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

راکتور هسته اي

راکتورهاي هسته اي دستگاه هايي هستند که در آنها شکافت هسته اي کنترل شده رخ مي دهد. راکتورها براي توليد انرژي الکتريکي و نيز توليد نوترون ها بکار مي روند. اندازه و طرح راکتور بر حسب کار آن متغير است. فرآيند شکافت که يک نوترون بوسيله يک هسته سنگين (با جرم زياد) جذب شده و به دنبال آن به دو هسته کوچکتر همراه با آزاد سازي انرژي و چند نوترون ديگر شکافته مي شود.
● تاريخچه
اولين انرژي کنترل شده ناشي از شکافت هسته در دسامبر ۱۹۴۲ بدست آمد. با رهبري فرمي ساخت و راه اندازي يک پيل از آجرهاي گرافيتي ، اورانيوم و سوخت اکسيد اورانيوم با موفقيت به نتيجه رسيد. اين پيل هسته اي ، در زير ميدان فوتبال دانشگاه شيکاگو ساخته شد و اولين راکتور هسته اي فعال بود.
● ساختمان راکتور
با وجود تنوع در راکتور ها ، تقريبا همه آنها از اجزاي يکساني تشکيل شده اند. اين اجزا شامل سوخت ، پوشش براي سوخت ، کند کننده نوترونهاي حاصله از شکافت ، خنک کننده اي براي حمل انرژي حرارتي حاصله از فرآيند شکافت ماده کنترل کننده براي کنترل نمودن ميزان شکافت مي باشد.
● سوخت هسته اي
سوخت راکتورهاي هسته اي بايد به گونه اي باشد که متحمل شکافت حاصله از نوترون بشود. پنج نوکلئيد شکافت پذير وجود دارند که در حال حاضر در راکتورها بکار مي روند. ۲۳۲Th ، ۲۳۳U ، ۲۳۵U ، ۲۳۸U ، ۲۳۹Pu . برخي از اين نوکلئيدها براي شکافت حاصله از نوترونهاي حرارتي و برخي نيز براي شکافت حاصل از نوترونهاي سريع مي باشند. تفاوت بين سوخت يک خاصيت در دسته بندي راکتورها است.
در کنار قابليت شکافت ، سوخت بکار رفته در راکتور هسته اي بايد بتواند نيازهاي ديگري را نيز تأمين کند. سوخت بايد از نظر مکانيکي قوي ، از نظر شيميايي پايدار و در مقابل تخريب تشعشعي مقاوم باشد، تا تحت تغييرات فيزيکي و شيميايي محيط راکتور قرار نگيرد. هدايت حرارتي ماده بايد بالا باشد بطوري که بتواند حرارت را خيلي راحت جابجا کند. همچنين امکان بدست آوردن ، ساخت راحت ، هزينه نسبتا پايين و خطرناک نبودن از نظر شيميايي از ديگر فايده هاي سوخت است.
● غلاف سوخت راکتور
سوختهاي هسته اي مستقيما در داخل راکتور قرار داده نمي شوند، بلکه همواره بصورت پوشيده شده مورد استفاده قرار مي گيرند. پوشش يا غلاف سوخت ، کند کننده و يا خنک کننده از آن جدا مي سازد. اين امر از خوردگي سوخت محافظت کرده و از گسترش محصولات شکافت حاصل از سوخت پرتو ديده به محيط اطراف جلوگيري مي کند. همچنين اين غلاف مي تواند پشتيبان ساختاري سوخت بوده و در انتقال حرارت به آن کمک کند. ماده غلاف همانند خود سوخت بايد داراي خواص خوب حرارتي و مکانيکي بوده و از نظر شيميايي نسبت به برهمکنش با سوخت و مواد محيط پايدار باشد. همچنين لازم است غلاف داراي سطح مقطع پاييني نسبت به بر همکنشهاي هسته اي حاصل از نوترون بوده و در مقابل تشعشع مقاوم باشد.
● مواد کند کننده نوترون
