شنبه, ۲۶ خرداد, ۱۴۰۳ / 15 June, 2024
مجله ویستا

رآکتور Reactor


دستگاهی که در آن شکافت هسته‌ای زنجیری خودبه‌خود ادامه یابنده یک ماده شکاف‌پذیر را براه می‌اندازند و تنظیم می‌کنند.
● رآکتور تجربی گرما هسته‌ای بین‌المللی (ITER) رآکتور ترکیبی توکاماک Tokamak که ساخت آن را چهار قدرت صنعتی به‌عهده گرفته‌اند، پرقدرت‌ترین نیروگاه هسته‌ای در جهان خواهد بود که از هم جوشی دو تریوم و تری تلیون به‌وجود می‌آید. رآکتور تجربی هم جوشی (گرما هسته‌ای) بین‌المللی به‌مراتب بیش از مقدار پیش‌بینی شده انرژی خواهد داشت.
انرژی رآکتور تجربی گرما هسته‌ای بین‌المللی که مخفف آن (ITER) می‌باشد، در مقایسه با رآکتور ترکیبی معمولی بیش از ۱۰۰۰ برابر انرژی دارد.
مشاوران فنی و علمی این سئوال را مطرح می‌کنند چرا این پروژه باید این قدر جدی گرفته شود و یا چرا کمیته مشاوران از تکنولوژی ترکیبی باید استفاده شود و چرا حالا این پروژه مطرح می‌شود و بالاخره چه وقت این برنامه به اجراء در می‌آید و چه وقت به اتمام می‌رسد؟
در جولای ۱۹۹۶ اعضای شرکت کننده در پروژه برای طراحی مهندسی نهائی رآکتور تجربی گرما هسته‌ای بین‌المللی برای مدت ۶ سال، به توافق رسیدند. مراکز طراحی این رآتور در دانشگاه کالیفرنیا در سانتیاگوی آمریکا، انستیتوی ماکس پلانک فیزیک پلاسما در کارچینک، تأسیسات پروژه ترکیبی ناکا در انستیتو پژوهش انرژی اتمی ژاپن، قرار دارند. یک هیئت از کارشناسان رآکتور تجربی گرما هسته ای بین‌المللی، به‌منظور انجام نظارت در امور پروژه در مسکو گرد هم آمده‌اند.
هر یک از چهار گروه شرکت کننده برای پشتیبانی از تیم طراحی و ادامه پژوهش، توسعه و آزمایش باید سالانه در حدود ۴۰ میلیون، دلار، هزینه کنند.
نئوری استفاده از ترکیب هسته‌ای در رآکتورها برای اولین بار توسط هانس اربیت از دانشگاه کورنل ایالات متحده در اواخر دهه ۱۹۳۰، مطرح گردید. انرژی تولید شده در رآکتورهای نوع ترکیبی از هم جوشی دو ایزوتوپ هیدروژن یکی دو تریوم و دیگری تری تیوم به ترتیب اولی دارای یک نوترون اضافی و دومی دارای دو نوترون اضافی می‌باشند که اغلب مواقع به آنها هیدروژن سنگین نیز گفته می‌شود، به‌وجود می‌آید، این نوع تولید انرژی همانند انرژی ایجاد شده در خورشید و ستارگان می‌باشد که به‌طور آرام انجام می‌گیرد.
این نوع رآکتورها با توجه به امتیازات زیر از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند:
۱) آزاد شدن مقدار زیادی انرژی از یک مقدار کوچک سوخت.
۲) سوخت مورد نیاز این رآکتورها برای انجام هم جوشی در دسترس می‌باشد، مثلاً دو تریوم به‌طور طبیعی در آب یافت می‌شود به‌طوری که در هر ۶۷۰۰ اتم هیدروژن آب یک اتم دو تریوم یافت می‌شود. تری‌تیوم کمتر مورد دسترس می‌باشد. این نوع ایزوتوپ هیدورژن رادیواکتیو بوده که نیمه عمر آن ۳/۱۲ سال می‌باشد؛ بلکه باید آن را از ذخائر طبیعی فلز لتیوم بدست آورد.
