پایان نامه نيروگاه اتمي و انواع رآكتورهاي هسته اي
فهرست:
پيشگفتار ……………………………………………………………………………………………………… 1
چكيده ……………………………………………………………………………………………………….. 2
مقدمه……………………………………………………………………………………. 7
فصل اول (هسته)
هسته ……………………………………………………………………………………………………………. 8
نيمه عمر ………………………………………………………………………………………………………. 9
درون هسته …………………………………………………………………………………………………… 10
اسپين …………………………………………………………………………………………………………… 11
ايزواسپين و نيروى هسته اى ……………………………………………………………………………….. 12
نيروى هسته اى قوى ………………………………………………………………………………………… 13
نيروى هسته اى ضعيف …………………………………………………………………………………….. 14
شكافت ………………………………………………………………………………………………………… 15
گداخت ……………………………………………………………………………………………………… 16
شکافت هسته اي………………………………………………………………………………………………. 17
انرژي هسته اي ……………………………………………………………………………………………… 18
چرخه سوخت هسته ای ……………………………………………………………………………………… 20
عنوان صفحه فصل دوم ( راكتورهاي هسته اي )
ساختمان راکتور……………………………………………………………………………………………… 23
سوخت هستهای …………………………………………………………………………………………….. 33
غلاف سوخت راکتور……………………………………………………………………………………….. 34
مواد کند کننده نوترون ……………………………………………………………………………………… 35
خنک کنندهها ………………………………………………………………………………………………. 35
مواد کنترل کننده شکافت…………………………………………………………………………………… 36
راكتور هاي شكافت هسته اي ………………………………………………………………………………. 36
اجزاي اصلي راكتور………………………………………………………………………………………….. 38
راکتورهای هسته ای طبیعی …………………………………………………………………………………. 42
راکتورهای حرارتی………………………………………………………………………………………….. 43
راكتور آب جوش …………………………………………………………………………………………… 45
راكتور آب تحت فشار ……………………………………………………………………………………… 47
راکتور های سریع …………………………………………………………………………………………… 48
راکتورهای سریع LMFR ………………………………………………………………………………… 48
راکتورهای BFR …………………………………………………………………………………………. 49
راكتور خود سوخت زا ……………………………………………………………………………………… 50
راکتور هاي هسته اي قدرت ……………………………………………………………………………….. 51
عنوان صفحه
انواع راکتور هاي قدرت…………………………………………………………………………………….. 52
کاربردهای راکتورهای هستهای…………………………………………………………………………… 58
سیستم های ایمنی در راکتور ………………………………………………………………………………. 58
حفاظت راکتور ………………………………………………………………………………………………. 60
فصل سوم ( نيروگاه اتمي )
نیروگاه اتمی ………………………………………………………………………………………………….. 63
تاریخچه ای از نیروگاه اتمی ………………………………………………………………………………. 64
نگاهی به نیروگاه اتمی بوشهر …………………………………………………………………………….. 66
انواع گوناگون نيروگاه هاي هسته اي …………………………………………………………………….. 71
مقایسه نیروگاه های هسته ای مختلف …………………………………………………………………… 73
فصل چهارم (انواع سوخت هسته اي )
انواع سوخت هسته اي ……………………………………………………………………………………….. 77
اورانيوم ( U92) ………………………………………………………………………………………………. 78
پلوتونيوم (PU94 (…………………………………………………………………………………………………………………………… 79
توريوم (TH90 (………………………………………………………………………… 80
عنوان صفحه
فصل پنجم ( توان هسته اي )
توان هسته اي ………………………………………………………………………………………………… 82
برق هسته اي ………………………………………………………………………………………………… 84
سهم برق هستهای در تولید برق کشورها………………………………………………………………….. 85
دیدگاه اقتصادی استفاده از برق هستهای …………………………………………………………………. 87
دیدگاه زیست محیطی استفاده از برق هستهای …………………………………………………………… 88
نتيجه گيري ……………………………………………………………………………………………………. 93
منابع و مأخذ…………………………………………………………………………………………………… 95
پيشگفتار:
استفاده از انرژي هستهاي براي توليد برق روشي پيچيده اما كارآمد براي تامين انرژي مورد نياز بشر است. به طور كلي براي بهرهبرداري از انرژي هستهاي در نيروگاههاي هستهاي، از عنصر اورانيوم غني شده به عنوان سوخت در راكتورهاي هستهاي استفاده ميشود كه ماحصل عملكرد نيروگاه، انرژي الكتريسته است. عنصر اورانيوم كه از معادن استخراج ميشود به صورت طبيعي در راكتورهاي نيروگاهها قابل استفاده نيست و به همين منظور بايد آن را به روشهاي مختلف به شرايط ايده عال براي قرار گرفتن درون راكتور آماده كرد. اورانيوم يكي از عناصر شيميايي جدول تناوبي است كه نماد آن Uو عدد اتمي آن۹۲ است. اين عنصر داراي دماي ذوب 1450درجه سانتيگراد بوده و به رنگ سفيد مايل به نقرهاي، سنگين، فلزي و راديواكتيو است و به رغم تصور عام، فراواني آن در طبيعت حتي از عناصري از قبيل جيوه، طلا و نقره نيز بيشتر است.
چكيده :
هسته ي بعضي از اتم ها ي سنگين مانند اورانيوم و توريم مي تواند بر اثر واكنش شكافت هسته اي انرژي قابل ملاحظه اي توليد كند، در اين نوع واكنش كه معمولاً در يك راكتور هسته اي انجام مي شود، هسته ي اتم هاي سنگين بر اثر واكنش با نوترون، به دو هسته ي سبك تر شكافته مي شود و توليد گرماي بسيار زيادي مي كند.راكتور هسته اي در واقع كوره اي است كه سوخت آن به جاي ذغال سنگ، نفت يا گاز ، ماده ي شكافت پذير است، در نتيجه مي تواند يك توربين بخار معمولي مولد برق را به كار اندازد.هر چند سوخت هسته اي آلاينده هايي چون CO2 و SO2 توليد نمي كنند، امّا استفاده از اين سوخت ها با مسائل و مشكلات بزرگي همراه است. كه عبارتند از:
- مقدار عناصر شكافت پذير كه سوخت راكتورهاي هسته اي را تشكيل مي دهند محدود و تمام شدني است.
- هسته ي اتم هاي شكافت پذير نيز پرتو زا هستند و كار كردن با آن ها زيان بار است.
- آماده سازي اين عناصر براي فرايند شكافت در راكتورهاي هسته اي، فرايندي مشكل و پر هزينه است.
طي سال هاي گذشته اغلب كشورها به استفاده از اين نوع انرژي هسته اي تمايل داشتند و حتي دولت ايران 15 نيروگاه اتمي به كشورهاي آمريكا، فرانسه و آلمان سفارش داده بود. ولي خوشبختانه بعد از وقوع دو حادثه مهم تري ميل آيلند (Three Mile Island) در 28 مارس 1979 و فاجعه چرنوبيل (Tchernobyl) در روسيه در 26 آوريل 1986، نظر افكار عمومي نسبت به كاربرد اتم براي توليد انرژي تغيير كرد و ترس و وحشت از جنگ اتمي و به خصوص امكان تهيه بمب اتمي در جهان سوم، كشورهاي غربي را موقتاً مجبور به تجديدنظر در برنامه هاي اتمي خود كرد .
نيروگاه اتمي در واقع يك بمب اتمي است كه به كمك ميله هاي مهاركننده و خروج دماي دروني به وسيله مواد خنك كننده مثل آب و گاز، تحت كنترل درآمده است. اگر روزي اين ميله ها و يا پمپ هاي انتقال دهنده مواد خنك كننده وظيفه خود را درست انجام ندهند، سوانح متعددي به وجود مي آيد و حتي ممكن است نيروگاه نيز منفجر شود، مانند فاجعه نيروگاه چرنوبيل شوروي.
يك نيروگاه اتمي متشكل از مواد مختلفي است كه همه آنها نقش اساسي و مهم در تعادل و ادامه حيات آن را دارند. اين مواد عبارت اند از :
- ماده سوخت متشكل از اورانيوم طبيعي، اورانيوم غني شده، اورانيوم و پلوتونيم است عمل سوختن اورانيوم در داخل نيروگاه اتمي متفاوت از سوختن زغال يا هر نوع سوخت فسيلي ديگر است. در اين پديده با ورود يك نوترون كم انرژي به داخل هسته ايزوتوپ اورانيوم 235 عمل شكست انجام مي گيرد و انرژي فراواني توليد مي كند. بعد از ورود نوترون به درون هسته اتم، ناپايداري در هسته به وجود آمده و بعد از لحظه بسيار كوتاهي هسته اتم شكسته شده و تبديل به دوتكه شكست و تعدادي نوترون مي شود. تعداد متوسط نوترون ها به ازاي هر 100 اتم شكسته شده 247 عدد است و اين نوترون ها اتم هاي ديگر را مي شكنند و اگر كنترلي در مهار كردن تعداد آنها نباشد واكنش شكست در داخل توده اورانيوم به صورت زنجيره اي انجام مي شود كه در زماني بسيار كوتاه منجر به انفجار شديدي خواهد شد . در واقع ورود نوترون به درون هسته اتم اورانيوم و شكسته شدن آن توام با انتشار انرژي معادل با 200 ميليون الكترون ولت است اين مقدار انرژي در سطح اتمي بسيار ناچيز ولي در مورد يك گرم از اورانيوم در حدود صدها هزار مگاوات است. كه اگر به صورت زنجيره اي انجام شود، در كمتر از هزارم ثانيه مشابه بمب اتمي عمل خواهد كرد. اما اگر تعداد شكست ها را در توده اورانيوم و طي زمان محدود كرده به نحوي كه به ازاي هر شكست، اتم بعدي شكست حاصل كند شرايط يك نيروگاه اتمي به وجود مي آيد. به عنوان مثال نيروگاهي كه داراي 10 تن اورانيوم طبيعي است قدرتي معادل با 100 مگاوات خواهد داشت و به طور متوسط 105 گرم اورانيوم 235 در روز در اين نيروگاه شكسته مي شود و همان طور كه قبلاً گفته شد در اثر جذب نوترون به وسيله ايزوتوپ اورانيوم 238 اورانيوم 239 به وجود مي آمد كه بعد از دو بار انتشار پرتوهاي بتا (يا الكترون) به پلوتونيم 239 تبديل مي شود كه خود مانند اورانيوم 235 شكست پذير است. در اين عمل 70 گرم پلوتونيم حاصل مي شود. ولي اگر نيروگاه سورژنراتور باشد و تعداد نوترون هاي موجود در نيروگاه زياد باشند مقدار جذب به مراتب بيشتر از اين خواهد بودو مقدار پلوتونيم هاي به وجود آمده از مقدار آنهايي كه شكسته مي شوند بيشتر خواهند بود. در چنين حالتي بعد از پياده كردن ميله هاي سوخت مي توان پلوتونيم به وجود آمده را از اورانيوم و فرآورده هاي شكست را به كمك واكنش هاي شيميايي بسيار ساده جدا و به منظور تهيه بمب اتمي ذخيره كرد .
- کند كننده ها موادي هستند كه برخورد نوترون هاي حاصل از شكست با آنها الزامي است و براي كم كردن انرژي اين نوترون ها به كار مي روند. زيرا احتمال واكنش شكست پي در پي به ازاي نوترون هاي كم انرژي بيشتر مي شود. آب سنگين (D2O) يا زغال سنگ (گرافيت) به عنوان کند كننده نوترون به كار برده مي شوند .
- ميله هاي مهاركننده: اين ميله ها از مواد جاذب نوترون درست شده اند و وجود آنها در داخل رآكتور اتمي الزامي است و مانع افزايش ناگهاني تعداد نوترون ها در قلب رآكتور مي شوند. اگر اين ميله ها كار اصلي خود را انجام ندهند، در زماني كمتر از چند هزارم ثانيه قدرت رآكتور چند برابر شده و حالت انفجاري يا ديورژانس رآكتور پيش مي آيد. اين ميله ها مي توانند از جنس عنصر كادميم و يا بور باشند .
- مواد خنك كننده يا انتقال دهنده انرژي حرارتي: اين مواد انرژي حاصل از شكست اورانيوم را به خارج از رآكتور انتقال داده و توربين هاي مولد برق را به حركت در مي آورند و پس از خنك شدن مجدداً به داخل رآكتور برمي گردند. البته مواد در مدار بسته و محدودي عمل مي كنند و با خارج از محيط رآكتور تماسي ندارند. اين مواد مي توانند گاز CO2، آب، آب سنگين، هليم گازي و يا سديم مذاب باشند .
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.