Home Home Information Contact Site Map Library English Site
بخش‌های اصلی
حرف الف::
حرف ب::
حرف پ::
حرف ت::
حرف ث::
حرف ج::
حرف چ::
حرف ح::
حرف خ::
حرف د::
حرف ذ::
حرف ر::
حرف ز::
حرف ژ::
حرف س::
حرف ش::
حرف ص::
حرف ض::
حرف ط::
حرف ظ::
حرف ع::
حرف غ::
حرف ف::
حرف ق::
حرف ک::
حرف گ::
حرف ل::
حرف م::
حرف ن::
حرف و::
حرف ه::
حرف ی::
صفحه اصلی::
::
جستجو در پایگاه

جستجوی پیشرفته
دریافت اطلاعات پایگاه
نشانی پست الکترونیک خود را برای دریافت اطلاعات و اخبار پایگاه، در کادر زیر وارد کنید.
آخرین مطالب بخش
:: چرخه سوخت هسته‌ای
:: قربانی، ابوالقاسم
:: تقی‌زاده، حسن
:: ابرلن، شارل
:: علمی‌غروی، حمیده‌
آخرین مطالب سایر بخش‌ها
:: بیایید باکتری بخوریم
:: یخچال ایرانی، نوآوری ایرانی
:: ناسا پایین‌ترین دمای جهان را می‌آفریند
:: 9 نکته درباره بچه‌ها که ممکن است ندانید
:: جلوگیری از سرطان با غذاهای سبز
:: گرمای لپ‌تاپ بر قدرت باروری اثری ندارد
:: مجموعه‌ی 6 جلدی گفت‌وگو درباره‌ی انرژی منتشر شد
:: نقش کتابخانه‌های دیجیتال چندرسانه‌ای در پیشرفت آموزش
:: چه چیزی دختران را دختر می‌سازد؟
:: ترویج علم با دانش‌نامه‌های الکترونیکی
سالارکتاب
سالارکتاب
با کتاب‌های سالاری آشنا شوید
:: چرخه سوخت هسته‌ای ::
 | تاریخ ارسال: ۱۳۹۷/۳/۱ | نویسنده: آقاي سلیمان فرهادیان | 
اورانیومی که از زمین استخراج می‌شود را نمی‌توان به طور مستقیم برای تولید انرژی مصرف کرد، بلکه باید فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی بسیاری روی اورانیوم انجام شود تا در نیروگاه برای تولید الکتریسیته به کار رود. به این عملیات چرخه‌ی سوخت هسته‌ای می‌گویند. چرخه‌ی سوخت هسته‌ای شامل همه‌ی مراحل اکتشاف، استخراج، غنی‌سازی، مصرف در رآکتور (واکنشگاه) و سرانجام نابودی زباله‌های هسته‌ای است.
اکتشاف
ذخایر طبیعی اورانیوم به صورت سنگ معدن از زمین استخراج می شود. با استفاده از روش های زمین شناسی، مناطق مناسب برای استخراج اورانیوم شناسایی و انتخاب می شود. مثلاً از خاک مناطق مختلف که تشعشعات رادیواکتیو دارند، نمونه هایی را به آزمایشگاه می برند و با استفاده از روش های شیمیایی میزان اورانیوم قابل استخراج را بررسی می کنند. با توجه به هزینه های استخراج، اگر غلظت اورانیوم به اندازه ای بود که استخراج آن به صرفه باشد آن نقطه به عنوان معدن اورانیوم شناخته می شود. مهمترین منابع اورانیوم ایران در ساغند یزد است.
کیک زرد
پس از خارج کردن سنگ معدن اورانیوم از معدن سنگ ها را آسیاب می کنند تا به تکه های کوچک با ابعاد تقریباً یکسان تبدیل شود. اورانیوم در این حالت به صورت اکسید است و فرمول شیمیایی آن U3O8 است. این تکه های سنگ معدن اورانیوم را در محلولی از اسید سولفوریک قرار می دهند. اسید، اورانیوم را حل کرده و آن را از زوائدی که در سنگ معدن وجود دارد جدا می کند محلولی که به این روش به دست می آید، تصفیه و خشک می شود و به صورت پودری در می آید که به آن کیک زرد گفته می شود.
غنی سازی
اورانیوم موجود در طبیعت از دو نوع ایزوتوپ ساخته شده (به اتم های یک عنصر که وزن متفاوت دارند ایزوتوپ می گویند. ایزوتوپ ها خواص شیمیایی کاملاً یکسان اما خواص فیزیکی متفاوتی دارند. برای مثال اورانیوم دارای دو ایزوتوپ ۲۳۵ و ۲۳۸ است.) در طبیعت و در روی کره زمین به طور متوسط از ۱۰۰ درصد مقدار اورانیوم، ۷۱/۰ درصد آن اورانیوم ۲۳۵ و ۲۸/۹۹ درصد آن اورانیوم ۲۳۸ است. اما اورانیوم ۲۳۸ را نمی توان به عنوان سوخت در رآکتور به کار برد زیرا عنصری پایدار است. اما ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ که ناپایدار است، شکافته می شود و انرژی تولید می کند. به همین دلیل باید میزان غلظت اورانیوم ۲۳۵ را در نمونه بالا برد. به این عملیات غنی سازی می گویند. تاسیساتی که عملیات غنی سازی سوخت اورانیوم را انجام می دهند تاسیسات تغلیظ اورانیوم یا UCF نام دارد که در ایران این تاسیسات در اصفهان مستقرند. برای غنی کردن اورانیوم باید آن را به حالت گازی درآورد. طی چند فرآیند شیمیایی، کیک زرد را به گاز هگزا فلوراید اورانیوم UF6 تبدیل می کنند. دو روش برای غنی سازی اورانیوم وجود دارد:شکافت و سانتریفیوژ.
پخش
در روش پخش (دیفیوژن) گاز UF6 را با فشار از میان تعدادی غشا عبور می دهند. در این بین اورانیوم ۲۳۵ چون سبک تر از اورانیوم ۲۳۸ است سریع تر از غشا عبور می کند به این ترتیب اورانیوم طی مراحل مختلف عبور از غشا غنی می شود. مهمترین عیب این روش این است که بسیار طول می کشد و برق زیادی هم مصرف می کند.
سانتریفوژ
روش بهتر و با صرفه تر سانتریفوژ است. این روش البته سخت تر و پیچیده تر است. محققان کشورمان توانسته اند به فناوری این روش غنی سازی دست یابند. اصول کلی سانتریفوژ بسیار ساده است. گاز UF6 را درون مخازن استوانه ای بزرگی قرار می دهند و با سرعت بالا می چرخانند. در این بین اورانیوم ۲۳۵ باز هم به دلیل سبکی از اورانیوم ۲۳۸ جدا می شود. از آنجایی که جرم این دو ترکیب بسیار به هم نزدیک است و اختلاف آنها کم است این عملیات باید مرتباً و به تعداد زیاد تکرار شود تا سطح مطلوب غنی سازی به دست بیاید. در سوخت مناسب برای نیروگاه های هسته ای غلظت اورانیوم ۲۳۵ حدود کمتر از پنج درصد است یعنی اورانیوم تا پنج درصد باید غنی شود. اما برای ساخت بمب هسته ای باید اورانیوم تا ۹۰ درصد غنی شود. فرآیند سانتریفوژ نیازمند تجهیزات بسیار گرانقیمت است. اما هزینه انرژی آن از روش قبلی بسیار کمتر است. البته امروزه به صورت محدود روش های دیگری هم برای غنی سازی وجود دارد که مهمترین آن غنی سازی با لیزر است. اما این روش ها به طور محدود و آزمایشگاهی هستند و در مقیاس صنعتی به کار نمی رود. تجهیزات غنی سازی اورانیوم ایران، سانتریفوژهای مستقر در سایت هسته ای نطنز است.
تولید سوخت هسته ای
پس از رسیدن اورانیوم به غلظت مورد نظر (که به صورت گاز UF6 است) آن را به حالت جامد در می آورند. با استفاده از فرآیندهای شیمیایی UF6 را به دی اکسید اورانیوم (UO2) تبدیل می کنند. Uo2 پودری جامد است که آن را فشرده می کنند و به صورت قرص در می آورند. این قرص ها را در دمای بالا حرارت می دهند تا به حالت سرامیکی دربیاید. این قرص ها را دسته کرده و درون یک لوله قرار می دهند. این لوله از آلیاژی مخصوص ساخته شده که در مقابل خوردگی بسیار مقاوم است و رسانایی حرارتی بالایی هم دارد. به این ترتیب سوخت مناسب برای نیروگاه های هسته ای آماده شده است.
واکنش زنجیره ای
در رآکتورهای هسته ای با استفاده از فرآیند شکافت هسته، انرژی تولید می شود. در فرآیند شکافت، یک هسته سنگین و ناپایدار مثل اورانیوم ۲۳۵ در اثر تحریک (مثلاً برخورد یک نوترون پرانرژی) به عناصر سبک تر شکافته می شود و در این فرآیند مقداری هم انرژی گرمایی تولید می شود. یکی از محصولات شکافت نوترون است. یعنی در اثر شکافت اورانیوم نوترون تولید می شود که این نوترون به نوبه خود می تواند با برخورد به یک اورانیوم ۲۳۵ دیگر، آن را بشکافد و به این ترتیب واکنش هسته ای و تولید انرژی ادامه می یابد. به این فرآیند، واکنش زنجیره ای می گویند، زیرا مراحل این واکنش همانند حلقه های زنجیر به دنبال یکدیگر تکرار می شوند.
