نیروگاه های تولیدكننده برق

از اواخر قرن نوزدهم بشر برای تولید الكتریسیته از نیروگاه های حرارتی استفاده می كند در این نیروگاه ها ابتدا زغال سنگ مصرف می شد و بعدها فرآورده های سنگین نفتی مورد استفاده قرار گرفت

۱- نیروگاه حرارتی: از اواخر قرن نوزدهم بشر برای تولید الكتریسیته از نیروگاه های حرارتی استفاده می كند. در این نیروگاه ها ابتدا زغال سنگ مصرف می شد و بعدها فرآورده های سنگین نفتی مورد استفاده قرار گرفت. اساس كار این نیروگاه ها بر گرم كردن آب تا حالت بخار است و سپس بخارهای تولید شده توربین های تولیدكننده الكتریسیته را به حركت در می آورند. عیب این نوع نیروگاه ها تولید گاز كربنیك فراوان و اكسیدهای ازت و گوگرد و غیره است كه در جو زمین رها شده و محیط زیست را آلوده می كنند. دانشمندان بر این باورند كه در اثر افزایش این گازها در جو زمین اثر گلخانه ای به وجود آمده و دمای كره زمین در حال افزایش است. در كنفرانس های متعددی كه درباره همین افزایش گازها و به ویژه گرم شدن كره زمین در نقاط مختلف جهان برگزار شد (لندن، ریو دوژانیرو و همین سال گذشته در كیوتو) غالب كشورهای جهان جز ایالات متحده آمریكا موافق با كم كردن تولید این گازها بر روی كره زمین بودند و تاكنون تنها به علت مخالفت آمریكا موافقتی جهانی حاصل نشده است.

۲- نیروگاه های آبی: در مناطقی از جهان كه رودخانه های پر آب دارند به كمك سد آب ها را در پس ارتفاعی محدود كرده و از ریزش آب بر روی پره های توربین انرژی الكتریكی تولید می كنند. كشورهای شمال اروپا قسمت اعظم الكتریسیته خود را از آبشارها و یا سدهایی كه ایجاد كرده اند به دست می آورند. در كشور فرانسه حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد الكتریسیته را از همین سدهای آبی به دست می آورند. متاسفانه در كشور ما چون كوه ها لخت (بدون درخت) هستند غالب سدهای ساخته شده بر روی رودخانه ها در اثر ریزش كوه ها پر شده و بعد از مدتی غیر قابل استفاده می شوند.

۳- نیروگاه های اتمی: در دهه اول و دوم قرن بیستم نظریه های نسبیت اینشتین امكان تبدیل جرم به انرژی را به بشر آموخت (فرمول مشهور اینشتین mc۲=E). متاسفانه اولین كاربرد این نظریه منجر به تولید بمب های اتمی در سال ۱۹۴۵ توسط آمریكا شد كه شهرهای هیروشیما و ناكازاكی در ژاپن را به تلی از خاك تبدیل كردند و چند صد هزار نفر افراد عادی را كشتند و تا سال های متمادی افراد باقی مانده كه آلوده به مواد رادیواكتیو شده بودند به تدریج درپی سرطان های مختلف با درد و رنج فراوان از دنیا رفتند. بعد از این مرحله غیر انسانی از كاربرد فرمول اینشتین، دانشمندان راه مهار كردن بمب های اتمی را یافته و از آن پس نیروگاه های اتمی متكی بر پدیده شكست اتم های اورانیم- تبدیل بخشی از جرم آنها به انرژی- برای تولید الكتریسیته ساخته شد.

اتم های سنگین نظیر ایزوتوپ اورانیم ۲۳۵ و یا ایزوتوپ پلوتونیم ۲۳۹ در اثر ورود یك نوترون شكسته می شود و در اثر این شكست، ۲۰۰ میلیون الكترون ولت انرژی آزاد شده و دو تكه حاصل از شكست كه اتم های سبك تر از اورانیم هستند تولید می شود. اتم های به وجود آمده درپی این شكست غالباً رادیواكتیو بوده و با نشر پرتوهای پر انرژی و خطرناك و با نیمه عمر نسبتاً طولانی در طی زمان تجزیه می شوند. این پدیده را شكست اتم ها (Fision) گویند كه بر روی اتم های بسیار سنگین اتفاق می افتد. در این فرایند همراه با شكست اتم، تعدادی نوترون به وجود می آید كه می تواند اتم های دیگر را بشكند، لذا باید نوترون های اضافی را از درون راكتور خارج كرد و این كار به كمك میله های كنترل كننده در داخل راكتور انجام می گیرد و این عمل را مهار كردن راكتور گویند كه مانع از انفجار زنجیره ای اتم های اورانیم می گردد.

از آغاز نیمه دوم قرن بیستم ساخت نیروگاه های اتمی یا برای تولید الكتریسیته و یا برای تولید رادیو عنصر پلوتونیم كه در بمب اتم و هیدروژنی كاربرد دارد، شروع شد و ساخت این نیروگاه ها تا قبل از حوادث مهمی نظیر تری میل آیلند در آمریكا در سال ۱۹۷۹ میلادی و چرنوبیل در اتحاد جماهیر شوروی سابق در سال ۱۹۸۶ همچنان ادامه داشت وتعداد نیروگاه های اتمی تا سال ۱۹۹۰ میلادی از رقم ۴۳۷ تجاوز می كرد. بعد از این دو حادثه مهم تا مدتی ساخت نیروگاه ها متوقف شد. در سال ۱۹۹۰ مقدار انرژی تولید شده در نیروگاه های صنعتی جهان از مرز ۳۰۰ هزار مگاوات تجاوز می كرد.

ولی متاسفانه در سال های اخیر گویا حوادث فوق فراموش شده و گفت وگو درباره تاسیس نیروگاه های اتمی جدید بین دولت ها و صنعتگران از یكسو و دانشمندان و مدافعان محیط زیست آغاز شده است. بدیهی است اغلب دانشمندان و مدافعان محیط زیست مخالف با این روش تولید انرژی هستند و محاسبات آنها نشان می دهد كه اگر قرار باشد تمام جهانیان از نیروگاه اتمی استفاده كنند، از یكسو احتمالاً تولید پلوتونیم از كنترل آژانس جهانی كنترل انرژی هسته ای خارج خواهد شد و امكان دارد هر دیكتاتور غیرمعقول و ناآشنا با مفاهیم علمی تعادل محیط زیست، دارای این سلاح خطرناك شود. از سوی دیگر افزایش مواد زاید این نیروگاه ها كه غالباً رادیوایزوتوپ های سزیم ۱۳۷ و استرانسیم ۹۰ و پلوتونیم ۲۳۹ است، سیاره زمین را مبدل به جهنمی غیر قابل سكونت خواهد كرد.

با وجود این، اخیراً ایالات متحده آمریكا مسائل فوق را فراموش كرده و برنامه ساخت نیروگاه های اتمی را مورد مطالعه قرار داده است. در كشورهای اروپایی نیز صنایع مربوطه و به ویژه شركت های تولیدكننده برق دولت های متبوع خود را برای تاسیس نیروگاه های اتمی تحت فشار قرار داده اند. ولی خوشبختانه در این كشورها با مقاومت شدید مدافعان محیط زیست روبه رو شده اند. اما در كشورهای آسیایی، در حال حاضر ۲۲ نیروگاه اتمی در دست ساخت است (تایوان ۲- چین ۴- هندوستان ۸- كره جنوبی ۲- ژاپن ۳- كره شمالی ۱- ایران ۲) و در كشورهای كمونیستی سابق ده نیروگاه در حال ساخت است (اوكـراین ۴- روسیه ۳- اسلواكی ۲- رومانی ۱)

مواد زاید نیروگاه های موجود و در حال بهره برداری از ۳۰۰ هزار تن در سال تجاوز می كند و تا سال ۲۰۲۰ كه ۳۳ نیروگاه در حال ساخت كنونی است به بهره برداری خواهند رسید، مواد زاید رادیواكتیو و خطرناك از مرز ۵۰۰ هزار تن در سال تجاوز خواهد كرد. (مجله كوریه اینترناسیونال ۱۷-۱۱ دسامبر ۲۰۰۳ صفحه ۱۲) اگر اروپایی ها و آمریكا و كانادا نیز ساخت نیروگاه های اتمی را شروع كنند، مواد زاید و رادیواكتیو جهان از حد میلیون تن در سال تجاوز خواهد كرد. باید توجه داشت كه برای از بین رفتن ۹۹ درصد رادیو اكتیویته این مواد باید حداقل ۳۰۰ سال صبر كرد.

۴- نیروگاه متكی بر پدیده پیوست اتم ها: از اواسط قرن بیستم دانشمندان با جدیت فراوان مشغول پژوهش و آزمایش بر روی پدیده پیوست اتم های سبك هستند. در آغاز نیمه دوم قرن بیستم كشورهای غربی (آمریكا، فرانسه و انگلستان و...) و اتحاد جماهیر شوروی، از این پدیده برای مصارف نظامی و تولید بمب هیدروژنی استفاده كرده و به علت ارزان بودن فرآورده های نفتی، كشورهای پیشرفته كمك مالی چندانی به دانشمندان برای یافتن وسیله كنترل بمب هیدروژنی نكردند و اكنون كه قسمت اعظم ذخایر نفت و گاز مصرف شده، به فكر ساخت نیروگاهی براساس پدیده پیوست اتم ها افتاده اند كه در آغاز به آن اشاره شد و در زیر اصول آن تشریح می شود.

الف) بب هیدروژنی: بمب هیدروژنی در واقع یك بمب اتمی است كه در مركز آن ایزوتوپ های سنگین هیدروژن (دوتریم D و تریسیم T و یا فلز بسیار سبك لیتیم Li) را قرار داده اند. بمب اتمی به عنوان چاشنی شروع كننده واكنش است. با انفجار بمب اتمی دمایی معادل ده ها میلیون درجه (K۱۰۰۰۰۰۰۰) در مركز توده سوخت ایجاد می شود، همین دمای بالا سبب تحریك اتم های سبك شده و آنها را با هم گداخت می دهد. در اثر گداخت و یا در واقع پیوست اتم های سبك با یكدیگر انرژی بسیار زیادی تولید می شود. این است كه در موقع انفجار بمب هیدروژنی دو قارچ مشاهده می شود، قارچ اول مربوط به شكست اتم های اورانیم یا پلوتونیم است و قارچ دوم مربوط به پدیده پیوست اتم های سبك با یكدیگر است كه به مراتب از قارچ اول بزرگ تر و مخرب تر است. واكنشی كه در خورشید اتفاق می افتد نتیجه پیوست اتم های هیدروژن با یكدیگر است، دمای درونی خورشیدها میلیون درجه است. (دمای سطح خورشید ۶۰۰۰ درجه است).

در مركز خورشید از پیوست اتم های هیدروژن معمولی ایزوتوپ های دوتریم و تریسیم تولید می شود و سپس این ایزوتوپ به هم پیوسته شده و هسته اتم هلیم را به وجود می آ ورند. این واكنش ها انرژی زا هستند و در اثر واكنش اخیر ۶/۱۷میلیون الكترون ولت انرژی تولید می شود. و این واكنش ها همراه انفجار وحشتناك و مهیبی است كه همواره در درون خورشید به طور زنجیره ای ادامه دارد و دلیل اینكه خورشید از هم متلاشی نمی شود اثر نیروی گرانشی بر روی جرم بی نهایت زیاد درون خورشید است. وقتی كه ذخیره هیدروژن خورشید تمام شود، زمان مرگ خورشید فرا می رسد. (البته در ۵ تا ۶ میلیارد سال دیگر).

در مقایسه نسبی اوزان، در پدیده پیوست ۴ برابر انرژی بیشتر از پدیده شكست اتم های اورانیوم تولید می شود.

ب) نیروگاه متكی بر پدیده پیوست:در این پدیده همانطور كه گفته شد اتم های سبك با یكدیگر پیوست حاصل كرده و اتمی سنگین تر از خود به وجود می آورند، در واقع همان واكنشی است كه در خورشید اتفاق می افتد ولی باید شرایط ایجاد آن را بدون كاربرد بمب اتمی به وجود آورد و به ویژه باید آن را تحت كنترل درآورد. از دهه ۱۹۵۰ تاكنون دانشمندان سعی در به وجود آوردن دمایی در حدود میلیون درجه كرده تا واكنش پیوست را به نحو متوالی در این دما نگه دارند، دستگاهی كه برای این كار ساخته اند توكاماك Tokamak نام دارد. تاكنون در آزمایشگاه ها توانسته اند به مدت حداكثر ۴ دقیقه این واكنش را ایجاد و كنترل كنند. در این دستگاه كه در شكل نمایش داده شده است، میدان مغناطیسی بسیار شدیدی ایجاد كرده و شدت جریان الكتریكی در حدود ۱۵ میلیون آمپر از آن عبور می كند (برق منزل شما ۳۰ تا حداكثر ۹۰ آمپر است). در مركز این دستگاه اتم های سبك در اثر میدان مغناطیسی و الكتریكی، حالت پلاسما را خواهند داشت. (در روی زمین ما سه حالت از ماده را می شناسیم: جامد، مایع و بخار، ولی در داخل ستارگان یا خورشید ماده به صورت پلاسما است، یعنی در این حالت هسته اتم ها در دریایی از الكترون ها غرق اند.) در چنین حالتی اتم های سبك آنقدر تحریك و نزدیك به هم شده اند كه در هم نفوذ می كنند و اتم جدیدی كه هلیم است به وجود می آید. (ستارگان بسیار حجیم تر از خورشید دمای درونی بیش صدها میلیون و یا حتی میلیارد درجه است و در آنها اتم های سنگین تر نظیر كربن، ازت و اكسیژن با هم پیوست می كنند و عناصری مانند سلیسیم و گوگرد و... را به وجود می آورند .

منبع :شرق و ملاصدرا