نیروگاه هسته ای
نیروگاه هسته‌ای به تأسیساتی پیشرفته صنعتی و نیروگاهی که بر مبنای فناوری هسته‌ای و با تکیه بر کنترل روند شکافت هسته‌ای، از گرمایی که آزاد شده اقدام به تولید انرژی الکتریکی میکند.
شکاف هسته یعنی چه
یعنی هسته اتم های رادیواکتیو به دو بخش مساوی تقسیم میشود، و در این بین حجم بسیار زیادی از انرژی ازاد میشود. این عمل ناشی از حجم توده ای است.
منبع انرژی در راکتورهای هسته ای در هسته اتمها است. اما در راکتورها از معادله انیشتین(E=MC2) را به شکل کنترل شده ای ، به کار می گیرند.
تولید برق با انرژی هسته ای نیاز به غنی سازی اورانیوم دارد. در نیروگاه اتمی از راکتور استفاده می شودراکتورهای هسته ای الکتریسیته را با شکافتن آهسته و دائمی ایزوتوپ های پرتوزایی که ناپایدار هستن، ایجاد می کنند. در اکثر راکتورها از عنصر اورانیوم استفاده می کنند، با واکنش هسته ها نیز انرژی ایجاد می کند و در بسیاری از موارد از شکافت مطلوب تر خواهد بود. در راکتور آب به وسیلۀ انرژی حاصل از واکنش های هسته ای گرم شده و بخار می شود و این بخار، توربین را به حرکت در آورده و الکتریسیته تولید می کند.
در کشور ما هم تحقیقات بسیاری بر روی کشف و استخراج معادنی در استان های اصفهان، خراسان و هرمزگان انجامش شده و تحقیقات برای کشف معادن دیگر همچنان ادامه دارد. پس از استخراج سنگ اورانیوم، با کمک فعالیت های شیمیایی، پودری غلیظ، از اورانیوم زرد رنگ به شکل دی اکسید اورانیوم حاصل می شود. پس از تولید دی اکسید اورانیوم، هگزا فلوئورید اورانیوم به دست می آید که محصولی مهم برای غنی سازی اورانیوم می باشد. هگزا فلوئورید اورانیوم یک مادۀ جامد بدون رنگ است که در گرما کمتر از ۵۶ درجه سلسیوس به شکل گاز در می آید. به همین علت و برای جلوگیری از تبدیل شدن آن به گاز، این ماده را در ظروف تحت فشار زیاد قرار می دهند.
کیک زرد
پس از استخراج سنگ معدن تکه سنگ‌ها به آسیاب میفرستند تا خرده سنگ‌هایی با ابعاد یکسان تولید کنند. اورانیم با اسید سولفوریک از دیگراتم‌ها جدا میشود، محلول حاصل که دارای اورانیم است، تصفیه و خشک میشود. محلول به دست آمده، کنستانتره جامد اورانیم است که به آن کیک زرد گفته میشود.
کیک زرد جامد است، اما برای استفاده در مرحله بعد که غنی سازی است، از فناوری ویژه‌ای استفاده میشود تا بتوان آن را تبدیل به گاز uf6 یا همان هگزا فلورید تبدیل کنیم. هگزا فلورید در دمای اتاق جامد است اما در دمایی نه چندان بالا به صورت مایع در می‌آید.
غنی سازی اورانیوم
برای آن که گاز uf6 تولید شده از مرحله تبدیل، به عنوان سوخت هسته‌ای مورد استفاده قرار بگیرد، باید ایزوتوپ هایی قابل شکاف هستن را غنی کرد. برای یک راکتور آب سبک سوختی، ۵ درصد اورانیم نیاز است، در حالی که برای ساخت بک بمب اتمی کم ترین مقدار غنی شده باید ۹۰ درصد باشد. دو روش برای غنی‌سازی اورانیم وجود دارد : انتشار گاز (فیزیکی) استفاده از نیرو ی گریز از مرکز (سانتریفیوژ) در روش جدا کردن به وسیلهٔ سانتریفیوژ، گاز uf6طبیعی را به مخزن‌هایی به شکل استوانه‌ای تزریق میکنند و آن گاز را با سرعت بسیار زیادی می‌چرخانند، تا نیروی گریز از مرکز باعث میشود مولکول‌های سنگین تر گاز uf6 از مولکول سبک‌تر جدا شود. امروزه فناوری غنی‌سازی جدید تری نیز نیز توسعه یافته‌است که با استفاده از کاربردهای لیزر غنی‌سازی را انجام می‌دهد.
زباله‌های هسته‌ای
در هر هشت مگاوات بر ساعت، انرژی الکتریکی تولید شده در نیروگاه هسته‌ای ۳۰ گرم زباله رادیو اکتیوی تولید میشود. این مقدار خیلی کم است اما بسیار برای محیط و انسان خطرناک است! و از بین بردن آن نیز به شیوه درست از سوخت‌های دیگر پر هزینه تر می‌باشد.
