رآکتورهای تولید برق چگونه کار می‌کند؟

انگیزه اقتصادی ساخت رآکتورهای هسته‌ای به دلیل چگالی انرژی خیلی زیاد در سوخت اورانیوم آنهاست که به طور نسبی سبب قیمت پایین‌تر واحد انرژی تولیدشده می‌شود. یک کیلوگرم اورانیوم (با 3 درصد از اورانیوم 235) 2/5 × 109 کیلو ژول انرژی تولید می‌کند. در مقابل، یک تن سوخت فسیلی، 4 × 107 کیلو ژول انرژی تولید می‌کند. انرژی هسته‌ای در سال 1996، حدود 7 درصد کل مصرف انرژی و برابر 17 درصد مصرف انرژی الکتریکی جهان بوده است. این مقدار در آخر سال 2004 برابر با 5/16 درصد انرژی الکتریکی مصرفی جهانی است.

1 ـ رآکتورهای آب سبک تحت فشار (PWR)

2 ـ رآکتورهای آب سبک جوشان (BWR)

3 ـ رآکتورهای خنک‌شونده با گاز (GCR)‌

4 ـ‌ رآکتورهای خنک‌شونده با آب سبک و کندکننده گرافیکی (LWGR and RBMK)‌

5 ـ رآکتورهای آب سنگین تحت فشار (CANDU)‌

6 ـ رآکتورهای زاینده سریع با فلز مایع (LMFBR/FBR)‌

7 ـ رآکتورهای خنک‌شونده با مواد آلی

این رآکتور با اورانیوم فلزی کار می‌کند؛ قلب رآکتور مجموعه‌های سوخت چهاروجهی را که کنار هم چیده شده‌اند در بر می‌گیرد. مجموعه‌های سوخت از تعداد زیادی میله‌های سوخت با ضخامت حدود یک سانتی‌متر تشکیل یافته‌اند. هر میله سوخت شامل قرص‌های دی‌اکسید اورانیوم با اورانیوم 235 غنی‌شده، حدود 4،3 درصد است. آلیاژی از زیرکونیوم غلاف این میله‌ها را تشکیل می‌دهد. حرارت تولیدشده در این میله‌های سوخت، توسط یک ماده خنک‌کننده در مدار اولیه به مدار ثانویه انتقال داده می‌شود که حرارت این سیکل اخیر مولد‌های بخار را فعال نموده و بالاخره توربین‌ها را به حرکت درمی‌آورند. حرارت‌های اضافی توسط برج‌های خنک‌کننده به هوا، رودخانه و دریا وارد می‌شوند.

طراحی این نوع رآکتور (BWR)‌ شباهت زیادی به PWR دارد به جز این که فقط دارای یک مدار آب خنک‌کننده با فشار کم (حدود 75 اتمسفر)‌ است. در این شرایط حرارت آب به حدود 285 درجه سانتیگراد رسیده و این آب در قلب رآکتور جوشان خواهد شد. ‌طراحی این رآکتور طوری است که 15-12 درصد آب در بالای قلب به صورت بخار وجود دارد، لذا در این وضعیت خاص کندکنندگی و راندمان نوترون‌های موثر کمتر خواهد بود.‌ ‌بخار حاصل از گرمای رآکتور از صفحاتی عبور کرده و به بالای قلب رآکتور می‌رسد که از آنجا مستقیما به توربین‌ها هدایت می‌شود.

رآکتورهای خنک‌شونده با گاز اصولا در کشور انگلستان ساخته شده و توسعه یافته است. در رآکتورهای GCR گرافیت به عنوان کندکننده و دی‌اکسیدکربن به عنوان خنک‌کننده در مدار اول نقش انتقال حرارت را به عهده دارد. این حرارت به مدار بعدی که آب است، منتقل و بخار حاصل توربین را به حرکت درمی‌آورد.‌ رآکتورهای AGCR نسل دوم رآکتورهای خنک‌شونده با گاز هستند.

این یک نوع طراحی روسی است که از رآکتورهای تولید پلوتونیوم اقتباس شده و توسعه یافته است. این رآکتور یک محفظه تحت فشار (قلب)‌ عمودی دارد که در آن لوله‌هایی از بین کندکننده‌های گرافیتی عبور کرده است. لذا حرارت‌های تولیدشده به آب خنک‌کننده منتقل گشته و در قلب رآکتور تا 290 درجه سانتی‌گراد جوشان می‌شود. این وضعیت تا اندازه زیادی شبیه به رآکتورهای BWR است. سوخت این رآکتور، از اکسید اورانیوم کم‌غنی‌شده است و در مجموعه‌های سوخت به طول 5/3 متر قرار می‌گیرد.

رآکتورهای فوق از نوع آب سنگین تحت فشار است که با سوخت اورانیوم طبیعی کار می‌کند. نام دیگر این رآکتور‌ها به CANDU موسوم است.‌ در رآکتورهای «کندو» از اورانیوم طبیعی به عنوان سوخت و از آب سنگین به منظور کندکننده و خنک‌کننده رآکتور (کندکننده و خنک‌کننده هر یک دارای سیستم جدا از هم می‌باشد)‌ استفاده می‌شود. از آنجا که این رآکتور نیز توانایی جا دادن صدها مجتمع سوخت در لوله‌ها یا کانال‌های تحت فشار خود را در قلب رآکتور دارد، لذا عمل سوخت‌گذاری رآکتور در حال کار با تمام ظرفیت قابل اجرا است.

در رآکتورهای PWR و BWR و دیگر انواع رآکتورها بخش عمده‌ای از واکنش شکافت روی ایزوتوپ اورانیوم 235 اتفاق می‌افتد.‌ در رآکتورهای زاینده سریع 2 فرآیند تولید انرژی و ساخته‌شدن هسته‌های جدید پلوتونیوم با هم اتفاق می‌افتند. قلب این رآکتور از 2 قسمت تشکیل می‌شود؛ میله‌های سوخت که مخلوطی است ‌از دی‌اکسید پلوتونیوم و دی‌اکسید اورانیوم در قسمت داخلی قرار دارند.‌

در رآکتورهای خنک‌شونده با مواد آلی از یک سری مواد آلی مایع مخصوصا از مخلوط‌هایی از دی فینل و دی‌فینل اکسید به عنوان یک عامل انتقال حرارت مناسب استفاده شده است.‌ دلایل مهمی که این نوع رآکتورها عمومی نشده‌اند عبارتند از:

ـ عدم آشنایی کامل از خاصیت انتقال حرارت این دسته مواد

ـ خواص انتقال حرارت ضعیف‌تر این مواد در مقایسه با آب

ـ حساسیت مواد آلی مخصوصا نسبت به تابش.

newelm.blogfa.com / مترجم: مژده اصولی