up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله انرژي هسته اي PDF
QR code - انرژي هسته اي

انرژي هسته اي

انرژي هسته اي چيست؟

اگر در گذشته بحران غذا و يا بحران آب آشاميدني حيات بشر را به خطر ميانداخت، امروزه کارشناسان بر اين اعتقادند که بحرانآينده که حيات بشريت را تهديد ميکند، بحران انرژي است.
حيات بشر امروزي به طور مستقيم و غيرمستقيم بهمنابع مختلف انرژي مانند نفت و گاز و زغال سنگ و ... وابسته است و تصور زندگي بدون دسترسي به اين منابع، دشوار و حتي غيرممکن است.
از طرفي، گذشت سريع زمان، اين زنگ خطر را بلندتر و واضح تر به گوش ميرساند که منابع انرژي تجديدناپذير در حال پايان است، بنابر اين ضرورت کشف و استفاده از منابع انرژي نو بيش از پيش اهميت مييابد.
انرژي هستهاي از جمله مطمئنترين و پاکترين انرژيهايي است که ميتواند کمبود و حتي خلاء انرژيهاي فسيلي را جبران کند.
جمهوري اسلامي ايران نيز با درک ضرورت استفاده از اين انرژي مدرن، در جهت دستيابي به آن براي توليد برق کوششي بيوقفه و خستگي ناپذير را آغاز کرده است.
براي توليدبرق، روشهاي مختلفي وجود دارد که ازآن جمله ميتوان نيروگاههاي آبي، بادي، خورشيدي، جزر و مد، ژئوترمال ( زمين گرمايي ) حرارتي و هستهاي را نام برد.
در نيروگاه حرارتي از سوزاندن منابع اوليه انرژي مانند زغال سنگ،نفت يا گاز، حرارت توليد ميشود و حرارت توليد شده در ديگ بخار، آب را تبخير ميکند. بخارحاصله بعد از به چرخش در آوردن توربين در چکالنده، به آب تبديل ميشود و دوباره به ديگ بخار بر ميگردد. چرخش توربين منجر بهچرخش محور مولد برق شده و نيروي برق توليد ميشود.
● چگونگي توليد برق در نيروگاه هستهاي
در نيروگاههاي هستهاي پس از شکاف هسته، انرژي هستهاي به صورت حرارت آزاد ميشود. از حرارت حاصله همانند نيروگاههاي حرارتي ميتوان براي توليد برق استفاده کرد.
يک نيروگاه هستهاي در اصل مانند يک نيروگاه فسيلي (حرارتي) کارميکند، با اين تفاوت که در نيروگاه اتمي، حرارت از سوزاندن زغال سنگ، نفت و يا گاز ايجاد نميشود، بلکه از راه شکاف هسته اتم توليد ميشود.
جريان آب، اين حرارت را به مولد بخار که درآن آب بهبخار تبديل ميشود، از مدار اول منتقل ميکند و بخار حاصله، توربين و در نتيجه مولد برق را به گردش در ميآورد و سپس در چگالنده به آب تبديل ميشود. اين آب در مدار دوم دوباره به مولد بخار برگردانده ميشود و حرارت پس داده شده ، هنگام تبديل بخار به آب در چگالنده، به وسيله آب خنککننده در مدار سوم جذب و خارج ميشود.
نيروگاههاي اتمي انواع مختلفي دارند. يکي از پيشرفتهترين آنها نيروگاه اتمي با راکتور آب تحت فشار است.
برق توليدشده در نيروگاه اتمي پس ازافزايش ولتاژ، درترانسهاي افزاينده، توسط خطوط انتقال فشار قوي به محلهاي مصرف منتقل ميشود، در آنجا به وسيله ترانسهاي کاهنده، ولتاژ تا حد لازم کاهش مييابد و در اختيار مصرفکننده قرار ميگيرد.اين افزايش و کاهش ولتاژ به علت کم کردن تلفات در خطوط انتقال برق است.
● نيروگاه هستهاي و شيرينسازي آب شور
نيروگاه اتمي علاوه بر توليد برق ، فوايد و کاربردهاي ديگري نيز دارد که از جمله شيرينسازي آب شور دريا است. مي توان به هر واحد نيروگاه اتمي هزار مگاواتي، يک واحد شيرينسازي آب شور به ظرفيت ‪ ۱۰۰‬هزار متر مکعب در روز متصل کرد و آب شور از دريا به وسيله پمپ به واحد شيرين-سازي آب شور هدايت کرد.
در اين واحد، از حرارت توليد شده به وسيله راکتور براي تقطير کردن آب استفاده ميشود. آب تقطيرشده پس از طي مراحلي بهآب آشاميدني تبديل ميشود.
مايعات زايد دوباره به دريا برگردانده شده، آب آشاميدني وارد شبکه توزيع ميشود. آب شيرين حاصله براي مصارف کشاورزي، شهري و صنعتي قابل استفاده است.
● اورانيوم و نقش آن در نيروگاه هستهاي
هسته اتم از ذراتي به نام پروتون و نوترون تشکيل شده است. پروتون بارالکتريکي مثبت دارد و مقدار آن برابر با بار منفي الکترون است در حالي که نوترون داراي بار الکترويکي نيست و به عبارت ديگر خنثي است.
پروتونها و نوترونها به وسيله نوعي انرژي اتصالي درکنار هم قرار گرفته، انرژي آزادشده به صورت حرارت مورد استفاده قرار ميگيرد.
اورانيوم نيز ازعناصر سنگين بهشمار ميرود و داراي انرژي اتصالي بسيار زيادي است. مقدار انرژي آزاد شده هنگام شکافت هسته اورانيوم بسيار زياد است و به اين منظور، از اورانيوم براي سوخت راکتور اتمي استفاده ميشود.
براي مقايسه، مقدار انرژي اورانيوم موجود درراکتور نيروگاه اتمي بوشهر (‪ ۸۰‬تن) برابر است با مقدار انرژي موجود در ‪ ۱۷‬ميليون بشکه نفت خام.
در مقياس کوچک، انرژي حاصل از سوزاندن يک قرص سوخت ‪ ۱۲‬گرمي اورانيوم معادل انرژي حاصل از سوختن يک تن زغال سنگ، دو ونيم تن چوب و ‪ ۱۷‬هزار فوت مکعب گاز طبيعي است.
در نيروگاه اتمي بوشهر، تعداد ‪ ۱۶۳‬مجتمع سوخت داخل محفظه تحت فشار راکتور قرار داده ميشود که هسته مرکزي راکتور را تشکيل ميدهد و حرارت ايجاد شده در نتيجه شکافت هسته، آب را به بخار تبديل ميکند و بخار حاصله توربين را به حرکت در ميآورد و توربين مولد را ميچرخاند و نيروي برق توليد ميشود.
در اورانيوم که سوخت نيروگاه اتمي است، انرژي به صورت مهار شده وجود دارد. اين انرژي پس از شکافت هسته آزاد شده، به شکل انرژي حرارتي مورد استفاده قرار ميگيرد.
اين سووال براي برخي مطرح ميشود که چگونه ميتوان يک هسته اتم را که بسيار کوچک تر از يک دانه شن است، شکافت؟
نوترون قادر به برخورد مستقيم با هسته اتم است و پس از جذب شدن به وسيله هسته اتم، آن را به دو قسمت تقسيم ميکند. پارههاي حاصل ازشکافت، با انرژي زياد جدا شده،در نتيجه انرژي حرارتي آزاد ميشود.
همچنين با شکافت هسته، حدود سه نوترون آزاد ميشود که هر کدام ميتواند هسته ديگري را بشکافند.
با ازدياد نوترون، هستههاي بيشتري شکافته شده، نوترونهاي بيشتري آزاد ميشوند و در نتيجه، واکنش زنجيرهاي آغاز ميشود. هرچهتعداد هستهاي شکافته شده بيشتر باشد، به همان نسبت حرارت بيشتري آزاد ميشود.
از حرارت توليد شده ميتوان براي توليد بخار و درنتيجه گردش توربينها استفاده کرد.هنگام بهره برداري از يک نيروگاه اتمي، پسمانهاي پرتوزا به صورت گاز مايع و جامد به وجود ميآيند.
● مهار پرتوهاي هستهاي
براي حفاظت محيط زيست بايستي مقدار مواد پرتوزايي که وارد محيط ميشود، کمتر از مقدار تعيين شده باشد.
در نيروگاه اتمي، ساختمان راکتور و تاسيسات جانبي آن تحت کنترل هستند و مواد پرتوزا فقط در قسمتهاي کنترل شده توليد ميشوند.
به منظور کاهش مقدار پرتوزايي، مواد گازي شکل مانند گازهايي که از آب خنککننده مدار اول متصاعد ميشوند ، آن را از فيلترهاي زغالي گذرانده، يا اين که براي مدت طولاني در ظروف مخصوص نگهداري ميکنند. علت آن اين است که گذشت زمان، اثر پرتوزايي را کاهش ميدهد.
وقتي مقدارپرتوزايي اين گازها از مقدار معيني کمتر باشد، آنها را رقيق کرده،از طريق دودکش به فضا ميفرستند و هواي آلوده به مواد پرتوزا در اتاقهاي قسمت تحت کنترل، بعد از اين که توسط فيلترهاي مخصوص تصفيه شد، به وسيله دودکش به فضا فرستاده ميشود.
مايعات زايد پرتوزا ، جمع آوري شده و بهطور موقت نگه داري ميشوند و در مرحلهبعد، اين مايعات تبخيرشده و مواد جامد پرتوزا بهجاي ميماند.آب تصفيه شده به دريا برگردانده ميشود و با مواد به جاي مانده، طبق قوانين وضع شده عمل ميشود.
مواد پرتوزاي جامد مانند، مجتمعهاي سوخت کارکرده را در داخل محفظههاي ضد ضربه و ضد حريق از نيروگاه خارج ميکنند. مواد جامد پرتوزاي ديگر مانند فيلترها، پوشاک و وسايل نظافت در داخل بشکههايي بسته بندي شده و طبق قوانين موجود با آنها عمل ميشود.
براي اطمينان يافتن از اين که مقدار پرتوزايي تمام مواد خارج شده از قسمت تحت کنترل براي محيط زيست بيضرر است، به طور دايم مقدار پرتوزايي مايعات، گازها و جامدات زايد اندازهگيري ميشود.
در زمان بهره برداري از نيروگاه، محيط اطراف آن از نظر پرتوزايي، پيوسته کنترل ميشود.
