انرژی هسته‌یی چگونه کار می‌کند؟

مساله‌ی فن‌آوری صلح‌آمیز هسته‌یی و بهره‌گیری از انرژی پاك حاصل از این فن‌آوری مدرن از مهم‌ترین مسایلی است كه طی چند سال اخیر در كشورمان مطرح شده و اهمیت ویژه‌یی به خود گرفته است، جمهوری اسلامی ایران برای به دست آوردن حق مسلم خود در عرصه‌ی استفاده از این انرژی حداكثر تلاش‌اش را به كار بسته است چرا كه بر اساس معاهده‌ی بین‌المللی منع گسترش سلاح‌های هسته‌یی، اعضای NPT حق دارند از این فن‌آوری بهره‌مند شود و ایران كه عضو این پیمان است، مسلما باید در قبال تعهداتی كه ارایه كرده، از مزایای این پیمان نیز بهره‌مند شود. مذاكرات میان ایران و سه كشور اروپایی در خصوص بهره‌گیری كشورمان از این فن‌آوری و مزایای آن، هم‌چنان ادامه دارد و قرار است كه طرف اروپایی ظرف روزهای آینده، پیشنهادی جامع و دارای جزییات را به طرف ایرانی ارایه كند كه متضمن حقوق ملت‌مان در استفاده از فن‌آوری صلح‌آمیز هسته‌یی باشد.
نگاهی به جریان تولید برق هسته‌یی، میزان تولید برق هسته‌یی در جهان و درك مفاهیمی در این صنعت مدرن می‌تواند به فهم بهتر و بیشتر از لزوم تلاش برای دست یافتن به این فن‌آوری بینجامد، چرا كه در حال حاضر حدود ۲۰ درصد از برق جهان از طریق رآكتورهای هسته‌یی فراهم می‌شود و این رقم مسلما طی سال‌های آینده بسیار افزوده خواهد شد، زیرا ذخایر فسیلی رو به اتمام‌اند و انرژی هسته‌یی تاكنون منبعی جایگزین و پرانرژی به جای این سوخت‌ها در نظر گرفته شده است. آنچه در پی می‌آید مفاهیمی از این فن‌آوری به زبانی ساده است.
*چرا از برق هسته‌یی استفاده می‌شود؟
استفاده از شكافت هسته‌یی برای تولید برق، بر خلاف سوخت‌های فسیلی، دوده و گازهای گلخانه‌ای تولید نمی‌كند. این امر كمك می‌كند تا آسمان پاكیزه بماند و به گرمایش زمین منجر شود. مجمع جهانی هسته‌یی تخمین زده است كه در صورت استفاده از انرژی زغال سنگ به جای انرژی هسته‌یی برای تولید برق، سالانه ۶/۲ میلیارد تن دی اكسید كربن وارد جو خواهد شد.برخی كشورها نیز به انرژی هسته‌یی علاقه دارند، زیرا این انرژی میزان وابستگی‌شان به نفت خارجی را كاهش می‌دهد. در نهایت سوختی كه در رآكتور هسته‌یی به كار می‌رود، نسبت به سوخت فسیلی بسیار فشرده و متراكم‌تر است. به عنوان مثال یك پوند اورانیوم معادل سه میلیون پوند زغال سنگ انرژی تولید می‌كند. این امر انرژی هسته‌یی را برای استفاده در وسایط نقلیه‌ای كه با انرژی هسته‌یی كار می‌كنند، نظیر زیردریایی‌ها، هواپیمابرها و سفینه‌ها جذاب می‌سازد.
*چه میزان برق جهان به وسیله‌ی انرژی هسته‌یی تامین می‌شود؟
به گزارش مجمع جهانی هسته‌یی، ۱۶ درصد برق جهان به وسیله‌ی انرژی هسته‌یی تامین می‌شود كه به وسیله ۴۴۰ رآكتور هسته‌یی در ۳۱ كشور جهان تولید می‌شود. بر اساس گزارش آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، آمریكا با در اختیار داشتن ۱۰۴ رآكتور، بیشترین تعداد رآكتور را در جهان داراست، رآكتورها تقریبا ۲۰ درصد برق این كشور را تولید می‌كنند.كشوری كه بیشترین درصد برقش را از طریق انرژی هسته‌یی تامین می‌كند، فرانسه است، ۵۹ رآكتور هسته‌یی این كشور بیش از ۷۸ درصد برق فرانسه را تامین می‌كنند.
*یك نیروگاه برق هسته‌یی چگونه برق تولید می‌كند؟
یك نیروگاه برق هسته‌یی اساسا نیروگاه بخار است كه انرژی‌اش به وسیله‌ی یك عنصر رادیو اكتیو نظیر اورانیوم، تامین می‌شود. سوخت در یك رآكتور قرار می‌گیرد و اتم‌های مجزا اجازه‌ی جداسازی پیدا می‌كنند. فرآیند جداسازی كه به نام شكافت شناخته شده است، مقادیر فراوان انرژی تولید می‌كند و این انرژی برای گرم كردن آب تا زمانی كه به بخار تبدیل شود، به كار می‌رود. از این مرحله به بعد مكانیزم‌های نیروگاه بخار ادامه پیدا می‌كنند. بخار، توربین را می‌چرخاند و این روند جریان برق را تولید می‌كند.
*چرا جداسازی یك اتم اورانیوم انرژی آزاد می‌كند؟
پاسخ سوال به مساله‌ی معروف نسبیت آینشتاین مربوط می‌شود كه ضرروتا نشان می‌دهد انرژی به طور مستقیم با جرم در ارتباط است. یك اتم اورانیوم تحت شرایط صحیح به دو اتم كوچك‌تر تبدیل می‌شود و دو یا گاهی سه نوترون در این روند آزاد می‌شوند(نوترون مانند چسبی است كه اتم‌ها را در كنار یكدیگر نگه می‌دارد). جرم تركیبی قطعه‌های حاصل، تمایل دارد كه تقریبا ۹/۹۹ درصد جرم اتم اورانیوم اولیه باشد. ۱/۰ درصد جرم باقی‌مانده همانطور كه آینشتاین توضیح می‌دهد به انرژی تبدیل می‌شود. این انرژی به شكل اشعه‌ی گاما آزاد می‌شود، این اشعه‌ها شبیه به اشعه ایكس است و می‌تواند باعث سوختگی، سرطان یا جهش ژن در موجود زنده شود. آنها می‌توانند به وسیله‌ی دیوارهای بتونی ضخیم آهسته یا متوقف شوند.
*نوترون‌ها اضافی در زمان جداسازی اتم چه می‌شوند؟
نوترون‌ها به دیگر اتم‌ها در هسته‌یی رآكتور ضربه می‌زنند و یك زنجیره‌ی واكنش را آغاز می‌كنند. در ابتدا حدود ۳ یا ۴ درصد اتم‌های اورانیوم، اورانیوم ۲۳۵ یعنی همان نوع اول اتمی كه جدا شد، هستند. اگر به این اتم‌ها به وسیله‌ی نوترون‌ ضربه وارد شود، جدا می‌شوند و انرژی و نوترون بیشتری را آزاد می‌كنند. اما ۹۶ یا ۹۷ درصد اتم‌های اورانیوم در هسته‌ی رآكتور در ابتدا از نوعی هستند كه جداسازی آن سخت است و اورانیوم ۲۳۸ نام دارد؛ اگر به یك اتم اورانیوم ۲۳۸ به وسیله‌ی نوترون ضربه وارد شود، این اورانیوم نوترون را جذب خواهد كرد و در نهایت به پلوتونیوم ۲۳۹ تبدیل می‌شود. زمانی كه این اتم‌های پلوتونیوم بار دیگر مورد ضربه‌ی نوترون‌ها قرار بگیرند، در نهایت شكافت می‌پذیرند و انرژی آزاد می‌كنند.
*زباله‌ی هسته‌یی چیست؟
زباله‌ی هسته‌یی سوخت هسته‌یی مصرف شده‌ی یك رآكتور است. سوخت زمانی مصرف شده در نظر گرفته می‌شود كه شكافت به وسیله‌ی محصولات بر جای مانده از فرآیند جداسازی، از جداسازی اورانیوم یا پلوتونیوم بیشتر به وسیله‌ی نوترون‌های آزاد جلوگیری كند؛ سه یا چهار سال زمان نیاز است تا به این مرحله از این فرآیند برسیم.این زباله بسیار رادیواكتیو است، بنابراین باید در استخر‌های فولادی یا جعبه‌های خشك انبار شود.بر اساس گزارش وزارت انرژی آمریكا، رآكتورهای هسته‌یی این كشور در سال ۲۰۰۳ حدود ۴۹ هزار تن زباله تولید كردند. برخی كشورها نظیر ژاپن و فرانسه، زباله‌ی هسته‌یی‌شان را برای خارج كردن اورانیوم ۲۳۵ و پلوتونیوم ۲۳۹ دوباره پردازش می‌كنند. این مواد می‌تواند دوباره در نیروگاه برق هسته‌یی استفاده شود و یا حتی برای تولید بمب هسته‌یی به كار گرفته شود.آمریكا از سال ۱۹۷۰ تاكنون زباله‌ی هسته‌یی‌اش را بازفرآوری نكرده است. در عوض، این كشور امیدوار است تمام زباله‌اش را در صحرای نوادا دفن كند كه مقامات معتقدند در آنجا زباله‌ها نمی‌توانند به محیط زیست نشت كنند.
*رآكتور توریم چیست و با رآكتور اورانیوم چه تفاوتی دارد؟
دانشمندان می‌كوشند راه‌های استفاده از عنصر توریم به عنوان سوخت رآكتور به جای اورانیوم را تكمیل كنند، زیرا فراوانی این عنصر در طبیعت سه برابر اورانیوم است، به علاوه زباله‌ی هسته‌یی كمتری را بر جای می‌گذارد و استفاده از زباله‌ حاصل از آن برای تولید سلاح هسته‌یی بسیار سخت‌تر است.رآكتوری كه با سوخت توریم كار می‌كند، هم چنین ضایعات كمتری تولید می‌كند، زیرا اتم توریم در یك واكنش زنجیره‌یی هسته‌یی نسبت به اورانیوم به اتم‌های غیرقابل استفاده‌ی كمتری تبدیل می‌شود.به علاوه در صورت طراحی صحیح، میزان اتم پلوتونیوم ۲۳۹ (عنصری مهم در ساخت بمب هسته‌یی) حاصله در رآكتور توریم ۸۰ درصد كمتر است. این رآكتورها یك ماده‌ی دیگر قابل استفاده در تولید سلاح هسته‌یی یعنی اورانیوم ۲۳۳ را تولید می‌كنند، اما جداكردن آن از دیگر ایزوتوپ‌های اورانیوم با رادیواكتیو بسیار بالا كه آن را احاطه كرده‌اند، مشكل است.در واقع، رآكتوری كه با سوخت توریم كار می‌كند، می‌تواند ذخایر پلوتونیوم را از طریق استفاده از آن به عنوان سوخت "دانه" مصرف كند، "دانه" ضروری است، زیرا آغاز عكس‌العمل زنجیر هسته‌یی با توریم سخت‌تر از اورانیوم است.
اعظم گل‌محمدی
منبع :خبرگزاری ایسنا

منبع : پایگاه اطلاع رسانی وزارت نیرو