رآکتورهای هسته ای
در مرکز رآکتورهای هسته ای میله های سوخت و کنترل یک در میان چیده شده اند. در درون میله های سوخت، فرآیند شکافت رخ می دهد و انرژی آزاد می شود. این انرژی، آب که اطراف میله ها را فرا گرفته گرم می کند. آب گرم شده خود از درون مخازن آب دیگری می گذرد و آنها را گرم کرده و بخار می کند. بخار آب تولید شده توربین ها را می گرداند و با چرخش توربین ها که به ژنراتور متصل اند، برق تولید می شود. به این ترتیب، انرژی تولید شده در اثر شکافت اورانیوم به برق تبدیل می شود. برق تولید شده از شکافت یک تن اورانیوم برابر برق تولید شده از سوزاندن ۲۰ هزار تن ذغال سنگ یا ۳۰ میلیون متر مکعب گاز طبیعی است!از آنجایی که تعداد پروتون تولید شده در هر مرحله زنجیر بیش از یکی است، اگر شکافت و واکنش زنجیری خود به خود ادامه پیدا کند، واکنش زنجیره ای به سرعت گسترش یافته و به سرعت فراگیر می شود. در چنین حالتی در مدت کمی انرژی زیادی تولید می شود. این همان اتفاقی است که در بمب های هسته ای می افتد. برای کنترل این فرآیند در نیروگاه ها، در میان میله های سوخت، میله های کنترل را قرار می دهند. این میله ها مواد جذب کننده نوترون هستند که سرعت واکنش را کنترل کرده و مانع از انفجار ناگهانی آن می شوند.
انواع رآکتورها
رآکتورهای هسته ای از لحاظ سرعت عمل به دو دسته تقسیم می شوند:۱- رآکتورهای گرمایی: که سرعت عملشان کم است و فرآیند شکافت در آنها به آرامی صورت می گیرد. این رآکتورها کاملاً جنبه صلح آمیز دارند. رآکتور اتمی بوشهر از این گونه است.۲- رآکتورهای سریع: که هدف اصلی آنها تولید سوخت لازم برای سلاح های هسته ای است. محصول این رآکتورها پلوتونیوم و اورانیوم ۲۳۵ است.
زباله‌های هسته‌ای
مثل هر فعالیت دیگر بشری، تولید برق هسته ای هم ضایعاتی دارد. اما برای مثال، برای تولید ۸ مگاوات ساعت انرژی الکتریکی، تنها ۳۰ گرم زباله، رادیواکتیو تولید می شود. این در حالی است که برای تولید همین مقدار برق از بهترین نوع زغال سنگ، هشت هزار کیلوگرم دی اکسید کربن تولید می شود. در عین حال خطر زباله های هسته ای بسیار بیشتر و نگهداری آنها نیازمند روش های پیچیده تری است. زباله هایی مثل لباس های تکنسین ها، لوازم و تجهیزات و سایر موادی که رادیو اکتیویته کمی دارند، پس از فشرده سازی و آتش زدن دفن می شوند. اما مهمترین قسمت دفن زباله های هسته ای، نابودی سوخت مصرف شده است. برای این کار سوخت هسته ای را که بسیار گرم و رادیواکتیو است، چندین سال درون استخرهای عمیق آب قرار می دهند. پس از سرد شدن، آن را خارج می کنند. حدود ۳ درصد این سوخت مصرف شده، مواد قابل بازیافت مثل پلوتونیوم و اورانیوم ۲۳۵ است که مصارف پزشکی و نظامی دارد. بقیه آن را به پودر تبدیل کرده درون مخازن محکم و غیرقابل خوردگی قرار داده و در نقاط معلومی که دور از دسترس افراد است، دفن می کنند.
کلیدواژه ها: زباله هسته‌ای | رآکتور | چرخه سوخت هسته‌ای | اورانیوم | کیک زرد |
دفعات مشاهده: 1758 بار   |   دفعات چاپ: 90 بار   |   دفعات ارسال به دیگران: 0 بار   |   0 نظر

CAPTCHA code
   
سایر مطالب این بخش سایر مطالب این بخش نسخه قابل چاپ نسخه قابل چاپ ارسال به دوستان ارسال به دوستان
Encyclopedia
Persian site map - English site map - Created in 0.05 seconds with 59 queries by YEKTAWEB 3792