يک کند کننده ماده اي است که براي کند يا حرارتي کردن نوترونهاي سريع بکار مي رود. هسته هايي که داراي جرمي نزديک به جرم نوترون هستند بهترين کند کننده مي باشند. کند کننده براي آنکه بتواند در راکتور مورد استفاده قرار گيرد بايستي سطح مقطع جذبي پاييني نسبت به نوترون باشد. با توجه به خواص اشاره شده براي کند کننده ، چند ماده هستند که مي توان از آنها استفاده کرد. هيدروژن ، دوتريم ، بريليوم و کربن چند نمونه از کند کننده ها مي باشند. از آنجا که بريليوم سمي است، اين ماده خيلي کم به عنوان کند کننده در راکتور مورد استفاده قرار مي گيرد. همچنين ايزوتوپهاي هيدروژن ، به شکل آب و آب سنگين و کربن ، به شکل گرافيت به عنوان مواد کند کننده استفاده مي شوند.
● خنک کننده ها
گرماي حاصله از شکافت در محيط راکتور يا بايد از سوخت زدوده شود و يا در نهايت اين گرما بقدري زياد شود که ميله هاي سوخت را ذوب کند. حرارتي که از سوخت گرفته مي شود ممکن است در راکتور قدرت براي توليد برق بکار رود. از ويژگيهايي که ماده خنک کننده بايد داشته باشد، هدايت حرارتي آن است تا اينکه بتواند در انتقال حرارت مؤثر باشد. همچنين پايداري شيميايي و سطح مقطع جذب پايين تر از نوترون دو خاصيت عمده ماده خنک کننده است. نکته ديگري که بايد به آن اشاره شود اين است که اين ماده نبايد در اثر واکنشهاي گاما دهنده راديواکتيو شوند.
از مايعات و گازها به عنوان خنک کننده استفاده شده است، مانند گازهاي دي اکسيد کربن و هليوم. هليوم ايده آل است ولي پر هزينه بوده و تهيه مقادير زياد آن مشکل است. خنک کننده هاي مايع شامل آب ، آب سنگين و فلزات مايع هستند. از آنجا که براي جلوگيري از جوشيدن آب فشار زيادي لازم است خنک کننده ايده آلي نيست.
● مواد کنترل کننده شکافت
براي دستيابي به فرآيند شکافت کنترل شده و يا متوقف کردن يک سيستم شکافت پس از شروع ، لازم است که موادي قابل دسترس باشند که بتوانند نوترونهاي اضافي را جذب کنند. مواد جاذب نوترون بر خلاف مواد ديگر مورد استفاده در محيط راکتور بايد سطح مقطع جذب بالايي نسبت به نوترون داشته باشند. مواد زيادي وجود دارند که سطح مقطع جذب آنها نسبت به نوترون بالاست، ولي ماده مورد استفاده بايد داراي چند خاصيت مکانيکي و شيميايي باشد که براي اين کار مفيد واقع شود.
● انواع راکتورها
راکتورها بر حسب نوع فرآيند شکافت به راکتورهاي حرارتي ، ريع و مياني (واسطه) ، بر حسب مصرف سوخت به راکتورهاي سوزاننده ، مبدل و زاينده ، بر حسب نوع سوخت به راکتورهاي اورانيوم طبيعي ، راکتورهاي اورانيوم غني شده با ۲۳۵U (راکتور مخلوطي Be) ، بر حسب خنک کننده به راکتورهاي گاز (CO۲مايع (آب ، فلز) ، بر حسب فاز سوخت کند کننده ها به راکتورهاي همگن ، ناهمگن و بالاخره بر حسب کاربرد به راکتورهاي قدرت ، توليد نوکليد و تحقيقاتي تقسيم مي شوند.
● کاربردهاي راکتورهاي هسته اي
راکتورها انواع مختلف دارند برخي از آنها در تحقيقات ، بعضي از آنها براي توليد راديو ايزتوپهاي پر انرژي برخي براي راندن کشتيها و برخي براي توليد برق بکار مي روند.
دوگروه اصلي راکتورهاي هسته اي بر اساس تقسيم بندي کاربرد آنها. راکتورهاي قدرت و راکتورهاي تحقيقاتي هستند. راکتورهاي قدرت مولد برق بوده و راکتورهاي تحقيقاتي براي تحقيقات هسته اي پايه ، مطالعات کاربردي تجزيه اي و توليد ايزوتوپها مورد استفاده قرار مي گيرند.

● 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 ...

● 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 ...

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 ...

دانلود نسخه PDF - راکتور هسته اي