دانلود مقاله نیروگاه هسته ای با فرمت ورد و در 37 صفحه قابل ویرایش

فهرست مطالب

نیروگاه‌هایاتمی. 3

نحوه آزاد شدن انرژی هسته‌ای.. 7

. 9

کاربرد حرارتی انرژی هسته‌ای.. 9

تبدیل اورانیوم12

غنی سازی اورانیوم12

راکتورهای هسته‌ای.. 13

نیروگاه هسته‌ای.. 15

انرژی بستگی هسته‌ای.. 16

. 17

. 17

کاربرد انرژی هسته ای در تولید برق:17

فرآیند عملیاتی نیروگاه اتمی بوشهر. 22

وظیفه سیستم‌های ایمنی درهنگام بروز احتمالی حادثه:33

 قسمتی از متن مقاله

نیروگاه‌های اتمی

میزان کل انرژی‌های شناخته شده در کره زمین، در جدول زیر منعکس شده است:

بسادگی ملاحظه می‌شود که نفت و گاز طبیعی کمترین میزان ذخیره را دارا می‌باشند و ذغال سنگ در مرحله بعد قرار دارد. ذخیره اورانیوم 235، که تکنولوژی امروزی تولید انرژی از آن را امکان پذیر ساخته است کمی بیش از میزان ذخایر نفت می‌باشد. ذخیره گونه‌های دیگر مواد رادیو اکتیو سنگین هزاران برابر ذخیره نفت خام است. همانطوریکه از اطلاعات انتهای جدول نیز مشخص است میزان انرژی دو تریم موجود در طبیعت، که با تبدیل آن به هلیوم انرژی کسب می‌گردد (پمپ‌های هیدروژنی)، به تنهائی هزاران برابر ذخایر کل مواد رادیو اکتیو می‌باشند.

میزان ذخایر موجود جهت جهت گیری آتی انسان را برای تأمین انرژی قابل مصرف خود به نمایش می‌گذارد. در حال حاضر علاوه بر مصرف نفت، گاز طبیعی و ذغال سنگ در تولید انرژی‌های قابل کنترل، اورانیوم نیز جزء منابع اقتصادی تأمین کننده انرژی الکتریکی در آمده است، گرچه تلاش و جهت گیری‌ها به سمتی است که بتوان از هیدروژن سنگین (دتریم) موجود در طبیعت نیز، که عمده‌ترین گونه شناخته شده انرژی نهفته در جهان است، استفاده کرد.
با توجه به آنچه که در بالا به آن اشاره شد ساختار و گونه‌های مختلف نیروگاه اتمی در زیر بیان می‌گردد.
شکل عمومی تولید انرژی الکتریکی در نیروگاه‌های اتمی همانند نیروگاه‌های بخاری است با این تفاوت که منبع تولید گرما سوخت فسیلی نمی‌باشد و انرژی مورد نیاز جهت تولید بخار برای گرداندن توربین، از فعل و انفعالات اتمی در راکتور بدست می‌آید.


معمولاً انرژی حاصل از فعل و انفعالات اتمی در راکتور به یک سیال منتقل می‌گردد که این سیال می‌تواند بطور مستقیم به طرف توربین هدایت گردد و یا با عبور از مبدل گرما، سیال دیگری را گرم نموده و نهایتاً آب لازم را به بخار تبدیل کرده و آنرا به توربین هدایت کند.
در راکتورهای اتمی اولیه، سیال منتقل کننده اولیه آب بوده که مستقیماٌ پس از تبدیل شدن به بخار بطرف توربین هدایت می‌شد اما در تکنولوژی امروزی برای ایجاد امکان کنترل بیشتر روی فعل وانفعالات اتمی و کاهش خطرات ناشی از فعل و انفعالات، سیال واسطی بصورت مدار بسته حرارت تولیده شده در راکتور را در مبدل حرارتی جداگانه ای به آب منتقل نموده و آنرا به بخار تیدیل می‌نماید..
فعل و انفعالات اتمی بدو صورت انجام می‌پذیرد:
الف ) شکافت یا شکست اتمی:
در این روش عناصر سنگین از طریق فعل وانفعالات اتمی به عناصر سبک تبدیل شده و انرژی آزاد می‌نمایند. در این حالت عناصر سنگین با از دست دادن نوترون و کاهش وزن به آزاد سازی انرژی درونی خود می‌پردازند. در راکتورهای نیروگاه‌های اتمی موجود، از این فرایند استفاده می‌شود
ب ) جوش یا گداخت اتمی:
در این روش عناصر سبک با جذب نوترن به عناصر سنگین تر تیدیل می‌شوند و همزمان با از دست دادن بخش جزئی از وزن خود، قسمتی از انرژی درونی خود را آزاد می‌کنند.

شمای کلی مولدهای اتمی در شکل زیر منعکس شده است:

در پایان مناسب است به شمای حرارتی این نوع نیروگاه‌ها نیز اشاره ای داشته باشیم. نمودار زیر به صورت ساده ای راندمان این نوع نیروگاه‌ها را نشان می‌دهد:

نحوه آزاد شدن انرژی هسته‌ای
می‌دانیم که هسته از پروتون (با بار مثبت) و نوترون (بدون بار الکتریکی) تشکیل شده است. بنابراین بار الکتریکی آن مثبت است. اگر بتوانیم هسته را به طریقی به دو تکه تقسیم کنیم، تکه‌ها در اثر نیروی دافعه الکتریکی خیلی سریع از هم فاصله گرفته و انرژی جنبشی فوق العاده‌ای پیدا می‌کنند. در کنار این تکه‌ها ذرات دیگری مثل نوترون و اشعه‌های گاما و بتا نیز تولید می‌شود. انرژی جنبشی تکه‌ها و انرژی ذرات و پرتوهای بوجود آمده، در اثر برهمکنش ذرات با مواد اطراف، سرانجام به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود. مثلاً در واکنش هسته‌ای که در طی آن 235U به دو تکه تبدیل می‌شود، انرژی کلی معادل با 200MeV را آزاد می‌کند. این مقدار انرژی می‌تواند حدود 20 میلیارد کیلوگالری گرما را در ازای هر کیلوگرم سوخت تولید کند. این مقدار گرما 2800000 بار برگ‌تر از حدود 7000 کیلوگالری گرمایی است که از سوختن هر کیلوگرم زغال سنگ حاصل می‌شود

کاربرد حرارتی انرژی هسته‌ای
گرمای حاصل از واکنش هسته‌ای در محیط راکتور هسته‌ای تولید و پرداخته می‌شود. بعبارتی در طی مراحلی در راکتور این گرما پس از مهارشدن انرژی آزاد شده واکنش هسته‌ای تولید و پس از خنک سازی کافی با آهنگ مناسبی به خارج منتقل می‌شود. گرمای حاصله آبی را که در مرحله خنک سازی بعنوان خنک کننده بکار می‌رود را به بخار آب تبدیل می‌کند. بخار آب تولید شده، همانند آنچه در تولید برق از زعال سنگ، نفت یا گاز متداول است، بسوی توربین فرستاده می‌شود تا با راه اندازی مولد، توان الکتریکی مورد نیاز را تولید کند. در واقع، راکتور همراه با مولد بخار، جانشین دیگ بخار در نیروگاه‌های معمولی شده است... سوخت راکتورهای هسته‌ای ماده‌ای که به عنوان سوخت در راکتورهای هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد باید شکاف پذیر باشد یا به طریقی شکاف پذیر شود.235U شکاف پذیر است ولی اکثر هسته‌های اورانیوم در سوخت از انواع 238U است. این اورانیوم بر اثر واکنش‌هایی که به ترتیب با تولید پرتوهای گاما و بتا به 239Pu تبدیل می‌شود. پلوتونیوم هم مثل 235U شکافت پذیر است. به علت پلوتونیوم اضافی که در سطح جهان وجود دارد نخستین مخلوط‌های مورد استفاده آن‌هایی هستند که مصرف در آنها منحصر به پلوتونیوم است..
میزان اورانیومی که از صخره‌ها شسته می‌شود و از طریق رودخانه‌ها به دریا حمل می‌شود، به اندازه‌ای است که می‌تواند 25 برابر کل مصرف برق کنونی جهان را تأمین کند. با استفاده از این نوع موضوع، راکتورهای زاینده‌ای که بر اساس استخراج اورانیوم از آب دریاها راه اندازی شوند قادر خواهند بود تمام انرژی مورد نیاز بشر را برای همیشه تأمین کنند، بی آنکه قیمت برق به علت هزینه سوخت خام آن حتی به اندازه یک درصد هم افزایش یابد.
.
. چرخه سوخت هسته‌ای شامل مراحل استخراج، آسیاب، تبدیل، غنی سازی، ساخت سوخت باز تولید و راکتور هسته‌ای است و به یک معنا کشوری که در چرخه بالا به حد کاملی از خودکفایی و توسعه رسیده باشد با فناوری تولید سلاح‌های هسته‌ای فاصله چندانی ندارد
: استخراج
در فناوری هسته‌ای، خواه صلح آمیز باشد یا نظامی، ماده بنیادی مورد نیاز، اورانیوم است. اورانیوم از معادن زیر زمینی و همچنین حفاری‌های روباز قابل استحصال است. این ماده به رغم آنکه در تمام جهان قابل دستیابی است، اما سنگ معدن تغلیظ شده آن به مقدار بسیار کمی قابل دستیابی است. زمانی که اتم‌های مشخصی از اورانیوم در یک واکنش زنجیره‌ای دنباله دار که به دفعات متعدد تکرار شده، شکافته می‌شود، مقادیر متنابهی انرژی آزاد می‌شود، به این فرآیند شکافت هسته‌ای می‌گویند..
فرآیند شکاف در یک نیروگاه هسته‌ای به آهستگی و در یک سلاح هسته‌ای با سرعت بسیار روی می‌دهد، اما در هر دو حالت باید به دقت کنترل شوند. مناسب‌ترین حالت اورانیوم برای شکافت هسته‌ای ایزوتوپ‌های خاصی از 235U (یا 239Pu) است. ایزوتوپ‌ها، اتم‌های یکسان با تعداد نوترون‌های متفاوت هستند. به هرحال 235U به دلیل تمایل باطنی به شکافت در واکنش‌های زنجیری و تولید انرژی حرارتی به عنوان «ایزوتوپ شکافت» شناخته شده است