برقِ هسته ای
برق هسته ای _ (اورانیوم-۲۳۸ توانایی شکافت‌پذیری ندارد) برای تولید اِنرژی اِلکتریکی نامحدود
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
نکته: فرایند زنجیره‌ای شکاف هسته ای موجب ایجاد انفجار هسته‌ای در یک رآکتور نخواهد شد چرا که تعداد شکافت‌های رآکتور به اندازه‌ای زیاد نخواهد بود که موجب انفجار شوند و این به دلیل درجه غنی‌سازی پایین سوخت رآکتورهای هسته‌ای است. اورانیوم طبیعی دارای درصد اندکی (کمتر از ۱٪) از اورانیوم-۲۳۵ است و بقیه آن اورانیوم-۲۳۸ است (زیرا اورانیوم-۲۳۸ توانایی شکافت‌پذیری ندارد). اکثر رآکتور ها نیروگاه های هسته‌ای از اورانیوم با درصد غنی سازی بین ۳٪ تا ۴٪ استفاده می کنند.
ایزوتوپ های پرتوزا یا رادیواَکتیو را ایزوتوپ های ناپایدار هم می گویند. در این گونه از ایزوتوپ هسته به صورت پرتوی آلفا، بتا، گیراندازی الکترون و… واپاشی می شود و به حالتهای پایدارتری از انرژی می رسد. این نوع ایزوتوپ ها با اینکه خطرناک هستند، اما در زندگی کاربرد های مفیدی دارند.در صورتی که در یک رآکتور از سوختی یکنواخت اورانیوم-238 یا پلوتونیوم-۲۳۹ استفاده شود بر اثر افزایش غیرقابل کنترل تعداد شکافت‌های هسته‌ای بر اثر فرایند زنجیره‌ای، انفجار هسته‌ای ایجاد می‌شود. اما فرایند زنجیره‌ای موجب ایجاد انفجار هسته‌ای در یک رآکتور نخواهد شد چرا که تعداد شکافت‌های رآکتور به اندازه‌ای زیاد نخواهد بود که موجب انفجار شوند و این به دلیل درجه غنی‌سازی پایین سوخت رآکتورهای هسته‌ای است. اورانیوم طبیعی دارای درصد اندکی (کمتر از ۱٪) از اورانیوم-۲۳۵ است و بقیه آن اورانیوم-۲۳۸ است (زیرا اورانیوم-۲۳۸ توانایی شکافت‌پذیری ندارد). اکثر رآکتور ها نیروگاه های هسته‌ای از اورانیوم با درصد غنی سازی بین ۳٪ تا ۴٪ استفاده می کنند اما برخی از آن‌ها طوری طراحی شده اند که با اورانیوم طبیعی کار کنند و برخی از آن ها نیز به سوخت های با درصد غنی سازی بالاتر نیاز دارند.اتم های اورانیوم به اشکال مختلفی به نام ایزوتوپ وجود دارند - در درجه اول اورانیوم-238 یا U-238 و اورانیوم-235 یا U-235. در یک نمونه معمولی از اورانیوم طبیعی، بیشتر جرم (99.3٪) از اتم های U-238 و بخش بسیار کمی از جرم کل (0.7٪) از اتم های U-235 تشکیل شده است.ایزوتوپ های پرتوزا یا رادیواَکتیو را ایزوتوپ های ناپایدار هم می گویند. در این گونه از ایزوتوپ هسته به صورت پرتوی آلفا، بتا، گیراندازی الکترون و… واپاشی می شود و به حالتهای پایدارتری از انرژی می رسد. این نوع ایزوتوپ ها با اینکه خطرناک هستند، اما در زندگی کاربرد های مفیدی دارند.در صورتی که در یک رآکتور از سوختی یکنواخت اورانیوم-238 یا پلوتونیوم-۲۳۹ استفاده شود بر اثر افزایش غیرقابل کنترل تعداد شکافت‌های هسته‌ای بر اثر فرایند زنجیره‌ای، انفجار هسته‌ای ایجاد می‌شود. اما فرایند زنجیره‌ای موجب ایجاد انفجار هسته‌ای در یک رآکتور نخواهد شد چرا که تعداد شکافت‌های رآکتور به اندازه‌ای زیاد نخواهد بود که موجب انفجار شوند و این به دلیل درجه غنی‌سازی پایین سوخت رآکتورهای هسته‌ای است. اورانیوم طبیعی دارای درصد اندکی (کمتر از ۱٪) از اورانیوم-۲۳۵ است و بقیه آن اورانیوم-۲۳۸ است (زیرا اورانیوم-۲۳۸ توانایی شکافت‌پذیری ندارد). اکثر رآکتور ها نیروگاه های هسته‌ای از اورانیوم با درصد غنی سازی بین ۳٪ تا ۴٪ استفاده می کنند اما برخی از آن‌ها طوری طراحی شده اند که با اورانیوم طبیعی کار کنند و برخی از آن ها نیز به سوخت های با درصد غنی سازی بالاتر نیاز دارند.
شکل عمومی تولید انرژی الکتریکی در نیروگاه های اتمی همانند نیروگاه های بخاری است با این تفاوت که منبع تولید گرما سوخت فسیلی نمی باشد و انرژی مورد نیاز جهت تولید بخار برای گرداندن توربین، از فعل و انفعالات اتمی در راکتور بدست می‌آید.معمولاً انرژی حاصل از فعل و انفعالات اتمی در راکتور به یک سیال منتقل می‌گردد که این سیال می‌تواند بطور مستقیم به طرف توربین هدایت گردد و یا با عبور از مبدل گرما، سیال دیگری را گرم نموده و نهایتاً آب لازم را به بخار تبدیل کرده و آنرا به توربین هدایت کند.در راکتور های اتمی اولیه، سیال منتقل کننده اولیه آب بوده که مستقیماٌ پس از تبدیل شدن به بخار بطرف توربین هدایت می‌شد اما در تکنولوژی امروزی برای ایجاد امکان کنترل بیشتر روی فعل وانفعالات اتمی و کاهش خطرات ناشی از فعل و انفعالات، سیال واسطی بصورت مدار بسته حرارت تولیده شده در راکتور را در مبدل حرارتی جداگانه ای به آب منتقل نموده و آنرا به بخار تبدیل می نماید..
فعل و انفعالات اتمی به دو صورت انجام می پذیرد:
الف ) شکافت یا شکست اتمی:
در این روش عناصر سنگین از طریق فعل و انفعالات اتمی به عناصر سبک تبدیل شده و انرژی آزاد می نمایند. در این حالت عناصر سنگین با از دست دادن نوترون و کاهش وزن به آزاد سازی انرژی درونی خود می‌پردازند. در راکتور های نیروگاه های اتمی موجود، از این فرایند استفاده می شود
ب ) جوش یا گداخت اتمی:
در این روش عناصر سبک با جذب نوترن به عناصر سنگین تر تبدیل می شوند و همزمان با از دست دادن بخش جزئی از وزن خود، قسمتی از انرژی درونی خود را آزاد می کنند.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
دکترایِ تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک