انرژی هسته ای چگونه پدید می آید

انرژی هسته ای چگونه پدید می آید را از سایت پست روزانه دریافت کنید.

انرژی هسته‌ای

انرژی هسته‌ای (به انگلیسی: Nuclear Energy) عبارت است از استفادهٔ فرایندهای هسته‌ای حرارت‌زا برای ایجاد گرما و الکتریسیته ی مفید. این واژه شامل شکافت هسته‌ای، پرتوزایی و همجوشی هسته‌ای می‌باشد. امروزه، شکافت هسته‌ای عناصر دستهٔ آکتینیدها در جدول تناوبی اکثریت قریب به اتفاق انرژی هسته‌ای مورد نیاز بشر را با استفاده از فرایندهای پرتوزایی تولید می‌کند، که در درجهٔ اول به شکل انرژی زمین گرمایی و مولد گرما-الکتریکی ایزوتوپی نیاز انسان را برطرف می‌سازد. نیروگاه‌های هسته‌ای، جدا از سهمی که در تأمین رآکتورهای شکافت هسته‌ای نیروهای دریایی دارند، حدود ۵٫۷ درصد انرژی جهان و ۱۳ درصد الکتریسیته جهان را در سال ۲۰۱۲ تأمین می‌کردند. در سال ۲۰۱۳، آژانس بین‌المللی انرژی اتمی گزارش داد که ۴۳۷ رآکتور هسته‌ای فعال در ۳۱ کشور وجود دارد اگرچه تمام رآکتورها الکتریسیته تولید نمی‌کنند. به علاوه، تقریباً ۱۴۰ کشتی دریایی وجود دارد که با استفاده از حدوداً ۱۸۰ رآکتور، نیرو محرکهٔ هسته‌ای آنان را تأمین می‌کنند. پس از ۲۰۱۳، رسیدن به افزوده خالص انرژی به وسیلهٔ همجوشی هسته‌ای پایدار، به استثنای منابع انرژی همجوشی مانند خورشید، فضایی مداومی برای تحقیقات فیزیکی و مهندسی ایجاد کرده‌است. انرژی هسته‌ای نوعی انرژی است که توسط واپاشی هسته‌ای، شکافت هسته‌ای، یا گداخت هسته‌ای تولید شده و اساس آن را می‌توان با معادلهٔ ΔE = Δm.c² توصیف کرد.^[۱]

در هر اتمی، ذراتی از انرژی نهفته که اجزای مختلف اتم نیز به وسیلهٔ همان بهم پیوند یافته‌است لذا هسته اتم منبعی از انرژی به‌شمار می‌رود که با شکافت اتم این انرژی رها می‌شود. انرژی نهفته در هسته اتم‌های برخی از عناصر (مانند اورانیوم) می‌تواند با آزاد شدن، همان کاری را بکند که سوزاندن مقدار زیادی نفت و گاز انجام می‌دهد که البته سوزاندن نفت و گاز، مشکلات زیست‌محیطی ایجاد کرده و مقدار زیادی گاز گلخانه‌ای تولید می‌کند.

مذاکرات انرژی هسته‌ای به‌طور مداوم وجود دارد. حامیانی چون سازمان هسته‌ای جهانی، آژانس بین‌المللی انرژی اتمی و طرفداران محیط زیست انرژی هسته‌ای مدعی هستند که انرژی اتمی، یک منبع انرژی ایمن و پایدار است که تولید کربن را کاهش می‌دهد. مخالفانی چون سازمان جهانی صلح سبز و اطلاعات و منابع خدمات هسته‌ای، بر این باورند که انرژی هسته‌ای خطر بزرگی برای انسان و محیط زیست محسوب می‌شود.

حوادث و اتفاقات هسته‌ای و تابشی شامل حادثه چرنوبیل (۱۹۸۶)، حادثه اتمی فوکوشیما ۱ (۲۰۱۱) و حادثه تری مایل آیلند (۱۹۷۹)، می‌باشد. تاکنون چندین حادثهٔ زیر آبی نیز اتفاق افتاده‌است. بررسی از دست دادن حیات به ازای هر واحد انرژی تولید شده، نشان می‌دهند که انرژی هسته‌ای، مرگ و میر کمتری نسبت به دیگر منابع اصلی انرژی، ایجاد می‌کند. انرژی حاصل از زغال سنگ، نفت، گاز طبیعی و انرژی آبی به ازای واحد انرژی تولید شده، به علت آلودگی هوا و حوادث انرژی مرگ و میر بیشتری ایجاد می‌کنند. هزینهٔ انسان برای تخلیهٔ جمعیت‌های تحت تأثیر معیشت‌های از دست رفته، بسیار گزاف است.

همراه سایر منابع انرژی پایدار، انرژی هسته‌ای، روش تولید انرژی کم‌کربن برای ایجاد الکتریسیته است، که در مقایسه با انتشار گازهای گلخانه‌ای در هر واحد از انرژی تولید شده، شبیه سایر منابع تجدید پذیر است. بدین ترتیب، از زمان آغاز تجاری‌سازی نیروگاه‌های هسته‌ای در دههٔ ۱۹۷۰، از تولید ۶۴ گیگاتن کربن دی‌اکسید معادل، جلوگیری شده‌است.

