نیروگاه هسته ای

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: از مهمترین منابع استفاده صلح آمیز از انرژی اتمی، ساخت راکتور‌های هسته‌ای جهت تولید برق می‌باشد. راکتور هسته‌ای وسیله‌ای است که در آن فرآیند شکافت هسته‌ای بصورت کنترل شده انجام می‌گیرد. در طی این فرآیند انرژی زیاد آزاد می‌گردد به نحوی که مثلا در اثر شکافت نیم کیلوگرم اورانیوم انرژی معادل بیش از ۱۵۰۰ تن زغال سنگ بدست می‌آید. هم اکنون در سراسر جهان، راکتور‌های متعددی در حال کار وجود دارند که بسیاری از آن‌ها برای تولید قدرت و به منظور تبدیل آن به انرژی الکتریکی، پاره‌ای برای راندن کشتی‌ها و زیردریائی‌ها، برخی برای تولید رادیو ایزوتوپوپ‌ها و تحقیقات علمی و گونه‌هایی نیز برای مقاصد آزمایشی و آموزشی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در راکتور‌های هسته‌ای که برای نیروگاه‌های اتمی طراحی شده‌اند (راکتور‌های قدرت)، اتم‌های اورانیوم و پلوتونیم توسط نوترون‌ها شکافته می‌شوند و انرژی آزاد شده گرمای لازم را برای تولید بخار ایجاد کرده و بخار حاصله برای چرخاندن توربین‌های مولد برق بکار گرفته می‌شوند.

انواع انرژی هسته ای:

انرژی هسته‌ای – شکافت و گداخت

انرژی هسته ای، شکل اصلی دیگری از انرژی است که در داخل اتم قرار دارد. یکی از قوانین جهانی این است که انرژی نه تولید پذیر است و نه از بین رفتنی، اما به شکل‌های دیگر قابل تبدیل است. ماده را می‌توان به انرژی تبدیل نمود. آلبرت انیشتن، مشهورترین دانشمند جهان، فرمول ریاضی خاصی را برای شرح این نظریه ارائه نموده است.

برطبق فرمول فوق انرژی (E) برابر است با جرم (m) ضربدر سرعت نور به توان دو

چگونگی تولید برق در نیروگاه هسته‌ای

در نیروگاه‌های هسته‌ای پس از شکاف هسته، انرژی هسته‌ای به صورت حرارت آزاد می‌شود. از حرارت حاصله همانند نیروگاه‌های حرارتی می‌توان برای تولید برق استفاده کرد. یک نیروگاه هسته‌ای در اصل مانند یک نیروگاه فسیلی (حرارتی) کارمی‌کند، با این تفاوت که در نیروگاه اتمی، حرارت از سوزاندن زغال سنگ، نفت و یا گاز ایجاد نمی‌شود، بلکه از راه شکاف هسته اتم تولید می‌شود. جریان آب، این حرارت را به مولد بخار که درآن آب به‌بخار تبدیل می‌شود، از مدار اول منتقل می‌کند و بخار حاصله، توربین و در نتیجه مولد برق را به گردش در می‌آورد و سپس در چگالنده به آب تبدیل می‌شود. این آب در مدار دوم دوباره به مولد بخار برگردانده می‌شود و حرارت پس داده شده، هنگام تبدیل بخار به آب در چگالنده، به وسیله آب خنک‌کننده در مدار سوم جذب و خارج می‌شود. نیروگاه‌های اتمی انواع مختلفی دارند. یکی از پیشرفته‌ترین آن‌ها نیروگاه اتمی با راکتور آب تحت فشار است. برق تولیدشده در نیروگاه اتمی پس ازافزایش ولتاژ، درترانس‌های افزاینده، توسط خطوط انتقال فشار قوی به محل‌های مصرف منتقل می‌شود، در آنجا به وسیله ترانس‌های کاهنده، ولتاژ تا حد لازم کاهش می‌یابد و در اختیار مصرف‌کننده قرار می‌گیرد. این افزایش و کاهش ولتاژ به علت کم کردن تلفات در خطوط انتقال برق است.

مزایای نیروگاه هسته‌ای:

۱_نیروگاه هسته‌ای تمیز بوده و باعث خرابی کمتری در محیط زیست (نسبت به نیروگاه‌های نفتی و گازی) می‌شود

۲_ نیروگاه هسته‌ای اثر گلخانه‌ای ندارد و باعث باران اسیدی نمی‌شود.

۳_ مساحت نیروگاه هسته‌ای در مقایسه با نیروگاه‌هایی مثل زغال سنگ بسیار کمتر است.

۴_استفاده از نیروگاه هسته‌ای مانع از بین رفتن سوخت فسیلی می‌شود.

انرژی هسته‌ای علی رغم مزایای بسیارش معایبی اساسی نیز دارد؛ که عبارت است از:

۱- مسائل دورریزی فضولات

۲- آلودگی محیط زیست با مواد پرتوزای بادوام ناشی از وقوع پیشامد‌هایی در نیروگاه و حین ترابری مواد رادیواکتیو

۳- آلودگی گرمایی ناشی از نیروگاه‌ها

۴- تأثیرات سوء بر سلامتی انسان

۵- ذخایر محدود سنگ اورانیوم

۶- وجاهت اجتماعی اندک

۷- هزینه زیاد برای احداث

۸- فقدان حمایت شرکت‌های بیمه و مجامع مالی

۹- آسیب پذیری در برابر خرابکاری

۱۰- امکان تکثیر جنگ افزار‌های هسته‌ای از زباله‌های رآکتور مرغوب

۱۱- و سوال‌هایی که در این مورد پیش می‌آید که بعد از سر آمدن عمر مفید نیروگاه‌های هسته‌ای پس از ۲۰ تا ۲۵ سال، تکلیفشان چه خواهد شد.

سوخت هسته‌ای

شکل دیگر انرژی هسته ای، همجوشی هسته‌ای است. فیوژن (همجوشی یا ادغام) هنگامی رخ می‌دهد که دو یا چند اتم به هم ملحق می‌شوند تا اتم بزرگ تری بسازند. ستاره‌ها انرژی شان را از همجوشی هسته‌ای به دست می‌آورند. در اعماق یک ستاره، اتم‌های هیدروژن از طریق همجوشی به طور دایم در حال تبدیل شدن به اتم‌های هلیم هستند. این فرآیندی است که انرژی نورانی و گرمایی تولید می‌کند که به وسیله ستاره‌ها از جمله خورشید بیرون داده می‌شود. دانشمندان هنوز کشف نکرده اند که چگونه همجوشی را کنترل کنند تا انرژی قابل استفاده ایجاد کنند. اگر روزی این کار محقق شود خبری عالی خواهد بود چراکه همجوشی مواد رادیواکتیو کمتری تولید می‌کند و یک تأمین کننده تقریباً نامحدود انرژی در اختیار ما قرار می‌دهد.

حقایق جالب درباره انرژی هسته‌ای و شکافت

– ایالات متحده آمریکا از همه کشور‌های جهان انرژی هسته‌ای بیشتری تولید می‌کند.

– در تاریخ انرژی هسته ای، سه فاجعه در نیروگاه‌های هسته‌ای رقم خورده. این سه فاجعه در چرنوبیل (روسیه)، جزایر تری مایل (ایالات متحده) و فوکوشیما دایچی (ژاپن) رخ داده اند.

– اولین زیردریایی هسته‌ای جهان یو اس اس ناتیلوس بوده که در سال ۱۹۵۴ به دریا انداخته شد.

– با یک قرص کوچک اورانیوم می‌توان معادل ۱۰۰۰ کیلوگرم زغال سنگ انرژی تولید کرد.

– دودی که شما می‌بینید از یک نیروگاه هسته‌ای خارج می‌شود آلودگی نیست، بلکه بخار است.

نیروگاه هسته‌ای و شیرین‌سازی آب شور

نیروگاه اتمی علاوه بر تولید برق، فواید و کاربرد‌های دیگری نیز دارد که از جمله شیرین‌سازی آب شور دریا است. می‌توان به هر واحد نیروگاه اتمی هزار مگاواتی، یک واحد شیرین‌سازی آب شور به ظرفیت ‪ ۱۰۰ هزار متر مکعب در روز متصل کرد و آب شور از دریا به وسیله پمپ به واحد شیرین-سازی آب شورهدایت کرد. در این واحد، از حرارت تولید شده به وسیله راکتور برای تقطیر کردن آب استفاده می‌شود. آب تقطیرشده پس از طی مراحلی به‌آب آشامیدنی تبدیل می‌شود. مایعات زاید دوباره به دریا برگردانده شده، آب آشامیدنی وارد شبکه توزیع می‌شود. آب شیرین حاصله برای مصارف کشاورزی، شهری و صنعتی قابل استفاده است

سهم برق هسته‌ای در تولید برق کشور‌ها

کشور‌های مختلف در تولید برق هسته‌ای روند گوناگونی داشته‌اند. به عنوان مثال کشور انگلستان که تا سال ۱۹۶۵ پیشرو در ساخت نیروگاه اتمی بود، پس از آن تاریخ، ساخت نیروگاه اتمی در این کشور کاهش یافت، اما برعکس در آمریکا به اوج خود رسید. کشور آمریکا که تا اواخر دهه ۱۹۶۰ تنها ۱۷ نیروگاه اتمی داشت، در طول دهه‌های ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ بیش از ۹۰ نیروگاه اتمی دیگر ساخت. این مسئله نشان دهنده افزایش شدید تقاضای انرژی در آمریکاست. هزینه تولید برق هسته‌ای در مقایسه با تولید برق از منابع دیگر انرژی در آمریکا کاملا قابل رقابت می‌باشد. هم اکنون فرانسه با داشتن سهم ۷۵ درصدی برق هسته‌ای از کل تولید برق خود در صدر کشور‌های جهان قرار دارد. پس از آن به ترتیب لیتوانی (۷۳ درصد)، بلژیک (۵۷ درصد)، بلغارستان و اسلواکی (۴۷ درصد) و سوئد (۴۸.۶ درصد) می‌باشند. آمریکا نیز حدود ۲۰ درصد از تولید برق خود را به برق هسته‌ای اختصاص داده است. گرچه ساخت نیروگاه‌های هسته‌ای و تولید برق هسته‌ای در جهان از رشد انفجاری اواخر دهه ۱۹۶۰ تا اواسط ۱۹۸۰ برخوردار نیست، اما کشور‌های مختلف همچنان درصدد تأمین انرژی مورد نیاز خود از طریق انرژی هسته‌ای می‌باشند. طبق پیش بینی‌های به عمل آمده روند استفاده از برق هسته‌ای تا دهه‌های آینده همچنان روند صعودی خواهد داشت. در این زمینه منطقه آسیا و اروپای شرقی به ترتیب مناطق اصلی جهان در ساخت نیروگاه هسته‌ای خواهند بود. در این راستا ژاپن با ساخت نیروگاه‌های اتمی با ظرفیت بیش از ۲۵۰۰۰ مگا وات در صدر کشور‌ها قرار دارد. پس از آن چین، کره جنوبی، قزاقستان، رومانی، هند و روسیه جای دارند. استفاده از انرژی هسته‌ای در کشور‌های کاندا، آرژانتین، فرانسه، آلمان، آفریقای جنوبی، سوئیس و آمریکا تقریبا روند ثابتی را طی دو دهه آینده طی خواهد کرد

دیدگاه‌های اقتصادی و زیست محیطی برق هسته‌ای

جمهوری اسلامی ایران در فرآیند توسعه پایدار خود به تکنولوژی هسته‌ای چه از لحاظ تأمین نیرو و ایجاد جایگزینی مناسب در عرصه انرژی و چه از نظر دیگر بهره برداری‌های صلح آمیز آن در زمینه‌های صنعت، کشاورزی، پزشکی و خدمات نیازشدیدی دارد که تحقق این رسالت مهم به عهده سازمان انرژی اتمی ایران می‌باشد. بدیهی است در زمینه کاربرد انرژی هسته‌ای به منظور تأمین قسمتی از برق مورد نیاز کشور قیود و فاکتور‌های بسیار مهمی از جمله مسائل اقتصادی و زیست محیطی مطرح می‌گردند

چشم انداز

سایر دیدگاه‌های اقتصادی در مورد آینده انرژی هسته‌ای حاکی از آن است که براساس تحلیل سطح تقاضا و منابع عرضه انرژی در جهان، توجه به توسعه تکنولوژی‌های موجود و حقایقی نظیر روند تهی شدن منابع فسیلی در دهه‌های آینده، مزیت‌های زیست محیطی انرژی اتمی و همچنین استناد به آمار و عملکرد اقتصادی و ضریب بالای ایمنی نیروگاه‌های هسته ای، مضرات کمتر چرخه سوخت هسته‌ای نسبت به سایر گزینه‌های سوخت و پیشرفت‌های حاصله در زمینه نیروگاه‌های فرسوده و مهار انرژی گداخت هسته‌ای در طول نیم قرن آینده، بدون تردید انرژی هسته‌ای یکی از حامل‌های قابل دسترس و مطمئن انرژی جهان در هزاره سوم میلادی به شمار می‌روددر این راستا شورای جهانی انرژی تا سال ۲۰۲۰ میلادی میزان افزایش عرضه انرژی هسته‌ای را نسبت به سطح فعلی حدود ۲ برابر پیش بینی می‌نماید. با توجه به شرایط موجود چنانچه از لحاظ اقتصادی هزینه‌های فرصتی فروش نفت و گاز را با قیمت‌های متعارف بین المللی در محاسبات هزینه تولید (قیمت تمام شده) برای هر کیلووات برق تولیدی منظور نمائیم و همچنین تورم و افزایش احتمالی قیمت‌های این حامل‌ها (بویژه طی مدت اخیر) را براساس روند تدریجی به اتمام رسیدن منابع ذخایر نفت و گاز جهانی مد نظر قرار دهیم، یقینا در بین گزینه‌های انرژی موجود در جمهوری اسلامی ایران استفاده از حامل انرژی هسته‌ای نزدیکترین فاصله ممکن را با قیمت تمام شده برق در نیروگاه‌های فسیلی خواهد داشت

اورانیوم و نقش آن در نیروگاه هسته‌ای

هسته اتم از ذراتی به نام “پروتون” و “نوترون” تشکیل شده است. پروتون بارالکتریکی مثبت دارد و مقدار آن برابر با بار منفی الکترون است در حالی که نوترون دارای بار الکتریکی نیست و به عبارت دیگر خنثی است پروتون‌ها و نوترون‌ها به وسیله نوعی انرژی اتصالی درکنار هم قرار گرفته و انرژی آزادشده به صورت حرارت مورد استفاده قرار می‌گیرد اورانیوم نیز ازعناصر سنگین به شمار می‌رود و دارای انرژی اتصالی بسیار زیادی است. مقدار انرژی آزاد شده هنگام شکافت هسته اورانیوم بسیار زیاد و به این منظور، از اورانیوم برای سوخت راکتور اتمی استفاده می‌شود. برای مقایسه مقدار انرژی اورانیوم موجود درراکتور نیروگاه اتمی بوشهر (‪ ۸۰ تن) برابر است با مقدار انرژی موجود در ‪۱۷ میلیون بشکه نفت خام در مقیاس کوچک انرژی حاصل از سوزاندن یک قرص سوخت ‪ ۱۲ گرمی اورانیوم معادل انرژی حاصل از سوختن یک تن زغال سنگ، دو ونیم تن چوب و ۱۷ هزار فوت مکعب گاز طبیعی است.

منبع:g-m-u