تبلیغات
وبلاگ شخصی مهدی رعنایی

وبلاگ شخصی مهدی رعنایی
علمی.ورزشی 
قالب وبلاگ
نویسندگان
چگونه اورانیوم به انرژی تبدیل می شود؟
چگونه اورانیوم به انرژی تبدیل می شود؟






غنی سازی:

اورانیوم طبیعی اصولاً شامل مخلوطی از دو ایزوتوپ (نوع اتمی) از اورانیوم است. تنها 7/0 درصد از اورانیوم طبیعی شكاف پذیر و با دارای قابلیت شكاف پذیری است كه با شكافته شدن در راكتورهای هسته‌‌‌‌‌‌ای انرژی تولید می‌كنند. ایزوتوپ اورانیوم شكاف پذیر اورانیوم نوع 225 (u-235) است و پس مانده آن اورانیوم 238 (u-238) است.
در بیشتر انواع راكتورهای معمولی هسته‌ای به اورانیوم 235 ( u-235) كه اورانیوم با غلظت بیش از حد طبیعی است نیاز دارند. عملیات غنی سازی غلظت اورانیوم را بیشتر می‌كند عموماً بین 5/3 تا 5 درصد اورانیوم 235 با بیرون آوردن 8 درصد از اورانیوم 238 این عمل را جداسازی گازی هگزافلورید اورانیوم در دو جریان انجام می‌گیرد یكی به اندازه لازم غنی سازی می‌شود و اورانیوم غنی سازی ضعیف نامیده می‌شود و دیگری به اورانیوم 235 منتهی می‌شود كه به پس مانده معروف است.
در عملیات غنی سازی د رمقیاس‌های بزرگ تجاری وجود دارد، كه هر كدام هرگزافلورید اورانیوم به عنوان منبع استفاده می‌كنند: نفوذ گازی و تفكیك گازی و هر دوی آنان از خواص فیزیكی مولكولی استفاده می‌‌كنند. مخصوصاً با 10 درصد اختلاف جرم برای جداسازی ایزوتوپ ها محصول این مرحله از چرخه هسته‌ای اورانیوم هگرافلورید غنی شده است كه برای تولید اورانیوم اكسید غنی شده تغییر حال مجدد می‌ یابد.

تولید و ساخت سوخت

سوخت راكتور غالباً به شكل گلوله‌ای سرامیكی است. این گلوله‌ها از اورانیوم اكسید كه در دمایی بسیار بالا(بیش از 1400 درجه سانتیگراد) پخته شده است شكل می‌گیرند. سپس گلوله‌ها در لوله‌‌ های فلزی از میله سوختنی پوشانده می‌شوند كه در مجتمع‌های سوختنی برای استفاده در راكتورها آماده هستند. دیمانسیون گلوله‌‌ های سوختنی و اجرای دیگر مجتمع سوختنی به دقت كنترل می‌شوند تا از پایداری و دارا بودن آنان از خصوصیات دسته‌های سوختنی اطمینان حاصل می‌شود.
در تاسیسات تولید سوخت توجه زیادی به شكل و اندازه مخزن های عملیاتی می‌‌شود تا از اتفاقات خطرناك جلوگیری شود.(یك زنجیر محدود واكنش پرتو آزاد می‌‌كند) با سوخت غنی شده ضعیف امكان اتفاق افتادن این حوادث بعید به نظر می‌رسد اما در تاسیسات هسته‌ای بررسی سوخت های مخصوص برای تحقیقات راكتورها عملی حیاتی است .

تولید نیرو

درون یك راكتور هسته‌‌‌ای اتم های اورانیوم 235 ( u-235) شكافته می‌‌شوند و در جریان عملیات پردازش انرژی آزاد می‌كنند این انرژی اغلب برای حرارت دادن آب و تبدییل كردن آن به بخار استفاده می‌شود.
بخار توربینی را كه ژنراتور متصل است به حركت می‌اندازد و باعث تولید الكتریسیته می‌شود. مقداری از اورانیوم (238 (u-238) به شكل سوخت ) در هسته‌ و مركز راكتور به پلوتونیوم تبدیل می‌شود و این یك سوم انرژی در یك راكتور هسته‌ای معمولی را حاصل می‌كند شكافتن اورانیوم به عنوان منبع حرارت در راكتورها استفاده می‌شود همان گونه كه سوزاندن زغال سنگ و یا نفت به عنوان سوخت فسیلی در تاسیسات نیرو استفاده می‌شود.

سوخت مصرف شده(خرج شده)

با گذشت زمان غلظت قطعات و عناصر سنگین شكافته شده مانند پلوتوبیوم در مجموعه سوخت افزایش خواهد یافت تا جایی كه دیگر هیچ سودی در استفاده دوباره از سوخت نیست. بنابراین پس از گذشت 12 الی 24 ماه سوخت مصرف شده از راكتور خارج می‌‌شود. مقدار انرژی كه از مجموعه سوختنی تولید شده است با نوع راكتور و سیاست و كاردانی گرداننده راكتور تغییر می‌‌كند.
معمولاً بیش از 45 میلیون كیلو وات ساعت الكتریسیته از یك تن اورانیوم طبیعی تولید می‌‌شود تولید این مقدار انرژی الكتریكی با استفاده از سوخت‌های فسیلی ملزم به سوزاندن بیش از 20 هزار تن زغال سنگ سیاه و 30 میلیون متر مكعب گاز است.

انبار كردن سوخت مصرف شده

وقتی یك مجموعه سوختنی از راكتور خارج می‌شود از خود پرتو ساطع می‌كند كه اساساً بیشتر از شكافتن قطعات و حرارات آن است. سوخت مصرف شده فوراً در استخرهای انبار كه در اطراف راكتور برای كاهش میزان پرتوزایی آن است تخلیه می‌‌شوند در استخرها، آب جلوی پرتوزایی را می‌گیرد و همچنین حرارت را به خود جذب می‌كند.
سوخت مصرف شده در چنین استخرهایی برای ماه‌ها و یا سال‌ها نگه داشته می‌‌شوند.
وابسته به سیاست كشورهای مختلف در بعضی از آنها مقداری از سوخت مصرف شده به امكانات و تاسیسات انبار مركزی انتقال می‌‌‌ یابند. سرانجام مصرف شده یا باید دوباره پردازش شود و یا برای دفع آماده شود.

پردازش دوباره

سوخت مصرف شده چیزی حدود 95 درصد اورانیوم 238 است ولی دارای حدود یك درصد اورانیوم 235 كه شكافته شده نیز نیست و در حدود یك درصد بلوتونیوم و سه محصولات شكافته شده كه در حد زیادی پرتوزا هشتند و دیگر عناصر تزورانیك (كه عدد اتمی بیشتری نسبت به اورانیوم دارد) كه در راكتور شكل گرفته‌اند در دستگاههای دوباره سازی سوخت مصرف شده است به سه جزء تشكیل دهنده خود تفكیك می‌شوند: اورانیوم و پس مانده كه شامل محصولات شكافته شده است دوباره سازی امكان بازسازی مجدد اورانیوم و پلوتونیوم به سوخت تازه را می‌دهد و بخش عمده‌ ای از پس مانده كاهیده را تولید می‌‌كند. (مقایسه با به حساب آوردن كل سوخت مصرف شده به عنوان پس مانده)

بازسازی مجدد اورانیوم و پلوتونیوم

اورانیوم حاصل از دوباره سازی كه معمولاً غلظتی كمی بیشتر از اورانیوم 235 دارد و در طبیعت رخ می‌دهد. می‌تواند اگر نیاز باشد پس از تبدیل كردن و غنی شدن به عنوان سوخت استفاده شود پلوتونیوم می‌تواند مستقیماً به MOX (سوخت مخلوط اكسید) تبدیل شود كه در آن اورانیوم و پلوتیوم مخلوط شده‌‌اند.
در راكتاورهایی كه از سوخت MOX استفاده می‌كنند بلوتونیوم به جای اورانیوم 235 جانشین سوخت اورانیوم اكسید و معمولی می‌‌شود.

دفع سوخت مصرف شده

در حال حاضر هیچ گونه امكاناتی برای دفع سوخت مصرف شده (برخلاف امكانات انبارسازی) وجود ندارد كه برای دوباره سازی استفاده می‌شود و پس مانده به جا مانده از دوباره سازی می توانند در محلی انباشته شوند. هر چند نتایج فنی و تكنیكی مرتبط با دفع سوخت ثابت كرده‌اند كه هیچ احساسی به تاسیس چنین امكاناتی در برابر حجم كم پس مانده‌ها نیست. انبار كردن با توجه به كاهش در حال رشد پرتوزایی برای مدت طولانی آسان‌تر است. همچنین مقاومت مغناطیسی در سوخت دفع شده وجود دارد. چون منبع توجهی از انرژی در آن است كه می‌‌‌تواند دوباره فرآوری شود و امكان بازیافت دوباره را به اورانیوم و پلوتونیوم بدهد.
تعدادی از كشورها در حال انجام مطالعاتی در زمینه تصمیم گیری بهترین راه برای نزدیك شدن به دفع سوخت مصرف شده و پس مانده‌های پس از دوباره‌‌سازی هستند. روش متداولی كه امروزه استفاده می‌‌‌شود قرار دادن سوخت مصرف شده در انبارهای زیر زمینی است:

پس مانده‌‌ها

پس مانده‌‌های حاصل از چرخه سوختنی هسته‌‌‌‌ای در رده‌‌‌‌‌های: شدید، متوسط و كم دسته‌بندی می‌‌‌شوند و این تقسیم بندی بر اساس تشعشعات رادیواكتیوی كه از خود ساطع می‌‌‌‌‌كنند، است.
این پس مانده‌‌‌ها منابعی سرچشمه می‌گیرند كه شامل موارد زیر است:
پس مانده‌‌های رده پائین (LOW-level) كه در تمام مراحل چرخه سوختنی تولید می‌‌‌‌‌شوند.
پس مانده‌‌‌‌های رده متوسط (Intemediat-level) كه در جریان عملكرد راكتور و دوباره سازی تولید می‌‌‌‌شوند.
پس مانده‌‌های رده بالا (High-level) كه شامل محصولات شكافته شده حاصل از دوباره سازی و در بسیاری از كشورها خود سوخت مصرف شده هستند.
فرآیند غنی سازی تولیدات را به سوی تهی كردن اورانیوم هدایت می‌‌‌كند. غلظت اورانیوم 235 به طور عمده كمتر از 7/0 درصد است كه در طبیعت پیدا می‌‌شود. تعداد كمی از این مواد كه اصولاً اورانیوم 238 هستند زمانی استفاده می‌‌‌شوند كه چگالی بسیار زیاد نیاز است. مثل استحفاظ پرتوافشانی و گاهی استفاده در تولید سوخت MOX در حالی كه اورانیوم 238 قابل شكافتن نیست ماده‌‌‌ای پرتوافشانی كم استو باید در مورد آن احتیاط كرد. از این رو یا آن انبار و با دفع می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌كنند.

میزان مواد موجود در چرخه سوختنی هسته‌‌‌ای

موارد زیر فرضیات مختلفی ایجاد می‌‌‌‌كنند.(پاورقی شماره 2 را ملاحظه فرمایید) اما مورد ملاحظه عملكرد راكتور انرژی هسته‌‌‌‌ای NWE1000 قرار می‌‌‌گیرند.
20000 تن از یك درصد سنگ معدن اورانیوم استخراج
230 تن اورانیوم اكسید غلیظ شده(همراه 195 تن اورانیوم ) آسیاب سازی
288 تن UF6 (همراه 24 تن اورانیوم ) تبدیل كردن
35 تن UF6 (همراه 24 تن اوارنیوم غنی شده)) غنی سازی
27 تن UO2 (همراه 24 تن اورانیوم غنی شده) ساخت و تولید سوخت
7000 میلیون كیلووات ساعت (KWh) نیروی الكتریسیته عملكرد راكتور
27 تن شامل 240 كیلوگرم بلوتونیوم 23 تن اورانیوم 720 كیلوگرم محصولات شكافتی همچنین ترانزورانیك سوخت مصرف شده.



طبقه بندی: دانستنیها،
[ دوشنبه 1 اسفند 1390 ] [ 12:41 ب.ظ ] [ مهدی رعنایی ]
.: Weblog Themes By SibTheme :.

درباره وبلاگ


وبلاگ شخصی مهدی رعنائی

آمار سایت
بازدیدهای امروز : نفر
بازدیدهای دیروز : نفر
كل بازدیدها : نفر
بازدید این ماه : نفر
بازدید ماه قبل : نفر
تعداد نویسندگان : عدد
كل مطالب : عدد
آخرین بروز رسانی :
امکانات وب