پایان نامه بهره گیری از انرژی های نو (مطالعه موردی نیروگاه های اتمی و راکتورهای هسته ای)
مقدمه:
انرژی هستهای نخستین بار به وسیله انریکو فرمی در سال ۱۹۳۴ در یکی از آزمایشگاههای دانشگاه شیکاگو تولید شد. این اتفاق زمانی رخ داد که تیم او مشغول بمباران کردن هسته اورانیوم با نوترون بودند. این پروژه با فوریت تمام در۲ دسامبر۱۹۴۲به بهرهبرداری رسید وبعدهابه بخشی از پروژه منهتن تبدیل شد.طی این پروژه راکتورهای بزرگی را برای دستیابی به پلوتونیوم و استفاده از آن در سلاح هستهای در هانفورد واشینگتن راه اندازی کردند.
درنهايت در روز 27 ژوئن 1954 اتحاد جماهيرشوروي اولين نيروگاه هسته اي 5 مگا واتي رابراي نخستين بار وارد شبکه برق سراسري خود نمود. اولين نيروگاه تجاري دنيا را انگلستان با توان 50 مگاوات مورد بهره برداري قرار داد. بدين ترتبيب توجه بشر بسمت انرژي هسته اي جلب شده و باعث گرديد فيزيک هسته اي و درنتيجه فناوري هسته اي شکل بگيرد و بعنوان شاخه اي نوين وارد فناوري هاي بشري شود.
درسال۲۰۰۴انرژی هستهای درتولیدکل انرژی مصرفی جهان سهمی درحدود5/6%، ودرتولیدانرژی الکتریکی سهمی درحدود 7/15% داشتهاست که کشورهای ایالات متحده، فرانسه، و ژاپن در مجموع حدود57% از کل انرژی الکتریکی هستهای جهان را به خود اختصاص دادهاند. در سال ۲۰۰۷ آژانس بینالمللی انرژی هستهای از وجود۴۳۹ راکتور هستهای درحال ساخت در۳۱ کشور در سراسر جهان خبر داد.
ایالات متحده آمریکا با تولید حدود20% انرژی مورد نیاز خود از راکتورهای هستهای در میزان کل تولید انرژی هستهای جایگاه اول جهان راداراست، حال آنکه فرانسه با تولید80% انرژی الکتریکی موردنیازخود در ۱۶نیروگاه هستهای ازنظر درصددارای رتبه اول درجهان است.این درحالیست که درکل اروپا، انرژی هستهای 30% برق مصرفی این قاره را تامین میکند. البته سیاستهای هستهای درکشورهای اروپایی با هم متفاوتند طوری که درکشورهایی نظیر ایرلند یا اتریش هیچ راکتور هستهای فعالی وجود ندارد.
براساس گزارش وزارت صنایع فرانسه، هزینه یک نیروگاه هستهای1400 مگا واتی معادل 15.4 میلیارد فرانک یک نیروگاه گاز سوز با همین ظرفیت 4.3 میلیارد فرانک و یک نیروگاه زغال سنگ سوز با ظرفیت مشابه 9 میلیارد فرانک ارزش دارد. در مقابل، این امتیاز برای گاز ارمغانی بهمراه ندارد. زیراهزینه تولید هرکیلووات ساعت برق تا 70 درصد به قیمت سوخت بستگی دارد.
بر اساس مطالعات انجام گرفته،43 سال دیگر نفت،66 سال دیگرگاز طبیعی و233 سال دیگرزغال سنگ تمام خواهد شد، اما هنوز میتوان ذخایر تازه کشف کرد. اورانیوم مورد نیاز تا 60 سال دیگر وجود دارد.پس از جنگ جهانی دوم دولت ایالات متحده که میترسید تحقیقات هستهای باعث انتشار دانش هستهای و در نتیجه سلاح هستهای شود کنترلهای سختگیرانهای درموردتحقیقات هستهای اعمال کردوبطورکلی بیشتر تحقیقات هستهای بر روی اهداف نظامی متمرکز شوند.
تا سال ۲۰۰۷ آخرین راکتور هستهای مورد بهرهبرداری قرار گرفته در ایالات متحده راکتورWatts Bar در تنسی بودکه در۱۹۹۶ به شبکه متصل شدواین مدرک محکمی برموفقیت تلاشهای ضدگسترش نیروگاههای هستهای است. با این حال تلاشها در برابر گسترش نیروگاههای هستهای تنها در برخی کشورهای اروپایی، فیلیپین، نیوزیلند و ایالات متحده موفق بودهاست و در عین حال در این کشورها نیز این جنبشها نتوانستند تحقیقات هستهای را متوقف کنند و تحقیقات مربوط به انرژی هستهای کماکان ادامه دارد. برخی کارشناسان پیشبینی میکنند که نیاز روز افزون به منابع انرژی، افزایش قیمت سوخت و بحران افزایش دمای زمین در اثر استفاده از سوختهای فسیلی باعث شود که بقیه کشورها نیز به سوی استفاده از نیروگاههای هستهای روی آورند وهمچنین باید یادآوری کردکه با پیشرفت تکنولوژی هستهای، امروزه امکان بروز فجایع هستهای بسیار کمتر شدهاست.
برطبق پیشبینی اتحادیه جهانی هستهای در سال ۲۰۱۵ بطور متوسط هر ۵ روز یکبار یک نیروگاه هستهای در جهان افتتاح خواهد شد. با تمام مخالفتها، بسیاری از کشورها در گسترش نیروگاههای هستهای ثابت قدم بودهاند از جمله این کشورها میتوان به ژاپن، چین، و هند اشاره کرد. در بسیاری از کشورهای دیگر جهان نیز طرح های وسیعی برای گسترش استفاده از انرژی هستهای در حال تدوین است.
درسال 2007 انرژي معادل 14% انرژي کل دنيا با استفاده از 439 نيروگاه هسته اي در31 کشورتوليد شده است وسهم فرانسه با توليدبيش از79 % درصد انرژي الکتريکي خود از اين طريق از سايرين بيشتر بوده است. همانطورکه گفته شد مهمترين استفاده از فناوري هسته اي ايجاد انرژي بکار رفته در جوامع است، اما علاوه بر اين استفاده فناوري هسته اي استفاده هاي ديگري را نيز داردکه از آن جمله ميتوان به چندکاربرداساسي ديگر نيز اشاره کرد :
- کشاورزي : از فناوري هسته اي درکاربردهاي کشاورزي از قبيل جهش ژني براي توليد گياهان مقاوم در برابر آفات و حشرات مضر و يا بالا بردن کيفيت محصولات دامي را مي توان نامبرد.
- پزشکي: پزشکي هسته اي تا به آن حدي گسترش پيدا نمودکه امروزه شاخه اي ازفناوري بنام پزشکي هسته اي را به خود اختصاص داده است. بطور مثال از راديو ايزوتوپ ها در تصوير برداري استفاده گسترده اي ميگردد، در اين روش با استفاده از راديو ايزوتوپ هاي کبالت60 ، تاليوم 201 و چندين نوع ديگر از راديو داروها اقدام به تصور برداري مي کنند.
- صنايع : درصنايع کاربرد هاي گوناگوني براي اين فناوري تعريف شده است که از آن جمله مي توان آزمايش غيرمخرب جوش، سختي سنجي، ضخامت سنجي و يا نشت يابي را نامبرد.
- نظامي:با وجود آنکه پيماني بهام پيمان عدم تکثير سلاح هاي هسته اي P.T. بطوربين اللملي ميان کشورهاي مختلف وجوددارد اما همچنان اين کاربردخانمان سوز در بين بسيار از کشورهامانند رژيم نا مشروع اسرائيل ،امریکا ،روسیه و… به طور گسترده اي مورد توجه است.
1-2- محاسن و معایب انرژی هسته ای بر سایر انرژی ها
بایدتوجه داشت که قیمت تامین سوخت دریک نیروگاه هستهای نسبت به دیگر تجهیزات موجود نسبتاً اندک است و بنابراین چند برابر شدن قیمت اورانیوم تأثیر چندانی بر روی قیمت انرژی الکتریکی تولیدی نخواهد داشت.برای مثال افزایش دوبرابری درقیمت سوخت مصرفی یک نیروگاه هستهای آب سبک هزینه راکتورها را درحدود26% و هزینه برق تولیدی رادرحدود7% افزایش میدهد درحالیکه افزایش دوبرابری قیمت سوخت در یک نیروگاه گازی قیمت برق تولیدی را تا70% افزایش میدهد.
1-2-1- جوانب اقتصادی
یکی ازمسائل نیروگاه هستهای هزینه ساخت آن است که شامل هزینه ساخت راکتور، هزینه مسائل امنیتی، هزینه ساخت مراکز معدنی،هزینه ساخت مراکز تبدیل مواد خام به سوخت هستهای، هزینه ساخت مراکز باز پروری هستهای و انبارهای هستهای برای دفن ضایعات هستهای است.
1-2-2- امنیت نیروگاه هستهای
ازخطرهایی که همواره بیم آن میرود، حمله احتمالی تروریستی به نیروگاههای هستهای است،چرابا انفجار نیروگاه محوطهای بشعاع۲۰ کیلومتر بشدت آلوده میشود وهیچ موجود زندهای را باقی نمیگذارد و در اثرات تخریبی ژنتیکی تا ۱۰ نسل را بر روی محوطه بزرگتری در حدود شعاع ۴۰ کیلومتر باقی خواهد گذاشت.
1-2-3- نگرانیهای محیط زیستی
مهمترین مسئلهای که مخالفان انرژی هستهای بیان میدارند امنیت محیط زیستی نیروگاه هستهای است زیرا با کوچکترین اشتباه فجایعی مانند فاجعه چرنوبیل قابلیت رخ دادن خواهند داشت.
1-2-4- حادثه
حادثه اتمی چرنوبیل بدترین حادثه اتمی غیرنظامی تاریخ جهان است که دررآکتور شماره۴ نیروگاه چرنوبیل اکراین در۲۶ آوریل ۱۹۸۶ اتفاق افتاد. این راکتور از رآکتورهای RBMK بود.
1-2-5- امتیاز و برتری انرژی هستهای
برتری انرژی هستهای در این است که حتی یک مولکول گاز کربنیک از راکتورهستهای به هوا نمیرود. در عوض اورانیوم مورد نیازاین راکتورباید باکامیونهایی که سوخت فسیلی میسوزانند،حمل ونقل گردد. همچنین مراحلی که برای کار با اورانیوم انجام میشود، به سوخت نفتی نیازمند است. در مجموع هر کیلو وات ساعت برق هستهای حدود 25 گرم گاز گلخانهای تولید میکند. هرکیلو وات ساعت برف زغال سنگ سوز،650 تا 1250 گرم گازکربینیک تولید میکند. همچنین برای تولید هرکیلو وات ساعت برق از نیروگاههای گاز سوز، 450 تا 650 گرم گاز کربنیک انتشار مییابد.
یک نیروگاه هستهای صد مگاواتی سالانه پانصدتن زباله با درجه رادیو اکتیو ضعیف، دویست تن زباله با درجه رادیواکتیو متوسط و25 تن زباله بادرجه رادیواکتیو شدید تولیدمیکند.درمقایسه،یک نیروگاه برق زغال سنگ سوز350 هزار تن زباله سخت (زبالههای معدنی، خاکستر و تفاله آهن) که صدهاکیلو فلزسنگین نیز در میان آنها وجود دارد، تولید میکند.
1-3-کشف شکافت
طی سالهای 1930″ انریکوفرمی”و همکاران وی در ایتالیا، تعدادی آزمایش با نوترون تازه کشف شده انجام دادندآنها استدلال کردندکه نبودبار نوترون آنرا در نفوذ به هسته موثر میسازد. ازجمله کشفیات فرمی، تمایل زیادبسیاری از عناصر به کند کردن نوترون وتنوع رادیوایزوتوپ هایی بود که میتوانست ازگیراندازی نوترون تولید شود.
“برایت” و”وینکر” توضیح نظری فرآیندهای نوترون کند را در سال 1936 ارائه نمودند. فرمی اندازه گیری توزیع هردو نوترون سریع وکند را انجام داد ورفتار آنها را از لحاظ پراکندگی کشسان ،اثرات پیوند شیمیایی وحرکت گرمایی در مولکولهای هدف توضیح داد.تا این فاصله زمانی هنوز فرآیند شکافت شناسایی نگردید. تا اینکه درسال 1939 تا1940 توسط فعالیت هان، اشتر اسمن و سپس فریش در انتها فرمی پدیده شکافت کشف شد.کشف شکافت با امکان انجام یک واکنش زنجیره ای با شدت انفجاری در برهه ای از زمان از اهمیت خاصی برخوردار بود زیرا جنگ جهانی دوم در 1939 شروع شده بود.
