انرژی هسته ای و استفاده های صلح جویانه از آن در صنعت و اقتصاد

موضوع : انرژی هسته ای و استفاده های صلح جویانه از آن در صنعت و اقتصاد

توضیح: این فایل به صورت ورد و آماده چاپ می باشد

 1- مقدمه
انرژي هسته اي از عمده ترين مباحث علوم و تکنولوژي هسته اي است و هم اکنون نقش عمده اي را در تأمين انرژي کشورهاي مختلف خصوصا کشورهاي پيشرفته دارد. اهميت انرژي و منابع مختلف تهيه آن، در حال حاضر جزء رويکردهاي اصلي دولت¬ها قرار دارد. به عبارت بهتر، بررسي، اصلاح و استفاده بهينه از منابع موجود انرژي، از مسائل مهم هر کشور در جهت توسعه اقتصادي و اجتماعي است. امروزه بحران¬هاي سياسي و اقتصادي و مسائلي نظير محدوديت ذخاير فسيلي، نگراني¬هاي زيست محيطي، ازدياد جمعيت، همگي مباحث جهان شمولي هستند که با گستردگي تمام فکر انديشمندان را در يافتن راه کارهاي مناسب براي حل معظلات انرژي در جهان به خود مشغول داشته اند.
در حال حاضر اغلب کشورهاي جهان به نقش و اهميت منابع مختلف انرژي در تأمين نيازهاي حال و آينده پي برده و سرمايه گذاري ها و تحقيقات وسيعي را در جهت سياست گذاري، استراتژي و برنامه هاي زيربنايي و اصولي انجام مي دهند. در ميان حامل¬هاي مختلف انرژي، انرژي هسته اي جايگاه ويژه اي دارد. هم اکنون بيش از 430 نيروگاه هسته اي در جهان فعال مي باشند و انرژي برخي کشورها مانند فرانسه عمدتا از برق هسته¬اي تأمين مي شود.
جمهوري اسلامي ايران بيش از سه دهه است که تحقيقات متنوعي را در زمينه هاي مختلف علوم و تکنولوژي هسته اي انجام داده و براساس استراتژي خود، مصمم به ايجاد نيروگاه¬هاي هسته اي به ظرفيت کل 6000 مگاوات تا سال 1400 هجري شمسي مي باشد. در اين زمينه، جمهوري اسلامي ايران در نشست گذشته آژانس بين المللي انرژي اتمي، تمايل خود را نسبت به همکاري تمامي کشورهاي جهان جهت ايجاد اين نيروگاه¬ها و تهيه سوخت مربوطه رسما" اعلام نموده است.
2- سوخت هسته اي
استفاده از سوخت هسته¬اي براي توليد انرژي، با به کارگيري اولين راکتورهاي قدرت در دهه 60 ميلادي شروع شد و توليد و مصرف آن به طور پيوسته رو به افزايش بوده است.
پايه صنعت انرژي هسته¬اي مبتني بر استفاده از انرژي دروني اورانيوم مي¬باشد. بر حسب نوع راکتور نيروگاه اتمي، قسمت اصلي اين انرژي و يا بخش کوچکي از آن مورد استفاده قرار مي¬گيرد.
يکي از تفاوت هاي اساسي سوخت هسته¬اي با سوخت فسيلي، پديده شکافت هسته¬اي در سوخت است. با توليد انرژي به وسيله شکافت، ساختار سوخت به صورت آرام ولي پيوسته تغيير کرده و پاره هاي شکافت راديو اکتيو را به وجود مي¬آورد. از اين حهت رعايت مسايل ايمني و پيش بيني جداره هاي بازدارنده متوالي در راکتور براي جلوگيري از پخش مواد راديواکتيو ضروري است.
يکي ديگر از ويژگي هاي سوخت هسته¬اي، امکان استفاده از آن در يک مدار بسته يا چرخه سوخت است. با بازفرايابي سوخت مصرف شده که در حال حاضر در کشورهاي صنعتي انجام مي¬گردد، اورانيوم مصرف نشده و پلوتونيوم توليد شده در راکتور براي مصرف دوباره، برگشت داده مي¬شود.
در راکتورهاي هسته¬اي از شکافت هسته¬اي براي توليد انرژي گرمايي استفاده مي¬شود. اين انرژي حرارتي به وسيله توربين به انرژي مکانيکي و توسط ژنراتور به انرژي الکتريکي تبديل مي¬شود. بنابراين، راکتورهاي هسته¬اي همان نقشي را در نيروگاه هسته¬اي ايفاد مي¬کنند که ديگهاي بخار در نيروگاه¬ هاي حرارتي با سوخت فسيلي به عهده دارند. تفاوت نيروگاه¬هاي هسته¬اي با حرارتي در نوع سوخت مصرفي آنهاست که در اولي از سوفت هسته¬اي و در دومي از مواد نفتي، گاز يا زغال سنگ استفاده مي¬شود.
ماده اصلي که براي سوخت راکتورها به کارمي¬رود، اورانيوم يا ترکيباتي از اين فلز است که به علت خاصيتي که در جذب نوترون و شکافت هسته¬اي دارد، مورد استفاده قرار مي¬گيرد. اورانيوم يک ماده راديواکتيو است که در طبيعت يافت مي¬شود. پلوتونيوم فلز ديگري است که براي سوخت در راکتورهاي قدرت به کار مي¬رود ولي اين فلزکه آن هم راديواکتيو است، در طبيعت يافت نمي¬شود و از واکنش هاي هسته¬اي اورانيوم به وجود مي¬آيد.
3- انرژي هسته اي
انرژي به دست آمده از فعل و انفعالات هسته اي را انرژي هسته اي مي گويند. اين انرژي از دو منشا مي تواند سرچشمه بگيرد. يکي شکافت هسته  اتمهاي سنگين و ديگر همجوشي يا گداخت هسته اتمهاي سبک، که به اختصار به اين دو فعل و انفعال هسته اي که به توليد انرژي هسته اي منجر مي گردند پرداخته مي شود.
3-1 شکافت هسته اي
پس از کشف نوترون توسط"چاوديک" در سال 1932، هان و استراسمن، دانشمندان آلماني، در سال 1939 طي مقاله اي نشان دادند که اين ذره مي تواند عناصر سنگيني از قبيل اورانيوم را شکافته و آنها را به عناصر ديگر با جرم کمتر تبديل نمايد. شکافت اورانيوم که علاوه بر آزادسازي انرژي يا گسيل چند نوترون نيز همراه مي شود، منشا تحولات بسياري در قرن اخير شده است.  در طي تحقيقاتي که قبل از جنگ جهاني دوم به ويژه در فرانسه و آلمان انجام گرفت، محقق گشت که نوترونهاي آزاد شده مي توانند تحت شرايط مناسب براي ايجاد شکافت در ديگر هسته هاي اورانيوم مورد استفاده قرار گيرند و بدين ترتيب يک واکنش زنجيره اي را مي توان آغاز نمود که باعث آزادسازي مقدار قابل ملاحظه اي انرژي گردد.
اين شکافت بيشتر مربوط به 235-U (اورانيوم با جرم اتمي 235) بود و وجود يک حداقل جرمي از اورانيوم براي يک واکنش زنجيره اي لازم به نظر مي رسيد. اين حداقل را جرم بحراني ناميدند. در طول جنگ جهاني دوم، اين تحقيقات در کشورهاي انگلستان، کانادا و عمدتا آمريکا ادامه يافت و نتيجتا به ساخت اولين راکتور اتمي در زيرزمين دانشگاه شيکاگو توسط فرمي و چندي بعد به توليد اولين بمب اتمي منجر گرديد که بطور موفقيت آميزي فجايع اسف بار هيروشيما و ناکازاکي را بوجود آورد. راکتور اتمي نمونه بارز استفاده صلح آميز از انرژي اتمي بود در حاليکه بمب اتمي به وضوح استفاده غيرصلح آميز آن را آشکار مي ساخت. به هرحال هر دوي اين فرآيندها به توليد انرژي هسته اي که ناشي از شکافت هسته اتم¬هاي سنگين بود منجر گشتند، البته يکي کنترل شده (راکتور اتمي) و ديگري کنترل نشده (بمب اتمي) به حساب مي آمد.
شکافت هسته هاي سنگين به دو هسته سبکتر، همراه با آزاد شدن مقادير زيادي انرژي است و اين فرآيند تنها در هسته هاي سنگيني چون اورانيوم و پلوتونيوم اتفاق مي افتد. براي ايجاد شکافت مناسب، بايد واکنش هسته¬اي بصورت زنجيره وار و پيوسته انجام گردد وگرنه نتيجه مطلوب حاصل نخواهد گرديد.
 fission + 2 or 3 n + 200 MW MeV    U235 + n
نحوه شکافت اورانيوم 235 توسط نوترون کند
3-2 همجوشي يا گداخت هسته اي
همجوشي يا گداخت هسته اي را مي توان به عنوان فرآيند عکس شکافت هسته اي قلمداد کرد، يعني فرآيندي که در آن دست کم يکي از محصولات واکنش هسته اي ازهر يک از مواد واکنش زاي اوليه پر جرمتر باشد. گداخت هسته اي در مواردي که جرم کل هسته هاي محصول از جرم کل مواد واکنش زا کمتر باشد منجر به رهايي انرژي خواهد شد. فعل و انفعالاتي که در ستاره ها رخ مي دهد و منجر به توليد انرژي بسيار زيادي مي گردد، شناخته شده ترين و بارزترين نمونه هاي همجوشي يا گداخت هسته اي است.
گداخت هسته اي را سرچشمه انرژي فردا مي دانند. از محسنات راکتورهاي گداخت، درجه بالاي ايمني آنهاست و برخلاف راکتورهاي شکافت هسته اي که پسمان¬هاي راديو اکتيو بسياري توليد مي کنند، پسمان راکتورهاي گداخت مقدار کمي هليوم غير راديواکتيو است.
فهرست مطالب
آشنايي با انرژي هسته‌اي و استفادههاي صلح جويانه از آن در صنعت و اقتصاد
 مقدمه     2
سوخت هسته اي     2
انرژي هسته اي     3
شكافت هسته اي     4
نيروگاه برق اتمي     5
نيروگاه اتمي بوشهر     8
ديدگاههاي اقتصادي و زيست محيطي برق هسته اي     9
ديدگاه اقتصادي استفاده از برق هسته اي     10
ديدگاه زيست محيطي استفاده از برق هسته اي     11
كاربردهاي علوم و تكنولوژي هسته‌اي     14