یکشنبه, ۲۷ خرداد, ۱۴۰۳ / 16 June, 2024
مجله ویستا

ساختار عمومی راکتورهای هسته‌ای


در اوایل سال ۱۹۳۹ اتوهان و فریتزاستراسمن، در مقاله ای کشف شکافت هسته ایزوتوپ اورانیوم - ۲۳۵ را اعلا م کردند. این کشف مبدا آغاز عصر تکنولوژی هسته ای شد که هدف آن به کارگیری انرژی …

در اوایل سال ۱۹۳۹ اتوهان و فریتزاستراسمن، در مقاله ای کشف شکافت هسته ایزوتوپ اورانیوم - ۲۳۵ را اعلا م کردند. این کشف مبدا آغاز عصر تکنولوژی هسته ای شد که هدف آن به کارگیری انرژی آزاد شده در اثر چنین فرآیندی بود.

شکافت هسته اتم اورانیوم - ۲۳۵ در واقع در اثر نفوذ یک نوترون حرارتی به درون هسته یک اتم سنگین است که باعث شکافت آن به دو پاره از هسته های جدید و سبک تر می گردد. در ضمن در عمل شکافت به طور متوسط ۳-۲ نوترون ایجاد شده و مقدار انرژی و تابش گاما آزاد می گردد. انرژی سینتیک محصولا ت شکافت و نوترون ها به مواد اطراف خود از طریق برخورد و همراه یا جذب پرتو به تولید گرما منجر خواهد شد. انرژی آزاد شده از هر شکافت حدود MeV ۲۰۰ یا J ۱۱-۱۰*۳/۲ ژول است، در حالی که تولید انرژی از منابع متعارف سوختی فسیلی که حاصل تشکیل یک مولکول دی اکسید کربن هست حدود ۴/۲eV یا J ۱۹- ۱۰*۶/۷ می باشد.

نوکلوییدهای غیرقابل شکافت هم در طی فرآیندهای بالا با دریافت یا برخورد با یک نوترون، به ایزوتوپ هایی با تعداد نوترون بالا تر تبدیل خواهند شد. بدین ترتیب رادیو نوکلوییدهای جدیدی خواهیم داشت که در میان آنها پاره های شکافت مواد شکافت پذیر جدیدی مثل اورانیوم -۲۳۳، پلوتونیم - ۲۳۹ وجود داشته و پلوتونیم - ۲۴۱ نیز مصنوعا می تواند زایش پیدا کند.

این فرآیندهای فیزیکی در راکتورهای هسته ای اتفاق می افتند. درون میله های سوخت فرآیندهای شکافت و زایش در اثر واکنش زنجیره ای صورت می گیرد و واکنش با تولید نوترون به طور دائم ادامه می یابد.

اکثر نوکلوییدهای تولید شده در طی فرآیندهای هسته ای ناپایدارند و لذا از خود تابش رادیواکتیو ساطع می کنند. بنابراین راه هایی باید اندیشیده شود که این نوع مواد از محیط زیست دور نگه داشته شوند. برای راکتورهای هسته ای سیستم های بسیار پیشرفته ایمنی طراحی می شوند که اطمینان می دهند که چه در حال کار یا حادثه ای مواد رادیواکتیو را در خود نگه دارند. همین طور که در حمل و نقل و نگهداری و انبار کردن سوخت های تازه و استفاده شده راکتور، نکات ایمنی بسیار دشواری را رعایت می کنند تا هیچگونه خطری برای محیط زیست ایجاد نکند. راکتورهای هسته ای ممکن است برای بسیاری از منظورها طراحی و مورد استفاده قرار گیرند که مهمترین آنها عبارتند از: راکتورهای تولید حرارت و برق، راکتورهای کشنده ، راکتورهای تحقیقاتی ، راکتورهای تولید پلوتونیم، - راکتورهای اختصاصی برای زیردریایی ها، فضاپیماها، یخ شکن ها، آب شیرین کن و...

با یک نیم نگاه به آنچه که گذشته است، ملا حظه می شود که گرچه دانشمندان در دوم دسامبر ۱۹۴۲ موفق به انجام واکنش شکافت زنجیره ای خود نگهدار شدند، ولی برخلا ف میل جدی آنها و حتی مقابله های عملی آنها، در ششم آگوست ۱۹۴۵ بمب های اتمی اورانیومی و پلوتونیومی به سر هیروشیما و ناکازاکی فرو ریخت و این آغاز بحث های بشردوستی و ضدبشری بود.

استفاده از انرژی هسته ای برای تولید انرژی گرچه در سال ۱۹۵۱ با یک راکتور کوچک در اکریج با تولید ۱۵۰ وات برق به نمایش گذاشته شد، ولی راکتور واقعی تر در تولید انرژی در ژوئن سال ۱۹۵۴ با تولید ۵ مگا وات برق در شهر آبنینسک روسیه به منظور نمایش تحقق واقعی این تکنولوژی راه اندازی و الکتریسیته حاصل از آن مورد استفاده قرار گرفت. به هر حال اولین راکتور هسته ای قدرت به عنوان نیروگاه تجاری با ظرفیت ۹۰ مگا وات در اواخر سال ۱۹۵۷ در آمریکا شروع به کار کرد.

مسلما این سال ها به عنوان نقطه عطف در تاریخ تولد انرژی صلح آمیز برای همیشه در حافظه بشریت باقی خواهد ماند. تا سال ۱۹۸۸ و هم اکنون هم سهم صنایع هسته ای در تولید برق جهانی به ۱۷ درصد رسیده است، در فرانسه به عنوان مورد استثنایی سهم این مشارکت به حدود ۷۰ درصد می رسد.

به دلیل حادثه های دو دهه منجر به سال ۲۰۰۰، رشد توسعه نیروگاه ها محدود شد. ولی به دلیل محدودیت های سایر منابع انرژی، مجددا توجه به تولید نیرو از انرژی هسته ای رو به افزایش است. در وهله اول ساختار راکتورهای هسته ای صرفنظر از نوع استفاده از آنها حائز اهمیت است. در اینجا منظور ساختاری است که در آن انجام پایدار و مستمر فرآیند اصلی که همان واکنش شکافت اتم های عناصر سنگین، تولید انرژی، نوترون، اشعه های رادیواکتیو است میسر باشد. بدیهی است رعایت کامل موارد زیست محیطی، ایمنی و تعبیه امکانات استفاده های بشردوستانه یا سایر انتظاراتی که می شود از این نوع راکتورها داشت نیز اجتناب ناپذیر است.

نویسنده : دکتر احمد قریب