راکتور هسته ای

تعداد بازدید: 4305
چهارشنبه 03 دي 1393

راکتور هسته ای

راکتورهای هسته ای(Nuclear Power Reactors)  بر اساس اصل شکافت هسته ای عمل می کنند، در این روند هسته یک اتم سنگین به دو بخش تقسیم می شود. بخش های هسته ؛ نوترون، فوتون و دیگر ذرات زیر اتمی منتشر می کنند. نوترون ساطع شده خود نیز می تواند دچار شکافت شود که نوترون های بیشتری تولید می کند.  یک چنین شکافت های زنجیره ای می تواند انرژی زیادی را تولید کند و این اساس سیستم های هسته ای را تشکیل می دهد. در بمب اتمی واکنش های  زنجیره ای طوری طراحی می شود تا شدت انرژی آزاد شده افزایش یابد. این افزایش آن قدری سریع است که می تواند منجر به انفجارهای عظیم گردد. بیش از 85% انرژی در یک زمان خیلی کوتاه و پس از انجام فرایند منتشر می شود. باقی مانده انرژی به عنوان یک رویداد رادیواکتیو ناشی از شکافت نوترون ها ساطع می شود.

خنک کننده‌ها

گرمای تولید از شکافت هسته ای باید از سوخت گرفته شود تا میله های سوخت را ذوب نکند. حرارت دریافت شده در راکتور برای تولید برق به کار گرفته می شود. از ویژگیهایی که ماده خنک کننده باید داشته باشد، هدایت حرارتی آن است تا اینکه بتواند در انتقال حرارت مؤثر باشد. همچنین پایداری شیمیایی و سطح مقطع جذب پایین‌تر از نوترون دو خاصیت عمده ماده خنک کننده‌است. نکته دیگری که باید به آن اشاره شود این است که این ماده نباید در اثر واکنشهای گاما دهنده رادیواکتیو شوند.

از مایعات و گازها به عنوان خنک کننده استفاده می شود، مانند گازهای دی اکسید کربن و هلیوم. هلیوم ایده‌آل است ولی پر هزینه بوده و تهیه مقادیر زیاد آن مشکل است. خنک کننده‌های مایع شامل آب، آب سنگین و فلزات مایع هستند. از آنجا که برای جلوگیری از جوشیدن آب فشار زیادی لازم است خنک کننده ایده‌آلی نیست.

انواع راکتورهای هسته ای

انواع مختلفی راکتور هسته ای وجود دارد. آنچه که در میان همه آن ها مشترک است تولید انرژی حرارتی است که می تواند برای هدف مشترک استفاده شود. در این راکتورها شکافت هسته اورانیوم 235 حرارت زیادی تولید می کند و سیستم توسط مایعی خنک می شود. طی این فرایند انرژی فراوانی تبدیل به انرژی جنبشی می شود و نوترون آزاد می کند. از آنجایی که سرعت سوختن هسته ای بالاست لذا انرژی جنبشی به گرما تبدیل می شود.

راکتورهایی که برای تولید برق طراحی می شود با گرم کردن سیالی که می تواند مایع یا گاز باشد انرژی حرارتی ذخیره کرده؛ به طور مستقیم یا غیر مستقیم به بخار تبدیل می شود، سپس این بخار داغ وارد توربین شده و برق تولید می شود. این عمل محدود به راکتورهای هسته ای نمی شود بلکه در نیروگاه های حرارتی نیز وضع به همین منوال است. راکتورهای هسته ای را می توان بر اساس نوع سوخت و تولید حرارت تقسیم بندی کرد.

1. راکتور با سوخت اورانیوم

تنها عنصر طبیعی در حال حاضر برای شکافت هسته ای در راکتور استفاده می شود اورانیوم است. اورانیوم یک ماده بسیار پر انرژی است طوری که یک کیلوگرم آن به اندازه 10 تن نفت انرژی تولید می کند. اورانیوم شامل 2 ایزوتوپ  U238و U235 می باشد. اولی شکافت پذیر نیست در حالی که دومی را می توان شکافت. زمانی که نوترون ها آزاد می شود دارای سرعت و انرژی بالایی می باشند لذا برای استفاده در سوخت نیاز به کنترل کننده هایی دارند تا سرعتشان را کند کرده و مانع فرار آن ها گردد. راکتورها با توجه ماهیت خنک کننده هاشان و سایر شرایط طراحی طبقه بندی می شوند.