بعد از سال ۲۰۱۲، بر اساس گزارش‌ها آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، ۶۸ رآکتور هسته‌ای در ۱۵ کشور در حال ساخت بود و تقریباً ۲۸ عدد از آن‌ها با جدیدترین رآکتورهای هسته‌ای، به جمهوری خلق چین تعلق داشت. آن‌ها بعد از ماه مه ۲۰۱۳، به تورین برقی متصل شدند. این ماجرا در ۱۷ فوریهٔ ۲۰۱۳ در نیروگاه هسته‌ای هنگیان در چین اتفاق افتاد. در ایالات متحده دو رآکتور نسل سه جدید در وگتل در حال ساخت هستند. مقامات عالی رتبهٔ صنعت هسته‌ای ایالات متحده انتظار دارند تا سال ۲۰۲۰، ۵ رآکتور جدید وارد تمام نیروگاه‌های موجود شوند. در سال ۲۰۱۳، رآکتورهای چهار ساله و غیر رقابتی، برای همیشه از رده خارج شدند.

حادثهٔ اتمی فوکوشیما ۱ ژاپن، در سال ۲۰۱۱، که در رآکتوری اتفاق افتاد که در دههٔ ۱۹۶۰ طراحی شده بود، یک بازرسی دوباره برای امنیت و ایمنی هسته‌ای و سیاست انرژی هسته‌ای در بسیاری از کشورها، ایجاد کرد. آلمان تصمیم گرفته‌است که تا سال ۲۰۲۲ تمام رآکتورهای خود را غیرفعال کند و ایتالیا نیز انرژی هسته‌ای را تحریم کرده‌است. پس از واقعهٔ فوکوشیما در سال ۲۰۱۱، آژانس بین‌المللی انرژی اتمی تصمیم گرفته‌است که ظرفیت تولید انرژی هسته‌ای را تا سال ۲۰۳۵ به نصف کاهش دهد.

تاریخ های استفاده[ویرایش]

آژانس بین‌المللی انرژی اتمی اعلام کرد که در سراسر جهان، ۴۳۹ رآکتور انرژی هسته‌ای وجود دارد که در ۳۱ کشور فعالیت می‌کنند. اما اکنون، در پی فاجعهٔ هسته‌ای فوکوشیما، در طی ارزیابی‌ها بسیاری از فعالیت‌ها متوقف شده‌اند. در سال ۲۰۱۱ تولید انرژی هسته‌ای در جهان به اندازهٔ ۴٫۳ درصد کاهش یافت که این مقدار، پس از کاهش شدید در ژاپن (۴۴٫۳- درصد) و آلمان (۲۳٫۳- درصد) بیشترین مقدار بود.

پس از آغاز تجاری شدن انرژی هسته‌ای در اواسط دهه ۱۹۵۰، سال ۲۰۰۸ نخستین سالی بود که هیچ نیروگاه هسته‌ای جدیدی به شبکهٔ جهانی افزوده نشد، اگرچه در سال ۲۰۰۹ دو نیروگاه جدید ساخته شد.

تولید سالانهٔ انرژی هسته‌ای از سال ۲۰۰۷ به بعد، در سراشیبی نسبتاً ملایمی قرار گرفته‌است، به‌طوری‌که در سال ۲۰۰۹، ۱٫۸ درصد کاهش یافت و به ۲۵۵۸ تریلیون وات ساعت رسید که قادر بود ۱۳–۱۴ درصد تقاضای الکتریسیتهٔ جهان را تأمین کند. یکی از عوامل اصلی کاهش میزان انرژی هسته‌ای پس از ۲۰۰۷، تعطیلی طولانی مدت رآکتورهای موجود در نیروگاه هسته‌ای کاشیوازاکی کاریوا در اثر زمین‌لرزه دورکران چووتسو بود.

ایالات متحده با تأمین ۱۹ درصد الکتریسیتهٔ مصرفی، بیشترین انرژی هسته‌ای را تولید می‌کند، در حالی که فرانسه بالاترین درصد انرژی (۸۰ درصد) را به وسیلهٔ رآکتورهای هسته‌ای تولید می‌سازد. در سراسر اتحادیه اروپا، انرژی هسته‌ای ۳۰ درصد الکتریسیته را تأمین می‌کند. سیاست انرژی هسته‌ای بین کشورهای اتحادیه اروپا متفاوت است، و برخی مانند استرالیا، استونی، ایرلند و ایتالیا هیچ نیروگاه هسته‌ای فعالی ندارند. در مقابل، فرانسه تعداد زیادی از این نیروگاه‌ها، به همراه ۱۶ نیروگاه چند واحدی در اختیار دارد.

در ایالات متحده در حالی که برنامه‌ریزی شده‌است که در سال ۲۰۱۳، ارزش صنعت الکتریسیتهٔ گاز و زغال سنگ، به ۸۵ میلیارد دلار برسد، ارزش ژنراتورهای هسته‌ای ۱۸ میلیارد دلار پیش‌بینی شده‌است. بسیاری از کشتی‌های نظامی و غیرنظامی (مانند یخ‌شکن)، از نیرو محرکهٔ هسته‌ای دریای استفاده می‌کنند، که نوعی نیروی محرکه است. چند سفینهٔ فضایی نیز به وسیلهٔ رآکتورهای هسته‌ای ارتقا یافته، پرتاب شده‌اند: ۳۳ رآکتور متعلق به سری ررست شوروی و یکی متعلق به اسنپ-۱۰آ آمریکایی بود.

تحقیقات بین‌المللی در زمینهٔ توسعهٔ امنیت ادامه دارد، از جمله می‌توان به نیروگاه‌های ایمن غیرفعال، استفاده از همجوشی هسته‌ای و استفاده‌های اضافی از فرایند گرمایش مانند شکافت آب (در حمایت از اقتصاد هیدروژن)، برای نمک‌زدایی آب دریا و استفاده در سیستم گرمایی ناحیه‌ای اشاره کرد.

اسامی برترین کسانی که در زمینه انرژی هسته ای پژوهش علمی دارند

Enrico Fermi | Specialist in nuclear and nuclear energy

J. S. Levinger | Specialist in nuclear reactors

Steven E.Koonin | Professor of Energy, Central Atomic and Nuclear Sciences

Michael L. Miller | Specialist in nuclear tests and centrifuges

M. King Hubbert | PhD in Nuclear Energy Transformation of the Atomic Energy Organization

مهدی فتحی | متخصص مرکز تکنولوژی حفاظت و ایمنی هسته ای انرژی اتمی ایران

رضا ب عشقی | دکترای افتخاری دانشگاه آکسفورد انگلستان در رشته علوم کامپیوتر CCIE

علی کرامت | دکترای علوم هسته ای دانشگاه فلوریدا ( عضو انجمن انرژی اتمی IAEA )

بهروز رک رک | متخصص مرکز تکنولوژی حفاظت و ایمنی هسته ای انرژی اتمی ایران

استفاده در فضا[ویرایش]

هم شکافت و هم همجوشی با تولید سرعت بالاتر با حجم عکس‌العمل کمتر، در پیشرانش فضایی نقش مهمی ایفا می‌کنند. علت آن چگالی انرژی بالاتر رآکتورهای هسته ایست: حدوداً ۱۰ به قوهٔ ۷ برابر نیرومندتر از عکس العملهای شیمیاییست که نیروی موشک‌های فعلی را تأمین می‌کنند. جهان در اتم هست.

تاریخچه[ویرایش]

تعقیب انرژی هسته‌ای به منظور استفاده از آن برای تولید انرژی الکتریکی پس از کشف این موضوع در قرن ۲۰ام میلادی آغاز شد که عناصر پرتوزا مانند رادیوم، بر اساس هم‌ارزی جرم و انرژی مقدار زیادی انرژی آزاد می‌کنند. اما، کنترل این انرژی نشدنی بود، زیرا طول عمر عناصر پرتوزا، به دلیل طبیعتشان، خیلی کم بود. (شدت انرژی آزاد شده با نیمه‌عمر عناصر نسبت عکس دارد). اما رؤیای مهار کردن انرژی اتمی، اندکی بلندپروازانه بود، حتی با این وجود که پدران فیزیک هسته‌ای، از جمله ارنست رادرفورد آن را «مهتاب» خوانده بودند. این شرایط بعدها و با کشف شکافت هسته‌ای تغییر کرد.

در سال ۱۹۳۲، جیمز چادویک نوترون را کشف کرد، که به دلیل نداشتن بار الکتریکی، به عنوان ابزاری بالقوه برای آزمایش‌های هسته‌ای شناخته شد. بمباران مواد با نوترون‌ها به فردریک ژولیو کوری و ایرن ژولیو-کوری کمک کرد تا در سال ۱۹۳۴، رادیواکتیویته مصنوعی را کشف کنند، که سبب شد تا عناصری مانند رادیوم، با قیمت بسیار کمتری نسبت به رادیوم طبیعی، تولید شوند. انریکو فرمی، در ادامهٔ راه آنها، طی تحقیقاتی در دههٔ ۱۹۳۰، بر روی کند کردن نوترونها به منظور افزایش تأثیر رادیواکتیویته مصنوعی تمرکز کرد. آزمایش بمباران اورانیوم با نوترون‌ها سبب شد که فرمی عنصر جدیدی ایجاد کند که عدد اتمی آن بیشتر از اورانیوم و نامش پلوتونیوم بود.

اما در سال ۱۹۳۸، شیمیدانهای آلمانی، اتو هان و فریتس اشتراسمان، به همراه فیزیکدان استرالیایی، لیزه مایتنر و خواهر زاده‌اش اوتو رابرت فریش، برای بررسی گفته‌های فرمی، آزمایش‌هایی را بر روی محصولات بمباران نوترونی اورانیوم انجام دادند. آن‌ها نشان دادند که برخلاف گفتهٔ فرمی، نوترون‌های نسبتاً کوچک، هسته‌های سنگین اتم‌های اورانیوم را به دو قسمت نسبتاً مساوی تقسیم می‌کنند. این یک نتیجهٔ بسیار شگفت‌انگیز بود: تمام سایر شکل‌های فروپاشی هسته‌ای، تنها شامل تغییرات کوچکی در جرم هسته بودند، در حالی که این فرایند، در بر دارندهٔ یک گسستگی کامل بود. دانشمندان متعددی از جمله لیو زیلارد معتقد بودند که اگر عکس العمل‌های شکافت، نوترون‌های اضافی آزاد می‌کرد، یک واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای خود به خودی ایجاد می‌شد. هنگامی که فردریک ژولیو کوری این موضوع را در سال ۱۹۳۹ مطرح کرد، دانشمندان در بسیاری از کشورها (از جمله ایالات متحده، بریتانیا، فرانسه، آلمان و شوروی) دولت‌های خود را متقاعد ساختند تا قبل از آغاز جنگ جهانی دوم، به منظور به دست آوردن بمب هسته‌ای، از آن‌ها در تحقیقات شکافت هسته‌ای حمایت کنند.

در ایالات متحده، جایی که فرمی و زیلارد، هر دو مهاجر بودند، اولین رآکتور ساخت بشر با نام شیکاگو پایل-۱ اختراع شد که در دوم دسامبر ۱۹۴۲ به حالت بحرانی رسید. این کار به بخشی از پروژه منهتن تبدیل شد که غنی‌سازی اورانیوم را ایجاد کرد و رآکتورهای بزرگی را برای تولید پلوتونیوم به منظور استفاده در اولین جنگ‌افزارهای هسته‌ای ساخت، همان جنگ‌افزارهایی که بر سر شهرهای هیروشیما و ناگازاکی فرود آمد.

به‌طور غیرمنتظره، هزینه‌های بالای برنامهٔ جنگ‌افزارهای هسته‌ای، به همراه رقابت با شوروی و تمایل به گسترش دموکراسی در سرتاسر جهان، فشاری بر روی مقامات فدرال وارد ساخت تا صنعت انرژی هسته‌ای غیرنظامی را توسعه دهند تا بتواند به توجیه مصرف‌های قابل توجه دولت کمک کند. در سال ۱۹۴۵، کتاب جیبی عصر اتمی ندا داد که انرژی اتمی وارد اشیای روزمره شده و در آینده، سوخت‌های فسیلی نا کارآمد خواهند شد. نویسندهٔ علمی، دیوید دیاز، بیان کرد که در آینده زمانی فرا خواهد رسید که به جای دو یا سه بار پر کردن باک اتوموبیل در هفته، می‌توان به وسیلهٔ یک ساچمهٔ اتمی به اندازهٔ قرض جوشان ویتامین، به مدت یک سال رانندگی کرد. گلن سیبورگ رئیس سابق کمیسیون انرژی اتمی نوشت، «در آینده، شاتل‌های زمین به ماه هسته‌ای، مصنوعات هسته‌ای، استخرهای شنای گرمایشی به وسیلهٔ پلوتونیوم و غیره به وجود خواهد آمد.»

بریتانیا، کانادا و اتحاد جماهیر شوروی در اواخر دههٔ ۱۹۴۰ و اوایل دههٔ ۱۹۵۰ پا به این عرصه نهادند. برای اولین بار، در بیستم دسامبر ۱۹۵۱، حدود ۱۰۰ کیلو وات الکتریسیته به وسیلهٔ یک رآکتور هسته‌ای در نیروگاه رآکتور آزمایشگاهی بریدر ۱ نزدیک آرکو، ایداهو تولید شد. همچنین در ایالات متحده، با تست یک رآکتور توسعه یافته در ۱۹۵۳، تحقیقاتی بر روی نیرو محرکه هستهای دریایی صورت گرفت. در سال ۱۹۵۳، رئیس‌جمهور وقت ایالات متحده، دوایت آیزنهاور سخنرانی خود را با موضوع اتم برای صلح، با تأکید بر نیاز فوری به توسعهٔ استفادهٔ صلح‌آمیز از انرژی هسته‌ای، در سازمان ملل ارائه کرد. این موضوع با اصلاحات فعالیت انرژی اتمی در ۱۹۵۴ ادامه یافت و سبب ساختارشکنی سریع تکنولوژی رآکتور ایالات متحده و توسعهٔ بخش خصوصی شد.

نیروگاه انرژی هسته‌ای[ویرایش]

همان‌طور که اکثر نیروگاه‌های حرارتی با مهار انرژی حرارتی آزاد شده از سوخت‌های فسیلی برق تولید می‌کنند، نیروگاه‌های انرژی هسته‌ای نیز انرژی آزاد شده از هستهٔ اتم‌ها در فرایند شکافت هسته‌ای درون رآکتور هسته‌ای را مورد استفاده قرار می‌دهند. گرمای هستهٔ رآکتور، به وسیلهٔ یک سیستم سرمایشی دفع می‌شود و با استفاده از این گرما، توربین بخار متصل به ژنراتور، به منظور تولید الکتریسیته به حرکت در می‌آید.

کیک زرد[ویرایش]

پس از استخراج سنگ معدن تکه سنگ‌ها به آسیاب فرستاده می‌شود تا به خوبی خرد شده و خرده سنگ‌هایی با ابعاد یکسان تولید می‌شود. اورانیم توسط اسید سولفوریک از دیگراتم‌ها جدا می‌شودعلم شیمی و محلول حاصل که دارای اورانیم است، تصفیه و خشک می‌شود. محلول به دست آمده، کنستانترهٔ جامد اورانیم است که به آن کیک زرد گفته می‌شود.

تبدیل[ویرایش]

کیک زرد جامد است، ولی برای استفاده در مرحلهٔ بعد یعنی غنی سازی، از فناوری ویژه‌ای استفاده می‌شود تا بتوان آن را تبدیل به گاز uf6یا همان هگزا فلورید تبدیل کنیم. uf6 در دمای اتاق جامد است اما در دمایی نه چندان بالا به صورت مایع در می‌آید.

غنی‌سازی[ویرایش]

برای آن که گاز uf6 به دست آمده از مرحلهٔ تبدیل، به عنوان سوخت هسته‌ای مورد استفاده قرار بگیرد، باید ایزوتوپ قابل شکافت آن را غنی کرد. برای یک رآکتور آب سبک سوختی با ۵ درصد اورانیم ۲۳۵ نیاز است، در حالی که برای ساخت یک بمب اتمی باید حداقل۹۰ درصد غنی شده باشد. در حال حاضر دو روش برای غنی‌سازی اورانیم وجود دارد : انتشار گاز (فیزیکی) استفاده از نیرو ی گریز از مرکز (سانتریفیوژ) در روش جدا کردن به وسیلهٔ سانتریفیوژ، گاز uf6 طبیعی را به مخزن‌هایی استوانه‌ای تزریق می‌کنند و گاز را با سرعت زیادی می‌چرخانند، نیروی گریز از مرکز باعث می‌شود مولکول‌های سنگین تر گاز uf6های سبک‌تر جدا شود. امروزه فناوری غنی‌سازی جدید تری نیز نیز توسعه یافته‌است که با استفاده از کاربردهای لیزر غنی‌سازی را انجام می‌دهد.

زباله‌های هسته‌ای[ویرایش]

در هر هشت مگاوات ساعت، انرژی الکتریکی تولید شده در نیروگاه هسته‌ای ۳۰ گرم زبالهٔ رادیو اکتیوی به وجود می‌آید. اگر چه مقدار آن بسیار کم است اما بسیار مادهٔ خطرناکی است و دفع آن نیز به شیوهٔ صحیح ودرست به مراتب از سوخت‌های دیگر پر هزینه تر می‌باشد.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

منبع مطلب : fa.wikipedia.org

مدیر محترم سایت fa.wikipedia.org لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.

مفاهیم: انرژی هسته‌ای چیست؟

حیات بشر امروزی به طور مستقیم و غیرمستقیم به‌منابع مختلف انرژی مانند نفت و گاز و زغال سنگ و ... وابسته است و تصور زندگی بدون دسترسی به این منابع، دشوار و حتی غیرممکن است.

از طرفی، گذشت سریع زمان، این زنگ خطر را بلندتر و واضح تر به گوش می‌رساند که منابع انرژی تجدیدناپذیر در حال پایان است، بنابر این ضرورت کشف و استفاده از منابع انرژی نو بیش از پیش اهمیت می‌یابد.

انرژی هسته‌ای از جمله مطمئن‌ترین و پاک‌ترین انرژی‌هایی است که می‌تواند کمبود و حتی خلاء انرژی‌های فسیلی را جبران کند.

جمهوری اسلامی ایران نیز با درک ضرورت استفاده از این انرژی مدرن، در جهت دستیابی به آن برای تولید برق کوششی بی‌وقفه و خستگی ناپذیر را آغاز کرده است.

برای تولیدبرق، روش‌های مختلفی وجود دارد که ازآن جمله می‌توان نیروگاه‌های آبی، بادی، خورشیدی، جزر و مد، ژئوترمال ( زمین گرمایی ) حرارتی و هسته‌ای را نام برد.

در نیروگاه حرارتی از سوزاندن منابع اولیه انرژی مانند زغال سنگ،نفت یا گاز، حرارت تولید می‌شود و حرارت تولید شده در دیگ بخار، آب را تبخیر می‌کند. بخارحاصله بعد از به چرخش در آوردن توربین در چکالنده، به آب تبدیل می‌شود و دوباره به دیگ بخار بر می‌گردد. چرخش توربین منجر به‌چرخش محور مولد برق شده و نیروی برق تولید می‌شود.

چگونگی تولید برق در نیروگاه هسته‌ای

در نیروگاه‌های هسته‌ای پس از شکاف هسته، انرژی هسته‌ای به صورت حرارت آزاد می‌شود. از حرارت حاصله همانند نیروگاه‌های حرارتی می‌توان برای تولید برق استفاده کرد.

یک نیروگاه هسته‌ای در اصل مانند یک نیروگاه فسیلی (حرارتی) کارمی‌کند، با این تفاوت که در نیروگاه اتمی، حرارت از سوزاندن زغال سنگ، نفت و یا گاز ایجاد نمی‌شود، بلکه از راه شکاف هسته اتم تولید می‌شود.

جریان آب، این حرارت را به مولد بخار که درآن آب به‌بخار تبدیل می‌شود، از مدار اول منتقل می‌کند و بخار حاصله، توربین و در نتیجه مولد برق را به گردش در می‌آورد و سپس در چگالنده به آب تبدیل می‌شود. این آب در مدار دوم دوباره به مولد بخار برگردانده می‌شود و حرارت پس داده شده ، هنگام تبدیل بخار به آب در چگالنده، به وسیله آب خنک‌کننده در مدار سوم جذب و خارج می‌شود.

نیروگاه‌های اتمی انواع مختلفی دارند. یکی از پیشرفته‌ترین آنها نیروگاه اتمی با راکتور آب تحت فشار است.

برق تولیدشده در نیروگاه اتمی پس ازافزایش ولتاژ، درترانس‌های افزاینده، توسط خطوط انتقال فشار قوی به محل‌های مصرف منتقل می‌شود، در آنجا به وسیله ترانس‌های کاهنده، ولتاژ تا حد لازم کاهش می‌یابد و در اختیار مصرف‌کننده قرار می‌گیرد.این افزایش و کاهش ولتاژ به علت کم کردن تلفات در خطوط انتقال برق است.

نیروگاه هسته‌ای و شیرین‌سازی آب شور

نیروگاه اتمی علاوه بر تولید برق ، فواید و کاربردهای دیگری نیز دارد که از جمله شیرین‌سازی آب شور دریا است. می توان به هر واحد نیروگاه اتمی هزار مگاواتی، یک واحد شیرین‌سازی آب شور به ظرفیت ‪ ۱۰۰‬هزار متر مکعب در روز متصل کرد و آب شور از دریا به وسیله پمپ به واحد شیرین-سازی آب شور هدایت کرد.

در این واحد، از حرارت تولید شده به وسیله راکتور برای تقطیر کردن آب استفاده می‌شود. آب تقطیرشده پس از طی مراحلی به‌آب آشامیدنی تبدیل می‌شود.

مایعات زاید دوباره به دریا برگردانده شده، آب آشامیدنی وارد ش

بکه توزیع می‌شود. آب شیرین حاصله برای مصارف کشاورزی، شهری و صنعتی قابل استفاده است.

اورانیوم و نقش آن در نیروگاه هسته‌ای

هسته اتم از ذراتی به نام "پروتون" و "نوترون" تشکیل شده است. پروتون بارالکتریکی مثبت دارد و مقدار آن برابر با بار منفی الکترون است در حالی که نوترون دارای بار الکترویکی نیست و به عبارت دیگر خنثی است.

پروتون‌ها و نوترون‌ها به وسیله نوعی انرژی اتصالی درکنار هم قرار گرفته، انرژی آزادشده به صورت حرارت مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اورانیوم نیز ازعناصر سنگین به‌شمار می‌رود و دارای انرژی اتصالی بسیار زیادی است. مقدار انرژی آزاد شده هنگام شکافت هسته اورانیوم بسیار زیاد است و به این منظور، از اورانیوم برای سوخت راکتور اتمی استفاده می‌شود.

برای مقایسه، مقدار انرژی اورانیوم موجود درراکتور نیروگاه اتمی بوشهر (‪ ۸۰‬تن) برابر است با مقدار انرژی موجود در ‪ ۱۷‬میلیون بشکه نفت خام.

در مقیاس کوچک، انرژی حاصل از سوزاندن یک قرص سوخت ‪ ۱۲‬گرمی اورانیوم معادل انرژی حاصل از سوختن یک تن زغال سنگ، دو ونیم تن چوب و ‪ ۱۷‬هزار فوت مکعب گاز طبیعی است.

در نیروگاه اتمی بوشهر، تعداد ‪ ۱۶۳‬مجتمع سوخت داخل محفظه تحت فشار راکتور قرار داده می‌شود که هسته مرکزی راکتور را تشکیل می‌دهد و حرارت ایجاد شده در نتیجه شکافت هسته، آب را به بخار تبدیل می‌کند و بخار حاصله توربین را به حرکت در می‌آورد و توربین مولد را می‌چرخاند و نیروی برق تولید می‌شود.

در اورانیوم که سوخت نیروگاه اتمی است، انرژی به صورت مهار شده وجود دارد. این انرژی پس از شکافت هسته آزاد شده، به شکل انرژی حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این سووال برای برخی مطرح می‌شود که چگونه می‌توان یک هسته اتم را که بسیار کوچک تر از یک دانه شن است، شکافت؟

نوترون قادر به برخورد مستقیم با هسته اتم است و پس از جذب شدن به وسیله هسته اتم، آن را به دو قسمت تقسیم می‌کند. پاره‌های حاصل ازشکافت، با انرژی زیاد جدا شده،در نتیجه انرژی حرارتی آزاد می‌شود.

همچنین با شکافت هسته، حدود سه نوترون آزاد می‌شود که هر کدام می‌تواند هسته دیگری را بشکافند.

با ازدیاد نوترون، هسته‌های بیشتری شکافته شده، نوترون‌های بیشتری آزاد می‌شوند و در نتیجه، واکنش زنجیره‌ای آغاز می‌شود. هرچه‌تعداد هسته‌ای شکافته شده بیشتر باشد، به همان نسبت حرارت بیشتری آزاد می‌شود.

از حرارت تولید شده می‌توان برای تولید بخار و درنتیجه گردش توربین‌ها استفاده کرد.هنگام بهره برداری از یک نیروگاه اتمی، پسمان‌های پرتوزا به صورت گاز مایع و جامد به وجود می‌آیند.

مهار پرتوهای هسته‌ای 

برای حفاظت محیط زیست بایستی مقدار مواد پرتوزایی که وارد محیط می‌شود، کمتر از مقدار تعیین شده باشد.

در نیروگاه اتمی، ساختمان راکتور و تاسیسات جانبی آن تحت کنترل هستند و مواد پرتوزا فقط در قسمت‌های کنترل شده تولید می‌شوند.

به منظور کاهش مقدار پرتوزایی، مواد گازی شکل مانند گازهایی که از آب خنک‌کننده مدار اول متصاعد می‌شوند ، آن را از فیلترهای زغالی گذرانده، یا این که برای مدت طولانی در ظروف مخصوص نگهداری می‌کنند. علت آن این است که گذشت زمان، اثر پرتوزایی را کاهش می‌دهد.

وقتی مقدارپرتوزایی این گازها از مقدار معینی کمتر باشد، آن‌ها را رقیق کرده،از طریق دودکش به فضا می‌فرستند و هوای آلوده به مواد پرتوزا در اتاق‌های قسمت تحت کنترل، بعد از این که توسط فیلترهای مخصوص تصفیه شد، به وسیله دودکش به فضا فرستاده می‌شود.

مایعات زاید پرتوزا ، جمع آوری شده و به‌طور موقت نگه داری می‌شوند و در مرحله‌بعد، این مایعات تبخیرشده و مواد جامد پرتوزا به‌جای می‌ماند.آب تصفیه شده به دریا برگردانده می‌شود و با مواد به جای مانده، طبق قوانین وضع شده عمل می‌شود.

مواد پرتوزای جامد مانند، مجتمع‌های سوخت کارکرده را در داخل محفظه‌های ضد ضربه و ضد حریق از نیروگاه خارج می‌کنند. مواد جامد پرتوزای دیگر مانند فیلترها، پوشاک و وسایل نظافت در داخل بشکه‌هایی بسته بندی شده و طبق قوانین موجود با آن‌ها عمل می‌شود.

برای اطمینان یافتن از این که مقدار پرتوزایی تمام مواد خارج شده از قسمت تحت کنترل برای محیط زیست بی‌ضرر است، به طور دایم مقدار پرتوزایی مایعات، گازها و جامدات زاید اندازه‌گیری می‌شود.

در زمان بهره برداری از نیروگاه، محیط اطراف آن از نظر پرتوزایی، پیوسته کنترل می‌شود.

در برنامه ریزی، طراحی، احداث و بهره برداری نیروگاه‌های اتمی، به مسایل ایمنی توجه ویژه‌ای می‌شود.حصارها و سیستم‌های ایمنی خودکار حتی در زمانی که بزرگترین حادثه قابل پیش بینی اتفاق بیافتد، از بروز هر گونه اثر نامطلوب به روی کارکنان و محیط جلوگیری می‌کند.

از آغاز عملیات برنامه ریزی و طراحی، دانشمندان و متخصصان اطمینان حاصل می‌کنند که می‌توانند حتی نادرترین حادثه و عواقب مربوط به آن را کنترل کنند، مانند زمین لرزه و ...

اجزای هر سیستم به طور منظم آزمایش می‌شوند تا از عملکرد صحیح آن اطمینان حاصل شود.نیروگاه اتمی در حال حاضر از ایمن‌ترین تاسیسات صنعتی است. 

حصار ایمنی در نیروگاه اتمی 

-درصد بسیاری از مواد پرتوزای تولید شده در اثر شکافت هسته در داخل شبکه کریستالی سوخت هسته‌ای باقی می‌ماند و حصار یک، درون حصار دو قرار دارد.

- لوله‌های ضد فشار و ضد نشت که از نوعی آلیاژ زیر کونیوم ساخته شده، قرص‌های سوخت را در برگرفته و از خروج مواد پرتوزای حاصله، ازشکافت هسته‌ای جلوگیری می‌کند.

- محفظه تحت فشار راکتور که از قطعات فولادی تهیه شده، حصاری تشکیل می‌دهد که در مقابل فشار حرارت و پرتو کاملا مقاوم است.

- حفاظ بیولوژیکی که بیشتر از یک متر ضخامت دارد و از بتن مسلح ساخته شده، حفاظی در مقابل پرتوهای خارج شده از محفظه تحت فشار راکتور می‌باشد.

- کره ایمنی فولادی تمام سیستم‌های هسته‌ای راکه حاوی مواد رادیو اکتیو است در بر می‌گیرد و این حفاظ حتی در زمان وقوع خطرناک‌ترین حوادث، از خروج مواد پرتوزا جلوگیری می‌کند.

- ساختمان راکتور که از بتن مسلح با ضخامت حدود دو متر ساخته شده است، حفاظی در مقابل عوامل خارجی محسوب می‌شود.

میزان مجاز پرتو هسته‌ای

بر اساس قوانین وضع شده، مقدار پرتوی مجاز در مجاورت نیروگاه‌های اتمی حداکثر برابر با ‪ ۱/۵‬میلی زیورت نام دارد.

انسان، حیوانات و گیاهان همواره به طور طبیعی مقداری پرتو دریافت می‌کنند و این مقدار در ایران به طور متوسط در حدود ‪ ۱/۵‬میلی زیورت در سال است.

مقدار پرتو دریافتی از یک نیروگاه در مدت زمان یک سال بهره برداری، کمتر از یک درصد مقدار پرتو دریافت شده از طبیعت است.

در یک ساعت پرواز با هواپیما، مقدار پرتو دریافت شده، تقریبا برابر با مقدار پرتو دریافتی طی یک سال سکونت در نزدیکی نیروگاه اتمی است.

در پزشکی و به خصوص رادیوگرافی، از منابع پرتوزا استفاده می‌شود. همچنین تلویزیون و رنگ‌های شب نما مقداری پرتو ایجاد می‌کنند.

شیوه جدید پیش روی بشر برای تولید برق و همجوشی هسته‌ای

واکنش شکافت هسته اتم باعث تولید گرما شده، از این گرما برای تولید بخار استفاده می‌شود.بخار تولید شده با چرخاندن پره‌های توربین، برق تولید می‌کند.

مدتی است که متخصصان این رشته به فکر ساخت راکتورهایی افتاده‌اند که در آن به جای شکافت هسته‌ای اتم (فیسیون)، از روش ترکیب اتم‌ها (فوزین یا همجوشی) استفاده می‌شود.این واکنش همان اتفاقی است که در خورشید و ستارگان می‌افتد و انرژی آن‌ها را تامین می‌کند.

تاکنون از این روش در بمب‌های هیدروژنی استفاده شده و با وجود پیشرفت‌های فنی، هنوز نیروگاه همجوشی ساخته نشده است. کشورهای آمریکا، فرانسه، روسیه، ژاپن و آلمان طراحی و ساخت یک نیروگاه همجوشی در خاک فرانسه را به نام "پروژه ایتر" (اینترنشنال ترمویا) آغاز کرده‌اند و امیدوارند که در دهه‌های بعد این نیروگاه‌ها جایگزین نیروگاه‌های فعلی شوند.

انرژی همجوشی به عنوان یک منبع انرژی، با توجه به سوخت مورد مصرف در این فرآیند که تقریبا در دنیا بی‌پایان است، راهی برای فرار از بحران انرژی در سال‌های آینده محسوب می‌شود.

به علاوه، این انرژی از لحاظ زیست محیطی، کمترین آسیب را به طبیعت وارد می‌کند و همچون شکافت هسته‌ای، زباله‌هایی با عمر طولانی از خود به جای نمی‌گذارد.

در روش همجوشی، اتم‌های دوتریو و تریتیوم (دو ایزوتوپ هیدروژن) در شرایط مناسب با یکدیگر ترکیب شده، اتم سنگین‌تری به نام هلیوم تولید می‌کند.

در این فرآیند همچنین ذره نوترون و مقدار زیادی حرارت تولید می‌شود و از این حرارت برای گرم کردن آب و تبدیل آن به بخار استفاده می‌شود.

بخار تولید شده، پره‌های توربین را می‌چرخاند و در نهایت باعث تولید برق می‌شود.

منبع مطلب : www.hamshahrionline.ir

مدیر محترم سایت www.hamshahrionline.ir لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.

ورود انرژی هسته ای به کتب ششم ابتدائی

نکته جالب درباره این درس، توجه به جایگاه ایران و فعالیت‌های کشور درباره انرژی‌های نو و انرژی هسته‌ای است و دانش‌آموزان با وضعیت کشور درباره این انرژی‌ها آشنا می‌شوند.

درس هشتم کتاب مطالعات اجتماعی:

* انرژی را بهتر مصرف کنیم

در درس گذشته پی بردید که سوخت‌های فسیلی مهمترین منابع مصرف انرژی در دنیای امروز هستند؛ به این منابع «غیرقابل تجدید» می‌گویند، یعنی با استخراج تمام می‌شوند؛ سوخت‌های فسیلی در اعماق زمین وجود دارند و میلیون‌ها سال طول می‌کشد تا تشکیل شوند؛ به همین دلیل امروزه همه‌ کشورها تلاش می‌کنند تا انرژی‌های نو را جایگزین سوخت‌های فسیلی کنند.

انرژی‌های نو (قابل تجدید)

استفاده از انرژی‌های نو در ایران

متخصصان کشور ما تلاش می‌کنند تا با مطالعه و تحقیق و ساختن دستگاه‌ها و ابزارها، از انرژی‌های نو هر چه بیشتر استفاده کنند؛ به همین دلیل، تاکنون در بعضی مناطق کشور طرح‌هایی اجرا شده است.

کشور ما از آفتاب خوبی برخوردار است؛ از انرژی خورشیدی می‌توان برای گرم کردن هوا یا آب استفاده کرد و یا از آن انرژی الکتریکی به دست آورد.

انرژی هسته‌ای (اتمی)

انرژی هسته‌ای از شکافتن هسته‌ اتم‌های بعضی عناصر مثل اورانیوم پدید می‌آید؛ سنگ اورانیوم در طبیعت وجود دارد؛ برای مثال در کشور ما استان یزد دارای معادن اورانیوم است.

انرژی هسته‌ای قابل تجدید نیست چون روزی معادن آن تمام می‌شود، اما یک فرق مهم با سایر انرژی‌ها دارد و آن این است که انرژی بسیار زیادی تولید می‌کند؛ برای مثال یک کیلوگرم اورانیوم معادل سوختن 12000 بشکه نفت انرژی تولید می‌کند.

در ایران، نیروگاه اتمی در بوشهر ساخته شده است و متخصصان و دانشمندان ایرانی در حال راه‌اندازی این نیروگاه برای تولید برق هستند.

منبع مطلب : www.yjc.ir

مدیر محترم سایت www.yjc.ir لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.

جواب کاربران در نظرات پایین سایت

مهدی : نمیدونم, کاش دوستان در نظرات جواب رو بفرستن.