در برنامه ريزي، طراحي، احداث و بهره برداري نيروگاههاي اتمي، به مسايل ايمني توجه ويژهاي ميشود.حصارها و سيستمهاي ايمني خودکار حتي در زماني که بزرگترين حادثه قابل پيش بيني اتفاق بيافتد، از بروز هر گونه اثر نامطلوب به روي کارکنان و محيط جلوگيري ميکند.
از آغاز عمليات برنامه ريزي و طراحي، دانشمندان و متخصصان اطمينان حاصل ميکنند که ميتوانند حتي نادرترين حادثه و عواقب مربوط به آن را کنترل کنند، مانند زمين لرزه و ...
اجزاي هر سيستم به طور منظم آزمايش ميشوند تا از عملکرد صحيح آن اطمينان حاصل شود.نيروگاه اتمي در حال حاضر از ايمنترين تاسيسات صنعتي است.
● حصار ايمني در نيروگاه اتمي
▪ درصد بسياري از مواد پرتوزاي توليد شده در اثر شکافت هسته در داخل شبکه کريستالي سوخت هستهاي باقي ميماند و حصار يک، درون حصار دو قرار دارد.
▪ لولههاي ضد فشار و ضد نشت که از نوعي آلياژ زير کونيوم ساخته شده، قرصهاي سوخت را در برگرفته و از خروج مواد پرتوزاي حاصله، ازشکافت هستهاي جلوگيري ميکند.
▪ محفظه تحت فشار راکتور که از قطعات فولادي تهيه شده، حصاري تشکيل ميدهد که در مقابل فشار حرارت و پرتو کاملا مقاوم است.
▪ حفاظ بيولوژيکي که بيشتر از يک متر ضخامت دارد و از بتن مسلح ساخته شده، حفاظي در مقابل پرتوهاي خارج شده از محفظه تحت فشار راکتور ميباشد.
▪ کره ايمني فولادي تمام سيستمهاي هستهاي راکه حاوي مواد راديو اکتيو است در بر ميگيرد و اين حفاظ حتي در زمان وقوع خطرناکترين حوادث، از خروج مواد پرتوزا جلوگيري ميکند.
▪ ساختمان راکتور که از بتن مسلح با ضخامت حدود دو متر ساخته شده است، حفاظي در مقابل عوامل خارجي محسوب ميشود.
● ميزان مجاز پرتو هستهاي
بر اساس قوانين وضع شده، مقدار پرتوي مجاز در مجاورت نيروگاههاي اتمي حداکثر برابر با ‪ ۱ ۵‬ميلي زيورت نام دارد.
انسان، حيوانات و گياهان همواره به طور طبيعي مقداري پرتو دريافت ميکنند و اين مقدار در ايران به طور متوسط در حدود ‪ ۱ ۵‬ميلي زيورت در سال است.
مقدار پرتو دريافتي از يک نيروگاه در مدت زمان يک سال بهره برداري، کمتر از يک درصد مقدار پرتو دريافت شده از طبيعت است.
در يک ساعت پرواز با هواپيما، مقدار پرتو دريافت شده، تقريبا برابر با مقدار پرتو دريافتي طي يک سال سکونت در نزديکي نيروگاه اتمي است.
در پزشکي و به خصوص راديوگرافي، از منابع پرتوزا استفاده ميشود. همچنين تلويزيون و رنگهاي شب نما مقداري پرتو ايجاد ميکنند.
● شيوه جديد پيش روي بشر براي توليد برق و همجوشي هستهاي
واکنش شکافت هسته اتم باعث توليد گرما شده، از اين گرما براي توليد بخار استفاده ميشود.بخار توليد شده با چرخاندن پرههاي توربين، برق توليد ميکند.
مدتي است که متخصصان اين رشته به فکر ساخت راکتورهايي افتادهاند که در آن به جاي شکافت هستهاي اتم (فيسيون)، از روش ترکيب اتمها (فوزين يا همجوشي) استفاده ميشود.اين واکنش همان اتفاقي است که در خورشيد و ستارگان ميافتد و انرژي آنها را تامين ميکند.
تاکنون از اين روش در بمبهاي هيدروژني استفاده شده و با وجود پيشرفتهاي فني، هنوز نيروگاه همجوشي ساخته نشده است. کشورهاي آمريکا، فرانسه، روسيه، ژاپن و آلمان طراحي و ساخت يک نيروگاه همجوشي در خاک فرانسه را به نام پروژه ايتر (اينترنشنال ترمويا) آغاز کردهاند و اميدوارند که در دهههاي بعد اين نيروگاهها جايگزين نيروگاههاي فعلي شوند.
انرژي همجوشي به عنوان يک منبع انرژي، با توجه به سوخت مورد مصرف در اين فرآيند که تقريبا در دنيا بيپايان است، راهي براي فرار از بحران انرژي در سالهاي آينده محسوب ميشود.
به علاوه، اين انرژي از لحاظ زيست محيطي، کمترين آسيب را به طبيعت وارد ميکند و همچون شکافت هستهاي، زبالههايي با عمر طولاني از خود به جاي نميگذارد.
در روش همجوشي، اتمهاي دوتريو و تريتيوم (دو ايزوتوپ هيدروژن) در شرايط مناسب با يکديگر ترکيب شده، اتم سنگينتري به نام هليوم توليد ميکند.
در اين فرآيند همچنين ذره نوترون و مقدار زيادي حرارت توليد ميشود و از اين حرارت براي گرم کردن آب و تبديل آن به بخار استفاده ميشود. بخار توليد شده، پرههاي توربين را ميچرخاند و در نهايت باعث توليد برق ميشود.

هسته ترانسفورماتور هسته آهن هسته ترانسفورماتور متشکل از ورقه هاي نازک است که سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفورماتور ها محاسبه مي شود. براي کم کردن تل ...

هسته ترانسفورماتور هسته آهن هسته ترانسفورماتور متشکل از ورقه هاي نازک است که سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفورماتور ها محاسبه مي شود. براي کم کردن تلف ...

هسته ترانسفورماتور هسته آهن هسته ترانسفورماتور متشکل از ورقه هاي نازک است که سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفورماتور ها محاسبه مي شود. براي کم کردن تل ...

انرژي هسته اي انرژي هسته اي از عمده ترين مباحث علوم و تکنولوژي هسته اي است و هم اکنون نقش عمده اي را در تأمين انرژي کشورهاي مختلف خصوصا کشورهاي پيشرفت ...

نيروگاه اتمي در واقع يک بمب اتمي است که به کمک ميله هاي مهارکننده و خروج دماي دروني بوسيله مواد ‏خنک کننده مثل آب و گاز ، تحت کنترل در آمده است. اگر ر ...

● مقدمه شکافت هسته اي اتم اورانيم ۲۳۵ در واقع در اثر نفوذ يک نوترون حرارتي به درون هسته يک اتم سنگين است که باعث شکافت آن به دوپاره از هسته هاي جديد و ...

اين روزها يکي از واژه هايي که در ارتباط با مباحث انرژي هسته اي، به طور مکرر شنيده مي شود دستگا ه هاي «سانتريفوژ» است.در مطلبي که از پي مي آيد، مولف کو ...

در نزديکي واحد صنعتي زغال سنگ ايلت در ماساچوست، مرکز انرژي پاک مي فلور واقع شده است. اين مرکز ۳۷ ميليون دلاري که متعلق به شرکت گريت پوينت انرژي است، ي ...

دانلود نسخه PDF - انرژي هسته اي