Saturday, December 10, 2005

استفاده صلح آميز از انرژي هسته اي :

بحثي در مورد راكتورهاي هسته اي و سوخت هسته اي و تامين انرژي :

مقدمه :

بشر همواره با مسئله تامين انرژي مواجه بوده است چه ان زمان كه در درون غارها زندگي مي كد و براي گرم كردن خود به هيزم براي افروختن آتش نياز داشت و چه در زمان حاضر كه نياز به انواع بسيار متنوع انرژي از قبيل : برق و گاز و سوختهاي فسيلي و ساير شيوه هاي انرژي براي گذران زندگي روزانه خود نياز دارد .

هم اكنون بخش زيادي از انرژي مصرفي انسانها از طريق سوزاندن سوختهاي فسيلي ( نفت و گاز بنزين و گازوئيل .. ذغالسنگ و نظاير آن ) تامين مي شود كه اين نوع سوختها دو مشكل اساسي دارند : اولا آلوده كننده هستند و ثانيا چون تجديد ناپذيرند بالاخره روزي به پايان خواهند رسيد و ازذ هم اكنون بايد به فكر استفاده از انرژي ها ي نو تجديد پذير از قبيل انرژي باد نور آفتاب ، و همين انرژي هسته اي باشيم .

انرژي هسته اي با همه پيچيدگي و گراني كه دارد و اگر چه به تكنولوژي بسياري بالايي نياز دارد با اين وجود از جمله انرژي هايي محسوب مي شود كه مي تواند بخش عمده اي از نيازهاي بشر به برق را تامين كند با استفاده از انرژي گرمايي حاصل از شكافت هسته اي مي توان بخار توليد كرد و از اين بخار براي به چرخش درآوردن توربينهاي بخار استفاده كرد و توربين بخار هم باعث بحركت درآمدن ژنراتورهاي توليد برق مي شود و اين روش توليد انرژي بسيار با صرفه و خيلي تميز است و آسيب كمي به محيط زيست وارد مي كند از اين رو رويكرد به استفاده از از انرژي هسته اي از مدتها پيش در برنامه كار كشورهاي مترقي و پيشرفته اي چون آمريكا و فرانسه  و آلمان و ژاپن قرار گرفته و اين كشورها بخش عمده اي از برق مصرفي خود را از اين طريق تامين مي كنند . گ

در كشور ما هم تلاش هايي براي راه اندازي راكتور آب سنگين بوشهر در جريان است كه در آينده اي نزديك اين نيورگاه با ظرفيت توليد برق 1000 مگاوات به شبكه برق سراسري ايران خواهد پيوست .

مطلب زير در همين مورد نوشته شده است :

بكارگيري انرژي هسته اي :

شناخت و به کارگيري منابع انرژي ، از ديرباز مهمترين مشغله انسان بوده است ، کهن ترين منابع انرژي مورد استفاده انسان ، انرژي باد ، انرژي حاصل از سوختهاي فسيلي و انرژي جريان آب بوده و جديدترين و شايد متفاوت ترين آنها انرژي هسته اي است.


با کشف اورانيوم و خواص آن و پس از تحقيقاتي که از دهه 30 و 40 ميلادي شروع شد ، از اين انرژي ، استفاده و سوءاستفاده هاي بسياري شده است.

از بمب اتمي که جان انسان هاي بي شماري را در ژاپن گرفت تا استفاده در رآکتورهاي هسته اي براي توليد برق و حتي کاربردهاي پزشکي که تاکنون جان انسانهاي زيادي را نجات داده است ، همه پيامدهاي اين پديده است.

در سلسله مطالبي که از اين پس مي خوانيد ، سعي مي کنيم مطالب تازه اي در خصوص کاربردهاي اين انرژي در اختيار شما بگذاريم.

بحبوحه جنگ جهاني دوم بود ؛ زماني که ديگر سرنوشت جنگ در گرو ارتش بزرگتر ، تجهيزات بيشتر ، مهمات پيشرفته تر و نه حتي ، بمباران ها و کشتارهاي بيشتر ، نبود. آنچه اهميت فوق العاده اي يافته بود ، به ثمر رسيدن تلاش دانشمندان و کشف انرژي هسته اي بود. فيزيکدانان اتمي به رهبري هايزنبرگ در آلمان و فيزيکدانان امريکايي به رهبري فرمي در امريکا براي ايجاد واکنش زنجيره اي اورانيوم و کنترل آن بدون وقفه تلاش مي کردند. هدف آنها به کارگيري انرژي حاصل در توليد برق بود. سرانجام در دوم دسامبر 1942 گروه امريکايي توانست واکنش زنجيره اي اورانيوم را در رآکتوري در شيکاگو ، انجام دهد. تلاش آنان مبنا و اساس کار رآکتورها در سراسر جهان شد ، ولي جنگ افروزان با سوئاستفاده از اين انرژي نوين ، فاجعه هيروشيما و ناکازاکي را در تاريخ جهان ثبت کردند. پيدا کردن يک ماده کند کننده خوب ، مهمترين مشکل در ابتداي پروژه ساخت رآکتور بود ؛ ماده اي که نوترون هاي حاصل از شکافت اورانيوم را کند مي کند ، ولي جذب نکند. در رقابت بين امريکايي ها و آلماني ها ، اين فيزيکدانان امريکايي بودند که پيروز شدند ، آن هم يک دليل ساده داشت ؛ فيزيکدانان امريکايي با يک شيميدان مشورت کردند ، ولي آلماني ها حاضر به قبول چنين ننگي نبودند! آن زمان دو ماده مناسب شناخته شده بود ؛ گرافيت و آب سنگين.

ولي هر کدام يک مشکل داشت ، گرافيت به دليل ناخالصي ، نوترون ها را جذب مي کرد و آب سنگين هم به ميزان خيلي کم ، با نسبت يک به 10هزار در آب معمولي وجود داشت.

نتيجه مشورت امريکايي ها با يک شيميدان به تهيه گرافيت خالص منجر شد. ولي هايزنبرگ در يک کارخانه که توسط نازي ها در نروژ اشغال شده بود ، به سختي و با کندي آب سنگين جدا مي کرد ؛ چون انگليسي ها به نروژي ها گفته بودند که تهيه آب سنگين به نفع نازي هاست و آنها هم تا مي توانستند به بهترين نحو در توليد آب سنگين خرابکاري کردند! پس از جنگ جهاني دوم مشخص شد که برخلاف تبليغات نازي ها، آنها حتي به انجام اين واکنش نزديک هم نشده بودند. نيروگاه هاي مولد برق با منابع انرژي مختلفي کار مي کنند: انرژي باد، انرژي آب پشت سدها و انرژي سوختهاي فسيلي.

در کشور ما هر سه نوع نيروگاه وجود دارد، توربين هاي بادي منجيل ، نيروگاه حرارتي برق کرج و نيروگاه هاي آبي ديگر ، اما همان طور که مي دانيد، سالهاست براي راه اندازي نيروگاه هسته اي بوشهر تلاش مي کنيم ، مگر نيروگاه هسته اي چه مزيتي دارد؟ طبق آمار منتشر شده توسط سازمان انرژي اتمي ، اگر ما بتوانيم نيروگاه بوشهر را راه اندازي کنيم ، سالانه 190ميليون بشکه نفت خام با ارزش اقتصادي 5ميليارد دلار صرفه جويي خواهيم کرد. همچنين از توليد 157هزار تن دي اکسيد کربن ، 1150تن ذرات معلق در هوا ، 130تن گوگرد و 50تن اکسيد نيتروژن جلوگيري خواهيم کرد و از همه مهمتر 7000مگاوات به ظرفيت توليد برق کشور اضافه خواهد شد. مصرف کل انرژي هسته اي در جهان در سال 2001ميلادي معادل سوزاندن 601ميليون تن نفت خام بوده است.

جدول ، ميزان مصرف انرژي هسته اي را در سالهاي 2000و 2001ميلادي بر اين اساس که اين ميزان معادل سوزاندن چند ميليون تن نفت خام بوده است ، نشان مي دهد. امروزه 420نيروگاه هسته اي در جهان وجود دارد که سالانه حدود 410گيگاوات (هر گيگاوات 109وات است) برق توليد مي کند. تمامي کارخانه ها، ماشين آلات و نيروگاه هاي در حال کار، خطراتي را به همراه دارند و نکات ايمني در خصوص هر يک از آنها بايد اجرا شود. نيروگاه هاي هسته اي از اين لحاظ مستثنائ نيست ؛ ولي اغلب در زمينه پرخطر بودن اين نيروگاه ها مبالغه شده است.

بخشي از آن به سبب فيلمهاي علمي تخيلي است که نيروي هسته اي را غولي غير قابل کنترل ، مخرب و سرکش معرفي کرده اند و بخش ديگر به دليل خاطرات بد مردم از انفجارهاي جنگ جهاني دوم است.

که البته آنچه در جنگ جهاني دوم بيشتر باعث تخريب شد، بمب بود، نه نيروي هسته اي.

البته اتفاقاتي که ممکن است در نيروگاه هاي هسته اي رخ بدهد، پيش بيني و راههاي پيشگيري و ضريب خطر آنها محاسبه شده است.

با رعايت نکات ايمني و کار بر اساس فناوري روز، نيروي هسته اي يکي از کم خطرترين و مقرون به صرفه ترين روش براي توليد برق است.

آژانس انرژي اتمي تشکلي است که دو هدف عمده را دنبال مي کند؛ يکي نظارت بر اجرا و ساخت نيروگاه ها و تضمين رعايت موارد ايمني در آن هاست و ديگري جلوگيري از سوئاستفاده هاي ممکن از نيروگاه هاست چون کشورهاي داراي رآکتور مي توانند از مواد حاصل از رآکتور در توليد کلاهک هاي هسته اي و بمب هاي اتمي که اهدافي جنگ طلبانه و غير انساني است ، استفاده کنند. نظارت دقيق بر فعاليت هاي هسته اي تمام کشورها، امنيت جهان را تضمين مي کند. هر کشوري براي ساخت و راه اندازي رآکتور بايد از اين آژانس پروانه کار دريافت کند که شامل 25 تا 30 مجوز مختلف است.


اصول ايمني نيروگاه ها :

 براي به حداقل رساندن خطرات يک نيروگاه ، موارد زير بايد رعايت شود.
1- ساخت ديوارهاي چند لايه براي جلوگيري از خروج راديو اکتيو و ورود آن به محيط زندگي مردم.
2- مدارهاي خنک کننده قلب رآکتور که بايد بسيار دقيق طراحي شوند؛ چون بالا رفتن دما از يک اندازه مشخص ، مي تواند بسيار خطرناک باشد.
3- محفظه ايمني : يک ساختمان از بتون تحت فشار که با کابلهاي فولادي ساخته شده است.
4- تعيين دقيق محل ساخت رآکتور: نيروگاه ها اصولا در جايي دور از زندگي مردم ساخته مي شوند ؛ جايي که خطر زلزله و ديگر بلاياي طبيعي کم باشد بافت خاک آنجا قدرت تحمل نيروگاه را با تمامي تجهيزات آن داشته باشد و در مرور زمان نشست نکند. در مسير آبهاي زيرزميني نباشد تا حداقل راديو اکتيو وارد زندگي مردم شود.

سوخت هسته اي چيست؟


وقتي صحبت از سوخت به ميان مي آيد ، اغلب ما تصوري از دود و آتش داريم.

سوختن به طور معمول به نوعي اکسيد شدن سريع مواد که همراه با ايجاد شعله و دود و همچنين انرژي است ، اطلاق مي شود اين نوع سوختن يک تغيير شيميايي و واکنشي در سطح اتمهاي مواد است ولي در يک سوختن هسته اي تغييرات در هسته اتمها صورت مي گيرد. اين سوختن شامل هيچ دود و آتشي نيست ، يک هسته سنگين (هسته اي که مجموع تعداد پروتون ها و نوترون هاي آن از 230بيشتر است) به دو هسته جديد سبک تر شکسته مي شود. شکسته شدن يک هسته سنگين به دو هسته سبک تر را شکافت مي گويند. شکافت به طور طبيعي و بدون هيچ عامل خارجي بسيار کم اتفاق مي افتد و قابل کنترل هم نيست.

براي اين که شکافت بسرعت انجام گيرد (تعداد زياد) که بتواند در رآکتورهاي هسته اي مفيد باشد، لازم است به هسته انرژي داده شود اين انرژي ، انرژي بحراني ناميده مي شود روشهاي دادن اين انرژي متفاوت است يکي از اين روشها تاباندن نوترون به هسته مواد قابل شکافت است.

يکي از اين مواد که قابليت شکافت دارند ، اورانيوم است اورانيوم با اعداد جرمي متفاوتي در طبيعت وجود دارد. (به مجموع تعداد پروتون ها و نوترون هاي هسته عدد جرمي و به تعداد پروتون هاي هسته عدد اتمي مي گويند). اورانيوم (235 و 233) و پلوتونيوم (239 و 241) مواد قابل شکافت هستند و اين رجحان را بر بقيه مواد مشابه دارند که با نوترون کم انرژي تري شکافت انجام مي دهند. آنچه که در رآکتورها رخ مي دهد ، به طور خلاصه اين گونه است :
يک هسته سنگين با دريافت يک نوترون به دو هسته سبک تر و چند نوترون شکسته مي شود و در اين فرآيند مقدار قابل توجهي انرژي آزاد مي گردد. نوترون هاي حاصل شده نيز به نوبه خود سبب شکسته شدن هسته هاي ديگر مي شود. به اين واکنش ، واکنش زنجيره اي مي گويند. در مقام مقايسه از سوزاندن جرم مشخصي از يک سوخت فسيلي ، انرژي در حد چند الکترون ولت به دست مي آيد و اگر همين جرم سوخت هسته اي مصرف کنيم ، حدود 200ميليون الکترون ولت انرژي داريم.

به هسته هاي سبک تر حاصل ، پاره هاي شکافت مي گويند. انرژي حاصل از شکافت يک گرم اورانيوم مي تواند يک بار 8 هزار تني را تا ارتفاع 1000 متري بالا ببرد يا 200 تن آب را به 100 درجه برساند يا 15 هزار لامپ 60 واتي را 24 ساعت روشن نگاه دارد که اغلب اين مواد راديو اکتيو بوده و براي محيطزيست و سلامت افراد بسيار خطرناک هستند. دفن و نابودي اين مواد، يکي از بزرگترين مشکلات کشورهاي داراي رآکتور است.

در اغلب رآکتورها ، سوخت به صورت ميله هاي جامد اکسيد اورانيوم است اين ميله هاي سوخت در غلاف مخصوصي نگه داشته مي شوند.
غني کردن اورانيوم يعني چه؟
ايزوتوپ هاي مختلفي از اورانيوم در طبيعت وجود دارد ، ولي آن چيزي که در رآکتور به کار مي آيد ، اورانيوم (235) است که با 238
u و 233 u مخلوط است.

خواص اين ايزوتوپ ها به حدي به هم نزديک است که جدا کردن اين هسته ها به فناوري بسيار پيشرفته اي نياز دارد و در توان اغلب کشورها نيست.



اجزاي مختلف رآکتور هسته اي

رآکتور جايي است که عمل شکافت در آن به تعداد زياد ولي قابل کنترل اتفاق مي افتد و انرژي حاصل به مصارف مختلف مي رسد. کنترل در رآکتور به وسيله ميله هاي کنترل صورت مي گيرد که وظيفه آنها ، کنترل تعداد نوترون ها و در نتيجه کنترل تعداد شکافت هاست.

قلب رآکتور به محلي که ميله هاي سوخت در آن قرار دارند ، گفته مي شود و دماي آن بر اثر فيزيون ( شكافت هسته اي ) بالا مي رود و از گرماي حاصله براي توليد بخار استفاده مي شو.د تا توربينهاي بخار را بچرخاند و برق توليد شود . 

 .................................................................................بازنويسي و مقدمه : م.ت آذرماه 1384