1-4- اولین واکنش زنجیره ای خود تقویت شونده
در سال 1939 “بور” به آمریکا آمد و درکشفیات “انیشتن” و “هان” شریک شد. وی همچنین “فرمی” را در کنفرانسی در واشنگتن ملاقات کرد.آنهابرای اولین بار وجود واکنش زنجیره ای خود تقویت شونده را مطرح کردند. در این فرآیند اتم ها را برای تولید مقدار زیادی انرژی شکافت می دهند. دیگر دانشمندان در سرار دنیا در حال باور این مسئله بودندکه میتوان از شکافت هسته برای تولید انرژی استفاده کرد. این زمانی ممکن بودکه مقدار زیادی اورانیم بتوانند با یکدیگر تحت شرایط مناسب ترکیب شوند و واکنش زنجیره ای خود تقویت شونده ای را بوجود آورند که جرم بحرانی نامیده می شود.
فرمی وهمکارش درسال1941طرح اولین طرح راکتورزنجیره ای اورانیم راارائه دادند.مدل آنها شامل مقداری اورانیم بود که در محفظه ای از گرافیت جمع شده بود تا مدلی از مواد شکافت پذیر را بسازد. در اوایل سال 1942دانشمندان به دعوت فرمی درشیکاگو برای ارئه نظریات خودگردآمدندو در همان سال آمادگی ساخت اولین راکتور هسته ای را پیدا کردندودر استادیوم شهرشیکاگو طرح خود را که علاوه برگرافیت واورانیم دارای کادمیوم( عنصری که نوترون ها را می شکافد) به نمایش گذاشتند.
1-5- پیشرفت انرژی هسته ای برای مقاصد صلح آمیز
اولین راکتور هسته ای تنها یک شروع بود. اولین تحقیقات در این رشته که تحت پروژه سری به نام “منهتن” صورت گرفت، برای ساخت بمب اتمی برای جنگ جهانی دوم بود. هرچند دانشمندانی هم بودند که روی راکتورهای شکافنده مواددارای قابلیت شکافت درواکنش زنجیره ای کارمیکردند،واین به تولید مواد شکافت پذیر بیشتری منجر شد. بعد از ایالات متحده سرمایه گذاری بیشتری را در جهت پیشبرد این علم برای منافع غیر نظامی انجام داد و در اوایل سال 1951 راکتور زاینده ای ساخت که می توانست الکتریسیته تولید کند.
1-6- انرژی هسته ای در ایران
استفاده از انرژی هستهای در دوران سلطنت محمدرضا شاه پهلوی مطرح شد و با ایجاد سازمان انرژی اتمی ایران آغاز پروژه راکتور اتمی بوشهر و مشارکت مالی ایران در طرحهای فناوری سوخت اتمی فرانسه آغاز شد.درسال 1974(1353)، سازمان انرژی اتمی ایران (A.F.O.I) تأسیس شد و دکتر اعتماد، به ریاست آن منصوب شد.با پیروزی انقلاب ایران در سال 1357 این مقوله متوقف شد. جنگ ایران و عراق منجر به تغییر موضع کشورهای غربی که مخالف این انقلاب بودندشد و مساعدت آنها را برای تکمیل این پروژه غیر ممکن کرد.شرکت کا.و.اوk.v.o))که پیمانکار این پروژه بود هنگامیکه تنها 15%به تکمیل آن باقی مانده بود، از ادامه کار سرباز زد.
دربحبوحه جنگ ایران وعراق وکمبود شدیدمنابع نیرو درکشور،ایران با روی آوردن به اسپانیا وژاپن کوشش درتکمیل پروژه بوشهرکرد که موفقیت آمیز نبود. سپس قراردادی با روسیه برای به انجام رساندن کار نیروگاه بوشهر امضا شدکه کارآن هنوز ادامه دارد و چند بار زمان پایان پروژه به تعویق افتاده است. لازم به ذکر است که ایران در سال 1958، به عضویت آژانس بین المللی انرژی اتمی (I.A.E.A) درآمد.
ایران درسال 1968،پیمان عدم تکثیر سلاحهای هستهای(N.P.T) را پذیرفت ودرسال 1970، آن را در مجلس شورای ملی به تصویب رساند. اگر چه ایران از دیدگاه قوانین آژانس بین المللی انرژی اتمی و همچنین از نقطه نظر پیماننامه منع گسترش سلاحهای هستهای حق تحقیق و استفاده صلحآمیز از فنآوری هستهای را دارد،کشورهای غربی تلاش پیگیری راآغازکردهاندکه ایران را برای همیشه ازهرگونه استفاه از فناوری انرژی هستهای منع کنند. با وجود همه این تلاشها در آوریل 2006،ایران اعلام کرد که موفق به غنیسازی اورانیوم به میزان 5/3 درصد شده است.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.