 

نوع راکتور

خنک کننده

کنترل کننده

سوخت

توضیحات

راکتور هاي آب سبک تحت فشار (VVER,PWR)

آب سبک

آب سبک

اورانیوم غنی شده

بخار در مرحله دوم تولید می شود

راکتورهاي آب  جوش  (BWR)

آب سبک

آب سبک

اورانیوم غنی شده

بخارتولید شده از آب داغ وارد توربین شده

راکتور هاي آب سنگین تحت فشار  (PHWR)

آب سنگین

آب سنگین

اورانیوم طبیعی

 

راکتور هاي خنک شونده با گاز (Magnox, AGR, UNGG)

CO2

گرافیت

اورانیوم غنی شده یا طبیعی

 

راکتور گرافیتی آب سبک (RBMK)

آب جوش تحت فشار

گرافیت

اورانیوم غنی شده

طراحی شده در روسیه

 

نوع PWR و BWR بیشتر در نهاد ها سازمان های اقتصادی جهت توسعه و بهره وری کاربرد دارد. در آن ها از آب سبک (H2O) به جای آب سنگین (D2O) (اکسید دوتریوم)  استفاده می شود. کنترل کننده آب سبک برای اورانیوم های طبیعی خیلی کارساز نیست. بلکه سوخت می باید کمی غنی شود تا زیان های ناشی از واکنش کاهش یابد. از طرفی آب سنگین برای سوخت های اورانیوم طبیعی مناسب می باشد. از این ترکیب در کشورهایی از جمله کانادا، کره، رومانی و هند استفاده می شود.

راکتورهای گرافیتی خنک شونده با گاز در فرانسه تولید شد و هم اکنون در بریتانیا نیز کاربرد دارد. اما به رغم برخی مزایا تولید آن متوقف گشته.

راکتورهای RBMK که با آب جوش و گرافیت کار می کنند در روسیه تولید شده ولی امروزه کاربرد کمتری پیدا کرده اند. پس از حادثه چرنویل (26 آوریل 1986) ساخت و ساز آن متوقف شد.

2.راکتور با سوخت پلوتونیوم

پلوتونیوم یک عنصر مصنوعی در راکتورهای اورانیوم است که به عنوان یک محصول جانبی واکنش تولید می شود. 100 برابر از اورانیوم طبیعی انرژی بالاتری دارد. از انجایی که سریع در شکافت، نوترون آزاد می کند لذا باید کنترل کننده ای باشد تا این سرعت را کند، کند. به این نوع راکتورها اغلب راکتورهای سریع هم گفته می شود. در این نوع راکتور از سدیم مایع استفاده می شود که خواص حرارتی بسیار خوبی دارد بدون این که بر واکنش زنجیره ای تاثیری داشته باشد. این نوع راکتورها بیشتر در فرانسه، ژاپن و کشورهای مشترک المنافع کاربرد دارد.

3.راکتور آب تحت فشار  

مخزنی که شکافت در آن صورت می گیرد دارای فشار 150 تا 160 بار است. در مدار اول مخزن تحت فشار راکتور به مبدل های حرارتی متصل می شود. در سمت دیگر مبدل فشار تا 60 بار کاهش یافته تا آب به جوش آید. این مبدل ها اغلب ژنراتورهای بخار هستند. در مدار ثانویه این بخار وارد توربین شده و انرژی زیادی تولید می شود. بخار خروجی از توربین کندانس گشته و مجدد وارد مولد بخار می شود و این چرخه ادامه دارد.

 

راکتور آب تحت فشار

4 .   راکتور آب جوش     

مخزنی که شکافت در آن صورت می گیرد حدودا 70 بار است. زمانی که دما بالا رفت حدود 290 درجه سلسیوس آب در مخزن راکتور شروع به جوشیدن می کند در همین زمان بخشی از بخار که از آب جدا گشته وارد توربین شده و انرژی تولید می کند.  بخار خروجی از توربین کندانس شده و مجددا وارد منطقه شکافت می شود.

راکتور آب جوش

 

منابع و پیوندها

http://www.britannica.com/EBchecked

http://www.euronuclear.org/1-information

مجله علمی ویکی پی جی

راکتورهای هسته ای چیست
انواع راکتورهای هسته ای
Nuclear Power Reactors
بیست و یکمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان اصفهان 97
بیست و یکمین نمایشگاه تخصصی ساختمان اصفهان 97   عنوا ...بیشتر
نمایشگاه صنعت ساختمان البرز 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان البرز 97   عنوان: نمایشگ ...بیشتر
اولین نمایشگاه تخصصی سونا و جکوزی قزوین 97
نمایشگاه تخصصی سونا، استخر و جکوزی قزوین 97   عنوان: ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97
هفدهمین نمایشگاه تخصصی ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97   ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات سرمایشی گرمایشی همدان 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان،آسانسور، درب و پنجره، تجهیزات و تاسیسات سرمایشی و گر ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97
نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97   عنوان: نم ...بیشتر
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنندج 97
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنن ...بیشتر
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز شهر آفتاب تهران 97
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز تهران 97   عنوان: ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97   عنو ...بیشتر
نمایشگاه تخصصی لوازم و تجهیزات خانه و آشپزخانه، حمام، سونا و استخر اصفهان 97
نمایشگاه تخصصی لوازم و تجهیزات خانه و آشپزخانه، حمام، سونا و استخر اصفهان 97 ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات پزشکی، دندان پزشکی، دارویی و آزمایشگاهی تبریز 97
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات پزشکی، دندان پزشکی، دارویی و آزمایشگاهی تبری ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر