوم استفاده می شود حالت خاصی دارند که برای گاز تهیه شده اند که به آنها Hyper-Centrifuge گفته می شود. پیش از آنکه دانشمندان از این روش برای غنی سازی اورانیوم استفاده کنند از تکنولوژی خاصی بنام Gaseous Diffusion به معنی پخش و توزیع گازی استفاده می کردند.

00182549.JPG

Gaseous Diffusion

در روش Gaseous Diffusion، گاز هگزافلوراید اورانیوم (UF6) را با سرعت از صفحات خاصی که حالت ----- دارند عبور داده می شود و طی آن این صفحات می توانند به دلیل داشتن منافذ و خلل و فرج زیاد تا حدی می توانند اوانیوم 235 را از 238 جدا کنند. (به شکل بالا دقت کنید)
در این روش با تکرار استفاده از این صفحات ----- مانند، بصورت آبشاری (Cascade)، میزان اورانیوم 235 را به مقدار دلخواه بالا می بردند. این روش اولین راهکارهای صنعتی برای غنی سازی اورانیوم بود که کابرد عملی پیدا کرد.
Gaseous Diffusion از جمله تکنولوژی هایی بود که ایالات متحده طی جنگ جهانی دوم در پروژه ای بنام منهتن (Manhattan) برای ساخت بمب هسته ای، با کمک انگلیس و کانادا به آن دست پیدا کرد.
نمونه ای از سانتریفیوژهای گازی آبشاری که برای غنی سازی اورانیوم از آنها استفاده می شود. Hyper-Centrifuge
اما در روش استفاده از سانتریفیوژ برای غنی سازی اورانیوم، تعداد بسیار زیادی از این دستگاهها بصورت سری و موازی بکار می برند تا با کمک آن بتوانند غلظت اورانیوم 235 را افزایش دهند.
گاز هگزافلوراید اورانیوم (UF6) در داخل سیلندرهای سانتریفیوژ تزریق می شود و با سرعت زیاد به گردش در آورده می گردد. گردش سریع سیلندر، نیروی گریز از مرکز بسیار قوی ای تولید می کند و طی آن مولکولهای سنگین تر (آنهایی که شامل ایزوتوپ اورانیوم 238 هستند) از مرکز محور گردش دور تر می گردند و برعکس آنها که مولکول های سبک تری دارند (حاوی ایزوتوپ اورانیوم 235) بیشتر حول محور سانتریفیوژ قرار می گیرند.
در این هنگام با استفاده از روشهای خاص گازی که حول محور جمع شده است جمع آوری شده به مرحله دیگر یعنی دستگاه سانتریفیوژ بعدی هدایت می گردد. میزان گاز هگزافلوراید اورانیوم شامل اورانیوم 235 ای که در این روش از یک واحد جداسازی بدست می آید به مراتب بیشتر از مقداری است که در روش قبلی (Gaseous Diffusion) بدست می آید، به همین علت است که امروزه در بیشتر نقاط جهان برای غنی سازی اورانیوم از این روش استفاده می کنند.
بزرگترین دستگاههای آبشاری سانتریفیوژ در کشورهایی مانند فرانسه، آلمان، انگلستان و چین در حال غنی سازی اورانیوم هستد. این کشورها علاوه بر مصرف داخلی به صادرات اورانیوم غنی شده نیز می پردازند. کشور ژاپن هم دارای دستگاههای بزرگ سانتریفیوژ است اما تنها برای مصرف داخلی اورانیوم غنی شده تولید می کند.
بمب هاى هسته اى

•چرا اورانيوم و پلوتونيوم؟

ايزوتوپ معمول اورانيوم (اورانيوم ۲۳۸) براى ساخت سلاح اتمى مناسب نيست. چرا كه با شليك نوترونى به هسته اين ايزوتوپ، احتمال به دام افتادن نوترون و تشكيل اورانيوم ۲۳۹ از احتمال شكافت هسته اى بسيار بيشتر است. درحالى كه در اورانيوم ۲۳۵ امكان شكافت هسته اى بيشتر است. اما فقط ۷/۰ درصد اورانيوم موجود در طبيعت، ايزوتوپ ۲۳۵ است. به همين خاطر براى تهيه مقدار مورد نياز اورانيوم ۲۳۵ براى ساخت بمب، به مقدار زيادى از اورانيوم طبيعى نياز است. در عين حال ايزوتوپ هاى ۲۳۵ و ۲۳۹ اورانيوم به روش هاى شيميايى قابل جداسازى نيستند؛ چرا كه از لحاظ شيميايى يكسانند. بنابراين دانشمندان پروژه منهتن قبل از ساختن بمب بايد مسئله ديگرى را حل مى كردند؛ جداسازى ايزوتوپ هاى اورانيوم به روش هاى غيرشيميايى. پژوهش ها همچنين نشان مى داد كه پلوتونيوم ۲۳۹ قابليت شكافت هسته اى بالايى دارد. گرچه پلوتونيوم ۲۳۹ يك عنصر طبيعى نيست و بايد ساخته شود. رآكتورهاى هنفورد در واشينگتن به همين منظور ساخته شده اند.

001825410.JPG

• «پسربچه»2.gifLittle boy) يك بمب شليكى

طرح «پسربچه» شامل تفنگى است كه توده اى از اورانيوم ۲۳۵ را به سمت توده ديگرى از اين ايزوتوپ شليك مى كند. به اين ترتيب يك جرم فوق بحرانى توليد مى شود. نكته اساسى كه حتماً بايد رعايت شود اين است كه اين توده ها بايد در زمانى كوتاه تر از حدفاصل بين شكافت هاى خود به خودى در كنار هم نگه داشته شوند. به محض اينكه دو توده اورانيوم در كنار هم قرار گرفتند، ناگهان چاشنى توده اى از نوترون ها را توليد مى كند و زنجيره واكنش ها آغاز مى شود. با ادامه اين زنجيره، انرژى مدام افزايش مى يابد تا بمب به سادگى و خودبه خود منفجر شود.

001825411.JPG

1- در دنباله پليسه بردارى
۲- مخروط دم
۳- لوله هاى ورود هوا
۴- چاشنى فشار هوا
۵- محفظه پوشش محافظ سربى
۶- بازوى چاشنى
۷- سرانفجارى
۸- چاشنى انفجارى معمول
۹- اورانيوم ۲۳۵ (گلوله)
۱۰- سيلندر توپ
۱۱- اورانيوم ۲۳۵ (هدف) با مخزن
(منعكس كننده نوترون درست اين بالا است)
۱۲- ميله هاى كنترل فاصله
۱۳- فيوزها

001825412.JPG

• «مرد چاق»(Fat man) : بمب انفجار درونى

شكافت خودبه خودى پلوتونيوم ۲۳۹ آنقدر سريع است كه بمب تفنگى (پسربچه) نمى تواند دو توده پلوتونيوم را در زمانى كوتاه تر از حد فاصل شكافت ها كنار هم نگه دارد. بنابراين براى پلوتونيوم بايد نوع ديگرى از بمب طراحى شود. قبل از سواركردن بمب، چند نوترون سرگردان رها مى شوند تا زنجيره واكنش پيش رس را آغاز كنند. اين زنجيره موجب كاهش عظيم انرژى منتشر شده مى شود. «ست ندرمى ير» (دانشمندى از لس آلاموس) ايده استفاده از چاشنى هاى انفجارى را براى كمپرس بسيار سريع كره پلوتونيوم مطرح كرد و بسط داد. با اين روش كره پلوتونيوم به چگالى مناسب بحرانى مى رسد و انفجار هسته اى رخ مى دهد.

001825413.JPG

1- :AN 219 فيوز تخريب
۲- :Archie آنتن رادار
۳- صفحه باترى ها
۴- واحد :Xسيستم جرقه زن كنار چاشنى
۵- لولا براى ثابت نگه داشتن دو بخش بيفوى بمب
۶- لنز پنج ضلعى با قابليت انفجار بالا
۷- لنز شش ضلعى با قابليت انفجار زياد
۸- چتر نجات كاليفرنيا دنباله (آلومينيوم)
۹- حفاظ دور، قطر داخلى cm ۱۴۰
۱۰- مخروط هايى كه كل كره را در بر مى گيرند
۱۱- لنزهاى انفجارى
۱۲- ماده هسته اى
۱۳- صفحه رادارها، سوئيچ هاى هوا و تايمرها
۱۴- جمع كننده لوله هوا
• بمب انفجار داخلى: بمب كثيف

انفجار درونى كه در واقع عكس انفجار بيرونى است ماده و انرژى را چگال و متمركز مى كند. ويرانى ساختمان بر اثر انفجار بيرونى باعث مى شود كه ساختمان روى خودش آوار شود. اصطلاحاً گفته مى شود كه «ساختمان از درون منفجر شده است.» انفجار درونى، آوار شدن از داخل است. درست مقابل انفجار بيرونى، يك كره توخالى پلوتونيوم مى تواند با چاشنى كروى انفجارى خارجى، از درون منفجر شده و به عنوان ماشه يك بمب شكافت هسته اى به كار رود. اين بمب هم به نوبه خود مى تواند يك ماشه انفجار داخلى براى يك جور هم جوشى باشد. در بحث كاويتاسيون انفجار درونى يك فرآيند مكثى است كه ذرات را مجبور به حركت به سمت داخل مى كند (نه حركت به سمت خارج كه مربوط به انفجار بيرونى است) اين حركت مركزگراى درونى، از يك مسير مستقيم به سمت مركز (مسير شعاعى) پيروى نمى كند، بلكه با چرخش روى يك مسير مارپيچى حركتش را انجام مى دهد. اين حركت چرخشى ورتكس نام دارد. در كاويتاسيون به خاطر فشار كم، حباب هاى كوچكى از بخار آب در يك سمت پروانه تشكيل مى شود. با تخريب اين حباب ها، موج هاى ناگهانى محلى شديدى به وجود مى آيد كه سر و صدا توليد مى كند و منجر به شكست محلى در سطح پروانه مى شود. ادامه اين روند سايش ماده را به دنبال دارد. مشخصه اصلى ورتكس اين است كه خارج آن كند و مركز آن تند حركت مى كند. در ورتكس، آب «از درون منفجر مى شود» ذرات معلقى كه از آب سنگين ترند به مركز جريان كشيده مى شوند، مقاومت اصطكاكى كاهش مى يابد و سرعت جريان زياد مى شود.

001825414.JPG

مراحل انفجار داخلى

۱ ماده منفجر ه اى كه ماده شكافت پذير را در برگرفته است، مشتعل مى شود. ۲ يك موج ناگهانى تراكمى به سمت داخل شروع به حركت مى كند. سرعت اين موج ناگهانى از سرعت صوت بيشتر است و سبب افزايش قابل توجه شار مى رود. موج در يك لحظه به تمام نقاط روى سطح كروى ماده شكافت پذير در هسته بمب حمله مى كند، فرآيند تراكم آغاز مى شود. ۳ با افزايش چگالى هسته، جرم به حالت بحرانى و سپس فوق بحرانى مى رود كه در آن زنجيره واكنش ها به صورت نهايى زياد مى شود. ۴ اكنون پخش شدن چاشنى به رها شدن نوترون هاى زياد منجر مى شود. به همين دليل خيلى از توليدات اوليه باى پس مى شوند.۵ زنجيره واكنش ها همچنان ادامه مى يابد. تا زمانى كه انرژى توليد شده در درون بمب به قدرى بزرگ شود كه فشار درونى (ناشى از انرژى شكافت) به مقدارى بيش از فشار انفجار داخلى و ناشى از موج ناگهانى برسد.۶ با از هم جدا كردن بمب، انرژى منتشر شده در فرآيند شكافت، به اطراف انتقال مى يابد.

001825415.JPG

•بمب هيدروژنى

بازده هيدروژنى به وسيله مقدار ليتيوم دوترايد (deuteride) و نيز مواد شكافت پذير اضافه كنترل مى شود. براى تامين نوترون هاى اضافه فرآيند هم جوشى (fusion) معمولاً اورانيوم ۲۳۸ در بخش هاى مختلف بمب به كار مى رود. اين ماده شكافت پذير اضافه (اورانيوم ۲۳۸) در عين حال تشعشعات اتمى باكيفيت بالا نيز توليد مى كند.

001825416.JPG

بمب نوترونى

بمب نوترونى يك بمب هيدروژنى است. بمب نوترونى به كلى با ساير سلاح هاى اتمى استاندارد تفاوت دارد. چرا كه اثرهاى مهلك بمب كه از تشعشعات مضر مى آيد، به خاطر نوترون هايى است كه خودش رها مى كند. اين بمب همچنين به نام «سلاح تشعشع افزوده» (enhanced- radiation weapon) شناخته مى شود.اثرات تشعشع افزوده در بمب نوترونى بدين صورت است كه آثار حرارتى و تخريبى اين بمب نسبت به ساير سلاح هاى اتمى كمتر است. به همين دليل ساختارهاى فيزيكى مثل ساختمان ها و مراكز صنعتى كمتر خسارت مى بينند و بمب بيشترين آسيب را به انسان وارد مى كند. از آنجا كه اثرات تشعشع نوترون با افزايش فاصله به شدت كاهش مى يابد اثر بمب در مناطق نزديك به آن و مراكز دور از آن به وضوح تفاوت دارد. اين ويژگى كاملاً مطلوب كشورهاى عضو پيمان آتلانتيك شمالى (ناتو) است، چرا كه آنها مى خواهند آمادگى نبرد در مناطق پرازدحام را داشته باشند درحالى كه انواع ديگر انفجارهاى هسته اى، زندگى شهرى و دارايى ها را به خطر مى اندازند بمب نوترونى فقط با زنده ها سر و كار دارد.
منبع:http://www.iranhalls.com/

10 people like this

Share this post


Link to post
Share on other sites

ایرنا:بنا بر اعلام رسمي سازمان انرژي اتمي ايران،400 معدن اورانيوم در سرزمين زرخيز ايران شناسايي شده اند که سبب خواهند شد نسلهاي آتي ايرانيان نيز از مواهب انرژي هسته اي بهره مند باشند.

در همين رابطه نشريه "The E cho of IRAN" چاپ لندن در شماره 12 ژانويه 1989 خود در مورد ارزش ذخاير اورانيوم ايران مى نويسد:«پس از 5 سال جست وجو در منطقه ساغند يزد، کارشناسان به ذخاير اورانيوم بيش از 3 هزار تن و موليبرنوم 4 هزار تن دست يافته اند... اعلام شده که تاکنون بين 50 تا 100 ميليون دلار در اکتشاف اين معادن سرمايه گذارى شده است و افزايش سرمايه گذارى به ميزان 300 ميليون دلار ديگر در خلال دهه 90 ، استخراج و صدور آنها را به ارزش تخمينى 150 ميليارد دلار امکان پذير خواهد ساخت.»

علاوه بر معادن مذکور معادن جديدى نيز کشف گرديده است، معدن اورانيوم بندرعباس در مقايسه با ساقند يزد معدنى روباز است و از اين نظر سرمايه گذارى اندکى را براى هزينه جمع آورى و انتقال سنگ معدن دربرمى گيرد، ميزان ذخاير انبوه اين معدن به سهولت قابل محاسبه نيست، و ابعاد اين معدن هنوز به طور کامل شناسايى نشده است. اما شناسايى هاى اوليه حکايت از ذخاير قابل توجه در اين معدن دارد.

در همين حال کارشناسان سازمان انرژى اتمى در حال برنامه ريزى براى شناسايى جامع از ذخاير اورانيوم کشور هستند که پيش بينى مى شود در آينده اي نه چندان دور سرمايه گذارى وسيعى را در نقاط مختلف کشور شاهد باشيم. بنا بر اعلام رييس سازمان انرژي اتمي ايران منابع آتي اورانيوم ايران از آذربايجان، شمال خراسان، مرکز ايران و بندرعباس استخراج و فراوري خواهند شد.طبق محاسبات فني به عمل آمده ميزان ذخاير شناسايي شده اورانيوم ايران در معادن بندرعباس، يزد و اردبيل بيش از 36 هزار تن است. البته به جرأت مي توان گفت در صورت جست وجو جهت کشف معادن اورانيوم ، ايران داراي صدها معدن بالقوه اورانيوم است هرچند که ذخاير معادن کشف شده در ايران به اندازه اي هست که تا دهها سال ملت ايران از تأمين ماده معدني اورانيوم براي تهيه سوخت دغدغه اي نخواهد داشت که اين پديده شرايط ممتازى را براي ايران از نظر ذخاير اورانيوم در سطح بين المللي رقم خواهد زد.

اما اين همه ماجرا نيست.ايران هم از لحاظ منابع اورانيوم در شرايط منحصر بفرد و ممتازي قرار دارد و هم در شيوه هاي فراوري و غني سازي اورانيوم به فناوري منحصربفردي دست يافته که بهره وري معادن کنوني را تا حد زيادي افزايش داده است و به همين دليل است که دستيابي دانشمندان جوان ايراني به شيوه جديدي براي به دست آوردن مقادير بزرگتر و عظيمتر کنسانتره اورانيوم، از معادن اورانيوم در معادن ساغند يزد باعث حيرت محافل غربي شده است.در همين رابطه رويترز نوشت: استفاده از تکنيک بيوتکنولوژي که براي توليد کيک زرد به کار ميرود، باعث کاهش هزينه و افزايش بازدهي توليد کيک زرد يا اکسيد اورانيوم کنسانتره ميشود که درواقع مرحله اول توليد چرخه سوخت است .

رويترز به نقل از تلويزيون ايران گزارش داد: مرحله اوليه توليد چرخه سوخت است، از اين پس با اين تکنيک بيوتکنولوژي توليد خواهد شد.روش پيشين براي تهيه کنسانتره اورانيوم بکارگيري اسيدهاي آلي جهت محلول کردن اکسيداورانيوم بود، که بکار گيري اين نوع اسيدهاي آلي باعث وارد شدن مواد تجزيهناپذير آنها به چرخه محيط زيست و تخريب آن ميشود. اما استفاده از باکتريهاي و تکنيک بيوتکنولوژي تجزيه اين مواد را آسان مي کندو آسيبي به محيط زيست وارد نمي سازد.

http://www.asriran.com/fa/news/66570...�ر-ايران
http://ir.khabarfarsi.com/n/213795/م...�ر_ایران
http://انرژی-هسته-ای.energyna.ir/T_9...ایران.htm

8 people like this

Share this post


Link to post
Share on other sites

گرچه ساخت نيروگاههاي هستهاي و توليد برق هستهاي در جهان از رشد انفجاري اواخر دهه ‪ ۱۹۶۰تا اواسط ‪ ۱۹۸۰برخوردار نيست اما كشورهاي مختلف همچنان درصدد تامين انرژي مورد نياز خود از طريق انرژي هستهاي هستند. طبق پيش بينيهاي به عمل آمده روند استفاده از برق هستهاي تا دهههاي آينده همچنان روند صعودي خواهد داشت و در اين زمينه، منطقه آسيا و اروپاي شرقي به ترتيب مناطق اصلي جهان در ساخت نيروگاه هستهاي جديد خواهند بود.

در همه رآکتورها، قلب رآکتور که دمای بسیار زیادی دارد باید خنک شود. در یک نیروگاه هسته ای، سیستم خنک ساز به نوعی طراحی میشود که از گرمای آزاد شده به بهترین شکل ممکن استفاده شود. در اغلب این سیستمها از آب استفاده میشود. اما آب نوعی کند کننده هم محسوب میشود و از این رو نمی تواند در رآکتورهای سریع مورد استفاده قرار گیرد. در رآکتورهای سریع از سدیم مذاب یا نمک های سدیم استفاده میشود و دمای عملیاتی خنک ساز بالاتر است.

در یک نیروگاه هسته ای، رآکتور کند منبع آب را گرم میکند و آن را به بخار تبدیل میکند. بخار آب توربین بخار را به حرکت در میآورد ، توربین نیز ژنراتور را میچرخاند و به این ترتیب انرژی تولید میشود. این آب و بخار آن در تماس مستقیم با راکتور هسته ای است و از این رو در معرض تابش های شدید رادیواکتیو قرار میگیرند. برای پیشگیری از هر گونه خطر مرتبط با این آب رادیواکتیو، در برخی رآکتورها بخار تولید شده را به یک مبدل حرارتی ثانویه وارد میکنند و از آن به عنوان یک منبع گرمایی در چرخه دومی از آب و بخار استفاده میکنند. بدین ترتیب آب و بخار رادیواکتیو هیچ تماسی با توربین نخواهند داشت.

خنک کننده

همان طور که میدانید، برخورد نوترونها با سوخت هسته ای درون میله های سوخت، موجب شکافت هسته اتمها میشود و این فرآیند هم به نوبه خود، گرما و نوترونهای بیشتری آزاد میکند. اگر این حرارت آزاد شده منتقل نشود، ممکن است میله های سوخت ذوب شوند و ساختار کنترلی رآکتور از بین برود ( و البته خطرهای مرگ آوری که به دنبال آن روی میدهند. ) در PWR، میله های سوخت به صورت یک دسته در ساختاری، ترسیمی قرار گرفته اند و آب از کف رآکتور به بالا جریان پیدا میکند. آب از میان این میله های سوخت عبور میکند و به شدت گرم میشود، به طوری که به دمای 325 درجه سانتی گراد میرسد. درمبدل حرارتی، این آب داغ موجب داغ شدن آب در چرخه دوم میشود و بخاری با دمای 270 درجه سانتی گراد تولید میکند تا توربین را بچرخاند.

طي سال هاي گذشته اغلب كشورها به استفاده از اين نوع انرژي هسته اي تمايل داشتند و حتي دولت ايران 15 نيروگاه اتمي به كشورهاي آمريكا، فرانسه و آلمان سفارش داده بود. ولي خوشبختانه بعد از وقوع دو حادثه مهم تري ميل آيلند (Three Mile Island) در 28 مارس 1979 و فاجعه چرنوبيل (Tchernobyl) در روسيه در 26 آوريل 1986، نظر افكار عمومي نسبت به كاربرد اتم براي توليد انرژي تغيير كرد و ترس و وحشت از جنگ اتمي و به خصوص امكان تهيه بمب اتمي در جهان سوم، كشورهاي غربي را موقتاً مجبور به تجديدنظر در برنامه هاي اتمي خود كرد. نيروگاه اتمي در واقع يك بمب اتمي است كه به كمك ميله هاي مهاركننده و خروج دماي دروني به وسيله مواد خنك كننده مثل آب و گاز، تحت كنترل درآمده است. اگر روزي اين ميله ها و يا پمپ هاي انتقال دهنده مواد خنك كننده وظيفه خود را درست انجام ندهند، سوانح متعددي به وجود مي آيد و حتي ممكن است نيروگاه نيز منفجر شود، مانند فاجعه نيروگاه چرنوبيل شوروي.

عمل سوختن اورانيوم در داخل نيروگاه اتمي متفاوت از سوختن زغال يا هر نوع سوخت فسيلي ديگر است. در اين پديده با ورود يك نوترون كم انرژي به داخل هسته ايزوتوپ اورانيوم 235 عمل شكست انجام مي گيرد و انرژي فراواني توليد مي كند. بعد از ورود نوترون به درون هسته اتم، ناپايداري در هسته به وجود آمده و بعد از لحظه بسيار كوتاهي هسته اتم شكسته شده و تبديل به دوتكه شكست و تعدادي نوترون مي شود. تعداد متوسط نوترون ها به ازاي هر 100 اتم شكسته شده 247 عدد است و اين نوترون ها اتم هاي ديگر را مي شكنند و اگر كنترلي در مهار كردن تعداد آنها نباشد واكنش شكست در داخل توده اورانيوم به صورت زنجيره اي انجام مي شود كه در زماني بسيار كوتاه منجر به انفجار شديدي خواهد شد. در واقع ورود نوترون به درون هسته اتم اورانيوم و شكسته شدن آن توام با انتشار انرژي معادل با 200 ميليون الكترون ولت است اين مقدار انرژي در سطح اتمي بسيار ناچيز ولي در مورد يك گرم از اورانيوم در حدود صدها هزار مگاوات است. كه اگر به صورت زنجيره اي انجام شود، در كمتر از هزارم ثانيه مشابه بمب اتمي عمل خواهد كرد. اما اگر تعداد شكست ها را در توده اورانيوم و طي زمان محدود كرده به نحوي كه به ازاي هر شكست، اتم بعدي شكست حاصل كند شرايط يك نيروگاه اتمي به وجود مي آيد. به عنوان مثال نيروگاهي كه داراي 10 تن اورانيوم طبيعي است قدرتي معادل با 100 مگاوات خواهد داشت و به طور متوسط 105 گرم اورانيوم 235 در روز در اين نيروگاه شكسته مي شود و همان طور كه قبلاً گفته شد در اثر جذب نوترون به وسيله ايزوتوپ اورانيوم 238 اورانيوم 239 به وجود مي آمد كه بعد از دو بار انتشار پرتوهاي بتا (يا الكترون) به پلوتونيم 239 تبديل مي شود كه خود مانند اورانيوم 235 شكست پذير است. در اين عمل 70 گرم پلوتونيم حاصل مي شود. ولي اگر نيروگاه سورژنراتور باشد و تعداد نوترون هاي موجود در نيروگاه زياد باشند مقدار جذب به مراتب بيشتر از اين خواهد بودو مقدار پلوتونيم هاي به وجود آمده از مقدار آنهايي كه شكسته مي شوند بيشتر خواهند بود. در چنين حالتي بعد از پياده كردن ميله هاي سوخت مي توان پلوتونيم به وجود آمده را از اورانيوم و فرآورده هاي شكست را به كمك واكنش هاي شيميايي بسيار ساده جدا و به منظور تهيه بمب اتمي ذخيره كرد.

انرژی شکافت هستهای (FISSION)

کشف انرژی هستهای در جریان جنگ جهانی دوم صورت گرفت و اکنون برای شبکه برق بسیاری از کشورها هزاران کیلو وات تهیه می کند (نیروگاه هسته ای). بحران انرژی بر اثر بالارفتن قیمت نفت در سال 1973 استفاده از انرژی شکافت هستهای بیشتر وارد صحنه کرد. در حال حاضر ممالک اروپایی انرژی هستهای را تنها انرژی میداند. که میتواند در اکثر موارد جایگزین نفت شود. استفاده از انرژی شکافت هستهای که بر روی یک ماده قابل احتراق کانی که بصورت محدود پایه گذاری میشود. برای سایر کشورها خطرات بسیار دارد در حال حاضر تولید الکتریسته با استفاده از شکافت هستهای کنترل شده به میزان زیادی توسعه یافته و مورد قبول واقع شده است. تولید انرژی هستهای در کشورهای توسعه یافته بخش مهمی از طرح انرژی ملی را تشکیل میدهد.

شکافت هسته ای برای اولین بار در سال 1939 توسط اتوهان و لییزمیتنر در انیستیتوی شیمی قیصر ویلهلم در برلین کشف شد . نتایج بمباران اورانیوم به وسیله نوترون، هم جالب بود و هم سؤال برانگیز. این آزمایش اولین بار در سال 1934 توسط انریکوفرمی (Enrico Fermi) و همکارانش انجام شد اما تا سالها بعد نتوانستند به خوبی آن را تفسیر کنند.

16ژانویه سال 1939 نیلزبوهر (Niles Bohr) از کپنهاگ دانمارک به ایالات متحده آمد تا چند ماهی را در پرینستون بگذراند و درباره برخی مسائل با آلبرت اینشتن به بحث بپردازد ( سال بعد بوهر مجبور شد برای فرار از دست نازیها به سوئد فرار کند ) درست قبل از اینکه بوهر دانمارک را ترک کند دو تن از همکارانش به نام اتورابرت فریچ (Oto Robert Frich) و لیز میتنر (Lise Meitner) که هر دو از آلمان فرار کرده بودند درباره تحقیقاتشان با بوهر صحبت کردند آنها حدس زده بودند که احتمالاً جذب یک نوترون توسط هسته اورانیوم در برخی موارد منجر به شکسته شدن هسته به دو بخش تقریباً مساوی همراه با آزاد شدن مقدار زیادی انرژی خواهد شد فرآیندی که آنها اسمش را " شکافت " گذاشتند..

شکافت هسته ای را می توان با روشهای مختلفی القا کرد. یکی از این روشها بمباران کردن هسته اتم قابل شکافت به وسیله ذره دیگری است که انرژی مناسبی داشته باشد. این ذره دوم معمولاً یک نوترون آزاد است که با سرعت بسیار بالا حرکت می کند. هسته این نوترون را جذب می کند. جذب نوترون باعث ناپایدار شدن هسته می شود پس از آن هسته به 2 یا چند قسمت شکسته می شود به این قسمتهای تولید شده، محصولات شکافت می گویند که شامل 2 هسته سبک تر، 2 یا 3 نوترون آزاد دیگر و تعدادی فوتون می باشد. انرژی آزاد شده این فرآیند در مقایسه با واکنش های شیمیایی بسیار زیاد است. این انرژی هم به صورت تابش فوتون ( مثل پرتوهای گاما ) و هم به صورت انرژی جنبیش ( انرژی حرکتی ) هسته و نوترونهای آزاد می شود. یک واکنش شکافت به طور معمول حدود 200Mev انرژی آزاد می کند.

راکتورهای هسته برای اهداف فراوانی طراحی و ساخته می شوند که بعضی از آنها عبارتند از:

- راکتورهای تولید حرارت و برق

- راکتورهای کِشنده

- راکتورهای تحقیقاتی

- راکتورهای تولید پلوتونیم

- راکتورهای اختصاصی برای مقاصدی همچون ساخت زیردریایی، فضا پیما، آب شیرین کن و...

ساختار عمومی راکتورهای هسته ای:

بخش مرکزی راکتور هسته ای جدا از آزمایشگاه ها، بخش های جانبی و خدماتی آن از یک ساختمان ویژه ای تشکیل شده است که ویژگی آن نه فقط به دلیل جادادن وسایل خاص راکتور، بلکه به لحاظ استحکام، ویژگی مصالح ساختمانی، ایزوله یا منزوی بودن از محیط زیست، مقاومت در مقابل زلزله، خوردگی و دسترسی به سرویس های مخصوص کاملاً استثنایی است. یک راکتور هسته ای جدا از سازه های ساختمانی به طور کلی از قسمت های زیر تشکیل شده است:

1. مجموعه های سوخت

2. کند کننده ها

3. خنک کننده ها

4. سیستم های ایمنی

5.میله های کنترل

6. حفاظ های مختلف

در ادامه به بحث مختصری درباره ی هرکدام از این قسمت ها پرداخته می شود:

-مجموعه های سوخت

سوخت یک راکتور هسته ای را ممکن است شامل آنچه که در قلب راکتور به عنوان سوخت وجود دارد در نظر گرفت. به عبارت واقعی تر سوخت راکتور در چندین مجموعه سوخت و هر مجموعه متشکل از چندین میله سوخت و هر میله شامل تعداد معینی از قرص ها یا حبه های مواد شکافت پذیر هسته ای مثل اورانیم و یا در بعضی موارد پلوتونیم می باشد. میله های سوخت در راکتور به صورت صفحه ای(Plate) و غنای اورانیم 235 تا 95 درصد می رسد. هرمیله ی سوخت از غلاف زیر کالوی و شامل قطعاتی از قرص های دی اکسید اورانیم است. زیر کالوی 2 تا 4 یک آلیاژ زیر کونیم با عیار کمی از قلع، آهن، کرم و نیکل است؛ میله های سوخت ممکن است به صورت انفرادی در جاهای مخصوص خود گذاشته شود و یا ممکن است به صورت مجموعه های سوخت درون قلب راکتور به طور منظم قرارگیرند.

سوخت راکتور مخصوصاً راکتورها مخصوصا راکتورهای قدرت به طور اصولی یا از عناصری شامل اتم های قابل شکافت تامین می شوند و یا از اتم های ایزوتروپ عناصری که قابلیت تبدیل به اتم های قابل شکافت را دارند بنابراین اتم های قابل شکافت عبارتند از:

اورانیم 235 ، پلوتونیم 239 و اورانیم 233

اتم های مستعد با قابلیت تبدیل به اتم های قابل شکافت عبارتند از: اورانیم 238 و توریم 232

سوخت راکتورها از نظر فرآیندهای استفاده در راکتورها بر اساس استراتژی کشور ممکن است به یکی از سه روش زیر عمل گردد:

• یکبار استفاده از اورانیم و ارسال سوخت مصرف شده به انبار موقت و سپس دفن همیشگی آن

• استفاده چندباره از اورانیم و برقراری سیکل اورانیم-پلوتونیم با اعمال عملیات باز فرآوری روی آن

• استفاده از سیکل اورانیم-توریم به این معنی که توریم 232 ابتدا تبدیل به اورانیم 233 می شود و سپس این اورانیم به عنوان سوخت در راکتورها مورد استفاه قرار می گیرد.

2- کند کننده ها

کند کننده ماده ای است که برای کند کردن نوترون های سریع است تا انرژی های حرارتی در راکتورهای هسته ای مورد استفاده قرار می گیرند. گاهی اوقات همین کندکننده ها عمل سرد کنندگی راکتور را هم انجام می دهد. موادی که می توانند به عنوان کننده مورد استفاده قرارگیرند عبارتند از: آب، آب سنگین، گرافیت و گاهی اوقات هم بریلیوم آب به دلیل داشتن هیدروژن که عنصری سبک است و نیز فراوانی و ارزانی آن مورد استفاده قرار می گیرد. به طور کلی هرچه ماده کندکننده دارای قابلیت کندکنندگی بهتری برای نوترون ها باشد درجه کمتری از سوخت غنی شده مورد نیاز خواهد بود. آب سنگین بهتر از گرانیت و گرانیت بهتر از آب دارای خاصیت کندکنندگی است، ولی تولید آب سنگین نسبتاً گران است و گرانیت هم تاثیرات نامطلوبی در نتیجه در نتیجه پرتوگیری از خود بروز می دهد.

مشخصات یک کند کننده خوب:

• نوترون ها نباید با کندکننده واکنش نشان دهد، چون در اینصورت بازدهی تولید نوترون کاهش یافته و راکتور به سمت خاموشی می رود.

• نوترون ها باید در محیط کندکننده ها در فاصله های کوتاهی پس از چند برخود کند شوند زیرا در غیر اینصورت، نوترون توسط اورانیم 238 گیر افتاده و موجب تشدید ناخالصی های کند کننده می شود که این وضعیت اقتصادی نیست.

• گرچه کند کننده ها باید ارزان باشند ولی در عین حال خواص ساختاری آنها باید رضایت بخش هم باشد.

• کندکننده باید با سایر مواد ساختاری راکتور سازگار باشد و نباید خواص خورندگی، سایندگی و یا تحت تاثیر پرتوهای رادیواکتیو قرار گیرد.

• کندکننده طی فرآیند دائمی بمباران های نوترونی نباید تحت تاثیرات و تغییرات نامطلوب فیزیکی یا شیمیایی قرار گیرد.

• یک کند کننده خوب باید به طور مؤثر نوترون های سریع حاصل از شکافت را به نوترون های حرارتی تبدیل کند.

3-خنک کننده ها:

خنک کننده برای انتقال حرارت از میله های سوخت به طور مستقیم مورد استفاده قرار می گیرد. این فقط در صورتی است که خنک کننده نقش کند کننده هم داشته باشد. در مواردی که ماده کند کننده دیگری مورد استفاده است در این صورت انتقال حرارت معمولا توسط خنک کننده مستقیماً از کندکننده و غیر مستقیم یا در بعضی موارد مستقیم از میله های سوخت انجام می پذیرد. اکثراً آب به عنوان سرد کننده مورد استفاده قرار می گیرد.

به هر حال گاهی اوقات آب سنگین، فلزات مایع(سدیم و پتاسیم) یا حتی گازها(دی اکسیدکربن) هم ممکن است مورد استفاده واقع شوند. امروزه در اکثر راکتورهای تجاری آب به عنوان سردکننده مورد استفاده قرار می گیرد. در اینصورت آب علاوه بر نقش سرد کنندگی وظیفه کند کنندگی را نیز انجام می دهد.

خواص ایده آل برای یک خنک کننده:

• سطح مقطع جذب نوترونی کوچکی داشته باشد، در این صورت میزان تابش رادیواکتیویته در حین کارگردانی اپراتوری کاهش می یابد.

• فراوان و ارزان باشد.

• غیرخورنده یا خوردگی کمی داشته باشد، چون لوله ها و ساختارهای دیگر که با آن در تماس هستند باید سالم بمانند.

• ضریب انتقال حرارتی بالا داشته باشد. به این ترتیب حرارت به سهولت به سرد کننده انتقال یافته و جابجا خواهد شد.

• ویسکوزیته یا غلظت کم داشته باشد که سبب کاهش مصرف کمتر برق برای پمپ کردن آن می شود.

• دارای توانایی نگهداری درجه حرارت های بالا به صورت مایع، حتی اگر تحت فشار باشد.

خنک کننده هایی که در راکتورهای تحقیقاتی یا تجاری استفاده شده اند عبارتند از:

• آب سبک یا سنگین(اولی شامل دو اتم هیدروژن است و دومی شامل دو یا یک اتم دوتریم می باشد)

• فلز مایع (مثل سدیم، پتاسیم یا آلیاژی از ترکیب هر دو)

• مواد آلی مایع (مثل اتانول، پروپان، پنتان، هوا یا گاز دی اکسید کربن)

4. سیستم های ایمنی در راکتور

وظایف دستگاه ها و سیستم های کنترل(I&C) در راکتورهای هسته ای شامل اندازه گیری، کنترل، تنظیم، چک کردن و حفاظت است. عملیات اجرایی راکتور بر اساس نیازهای فیزیکی، شیمیایی، فرآیندهای مهندسی و اپراتوری است که به عهده سیستم ها و دستگاه های آن گذاشته شده است. سیستم دستگاهی و کنترل ممکن است به دوبخش ایمنی و اپراتوری یا کارگردانی تقسیم شوند. حفاظت راکتور و محیط زیست به عهده سیستم های ایمنی گذاشته شده است. این سیستم¬ها غالبا در مواقع ضروری کارمی کنند و در دوران بهره برداری و خارج از وضعیت اضطراری اکثرا غیرفعال هستند.

قابلیت عملکرد این دستگاه های نصب شده اضافی دائما بطور خود مونیتورینگ و تست های دوره ای بررسی می شوند. کنترل قدرت راکتور معمولا در بخشی از I&C ایمنی ملحوظ و منظور می گردد. کنترل و دستگاه های اوپراتوری شامل تمام سیستم هایی است که کارگردانی و یا عملکرد طبیعی و بدون خطر یک راکتور هسته ای را تضمین و مطمئن می سازد. به همین دلیل ممکن است آنرا به گروه های اجرایی وکارهای پیچیده ای که در خط فرآیند است تقسیم نمود.

5. میله های کنترل

میله های کنترل برای تنظیم توزیع قدرت در راکتور در زمان اپراتوری مورد استفاده قرار می گیرند. مهمترین وظیفه میله های کنترل که بین میله های سوخت قرار می گیرند، برای خاموش کردن یا متوقف کردن فرآیند شکافت هسته ای در زمان هایی که لازم است، چنین عملی انجام شود. خاموش کردن راکتور می تواند از طریق کنترل اتوماتیک یا توسط اپراتور انجام پذیرد. میله های کنترل از موادی ساخته شده اند که خیلی سریع با جذب نوترون ها واکنش های هسته ای را متوقف می کنند. موادی که به این منظور استفاده می شوند عبارتند از کربور نقره، ایندیم، کادمیم و هافنیوم. میله های کنترل به داخل وخارج از میله های سوخت حرکت کرده و نرخ واکنش هسته ای را تنظیم می نمایند.

در راکتورهای هسته ای دونوع کنترل وجود دارد:

• کنترل آرام، برای جلوگیری از به وجود آمدن قدرت زیاد و برقراری قدرت متعادل راکتور. این کنترل بیشتر توسط محلول های برن و یا افزایش یا کاهش آن در کندکننده ها اعمال می گردد.

• کنترل سریع، برای کاهش سریع قدرت راکتور و یا خاموش کردن راکتور از مجموعه میله های کنترل که ممکن است به صورت دستی یا اتوماتیک باشند استفاده می شود. در مواقع اضطراری، میله های کنترل با شتاب به صورت اتوماتیک به داخل میله های سوخت سقوط می کنند و سبب خاموشی راکتور می گردند.

6. حفاظت راکتور

وظیفه سیستم حفاظت از راکتور اطمینان از آشکارسازی تمام حوادث پیش بینی شده در طراحی و اعتماد از امکان انجام عملیات حفاظتی می باشد. این برنامه و تمهیدات باید اطمینان دهد راکتور همیشه بطور ایمن کار می کند. حوادث، بخش هایی از یک حادثه بزرگتر هستند که به کارگردانی راکتور دیکته می کند که به دلایل ایمنی کار راکتور باید قطع شود. بنابراین داده های آنالوگ سیستم ارزیاب، فرآیندهای ویژه منجر به حادثه احتمالی را شناسایی کرده و از طریق یک سیستم دیگر علائمی را تولید می کند که نشان می دهد حدود آن نارسایی ها و یا اشکالات از حد معینی فراتر رفته است. این علائم واقعی آغاز انحراف یا لغزش راکتور از حالت طبیعی است که ترجیحا تمام عملیات کارگردانی را تحت کنترل درمی آورد و متعاقبا فعال شدن تمام سیستم های مهندسی ایمنی را برای کنترل حادثه، باعث می گردد. در تمام موارد، شناسایی و آشکارسازی مبتنی بر فرآیندهای متفاوتی است که هر نوع ابهامی را در رابطه با سیستم آشکارسازی حادثه و قصورهای رایج در سیستم ارزیابی داده ها رفع می کند. وسایل و ابزار اضافی تکمیلی چنان، اطمینانی را فراهم می آورند که با حفاظت به موقع راکتور اثرات سوء حادثه های احتمالی کاهش یابد. وسایل اضافی مبتنی بر انجام وظیفه های انحصاری، به طور فیزیکی از نظر محل قرارگیری طوری از یکدیگر جداشده اند که در مقابل حوادث بیرونی می توانند سالم باقی بمانند. تابلوی وضعیت سیستم حفاظت راکتور را در تمام زمان های کار عادی راکتور و شرایط اضطراری به طور بسیار روشن و واضح به پرسنل کارگردانی اعلام می نماید. تست های دوره ای با دستگاه های مخصوص تست کردن انجام می شوند. قصورهای آشکار و نهان در کانال های مربوطه توسط خویش گزارشگر اعلام می شوند.

نوع دیگر حفاظت با نام حفاظت رادیولوژیکی و کنترل پرتوگیری وجود دارد که وظیفه آن عبارتست از کاهش پرتوگیری و آلودگی داخل راکتورها و محیط زیست در کمترین حد ممکن. سیستم های مختلف کنترل پرتوگیری، اندازه گیری و ثبت پرتوها را در تمام مناطق کنترل شده انجام می دهد. سیستم های مختلف کنترل پرتوگیری امکان بررسی میزان دز تابش محلی، منطقه ای، محیط زیست، پرتوگیری پرسنلی و همچنین میزان نشت پسمان های مایع، گاز و جامد را فراهم می کند. سیستم های کنترل پرتوگیری، دستگاه های نصب شده دائمی هستند که بخشی از مجموعه سیستم I&C محسوب می شوند. مونیتورهای ثابت بررسی نمونه های محلی را بطور دائم و یا متناوب انجام می دهند و مونیتورهای متحرک شامل دستگاه های اندازه گیری پرتو در محل های متفاوت نصب هستند.

راکتورهای تحقیقاتی تانکی:

استفاده از این نوع راکتورآسان تر است، زیرا کنترل عبور آب پمپاژ شده در این سیستم آسان تر است،البته در راکتور های با توان پایین که مخصوص آموزش هستند نیز ممکن است تانکی باشند. طرز قرار گرفتن قلب و باز تابنده راکتور در نوع تانکی با سوخت ورقه ای، همانند سیستم های نوع استخری است و متغیر های یکسانی نیز دارند با این تفاوت که در آن به جای محافظ آب از بتن جامد بدور قسمتهایی از آن بهره گرفته می شود.

راکتور تحقیقاتی تریگا:

راکتور تریگا نوع دیگری است که تا کنون 40واحد از آن در نقاط مختلف جهان مورد استفاده قرار گرفته است. قلب آن شامل 60 الی 100 عنصر سوختی استوانه ای با قطرmm36 و غلاف آلومینیمی و حاوی ترکیبی از سوخت اورانیم و هیدرید زیر کونیم (به عنوان کند کننده) می باشد.

قلب این راکتور در استخر آب قرار دارد و معمولاً از گرافیت و برلیم به عنوان باز تابنده استفاده می کنند.این نوع راکتور در ایمنی کامل و در کسر کوچکی از ثانیه میتواند به درجات بالای قدرت برسد.سوخت راکتور تریگا به آن، ضریب حرارتی منفی بالایی عرضه می دارد و افزایش سریع قدرت آن هم به وسیله اثر فعالیت منفی ناشی از هیدرید کند کننده به سرعت متوقف می شود.

راکتور تحقیقاتی آب سنگین :

نوع دیگری از راکتور تحقیقاتی است که نوترون ها به وسیله آب سنگین یا گرافیت، کند می شوند.اين راكتور ها در توليد بمب هسته اي نقش بسزايي دارند.

راکتور تحقیقاتی ((زاینده سریع)):

راکتور زاینده سریع BFS،دارای دها هزار دیسک یا صفحه سوختی شامل پلوتونیم و اورانیم بسیار غنی شده، با کاربرد های نظامی می باشد.

مزایای راکتور های زاینده سریع

•عدم نیاز به کند کننده

•استفاده از مشخصه بسیار عالی برداشت حرارت توسط سدیم

•عدم واکنش سدیم با اورانیم و توریم

•سوخت می تواند از طریق فلز مایع محصور شود

معایب راکتور های زاینده سریع :

•سدیم شدیداً با آب و هوا وارد واکنش می شود.

•اثر سوء تابش پرتو ها به جز در مورد مایع ذوب شده یک مسأله جدی است.

•سدیم باید شدیداً از مجاورت با اکسیژن بر حذر داشته شود.

• تنش حرارتی بالا طراحی مخزن راکتور و مولد بخار را پیچیده می کند.

•جابجایی و سوخت گذاری خیلی مشکل است.

• سدیم توسط بمباران هسته ای شدیداً رادیو اکتیو می شود.

• احتیاط های ویژه به منظور عدم نشست سدیم از مدار اولیه و ثانویه و

تماس آن با آب و هوا باید به عمل آید.

• راهای مناسب برای حرارت دادن خنک کننده در صورت منجمد شدن باید در نظر گرفته شود.

راکتورهاي آب سبک تحت فشار

راکتورهاي آب سبک تحت فشار PWR(همچنينVVER که از نوع طراحي روسي است) مولدهاي نيرو هستند. راکتور هاي نيروي هسته اي که معمولا از آب تحت فشاربالا (آب زياد از حد گرم شده ) به عنوان ماده سرد کننده براي انتقال گرماي توليد شده توسط واکنش زنجيره اي هسته اي از سوخت هسته اي استفاده مي کنند و به عنوان يک تعديل کنند? حرارتي نوترون گدازآور آنچنان که اين با سوخت هسته اي فعل و انفعالات داخلي براي نگهداري و حفظ واکنش زنجيره اي دارد. اولين حلق? ماده سرد کننده براي جلوگيري از رسيدن آب به حد جوشان تحت فشار بالا قرار مي گيرد. ،همان طور که از اسم آن مشخص استPWR متداول ترين نمونه از راکتور توليد نيروي هسته اي است و در بسياري از موارد درنيروگاه ها ، کشتي ها و زير دريايي ها ، در همه جاي دنيا مورد استفاده قرار مي گيرد. بيش از 230 عدد از آنها در تاسيسات نيروي هسته اي براي ساخت نيروي الکتريکي مورد استفاده قرار مي گيرند، و بيش از چند صد عدد ديگر در نيروي محرکه دريايي در ناوهاي (حمل کننده)هواپيما ها و جت ها ، زير دريايي ها و يخ شکن ها. آنها اساسا در آزمايشگاه مليOak Ridge در آمريکا به دنبال کار انجام داده شده توسط آزمايشگاه نيروي اتمي Bettis براي استفاده درتاسيسات نيروي هسته اي زير دريايي طراحي شده بودند.

راکتور هاي آب سبک جوشان (BWR)

طراحي اين نوع راکتور (BWR) شباهت زيادي به PWR دارد بجز اينکه فقط داراي يک مدار آب خنک کننده با فشار کم (حدود 75 اتمسفر ) مي باشد.در اين شرايط حرارت آب به حدود 285 درجه سانتيگراد رسيده و اين آب در قلب راکتور جوشان خواهد شد.طراحي اين راکتور طوري است که 15_12 درصد آب در بالاي قلب به صورت بخار وجود دارد،لذا در اين وضعيت خاص کند کنندگي و راندمان نوترون هاي م?ثر کمتر خواهد بود.

بخار حاصل از گرماي راکتور از صفحاتي عبور کرده و به بالاي قلب راکتور مي رسد که از آنجا مستقيماً به توربين ها هدايت مي شود که اين خود بخشي از مدار راکتور محسوب مي گردد.

مجتمع سوخت راکتور هاي BWR هر يک شامل 100_90 ميله سوخت هستند.تعداد مجتمع هاي سوخت اين راکتور ها به 750 مي رسد که اورانيم موجود در آنها حدود 140 تن مي باشد. سيستم کنترل ثانويه، محدود کردن عبور آب و بخار به قسمت هاي بالايي قلب راکتور را به عهده دارد که اين سبب کاهش قدرت کند کنندگي آب در راکتور مي گردد.

راکتور هاي خنک شونده با گاز(GCR)

راکتور هاي خنک شونده با گاز اصولاً در کشور انگلستان ساخته شده و توسعه يافته است.در راکتور هاي GCR گرافيت به عنوان کند کننده و دي اکسيد کربن به عنوان خنک کننده در مدار اول نقش انتقال حرارت را بعهده دارد.اين حرارت به مدار بعدي که آب است منتقل و بخار حاصل توربين را به حرکت در مي آورد.

راکتور هاي AGCR نسل دوم راکتور هاي خنک شونده با گاز هستند. در اين دسته از راکتور ها هم گرافيت به عنوان کند کننده و دي اکسيد کربن به عنوان ماده خنک کننده مورد استفاده قرار گرفته است. سوخت اين راکتور ها، قرص هاي اکسيد اورانيم که تا 5/3_5/2 درصد غني شده و در غلاف هاي استيل زنگ نزن قرار داده شده اند. راکتور هاي خنک شونده با آب سبک و کند کننده گرافيتياين يک نوع طراحي روسي است که از راکتور هاي توليد پلوتونيم اقتباس و توسعه يافته است.اين راکتور يک محفظه تحت فشار(قلب) عمودي دارد که در آن لوله هايي از بين کند کننده هاي گرافيتي عبور کرده است. لذا حرارت هاي توليد شده به آب خنک کننده منتقل گشته و در قلب راکتور تا 290 درجه سانتيگراد جوشان مي شود. اين وضعيت تا اندازه زيادي شبيه به راکتور هاي BWR است. سوخت اين راکتور، از اکسيد اورانيم کم غني شده مي باشد و در مجموعه هاي سوخت بطول 5/3 متر قرار قرار مي گيرد. کند کنندگي حاصل از گرافيت جاگذاري شده در راکتور و جوشش اضافي به سادگي سبب کاهش خنک کنندگي و جذب نوترون مي شود،بدون اينکه از واکنش شکافت جلوگيري نموده باشد و لذا يک باز خور مثبت ميتواند پديدار شود.

راکتور هاي آب سنگين تحت فشار (CANDU)

راکتور هاي فوق از نوع آب سنگين تحت فشار است که با سوخت اورانيم طبيعي کار مي کند.نام ديگر اين راکتور ها به CANDU موسوم است. در راکتور هاي "کندو" از اورانيم طبيعي به عنوان سوخت و از آب سنگين به منظور کند کننده و خنک کننده راکتور (کند کننده و خنک کننده هر يک داراي سيستم جدا از هم مي با شد)استفاده مي شود. از آنجاييکه اين راکتور نيز توانايي جا دادن صدها مجتمع سوخت در لوله ها يا کانال هاي تحت فشار خود را در قلب راکتور دارد،لذا عمل سوخت گذاري راکتور در حال کار با تمام ظرفيت قابل اجرا است.

راکتور هاي زاينده سريع با فلز مايع(LMFBR/FBR)

در راکتور هاي زاينده سريع دو فرايند توليد انرژي و ساخته شدن هسته هاي جديد پلوتونيم با هم اتفاق مي افتند.قلب اين راکتور از دو قسمت تشکيل مي شود.ميله هاي سوخت که مخلوطي است، از دي اکسيد پلو تونيم و دي اکسيد اورانيم که در قسمت داخلي قراردارند .در اينجا واکنشهاي شکافت غالب هستند درحالي که در قسمت بيروني فرايند غالب عبارت است از اورانيم_238 پلوتونيم_239 . اين قسمت بيروني حاوي اورانيم شده است (اورانيومي که کسر غني شده آن حتي از 7/0 درصد يعني مقدار طبيعي آنهم کمتر است) . در چنين راکتوري در واحد زمان ،پلوتونيم شکافت، پذير بيشتري حاصل ميشود، تا مقداري که تحت واکنش شکافت قرار گرفته ميشود (از اين رو اسم "زاينده " بر آن اطلاق شده است). از طرف ديگر نوترون ها کند نميشوند ، چرا که براي انجام فرآيندهاي مورد بحث در بالا وجود نوترون هاي سريع الزامي هستند .

راکتور هاي خنک شونده با مواد آلي

در راکتورهاي خنک شونده با مواد آلي از يک سري مواد آلي مايع مخصوصاً از مخلوط هايي از دي فينل و دي فينل اکسيد به عنوان يک عامل انتقال حرارت مناسب استفاده شده است .

راکتور هاي گداخت هسته اي

اخيراً راکتور هاي گداخت هسته اي به وسيله تأثير مهمي که به روي منابع نيرو دارند مورد توجه بيشتري قرار گرفته اند،راکتور هاي گداخت هسته اي،نسبت به راکتور هاي شکافت هسته اي موجود به منابع سوخت بيشتري احتياج خواهند داشت. نفوذ اشعه در آنها کمتر از درجات معمول پيشين مي باشد و زباله هاي اتمي کمتري را توليد خواهند کرد. تا به حال کسي اين تکنولوژي را به کار نبرده است ولي به کار گيري آن چندان هم دور از دسترس نيست. راکتور هاي گداخت هسته اي در مراحل آزمايشي در چندين آزمايشگاه در کشور ايلات متحده و ديگر کشور ها در حال انجام است. کنسرسيوم متشکل از آمريکا، روسيه، اتحاديه اروپا و ژاپن پيشنهاد ساخت راکتور گداخت هسته اي بنام "راکتور آزمايشي بين المللي هسته اي حرارتي" ITER را در منطقه کداراش(Cadarache) فرانسه در دستور کار قرار داده اند.اين عمل جهت نشان دادن امکان بکارگيري راکتور هاي گداخت هسته اي مورد نظر در توليد برق است.

فيزيک گداخت هسته اي:واکنش ها

راکتور هاي هسته اي موجود براي توليد نيرو از شکست هسته اي اتم استفاده مي کنند. در شکست هسته اي اتم توليد انرژي از شکستن يک اتم به دو اتم حاصل مي شود. در راکتور هاي اتمي متداول نوترونهاي با انرژي بالا اتم هاي سنگين اورانيم را به دو قسمت تقسيم مي کنند و حجم زيادي را از انرژي، اشعه و زباله هاي راديو اکتيو باطول عمر بالا بر جاي مي گذارند. در گداخت هسته اي اتم انرژي از ترکيب دو اتم و به وجود آمدن يک اتم حاصل مي شود. در يک راکتور گداخت هسته اي از ترکيب اتم هاي هيدروژن با هم،اتم هليوم،نوترونها و مقدار بسيار زيادي انرژي حاصل مي شود.

ين واکنش از نوع واکنشي است که باعث ايجاد قدرت بمبهاي هيدروژني و به وجود آمدن اشعه خورشيد مي باشد. اين نسبت به شکست هسته اي آشکارتر، ايمن تر وکار آمد تر خواهد بود و همچنين منابع و نيروي بيشتري را عرضه خواهد نمود. انواع مختلفي از واکنش هاي گداخت هسته اي وجود دارند در اکثر آنها ايزوتوپ هاي هيدروژن به نام هاي تريتيم و دوتريم وجود دارند.

زنجيره پروتون?پروتون

اين زنجيره طرح قالب و يا بارزي از واکنش گداخت هسته اي است که در ستاره ها از قبيل خورشيد مورد استفاده مي باشد.

1) دو جفت پروتون با هم دو اتم دوتريم را بوجود مي آورند.

2) هر اتم دو تريم با يک پروتون پيوند خورده و يک اتم هليم-3 را به وجود مي آورند.

3) دو اتم هليم-3 با هم ترکيب شده و باعث به وجود آمدن برليوم-6 مي شوند که ناپايدار است.

4) برليوم-6 به دو اتم هليم-? تبديل مي شود. اين واکنش ها موجب توليد ذرات با انرژي فراواني از قبيل (پروتون،الکترون،نوترون و پزيترون ها) و اشعه هاي نور و پرتوهاي گاما مي شود.

واکنش هاي دوتريم-دوتريم

دو اتم دوتريم با هم ترکيب شده و يک اتم هليم-? و يک نوترون را به وجود مي آورند.

واکنش هاي دوتريم- تريتيم

يک اتم دوتريم ويک اتم تريتيم ترکيب شده و تشکيل يک هليم-? و يک نوترون را مي دهند.

اکثر انرژي آزاد شده به صورت نوترونهاي با انرژي بالا مي باشند. از لحاظ عقلي مهار کردن گداخت هسته اي، در يک راکتور کار ساده اي به نظر مي آيد. اما براي دانشمندان پيدا کردن يک راه حل قابل کنترل و امن براي انجام اين کار، موضوع را دشوار کرده بود و براي فهميدن اين مطلب، ما محتاج درک شرايط مورد نياز براي گداخت هسته اي اتم هستيم.

شرايط راکتور گداخت هسته اي

زمانيکه اتم هاي هيدروژن به هم جوش مي خورند، هسته ها بايد با هم ترکيب شوند. با اين وجود پروتون هاي هر هسته، به خاطر دارا بودن بار همنام(+) همديگر را مي رانند. اگر تا به حال سعي کرده ايد که دو آهن رباي هم نام را به هم نزديک کنيد و احساس کرده ايد که آنها از هم فرار مي کنند پس مي توان گفت که اين اصل را تجربه کرده ايد. براي دريافت چگونگي گداخت هسته اي شما بايد شرايط ويژه اي را به وجود آوريد تا بر اين خواسته غالب شويد. در ذيل شرايطي که گداخت هسته را ممکن مي سازد ارائه شده است.

دماي بالا

دماي بالا به اتم هاي هيدروژن انرژي کافي براي غلبه بر رانش الکتريکي بين پروتون ها را فراهم مي کند.

1) گداخت هسته اي به دماي حدود 100 ميليون کلوين نياز دارد(حدود 6 برابر داغ تر از هسته خورشيد)

2) در اين دما هيدروژن ديگر به صورت گاز نيست بلکه به صورت پلاسما مي باشد.پلاسما يک وضعيت با انرژي بالا از ماده مي باشد که در آن الکترون ها از اتم جدا شده و به صورت آزاد به هر طرف حرکت مي کند.

3) خورشيد اين دما را از طريق توده عظيم خود و نيروي جاذبه اي که اين توده را در هسته به هم مي فشارد بدست مي آورد. ما بايد با استفاده از انرژي ماکروويو،ليزر،ذرات يوني به اين دما دست پيدا کنيم.

فشار بالا

1) تحت فشار بالا اتمهاي هيدروژن به هم فشرده مي شوند.آنها بايد در 15-10متر از همديگر قرار گيرند تا به هم جوش بخورند.

2) خورشيد با استفاده از توده خود و نيروي گرانش اتم هاي هيدروژن را در هسته به هم مي فشرد.

3) ما بايد با استفاده از ميدانهاي وسيع مغناطيسي،ليزر هاي قوي ويا اشعه يوني،اتم هاي هيدروژن را به هم بفشاريم.

با تکنولوژي موجود ما تنها دما و فشار لازم براي گداخت هسته اي از نوع دوتريم-تريتيم را ميتوانيم حاصل کنيم. گداخت هسته اي از نوع دوتريم-دوتريم به دماي بالا تري نياز دارد که شايد در آينده به آن برسيم. اساساً گداخت هسته اي هسته اي از نوع دوتريم-دوتريم بهتر است. چراکه استخراج دوتريم از آب دريا ساده تر از بدست آوردن تريتيم از ليتيم مي باشد. همچنين دوتريم راديو اکتيو نبوده و واکنش هاي دوتريم-دوتريم انرژي بيشتري را آزاد مي کند.

راكتور همجوشی هسته ای (FUSION)

همجوشی هسته ای یک منبع انرژی پتاسیل است. که آلودگی آن نسبتاً کم ، تقریبا پایان ناپذیر ، ارزان قیمت و می تواند در دسترس همگان قرارگیرد. استفاده از انرژی همجوشی هسته ای به صورت عملی در ابعاد بزرگ در مرحله آزمایش است.

به نظر می رسد که به وجود آمدن ماشین های بزرگ در حوزه همجوشی گرما هسته ای کنترل شده می توان مسئله انرژی سیاره زمین را حل کرد. تشریح جز به جز تمام سازکارهایی که در همجوشی دخالت دارند امکان پذیر نیست.

ساختار همجوشی هسته ای:

دوتریوم و تریتیوم ، ایزوتوپ های هیدروژنی مواد قابل احتراق همجوشی هسته ای راتشکیل می دهند. هسته دوتریوم از یک نوترون و یک پروتون تشکیل می یابد. و هسته تریتیوم دارای دو نوترون و یک پروتون است چون بار الکتریکی تمام هسته مثبت است. هسته ها درحالت آزاد همدیگر را دفع می کنند. برای اینکه همجوشی هسته ای بین دو هسته صورت گیرد، باید که انرژی هسته ها نسبت به رانش کولنی به قدر کافی زیادباشد. وقتی هسته ها به حد کافی به هم نزدیک می شوند یک نیروی جاذبه ای هسته ای قوی سبب اتصال هسته ها می شود. و در این صورت انرژی آزاد شده مساوی با انرژی همبستگی هسته دارد.

هسته های ترکیب یافته ناپایدار هستند. و با تجزیه به یک عده از ذرات هسته های دیگر به حالت پایای نهایی می رسد. انرژی بستگی حالت کمتر پایا از انرژی هسته ترکیب یافته است و بنابر این انرژی آزاد شده بصورت انرژی جنبشی محصولات تجزیه ظاهر می شود. حالتی از ماده که در آن باید هسته ها وجود داشته باشد، تا همجوشی صورت پذیرد، پلاسما نامیده می شود. برای تشکیل پلاسما گاز مورد نظر باید به قدری گرم شود و به دمایی برسد که الکترون ها ازاتم ها جدا شوند.

در انرژی های بالا احتمال برخورد در یون با نیروی کافی برای نفوذ به سد های کولنی رانش نسبی آنها که قادر می سازد، تا نیروی هسته ای این یون ها را به هم جوش دهد، کوچک است. بنابر این برای همجوشی هسته ای تراکم یون ها باید خیلی زیاد باشد.

شرایط لازم برای یک راکتور همجوشی هسته ای:

انرژی تولید شده به توسط واکنش گرما هسته ای باید زیادتر از اتلاف های گوناگون باشد. نخست از اتلاف های حرارتی صرف نظر می شود در یک پلاسما اتلاف به علت یونش وجود ندارد. ولی گاز تشعشع هسته ای می کند و انرژی اتلافی در این حالت می تواند بسیار قابل ملاحظه باشد. قسمت بیشتر اتلاف توسط اشعه ایکس یا تابش ترمزی است، که بر اثر گذشتن الکترون ها از میدان الکتریکی هسته های پلاسما این اشعه تولیدمی شود.

سوخت های همجوشی:

فرایندهای طبیعی و نتایج حاصل از آنها نشان داده است که واکنش ها ی همجوشی هسته ای گوناگون وجود دارد. تفاوت واکنش های مختلف هسته های در میزان سوختی است که از واکنش ها خارج می شود. مقدار Q واکنش (انرژی حاصل از واکنش) و بستگی احتمال انجام واکنش به خواص جنبشی مواد واکنش کننده ها می باشد. واکنش همجوشی که درشرایط آزمایشگاهی انجام می شود و جهت تولید توان مناسب واکنش واکنش دوتریوم با تریتیوم است که از این واکنش یک اتم هلیوم ویک نوترون و به مقدار 17.6 Mev انرژی تولید می شود.

واکنش همجوشی قابل دسترسی دیگر ، در برگیرنده هسته دوتریوم به عنوان سوخت است. از ترکیب دو تا دوتریوم یک پروتون و یک تریتیوم و مقداری انرژی آزاد می شود (حدود 4.1 Mev).

ازآنجا که راکتورها ی همجوشی هسته ای سوختشان دوتریوم و ترینیوم می باشد، تحقیقات انجام شده نشان می دهد که اقیانوس های جهان و همچنین دریاچه های آب شیرین و رودخانه ها نیز در برگیرنده ی دوتریوم ، کافی هستند. ولی ترینیوم یک ماده ی رادیو اکتیو پخش کننده ذره بتا با نیم عمر 12.3 سال کمیاب است.

موجودی تریتیوم در اقیانوس ها در اتمسفر در حال تعادل که بوسیله پرتوهای کیهانی تولید می شود، نزدیک به 20 کیلو گرم بر آورد می شود. در صورتی که ممکن است برای هر راکتور قدرت پایه که بر اساس ایستگاه مرکزی پایه گذاری شده، یک حسابرسی کمیتی چند کیلو گرم لازم باشد. یک نیروگاه در هرروز کاری نزدیک به 153 گرم تریتیوم مصرف می کند.

محصور سازي مغناطيسي

دو راه براي رسيدن به فشار و دماي لازم براي همجوشي يا گداخت هسته اي هيدروژن وجود دارد:

1) محصور سازي مغناطيسي: استفاده از ميدان هاي مغناطيسي والکترونيکي براي گرما دادن و فشردن پلاسماي هيدروژن پروژه ITER در فرانسه از اين متد استفاده مي کند.

2) محصور سازي لختي: از اشعه ليزر و يا اشعه يوني براي گرما دادن پلاسماي هيدروژن استفاده مي کند.

دانشمندان اين دستيابي آزمايشگاهي را در مرکز ملي گداخت در آزمايشگاه "لارنس ليور مور" در ايالات متحده آمريکا مطالعه مي کنند.

در ابتدا روش محصور سازي مغناطيسي را مورد بررسي قرار مي دهيم:

ميکروويو ها، پرتوهاي الکتريکي و ذرات خنثي شتاب دهنده ها،جريان گاز هيدروژن را گرم مي کنند. اين گرما گاز را به پلاسما تبديل مي کند؛ پلاسما توسط يک ميدان مغناطيسي قوي و با هدايت پذيري بالاي اين ميدان مغناطيسي فشرده مي شود. و به اين وسيله باعث مي شود که گداخت هسته اي اتفاق بيفتد.کار آمد ترين ميدان مغناطيسي اين پلاسما به صورت حلقه اي است. ميدان چنبره اي که يون ها در مسير مارپيچي حرکت مي کنند. راکتوري که به اين صورت است " توکامک" ناميده مي شود.

پروژه توکامک ITER يک راکتور جامع مي باشد که در کاست هاي گوناگوني تقسيم شده است. اين کاست ها به آساني مي توانند اضافه يا کم شوند، بدون اينکه پاره پاره و يا متلاشي شوند. توکامک داراي پلاسماي مارپيچي با شعاع داخلي 2 متر و شعاع خارجي 6.2 متر است.

محصور سازي مغناطيسي: پروژه ITER

- قسمتهاي اصلي راکتور توکامک ITER:

1) لوله خلأ: پلاسما را نگه مي دارد و از محفظه فعل و انفعال محافظت مي کند.

2) انژکتور پرتو خنثي(سيکلوترون يون): ذرات پرتو را از شتاب دهنده به پلاسما تزريق مي کند تابه پلاسما براي رسيدن به دماي بحراني کمک نمايد.

3) ميدان مغناطيسي مارپيچ: رفتار مغناطيسي بسيار قوي که شکل و محتواي پلاسماي استفاده شده در ميدان مغناطيسي را محدود مي کند.

4) ترانسفورماتور/سولنوئيد مرکزي: الکتريسيته را براي ميدان مغناطيسي مار پيچ تأمين مي کند.

5) سيستم خنک کننده: آهن ربا را خنک مي کند.

6) سيستم عايق: ساخته شده از ليتيم است؛گرما و انرژي بالاي نوترون را از راکتور گداخت هسته اي جذب مي کند.

7) دايورتور: خروج محصولات هليم از راکتور گداخت

- نحوه انجام فرايند:

1) راکتور گداخت هسته اي جريان دوتريم و تريتيم سوخت را به شکل دماي بالاي پلاسما گرم خواهد کرد. لاسما فشرده مي شود و گداخت اتفاق مي افتد. نيرويي که نياز است تا واکنش گداخت شروع شود حدود 70 مگا وات است.اما نيروي بازده اين واکنش حدود 500 مگا وات است.واکنش گداخت حدود 300 تا 500 ثانيه طول خواهد کشيد.

2) روکش ليتيم بيرون محفظه فعل و انفعال پلاسما،براي ساختن سوخت تريتيم بيشتر،انرژِي بالاي نوترون را از واکنش گداخت جذب خواهد کرد.همچنين روکش ليتيم به وسيله نوترون گرم مي شود.

3) گرما با حلقه خنک کننده آب تبادلگر گرمايي انتقال مي يابد و به بخار تبديل مي شود.

4) بخار،توربين الکتريکي را براي توليد الکتريسيته حرکت مي دهد.

5) بخار متراکم مي شود و براي جذب بيشتر گرما در تبادلگر گرمايي،به آب تبديل مي شود.

در ابتدا توکامک ITER مناسب بودن راکتور گداخت هسته اي مورد را آزمايش مي کند و در نهايت به نيروگاه برق گداخت هسته اي آزمايشي تبديل مي شود.

مدیریت زباله های هسته ای

در نیروگاه هسته ای هم مثل دیگر فعالیت های بشری، ضایعاتی تولید میشود که به دلیل حساسیت مضاعف زباله های رادیواکتیو، مدیریت زمان ضایعات باید تحت قوانین و محدودیت های خاصی صورت بگیرد. در هر هشت مگاوات ساعت انرژی الکتریکی تولید شده در نیروگاه هسته ای، 30 گرم زباله رادیواکتیو به وجود میآید. برای تولید همین مقدار برق با استفاده از زغال سنگ پر کیفیت، هشت هزار کیلوگرم دی اکسید کربن تولید میشود که در دما و فشار جو، 3 استخر المپیک را پر میکند. میبینید حجم زباله های رادیواکتیو بسیار کمتر است، ولی خطر آنها به مراتب بیشتر است و مراقبت از آنها به مراتب بیشتر است و مراقبت از آنها ضرورتی تر و دشوارتر. زباله های رادیواکتیو براساس مقدار و نوع ماده رادیواکتیو به 3 گروه تقسیم میشوند:

الف- سطح پایین: لباس حفاظتی، لوازم، تجهیزات و فیلترهایی که حاوی مواد رادیواکتیو با عمر کوتاه هستند. اینها نیازی به پوشش حفاظتی ندارند و معمولاً فشرده شده یا آتش زده میشوند و در چاله های کم عمق دفن شده و انبار میشوند.

ب- سطح متوسط: رزین ها، پس مانده های شیمیایی، پوشش میله سوخت و مواد نیروگاههای برق هسته ای جزو زباله های سطح متوسط طبقه بندی میشوند. اینها عموما عمر کوتاهی دارند، ولی نیاز به پوشش محافظ دارند. این زبالهها را میتوان درون بتون قرار داد و در مخزن زبالهها گذاشت.

ج- سطح بالا: همان سوخت مصرف شده راکتورها است و نیاز به پوشش حفاظتی و سردسازی دارند. مراحل مدیریت این ضایعات عبارتند از:

انبارداری موقتی

سوخت مصرف شده که از رآکتور خارج میشود، بسیار داغ و رادیواکتیو است و تشعشع و یونهای فراوانی را میتاباند. از این رو باید هم آن را سرد کرد و هم از تابیدن پرتوهای رادیواکتیو آن به محیط جلوگیری کرد. در کتار هر رآکتور، استخرهایی برای انبار کردن سوخت مصف شده وجود دارد. این استخرها، مخزن هایی بتونی مسلح به لایه های فولاد زنگ نزن هستند که 8 متر عمق دارند و پر از آب هستند. آب هم میله های سوخت مصرف شده را خنک میکند و هم به عنوان پوششی حفاظتی در برابر تابش رادیواکتیو عمل میکند. به مرور زمان، شدت گرما و تابش رادیواکتیو کاهش مییابد، به طوری که پس از چهل سال، به یک هزارم مقدار اولیه ( زمانی که از رآکتور خارج شده بود ) میرسد.

بازفرآوری انبارنهایی

3 درصد سوخت مصرف شده در یک رآکتور آب سبک را ضایعات بسیار خطرناک رادیواکتیو است. این مواد را میتوان با روش های شیمیایی از یکدیگر جدا کرد و اگر شرایط اقتصادی و قوانین حقوقی اجازه دهد، میتوان سوخت مصرف شده را برای تهیه سوخت هسته ای جدید بازیافت کرد.

کارخانه هایی در فرانسه و انگلستان وجود دارند که مرحله بازفرآوری سوخت نیروگاههای کشورهای اروپای و ژاپن را انجام میدهند. البته این کار در ایالات متحده ممنوع است.

رایج ترین شیوه بازفرآوری، purex نام دارد که مخفف عبارت جداسازی اورانیوم و پلوتونیوم است. ابتدا میله های سوختی را از یکدیگر جدا میکنند و در اسید نیتریک حل میکنند؛ سپس با استفاده از مخلوطی از فسفات تری بوتیل و یک حلال هیدرو کربن، اورانیوم و پلوتونیوم مصرف نشده را جدا میکنند و به عنوان سوخت جدید به مراحل تهیه سوخت میفرستند. ضایعات هسته ای سطح بالا را پس از جدا سازی، حرارت میدهند تا به پودر تبدیل شود.

پس از فرآیند که آهی کردن خوانده میشود، پودر را به شیشه مخلوط میکنند تا ضایعات را در محفظه ای محبوس کنند. این فرآیند شیشه سازی نام دارد. شیشه مایع برای ذخیره سازی درون محفظه هایی از جنس فولاد ضد زنگ قرار میگیرند و این محفظهها را در منطقه ای پایدار ( از نظر جغرافیایی ) انبار میکنند. پس از یک هزار سال، شدت تابش های رادیواکتیو ضایعات هسته ای به مقدار طبیعی کاهش پیدا میکند. این نقطه تا به امروز، انتهای چرخه سوخت هسته ای است

پسمان هاي هسته اي

مهمترين مسئله اي که امروزه فکر دست اندر کاران و متخصصين هسته اي در اين رشته و همچنين متخصصين محيط زيست را به خود مشغول داشته است،برخورد منطقي و علمي با پسمان هاي هسته اي مي باشد. پسمان پرتو زا موادي هستند که حاوي و يا آلوده به مواد پرتوزا در غلظت هاي مشخصي که هيچ گونه استفاده بعدي براي آنها در نظر گرفته نشده است و رفع آلودگي آنها،اقتصادي و مقرون به صرفه نباشد.

پسمان هاي هسته اي شامل موادي به ظاهر زايد و باقيمانده از انجام عمليات و آزمايشهاي گوناگون با مواد پرتو زا مي باشند. تا اوايل دهه 1950 کشور آمريکا که داراي مواد هسته اي قابل ملاحظه و پسمان زايي گسترده اي بوده است،از روش هاي رقيق سازي و يا پخش در هوا و گاهي دفن در قعر اقيانوس ها و بعضي دشت ها استفاده مي کرده است .از آن تاريخ به بعد تصميمات ديگري از جمله دفن در زير زمين هاي چند لايه اي مطرح شد و تکنولوژي پسمان ها در انجماد سازي و غيره به وجود آمده است و در اولين کنفرانس "بهره برداري صلح جويانه از انرژي اتمي" که در سال 1995 در ژنو برگزار گرديد استفاده از معادن متروکه براي خنثي کردن پسمان هاي هسته اي مطرح شد.

پسمانداري هسته اي جهان:

با توجه به 575 راکتور هسته اي در جهان،مسئله پسمان هسته اي به يک معضل و تنگناي جهاني تبديل شده است. انرژي هسته اي منبع توليد الکتريسيته براي 31 کشور جهان است که فعلاً 17% انرژي جهان از اين طريق به دست مي آيد.چندين کشور به خصوص ژاپن،چين،روسيه در فکر گسترش برنامه ساخت نيروگاهاي هسته اي هستند.با اين حال ساير کشور ها مواد سمي توليد شده از انرژي هسته اي را مانعي بزرگ براي استفاده بيش از پيش از اين منبع مي دانند.آلمان،سوئد،بلژيک از کشور هايي هستند که براي انرژي هسته اي خود ضرب الاجل تعيين کرده اند.اين کشور ها چه در فکر توسعه انرژي هسته اي باشند و چه در فکر از کار اندازي نيرو گاههاي موجود،با مسئله هاي پسمان هاي هسته اي موجودمواجه هستند.

در کارخانه جات غني سازي اورانيم معمولاً فرآيند به صورت جريان متقابل مي باشد.بدين گونه که پسمان در هر مرحله،مراحل پايين تر را تغذيه مي کندکه هم بازده کارخانه افزايش مي يابد و هم آبشاري به طور به طور افزايشي در ايجاد پسمان شکل مي گيرد که البته کليه مراحل اعم از مراحل غني کننده و فقير کننده در دو جهت متقابل،مصارف خاص خود را دارند. بديهي است يکي از ويژگي هاي سوخت هسته اي نسبت به سوخت هاي ديگر،وجود مقدار زيادي از مواد قابل استفاده در سوخت مصرف شده پس از پايان يک دوره بهره برداري از آن است.به عنوان نمونه از اورانيوم با غناي 2تا 4%که ماده اصلي سوخت اکثر راکتور هاي قدرت را تشکيل مي دهد،تنها 1 تا 2% براي توليد انرژي،مورد استفاده قرار مي گيرد و بقيه آن به اضافه پلوتونيم و ايزوتوپ هاي قابل استفاده ديگر و پاره هاي شکافت در سوخت مصرفي باقي مي مانند.در فرايند باز فرآوري،اين عناصر و مواد جدا سازي اورانيم و پلوتونيم آن،دوباره به چرخه سوخت بازگردانده مي شوندکه آرايش پرتوزايي اين راديو نوکلوئيد ها و هسته هاي ويژه در اين پسمان ها محرز است. همچنين خطرات بحراني شدن مواد قابل شکافت در مخازن نيز وجود دارد و حسابرسي اين مواد اين معضل را چندين برابر مي سازد. لازم به ذکر است که مشکل اساسي در کليه مراحل،جلوگيري از نفوذ پرتو گاما است.

همانطور که در طراحي و ساخت غلاف ميله سوخت، نهايت دقت به عمل مي آيد تا امکان پخش پاره هاي شکافت به خنک کننده ها و محيط روي ندهد در طراحي پيمانگور ها نيز اين ترتيب بايد رعايت شود تا امکان عبور مواد پرتو زا به گذر گاه هاي جانبي وجود نداشته باشد.

تقسيم بندي پسمان هاي پرتو زا:

-پسمان سطح پايين(LLW)، کمتر از 0.1 کوري بر متر مکعب

- پسمان سطح متوسط(ILW)، بين 0.1 تا 10000 کوري بر متر مکعب

- پسمان سطح بالا (HLW)، بزرگتر از 10000 کوري بر متر مکعب،

استحاله پسمان :

استحاله به معني تبديل يک عنصر به ديگري و الحاق يک ايزوتوپ به ديگري است.فرايند فيزيکي اصلي که باعث استحاله ميشود شکافت هسته اي نام دارد.

روش متداول آزمايش پسمان هاي مايع:

-تصفيه و سانتريفيوژ

-تبادل يوني

-تبخير کردن

-رسوب گيري

-اسمز کردن

-جذب

-تزريق در لايه هاي زمين

مشکلات بين المللي پسمان هاي هسته اي

- عدم وجود موقعيت مناسب زمين شناسي براي دفن پسمان ها

- نداشتن حمايت مالي و اقتصادي کافي

- نبود نيروي انساني ماهر براي نگهداري پسمان ها

معيار هاي انتخاب محل:

- تاريخچه پايداري زمين شناسي

- وضعيت تکتونيکي

- وضعيت منطقه از لحاظ آتشفشاني بودن

- سطح آبهاي زير زميني و وضعيت مناطق عبور

- وضعيت لايه بندي و سطوح تماس لايه هاي زمين شناسي در محيط اطراف

- خواص شکاف هاي بسته شده و تاريخچه آنها

- خواص شکاف هاي پر شده و تاريخچه آنها

- خواص و تاريخچه دگر گوني سنگ،شيمي سنگ وقابليت جريان سيال در آن

- ميدان فشار سيال در محيط

- وضعيت توپو گرافي منطقه

- وضعيت و پرا کنش خاک در منطقه

- آب و هواهاي اقليمي منطقه و تغييرات آن

- شناخت آبهاي سطحي و بيو لوژي زميني وآبي

- معيار هاي اقتصادي،سياسي وفرهنگي منطقه

- ميزان بارندگي

- حيات وحش و پوشش گياهي منطقه

- شناخت درز ها و شکاف ها

- ژئو شيمي محيط

- فاصله از مناطق مسکوني و مردم

- دسترسي به راههاي ارتباطي

منبعhttp://www.arteshi.com/showthread.php?t=13897

12 people like this

Share this post


Link to post
Share on other sites

با تشکر از مقاله جامع و کامل جنابعالی

شنیدم که اکثر کشورها بعلت خطرات ناشی از زلزله و خرابی سیستم و امکان آلوده شدن منطقه وسیعی مثل حادثه چرنوویل دارن نیروگاههای اتمی خودشون رو جمع می کنند و برق رو از منابع پاک تولید کنند

10 people like this

Share this post


Link to post
Share on other sites

همین زلزله و سونامی چند وقت پیش کشور دوست و برادر اما چشم تنگ خودمون ؛جاپون _ ژآپن_ که رخ داد هنوزم مردم فوکوشیما درست و حسابی نمیتونن برگردن سر خونه و زندگی شون چون راکتورشماره 4 شون آسیب دید

10 people like this

Share this post


Link to post
Share on other sites

لا اقل بهتره نیروگاهها تو دل کویر باشه جایی که صد ها کیلومتر با شهرها و روستاها فاصله داشته باشه . شما فکر کنید خدای نکرده برای نیروگاه بوشهر اتفاقی مثل چرنو ویل بیفته . تمامی مراکز تولید نفت و پتروشیمی و اینها برای صد ها سال تعطیل میشه مخصوصا منطقه پارس جنوبی

11 people like this

Share this post


Link to post
Share on other sites

لا اقل بهتره نیروگاهها تو دل کویر باشه جایی که صد ها کیلومتر با شهرها و روستاها فاصله داشته باشه . شما فکر کنید خدای نکرده برای نیروگاه بوشهر اتفاقی مثل چرنو ویل بیفته . تمامی مراکز تولید نفت و پتروشیمی و اینها برای صد ها سال تعطیل میشه مخصوصا منطقه پارس جنوبی

 

ظاهراً می بایستی نیروگاه های هسته ای نزدیک به دریاساخته بشه تا دسترسی راحت به آب داشته باشن که طبیعتاً در کویر این امر میسر نیست ، از طرفی ماجرای نیروگاه هسته ای و کلاً استفاده از این نیرو برای مصارف صنعتی در کشور ما بیش از آنکه جنبه کاربردی و توجیه اقتصادی داشته باشه ، جنبه حیثیتی داره وگرنه همین هزار مگاوات تولیدی توسط فاز یک بوشهر را براحتی می توان از طریق نصب توربین های بادی در نقاط مناسب و یا استقرار سلول های خورشیدی در دل کویر بخصوص در نقاطی که بیش از 330 روز از سال از تابش نور خورشید بهره مند هستند ، کسب نمود.

طبق برآورد کارشناسان مربوطه کویر لوت به تنهایی این پتانسیل را داره که برق مصرفی کل قاره آسیا را از طریق نصب سلول های خورشیدی تأمین کنه !!!

9 people like this

Share this post


Link to post
Share on other sites

با تشکر از مقاله جامع و کامل جنابعالی

شنیدم که اکثر کشورها بعلت خطرات ناشی از زلزله و خرابی سیستم و امکان آلوده شدن منطقه وسیعی مثل حادثه چرنوویل دارن نیروگاههای اتمی خودشون رو جمع می کنند و برق رو از منابع پاک تولید کنند

 

آلمان همچین برنامه ای داره ولی حالا کو تا اونموقع و گرنه خود آلمان آمریکا ، فرانسه ، ژاپن و ... همه میگن باید به سمت انرژی های نو و تجدید پذیر بریم ولی هنوز هیچ شیوه ی جدیدی ثباط و برآیند انرژی اتمی رو نداره

 

 

همین زلزله و سونامی چند وقت پیش کشور دوست و برادر اما چشم تنگ خودمون ؛جاپون _ ژآپن_ که رخ داد هنوزم مردم فوکوشیما درست و حسابی نمیتونن برگردن سر خونه و زندگی شون چون راکتورشماره 4 شون آسیب دید

 

برعکس ژاپن و ... به این خاطر که با اقیانوس ارتباط نزدیک نداریم خطر سونامی و طوفان و ... خوشبختانه در کشور حداقل هست ( چند سال پیش در سیستان و بلوچستان همچین اتفاقی افتاد ) پس کلا شرایطمون فرق میکنه

در مورد زلزله هم اگه در زمان ساخت بهش فکر بشه ، مشکل ساز نمیشه

 

 

لا اقل بهتره نیروگاهها تو دل کویر باشه جایی که صد ها کیلومتر با شهرها و روستاها فاصله داشته باشه . شما فکر کنید خدای نکرده برای نیروگاه بوشهر اتفاقی مثل چرنو ویل بیفته . تمامی مراکز تولید نفت و پتروشیمی و اینها برای صد ها سال تعطیل میشه مخصوصا منطقه پارس جنوبی

 

همینطور که جناب AH-1J گفتند از واجبات نیروگاه اتمی نزدیکی به منابع آب دائمی هست و نزددیک دریا بهتر از کنار رودخانه هست

 

 

ظاهراً می بایستی نیروگاه های هسته ای نزدیک به دریاساخته بشه تا دسترسی راحت به آب داشته باشن که طبیعتاً در کویر این امر میسر نیست ، از طرفی ماجرای نیروگاه هسته ای و کلاً استفاده از این نیرو برای مصارف صنعتی در کشور ما بیش از آنکه جنبه کاربردی و توجیه اقتصادی داشته باشه ، جنبه حیثیتی داره وگرنه همین هزار مگاوات تولیدی توسط فاز یک بوشهر را براحتی می توان از طریق نصب توربین های بادی در نقاط مناسب و یا استقرار سلول های خورشیدی در دل کویر بخصوص در نقاطی که بیش از 330 روز از سال از تابش نور خورشید بهره مند هستند ، کسب نمود.

طبق برآورد کارشناسان مربوطه کویر لوت به تنهایی این پتانسیل را داره که برق مصرفی کل قاره آسیا را از طریق نصب سلول های خورشیدی تأمین کنه !!!

 

سلول های خورشیدی خیلی راه تا تکمیل شدن دارن الان بهترین بازه شون 10 یا 11 درصد هست اون هم تا وقتی که خورشید هست ، تازه مواد تولید کننده زیانبارشون پیشکش که کم از زباله های اتمی ندارن

 

البته همونطور که گفتید در ایران انرژی هسته ای و نیروگاه هاش حیثیتی شده و یا سرپوشی برای کارهای دیگه هست و گرنه این رو در نظر داشته باشید که در کشور کوهستانی ایران با این همه کوه ( کوه = باد ) و این همه ساحل با بازده ی بالای نیروگاه های بادی و دردسر کم و ... 

فقط با نیروز باد که کاری به روز وشب و سرما و گرما و ابر و بارون و ... نداره خیلی راحت میشه نه تنها کل برق مملکت رو تولید کرد بلکه میشه اون رو هم صادر کنیم و منبع درآمدی خوبی هم داشته باشیم

9 people like this

Share this post


Link to post
Share on other sites

لا اقل بهتره نیروگاهها تو دل کویر باشه جایی که صد ها کیلومتر با شهرها و روستاها فاصله داشته باشه . شما فکر کنید خدای نکرده برای نیروگاه بوشهر اتفاقی مثل چرنو ویل بیفته . تمامی مراکز تولید نفت و پتروشیمی و اینها برای صد ها سال تعطیل میشه مخصوصا منطقه پارس جنوبی

 

البته اگر خدایی نکرده حادثه ای مشابه چرنوبیل برای بوشهر هم اتفاق بیافته حتی افراد ساکن مشهد هم در امان نخواهند بود .......

9 people like this

Share this post


Link to post
Share on other sites

 

سلول های خورشیدی خیلی راه تا تکمیل شدن دارن الان بهترین بازه شون 10 یا 11 درصد هست اون هم تا وقتی که خورشید هست ، تازه مواد تولید کننده زیانبارشون پیشکش که کم از زباله های اتمی ندارن

 

البته همونطور که گفتید در ایران انرژی هسته ای و نیروگاه هاش حیثیتی شده و یا سرپوشی برای کارهای دیگه هست و گرنه این رو در نظر داشته باشید که در کشور کوهستانی ایران با این همه کوه ( کوه = باد ) و این همه ساحل با بازده ی بالای نیروگاه های بادی و دردسر کم و ... 

فقط با نیروز باد که کاری به روز وشب و سرما و گرما و ابر و بارون و ... نداره خیلی راحت میشه نه تنها کل برق مملکت رو تولید کرد بلکه میشه اون رو هم صادر کنیم و منبع درآمدی خوبی هم داشته باشیم

 

اگر منظور شما این سلولهای خورشیدی موجود در کشور هست که قطعا درست می فرمایید، اما نیروگاههای خورشیدی در کشورهای پیشرفته در نسل چهارم و پنجم خودشون فکر میکنم باشن و ضمن اینکه هیچ نوع زباله ای تولید نمی کنند و با طبیعت کاملا سازگار هستند، بهره وری زیادی نیز در تولید برق دارند 

11 people like this

Share this post


Link to post
Share on other sites

اگر منظور شما این سلولهای خورشیدی موجود در کشور هست که قطعا درست می فرمایید، اما نیروگاههای خورشیدی در کشورهای پیشرفته در نسل چهارم و پنجم خودشون فکر میکنم باشن و ضمن اینکه هیچ نوع زباله ای تولید نمی کنند و با طبیعت کاملا سازگار هستند، بهره وری زیادی نیز در تولید برق دارند 

 

نچ

توصیه میکنم که مقاله ی کار شده توسط دوست عزیزم حامد فاتحی رو مطالعه کنید ( الان هم درگیر هست و محتاج دعای دوستان )

 

فایل در پیوست پست موجوده. متن خیلی کوتاه و در 17 صفحه آماده شده که نیمی از این صفحات عکس ها و نمودارهای مربوطه هستند. با حجم 1 مگ

 

دانلود

10 people like this

Share this post


Link to post
Share on other sites

سلول های خورشیدی خیلی راه تا تکمیل شدن دارن الان بهترین بازه شون 10 یا 11 درصد هست اون هم تا وقتی که خورشید هست ، تازه مواد تولید کننده زیانبارشون پیشکش که کم از زباله های اتمی ندارن

 

چند سال پیش بود که ما رو برای بازدید یک شرکتی (زیر مجموعه وزارت دفاع) بردند که سلول های خورشیدی تولید می کرد ، می گفتند سلول های خورشیدی از نوع تجاری موجود در بازار راندمانش 18 درصد هست و نوع نظامیش که انحصارش در اختیار اسرائیل بوده 40 درصد !!

و ادعا می کردند حالا ما توان تولید سلول هایی با راندمان 40 درصد در داخل برای صنایع نظامیمون داریم !! ،

 

و ا... اعلم
12 people like this

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!


Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.


Sign In Now
Sign in to follow this  
Followers 0