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

سوخت هسته اي

چرخه ي سوخت هسته اي و اجزاي تشکيل دهنده ي آن

انرژي هسته اي با توجه به ويژگي هاي حيرت انگيزش در آزادسازي حجم بالايي از انرژي در قبال از ميان رفتن مقادير ناچيزي از جرم، به عنوان جايگزين سوخت هاي پيرفسيلي که ناجوانمردانه در حال بلعيده شدن هستند، مطرح شده است. ايران نيز با وجود منابع گسترده نفت و گاز به دليل کاربردهاي بهتري که سوخت هاي فسيلي نسبت به سوزانده شدن در کوره ها و براي توليد حرارت دارند، براي دستيابي به اين نوع از انرژي تلاش هايي را از سال هاي دور داشته است و در سال هاي پس از انقلاب همواره مورد اتهام واقع شده که هدف اصلي اش نه فناوري صلح آميز که رسيدن به فناوري تسليحات هسته اي است.
در اين گفتار پيش از آن که وارد مباحث متداول ديپلماتيک شويم نگاهي خواهيم انداخت به چرخه سوخت هسته اي و اجزاي تشکيل دهنده آن، همچنين مرز ميان کاربرد صلح آميز و تسليحاتي را نشان خواهيم داد.
● چرخه سوخت هسته اي شامل :
مراحل استخراج، آسياب، تبديل، غني سازي، ساخت سوخت باز توليد و راکتور هسته اي است و به يک معنا کشوري که در چرخه بالا به حد کاملي از خودکفايي و توسعه رسيده باشد با فناوري توليد سلاح هاي هسته اي فاصله چنداني ندارد.
▪ استخراج
در فناوري هسته اي، خواه صلح آميز باشد يا نظامي، ماده بنيادي موردنياز، اورانيوم است. اورانيوم از معادن زيرزميني و همچنين حفاري هاي روباز قابل استحصال است. اين ماده به رغم آن که در تمام جهان قابل دستيابي است اما سنگ معدن تغليظ شده آن به مقدار بسيار کمي قابل دستيابي است.
زماني که اتم هاي مشخصي از اورانيوم در يک واکنش زنجيره اي دنباله دار که به دفعات متعدد تکرار شده، شکافته مي شود، مقادير متنابهي انرژي آزاد مي شود، به اين فرآيند شکافت هسته اي مي گويند. فرآيند شکاف در يک نيروگاه هسته اي به آهستگي و در يک سلاح هسته اي با سرعت بسيار روي مي دهد اما در هر دو حالت بايد به دقت کنترل شوند. مناسب ترين حالت اورانيوم براي شکافت هسته اي ايزوتوپ هاي خاصي از اورانيوم ۲۳۵ (يا پلوتونيوم ۲۳۹) است. ايزوتوپ ها، اتم هاي يکسان با تعداد نوترون هاي متفاوت هستند. به هرحال اورانيوم ۲۳۵ به دليل تمايل باطني به شکافت در واکنش هاي زنجيري و توليد انرژي حرارتي به عنوان «ايزوتوپ شکافت» شناخته شده است. هنگامي که اتم اورانيوم ۲۳۵ شکافته مي شود دو يا سه نوترون آزاد مي کند اين نوترون ها با ساير اتم هاي اورانيوم ۲۳۵ برخورد کرده و باعث شکاف آنها و توليد نوترون هاي جديد مي شود.براي روي دادن يک واکنش هسته اي به تعداد کافي از اتم هاي اورانيوم ۲۳۵ براي امکان ادامه يافتن اين واکنش ها به صورت زنجيري و البته خودکار نيازمنديم. اين جرم مورد نياز به عنوان «جرم بحراني» شناخته مي شود.بايد توجه داشت که هر ۱۰۰۰ اتم طبيعي اورانيوم شامل تنها حدود هفت اتم اورانيوم ۲۳۵ بوده و ۹۹۳ اتم ديگر از نوع اورانيوم ۲۳۸ هستند که اصولاً کاربردي درفرآيندهاي هسته ايندارند. .
▪ تبديل اورانيوم
سنگ معدن اورانيوم استخراج شده در آسياب خرد و ريز شده و به پودر بسيار ريزي تبديل مي شود. پس از آن طي فرآيند شيميايي خاصي خالص سازي شده و به صورت يک حالت جامد به هم پيوسته که از آن به عنوان «کيک زرد» (yellow cake) ياد مي شود، درمي آيد. کيک زرد شامل ۷۰ درصد اورانيوم بوده و داراي خواص پرتوزايي (radioactive) است.
هدف پايه اي دانشمندان هسته اي از فرآيند غني سازي افزايش ميزان اتم هاي اورانيوم ۲۳۵ است که براي اين هدف اورانيوم بايد اول به گاز تبديل شود. با گرم کردن اورانيوم تا دماي ۶۴ درجه سانتيگرادي حالت جامد به گاز هگزا فلوئوريد اورانيوم (UFG) تبديل مي شود. هگزافلوئوريد اورانيوم خورنده و پرتوزا است و بايد با دقت جابه جا شود، لوله ها و پمپ ها در کارخانه هاي تبديل کننده به صورت ويژه اي از آلياژ آلومينيوم و نيکل ساخته مي شوند. گاز توليدي همچنين بايد از نفت و روغن هاي گريس به جهت جلوگيري از واکنش هاي ناخواسته شيميايي دور نگه داشته شود.
▪ غني سازي
هدف غني سازي مشخصاً افزايش ميزان اورانيوم ۲۳۵ _ ايزوتوپ شکافت _ است. اورانيوم مورد نياز در مصارف صلح آميز نظير راکتورهاي هسته اي نيروگاه ها بايد شامل دو تا سه درصد اورانيوم ۲۳۵ باشد اما اورانيوم مورد نياز در تسليحات اتمي بايد شامل بيش از نود درصد اورانيوم ۲۳۵ باشد.شيوه متداول غني سازي اورانيوم سانتريفوژ کردن گاز است. در اين روش هگزافلوئوريد اورانيوم در يک محفظه استوانه اي با سرعت بالا در شرايط گريز از مرکز قرار مي گيرد. اين کار باعث جدا شدن ايزوتوپ هاي با جرم حجمي بالاتر از اورانيوم ۲۳۵ مي شود (اورانيوم ۲۳۸). اورانيوم ۲۳۸ در طي فرآيند گريز از مرکز به سمت پائين محفظه کشيده شده و خارج مي شود، اتم هاي سبک تر اورانيوم ۲۳۵ از بخش مياني محفظه جمع آوري و جدا مي شود. اورانيوم ۲۳۵ تجميع شده پس از آن به محفظه هاي گريز از مرکز بعدي هدايت مي شود. اين فرآيند بارها در ميان زنجيري از دستگاه هاي گريز از مرکز در کنار هم چيده شده تکرار مي شود تا خالص ترين ميزان اورانيوم بسته به کاربرد آن به دست آيد.از اورانيوم غني شده در دو نوع سلاح هسته اي استفاده مي شود يا به صورت مستقيم در بمب هاي اورانيومي و يا طي چند مرحله در بمب هاي پلوتونيومي مورد استفاده قرارميگيرد. .
▪ بمب اورانيومي
هدف نهايي طراحان بمب هاي هسته اي رسيدن به يک جرم «فوق بحراني» است که باعث ايجاد يک سري واکنش هاي زنجيره اي به همراه توليد حجم بالايي از حرارت مي شود. در يکي از ساده ترين نوع طراحي اين بمب ها يک جرم زير بحراني کوچک تر به جرم بزرگ تري شليک مي شود و جرم ايجاد شده باعث ايجاد يک جرم فوق بحراني و به تبع آن يک سري واکنش هاي زنجيره اي و يک انفجار هسته اي مي شود.کل اين فرآيند در کمتر از يک دقيقه رخ مي دهد. براي ساخت سوخت براي يک بمب اورانيومي هگزافلوئوريد اورانيوم فوق غني شده در ابتدا به اکسيد اورانيوم و سپس به شمش فلزي اورانيوم تبديل مي شود. ميزان انرژي آزاد شده ناشي از شکافت هسته اي را به کمک يک فناوري تقويتي افزايش مي دهند. اين فناوري شامل کنترل و به کارگيري خواص همجوشي يا گداخت هسته اي است.در همجوشي هسته اي ما شاهد به هم پيوستن ايزوتوپ هايي از هيدروژن و پس از آن تشکيل يک اتم هليوم هستيم. به دنبال اين واکنش مقادير قابل توجهي گرما و فشار آزاد مي شود. از سوي ديگر همجوشي هسته اي سبب توليد نوترون هاي بيشتر و تغذيه واکنش شکافت شده و انفجار بزرگ تري را ترتيب مي دهد.
برخي تجهيزات اين فناوري تقويتي به عنوان بمب هيدروژني و سلاح هاي هسته اي _ حرارتي (Thermonuclear) شناخته مي شوند.
▪ راکتورهاي هسته اي
راکتورها داراي کاربردهاي کاملاً دوگانه هستند. در مصارف صلح آميز با بهره گيري از حرارت توليدي در شکافت هسته اي کار مي کنند. اين حرارت جهت گرم کردن آب، تبديل آن به بخار و استفاده از بخار براي حرکت توربين ها بهره گرفته مي شود. همچنين اگر قصد ساخت بمب هاي پلوتونيومي در کار باشد نيز اورانيوم غني شده را به راکتورهاي هسته اي منتقل مي کنند.در نوع خاصي از راکتورهاي هسته اي از اورانيوم غني شده به شکل قرص هايي به اندازه يک سکه و ارتفاع يک اينچ بهره مي گيرند. اين قرص ها به صورت کپسول هاي ميله اي شکل صورت بندي شده و درون يک محفظه عايق، تحت فشار قرار داده مي شوند.
در بسياري از نيروگاه هاي هسته اي اين ميله ها جهت خنک شدن درون آب غوطه ور هستند. روش هاي ديگر خنک کننده نيز نظير استفاده از دي اکسيدکربن يا فلز مايع هستند. براي کارکرد مناسب يک راکتور _ مثلاً توليد حرارت با کمک واکنش شکافت _ هسته اورانيومي بايد داراي جرم فوق بحراني باشد، اين بدين معناست که مقدار کافي و مناسبي از اورانيوم غني شده جهت شکل گيري يک واکنش زنجيري خود به خود پيش رونده موردنياز است.براي تنظيم و کنترل فرآيند شکافت ميله هاي کنترل کننده از جنس موادي نظير گرافيت با قابليت جذب نوترون هاي درون راکتور وارد محفظه مي شوند. اين ميله ها با جذب نوترون ها باعث کاهش شدت فرآيند شکافت مي شوند.
در حال حاضر بيش از چهارصد نيروگاه هسته اي در جهان وجود دارند و ۱۷ درصد الکتريسيته جهان را توليد مي کنند. راکتورها همچنين در کشتي ها و زيردريايي ها کاربرد دارند.
▪ بازپردازش
بازپردازش يک عمليات شيميايي است که سوخت کارکردي را از زباله هاي اتمي جدا مي کند.در اين عمليات ميله سوخت مصرف شده، غلاف بيروني فلزي خود را در قبال حل شدن در اسيدنيتريک داغ از دست مي دهد.محصولات اين عمليات که در راکتور مورد استفاده دوباره قرار مي گيرد، شامل ۹۶ درصد اورانيوم، سه درصد زباله اتمي به شدت پرتوزا و يک درصد پلوتونيوم است.همه راکتورهاي هسته اي پلوتونيوم توليد مي کنند اما انواع نظامي آنها به صورت کاملاً بهينه تري نسبت به ساير انواع راکتور اين کار را انجام مي دهند. يک واحد بازپردازش و يک راکتور جهت توليد مقدار کافي پلوتونيوم مي توانند به صورت نامحسوسي در يک ساختمان عادي جاسازي شوند.اين مسئله باعث مي شود استخراج پلوتونيوم با کمک بازپردازش به گزينه اي جذاب براي هر کشوري که به دنبال برنامه هاي غيرقانوني سلاح هاي اتمي است، تبديل شود.
