دوشنبه ۰۷ مهر ۱۳۹۹ - September 28 2020
کد خبر: ۲۶۲۷
تاریخ انتشار: ۱۵ مرداد ۱۳۹۳ - ۰۸:۳۸
استفاده از توان هسته‌ایِ سوخت اورانیوم یکی از راه‌های تمیز و پربازده برای رساندن دمای آب به نقطۀ جوش و تولید بخار بسیار داغ است، این بخار داغ توربینِ ژنراتورها را می‌چرخاند. نیروگاه‌های هسته‌ای کاملا شبیه به نیروگاه‌هایی هستند که با سوخت گاز یا زغال سنگ کار می‌کنند.

در رآکتور هسته‌ای نیروگاهی با شکسته شدن اتم‌های اورانیوم، انرژی آن‌ها آزاد می‌شود، اما این انرژی آزاد شده باید به وسیلۀ رآکتور هدایت و کنترل شود تا نهایتا باعث تولید الکتریسیته بشود.

به گزارش گروه ترجمه و تحلیل امید هسته ای، استفاده از توان هسته‌ایِ سوخت اورانیوم یکی از راه‌های پاک و پربازده برای رساندن دمای آب به نقطۀ جوش و تولید بخار بسیار داغ است، این بخار داغ توربینِ ژنراتورها را می‌چرخاند. نیروگاه‌های هسته‌ای کاملا شبیه به نیروگاه‌هایی هستند که با سوخت گاز یا زغال سنگ کار می‌کنند، منتها با این تفاوت که در نیروگاه‌های هسته‌ای برای تولید گرما و تبدیل آب به بخار خیلی داغ از رآکتور استفاده می‌شود حال آنکه در نیروگاه‌های گازی و زغالی با سوزاندن گاز و یا ذغال سنگ گرما تولید می‌شود و آب به بخار تبدیل می‌گردد.

قلب رآکتور

قلب رآکتور اتمی از صدها مجتمع سوخت تشکیل شده است که هر کدام از آن‌ها شامل هزاران قطعۀ کوچکِ سوخت اکسید اورانیوم سرامیکی است. در یک رآکتور با توان 1000 مگاوات (MWe)، قلب رآکتور باید دارای حدود 75 تن اورانیوم غنی شده باشد.

در قلب رآکتور ایزوتوپ اورانیوم 235 (U-235) شکافته می‌شود و طی یک فرآیند پیوسته که واکنش زنجیری (Chain Reaction) نامیده می‌شود مقدار بسیار زیادی انرژی و گرما آزاد می‌کند. این فرآیند به یک میانجی یا کُند کننده مانند آب یا گرافیت نیاز دارد تا کاملا کنترل شده باشد.

این ماده کُند کننده از سرعت حرکت نوترون‌هایی که در اثر شکافت هستۀ اورانیوم تولید شده‌اند می‌کاهد تا آن‌ها بتوانند فرآیند را ادامه دهند و باعث شکافته شدن هستۀ سایر اتم‌ها بشوند.

برخی از اتم‌های اورانیوم 238 (U-238) در درون رآکتور به پلوتونیوم تبدیل می‌گردند که نیمی از این نیز به طریق مشابه شکافته می‌شود و باعث تولید حدود یک‌سومِ انرژی خروجی رآکتور می‌گردد.


رآکتورهای هسته‌ای چگونه الکتریسیته تولید می‌کنند؟


محصولات شکافت نیز پس از شکافت در درون سوخت سرامیکی باقی می‌مانند و فرآیند تجزیۀ رادیواکتیوی را طی می‌کنند و در طی این فرآیند اندکی گرما نیز آزاد می‌کنند، همین مواد در واقع پسماندهای نهایی فرآیند شکافت هستند.

انرژی هسته‌ای حدود 12 درصد از کل الکتریسیتۀ مصرفی جهان درحال حاضر را تامین می‌کند. امروزه 31 کشور جهان برای تولید الکتریسیته مصرفی خود از انرژی هسته‌ای بهره می‌گیرند و در بسیاری از این کشورها حدود 25 تا 33 درصد از کل الکتریسیتۀ مصرفی به وسیلۀ انرژی هسته‌ای تولید می‌گردد، برخی از کشورها حتی تا 75 درصد از الکتریسیته مورد نیاز خود را با این روش تولید می‌کنند.

قلب رآکتور در درون یک لولۀ تحت فشار (pressure vessel) از جنس فولاد قرار دارد، به گونه‌ای که آبی که در اطراف آن است حتی در دماهای بالاتر از 320 درجه سانتی‌گراد نیز به دلیل فشار بسیار بالا نمی‌تواند به بخار تبدیل گردد و همچنان به صورت مایع باقی می‌ماند. بخار آب با دمای بسیار بالا در بالای قلب رآکتور و یا در یک سری لوله‌های تحت فشار مجزا ایجاد می‌شود و همین بخار آب که دمای بسیار بالا و انرژی زیادی دارد توربین را می‌چرخاند و الکتریسیته تولید می‌کند، سپس این بخار سرد می‌شود و پس از آن فرآیند میعان را طی می‌کند و دوباره به صورت مایع در آمده و مجددا وارد چرخه می‌شود.

انواع رآکتورها

رآکتورهای دارای آب تحت فشار (pressurized water reactor) که به اختصار PWR نامیده می‌شوند، رایج‌ترین نوع رآکتورها هستند، در این نوع از رآکتورها هم در مدار اصلی انتقال گرما (primary heat transfer circuit) و هم در مدار اصلی سردکنندۀ آن‌ها از آب به عنوان مایع انتقال دهندۀ حرارت استفاده می‌شود و همچنین در /ان‌ها بخار در یک مدار ثانوی تولید می‌شود.

رآکتورهای آب جوشان (boiling water reactor) که به اختصار BWR نامیده می‌شوند کمتر از رآکتورهای نوع اول مورد استفاده قرار می‌گیرند، در این رآکتورها بخار در همان مدار اصلیِ بالای قلب رآکتور تولید می‌گردد، البته این رآکتورها نیز تحت فشار تقریبا بالایی کار می‌کنند. هم در رآکتورهای نوع اول (PWR) و هم در رآکتورهای نوع دوم (BWR)، از آب هم به عنوان خنک کننده و هم به عنوان کُند کنندۀ (Moderator) نوترون‌ها استفاده می‌شود.


رآکتورهای هسته‌ای چگونه الکتریسیته تولید می‌کنند؟


برای آنکه کارکرد رآکتور بازدهی مناسبی داشته باشد، هر سال یکبار و یا هر دو سال یکبار باید یک‌سوم و یا نیمی از سوخت مصرف شده خارج شود و به جای آن سوخت تازه جایگزین گردد.

هم لوله‌های تحت فشار و هم سیستم تولید بخار داغ، هر دو در درون یک محفظۀ بسیار بزرگ قرار می‌گیرند که با دیواره‌هایی از جنس بتن با ضخامت 120 سانتی‌متر ساخته شده است. این کار برای این است که اگر در قلب رآکتور مشکل بزرگ و خطرناکی به وجود بیاید همسایه‌ها و اطرافیان رآکتور در خطر قرار نگیرند، افزون بر این، این محفظه از رآکتور در برابر آسیب‌های خارجی محافظت می‌کند.

از آن‌جایی که حتی پس از خاموش شدن رآکتور نیز به دلیل فرآیندهای رادیواکتیو تجزیه و فروپاشی ، مقداری گرما تولید می‌گردد، یک سیستم سردکننده در رآکتورها تعبیه شده است تا هم گرما خارج شود و هم گرمای خروجی در هنگام عملکرد رآکتور را خارج و کنترل کند.


رآکتورهای طبیعی پیشاتاریخی!

اولین رآکتورهای هسته‌ای جهان حدود دو میلیارد سال پیش به صورت طبیعی در یک کانسار اورانیوم (uranium deposit)، در جایی که اکنون کشور گابون است کار می‌کردند! این رآکتورهای طبیعی در قسمت‌هایی از پوستۀ زمین که سرشار از سنگ معدن اورانیوم هستند به وجود آمده بودند و با نفوذ آب باران کند و محدود شدند (در آن زمان ایزوتوپ‌های اورانیوم 235 فشرده‌تر و متمرکزتر از اکنون بوده‌اند).

سهم انرژی هسته‌ای در تامین الکتریسیتۀ جهان

انرژی هسته‌ای حدود 12 درصد از کل الکتریسیتۀ مصرفی جهان درحال حاضر را تامین می‌کند. امروزه 31 کشور جهان برای تولید الکتریسیته مصرفی خود از انرژی هسته‌ای بهره می‌گیرند و در بسیاری از این کشورها حدود 25 تا 33 درصد از کل الکتریسیتۀ مصرفی به وسیلۀ انرژی هسته‌ای تولید می‌گردد، برخی از کشورها حتی تا 75 درصد از الکتریسیته مورد نیاز خود را با این روش تولید می‌کنند. از سال 1950 تا کنون در 440 رآکتور قدرت هسته‌ای دنیا بیش از 15 هزار رآکتور-سال عملکرد اجرایی صورت گرفته است (یک رآکتور-سال برابر است با یک سال کار کردن یک رآکتور، اگر مثلا 4 رآکتور به مدت 3 سال کار کنند آنگاه 12 رآکتور-سال عملکرد اجرایی خواهیم داشت).


منبع: وبسایت سازمان هسته‌ای جهانی (World Nuclear Association)

ترجمۀ امید هسته‌ای ایرانیان/امین درستی

نام:
ایمیل:
* نظر: