نیروگاه هسته ای ؛ خطر کمتر ، صرفه بیشتر

شناخت و به کارگیری منابع انرژی ، از دیرباز مهمترین مشغله انسان بوده است ، کهن ترین منابع انرژی مورد استفاده انسان ، انرژی باد ، انرژی حاصل از سوختهای فسیلی و انرژی جریان آب بوده و جدیدترین و شاید متفاوت ترین آنها انرژی هسته ای است .

کد خبر: ۲۸۹۶۸

با کشف اورانیوم و خواص آن و پس از تحقیقاتی که از دهه 30 و 40 میلادی شروع شد ، از این انرژی ، استفاده و سوءاستفاده های بسیاری شده است . از بمب اتمی که جان انسان های بی شماری را در ژاپن گرفت تا استفاده در رآکتورهای هسته ای برای تولید برق و حتی کاربردهای پزشکی که تاکنون جان انسانهای زیادی را نجات داده است ، همه پیامدهای این پدیده است . در سلسله مطالبی که از این پس می خوانید ، سعی می کنیم مطالب تازه ای در خصوص کاربردهای این انرژی در اختیار شما بگذاریم . بحبوحه جنگ جهانی دوم بود ؛ زمانی که دیگر سرنوشت جنگ در گرو ارتش بزرگتر ، تجهیزات بیشتر ، مهمات پیشرفته تر و نه حتی ، بمباران ها و کشتارهای بیشتر ، نبود. آنچه اهمیت فوق العاده ای یافته بود ، به ثمر رسیدن تلاش دانشمندان و کشف انرژی هسته ای بود. فیزیکدانان اتمی به رهبری هایزنبرگ در آلمان و فیزیکدانان امریکایی به رهبری فرمی در امریکا برای ایجاد واکنش زنجیره ای اورانیوم و کنترل آن بدون وقفه تلاش می کردند. هدف آنها به کارگیری انرژی حاصل در تولید برق بود. سرانجام در دوم دسامبر 1942 گروه امریکایی توانست واکنش زنجیره ای اورانیوم را در رآکتوری در شیکاگو ، انجام دهد. تلاش آنان مبنا و اساس کار رآکتورها در سراسر جهان شد ، ولی جنگ افروزان با سوئاستفاده از این انرژی نوین ، فاجعه هیروشیما و ناکازاکی را در تاریخ جهان ثبت کردند. پیدا کردن یک ماده کند کننده خوب ، مهمترین مشکل در ابتدای پروژه ساخت رآکتور بود ؛ ماده ای که نوترون های حاصل از شکافت اورانیوم را کند می کند ، ولی جذب نکند. در رقابت بین امریکایی ها و آلمانی ها ، این فیزیکدانان امریکایی بودند که پیروز شدند ، آن هم یک دلیل ساده داشت ؛ فیزیکدانان امریکایی با یک شیمیدان مشورت کردند ، ولی آلمانی ها حاضر به قبول چنین ننگی نبودند! آن زمان دو ماده مناسب شناخته شده بود ؛ گرافیت و آب سنگین . ولی هر کدام یک مشکل داشت ، گرافیت به دلیل ناخالصی ، نوترون ها را جذب می کرد و آب سنگین هم به میزان خیلی کم ، با نسبت یک به 10هزار در آب معمولی وجود داشت . نتیجه مشورت امریکایی ها با یک شیمیدان به تهیه گرافیت خالص منجر شد. ولی هایزنبرگ در یک کارخانه که توسط نازی ها در نروژ اشغال شده بود ، به سختی و با کندی آب سنگین جدا می کرد ؛ چون انگلیسی ها به نروژی ها گفته بودند که تهیه آب سنگین به نفع نازی هاست و آنها هم تا می توانستند به بهترین نحو در تولید آب سنگین خرابکاری کردند! پس از جنگ جهانی دوم مشخص شد که برخلاف تبلیغات نازی ها، آنها حتی به انجام این واکنش نزدیک هم نشده بودند. نیروگاه های مولد برق با منابع انرژی مختلفی کار می کنند: انرژی باد، انرژی آب پشت سدها و انرژی سوختهای فسیلی . در کشور ما هر سه نوع نیروگاه وجود دارد، توربین های بادی منجیل ، نیروگاه حرارتی برق کرج و نیروگاه های آبی دیگر ، اما همان طور که می دانید، سالهاست برای راه اندازی نیروگاه هسته ای بوشهر تلاش می کنیم ، مگر نیروگاه هسته ای چه مزیتی دارد؛ طبق آمار منتشر شده توسط سازمان انرژی اتمی ، اگر ما بتوانیم نیروگاه بوشهر را راه اندازی کنیم ، سالانه 190میلیون بشکه نفت خام با ارزش اقتصادی 5میلیارد دلار صرفه جویی خواهیم کرد. همچنین از تولید 157هزار تن دی اکسید کربن ، 1150تن ذرات معلق در هوا ، 130تن گوگرد و 50تن اکسید نیتروژن جلوگیری خواهیم کرد و از همه مهمتر 7000مگاوات به ظرفیت تولید برق کشور اضافه خواهد شد. مصرف کل انرژی هسته ای در جهان در سال 2001میلادی معادل سوزاندن 601میلیون تن نفت خام بوده است . جدول ، میزان مصرف انرژی هسته ای را در سالهای 2000و 2001میلادی بر این اساس که این میزان معادل سوزاندن چند میلیون تن نفت خام بوده است ، نشان می دهد. امروزه 420نیروگاه هسته ای در جهان وجود دارد که سالانه حدود 410گیگاوات (هر گیگاوات 109وات است) برق تولید می کند. تمامی کارخانه ها، ماشین آلات و نیروگاه های در حال کار، خطراتی را به همراه دارند و نکات ایمنی در خصوص هر یک از آنها باید اجرا شود. نیروگاه های هسته ای از این لحاظ مستثنائ نیست ؛ ولی اغلب در زمینه پرخطر بودن این نیروگاه ها مبالغه شده است . بخشی از آن به سبب فیلمهای علمی تخیلی است که نیروی هسته ای را غولی غیر قابل کنترل ، مخرب و سرکش معرفی کرده اند و بخش دیگر به دلیل خاطرات بد مردم از انفجارهای جنگ جهانی دوم است . که البته آنچه در جنگ جهانی دوم بیشتر باعث تخریب شد، بمب بود، نه نیروی هسته ای . البته اتفاقاتی که ممکن است در نیروگاه های هسته ای رخ بدهد، پیش بینی و راههای پیشگیری و ضریب خطر آنها محاسبه شده است . با رعایت نکات ایمنی و کار بر اساس فناوری روز، نیروی هسته ای یکی از کم خطرترین و مقرون به صرفه ترین روش برای تولید برق است . آژانس انرژی اتمی تشکلی است که دو هدف عمده را دنبال می کند؛ یکی نظارت بر اجرا و ساخت نیروگاه ها و تضمین رعایت موارد ایمنی در آن هاست و دیگری جلوگیری از سوئاستفاده های ممکن از نیروگاه هاست چون کشورهای دارای رآکتور می توانند از مواد حاصل از رآکتور در تولید کلاهک های هسته ای و بمب های اتمی که اهدافی جنگ طلبانه و غیر انسانی است ، استفاده کنند. نظارت دقیق بر فعالیت های هسته ای تمام کشورها، امنیت جهان را تضمین می کند. هر کشوری برای ساخت و راه اندازی رآکتور باید از این آژانس پروانه کار دریافت کند که شامل 25 تا 30 مجوز مختلف است .
اصول ایمنی نیروگاه ها : برای به حداقل رساندن خطرات یک نیروگاه ، موارد زیر باید رعایت شود.
1- ساخت دیوارهای چند لایه برای جلوگیری از خروج رادیو اکتیو و ورود آن به محیط زندگی مردم.
2- مدارهای خنک کننده قلب رآکتور که باید بسیار دقیق طراحی شوند؛ چون بالا رفتن دما از یک اندازه مشخص ، می تواند بسیار خطرناک باشد.
3- محفظه ایمنی : یک ساختمان از بتون تحت فشار که با کابلهای فولادی ساخته شده است.
4- تعیین دقیق محل ساخت رآکتور: نیروگاه ها اصولا در جایی دور از زندگی مردم ساخته می شوند ؛ جایی که خطر زلزله و دیگر بلایای طبیعی کم باشد بافت خاک آنجا قدرت تحمل نیروگاه را با تمامی تجهیزات آن داشته باشد و در مرور زمان نشست نکند. در مسیر آبهای زیرزمینی نباشد تا حداقل رادیو اکتیو وارد زندگی مردم شود.

سوخت هسته ای چیست؛

وقتی صحبت از سوخت به میان می آید ، اغلب ما تصوری از دود و آتش داریم . سوختن به طور معمول به نوعی اکسید شدن سریع مواد که همراه با ایجاد شعله و دود و همچنین انرژی است ، اطلاق می شود این نوع سوختن یک تغییر شیمیایی و واکنشی در سطح اتمهای مواد است ولی در یک سوختن هسته ای تغییرات در هسته اتمها صورت می گیرد. این سوختن شامل هیچ دود و آتشی نیست ، یک هسته سنگین (هسته ای که مجموع تعداد پروتون ها و نوترون های آن از 230بیشتر است) به دو هسته جدید سبک تر شکسته می شود. شکسته شدن یک هسته سنگین به دو هسته سبک تر را شکافت می گویند. شکافت به طور طبیعی و بدون هیچ عامل خارجی بسیار کم اتفاق می افتد و قابل کنترل هم نیست . برای این که شکافت بسرعت انجام گیرد (تعداد زیاد) که بتواند در رآکتورهای هسته ای مفید باشد، لازم است به هسته انرژی داده شود این انرژی ، انرژی بحرانی نامیده می شود روشهای دادن این انرژی متفاوت است یکی از این روشها تاباندن نوترون به هسته مواد قابل شکافت است . یکی از این مواد که قابلیت شکافت دارند ، اورانیوم است اورانیوم با اعداد جرمی متفاوتی در طبیعت وجود دارد. (به مجموع تعداد پروتون ها و نوترون های هسته عدد جرمی و به تعداد پروتون های هسته عدد اتمی می گویند). اورانیوم (235 و 233) و پلوتونیوم (239 و 241) مواد قابل شکافت هستند و این رجحان را بر بقیه مواد مشابه دارند که با نوترون کم انرژی تری شکافت انجام می دهند. آنچه که در رآکتورها رخ می دهد ، به طور خلاصه این گونه است :
یک هسته سنگین با دریافت یک نوترون به دو هسته سبک تر و چند نوترون شکسته می شود و در این فرآیند مقدار قابل توجهی انرژی آزاد می گردد. نوترون های حاصل شده نیز به نوبه خود سبب شکسته شدن هسته های دیگر می شود. به این واکنش ، واکنش زنجیره ای می گویند. در مقام مقایسه از سوزاندن جرم مشخصی از یک سوخت فسیلی ، انرژی در حد چند الکترون ولت به دست می آید و اگر همین جرم سوخت هسته ای مصرف کنیم ، حدود 200میلیون الکترون ولت انرژی داریم . به هسته های سبک تر حاصل ، پاره های شکافت می گویند. انرژی حاصل از شکافت یک گرم اورانیوم می تواند یک بار 8 هزار تنی را تا ارتفاع 1000 متری بالا ببرد یا 200 تن آب را به 100 درجه برساند یا 15 هزار لامپ 60 واتی را 24 ساعت روشن نگاه دارد که اغلب این مواد رادیو اکتیو بوده و برای محیطزیست و سلامت افراد بسیار خطرناک هستند. دفن و نابودی این مواد، یکی از بزرگترین مشکلات کشورهای دارای رآکتور است . در اغلب رآکتورها ، سوخت به صورت میله های جامد اکسید اورانیوم است این میله های سوخت در غلاف مخصوصی نگه داشته می شوند.
غنی کردن اورانیوم یعنی چه؛
ایزوتوپ های مختلفی از اورانیوم در طبیعت وجود دارد ، ولی آن چیزی که در رآکتور به کار می آید ، اورانیوم (235) است که با 238u و 233 u مخلوط است . خواص این ایزوتوپ ها به حدی به هم نزدیک است که جدا کردن این هسته ها به فناوری بسیار پیشرفته ای نیاز دارد و در توان اغلب کشورها نیست .

اجزای مختلف رآکتور هسته ای

رآکتور جایی است که عمل شکافت در آن به تعداد زیاد ولی قابل کنترل اتفاق می افتد و انرژی حاصل به مصارف مختلف می رسد. کنترل در رآکتور به وسیله میله های کنترل صورت می گیرد که وظیفه آنها ، کنترل تعداد نوترون ها و در نتیجه کنترل تعداد شکافت هاست . قلب رآکتور به محلی که میله های سوخت در آن قرار دارند ، گفته می شود و دمای آن بر اثر فیسیون بسیار بالا می رود.