۳) محیط زیست را آلوده نمی‌کند و احتمال حادثه آفرینی و از کنترل خارج شدن آن بسیار کم است زیرا مقدار سوخت دوتریوم و تری تیوم قرار گرفته بسیار کوچک است، به همین جهت کنترل آن ساده و عملی است زیرا با خارج کردن این مقدار سوخت کم، رآکتور قابل کنترل است. به‌علاوه:
۴) با ترکیب دو تریوم و تری تیوم تنها نوترون‌ها و ذرات آلفا (ذرات هلیوم)، که خودشان رادیو اکتیو نیستند، ایجاد می‌شود.
خوشبختانه پژوهش‌ها نشان داده‌اند که با انتخاب مواد ویژه‌ای برای ساختمان رآکتور می‌توان سطح رادیو اکتیو ایجاد شده را به میزان پائین نگهداشت.
حرارت دوتریوم و تری‌تیوم بایستی حداقل به ۵۰ میلیون کلوین Kelvins برسد (در مرکز خورشید حرارت در حدود ۱۵ میلیون کلوین می‌باشد) از لحاظ الکترون ولت این حرارت برابر با ۵۴۰۰ الکترون ولت می‌باشد.
قسمت‌های اصلی رآکتور توکاماک از سه بخش الکترو مغناطیس تشکیل گردیده است: یک سری از مغناطیس‌ها توسط میدان مغناطیسی حلقوی که قلب رآکتور را در بر گرفته است و به‌عنوان مهره ماسوره عمل می‌کند، تولید می‌گردد. سری دوم مغناطیس‌های تبدیل کننده مرکزی هستند که به‌عنوان تولید کننده جریان الکتریسیته در رآکتور از آن استفاده می‌شود؛ این جریان الکتریسیته قلب رآکتورا را گرم نگه می‌دارد. سری سوم میدان مغناطیس عمودی است که قلب رآکتورا در مرکز نگه داشته و سبب تثبیت آن در مرکز می‌گردد.
این رآکتور تجربی بزرگترین رآکتور توکاماک تاکنون می‌باشد که در حدود ۲۵ متر ارتفاع دارد. قلب رآکتور خود به ارتفاع ۴/۸ ـ ۳/۴ متر می‌باشد. دربرش طولی زیر قسمت‌های اصلی ماشین ارائه گردیده است. مهم‌ترین بخش این قسمت حفاظت حرارتی است که تنها به‌صورت خیالی طراحی گردیده است. این قسمت بخش الف نام دارد که از سه قسمت اصلی به ترتیب دیواره، مقر قرار گرفتن میله‌های فولادی زنگ نزن و سپر تشکیل شده است. این قسمت تنها جدا کننده نیست، بلکه احتمالاً تولید کننده‌تری تیوم خواهد بود. حرارت حاصل از قلب رآکتور اصولاً با اولین دیواره که شامل سفال‌های ترکیب شده با ذغال می‌باشد که در آن لوله‌های آب خنک جریان دارند، روبرو می‌باشد. بخش وسطی جذب کننده نوترون‌ها می‌باشد.
پوشش میانی احتمالاً شامل تری تیوم پرورده، لتیوم و شاید هم بریلیوم به‌شکل میله‌های زنگ نزن باشد. ساختمان قسمت سپر از نوع فولاد زنگ نزن می‌باشد که به‌وسیله آب خنک شده و جاذب اشعه و حرارت می‌باشد. بخش مهم دیگر صفحه منحرف کننده (ب) می‌باشد که جذب کننده انرژی حاصل از ذرات باردار قلب رآکتور است. این صفحه احتمالاً از سفال‌های ترکیب شونده ذغال و فیبر که دور لوله‌های خنک کننده آب را فرا گرفته‌اند تشکیل گردیده است.
طراحی این رآکتورها به‌طور اساسی پیشرفت نمود. در اواسط دهه ۱۹۷۰ سیستم‌های توکامات توانستند حرارتی برابر با ۳۰۰۰ الکترون ولت در فاصله زمانی ۱۰ ثانیه ایجاد نمایند. امروزه پرقدرت‌ترین توکاماک تجربی در کشورهای جامعه مشترک اروپا (JET) و در ژاپن وجود دارند. رآکتورهای آزمایشی ترکیبی از نوع توکامات درایالات متحده می‌توانند حرارت مغز رآکتور را به ۳۰۰۰۰ الکترون ولت در فاصله زمانی ۱۰به توان ۱۹ ٭ ۲ در per qubec برسانند.
برآورد گردیده است، تأسیسات ساختمانی این رآکتور از ۲۰۰۴ ـ ۱۹۹۷ و تهیه ابزار تا ۲۰۰۵ طول خواهد کشید.
● رآکتور reactor
۱) وسیله‌ای برای وارد کردن مقاومت واکنشی در یک مدار الکتریکی (مثلاً خازن)
۲) رآکتور هسته‌ای
● رآکتور آب جوشان boiling water reactor (BWR. رآکتوری هسته‌ای که در آن آب به‌عنوان خنک کننده و کند کننده به‌کار می‌رود. بنابراین در این رآکتور بخار آب تحت فشار تولید می‌شود و نمی‌تواند برای به‌کرا انداختن توربین مورد استفاده قرار گیرد.
● رآکتور با آب فشرده reactor (pwr) pressurized water
رآکتور هسته‌ای که در آن خنک کننده و کند کننده آب است، ولی آب در آن تحت فشار زیاد نگه داشته شده است، تا از جوشیدنش جلوگیری به عمل آید. آب تحت فشار از درون یک مبدل گرما می‌گذرد تا بخار برای مولد توربینی مولد توان الکتریکی دستگاه تولید کند.
● رآکتور حرارتی / رآکتور گرمائی thermal reactor
رآکتور هسته‌ای که در آن بیشتر شکافت‌های هسته‌ای به وسیله نوترون‌های حرارتی صورت می‌گیرد.
● رآکتور خنک شونده با گاز gas - cooled reactor
رآکتوری هسته‌ای که خنک کنندهٔ آن یک گاز است. در رآکتور Mark۱ یا رآکتور نوع ماگنوکس، سوخت اورانیم طبیعی با یک کند کنندهٔ گرافیک به کار می‌رود. اجزای سوخت در غلافی از ماگنوس [آلیاژ منیزیم] قرار دارند. خنک کنندهٔ آن دی‌اکسید کربن و دمایش هنگام خروج از رآکتور ۳۵۰c درجه است از این گاز داغ برای تولید بخار استفاده می‌شود در رآکتور Markll یا رآکتور پیشرفته با خنک کنندهٔ گازی (A.G.R) کند ننده باز هم گرافیک و خنک کننده دی‌اکسید کربن است، ولی در این نوع، دمای گاز خروجی بیشتر (حدود ۶۰۰c درجه) است و سوخت آن سرامیک دی‌اکسید اورانیم در غلافی از فولاد زنگ نزن است.
● رآکتور زاینده breeder reactor
رآکتور هسته‌ای که از همان نوع مادهٔ شکفات‌پذیر که می‌سوزاند تولید می‌کند. مثلاً رآکتوری که پلوتونیم را به‌عنوان سوخت به‌کار می‌برد، می‌تواند از طریق تبدیل اورانیم ـ ۲۳۸ بیش از آنچه که مصرف می‌کند پلوتونیم تولید کند.
● رآکتور سریع fast teacter
رآکتور هسته‌آی که در آن از کند ساز کوچکی استفاده شود یا اصلاً کند سازی نداشته باشد، بنابراین، شکافت‌ەای هسته‌آی در آن به‌وسیله نوترون‌های سریع صورت می‌گیرد.
● رآکتور مبدل سوخت converter reactor رآکتوری هسته‌ای است که به‌وسیله عمل تبدیل از مادهٔ بارور مادهٔ شکاف‌پذیر تولید می‌کند.
● رآکتور هسته‌ای nuclear reactor
مجتمعی که در آن واکنشی زنجیره‌ای شکافت هسته‌ای برای تولید انرژی هسته‌ای، هسته‌های رادیو آکتیو، یا عناصر مصنوعی ابقاء و کنترل می‌شود. سوخت هسته‌ای مورد استفاده در رآکتور از یک ماده شکافت‌پذیر (مانند اورانیم ـ ۲۳۵) تشکیل می‌شود. که دستخوش شکافت است، و در نتیجه این عمل دو هسته با جرم تقریباً مساوی و افزون بر آن بین دو و سه نوترون و مقدار قابل ملاحظه‌ای انرژی تولید می‌شود. این نوترون‌ها سبب شکافت‌ەای بیشتری می‌شوند به‌طوری‌که یک واکنش زنجیره‌ای پدید می‌آید؛ برای اینکه واکنش از کنترل خارج نشود، پیشرفت آن به‌وسیله جذب کننده‌های نوترونی (میله‌هائی کنترل) تنظیم می‌شود، به‌طوری که فقط به اندازه کافی نوترون‌های آزاد در رآکتور وجود داشته باشند تا واکنش در سطح ثابتی نگهداشته شود مادهٔ شکافت‌پذیر معمولاً با کندکننده‌آی مخلوط می‌شود، تا نوترون‌های سریع را که جریان عمل شکافت گسیل می‌شوند کند کند (ترمالیز) به‌طوری که به جای به دام افتادن در ایزوتوپ اورانیوم ـ ۲۳۵ بتوانند شکافت‌های بیشتری را در مادهٔ شکافت‌پذیر سبب شوند. در (رآکتور چندگن) سوخت و کند کننده در الگوئی هندسی به نام شبکه از هم جدا می‌شوند. در (رآکتور همگن) سوخت و کند کننده مخلوط می‌شوند بطوری که محیط یکنواختی برای نوترونن‌‌ها محسوب می‌شوند (مثلاً سوخت، بهر صورت نمک اورانیم ممکن است در کند کننده حل شده باشد).
علاوه بر این رده‌بندی، رآکتورها را می‌توان به چند طریق توصیف کرد. ممکن است آن‌ها را برحسب انرژی نوترون (رآکتور سریع، رآکتور حرارتی) یا برحسب طرز کار، مانند (رآکتور قدرت) برای تولید نیروی الکتریکی مصرفی، (رآکتور تولید) برای ساخت مادهٔ شکافت‌پذیر (نیز رآکتور زاینده رآکتور مبدل سوخت) و (رآکتور پیشران) برای تأمین نیوری محرکه کشتی‌ها یا زیردریائی‌ها، توصیف می‌شوند (مانند (رآکتور با کندساز گرافیک) یا برحسب نوع سرد کننده (مانند رآکتور آب جوشان، رآکتور خنک شونده با گاز).
اصطلاح رآکتورهسته‌ای ممکن است برای وسیله‌ای که در آن واکنش گرما هسته‌ای مهار شده صورت می‌گیرد نیز به کاربرده شود، دراین مورد به آن (رآکتور همجوشی) می‌گویند. نخستین رآکتور هسته‌ای در ۱۹۴۲ در دانشگاه شیکاگو به وسیلهٔ انریکو فرمی (۱۹۰۱ ـ ۱۹۵۴) ساخته شد، و به آن پیل اتمی نام دادند.
منبع : مطالب ارسال شده