طبق آمار آژانس بین‌المللی انرژی هسته‌ای، تقریبا 15 درصد از مجموع برق تولیدی در سراسر جهان در نیروگاه‌های هسته‌ای تامین می‌شود و ایالات متحده آمریکا، فرانسه و ژاپن بزرگ‌ترین تولیدکنندگان برق از انرژی هسته‌ای هستند. تمام نیروگاه‌های هسته‌ای فعال در جهان در حقیقت کتری‌های بسیار پیچیده‌ای هستند که آب را برای تولید نیروی برق به جوش می‌آورند. انرژی مورد نیاز برای داغ‌کردن آب از واکنش شکافت هسته‌ای بدست می‌آید. در این روش، هسته اتم‌های سنگین را با ذرات نوترون بمباران می‌کنند. ورود این نوترون‌های با انرژی خاص به ساختار هسته باعث ناپایداری هسته و درنهایت، شکسته‌شدن هسته به اتم‌های کوچک‌تر، گسیل تعدادی نوترون پرانرژی و آزاد شدن مقدار قابل توجهی انرژی می‌شود. اگر تعداد اتم‌ها از حد مشخصی (جرم بحرانی) بیشتر باشد، نوترون‌هایی که در هر واکنش شکافت آزاد می‌شوند، می‌توانند با برخورد به هسته‌های دیگر این واکنش را ادامه دهند و در ساختاری زنجیروار، مقادیر زیادی از این انرژی آزاد کنند. این همان اتفاقی است که در بمب‌های هسته‌ای اتفاق می‌افتد و به آن، واکنش زنجیره‌ای مهارنشدنی می‌گویند.
اما در راکتورهای هسته‌ای، میله‌هایی از جنس کادمیوم، بوروم و هافنیوم وجود دارد که با جذب ذرات نوترون، واکنش زنجیره‌ای را به شرایطی کنترل‌شده یا توقف کامل سوق می‌دهد و مانع از بروز بحران می‌شود. انرژی آزادشده نیز توسط سیستم انتقال حرارت به دیگ بخار منتقل شده و باعث تولید بخار داغ می‌شود. بخار نیز به سوی توربین هدایت می‌شود تا با چرخاندن آن و درنهایت ژنراتور، جریان الکتریکی تولید کند. در اینفوگراف زیر، طرح کلی فعالیت یک نیروگاه هسته‌ای را ملاحظه می‌کنید. برای مشاهده اینفوگراف در ابعاد بزرگ، اینجا را کلیک کنید.
در قلب نیروگاه هسته‌ای بوشهر، راکتور VVER-1000 ساخت روسیه به کار رفته است. این راکتور آب پرفشار که با آب سبک کار میکند و کارکرد تسلیحاتی ندارد، 1000 مگاوات توان دارد، طراحی آن در سال 1975 / 1354 انجام شده و استانداردهای ایمنی، کنترل خودکار و سازه این راکتور منطبق بر نسل سوم راکتورهای اروپای غربی است.
در راکتورهای وی.وی.ای.ار-1000، قلب راکتور در استخر عظیمی از آب تحت فشار فرو رفته و محفظه فولادی عظیمی آن را در بر گرفته است. آب درون اسنخر در فشار 15 مگاپاسکال نگهداری می‌شود تا نتواند در بازه دمایی فعالیت راکتور که بین 220 تا 300 درجه سانتی‌گراد است، جوش بیاید. آب در اینجا هم نقش خنک‌کننده و هم نقش تعدیل‌کننده را ایفا میکند. نمای کلی این راکتور را می‌توانید در شکل زیر مشاهده کنید.
بیشتر نیروگاه‌های هسته‌ای از سوخت اورانیوم استفاده می‌کنند که در قالب میله‌های سوخت حاوی اورانیوم 235 غنی‌شده درون راکتور قرار می‌گیرد. اورانیوم 235 ایزوتوپی (ایزوتوپ‌ها، گونه‌های مختلف یک عنصر با جرم اتمی متفاوت هستند) از عنصر اورانیوم است که فرایند شکافت هسته‌ای در آن به راحتی انجام می‌شود، کافی است یک ذره نوترون با انرژی خاص به داخل آن شلیک شود تا به‌سرعت به اورانیوم 236 ناپایدار تبدیل شود، اورانیوم 236 نیز پس از شکسته شدن به ذرات دیگر، انرژی آزاد میکند. اورانیوم 238 در طبیعت خیلی بیشتر از اورانیوم 235 یافت می‌شود، ولی شکافت هسته‌ای در آن به خوبی اتفاق نمی‌افتد. به همین دلیل تولیدکنندگان سوخت هسته‌ای در فرآیندهای غنی‌سازی (با استفاده از سانتریفیوژ یا لیزر) سهم اورانیوم 235 را افزایش می‌دهند. اورانیوم غنی شده، در کارخانه به میله‌های سوختی تبدیل می‌شود که در پوشش‌های فلزی مانند آلیاژ زیرکونیوم قرار می‌گیرند. سوخت مصرفی راکتور وی.وی.ای.آر-1000 نیروگاه بوشهر، اکسیداورانیوم 235 با غنای 2.2 تا 4.4درصد است.
میله‌های سوخت پس از تولید انرژی به پسماندهای خطرناکی تبدیل می‌شوند که هم دمای بسیار بالایی دارند و هم تابش‌های رادیواکتیو سرطان‌زا و حتی کشنده ساطع می‌کنند. به همین دلیل، ابتدا این میله‌های سوخت را برای مدتی مشخص در استخرهای کنترل‌شده نگهداری می‌کنند تا خنک شوند و پس از تثبیت دما، آن‌ها را در بشکه‌های فولادی با پوشش سربی قرار می‌دهند و بشکه‌ها را در مخزن‌های زیرزمینی انبار می‌کنند تا با گذشت زمان، تابش رادیواکتیو آن‌ها فروکش کند. این همان اتفاقی است که برای پسماندهای نیروگاه تحقیقاتی تهران و نیروگاه آب سبک بوشهر اتفاق خواهد افتاد.
اما در برخی راکتورها مانند راکتورهای آب سنگین، نوع واکنش شکافت هسته‌ای (به دلیل استفاده از آب سنگین در اطراف میله‌های سوخت) طوری است که مقادیر قابل توجهی پلوتونیوم در پسماندهای هسته‌ای تولید می‌شود. پلوتونیوم، ماده رادیواکتیوی است که کارایی بالاتری در واکنش‌های هسته‌ای مهارناپذیر دارد و از آن برای ساخت تسلیحات هسته‌ای استفاده می‌شود.
5353
نظر شما