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

راکتور هسته اي

● 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 سبکتر مي گردد. در ضمن در عمل شکافت به طور متوسط ۲-۳ نوترون ايجاد شده و مقداري انرژي تابشي گاما آزاد مي گردد. انرژي سينتيک محصولات شکافت و نوترون ها به مواد اطراف خود از طريق برخورد و جذب پرتو به توليد گرما منجر خواهد شد. انرژي آزاد شده از هر شکافت حدود ۱۱-۱۰*۳.۲ ژول است در حاليکه توليد انرژي از منابع متعارف سوخت فسيلي که حاصل تشکيل يک مولکول دي اکسيد کربن هست حدود ۱۹-۱۰*۶.۷ مي باشد.
نوکلوييدهاي غير قابل شکافت هم در طي فرآيندهاي بالا با دريافت و يا برخورد با يک نوترون با ايزوتوپ هايي به تعداد نوترون بالاتر تبديل خواهد شد. بدين ترتيب راديونوکلوئيد هاي جديدي خواهيم داشت که درميان آنها پاره هاي شکافت مواد شکافت پذير جديدي مثل اورانيم۲۳۵، پلوتونيم ۲۳۹ وجود داشته و پلوتونيم ۲۴۱ نيز به طور مصنوعي مي تواند زايش پيدا کند.
اين فرآيندهاي فيزيکي در راکتورهاي هسته اي اتفاق مي افتد. درون ميله هاي سوخت فرآيندهاي شکافت و زايش در اثر واکنش زنجيره اي صورت مي گيرد و واکنش با توليد نوترون به طور دائم ادامه مي يابد.
راکتورهاي هسته براي اهداف فراواني طراحي و ساخته مي شوند که بعضي از آنها عبارتند از:
راکتورهاي توليد حرارت و برق
- راکتورهاي کِشنده
- راکتورهاي تحقيقاتي
- راکتورهاي توليد پلوتونيم
- راکتورهاي اختصاصي براي مقاصدي همچون ساخت زيردريايي، فضا پيما، آب شيرين کن و...
● ساختار عمومي راکتورهاي هسته اي:
بخش مرکزي راکتور هسته اي جدا از آزمايشگاه ها، بخش هاي جانبي و خدماتي آن از يک ساختمان ويژه اي تشکيل شده است که ويژگي آن نه فقط به دليل جادادن وسايل خاص راکتور، بلکه به لحاظ استحکام، ويژگي مصالح ساختماني، ايزوله يا منزوي بودن از محيط زيست، مقاومت در مقابل زلزله، خوردگي و دسترسي به سرويس هاي مخصوص کاملاً استثنايي است.
يک راکتور هسته اي جدا از سازه هاي ساختماني به طور کلي از قسمت هاي زير تشکيل شده است:
۱) مجموعه هاي سوخت
۲) کند کننده ها
۳) خنک کننده ها
۴) سيستم هاي ايمني
۵) ميله هاي کنترل
۶) حفاظ هاي مختلف
در اينجا به بحث مختصري درباره ي هرکدام از اين قسمت ها پرداخته مي شود:
۱) مجموعه هاي سوخت
سوخت يک راکتور هسته اي را ممکن است شامل آنچه که در قلب راکتور به عنوان سوخت وجود دارد در نظر گرفت. به عبارت واقعي تر سوخت راکتور در چندين مجموعه سوخت و هر مجموعه متشکل از چندين ميله سوخت و هر ميله شامل تعداد معيني از قرص ها يا حبه هاي مواد شکافت پذير هسته اي مثل اورانيم و يا در بعضي موارد پلوتونيم مي باشد. ميله هاي سوخت در راکتور به صورت صفحه اي(Plate) و غناي اورانيم ۲۳۵ تا ۹۵ درصد مي رسد. هرميله ي سوخت از غلاف زير کالوي و شامل قطعاتي از قرص هاي دي اکسيد اورانيم است. زير کالوي ۲ تا ۴ يک آلياژ زير کونيم با عيار کمي از قلع، آهن، کرم و نيکل است؛ ميله هاي سوخت ممکن است به صورت انفرادي در جاهاي مخصوص خود گذاشته شود و يا ممکن است به صورت مجموعه هاي سوخت درون قلب راکتور به طور منظم قرارگيرند.
سوخت راکتور مخصوصاً راکتورها مخصوصا راکتورهاي قدرت به طور اصولي يا از عناصري شامل اتم هاي قابل شکافت تامين مي شوند و يا از اتم هاي ايزوتروپ عناصري که قابليت تبديل به اتم هاي قابل شکافت را دارند بنابراين اتم هاي قابل شکافت عبارتند از:
▪ اورانيم ۲۳۵ ،
▪ پلوتونيم ۲۳۹
▪ اورانيم ۲۳۳
اتم هاي مستعد با قابليت تبديل به اتم هاي قابل شکافت عبارتند از:
▪ اورانيم ۲۳۸
▪ توريم ۲۳۲
سوخت راکتورها از نظر فرآيندهاي استفاده در راکتورها بر اساس استراتژي کشور ممکن است به يکي از سه روش زير عمل گردد:
▪ يکبار استفاده از اورانيم و ارسال سوخت مصرف شده به انبار موقت و سپس دفن هميشگي آن
▪ استفاده چندباره از اورانيم و برقراري سيکل اورانيم-پلوتونيم با اعمال عمليات باز فرآوري روي آن
▪ استفاده از سيکل اورانيم-توريم به اين معني که توريم ۲۳۲ ابتدا تبديل به اورانيم ۲۳۳ مي شود و سپس اين اورانيم به عنوان سوخت در راکتورها مورد استفاه قرار مي گيرد.
۲) کند کننده ها
کند کننده ماده اي است که براي کند کردن نوترون هاي سريع تا انرژي هاي حرارتي در راکتورهاي هسته اي مورد استفاده قرار مي گيرند. گاهي اوقات همين کندکننده ها عمل سرد کنندگي راکتور را هم انجام مي دهد. موادي که مي توانند به عنوان کننده مورد استفاده قرارگيرند عبارتند از: آب، آب سنگين، گرافيت و گاهي اوقات هم بريليوم آب به دليل داشتن هيدروژن که عنصري سبک است و نيز فراواني و ارزاني آن مورد استفاده قرار مي گيرد. به طور کلي هرچه ماده کندکننده داراي قابليت کندکنندگي بهتري براي نوترون ها باشد درجه کمتري از سوخت غني شده مورد نياز خواهد بود. آب سنگين بهتر از گرانيت و گرانيت بهتر از آب داراي خاصيت کندکنندگي است، ولي توليد آب سنگين نسبتاً گران است و گرانيت هم تاثيرات نامطلوبي در نتيجه در نتيجه پرتوگيري از خود بروز مي دهد.
الف) مشخصات يک کند کننده خوب:
▪ نوترون ها نبايد با کندکننده واکنش نشان دهد، چون در اينصورت بازدهي توليد نوترون کاهش يافته و راکتور به سمت خاموشي مي رود.
▪ نوترون ها بايد در محيط کندکننده ها در فاصله هاي کوتاهي پس از چند برخود کند شوند زيرا در غير اينصورت، نوترون توسط اورانيم ۲۳۸ گير افتاده و موجب تشديد ناخالصي هاي کند کننده مي شود که اين وضعيت اقتصادي نيست.
▪ گرچه کند کننده ها بايد ارزان باشند ولي در عين حال خواص ساختاري آنها بايد رضايت بخش هم باشد.
▪ کندکننده بايد با ساير مواد ساختاري راکتور سازگار باشد و نبايد خواص خورندگي، سايندگي و يا تحت تاثير پرتوهاي راديواکتيو قرار گيرد.
▪ کندکننده طي فرآيند دائمي بمباران هاي نوتروني نبايد تحت تاثيرات و تغييرات نامطلوب فيزيکي يا شيميايي قرار گيرد.
▪ يک کند کننده خوب بايد به طور مؤثر نوترون هاي سريع حاصل از شکافت را به نوترون هاي حرارتي تبديل کند.
۳) خنک کننده ها:
خنک کننده براي انتقال حرارت از ميله هاي سوخت به طور مستقيم مورد استفاده قرار مي گيرد. اين فقط در صورتي است که خنک کننده نقش کند کننده هم داشته باشد. در مواردي که ماده کند کننده ديگري مورد استفاده است در اين صورت انتقال حرارت معمولا توسط خنک کننده مستقيماً از کندکننده و غير مستقيم يا در بعضي موارد مستقيم از ميله هاي سوخت انجام مي پذيرد. اکثراً آب به عنوان سرد کننده مورد استفاده قرار مي گيرد. به هر حال گاهي اوقات آب سنگين، فلزات مايع(سديم و پتاسيم) يا حتي گازها(دي اکسيدکربن) هم ممکن است مورد استفاده واقع شوند. امروزه در اکثر راکتورهاي تجاري آب به عنوان سردکننده مورد استفاده قرار مي گيرد. در اينصورت آب علاوه بر نقش سرد کنندگي وظيفه کند کنندگي را نيز انجام مي دهد.
ب) خواص ايده آل براي يک خنک کننده:
▪ سطح مقطع جذب نوتروني کوچکي داشته باشد، در اين صورت ميزان تابش راديواکتيويته در حين کارگرداني اپراتوري کاهش مي يابد.
▪ فراوان و ارزان باشد.
▪ غيرخورنده يا خوردگي کمي داشته باشد، چون لوله ها و ساختارهاي ديگر که با آن در تماس هستند بايد سالم بمانند.
▪ ضريب انتقال حرارتي بالا داشته باشد. به اين ترتيب حرارت به سهولت به سرد کننده انتقال يافته و جابجا خواهد شد.
▪ ويسکوزيته يا غلظت کم داشته باشد که سبب کاهش مصرف کمتر برق براي پمپ کردن آن مي شود.
▪ داراي توانايي نگهداري درجه حرارت هاي بالا به صورت مايع، حتي اگر تحت فشار باشد.
خنک کننده هايي که در راکتورهاي تحقيقاتي يا تجاري استفاده شده اند عبارتند از:
▪ آب سبک يا سنگين(اولي شامل دو اتم هيدروژن است و دومي شامل دو يا يک اتم دوتريم مي باشد)
▪ فلز مايع (مثل سديم، پتاسيم يا آلياژي از ترکيب هر دو)
▪ مواد آلي مايع (مثل اتانول، پروپان، پنتان، هوا يا گاز دي اکسيد کربن)

● ريشه لغوي واژه تراکتور يک کلمه خارجي است. و معني آن «کشنده» مي باشد. اين واژه اسم فاعل ساخته شده از واژه (Tratiox) به معني کشش است. اين کلمه به ماشي ...

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 ...

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 ...

ماده اي که به عنوان سوخت در راکتورهاي هسته اي مورد استفاده قرار مي گيرد بايد شکاف پذير باشد يا به طريقي شکاف پذير شود.۲۳۵U شکاف پذير است ولي اکثر هسته ...

تهيه غذاي سالم تر ، پيشرفت کيفيت ابزار و وسائل، استانداردهاي اندازه گيري و ماشين ها از جمله اين موارد هستند. در تشخيص ناهنجاري هاي متابوليسمي و درمان ...

نيروگاه اتمي بررسي شده در اين مقاله داراي ۲ رآكتور است كه ضخامت جداره فولادي هريك۲۰ سانتيمتر، قطر۴ ۸ و ارتفاع آنها۱۲ ۸ متر است. اين راكتورها درون سيلو ...

دانلود نسخه PDF - راکتور هسته اي