nirogahe hasteii

نیروگاه هسته‌ای قسمتی از تأسیسات هسته‌ای است که بر مبنای تکنولوژی هسته‌ای با کنترل فرآیند شکافت هسته‌ای و گرمای تولیدی از آن اقدام به تولید انرژی الکتریکی می‌کند. کنترل انرژی هسته‌ای با حفظ تعادل در فرآیند شکافت هسته‌ای همراه است که با استفاده از گرمای تولیدی و جوش آوردن آب (مانند بیشتر نیروگاه‌های گرمایی) اقدام به چرخاندن توربین‌های بخار می‌کند.

کاربرد:

در سال ۲۰۰۴ انرژی هسته‌ای در تولید کل انرژی مصرفی جهان سهمی در حدود ۶٫۵٪ و در تولید انرژی الکتریکی سهمی در حدود ۱۵٫۷٪ داشته‌است که کشورهای ایالات متحده, فرانسه و ژاپن باهم حدود ۵۷٪ از کل انرژی الکتریکی هسته‌ای جهان را به خود اختصاص داده‌اند. در سال ۲۰۰۷ آژانس بین‌المللی انرژی هسته‌ای (IAEA) از وجود ۴۳۹ راکتور هسته‌ای در حال ساخت در ۳۱ کشور در سراسر جهان خبر داد.

ایالات متحده با تولید حدود ۲۰٪ از انرژی مورد نیاز خود در راکتورهای هسته‌ای جایگاه اول جهان در میزان استفاده از انرژی هسته‌ای دارد. در حالی که فرانسه با تولید ۸۰٪ از انرژی الکتریکی مورد نیاز خود در ۱۶ نیروگاه هسته‌ای از نظر درصد دارای رتبه اول در جهان است و این درحالی است در کل اروپا انرژی هسته‌ای ۳۰٪ از برق مصرفی را تامین می‌کند. البته سیاست‌های هسته‌ای در کشورهای اروپایی باهم متفاوتند بطوریکه در کشورهایی نظیر ایرلند یا اتریش هیچ راکتور هسته‌ای فعالی وجود ندارد. همچنین در بسیاری از کشتی‌ها و زیردریایی‌های نظامی و یا حتی غیر نظامی (کشتی‌های یخ شکن) از انرژی هسته‌ای به عنوان نیروی محرکه استفاده می‌شود.

تاریخچه:
منشا
انرژی هسته‌ای در ابتدا به وسیله یک دانشمند با نام انریکو فرمی (Enrico Fermi) در سال ۱۹۳۴ در یک آزمایشگاه شناخته شد. این اتفاق زمانی رخ داد که تیم او مشغول بمباران کردن هسته اورانیوم با نوترون بودند. در ۱۹۳۸ زمانیکه دو شیمیدان آلمانی و دو فیزیکدان اتریشی در حال آزمایش بر روی اورانیوم بمباران شده بودند متوجه شدند که نوترون شلیک شده می‌تواند یک نتیجه باورنکردنی داشته باشد و هسته اورانیوم را به دو یا چند قسمت تقسیم کند. بعدها دانشمندان زیادی (که لیو زیلارد «Leo Szilard» اولین آنها بود) متوجه شدند که از آنجایی که در یک شکافت هسته‌ای تعدادی نوترون در فضا پخش می‌شوند می‌تواند یک واکنش زنجیره‌ای را از این قابلیت به وجود آورد. این کشف دانشمندان را در برخی کشورها (از جمله ایالات متحده, انگلستان, فرانسه, آلمان و اتحاد جماهیر شوروی) بر آن داشت تا از دولت‌های خود برای ادامه تحقیقات در این زمینه درخواست پشتیبانی مالی کنند.

در ایالات متحده فرمی و زیلارد که هر دو به این کشور مهاجرت کرده بودند, تلاش‌هایی را برای ساخت اولین راکتور هسته‌ای ساخته دست بشر آغاز کردند (که با نام Chicago Pile-۱ شناخته شده‌است) که با فوریت تمام در ۲ دسامبر ۱۹۴۲ به بهره‌برداری رسید. این کار بعدها به بخشی از پروژه منهتن (Manhattan Project - اولین پروژه سری برای دستیابی به بمب هسته‌ای) تبدیل شد. در این پروژه راکتورهای بزرگی را برای دستیابی به پلوتونیم و استفاده از آن در سلاح هسته‌ای در هانفورد واشنگتون راه‌اندازی کردند.

پس از جنگ جهانی دوم ترس از اینکه تحقیقات هسته‌ای می‌تواند باعث اتشار دانش هسته‌ای و در نتیجه سلاح هسته‌ای شود باعث شد تا دولت ایلات متحده کنترل‌های سخت‌گیرانه‌ای در مورد تحقیقات هسته‌ای اعمال کند و بطور کلی بیشتر تحقیقات هسته‌ای بر روی اهداف نظامی متمرکز شوند.

در ۲۰ دسامبر ۱۹۵۱ برای اولین بار در یک پایگاه آزمایشگاهی با نام EBR-I از راکتور هسته‌ای برای تولید انرژی الکتریکی (در حدود ۱۰۰ کیلووات) استفاده شد.


[ویرایش] سال‌های آغازین
در ۱۹۵۴ لویس اسراوس (Lewis Strauss) و پس از آن چیرمن رییس کمسیون انرژی اتمی ایالات متحده درباره تولید انرژی الکتریکی به وسیله انرژی هسته‌ای گفتگوهایی را انجام دادند و در رابطه با تولید انرژی الکتریکی ارزان‌تر مطالبی را شرح دادند. اما مسئولین آن زمان ایالات متحده بدلیل بد گمانی درباره انرژی هسته‌ای بیشتر تمایل داشتند تا از همجوشی هسته‌ای برای این کار استفاده کنند و بنابراین فرصت را از دست دادند.

سرانجام در ۲۷ ژوئن ۱۹۵۴ اولین نیروگاه هسته‌ای جهان در اتحاد جماهیر شوروی به بهره‌برداری رسید. این نیروگاه توانی در حدود ۵ مگاوات تولید می‌کرد. در ۱۹۵۶ اولین نیروگاه بزرگ هسته‌ای جهان در انگلستان به بهره‌برداری رسید که توانی در حدود ۵۰ مگاوات تولید می‌کرد.

اولین سازمانی که شروع به توسعه دانش هسته‌ای کرد نیروی دریایی ایالات متحده بود که در نظر داشت از انرژی هسته‌ای به عنوان سوخت زیردریایی‌ها و ناوهای هواپیمابر استفاده کند. عملکرد مناسب این سازمان و پافشاری دریاسالار هیمن ریکاور باعث شد تا سر انجام اولین زیردریایی اتمی جهان با نام ناتیلوس (USS Nautilus) در دسامبر ۱۹۵۴ به آب انداخته شود.

زباله‌های هسته‌ای
یافتن راهی ارزان و ایمن برای انبار کردن زباله‌های هسته‌ای چالشی پر اهمیت در زمینه چرخه سوخت هسته‌ای است. در میان مواد باقی مانده در یک چرخه هسته‌ای اورانیوم مصرف شده از همه مهم‌تر است. یک راکتور هسته‌ای بزرگ هر سال در حدود سه متر مکعب (۲۵ تا ۳۰ تن) اورانیوم مصرف شده تولید می‌کند. این مواد مصرف شده از مقداری اورانیوم و همچنین مقداری پلوتونیم و کوریوم تشکیل شده‌است و به طور کلی حدود سه درصد از آن از مواد باقی مانده از شکافت تشکیل شده. اکتینیدها (اورانیوم, پلونیوم و کریوم) موجود در این ترکیب موجب به وجود آمدن تششعات بلند مدت و کوتاه مدت رادیواکتیویته می‌شوند.

سوخت مصرف شده دارای خاصیت رادیواکتیو بالایی است و برای حمل آنها باید تمام جوانب احتیاط را رعایت کرد. البته خاصیت رادیواکتیو این مواد در طول زمان کاهش می‌یابد. پس از ۴۰ سال تششعات رادیواکتیو این مواد تا ۹۹٪ کاهش می‌یابند ولی با این حال هنوز هم خطرناک هستند.

میل‌های سوخت مصرف شده به طور حفاظت شده در حوضچه‌های مخصوص (spent fuel pools) نگه داری می‌شوند. آب داخل حوضچه گذشته از خنک کردن اورانیوم از خروج تششعات رادیواکتیو جلوگیری می‌کند. پس از گذشت چند ده سال سوخت‌ها را که حالا از خاصیت تششع پراکنی آنها در حد قابل توجهی کم شده از حوضچه‌ها خارج کرده و به انبارهای خشک انتقال می‌دهند. در این انبارها سوخت‌ها را در داخل محفظه‌های فلزی یا بتنی نگه می‌دارند, در این مرحله نیز تششعات ایجاد شده توسط سوخت‌ها هنوز خطرناک است. مدت نگه‌داری سوخت‌ها در این مرحله بسته به نوع سوخت می‌تواند از چند سال تا دهها سال متغیر باشد, ولی به هر ترتیب سوخت‌ها باید آنقدر در این مرحله بمانند تا میزان تششعات آنها به حد استاندارد برسد.

تا سال ۲۰۰۳ ایالات متحده بیش از ۴۹۰۰۰ تن از انواع سوخت‌های مصرف شده در راکتورهای خود را انبار کرده بود. یکی از پیشنهاداتی که درباره انبار کردن سوخت در ایالات متحده مطرح شده انبار کردن سوخت‌های مصرف شده در انبارهای زیرزمینی در کوه‌های یوکای است. به عقیده «آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده» پس از گذشت ۱۰۰۰۰ سال, سوخت‌های مصرف شده هسته‌ای دیگر هیچ تهدید زیست‌محیطی برای انسان‌ها و دیگر موجودات زنده نخواهند داشت.

البته راه‌هایی برای کاهش میزان زباله‌های هسته‌ای نیز وجود دارد, یکی از بهترین روش‌ها باز فرآوری سوخت هسته‌ای است. در واقع زباله‌های هسته‌ای حتی اگر اکتینیدهای آنها را جداکنیم, حداقل برای مدت ۳۰۰ سال فعالیت رادیواکتیوی دارند البته مدت تششعات در صورتی که اکتینیدها وجود داشته باشند به هزاران سال می‌رسد. عده‌ای عقیده دارند بهترین راه‌حل ممکن در حال حاضر انباشتن زباله‌های هسته‌ای در انبارهاست چراکه احتمالاً در آینده با پیشرفت تکنولوژی راهی برای استفاده از این مواد پیدا خواهد شد به این ترتیب این مواد می‌توانند خیلی با ارزش‌تر از آن باشند که دفن شوند.

همچنین صنایع هسته‌ای حجمی از مواد کم تششع را نیز تولید می‌کنند. این مواد معمولاً در اثر سرایت مواد تششع‌زا به وجود می‌آیند که می‌توانند شامل لباس‌ها یا پوشش‌ها, ابزارآلات, تجهیزات پالاینده آب و دیگر موادی که به گونه‌ای با راکتور و مواد تششع‌زا ارتباط دارند, باشند. در ایالات متحده «کمیسیون تنظیم فعالیت‌های هسته‌ای» مکرراً اعلام کرده که این مواد می‌توانند جزیی از زباله‌های عادی باشند و در زباله‌دان‌ها با زباله‌های عادی دفع شوند و یا حتی بازیافت شوند. سطح تششع در بیشتر مواد کم تششع بسیار پایین است و تنها به دلیل استفاده شدن در فعالیت‌های هسته‌ای جزو زباله‌های هسته‌ای محسوب می‌شوند و نه برای سطح تششعشان. برای مثال براساس استاندارد NRC از نظر سطح تششع یک لیوان قهوه نیز به اندازه زباله‌های کم تششع تششع‌زاست.

در کشورهایی که دارای نیروگاه هسته‌ای هستند زباله‌های تششع‌زا کمتر از ۱٪ از کل زباله‌های سمی تولیدی را تشکیل می‌دهند. همچنین بسیاری از زباله‌های سمی با گذشت زمان خاصیت خود را از دست نمی‌دهند و به هیچ وجه تجزیه پذیر نیستند. به طور کلی مواد تولیدی در اثر سوختن سوخت‌های فسیلی می‌توانند از زباله‌های تولید شده در یک نیروگاه هسته‌ای خطرناک‌تر باشند. برای مثال یک نیروگاه زغال سنگی می‌تواند آثار عمیقی برروی طبیعت بگذارد و حجم زیادی از مواد سمی و پرتوزا را تولید می‌کنند. برخلاف عقیده عموم حجم مواد پرتوزای منتشر شده توسط یک نیروگاه زغال سنگی از یک نیروگاه هسته‌ای بیشتر است.

زباله‌های تولید شده بر اثر همجوشی هسته‌ای با انبار شدن پس از صد سال دوباره قابل استفاده هستند, در مقابل زباله‌های تولیدی از شکافت هسته‌ای تا ۱۰۰۰۰ می‌توانند آثار رادیواکتیوی داشته باشند.