نیروگاه‌های هسته‌ای در ایران
برنامه هسته‌ای ایران در دهه ۱۹۵۰ با کمک ایالات متحده به عنوان برنامه «اتم برای صلح» شروع شد. اما به خاطر مناقشات به وجود آمده بعد از انقلاب ایران مشکلات اساسی در زمینه بهره‌برداری آن رخ داد. اما در حال حاضر تنها نیروگاه اتمی ایران در بوشهر توسط روس‌ها راه‌اندازی شده‌است. در سپتامبر ۲۰۱۱ نیروگاه اتمی بوشهر به مدار تولید برق وصل شد.
تاریخچه تولید انرژی هسته ای
استارت اولیه برای استفاده از این انرژی که منجر به تولید انرژی الکتریکی بود از قرن بیستم میلادی آغاز شد. در این دوران عناصر رادیواکتیوی مانند رادیوم کشف شد که می توانستند بر اساس معادل بودن جرم و انرژی، مقدار خیلی زیادی انرژی تولید کنند. سال ۱۹۳۲ با کشف نوترون توسط چادویک که خنثی و بدون بار الکتریکی بود گامی بزرگ در جهت آزمایش های هسته ای برداشته شد. فردریک ژولیو کوری و ایرن ژولیو-کوری در سال ۱۹۳۴ توانستند با بمباران مواد با نوترون مواد رادیواکتیو مصنوعی مثل رادیوم را بسازند که با هزینه پایین تر از رادیوم طبیعی قابل دسترس شد. با بمباران اورانیوم با نوترون پلوتونیوم تولید شد.
در سال ۱۹۳۸ اتوهان و فریتس اشتراسمان نشان دادند با بمباران اورانیوم با نوترون، هسته های سنگین این عنصر به دو بخش مساوی تقسیم می شود. در سال ۱۹۴۲ اولین راکتور هسته ای در آمریکا ساخته شد. در این پروژه غنی سازی اورانیوم و تولید پلوتونیوم انجام شد و شهرهای هیروشیما و ناگازاکی در زمان جنگ استفاده شد و فاجعه ای بزرگ به وجود آورد.
مزایا و معایب انرژی هسته‌ای
افراد زیادی هستند که از بهره گیری انرژی هسته‌ای حمایت میکنند و به همین تعداد هم مخالف آن هستند. حرف حامیان این روش تولید برق محیط زیست را کمتر تخریب میکند، چون به طور کلی، انتشار گازهای گلخانه‌ای آن نسبت به سوخت‌های دیگری مثل زغال‌سنگ، نفت و گاز طبیعی کمتر است. اما مخالفان آن نگران هستند که ضایعات خطرناک و طولانی‌مدت نیروگاه‌های هسته‌ای به جا بمانند و همچنین، ارتباط آن با ساخت بمب‌های هسته‌ای و خطر حوادث هسته‌ای فاجعه‌بار هستند.
مزایای انرژی هسته ای:
یک نیروگاه هسته ای 2 تا 3 گیگاوات برق تولید میکند که برابر با برق تولیدی یک نیروگاه بزرگ زغال‌سنگ و حدود 1000 تا 1500 توربین بادی بزرگ با ظرفیت کاری کامل است. همه میدانند شکافتن اتم یک روش بسیار موثر برای تولید مقدار زیادی انرژی است.
نیروگاه‌های هسته‌ای کم تر از نیروگاه‌های سوخت فسیلی (زغال‌سنگ، نفت و گاز طبیعی) کربن بسیار کمتری تولید و پخش میکند.
آزاد کردن انرژی با شکافتن اتمها بسیار موثر تر از سوزاندن آن‌ها انرژی فسیلی است. به همین علت نیروگاه‌های هسته‌ای به مقدار کمی سوخت در مقایسه با نیروگاه‌های سوخت فسیلی نیاز دارند.
نیروگاه‌های هسته‌ای می‌توانند وابستگی کشورها به نفت وارداتی را کم تر کنند. کشورهایی که منابع سوخت فسیلی زیادی ندارند، انرژی هسته‌ای را جایگزین میکنند.
معایب انرژی هسته‌ای:
ضایعات نیروگاه‌های هسته‌ای سال‌ها به صورت رادیواکتیو باقی می‌مانند و دفع و از بین آن‌هاسخت و دشوار است.
از این انرژی میشود برای ساخت بمب استفاده کرد.
نیروی نیروگاه‌های هسته‌ای پایدار یا تجدیدپذیر انرژی نیستند، چون به استخراج ذخایر محدود اورانیوم متکی هستند.
ساخت نیروگاه‌های هسته‌ای هزینه‌بر است و سال‌ها طول میکشد.
نیروگاه‌های هسته‌ای قابلیت این را دارند که آلودگی هوا و آلودگی آب را در محدوده‌های جغرافیایی وسیعی ایجاد کند.
از آنجایی که نیروگاه‌های هسته‌ای به آب زیادی نیاز دارند، معمولا در نزدیکی سواحل ساخته می‌شوند. این کاری خطرناک برای دریا است ومیتواند عواقب بدی داشته باشد. از رده خارج کردن ایمن نیروگاه‌های هسته‌ای بسیار هزینه‌بر است.
منابع: