...::: انرژی هسته ای :::...

عکس و مقاله و آنچه مایلید پیرامون انرژی اتمی بدانید

رآکتور هسته ای و انواع آن

رآکتورها در اصل سیستم هایی هستند که واکنش های هسته ای مثل شکافت هسته ای در

 آنها صورت می گیرد و انرژی تولیدشده در آنها تحت کنترل در می آید. به عنوان مثال خورشید

 یک رآکتور هسته ای طبیعی است که در ان جوش هسته ای روی داده و انرژی زیادی آزاد می

 گردد. به زبان ساده رآکتور هسته ای را چنین تعریف می نمایند.

تعریف: « ظرف ویا سیستمی که واکنش هسته ای در ان صورت می گیرد را رآکتور هسته ای

 می گویند.»

در قسمت مرکزی هر رآکتور هسته ای، محفظه ای وجود دارد که ماده ی شکافت پذیر (سوختهسته ای) در آن جای می گیرد. البته نوع ماده ی شکافت پذیر در درون محفظه توجه به نوع رآکتور مورد نظر، متفاوت است؛ ولی به طور عمده اورانیوم طبیعی با ۷/۰ ٪ ایزوتوپ ۲۳۵ و یا اورانیوم غنی سازی شده با  ۵/۳ ٪ ایزوتوپ ۲۳۵ می باشد.

رآکتور هسته ای

تجهیزات رآکتور هسته ای :

۱- وسیله ای برای تنظیم واکنش زنجیره ای، مانند میله های کنترل که وظیفه ی جذب  نوترون ها را به عهده دارند.

۲- مدراتور که ماده ی شکافت پذیر موجود در محفظه ی مرکزی را احاطه نموده است. این رآکتور امکان برخورد آنها با هسته و آغاز فرایند شکافت و از این رو تمدید واکنش زنجیروار را فراهم می آورد.

۳- وسیله ی انتقال حرارت حاصل از فرایند شکافت و واکنش زنجیروار به خارج از محفظه ی داخلی راکتور که برای چرخش توربین های تولیدکننده ی  الکتریسیته بهره می جوید.

 

 

مکانسیم عمل رآکتور های هسته ای :

به منظور آشنایی بیشتر با نحوه عملکرد رآکتورهای هسته ای به شرح بیشتر آنها خواهیم پرداخت. در دنیا انواع نیروگاه های هسته ای از نظر ساختار وجود دارد ولی واقعیت این است که مکانیسم عمل آنها تقریباً یکی می باشد. به زبان علمی تر می توان گفت که انواع رآکتورها از نظر نوع سوخت مصرفی، نوع مدراتور و انتقال دهنده ی انرژی با یکدیگر متمایز می شوند. با مراجعه به اصطلاحات علمی قبلی باید بگوئیم روش کلی آنها استفاده از واکنش کنترل شده ی شکافت هسته ای می باشدکه از آن به عنوان یک منبع انرژی و یا به عنوان منبع نوترون و تابش گاما برای پژوهش های علمی و تولید عناصر مصنوعی مورداستفاده قرارمی گیرد.

روش کلی در رآکتورهای هسته ای این است که در مرکز رآکتور، اورانیوم غنی شده، اورانیوم طبیعی و یامخلوطی ازهردو را به عنوان سوخت به کار می برند.

متداولترین سوخت مصرفی در نیروگاه ها میله های سوخت تشکیل شده از اورانیوم غنی سازی شده می باشدکه به شکل قرص در داخل میله طراحی شده اند. قرص های سوخت از فولاد ضدزنگ ویا آلیاژی از فلز زیرکونیوم است.

یکی از نکات بسیار مهم در رآکتورهایی که ازآب با دمای بالا استفاده می گردد بحث  خوردگی فلزات می باشد. پس همواره در رآکتورها می بایست از عناصر فلزی استفاده نمود که علاوه بر اینکه در برابر زنگ زدگی و خوردگی مقاوم می باشند، میزان جذب نوترون پایینی نیز داشته باشند تا موجب توقف واکنش زنجیره ای شکافت نشوند. که فلز زیرکونیوم علارغم قیمت بالای آن برای این کار بسیار مفید می باشد.

این میله هابایک کندکننده واکنش(مدراتور) احاطه شده اند. کندکننده ها وظیفه ی کند نمودن نوترون های به وجود آمده از شکافت را به عهده دارند. به این ترتیب امکان گیراندازی نوترون ها، افزایش می یابد.

ضریب تکثیر نوترون در حدود۱ نگه داشته می شود. یعنی هرشکافت توسط یک نوترون آغاز می گردد و درپایان شکافت می بایست فقط یک نوترون آزاد نماید.

اگر ضریب تکثیر از یک کمترباشد، واکنش زنجیره ای شکافت کندشده و در نهایت  و متوقف می گردد اگر ضریب تکثیر از۱ خیلی بیشترباشد، فرایندشکافت هسته ای بسیار سریع شده و منجربه تولیدانرژی فوق العاده می نماید که می تواند موجب ذوب میله های سوخت شده و کنترل رآکتور را مختل می نماید و موجب انفجارآن گردد.

درنیروگاه های هسته ای با استفاده از سیستم خنک کننده این گرما از بخش اصلی به سیستم تولید کننده بخارآب هدایت شده ودر آنجا بخار آب تولید شده توربین های بخار مولد برق را به حرکت در خواهدآورد.

در رآکتورهای هسته ای از خنک کننده های مختلفی مثل هوا، گاز هلیوم، گاز دی اکسید کربن، سدیم مایع و یا آب سنگین استفاده می شود.

 

انواع رآکتور های هسته ای:

با توجه به آنچه تاکنون شرح داده شد اساس کار انواع رآکتورهای هسته ای که از سیستم شکافت هسته، استفاده می نمایند یکسان می باشد ولی تفاوت اصلی آنها در سوخت مورد نیاز رآکتور، نوع مدراتور و خنک کننده آنها می باشد. که این موارد تغییر اساسی در محصولات، موقعیت ساخت و میزان بازدهی آنها ایجاد نموده است.

لذا به منظور آشنایی بیشتر شما به تشریح چند نمونه از انواع رآکتورهای متداول در جهان خواهیم پراخت.

 

رآکتورهای آب سبک(LWR) :

در این رآکتورها از آب معمولی هم به عنوان مدراتور و هم به عنوان خنک کننده استفاده می شود.

این روش در مقایسه با سایر رآکتورها بازدهی کمتری دارد ولی ساده تر بودن کاربرد و طراحی از آن از جمله ویژگی های آن است. دلیل این گفته بطور ساده این است که استفاده از بخار آب به عنوان منبع انرژی برای تولید الکتریسیته به درجه حرارت آب بستگی دارد.

درحقیقت برای بازدهی بیشتر رآکتور می بایست از درجه حرارت بالاتر آب استفاده نمود. این امر با مشکلاتی به همراه می باشد. بالاتر بردن درجه حرارت آب مستلزم آزاد گذاشتن فشار برای بالاتر رفتن درجه حرارت آب بدون بخار شدن آن می باشد.

برای این کار استفاده از لوله های فولادی بسیار قوی که بتواند فشار بالا را تحمل نماید لازم است. از طرف دیگر استفاده از این لوله های فولادی در نیروگاه ها سبب جذب نوترون ها شده و بدین ترتیب ضریب تکثیر نوترون از یک کمتر خواهد شد. و این بدان معناست که واکنش زنجیره ای شکافت متوقف شده و در حقیقت نیروگاه از کار می افتد.

پس همواره یکی از نکات قابل توجه در رآکتورهای آب سبک ایجاد توازن بین این دو موضوع می باشد.

 

رآکتور آب سنگین(HWR) :

در این نوع رآکتورها  از آب سنگین به عنوان مدراتور و هم خنک کننده استفاده می شود. از ویژگی های این نوع رآکتورها نسبت به رآکتورهای آب سبک توانایی استفاده از اورانیوم طبیعی با ۷/۰ ٪ ایزوتوپ ۲۳۵ اورانیوم(بدون نیازبه غنی سازی ) به عنوان سوخت هسته ای می باشد.

یکی از محصولات این نوع رآکتورها ماده رادیواکتیو پلوتونیوم می باشد که می توان از آن به عنوان یک ماده بسیار ارزشمند جهت استفاده از آن به عنوان سوخت رآکتور هسته ای استفاده نمود.

 

رآکتور با خنک کننده گاز(GCR) :

مدراتور این رآکتورها گرافیت و گاز خنک کننده آنها گاز دی اکسید کربن می باشد و سوخت مصرفی آنها اورانیوم طبیعی است که با پوشش مگناکس(اکسید منیزیم) تهیه می گردد.

 

رآکتور با دمای بسیار بالا (HTGR) :

مدراتور این قبیل رآکتورها گرافیت، و خنک کننده آنها گاز هلیم می باشد. در این رآکتور ها از سوخت اورانیوم ۹۳٪ غنی شده استفاده می گردد.

 

رآکتور های زایای سریع(FBR) :

رآکتورهای زایای سریع به منظور تولید سوخت هسته ای طراحی شده است. هدف از به کارگیری این رآکتورها تولید انرژی برق نیست و در حقیقت این رآکتورها به سبب نوع ساختار خود بیشتر از سوخت مصرفیشان ماده شکافت پذیر تولید می کنند. که به همین دلیل به رآکتور زایا معروفند.

یعنی در این رآکتورها با گیر انداختن یک الکترون توسط ایزوتوپ ۲۳۸ اورانیوم تبدیل به اورانیوم ۲۳۹ شده و سپس با خارج نمودن دو ذره بتا از خود به پلوتونیوم۲۳۹ تبدیل می گردد.

سوخت این رآکتورها اورانیوم ۹۳٪ غنی شده و یا پلوتونیوم می باشد. این رآکتورها مدراتور ندارندو ماده خنک کننده آنها یک فلز مایع مانند سدیم می باشد. 

+ نوشته شده در  ساعت   توسط مبین الدین واصف پور  |