بحران در تاسیسات هسته ای

بحران در تاسیسات هسته ای

انرژی هسته ای:

• انرژی هسته ای انرژی گرمایی آزاد شده حاصل از شکافت اتم اورانیوم است که از آن برای تولید بخار آب و گرداندن توربین های تولید برق استفاده می شود.
• از پولوتونیم يا دیگر رادیواکتیوها نیز می توان انرژی هسته ای تولید نمود.
• با استفاده از دو اتم کوچکتر مانند هیدروژن (دوتریوم و تریتیوم)، یک اتم بزرگ مثل هلیوم یا ایزوتوپ های آن را تشکیل و این همان شیوه ای است که در خورشید برای تولید انرژی به کار می رود.

چرخه هسته ای:

• اکتشاف و استخراج
• آسیاب کردن و تهیه کیک زرد
• غنی سازی
• ساخت میله های سوخت
• راکتورهای هسته ای
• مدیریت پسماندهای هسته ای و سوخت مصرف شده

اکتشاف و استخراج و آسیاب کردن

ذخایر طبیعی اورانیوم، سنگ معدن اورانیوم است. اورانیوم موجود در طبیعت معمولا از دو ایزوتوپ 238-U و U-235 تشکیل می شود که فراوانی آن ها به ترتیب 0/71 درصد و 99/82 درصد است. سنگ معدن اورانیوم معمولا از اکسید اورانیوم U3O8 تشکیل شده است و غلظت آن در سنگ معدن بین 0/05 تا 0/3 درصد تغییر می کند.

شناسایی رگه های معدنی اورانیوم در معادن و سپس عیارسنجی انجام و در صورت اقتصادی بودن بهره برداری، استخراج صورت می گیرد.

روش های استخراج در معادن:

• استخراج از سطح زمین، استخراج از معادن زیرزمینی و تصفیه هم زمان در معدن
• سنگ ها و مواد استخراج شده آسیاب شده و اورانیوم توسط اسید از دیگر مواد جدا شده و محلول حاصل از اورانیوم تصفیه و خشک شده و کیک زرد نامیده می شود.

تبدیل و غنی سازی

کیک زرد جامد است، ولی مرحله بعدی در چرخه سوخت (غنی سازی) از تکنولوژی بخصوصی بهره می برد که نیازمند حالت گازی است. بنابراین کیک زرد (جامد) طی فرآیندی شیمیایی به هگزا فلوراید اورانیوم UF6 تبدیل می شود. UF6 در دمای اتاق جامد است، ولی در دمایی نه چندان بالا به گاز تبدیل می شود.

برای ادامه یک واکنش زنجیره هسته ای در قلب یک راکتور، غلظت طبیعی اورانیوم 235 بسیار اندک است و باید ایزوتوپ قابل شکافت آن را غنی کرد. البته سطح غنی سازی بسته به کاربرد سوخت هسته ای متفاوت است. برای یک راکتور آب سبک، سوختی با 5 درصد اورانیوم 235 مورد نیاز است. غنی سازی با استفاده از یک یا چند روش جداسازی ایزوتوپ های سنگین و سبک صورت می گیرد. در حال حاضر، دو روش رایج برای غنی سازی اورانیوم
وجود دارد که عبارتند از: انتشار گاز و سانتریفیوژ گاز.

روش های مختلف غنی سازی اورانیوم:

روش انتشار گازی (دیفیوژن): گاز UF6 با فشار بالا از یک سری سدهای انتشاری عبور می کند. این سدها که غشاهای نیمه تراوا هستند، اتم های سبک تر را با سرعت بیشتری عبور می دهند، در نتیجه UF6 235 سریع تر از UF6 238 عبور می کند. با تکرار این فرآیند در مراحل مختلف، گاز نهایی به دست می آید که غلظت U235 بیشتری دارد.

در روش سانتریفور گاز: گاز UF6 را به مخزن هایی استوایی تزریق می کنند و گاز را با سرعت بسیار زیادی می چرخانند. نیروی گریز از مرکز موجب می شود UF6 235 که اندکی از UF6 238 سبک تر است، از مولکول سنگین تر جدا شود. این فرآیند در مجموعه ای از مخزن ها صورت می گیرد. و در نهایت، اورانیوم با سطح غنی شده مطلوب به دست می آید

فناوری های غنی سازی جدیدی نیز توسعه یافته است، که همگی بر پایه ی استفاده از لیزر پیشرفت کرده اند. این روش ها که روش جداسازی ایزوتوپ با لیزر بخار اتمی AVLIS (Atomic Vapour Laser Isotope Separatio) و جداسازی ایزوتوپ با لیزر مولکولی MLIS (Molecular Laser Isotope Separation) نام دارند.

ساخت میله های سوخت

در مرحله تولید میله سوخت، اورانیوم غنی شده که هنوز به شکل UF6 است، باید به پودر دی اکسید اورانیوم UO2 تبدیل شود تا به عنوان سوخت هسته ای قابل استفاده باشد، پودر UO2 فشرده شده به شکل قرص در می آید. قرص های در معرض حرارت با دمای بالا قرار می گیرند تا به قرص های سرامیکی تبدیل شوند.

پس از طی چند فرآیند فیزیکی، قرص های سرامیکی با ابعاد یکسان حاصل میشود و متناسب با طراحی راکتور و نوع سوخت مورد نیاز، این قرص های کوچک را دسته دسته کرده و در لوله ای قرار می دهند. این لوله از آلیاژ مخصوصی ساخته شده است که در برابر خوردگی بسیار مقاوم است و در عین حال از رسانایی حرارتی بسیار بالایی برخوردار است. نهایتاً میله سوخت آماده شده است و برای استفاده در راکتور به نیروگاه فرستاده می شود.

نیروگاه های هسته ای

نیروگاه هسته ای تأسیساتی است که بر پایه فناوری هسته ای و با کنترل فرایند شکافت هسته ای، از گرمای تولید شده آن اقدام به تولید انرژی الکتریکی می کند. کنترل انرژی هسته ای با حفظ تعادل در فرایند شکافت هسته ای همراه است که با استفاده از گرمای تولیدی برای تولید بخار آب (مانند بیشتر های نیروگاه گرمایی) اقدام به چرخاندن توربین های بخار و به دنبال آن ژنراتورها می کند.

عمل سوختن اورانیوم در داخل نیروگاه اتمی با ورود یک نوترون کم انرژی به داخل هسته ایزوتوپ U235 انجام و انرژی فراوانی تولید می کند. بعد از ورود نوترون به درون هسته اتم، ناپایداری در هسته به وجود آمده و بعد از لحظه بسیار کوتاهی هسته اتم شکسته شده و تبدیل به دو تکه شکست و تعدادی نوترون می شود. بطور متوسط تعداد نوترون ها به ازای هر 100 اتم شکسته شده 247 عدد است و این نوترون ها اتم های دیگر را می شکنند و اگر کنترلی در مهار کردن تعداد آنها نباشد واکنش شکست در داخل توده اورانیوم به صورت زنجیرهای انجام می شود که در زمانی بسیار کوتاه منجر به انفجار شدیدی خواهد شد. در واقع ورود نوترون به درون هسته اتم اورانیوم و شکسته شدن آن توام با انتشار انرژی معادل با 200 میلیون الکترون ولت است.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ مدیریت بحران در سوانح هسته ای و پرتوی

⇐ ایمنی در راکتورهای هسته ای

⇐ اندازه گیری و آشکارسازی تابش های هسته ای