▪ بمب پلوتونيوم
پلوتونيوم مزيت هاي متعددي نسبت به اورانيوم به عنوان جزيي از سلاح هاي اتمي دارد. تنها حدود چهار کيلوگرم پلوتونيوم براي ساخت يک بمب موردنياز است، همچنين براي توليد ۱۲ کيلوگرم پلوتونيوم در هر سال تنها به يک واحد کوچک بازپردازش نياز است. يک کلاهک هسته اي شامل يک کره پلوتونيوم، احاطه شده توسط پوسته اي از فلز، مثلاً بريليوم، است که نوترون ها را به فرآيند شکاف بازمي گرداند. اين مسئله باعث مي شود مقدار کمتري پلوتونيوم براي رسيدن به جرم بحراني و ايجاد يک واکنش شکافت زنجيره اي مورد نياز باشد. به هرحال يک گروه تروريستي براي دسترسي به پلوتونيوم از راکتورهاي هسته اي غيرنظامي داراي مشکلات کمتري نسبت به دسترسي به اورانيوم غني شده جهت ايجاد يک انفجار هسته اي هستند.کارشناسان معتقدند که بمب هاي عمل آوري شده پلوتونيوم مي تواند با تخصصي کمتر از آنچه که توسط فرقه «آئوم» در حمله با گاز اعصاب به مترو توکيو(۱۹۹۵) به کار گرفته شد، طراحي و جمع آوري شود.
يک انفجار هسته اي از اين نوع مي تواند با نيروي معادل يکصد تني TNT منفجر شود؛ بيست بار قوي تر از بزرگ ترين حمله تروريستي تاريخ!
● غنيسازي اورانيوم يعني چه؟ چگونه اورانيوم به انرژي تبديل مي شود؟
در اين مقاله شما با غني سازي اورانيم و تبديل آن به انرژي بهمراه لينکهاي بسيار مفيد در اين زمينه به زبان ساده آشنا مي شويد. ضمن اينکه از اين به بعد با يک کلام جذاب، يک عکس زيبا نيز در متن نوشتار به شما هديه مي شود.Ttak
استفاده اصلي از انرژي هستهاي، توليد انرژي الکتريسته است. اين راهي ساده و کارآمد براي جوشاندن آب و ايجاد بخار براي راهاندازي توربينهاي مولد است. بدون راکتورهاي موجود در نيروگاههاي هستهاي، اين نيروگاهها شبيه ديگر نيروگاهها زغالسنگي و سوختي ميشود. انرژي هستهاي بهترين کاربرد براي توليد مقياس متوسط يا بزرگي از انرژي الکتريکي بهطور مداوم است. سوخت اينگونه ايستگاهها را اوانيوم تشکيل ميدهد.
چرخه سوخت هستهاي تعدادي عمليات صنعتي است که توليد الکتريسته را با اورانيوم در راکتورهاي هستهاي ممکن ميکند.
اورانيوم عنصري نسبتاً معمولي و عادي است که در تمام دنيا يافت ميشود. اين عنصر بهصورت معدني در بعضي از کشورها وجود دارد که حتماً بايد قبل از مصرف به صورت سوخت در راکتورهاي هستهاي، فرآوري شود.
الکتريسته با استفاده از گرماي توليد شده در راکتورهاي هستهاي و با ايجاد بخار براي بهکار انداختن توربينهايي که به مولد متصلاند توليد ميشود.
سوختي که از راکتور خارج شده، بعداز اين که به پايان عمر مفيد خود رسيد ميتواند به عنوان سوختي جديد استفاده شود.
فعاليتهاي مختلفي که با توليد الکتريسيته از واکنشهاي 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 شکلي صحيح ميدهد.
▪ اورانيوم
اورانيوم فلزي راديواکتيو و پرتوزاست که در سراسر پوسته سخت زمين موجود است. اين فلز حدوداً ۵۰۰ بار از طلا فراوانتر و به اندازه قوطي حلبي معمولي و عادي است. اورانيوم اکنون به اندازهاي در صخرهها و خاک و زمين وجود دارد که در آب رودخانهها، درياها و اقيانوسها موجود است. براي مثال اين فلز با غلظتي در حدود ۴ قسمت در هر ميليون (ppm۴) در گرانيت وجود دارد که ۶۰ درصد از کره زمين را شامل ميشود، در کودها با غلظتي بالغ بر ppm۴۰۰ و در تهمانده زغالسنگ با غلظتي بيش از ppm۱۰۰ موجود است. اکثر راديو اکتيويته مربوط به اورانيوم در طبيعت در حقيقت ناشي از معدنهاي ديگري است که با عمليات راديواکتيو به وجود آمدهاند و در هنگام استخراج از معدن و آسياب کردن به جا ماندهاند.
چند منطقه در سراسر دنيا وجود دارد که غلظت اورانيوم موجود در آنها به قدر کافي است که استخراج آن براي استفاده از نظر اقتصادي به صرفه و امکانپذير است. اين نوع مواد غليظ، سنگ معدن يا کانه ناميده ميشوند.
▪ استخراج اورانيوم
هر دو نوع حفاري و تکنيکهاي موقعيتي براي کشف کردن اورانيوم به کار ميروند، حفاري ممکن است به صورت زيرزميني يا چالهاي باز و روي زمين انجام شود.
در کل، حفاريهاي روزميني در جاهايي استفاده ميشود که ذخيره معدني نزديک به سطح زمين و حفاريهاي زيرزميني براي ذخيرههاي معدني عميقتر به کار ميرود. بهطور نمونه براي حفاري روزميني بيشتر از ۱۲۰ متر عمق، نياز به گودالهاي بزرگي بر سطح زمين است؛ اندازه گودالها بايد بزرگتر از اندازه ذخيره معدني باشد تا زماني که ديوارههاي گودال محکم شوند تا مانع ريزش آنها شود. در نتيجه، تعداد موادي که بايد به بيرون از معدن انتقال داده شود تا به کانه دسترسي پيدا کند زياد است.
حفاريهاي زيرزميني داراي خرابي و اخلالهاي کمتري در سطح زمين هستند و تعداد موادي که بايد براي دسترسي به سنگ معدن يا کانه به بيرون از معدن انتقال داده شوند بهطور قابل ملاحظهاي کمتر از حفاري نوع روزميني است.
مقدار زيادي از اورانيوم جهاني از (ISL) (In Sitaleding) ميآيد. جايي که آبهاي اکسيژنه زيرزميني در معدنهاي کانهاي پرمنفذ به گردش ميافتند تا اورانيوم موجود در معدن را در خود حل کنند 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 کارخانههاي آسيابسازي اورانيوم، از محلول خود جدا ميشود.
در نتيجه انتخاب روش حفاري براي تهنشين کردن اورانيوم بستگي به جنس ديواره معدن کانه سنگ، امنيت و ملاحظات اقتصادي دارد.
در غالب معدنهاي زيرزميني اورانيوم، پيشگيريهاي مخصوصي که شامل افزايش تهويه هوا ميشود، لازم است تا از پرتوافشاني جلوگيري شود.
▪ آسياب کردن اورانيوم
محل آسياب کردن معمولاً به معدن استخراج اورانيوم نزديک است. بيشتر امکانات استخراجي شامل يک آسياب ميشود. هرچه جايي که معدنها قرار دارند به هم نزديکتر باشند يک آسياب ميتواند عمل آسيابسازي چند معدن را انجام دهد. عمل آسيابسازي اکسيد اورانيوم غليظي توليد ميکند که از آسياب حمل ميشود. گاهي اوقات به اين اکسيدها کيک زرد ميگويند که شامل ۸۰ درصد اورانيوم ميباشد. سنگ معدن اصل شايد داراي چيزي در حدود ۱ ۰ درصد اورانيوم باشد.
در يک آسياب، اورانيوم با عمل سنگشويي از سنگهاي معدني خرد شده جدا ميشود که يا با اسيد قوي و يا با محلول قلياييقوي حل ميشود و به صورت محلول در ميآيد. سپس اورانيوم با تهنشين کردن از محلول جدا ميشود و بعداز خشک کردن و معمولاً حرارت دادن به صورت اشباع شده و غليظ در استوانههاي ۲۰۰ ليتري بستهبندي ميشود.
باقيمانده سنگ معدن که بيشتر شامل مواد پرتوزا و سنگ معدن ميشود در محلي معين به دور از محيط معدن در امکانات مهندسي نگهداري ميشود. (معمولاً در گودالهايي روي زمين).
پسماندههاي داراي مواد راديواکتيو عمري طولاني دارند و غلظت آنها کم خاصيتي سمي دارند. هرچند مقدار کلي عناصر پرتوزا کمتر از سنگ معدن اصلي است و نيمه عمر آنها کوتاه خواهد بود اما اين مواد بايد از محيط زيست دور بمانند.
▪ تبديل و تغيير
محلول آسياب شده اورانيوم مستقيماً قابل استفاده بهعنوان سوخت در راکتورهاي هستهاي نيست. پردازش اضافي به غنيسازي اورانيوم مربوط است که براي تمام راکتورها لازم است.
اين عمل اورانيوم را به نوع گازي تبديل ميکند و راه بهدست آوردن آن تبديل کردن به هگزا فلوريد (Hexa Fluoride) است که در دماي نسبتاً پايين گاز است.
در وسيلهاي تبديلگر، اورانيوم به اورانيوم دياکسيد تبديل ميشود که در راکتورهايي که نياز به اورانيوم غني شده ندارند استفاده ميشود.
بيشتر آنها بعداز آن که به هگزافلوريد تبديل شدند براي غنيسازي در کارخانه آماده هستند و در کانتينرهايي که از جنس فلز مقاوم و محکم است حمل ميشوند. خطر اصلي اين طبقه از چرخه سوختي اثر هيدروژن فلوريد (Hydrogen Fluoride) است.
● چگونه اورانيوم به انرژي تبديل مي شود؟
▪ غني سازي:
اورانيوم طبيعي اصولا شامل مخلوطي از دو ايزوتوپ (نوع اتمي) از اورانيوم است. تنها ۷ ۰ درصد از اورانيوم طبيعي، شکاف پذير و يا داراي قابليت شکاف پذيري است که با شکافته شدن در راکتورهاي هسته اي انرژي توليد مي کنند. ايزوتوپ اورانيوم شکاف پذير، اورانيوم نوع ۲۳۵ (u-۲۳۵) است و پس مانده آن اورانيوم ۲۳۸ (u-۲۳۸) است.
در بيشتر انواع راکتورهاي معمولي هسته اي به اورانيوم ۲۳۵ (u-۲۳۵ که اورانيوم با غلظت بيش از حد طبيعي است) نياز دارند. عمليات غني سازي، غلظت اورانيوم را بيشتر مي کند. عموماً بين ۵ ۳ تا ۵ درصد اورانيوم ۲۳۵ با بيرون آوردن ۸ درصد از اورانيوم ۲۳۸. اين عمل با جداسازي گازي هگزافلوريد اورانيوم در دو جريان انجام مي گيرد. يکي به اندازه لازم غني سازي مي شود و اورانيوم غني شده ضعيف ناميده مي شود و ديگري به اورانيوم ۲۳۵ منتهي مي شود که به پس مانده معروف است.
در عمليات غني سازي در مقياس هاي بزرگ تجاري وجود دارد، که هر کدام هگزافلوريد اورانيوم را به عنوان منبع استفاده مي کنند: نفوذ گازي و تفکيک گازي و هر دوي آنان از خواص فيزيکي مولکولي استفاده مي کنند. مخصوصا با ۱۰ درصد اختلاف جرم، براي جداسازي ايزوتوپ ها محصول اين مرحله از چرخه سوختي هسته اي، اورانيوم هگزا فلوريد غني شده است که براي توليد اورانيوم اکسيد غني شده تغيير حال مجدد مي يابد.
▪ توليد و ساخت سوخت
سوخت راکتور غالباً به شکل گلوله اي سراميکي است. اين گلوله ها از اورانيوم اکسيد که در دمايي بسيار بالا (بيش از ۱۴۰۰ درجه سانتيگراد) پخته شده است شکل مي گيرند. سپس گلوله ها در لوله هاي فلزي از ميله سوختي پوشانده مي شوند که در مجتمع هاي سوختي براي استفاده در راکتورها آماده هستند. ديمانسيون گلوله هاي سوختي و اجزاي ديگر مجتمع سوختي به دقت کنترل مي شوند تا از پايداري و دارا بودن آنان از خصوصيات دسته هاي سوختي اطمينان حاصل شود.
در تأسيسات توليد سوخت توجه زيادي به شکل و اندازه مخزن هاي عملياتي مي شود تا از اتفاقات خطرناک جلوگيري شود. (يک زنجير محدود واکنش پرتو آزاد مي کند). با سوخت غني شده ضعيف امکان اتفاق افتادن اين حوادث بعيد به نظر مي رسد. اما در تأسيسات هسته اي بررسي سوخت هاي مخصوص براي تحقيقات راکتورها عملي حياتي است.
▪ توليد نيرو
درون يک راکتور هسته اي اتم هاي اورانيوم ۲۳۵ (u-۲۳۵) شکافته مي شوند و در جريان عمليات پردازش انرژي آزاد مي کنند. اين انرژي اغلب براي حرارت دادن آب و تبديل کردن آن به بخار استفاده مي شود.
بخار توربيني را که به ژنراتور متصل است به حرکت مي اندازد و باعث توليد الکتريسيته مي شود. مقداري از اورانيوم ۲۳۸ (u-۲۳۸ به شکل سوخت) در هسته و مرکز راکتور به پلوتونيوم تبديل مي شود و اين يک سوم انرژي در يک راکتور هسته اي معمولي را حاصل مي کند. شکافتن اورانيوم به عنوان منبع حرارت در راکتورها استفاده مي شود. همان گونه که سوزاندن زغال سنگ، گاز و يا نفت به عنوان سوخت فسيلي در تأسيسات نيرو استفاده مي شود.
سوخت مصرف شده (خرج شده)
با گذشت زمان، غلظت قطعات و عناصر سنگين شکافته شده مانند پلوتونيوم در مجموعه سوخت افزايش خواهد يافت تا جايي که ديگر هيچ سودي در استفاده دوباره از سوخت نيست. بنابراين پس از گذشت ۱۲ الي ۲۴ ماه سوخت مصرف شده از راکتور خارج مي شود. مقدار انرژي که از مجموعه سوختي توليد شده است با نوع راکتور و سياست و کارداني گرداننده راکتور تغيير مي کند.
معمولا بيش از ۴۵ ميليون کيلو وات ساعت الکتريسيته از يک تن اورانيوم طبيعي توليد مي شود. توليد اين مقدار انرژي الکتريکي با استفاده از سوخت هاي فسيلي ملزم به سوزاندن بيش از ۲۰ هزار تن زغال سنگ سياه و ۳۰ ميليون مترمکعب گاز است.
▪ انبار کردن سوخت مصرف شده
وقتي يک مجموعه سوختي، از راکتور خارج مي شود از خود پرتو ساطع مي کند که اساساً بيشتر از شکافتن قطعات و حرارت آن است. سوخت مصرف شده فوراً در استخرهاي انبار که در اطراف راکتور براي کاهش ميزان پرتوزايي آن است تخليه مي شوند. در استخرها، آب جلوي پرتوزايي را مي گيرد و همچنين حرارت را به خود جذب مي کند.
سوخت مصرف شده در چنين استخرهايي براي ماه ها و يا سال ها نگه داشته مي شوند.
اورانيوم فلزي راديواکتيو و پرتوزاست که در سراسر پوسته سخت زمين موجود است. اين فلز حدوداً ۵۰۰ بار از طلا فراوانتر و به اندازه قوطي حلبي معمولي و عادي است. اورانيوم اکنون به اندازهاي در صخرهها و خاک و زمين وجود دارد که در آب رودخانهها، درياها و اقيانوسها موجود است. براي مثال اين فلز با غلظتي در حدود ۴ قسمت در هر ميليون (ppm۴) در گرانيت وجود دارد که ۶۰ درصد از کره زمين را شامل ميشود، در کودها با غلظتي بالغ بر ppm۴۰۰ و در تهمانده زغالسنگ با غلظتي بيش از ppm۱۰۰ موجود است.

تحقيقات نشان داده که سوختگي ها عموما در منازل اتفاق مي افتد. همه ما درد ناشي از سوختگي هاي خفيف را تجربه کرده ايم و بيشتر مواقع کاملا نسبت به آن بي تف ...

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 ...

اورانيوم فلزي راديواكتيو و پرتوزاست كه در سراسر پوسته سخت زمين موجود است. اين فلز حدوداً ۵۰۰ بار از طلا فراوان تر و به اندازه قوطي حلبي معمولي و عادي ...

خودروهاي الکتريکي از مرحله ايده خارج و به فناوري کاربردي تبديل مي شوند. در حالي که خودروهاي الکتريکي گام به گام عرصه زمين را دراختيار مي گيرند، اوضاع ...

● 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 ...

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 ...

دانلود نسخه PDF - سوخت هسته اي