نیروگاه هسته ای

این مطلب مربوط به کاربردهای رآکتورهای شکافت هسته ای به عنوان منابع قدرت است نیروی هسته ای نوعی فن آوری هسته ای است که شامل استفاده از شکافت هسته ای به منظور تولید انرژی از جمله نیروی دانش, حرارت و تولید برق است انرژی هسته ای در اثر عکس العمل زنجیره ای کنترل هسته ای تولید می شود و حرارت تولید می کند این حرارت برای جوشاندن آب و تولید بخار استفاده می شود بخار آب توربین بخار را به حرکت درمی آورد این توربین می تواند برای تولید کار مکانیکی و همچنین تولید برق استفاده شود

این مطلب مربوط به کاربردهای رآکتورهای شکافت هسته‌ای به عنوان منابع قدرت است.

نیروی هسته‌ای نوعی فن‌آوری هسته‌ای است که شامل استفاده از شکافت هسته‌ای به منظور تولید انرژی از جمله نیروی دانش، حرارت و تولید برق است. انرژی هسته‌ای در اثر عکس‌العمل زنجیره‌ای کنترل هسته‌ای تولید می‌شود و حرارت تولید می‌کند. این حرارت برای جوشاندن آب و تولید بخار استفاده می‌شود. بخار آب توربین بخار را به حرکت درمی‌آورد. این توربین می‌تواند برای تولید کار مکانیکی و همچنین تولید برق استفاده شود.

● استفاده از انرژی هسته‌ای (اتمی)

در سال ۲۰۰۴ نیروی اتمی ۵/۶ درصد انرژی جهان و ۷/۱۵ درصد برق دنیا را تأمین کرد. آمریکا، فرانسه و ژاپن روی هم‌رفته ۵۷ درصد برق از طریق انرژی هسته‌ای تولید کردند. در سال ۲۰۰۷، آژانس بین‌المللی انرژی اتمی (IAEA) اعلام کرد که ۴۳۹ رآکتور نیروی هسته‌ای فعال در ۳۱ کشور جهان در حال بهره‌برداری است.

آمریکا با تولید ۲۰ درصد برق مصرفی خود از طریق انرژی هسته‌ای بیشترین مقدار انرژی هسته‌ای را در جهان تولید می‌کند.

در حالیکه کشور فرانسه بالاترین درصد انرژی الکتریکی مصرفی خود را از رآکتورهای هسته‌ای تولید می‌کند و در سال ۲۰۰۶ حدود ۸۰ درصد برق خود را از انرژی هسته‌ای تأمین کرد. در اتحادیه اروپا به طور کلی انرژی هسته‌ای ۳۰ درصد برق این منطقه را تأمین می‌کند. سیاست انرژی هسته‌ای بین کشورهای اتحادیه اروپا و بعضی از کشورها مانند اتریش و ایرلند که نیروگاه اتمی فعال ندارند متفاوت است. در مقایسه با سایر کشورها در این منطقه، فرانسه تعداد زیادی از این نیروگاهها را در اختیار دارد که ۱۶ عدد آنها هم‌اکنون فعال و در حال بهره‌برداری است.

تعداد زیادی از کشتی‌های نظامی و غیرنظامی (مانند کشتی‌های یخ شکن) از نیروی رانش انرژی هسته‌ای استفاده می‌کنند.

در زمینه توسعه و بهبود ایمنی انرژی هسته‌ای، استفاده از شکافت هسته‌ای و استفاده بیشتر از آن برای تولید هیدروژن (در جهت حمایت از تولید هیدروژن اقتصادی) جهت شیرین‌کردن آب دریا و استفاده از سیستم‌های گرمائی تحقیقات بین‌المللی در حال انجام است.

● تاریخچه

موفقیت شکافت هسته‌ای ابتدا عملاً و بطور آزمایشی در سال ۱۹۳۴ توسط انریکو فرمی Enrico Fermi وقتی همراه با گروه کارکنان خود اورانیوم را با نوترون (neutrons) بمباران می‌کردند حاصل شد. در سال ۱۹۳۸، اتو‌هان Otto Hahn و فریتز ستراسمن Fritz Strassmann شیمی‌دان‌‌های آلمانی همراه با فیزیک‌دان‌های اتریشی به نام‌های Lise Meitner و Otto Robert Frisch درمورد بقایای اورانیوم بمباران شده توسط نوترون آزمایش‌هائی به عمل آوردند. آنها تصمیم گرفتند هسته اتمهای اورانیوم را به دو بخش مساوی تقسیم کنند که نتیجه آن تعجب‌آور بود. تعداد زیادی از دانشمندان از جمله Leo Szilard که یکی از اولین افرادی بود که متوجه شد در صورتی که واکنش‌های شکافت اتم باعث آزادکردن نوترون‌های اضافی شود یک سری واکنش‌های هسته‌ای اتفاق می‌افتد. این اتفاق دانشمندان را در بسیاری از کشورها از جمله آمریکا، انگلستان، فرانسه، آلمان و شوروی برای حمایت از تحقیقات شکافت هسته‌ای تشویق کرد و آنها از دولت خود تقاضای حمایت در این زمینه کردند.

