(برقِ هسته ای)
شکل عمومی تولید انرژی الکتریکی در نیروگاه های اتمی برقِ هسته ای
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
نکته: 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.
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 . چنانچه که مواد اطراف سوخت را عناصر سبک تشکیل داده باشد، در نتیجهٔ برخورد نوترون با آن مواد، انرژی بیشتری از دست میرود که بهترین و در دسترس ترین مواد برای راکتور هایی است. (D۲O) و آب سنگین (H۲O) حرارتی، آب معمولی اگر از آب معمولی تقطیر شده در اطراف میله های سوخت راکتور هسته ای استفاده شده باشد،نوترونهای تولید شده پس از ۱۹ بار برخورد میتوانند به انرژی حرارتی برسند و این مقدار برایآب سنگین ۳۵ مرتبه خواهد بود، اما درعین حال آب معمولی به مقدار زیادی نسبت به آب سنگین نوترون را جذب مینماید که این کار از انجام واکنش های بعدی خواهد کاست و، چون تنها ایزوتوپهای ۲۳۵ا ورانیوم قادرند تا با نوترون حرارتی واکنش دهند.بنابراین جذب نوترون باعث میشود تا مقدار واکنش بعدی کاهش یافته و راکتور به سمت خاموشی پیش رود. برای این منظور باید میزان ایزوتوپ ۲۳۵ در سوخت هست های بالا رود تا نوترون حرارتی قبل از جذب شدن توسط آب، با آن برخورد کرده و واکنش هسته های انجام پذیرد. در نتیجه نیاز به غنی سازی اورانیوم میباشد. اما چون درصد جذب نوترون توسط آب سنگین بسیار کمتر از آب معمولی است. بنابراین چنانچه بخواهیم از اورانیوم معمولی در راکتور استفاده کنیم در نتیجه باید اطراف میله های سوخت، از آب سنگین انباشته شود تا ضمن کند کردن سرعت نوترونها و بدون جذب کردن آن،امکان برخورد و جذب نوترونهای حرارتی توسط اورانیوم ۲۳۵ مهیا گردد.
نتیجه گیری:
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.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
دکترایِ تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک
