*پژوهش درباره نیروگاه ها و راکتورهای هسته ای*

فهرست مطالب

عنوان صفحه

مقدمه .............................................................................................................. 1

فصل اول: مبانی راکتورهای هسته ای

بخش اول: فیزیک اتمی و هسته ای:

اتم و هسته:....................................................................................... 5

ایزوتوپ ها:........................................................................................ 5

واکنشهای هسته ای ............................................................................ 6

واکنش زنجیره ای................................................................................ 8

دسته بندی انواع راکتورها:..................................................................... 9

چرخة نوترون در راکتورهای حرارتی:..................................................... 10

بخش دوم: اصول فیزیکی ساختمان راکتورهای هسته ای:

تولید برق:............................................................................................ 13

راکتورهای برق هسته ای:...................................................................... 16

راکتورهای آب سبک:............................................................................ 17

راکتورهای آب تحت فشار...................................................................... 21

راکتورهای آب جوشان:.......................................................................... 24

راکتورهای آب سنگین:.......................................................................... 25

راکتور کاندور:....................................................................................... 25

راکتور آب سنگین مولد بخار:................................................................. 26

راکتور کند شونده با گرافیت:...................................................................... 26

راکتورهای ماگنوس:................................................................................. 27

راکتور پیشرفت خنک شونده با گاز ............................................................ 30

راکتورهای سریع زاینده:............................................................................ 30

عنوان صفحه

فصل دوم: مبانی نیروگاههای هسته ای:

نیروگاه هسته ای:...................................................................................... 33

راکتور هسته ای:....................................................................................... 35

انرژی هسته ای:........................................................................................ 38

فصل سوم: کنترل راکتور

بخش اول: اثرهای سیستم کنترل راکتور

شکل زهر کنترل:...................................................................................... 42

سیستم های کنترل در راکتور..................................................................... 47

بحرانی کردن راکتور................................................................................... 49

بخش دوم: کارگردانی راکتورها

زهرهای حاصل از شکافت:......................................................................... 51

تشکیل محصولات شکافت: ....................................................................... 53

فصل چهارم: ایمنی هسته ای و حفاظت در برابر تابش:

ایمنی هسته ای: ........................................................................................ 55

حفاظت در برابر تابش.................................................................................. 56

فصل پنجم: مواد مورد نیاز در راکتورهای هسته ای:

بخش اول: سوخت:

اورانیوم:..................................................................................................... 60

پلوتونیوم:..................................................................................................... 60

بخش دوم:

سوخت هسته ای:.......................................................................................... 62

غنی سازی اورانیوم:....................................................................................... 62

عنوان صفحه

آبشار .......................................................................................................... 63

فاکتور جداسازی:........................................................................................... 63

قدرت جداسازی:............................................................................................ 64

بخش سوم :

روش های غنی‌سازی : ................................................................................. 65

روش الکترومغناطیسی: ................................................................................. 65

روش پخش گازی:....................................................................................... 66

روش سانتریفوژ:............................................................................................ 69

فرایند جت:................................................................................................... 70

روش غنی سازی با لیزر:................................................................................ 71

هزینة غنی سازی:......................................................................................... 72

ذخایر جهانی اورانیوم: ................................................................................... 75

فصل آخر: نتیجه گیری

منابع و مأخذ

اصطلاحات انگلیسی

مقدمه:

برنامه استفاده از انرژی هسته‌ برای تولید برق در ایران در سال 1353 آغاز شد و پس از مشکلات ناشی از جنگ تحمیلی، لزوم بازنگری برنامه های قبلی و مسائل اقتصادی که کشور ما با آن روبرو است دوباره در صدر برنامه های دولت قرار گرفته است. از طرف دیگر استفاده از انرژی هسته ای در جهان و ساخت نیروگاههای هسته ای در 40 سال گذشته بطور پیوسته ادامه داشته و در حال حاضر 17% از انرژی برق در جهان از انرژی هسته ای تأمین می شود. کشورهای در حال توسعه، چه آنهایی که منبع انرژی دیگری در اختیار ندارند و چه کشورهایی که همراه با منابع دیگر می خواهند از این تکنولوژی جدید نیز برای تولید انرژی برق استفاده کنند، با مسائل خاصی مواجه هستند. کمبود سرمایه، فقدان نیروی انسانی کاردان، ضعف ارگان های تشکیلاتی و مقرراتی، عدم آمادگی صنایع محلی برای مشارکت و بالاخره موضوعات سیاسی در رابطه با انتقال دانش فنی و نظام منع گسترش سلاح هسته ای مهمترین موضوعات در رابطه با ساخت و بهره برداری از نیروگاههای هسته ای است.

پیش بینی مصرف برق، لزوم توسعة وسیع ظرفیت تولید موجود را نشان می دهد با توجه به اهمیت ذخیرة انرژی و بهبود بازدهی استفاده از آن، انرژی هسته ای به عنوان گزینه ای اجتناب ناپذیر با نقشی مهم در برآوردن نیاز آیندة انرژی برق در جهان تجلی می کند.

نیازهای فزایندة جهان به انرژی همراه با مسایل محیطی ناشی از گسترش روزافزون باکارگیری منابع سوخت فسیلی و نیز کاهش سریع این منابع، عواملی هستند که احتمالاً خط مشی های آتی انرژی در کشورهای عضو آژانس را تحت تأثیر قرار خواهند داد.

در منابع انگلیسی زبان بخصوص آمریکایی عبارت nuclear power یا قدرت هسته‌ای بجای انرژی هسته ای بکار می رود. چون معنای واقعی این عبارت انرژی هسته ای است و در ایران نیز رایج تر است، در این جا عبارت nuclear power به عبارت انرژی هسته ای بکار می رود.

فصل اول :

مبانی رآکتورهای هسته ای

بخش اول : فیزیک اتمی و هسته ای

- واکنشهای هسته ای، پرتوزایی و ...

این نوشته ها و اطلاعات پیرامون نظریه و نحوة کار رآکتورهای هسته می باشند.

ساختمان اتم

اتم و هسته:

اتمهای تمام عناصر که زمانی که تصور می شد ذرات بنیادی طبیعت باشند، متشکل از سه ذره بنیادی ترپروتون، نوترون، و الکترون اند. آرایش این ذرات در درون اتم، به ویژه تعداد پروتون ها و الکترون ها، ماهیت شیمیایی عنصر را تعیین می کند. اتم از هسته ای تشکیل شده است، که تمام پروتون های با بار مثبت و نوترون های بدون بار در آن گرد هم آمده اند، و تعدادی الکترون با بار منفی، در مدارهایی حول آن می‌چرخند.

ایزوتوپ ها:

اتمهایی که دارای عدد اتمی، Z، یکسان ولی عدد نوترونی متفاوت N می باشند، ایزوتوپ های عنصر با عدد اتمی z، نامیده می شوند، تمام عناصر دارای تعدادی ایزوتوپ هستند، و در مواردی این تعداد به 20، یا بیشتر می رسد. عناصر طبیعی هر کدام دارای یک یا چند ایزوتوپ پایدار هستند که به طور طبیعی یافت می شوند و سایر ایزوتوپ ها که پرتوزا یا ناپایدار هستند را می توان به روشهای مصنوعی تولید کرد.

خواص شیمیایی ایزوتوپ های مختلف یک عنصر شبه هم است، که عجیب هم نیست زیرا پیوندهای شیمیایی بین الکترون ها برقرار اند.

به عنوان مثال علامت ایزوتوپی از اکسیژن را نشان می دهد که هستة آن دارای 8 پروتون و 8 نوترون است. هستةآن دارای 8 پروتون و 8 نوترون است. هستة ایزوتوپ دارای 8 پروتون و 9 نوترون است.

هیدروژن عنصر مهمی در مهندسی هسته ای است. هیدروژن طبیعی متشکل از دو ایزوتوپ، 985 و 99 درصد و 015/0 درصد ، موسوم به هیدروژن سنگین یا دو تریم، است. ایزوتوپ سومی از هیدروژن به نام تریتیم هم وجود دارد که پرتوزاست.

واکنشهای هسته ای:

تعداد واکنشهای هسته ای ممکن بسیار زیاد است، اما فقط تعداد کمی از آنها مورد توجه ما هستند. این واکنشها توسط بر هم کنش ذرات سبک از قبیل نوترون ها، پروتون ها یا دوترون ها (هسته های دوتریم)، یا تابش گاما با هسته های اتمی پدید می آیند به عنون مثال، می توان واکنشی را در نظر گرفت که در مهندسی هسته از اهمیت زیادی برخوردار است و از بر هم کنش بین نوترون های انرژی- پایین و بور 10 نتیجه می شود:

چهار قانون بنیادی بر کلیة واکنشهای هسته ای حاکم است:

*مقاله درباره چگونگی شتاب دار کردن ذرات*

در این تحقیق ابتدا به بیان جزئیات ومقدماتی در مورد چگونگی شتاب دار کردن ذرات پرداخته میشود و سپس به بررسی کلی شتاب دهنده ها و بیان انواع آنها وضرورت وجود آنها پرداخت خواهد شد.

نوارهای انرژی وحاملها:

الکترون نمی تواند یک طیف پیوسته از انرژی را به خود اختصاص دهد و دارای سطوح گسسته ای از انرژی است که به این سطوح اربیتال گفته می شود.

مقدار انرژی جنبشی که یک اربیتال دارد بستگی به انرژی الکترون آن دارد.

پیوندهای کووالانسی:

در یک شبکه کریستالی هر دو جفت الکترون تشکیل یک پیوند کوالانسی می دهند. پیوندهای کوولانسی می توانند بین اتمهای یک عنصر یا اتمهای عناصر متفاوت شکل بگیرند. وقتی پیوندهای کووالانسی به هم متصل میشوند یک شبکه کریستالی ایجاد می شود.

الکترون با شرکت در پیوند به سطوح انرژی پایین تری می رود و بنابراین برای رهایی از پیوند کووالانسی باید مقداری انرژی مصرف کنیم.

دردمای صفر کلوین در شبکه کریستالی تمام الکترونها در پیوندهای کووالانسی محبوس می شوند ولی در دمای محیط بعضی از پیوندها این شانس را دارند که از محیط اطراف به اندازه کافی انرژی دریافت کنند و از پیوند رها شوند.

نوارهای انرژی در نیمه هادی:

می توان ثابت کرد که الکترونها انرژیهای گسسته و محدودی دارند وشکافهایی از انرژی وجود دارد که در آنها هیچ حالت مجازی برای الکترون وجود ندارد.

اتمهای منفرد و جامدات:

در اینجا رفتار ویک اتم در حالتی را که در همسایگی هیچ اتم دیگری قرار ندارد و بصورت کاملا منفرد یعنی در خلا کامل است بررسی می کنیم.(شکل 1)

ابتدا الکترون سطوح کم انرژی تر را پر می کند.

با کم شدن فاصله اتمی بدلیل نیروهای جاذبه دافعه اتمی تغییرات مهمی ازشکل تراز الکترونها رخ می دهد که این تغییرات خود سبب تعیین خواص الکتریکی جامدات است. میتوان گفت در فاصله اتمی معینی نیروهای جاذبه ودافعه به تعادل میرسد.

با تجمع اتمها اصل انحصار پائولی اهمیت پیدا می کند. طبق این اصل هیچ دو الکترونی نمی تواند در حالت کوانتومی انرژی یکسانی داشته باشد. بنابراین انتظار می رود که با نزدیک شدن اتمهای منفرد ترازهای انرژی تغییر کند.

با کاهش فاصله اتمی ترازهای مجزای انرژی به نوارهای انرژی تبدیل می شود که این نوارها خود از ترازهای بسیارنزدیک به هم تشکیل شده اند.