در ایالات متحده جائی که افرادی مانند Fermi و Szilard از آن جا مهاجرت کرده بودند اولین رآکتور در سال ۱۹۴۲ توسط انسان ساخته و به شیکاگو پایل-۱ (Chicago Pile-۱) مشهور شد. این کار بخشی از پروژه منهتن (Manhattan Project) شد که در آن به منظور تولید پلوتونیوم (Plutonium) برای استفاده در اولین سلاح های هسته‌ای راکتورهای بزرگ در هن فورد Hanford واشینگتن ساخته شد.

پس از جنگ جهانی دوم، ترس از اینکه تحقیقات رآکتور باعث گسترش سریع سلاح‌های هسته‌ای و فن آوری هسته‌ای شود شرایطی را به وجود آورد که باعث شد تحقیقات مربوط به رآکتور طبقه‌بندی شود و تحت کنترل شدید دولت قرار گیرد. به علاوه تحقیقات درمورد رآکتورها اغلب در زمینه نظامی متمرکز شد.

نیروی برق برای اولین بار توسط رآکتور هسته‌ای در ۲۰ دسامبر ۱۹۵۱ در ایستگاه آزمایشی

EBR-۱ در مجاورت Idaho و Arco با ظرفیت حدود ۱۰۰ کیلووات تولید شد.

در سال ۱۹۵۲ برای پرزیدنت هری ترومن سی‌وسومین رئیس جمهور آمریکا گزارشی توسط کمیسیون

Materials Policy Commission) s’President The) Paley تهیه شد. در این گزارش برق هسته‌ای با بدبینی برآورد و تحقیق در زمینه انرژی خورشیدی پیشنهاد شد. پرزیدنت آیزن‌ هاور President Dwight Eisenhower سی‌وچهارمین رئیس جمهور آمریکا در نطق خود تحت عنوان ”اتم برای صلح“ در دسامبر ۱۹۵۳ درمورد کنترل مفید اتم تاکید کرد و آمریکا را در مسیر حمایت جدی دولت از استفاده بین‌المللی از نیروی هسته‌ای قرار داد.

● سال‌های اولیه

در سال ۱۹۵۴ Lewis Strauss رئیس کمیسیون انرژی اتمی ایالات متحده (پیشگام کمیسیون هسته‌ای و سازمان انرژی ایالات متحده آمریکا) آن زمان درمورد تولید برق بسیار ارزان‌قیمت در آینده صحبت کرد.

وی احتمالاً بجای شکافت اورانیوم به گداخت هیدروژن اشاره کرده بود.

در واقع توافق عمومی دولت و مردم در آن زمان این بود که نیروی برق حاصل از شکافت هسته‌ای سرانجام در مقایسه با منابع تولید برق سنتی مقرون به صرفه و رقابت‌آمیز خواهد بود.

در ۲۷ ژوئن ۱۹۵۴ نیروگاه هسته‌ای Obninsk اتحاد جماهیر شوروی سابق اولین نیروگاه هسته‌ای جهان بود که برای شبکه برق ۵ مگاواتی نیروی برق تولید کرد.

در سال ۱۹۵۵ اولین کنفرانس ژنو در سازمان ملل متحد و سپس بزرگترین گردهم‌آئی دانشمندان و مهندسین جهان به تحقیق و بررسی درمورد این فن‌آوری پرداختند. در سال ۱۹۵۷، به موازات جامعه اقتصادی اروپا (اکنون اتحادیه اروپا گفته می‌شود) سازمان EURATOM راه‌‌اندازی شد. در همان سال آژانس بین‌المللی انرژی اتمی (IAEA) international Atomic Energy Agency تأسیس شد.

اولین نیروگاه هسته‌ای تجاری جهان به نام Calder Hall در سلافیلد (Sellafield) انگلستان با ظرفیت اولیه ۵۰ مگاوات (بعداً ۲۰۰ مگاوات) در سال ۱۹۵۶ افتتاح شد. اولین ژنراتور هسته‌ای تجاری که در آمریکا به بهره‌برداری رسید رآکتور Shippingport (در پنسیلوانیا دسامبر ۱۹۵۷) بود.

یکی از اولین سازمان‌هائی که برای زیردریائی‌ها و ناو‌های هواپیمابر نیروی هسته‌ای را توسعه داد نیروی دریائی آمریکا بود. نیروی دریائی آمریکا از هر سازمان دیگر رآکتورهای هسته‌ای بیشتری را راه‌اندازی کرده است. اولین زیردریائی با نیروی هسته‌ای بنام Uss Nautilus (ssn-۵۷۱) در دسامبر سال ۱۹۵۴ به دریا انداخته شد. دو زیردریائی به نام‌های Thresher و Ussscorpion درون دریا ناپدید شدند.

انریکو فرمی (Enrico Fermi) و لئوسزیلارد (Leo Szilard) در سال ۱۹۵۵ حق انحصاری بهره‌برداری شماره ۲۷۰۸۶۵۶ مربوط رآکتور اتمی آمریکا را که در زمان پروژه منهتن (Manhattan) انجام داده بودند با تاخیر دریافت کردند و بطور مشترک در این امتیاز سهیم شدند.

● توسعه

ظرفیت نصب تولید برق اتمی با سرعت نسبتاً زیاد از کمتر از یک گیگاوات (هزار مگاوات) در سال ۱۹۶۰ به ۱۰۰ گیگاوات (یکصد هزار مگاوات) در اواخر دهه ۱۹۷۰ و ۳۰۰ گیگاوات (۳۰۰ هزار مگاوات) در اواخر دهه ۱۹۸۰ افزایش یافت. از اواخر دهه ۱۹۸۰ به بعد این ظرفیت به کندی افزایش یافت و در سال ۲۰۰۵ به ۳۶۶ گیگاوات (۳۶۶۰۰۰ مگاوات) افزایش یافت.

بین سال‌های ۱۹۷۰ و ۱۹۹۰ بیش از ۵۰ گیگاوات ظرفیت نصب تولید برق در دست ساخت بوده است. در سال ۲۰۰۵ حدود ۲۵ گیگاوات ظرفیت نصب جدید برنامه‌ریزی شد. بیش از دوسوم کلیه نیروگاههای اتمی که بعد از ژانویه ۱۹۷۰ قرار بود ساخته شوند سرانجام قرارداد آنها فسخ شد.

در طول مدت دهه‌های ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ کاهش قیمت سوخت‌های فسیلی باعث شد نیروگاههای اتمی در دست ساخت جذابیت خود را تا حدی از دست بدهند.

در سال ۱۹۷۳ بحران نفت در کشورهائی مانند فرانسه و ژاپن که برای تولید برق به نفت بسیار متکی شده بودند تاثیر فوق‌العاده‌ای داشت. دو کشور فرانسه و ژاپن به ترتیب ۳۹ و ۷۳ درصد از تولید برق خود را از طریق نفت تامین می‌کردند.

دو کشور مذکور تصمیم گرفتند در زمینه تولید برق اتمی سرمایه‌گذاری کنند. امروزه نیروی برق اتمی به ترتیب حدود ۸۰ درصد و ۳۰ درصد برق در دو کشور فرانسه و ژاپن را تأمین می‌کنند. یک حرکت کلی مخالف با برق اتمی در اواخر قرن بیستم براساس ترس از حادثه احتمالی از برق اتمی، ترس از تشعشات خطرناک، انتشارات هسته‌ای و مخالفت با تولید ضایعات اتمی، حمل و نقل و ذخیره نهائی شروع شد. حادثه سال ۱۹۷۹ در تری مایل ایلند (Three Mile Island) و فاجعه سال ۱۹۸۶ در چرنوبیل در متوقف کردن ساخت نیروگاههای هسته‌ای در بسیاری از کشورها نقش قابل توجهی ایفا کردند. اگرچه موسسه بروکینگز اعلام کرد به دلیل اقتصادی در آمریکا برای ساخت نیروگاههای هسته‌ای سفارشی داده نشده است.

برخلاف حادثه تری مایل ایلند، حادثه بسیار سخت‌تر چرنوبیل منجر به تعیین مقررات محدودکننده درمورد راکتورهای غربی نشد چون راکتورهای چرنوبیل دارای مشکل بودند و آنها فقط در اتحادیه شوروی مورد استفاده قرار گرفتند. یک سازمان بین‌المللی برای آگاه کردن کارکنان تأسیسات اتمی تحت عنوان سازمان جهانی کارکنان اتمی WANO تأسیس شد.

مخالفت در کشورهای ایرلند، نیوزلند و لهستان باعث جلوگیری از برنامه‌های اتمی در این کشورها شد، در حالیکه اطریش (۱۹۷۸)، سوئد (در سال ۱۹۸۰) و ایتالیا (در سال ۱۹۸۷) که تحت تاثیر حادثه چرنوبیل قرار گرفته بودند در رفراندوم‌ها به ساخت نیروگاههای اتمی رأی مخالف دادند.

● آینده این صنعت

واتزبار Watts Bar که در ۷ فوریه ۱۹۹۶ به بهره‌برداری رسید آخرین رآکتور اتمی تجاری آمریکا بود که قرار بود وارد مدار شود. گفته می‌شود این رآکتور دلیل موفقیت مبارزه جهانی برای خارج کردن برق اتمی از شبکه برق است. بهرحال مقاومت سیاسی در مقابل برق هسته‌ای فقط در نیوزلند و بخش‌هائی از اروپا و فیلیپین موفق بود. حتی در آمریکا و سراسر اروپا سرمایه‌گذاری در مطالعه و سیکل سوخت اتمی ادامه داشته و بعضی از کارشناسان کمبود برق، افزایش قیمت سوخت فسیلی، گرم شدن کره زمین و آلودگی هوا پیش‌بینی می‌کنند فن‌آوری جدیدی را برای سیستم‌های امن پیشنهاد می‌کنند و سازمان انرژی ملی برای ساخت نیروگاههای اتمی تقاضای خود را تجدید خواهند کرد.

تعداد زیادی از کشورهای فعال در زمینه توسعه نیروگاههای اتمی از جمله ژاپن،‌ چین و هندوستان فعالانه مشغول توسعه فن‌آوری سریع و حرارتی هستند، کره جنوبی و ایالات متحده آمریکا فقط در زمینه فن‌آوری حرارتی فعالیت می‌کنند و آفریقای جنوبی و چین سرگرم توسعه انواع رآکتورهای Pebble Bed Modular Reactor (PBMR) هستند. کشورهای فنلاند، فرانسه و رومانی برنامه‌های اتمی را به سرعت دنبال می‌کنند (سه کشور به تنهائی در اروپا مشغول این کار هستند.)

فنلاند راکتور تحت فشار اروپائی جدیدی را در دست ساخت دارد که توسط شرکت اریوا (Areva) ساخته خواهد شد،‌و هم اکنون دو سال از برنامه زمانی ساخت آن عقب است. ژاپن برنامه ساخت نیروگاههای هسته‌ای فعال دارد که تعدادی از آنها را در سال ۲۰۰۵ وارد مدار کرد. در آمریکا طبق برنامه ۲۰۱۰ نیروگاه هسته‌ای،

سه کنسرسیوم در سال ۲۰۰۴ به تقاضای سازمان انرژی آمریکا پاسخ دادند و برای ساخت شش دستگاه رآکتور جدید از طریق واگذاری وام طبق مجوز سال ۲۰۰۵ اقدام کردند و به سازمان انرژی آمریکا اجازه داده شد برای تولید برق و هیدروژن براساس فن‌آوری راکتور حرارت زیاد تحت عنوان (Generation IV Very-High- Temperature Reactor) یک راکتور بسازد. در اوائل قرن بیست و یکم، برق هسته‌ای برای تأمین رشد اقتصادی سریع کشورهای چین و هندوستان بسیار حیاتی و مفید است. در سیاست انرژی انگلستان، مسئولین این کشور به این واقعیت پی برده‌اند که این کشور در آینده با مشکل کمبود انرژی مواجه می‌شود که ممکن است مجبور شود این کمبود را با ساخت نیروگاه اتمی جدید یا نگهداری نیروگاههای موجود بیش از عمر مفید برنامه‌ریزی شده آنها جبران کند.

در ۲۰ دسامبر ۲۰۰۲ هیئت وزیران بلغارستان برای شروع مجدد ساخت نیروگاه اتمی بیلین (Belen) رأی مثبت دادند. پی‌ریزی نیروگاه مذکور در سال ۱۹۸۷ اجرا شد. بهرحال ساخت این نیروگاه در سال ۱۹۹۰ در حالیکه اولین راکتور آن ۴۰ درصد آماده شده بود متوقف شد. به نظر می‌رسد که اولین راکتور این نیروگاه در سال ۲۰۱۳ و دومین راکتور آن در سال ۲۰۱۴ وارد مدار شود.

در ۲۲ سپتامبر ۲۰۰۵ اعلام شد که دو محل در آمریکا برای راکتورهای جدید برق انتخاب شده است (منحصراً برای راکتور نیروی برق برنامه‌ریزی شده INL).

در اگوست ۲۰۰۷، موافقت شد TVA ساخت راکتور وات بار ۲ Watts Bar۲ را مجدداً شروع کند. این راکتور قرار است در سال ۲۰۱۳ تکمیل و وارد مدار شود.

در اکتبر ۲۰۰۷ دو نیروگاه جدید قرار شد در تگزاس ساخته شود. این دو نیروگاه بایستی تا سال ۲۰۱۴ وارد مدار شود. روسیه ساخت نیروگاههای اتمی شناور را شروع کرده است. کشتی ۱۰۰ میلیون پوندی Lomonosov قرار است در سال ۲۰۱۰ تکمیل شود. مسکو اعلام می‌کند که این نیروگاه اولین نیروگاه از هفت نیروگاهی است که منابع انرژی را به مناطق دوردست روسیه انتقال می‌دهند. این کشتی حامل نیروگاه اتمی علاوه بر تأمین بخش کوچکی از برق تأسیسات زمینی روسیه می‌تواند برق یک شهر دویست هزار نفری یا برق یک دستگاه آب شیرین‌کن را تأمین کند. سازمان اتمی روسیه اعلام کرد که حداقل ۱۲ کشور به خرید نیروگاههای اتمی شناور از خود تمایل نشان داده‌اند.

● فن‌آوری راکتور اتمی

کلیه نیروگاههای حرارتی سنتی برای تولید حرارت منبع سوخت دارند. نمونه‌های منابع سوخت گاز،‌ زغال سنگ و نفت است. در نیروگاه اتمی این حرارت در نتیجه شکافت هسته‌ای درون راکتور اتمی تأمین می‌شود. وقتی که یک هسته اتمی نسبتاً بزرگ به وسیله نوترون شکسته می‌شود تعدادی از هسته‌های بسیار کوچکتری تولید و در فرایندی به نام شکافت اتمی انرژی و نوترون آزاد می‌شود. سپس نوترون‌ها شکافت‌های اتمی بیشتری را باعث می‌شوند.

وقتی که این رشته عکس‌العمل هسته‌ای کنترل می‌شود،‌ انرژی آزاد شده را می‌توان برای گرم کردن آب و تولید بخار آب و به حرکت درآوردن توربین تولید برق مورد استفاده قرار داد. در حالیکه یک نیروگاه اتمی از یک نوع سوخت یعنی اورانیوم- ۲۳۵ تا پلوتونیوم ۲۳۹ استفاده می‌کند،‌ یک ماده منفجره هسته‌ای شامل عکس‌العمل زنجیره‌ای کنترل نشده‌ای است و میزان شکافت اتمی در یک رآکتور قادر نیست به سطح کافی برسد تا بتواند موجب انفجار اتمی شود چون درجه سوخت هسته‌ای رآکتور تجاری به میزان کافی غنی نمی‌شود.

اورانیومی که به طور طبیعی یافت می‌شود کمتر از ۱ درصد اورانیوم U-۲۳۵ دارد بقیه آن اورانیوم U-۲۳۸ است. اغلب سوخت رآکتورها فقط تا ۴ یا ۳ درصد غنی شده‌اند. بعضی از رآکتورها برای استفاده از اورانیوم طبیعی طراحی می‌شوند و برخی دیگر برای بکاربردن اورانیوم غنی شده طراحی می‌شوند. رآکتورهای زیردریائی‌های اتمی و کشتی‌های نیروی دریائی هسته‌ای مانند ناوهای هواپیمابر معمولاً از اورانیوم بسیار غنی شده استفاده می‌کنند.

اگرچه اورانیوم بسیار غنی گرانقیمت‌تر است ولی باعث کاهش دفعات سوخت‌گیری می‌شود این عامل در کشتی‌های نظامی بسیار مفید است. رآکتورهای CANDU می‌توانند از اورانیوم غنی شده استفاده کنند چون آنها از آب سنگین به عنوان مهارگر و خنک‌کننده‌ای استفاده می‌کنند که مانند آب سبک نوترون‌ها را جذب نمی‌کند.

واکنش زنجیره‌ای از طریق استفاده از موادی که نوترون‌ها را جذب و مهار می‌کنند کنترل می‌شود. در رآکتورهای اتمی با سوخت اورانیوم، نوترون‌ها بایستی مهار شوند (کند شوند) چون نوترون‌های کند هنگام برخورد با هسته اتمی اورانیوم ۲۳۵ بیشتر باعث شکافت اتمی می‌شوند. در رآکتورهای اتمی آب سبک، برای مهارکردن و خنک کردن رآکتورها از آب معمولی استفاده می‌شود. در صورتی که درجه حرارت آب افزایش یابد غلظت یا تراکم آن کاهش یافته و نوترون‌های کمتری از طریق آن (رآکتور) عبور می‌کند و از سرعت آنها به اندازه کافی کاسته شده و باعث واکنش بیشتری می‌شوند.

تعدادی از سایر طراحی‌های تولید برق اتمی، راکتورهای اتمی تولید برق Generation IV هم‌اکنون در حال بررسی و تحقیق است و در آینده ممکن است برای تولید برق مورد استفاده قرار گیرند. تعدادی از طراحی‌های رآکتورهای اتمی پیشرفته شامل ساخت رآکتورهای شکافت اتمی بسیار تمیزتر، امن‌تر و یا کمتر در معرض خطر گسترش سلاح‌های هسته‌ای هستند.

● امنیت یا ایمنی

مطلب ایمنی اتمی موارد زیر را پوشش می‌دهد:

▪ تحقیق و آزمایش حوادث و یا اتفاقات احتمالی در نیروگاههای هسته‌ای

▪ برای جلوگیری از پیامدهای جدی از حوادث و اتفاقات ناجور چه تجهیزات و عملیاتی طراحی می‌شوند.

▪ محاسبه احتمالات وجود دستگاهها یا عملیاتی که دچار نقص و اشکال شده و پیامدها و عواقب جدی به دنبال خواهد داشت.

▪ ارزشیابی تعیین زمان و حدود بدترین شرایط ممکن پیامدهای جدی

▪ اقداماتی که برای حمایت و حفاظت مردم در زمان انتشار تشعشعات اتمی به عمل می‌آید.

▪ آموزش و تمریناتی که برای آمادگی در مقابل حوادث احتمالی اجرا می‌شوند.

تعداد زیادی از موضوعات ایمنی برای بهره‌برداری از نیروگاههای هسته‌ای به دستورالعمل‌های ایمنی اضافه شده است و در آمریکا NRC مسئولیت ایمنی اتمی را به عهده دارد.

● شرایط اقتصادی

این امر موضوع بحث‌انگیزی است، چون سرمایه‌گزاری‌های چندین میلیارد دلاری به انتخاب منبع انرژی ارتباط دارد.

● اثرات زیست محیطی

اثرات اولیه زیست محیطی تولید برق اتمی خسارت‌های ناشی از استخراج معادن اورانیوم، رادیوآکتیو و تلفات حرارت است. مانند منابع تجدیدپذیر، در اکثر مطالعات مربوط به فرآیند نیروی برق اتمی، ثابت شده است که مقدار انتشار کربن غیرمستقیم فسیلی است. تولید برق از طریق نیروگاههای هسته‌ای مستقیماً دی‌اکسید گوگرد، دی‌اکسید ازت، جیوه یا سایر مواد آلوده‌کننده مربوط به احتراق سوخت‌های فسیلی را تولید نمی‌کند.

سایر موضوعات مهم شامل تخلیه زباله‌های اتمی است که پیشنهاد می‌شود در مخازن عمیق زمین دفن شود.

● چرخه یا فرآیند نیروی برق اتمی

رآکتور اتمی فقط بخشی از چرخه (فرآیند) نیروی برق اتمی است. این فرایند با استخراج سنگ معدن شروع می‌شود. به طور کلی سنگ معدن اورانیوم از معدن استخراج می‌شود و معمولاً به صورت فشرده و ثابت مانند کیک زرد تبدیل می‌شود و سپس برای عمل‌آوردن آن به تأسیسات ذیربط حمل می‌شود. در آنجا این کیک زرد اورانیوم هگزافلوراید (فلوراید با شش اتم فلورین) تبدیل و سپس با تکنیک‌های مختلف غنی می‌شود. در این شرایط اورانیوم غنی شده بیشتر از اورانیوم طبیعی یعنی ۷/۰ درصد (۰.۷% U-۲۳۵) اورانیوم دارد. اورانیوم غنی شده (درون لوله‌های با دیواره نازک حاوی سوخت اتمی) با مشخصات ویژه برای رآکتور مخصوص مورد استفاده قرار می‌گیرد. لوله‌های حاوی سوخت اتمی حدود ۳ سال درون رآکتور قرار می‌گیرند تا زمانی که حدود ۳ درصد اورانیوم آنها شکافته (شکسته) شود. سپس آنها را به حوضچه سوخت انتقال می‌دهند. این سوخت پس از گذشت ۵ سال (برای عمل آوردن آن) به اندازه کافی سرد شده و می‌توان آنرا به بشکه‌های ذخیره انتقال داد.

● چرخه سوخت اتمی

چرخه سوخت اتمی از استخراج اورانیوم از معدن شروع می‌شود و سپس غنی شده و به صورت سوخت هسته‌ای تولید می‌شود. سوخت هسته‌ای به نیروگاه اتمی تحویل داده خواهد شد. سوخت مصرف شده پس از استفاده در نیروگاه برای عمل آوردن مجدد تحویل داده و یا نهایتاً ذخیره خواهد شد. در هنگام عمل آوردن ۹۵ درصد سوخت مصرف شده بازیافت و برای مصرف مجدد برای نیروگاه ارسال می‌شود.

● منابع سوخت اتمی

اورانیوم عنصری است که به مقدار نسبتاً فراوان در پوسته کره زمین وجود دارد. این عنصر تقریباً مانند وژرمانیوم و حدود ۳۵ برابر نقره در طبیعت وجود دارد. اورانیوم یکی از اجزاء تشکیل دهنده اغلب سنگ‌ها، و در خاک و اقیانوس‌ها موجود است.

با مصرف فعلی، منابع اورانیوم محاسبه شده در جهان که از نظر اقتصادی برداشت آن‌ها با قیمت کیلوئی ۱۳۰ دلار مقرون به صرفه است برای مدت ۷۰ سال کافی خواهد بود. براساس مقایسه با سایر مواد معدنی فلزی دو برابر قیمت زمان فعلی آنرا می‌توان انتظار داشت.

چون با رآکتورهای آب سبک کنونی که از اورانیوم ۲۳۵ (۷/۰ درصد کلیه اورانیوم طبیعی) استفاده می‌کنند مخالفت می‌شود، رآکتورهای زاینده سریع از اورانیوم ۲۳۸ (۳/۹۹ درصد کلیه اورانیوم طبیعی) استفاده می‌کنند.

طبق برآوردهای انجام شده تا پنج میلیارد سال می‌توان از اورانیوم ۲۳۸ در نیروگاههای اتمی استفاده کرد. در چندین رآکتور اتمی از فن‌آوری راکتور زاینده (بارور) استفاده شده است ولی هزینه عمل آوردن سوخت بیش از ۲۰۰ دلار آمریکا برای هر کیلوگرم خواهد بود. تنها راکتور زاینده‌ای که برای تولید برق استفاده می‌شود رآکتور BN-۶۰۰ در نیروگاه اتمی Beloyarsk روسیه است. ظرفیت خروجی برق تولیدی این راکتور

(BN-۶۰۰) ۶۰۰ مگاوات است. برای ساخت یک واحد دیگر BN-۸۰۰ در نیروگاه اتمی Beloyarsk روسیه برنامه‌ریزی کرده است. همچنین رآکتور Moju ژاپن که از سال ۱۹۹۵ تعطیل شده بود قرار است برای شروع مجدد به کار برنامه‌ریزی شود و کشورهای چین و هندوستان قصد دارند رآکتورهای زاینده تهیه و نصب کنند.

روش دیگر، استفاده از اورانیوم ۲۳۳ تولید شده از توریوم thorium به صورت سوخت شکافت اتمی در فرآیند سوخت توریوم است. توریوم حدود ۵/۳ برابر بیشتر از عنصر اورانیوم در پوسته زمین وجود دارد و خصوصیات جغرافیائی آن متفاوت است. این شرایط مبنای منبع قابل شکافت اتمی را تا ۴۵۰ درصد افزایش می‌دهد.

● اورانیوم تخلیه شده (کاهش یافته)

غنی‌سازی اورانیوم مقدار زیادی اورانیوم تخلیه شده (DU) تولید می‌کند که دارای اورانیوم U-۲۳۸ با اغلب ایزوتوپ‌های U-۲۳۵ (که به راحتی شکسته می‌شوند) است. اورانیوم U-۲۳۸ فلز خشنی است که برای چندین منظور در تجارت مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مثلاً در صنایع تولید هواپیما، ساخت سپر محافظت از تشعشعات و ساخت گلوله و زره یا پوشش زرهی برای خودرو، هواپیما و کشتی از این عنصر استفاده می‌کنند، چون جرم مخصوص آن بیشتر از سرب است. در مورد اینکه U-۲۳۸ ممکن است برای افرادی که بیشتر در معرض این ماده قرار می‌گیرند مانند افراد نظامی که از تانک استفاده می‌کنند و افراد غیرنظامی ساکن در مناطقی که مقادیر قابل توجهی مهمات نظامی ساخته شده از DU (در آنجا قرارداد) نگرانی‌هائی وجود دارد. ذخیره و تخلیه امن زباله‌های اتمی چالش‌ مهمی است.

مهمترین زباله نیروگاههای هسته‌ای سوخت مصرف شده آنها است. یک رآکتور اتمی بزرگ حدود ۳ متر مکعب (۲۵ تا ۳۰ تن) در سال زباله اتمی (سوخت مصرف شده) تولید می‌کند. این پس‌ماند سوخت به طور کلی شامل اورانیوم تبدیل نشده و مقدار قابل توجهی از عناصر مربوط به اورانیوم (بیشتر از همه پلوتونیوم و کریوم) است. به علاوه حدود ۳ درصد سوخت مصرف شده نیروگاهها از مواد حاصل از شکافت هسته‌ای تشکیل شده است. عناصر مذکور یعنی اورانیوم، پلوتونیوم و کریوم بخش عمده مواد رادیواکتیویته درازمدت (با عمر طولانی) را تشکیل می‌دهند بنابراین ۳ درصد مواد حاصل از شکافت هسته‌ای مذکور بخش عمده مواد رادیواکتیویته کوتاه مدت را شامل می‌شود.

مواد حاصل از سوخت اتمی نیروگاهها که برای تولید برق مصرف شده است به مقدار زیاد مواد رادیوآکتیو دارند جابجا کردن و برخورد با آنها به مراقبت زیاد و دوراندیشی نیاز دارد. بهرحال گذشت زمان باعث کاهش خاصیت رادیواکتیویته سوخت اتمی مصرف شده می‌شود. پس از گذشت ۴۰ سال، ۹/۹۹ درصد مواد رادیوآکتیو این مواد دگرگون شده اگرچه این مواد هنوز خطرناک هستند.

لوله‌های حامل سوخت اتمی که در نیروگاه مصرف شده‌اند در حوضچه‌های حفاظ ‌دار ذخیره می‌شوند (استخرهای مخصوص سوخت مصرفی) که معمولاً در محل نیروگاه احداث شده‌اند. آب حوضچه‌ها باعث سردکردن مواد و کنترل و محافظت در مقابل انتشار تشعشعات مواد رادیوآکتیو می‌شود. پس از گذشت چندین دهه سوخت خنک‌تر و با رادیوآکتیو به تأسیسات ذخیره خشک یا بشکه‌های ذخیره خشک انتقال داده می‌شود.

در این شرایط سوخت مذکور در ظروف فولادی و بتنی ذخیره شده تا زمانی که مواد رادیوآکتیو آن به اندازه کافی کاهش یافته برای سایر مراحل از ایمنی کافی برخوردار شود. این مرحله سال‌ها یا چندین دهه ادامه خواهد داشت و این مدت به نوع سوخت ارتباط دارد. در حالیکه روش‌های تخلیه دائم مناسب تحت بررسی است آمریکا این نوع پسماندهای اتمی را در مکان‌های ذخیره موقت نگهداری می‌کند که به مراقبت و نظارت نیاز دارد.

در سال ۲۰۰۳، آمریکا حدود ۴۹۰۰۰ تن متریک سوخت اتمی مصرف شده توسط رآکتورهای هسته‌ای خود را انباشته کرده است. ذخیره زیرزمینی این مواد درون کوه Yucca در آمریکا به صورت ذخیره دائم پیشنهاد شده است.

طبق استانداردهای سازمان حمایت از محیط زیست آمریکا، پس از گذشت ۱۰ هزار سال، سوخت اتمی مصرفی برای سلامتی و ایمنی مردم خطرناک نخواهد بود.

مقدار زباله اتمی را می‌توان با چند روش (مخصوصاً از طریق فرآوری) کاهش داد. زباله باقیمانده حداقل برای مدت ۳۰۰ سال دارای رادیوآکتیو خواهد بود حتی در صورتیکه عناصر حامل اورانیوم از آن جدا شده باشد و در صورتی که مقدار کمی از این عناصر همراه با زباله باقیمانده باشد تا هزاران سال مواد رادیوآکتیو در آن وجود خواهد داشت. حتی پس از جداکردن کلیه عناصر اتمی و استفاده از رآکتورهای زاینده برای تخریب (توسط استحاله) بعضی از عناصر دیگر، زباله مذکور بایستی برای یک تا چند صد سال از محیط زیست جدا شود، و بنابراین این موضوع به عنوان مسئله درازمدت طبقه‌بندی می‌شود. رآکتورهای فروبحرانی یا رآکتورهای ترکیبی (اتمی) نیز می‌توانند زمان ذخیره زباله اتمی را کاهش دهند. طبق بررسی‌های به عمل آمده بهترین راه‌حل برای رفع مشکل زباله‌های اتمی، نگهداری و ذخیره‌ آن‌ها به طور موقت در سطح زمین است. چون فن‌آوری با سرعت در حال پیشرفت و تغییر است. زباله‌های اتمی فعلی ممکن است در آینده منبع بسیار باارزشی باشد.

صنعت اتمی مقداری زباله با رادیوآکتیو کم به شکل اشیا و لوازم آلوده از قبیل لباس، ابزارهای دستی، رزین‌های مخصوص تصفیه آب تولید می‌کند. در آمریکا کمیسیون تنظیمی اتمی Nuclear Regulatory Commission به کرات سعی کرده است اجازه دهد موادی که آلودگی ناچیز دارند مانند زباله‌های عادی جابجا، یا در خاک دفن شوند و یا به صورت لوازم مصرفی و غیره بازیافت شوند. اغلب زباله‌هائی که آلودگی بسیار کم دارند به مقدار بسیار ناچیز رادیواکتیویته از خود آزاد می‌کنند و به دلایل تاریخی به آنها زباله رادیوآکتیو گفته می‌شود. مثلاً طبق استاندارد کمیسیون تنظیمی اتمی (NRC)، انرژی تابشی آزاد شده توسط قهوه برای عمل آوردن آن به صورت زباله با آلودگی کم کافی است. در آمریکا که زباله‌های اتمی را فرآوری نمی‌کنند هم اکنون بیش از

۸۰ هزار تن زباله با رادیوآکتیو زیاد در داخل حوضچه‌های خنک کننده در مجاورت نیروگاههای هسته‌ای آمریکا (۱۰۳ US) وجود دارد که برای یافتن محل ذخیره در انتظار حمل و نقل است. این مواد خطرناک که از

۳۹ ایالت از طریق جاده و راه‌آهن عبور می‌کند برای تروریست‌ها هدف جذابی خواهد بود. حتی با مراقبت از آنها ثابت شده است که این مواد مسئله‌ساز خواهد بود. در واقع مردم وحشت دارند مبادا افراد تروریست به مقداری از آن دسترسی پیدا کنند و از آن بمب اتمی بسازند.

کشور فرانسه پرتراکم‌ترین کشور از نظر جمعیت است. طبق گزارش منتشر شده در برنامه ۶۰ Minutes

(۶۰ دقیقه‌ای) نیروگاههای اتمی باعث شده است فرانسه بین کشورهای صنعتی از تمیزترین هوا و ارزان‌ترین برق در اروپا برخوردار باشد. فرانسه زباله‌های اتمی خود را بازیافت می‌کند تا از این طریق بتواند حجم توده‌های زباله‌های اتمی را کاهش دهد و انرژی بیشتری تولید کند. بهرحال به دنبال گزارش فوق‌الذکر آمده است مندیل (Mandil) یکی از دانشمندان در این مورد اعلام کرد: ”امروزه ما انبارهای ذخیره زباله خود را پر می‌کنیم چون اکنون دانشمندان اطلاع ندارند چگونه مواد خطرناک را کاهش دهند و یا منهدم کنند ولی شاید در طول ۱۰۰ سال آینده به این روش دسترسی پیدا کنند. زباله اتمی یک مسئله بزرگ و مشکل سیاسی است که تاکنون هیچ کشوری آنرا حل نکرده است. انهدام زباله اتمی نقطه ضعف صنعت هسته‌ای است. در صورتی که فرانسه نتواند این مسئله را حل کند نمی‌دانم چگونه ما می‌توانیم برنامه هسته‌ای خود را ادامه دهیم.

در کشورهائی که نیروگاه اتمی دارند زباله‌های رادیوآکتیو شامل کمتر از یک درصد مجموع مواد سمی زباله‌های صنعتی است که برای مدت نامحدود خطرناک باقی می‌ماند مگر اینکه این مواد متلاشی شود و یا به صورتی تصفیه شود تا کمتر سمی باشد و یا به طور کامل سم آن از بین برود.

بطور کلی نیروگاههای اتمی کمتر از نیروگاههای فسیلی مواد زائد تولید می‌کنند. نیروگاههای ذغال سنگ به دلیل اینکه مقدار زیادی مواد سمی تولید می‌کنند مشهور هستند و این نیروگاهها به دلیل متمرکزکردن مواد رادیوآکتیو حاصل از ذغال‌سنگ خاکستر رادیوآکتیو مختصری نیز تولید می‌کنند. برخلاف عقیده اغلب مردم تولید برق از طریق ذغال‌سنگ باعث تولید زباله‌های رادیوآکتیو در محیط زیست شده که مقدار آن از رادیوآکتیو تولید شده در اثر نیروگاههای اتمی بیشتر خواهد بود. تأثیر تشعشعات نیروگاههای ذغال‌سنگی در مردم ۱۰۰ برابر بیشتر از تشعشعات نیروگاههای اتمی است.

---