دانلود تحقیق انرژی هسته ای

مقدمه : در حال حاضر انرژی اتمی یکی از مهمترین منابع انرژی بسیاری از کشورهای جهان است .

با وجود این ، تا سالهای اخیر اکثر مردم درباره‌ی آن بی اطلاع بودند .

در اواخر جنگ جهانی دوم ، زمانی که دو بمب اتمی بر روی شهرهای ناکازاکی و هیروشیما در ژاپن انداخته شد ، برای اولین بار مردم پی به قدرت انرژی اتمی بردند .

از آن زمان تا به امروز از انرژی اتمی فقط به منظور تولید نیرو استفاده شده است ، هر چند که سلاحهای اتمی متعددی در جهان وجود دارند .

جمعیت جهان با سرعت رو به افزایش است و مردم نیز مایلند سطح زندگیشان بهتر شود و توقعشان بیشتر شده است .

این دو عامل دلیل نیاز روز افزون انرژی است .

قدرت اتم هرگاه هسته ی متراکم اتمی شکافته شود ، انرژی هسته ای تولید می شود .این فرآیند شکافت اتم نامیده می شود .

هسته اتم از دونوع ذره به نام های پروتون و نوترون تشکیل شده است ؛ این ذرات خیلی محکم به یکدیگر چسبیده اند.

شکستن هسته ی اتم بسیار مشکل است ، هرچند هسته های بزرگتر راحت تر شکافته می شوند .

وقتی هسته ی یک اتم شکسته می شود سه پدیده به وقوع می پیوندد : هسته های عناصر مختلفی با هسته های کوچکتر تشکیل می شوند ؛ ذرات اتمی آزاد می شوند ، و انرژی تولید می شود .

فرآیند دیگری هم وجود دارد که به آن همجوشی هسته ای می گویند که در این فرآیند هسته‌ی دو اتم به یکدیگر پیوند می خورند .

در عمل همجوشی هسته ای نیز انرژی آزاد می شود .

اما دانشمندان هنوز از آن در نیروگاههای برق استفاده نمی کنند ، تا اینکه روش مناسبی برای مهار کردن این انرژی پیدا کنند .

واکنش های کنترل شده و کنترل نشده هسته هنگامی شکافته می شود که : یک نوترون آزاد از ماده ی رادیواکتیو جذب آن شود .

هسته ای که توسط یک نوترون شکافته شده است، نوترون های فراوانی تولید می کند .

هر یک از این نوترونها توسط هسته های بیشتری جذب شده و به این ترتیب تعداد نوترون های بیشتری آزاد می شود .

این فرایندبه صورت یک واکنش زنجیره ای همچنان ادامه پیدا می کند .

در یک واکنش کنترل نشده اکثر نوترون های جدید با هسته های دیکر برخورد می کنند واتم های بیشتری شکافته می شوند و مقدار بسیار زیادی انرژی آزاد می شود و این فرآیند همان چیزی است که در انفجار یک بمب اتمی روی می دهد .

بمب اتم بمب اتم یک واکنش هسته ای کنترل نشده است ، برای اینکه نوترونها سریع حرکت می کنند و هسته ها خیلی سریع می شکنند و مقدار زیادی انرژی در کمتر از یک ثانیه آزاد می شود .

سوخت های هسته ای تنها ، اتم های عناصر خاصی دارای هسته هایی هستند که وقتی شکافته می شوند قابلیت پخش نوترون را دارند .

بنابراین فقط می توان این عناصر را برای ایجاد واکنش هسته ای به کار برد ، این عناصر به مواد قابل شکافت موسومند .

تنها عنصر قابل شکافت طبیعی ، یک نوع خاص از اورانیوم است ، که ایزوتوپ آن اورانیوم 23500 است .

ایزوتوپها اشکال مختلف یک عنصرند که تفاوت آنها در تعداد نوترونهای موجود در هسته شان می باشد .

اورانیوم یک فلز براق سنگین است که در میان عناصر طبیعی ، سنگین ترین وزن اتمی را داراست .

فقط اورانیوم استخراج شده حاوی اورانیوم 23500 و باقی ایزوتوپ اورانیوم 23800 است .

یک کیلوگرم اورانیوم 235 به اندازه ی سه میلیون زغال سنگ انرژی تولید می کند .

سایر سوخت های هسته ای در اثر فعل و انفعالاتی که بر روی اورانیوم انجام می گیرد قابل تهیه می باشد .

استخراج : دو میلیونوم از سطح پوسته ی زمین را اورانیوم تشکیل می دهد .

اورانیوم به صورت سنگ معدن یافت می شود که کانیهای قابل استخراج می باشند و در اغلب مناطق درصد اورانیوم بسیار کم است و تنها مناطق محدودی هستند که دارای معادن اورانیوم هستند که عبارتند از : زئیر ، آفریقای شمالی ، فرانسه ، جمهوریهای چک و اسلواک ، آمریکای شمالی ، استرالیا ، چین و جمهوری فدرال روسیه .

سنگ معدن اورانیوم نزدیک به پوسته ی زمین یا در اعماق زمین قرار داشته باشد ، شیوه ی استخراج ، همانند استخراج سایر سنگ های معدنی است .

جداسازی و میله های سوخت پیش از آن که اورانیوم 235 مورد استفاده قرار بگیرد باید از اورانیوم 2380 تفکیک شود .

برای این کار ، اورانیوم را تبدیل به گاز می کنند و سپس توسط دستگاه سانتریفوژ یا گریز از مرکز عمل جداساطی صورت گیرد .

اورنیوم 238 که سنگین تر است در لبه ها اورانیوم 235 در مرکز دستگاه گریز از مرکز انباشته می شود .

اورانیوم 235 سپس به پودر سیاه رنگی که اکسید اورانیوم نامیده می شود ، تولید می گردد .

این پودر به صورت قرص هایی درون یک لوله که به آن میله سوخت می گویند قرار داده میشود .

این میله ها نیز در لوله هایی قرار گرفته و آماده استفاده در راکتور می شود .

نیروگاه در نیروگاه حرارتی عادی حرارتی ، برای تبدیل به بخار آب از سوخت نفت یا زغال سنگ استفاده می شود .

بخار حاصل موجب چرخش توربین ها شده و برق تولید می شود .

اما در نیروگاههای اتمی ، حرارت لازم برای تولید بخار از یک واکنش هسته ای کنترل شده تامین می شود .

عمل واکنش ، درون راکتور ودر ساختمانی که مجهز به تمامی سیستم های ایمنی است ، انجام می گیرد .

این ساختمان محافظت شده عمده ترین تفاوت بین نیروگاههای حرارتی و اتمی است .

برای جلوگیری از نشست مواد رادیواکتیو ، چه هنگامی که نیروگاه در حال کارکرد است و چه هنگامی که حادثه ای روی می هد .

این ساختمان از بتن و فولاد ساخته می شود .

تفاوت دیگر این دو نوع نیروگاه در این است که از بعضی نیروگاه های اتمی قدیمی برای تهیه ی پلوتونیوم که برای ساختن بمب های اتمی مورد نیاز است استفاده می شود .

بخشهای مختلف در نیروگاه اتمی یک نیروگاه اتمی شامل یک راکتور هسته ای است که در هسته ی آن میله های سوخت حاصل اورانیوم و میله های کنترل کننده برای کنترل تعداد نوترون های حاصل از شکافت اتم ، وارد راکتور و یا از آن خارج می شوند .

میله های کنترل کننده نوترون ها را جذب می کنند ودر صورت لزوم قادر به توقف کلی واکنش زنجیره ای نیز می باشند .

واکنش هسته ای تولید گرما می کند که توسط جریان سرد کننده ای که از رآکتور عبور می کند این گرما را جذب می کند و به مبدل حرارتی انتقالمس یابد .

مبدل حرارتی با استفاده از این گرما تولید بخار می کند .

از این مرحله به بعد نیروگاه اتمی مانند نیروگاه حرارتی عمل می کند و بخار های مصرف شده در برجهای خنک کننده به آب تبدیل می شوند که دوباره قابل مصرفند .

کف راکتور محفظه بالای راکتور که محل کنترل نیروگاه است دسترسی به ملیه‌های سوخت و هسته ی راکتور را فراهم می کند .

دستگاههای مخصوصی میله های سوخت مصرف شده را با میله های جدید ، بدون آنکه نیاز به خاموش کردن رآکتور و یا متوقف کردن تولید الکتریسیته باشد جایگزین کنند .

کنترل کننده های نوترون شکافت هسته ای هنگامی روی می دهد که یک نوترون با اتم اورانیوم برخوردکند و آن را می شکافند .

در این لحظه سایر نوترون ها نیز به سرعت آزاد می شوند ، برای ایجاد واکنش زنجیره ای نوترون های پرجنب و جوش باید سرعت خود را از دست بدهند و کند شوند .

این عمل توسط کنترل کننده - ماده ای مانند گرافیت یا آب که در حین عبور نوترون ها از میان آنها از میزان سرعتشان کاسته می شود انجام می گیرد .

برای کنترل مطلوب نوترون ها ، هسته ی مرکزی رآکتور به میله های کادمیمی نیز که جذب کننده ی نوترون ها هستند مجهز می باشد .

موتورهای هسته ای از نظر تئوری دلیلی وجود ندارد که برای به حرکت درآوردن انواع موتورها ، از رآکتورهای هسته ای در اندازه های مختلف استفاده نشود .

امروزه راکتورهای هسته ای با موفقیت در کشتی ها و زیردریایی ها به کار گرفته می شوند .

بزرگترین امتیاز استفاده از این نوع موتورها که برای تولید نیرو به کار می رود ، در این است که کشتی یا زیردریایی می تواند برای مدت طولانی و بدون آنکه نیاز به سوخت گیری مجدد داشته باشد ، در دریا بماند .

زیردریایی های اتمی تحقیقات در مورد استفاده از رآکتورهای اتمی در زیردریایی ها از سال 1949 آغاز گردید .

مطالعات بسیار موفقیت آمیز بود و منجر به سفر دریایی زیر دریایی ناتیلوس از زر پخ ها به قطب شمالی در سال 1985 گردید .

زیردریایی های اتمی مزایای زیادی دارند و مهمترین آنها ماندن در زیر دریا برای مدت طولانی است و مهمتر این که در زیر آب ماندن زیر دریایی و به سطح آب نیامدنش آن را از دید پنهان نگاه می دارد .

تشعشعات هسته ای هنگامی که هسته یک اتم ، تجزیه یا شکافته می شود ، از خود اشعه پخش می کند .

اتم های مشخصی مانند رادیوم به طور طبیعی تجزیه شده و اشعه تولید می کنند .

این پدیده را تجزیه رادیواکتیو می گویند .

در شکافت هسته ای ، اتم به طور مصنوعی در رادیواکتیو تجزیه می کنند .

تشعشعات اتمی به سه دسته تقسیم می شوند : آلفا ، بتا و گاما .

تابشهای آلفا«نسبتاً بزرگ» بوده و از مواد به راحتی عبور نمی کنند .

جلوی آنها را می توان توسط یک ورق کاغذ سد کرد .

تابش های بتا کوچکتر هستند و توسط یک ورق نازک فلزی (مثلاً آلومینیم) می توان جلوی آنها را سد کرد .

تابشهای گاما مانند اشعه X پر از انرژی هستند و فقط توسط ورقه های ضخیم فلزات سنگین (مانند سرب) می توان آنها را متوقف کرد .

کنترل تشعشعات تشعشعات قابل دیدن ، بوئیدن و احساس کردن نیستند .

برای آشنا کردن آنها ابزار خاصی مورد نیاز است .

یکی از این ابزارها دستگاه شمارگر گایگر است .

برای بررسی اینکه آیا ماده ای رادیواکتیو است یا نه از دستگاه شمارشگر گایگر استفاده می شود .

بازیافت برای بازیافت سوخت ، آنرا درون ظرف های بخصوصی که فلاکس نام دارد حمل می کنند که موقتاً در انبار نگهداری می شوند .

در کارخانه ی بازیافت ، سوخت قابل مصرف به شیوه ی استخراج توسط حلال بازیابی می شود .

با این وجود هنوز مقدار زیادی ضایعات رادیواکتیو باقی می ماند که باید آنها را از بین برد .

دفن ضایعات هسته ای از یک نیروگاه هسته ای سه نوع ماده زاید با درجه های مختلف حاصل می شود : 1-ضایعات با سطح آلودگی کم 2-ضایعات با سطح آلودگی متوسط 3-ضایعات با سطح آلودگی بالا .

مطمئن ترین روش برای ایمنی از ضایعات با سطح آلودگی متوسط وبالا ، قرار دادن آنها در محفظه های کاملاً مسدود و دفن کردن آنهاست .

ضایعات برای هزاران سال می توانند باقی بمانند .

به همین علت دفن ضایعات در لابه‌لای صخره ها سخت مانند گرانیت که امکان جابجایی ندارد شیوه ی تقریباً مطمئن است .

اگر صخره‌ی سنگ ها جابجا شده و یاترک بردارند و مخازن حاوی ضایعات اتمی بشکنند ، امکان نشت ضایعات بسیار زیاد است .

در این صورت مواد رادیواکتیو رها شده و ممکن است به منابع آب نفوذ کند .

فجایع هسته ای چگونه رخ می دهند ؟

معمولاً حادثه زمانی روی می دهد که سیستم خنک کننده راکتور ایراد پیدا کنند .

اگر سیستم خنک کننده ی کمکی نیز ار کار بیفتد ، محفظه راکتور بیش از حد گرم خواهد شد .

در این وضعیت اگر میله های سوخت ذوب شوند، کنترل این وضعیت بسیار مشکل خواهد شد .