وبلاگ فناوری اطلاعات یزد نسخه جدید- مقالات خواندنی و جالب ، مجموعه مقالات فارسی و انگلیسی عمومی و تخصصی در حوزه IT و اخبار فن
مفاهیم و تعاریف فنی فن آوری انرژی هسته‌ای: انرژی هسته‌ای از معدن تا نیروگاه
چهارشنبه سی ام فروردین 1385 ساعت 10:04 قبل از ظهر | نوشته ‌شده به توسط: تی ان تی- یک هکر خوب/۴/ | ( نظرات )

مفاهیم و تعاریف فنی فن آوری  انرژی هسته‌ای: انرژی هسته‌ای از معدن تا نیروگاه

شاید درج مقاله ای در مورد فن آوری فراوری هسته ای در وبلاگی در خصوص فن آوری اطلاعات کمی  دور از ذهن باشد اما با توجه به سابقه گفتارهایی پیشین مانند مقوله تاریخچه هولوکاست( قسمت اول) و قسمت دوم  ، یا تاریخ کامل عید نوروز و حتی وجه تسمیه "افسانه بابانویل" در وبلاگ این موضوع دور از شیوه وبلاگ نیست حتی در  مورد بیماری و ویروس آنفولانزای مرغی( قسمت اول) ( قسمت دوم) سخن گفتیم

از سویی در روزهای گذشته دانشمندان و متخصصان ایرانی به فن آوری هسته ای دست یافته اند که موجی از شادی و خرسندی را در بین ایرانیان و حتی کشورهای درحال توسعه به وجود آورد اما کمتر فرصت شده در مورد این فن آوری با نگاهی علمی و فنی سخن گفته شود شایدهم گفته شده باشد

درهرحال در این گفتار به نقل کیوان باقری به فن آوری انرژی هسته ای ایران می پردازیم و البته با مفاهیم اولیه و ابتدایی و تعاریف فنی آشنا می شویم لااقل مبانی این فن آوری سررشته ای به دستمان دهد.

مفاهیم اولیه و فنی  در مورد انرژی هسته ای : انرژی هسته‌ای از معدن تا نیروگاه

استفاده از انرژی هسته‌ای برای تولید برق روشی پیچیده اما كارامد برای تامینفعالیت پنهان در اینترنت ؛ نیم نگاهی به محرمانگى (Privacy) اینترنتی انرژی مورد نیاز بشر است.

نیروگاه‌های غیر هسته‌ای ؛ نیروگاه‌های  هسته‌ای 

در نیروگاه‌های غیر هسته‌ای، از سوزاندن سوختهای فسیلی از قبیل نفت و یا زغال سنگ برای گرم كردن آب و تولید بخار استفاده می‌شود كه یك مقایسه ساده میان نیروگاه‌های هسته‌ای و غیر هسته‌ای، صرفه اقتصادی قابل توجه نیروگاه‌های هسته‌ای را اثبات می‌كند.

به طور مثال، برای تولید  ۷۰۰۰مگاوات برق حدود  ۱۹۰میلیون بشكه نفت خام مصرف می‌شود كه استفاده از سوخت هسته‌ای برای تولید همین میزان انرژی سالیانه میلونها دلار صرفه جویی به دنبال دارد و به علاوه میزان آلایندگی زیست محیطی آن نیز بسیار كمتر است.

كافی است بدانیم كه مصرف این  ۱۹۰میلیون بشكه نفت خام برای تولید  ۷۰۰۰مگاوات برق،  ۱۵۷هزار تن گاز گلخانه‌ای دی اكسید كربن،  ۱۵۰تن ذرات معلق در هوا،  ۱۳۰تن گوگرد و  ۵تن اكسید نیتروژن در محیط زیست پراكنده می‌كند كه نیروگاههای هسته‌ای این آلودگی‌ها را ندارند.

انرژی هسته‌ای از معدن تا نیروگاه  

پس از آشنایی با مفاهیم كلی انرژی هسته‌ای و مزایای آن، ابتدا با مراحل مختلف چرخه سوخت هسته‌ای آشنا می‌شویم و سپس نحوه استفاده از سوخت هسته‌ای درون راكتور را مرور می‌كنیم.

به طور كلی برای بهره‌برداری از انرژی هسته‌ای در نیروگاه‌های هسته‌ای، از عنصر اورانیوم غنی شده به عنوان سوخت در راكتورهای هسته‌ای استفاده می‌شود كه ماحصل عملكرد نیروگاه، انرژی الكتریسته است. عنصر اورانیوم كه از معادن استخراج می‌شود به صورت طبیعی در راكتورهای نیروگاه‌ها قابل استفاده نیست و به همین منظور باید آن را به روشهای مختلف به شرایط ایده عال برای قرار گرفتن درون راكتور آماده كرد.

اورانیوم یكی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است كه نماد آن Uو عدد اتمی آن  ۹۲است. این عنصر دارای دمای ذوب هزار و  ۴۵۰درجه سانتیگراد بوده و به رنگ سفید مایل به نقره‌ای، سنگین، فلزی و رادیواكتیو است و به رغم تصور عام، فراوانی آن در طبیعت حتی از عناصری از قبیل جیوه، طلا و نقره نیز بیشتر است.

عنصر اورانیوم

عنصر اورانیوم در طبیعت دارای ایزوتوپهای مختلف از جمله دو ایزوتوپ مهم و پایدار اورانیوم  ۲۳۵و اورانیوم  ۲۳۸است. برای درك مفهوم ایزوتوپهای مختلف از هر عنصر باید بدانیم كه اتم تمامی عناصر از سه ذره اصلی پروتون، الكترون و نوترون ساخته می‌شوند كه در تمامی ایزوتوپهای مختلف یك عنصر، تعداد پروتونهای هسته اتمها با هم برابر است و تفاوتی كه سبب بوجود آمدن ایزوتوپهای مختلف از یك عنصر می‌شود، اختلاف تعداد نوترونهای موجود در هسته اتم است.

به طور مثال تمامی ایزوتوپهای عنصر اورانیوم در هسته خود دارای ۹۲ پروتون هستند اما ایزوتوپ اورانیوم  ۲۳۸در هسته خود دارای  ۱۴۶نوترون ( (۹۲+۱۴۶=۲۳۸و ایزوتوپ اورانیوم  ۲۳۵دارای  ۱۴۳نوترون( (۹۲+۱۴۳=۲۳۵در هسته خود است.

اورانیوم  ۲۳۵ ؛ اورانیوم را غنی‌سازی شده

مهمترین ماده مورد نیاز راكتورهای هسته‌ای(برای شكافته شدن و تولید انرژی) است اما مشكل كار اینجاست كه اورانیوم استخراج شده از معدن تركیبی از ایزوتوپهای  ۲۳۸و  ۲۳۵بوده كه در این میان سهم ایزوتوپ  ۲۳۵بسیار اندك(حدود  ۰/۷درصد) است و به همین علت باید برای تهیه سوخت راكتورهای هسته‌ای به روشهای مختلف درصد اوانیوم  ۲۳۵را در مقایسه با اورانیوم  ۲۳۸بالا برده و بسته به نوع راكتور هسته‌ای به  ۲تا  ۵درصد رساند و به اصطلاح اورانیوم را غنی‌سازی كرد.

درون راكتورهای هسته‌ای، هسته اورانیوم  ۲۳۵به صورت كنترل شده شكسته شده كه در این فرایند مقداری جرم به انرژی تبدیل می‌شود. همین انرژی سبب ایجاد حرارت(اغلب از این حرارت برای تبخیر آب استفاده می‌شود) و در نتیجه چرخیدن توربینها و در نهایت چرخیدن ژنراتورهای نیروگاه و تولید برق می‌شود.

چرخه سوخت هسته‌ایچرخه سوخت هسته‌ای عبارت است از: -۱فراوری سنگ معدن اورانیوم -۲ تبدیل و غنی‌سازی اورانیوم -۳تولید سوخت هسته‌ای -۴بازفرآوری سوخت مصرف شده.

کشورهای دارنده چرخه سوخت هسته ای

در حال حاضر چند كشور صنعتی جهان هر كدام در یك، چند و یا همه چهار مرحله یاد شده از چرخه سوخت هسته‌ای فعالیت می‌كنند.

هم اكنون به لحاظ صنعتی، كشورهای فرانسه، ژاپن، روسیه، آمریكا و انگلیس دارای تمامی مراحل چرخه سوخت هسته‌ای در مقیاس صنعتی هستند و در مقیاس غیرصنعتی، كشورهای دیگری مثل هند نیز به لیست فوق اضافه می‌شوند.

كشورهای كانادا و فرانسه در مجموع دارای بزرگترین كارخانه‌های تبدیل اورانیوم(مرحله پیش از غنی‌سازی) هستند كه محصولات آنها شامل UO3,UO2,UF6 غنی نشده می‌باشد و پس از آنها به ترتیب كشورهای آمریكا، روسیه و انگلستان قرار دارند. در زمینه غنی‌سازی نیز، دو كشور آمریكا و روسیه دارای بزرگترین شبكه غنی‌سازی جهان هستند.

آمریكا هم اكنون بزرگترین تولیدكننده سوخت هسته‌ای(مرحله بعد از غنی سازی) در جهان است و پس از آمریكا، كانادا تولیدكننده اصلی سوخت هسته‌ای در جهان محسوب می‌شود. پس از آمریكا و كانادا، كشورهای انگلیس، روسیه، ژاپن، فرانسه، آلمان، هند، كره جنوبی و سوئد از تولیدكنندگان اصلی سوخت هسته‌ای جهان هستند. آمریكا بیشترین سهم بازفراوری سوخت مصرف شده هسته‌ای در جهان را داراست و پس از آن فرانسه، انگلیس، روسیه، هند و ژاپن قرار دارند. درحال حاضر بین كشورهای جهان سوم، هندوستان پیشرفته‌ترین كشور در زمینه دانش فنی چرخه سوخت هسته‌ای است.

آشنایی با مفهوم  چرخه سوخت هسته‌ای:

استخراج اوانیوم از معدن و تهیه كیك زرد - مرحله فراوری سنگ معدن اورانیوم

عنصر اورانیوم در طبیعت به صورت تركیبات شیمیایی مختلف از جمله اكسید اورانیوم، سیلیكات اورانیوم و یا فسفات اورانیوم و به صورت مخلوط با تركیباتی از عناصر دیگر یافت می‌شود.در میان كشورهای مختلف جهان، استرالیا دارای بزرگترین معادن اورانیوم است و كشورهای قزاقستان، كانادا، آفریقای جنوبی، نامیبیا، برزیل و روسیه نیز از معادن بزرگی برخوردارند.

مواد معدنی حاوی اورانیوم با استفاده از روشهای معدن‌كاوی زیرزمینی و یا روزمینی استخراج شده و سپس طی فرایندهای مكانیكی و شیمیایی موسوم به "آسیاب كردن" و "كوبیدن" از دیگر عناصر جدا می‌شوند.

اورانیوم پس از استخراج تفكیك، كوبیده، خرد و به شكل پودر درآمده و سپس برای تولید ماده موسوم به "كیك زرد" ( (YellowCakeمورد استفاده قرار می گیرد.

كیك زرد در واقع محصول فراوری سنگ معدن ارونیوم است و به تركیباتی از اورانیوم گفته می‌شود كه ناخالصی‌های معدنی آن به میزان زیادی گرفته شده و حاوی  ۷۰تا  ۹۰درصد اكسید اورانیوم از نوع U3O8است.

فراوری كیك زرد و تولید هگزافلورید اورانیوم و آغاز غنی‌سازی -مرحله تبدیل و غنی‌سازی

كیك زرد در این مرحله هنوز دارای ناخالصی‌هایی است كه توسط روشهای مختلف این ناخالصی‌ها كاسته شده و پس از طی فرایندهای شیمیایی نسبتا پیچیده، از شكل معدنی U3O8به( UO3تری اكسید اروانیوم) و سپس UO2(دی اكسید اورانیوم) در می‌آید كه این تركیب آخر نیز به دو روش موسوم به روش تر و روش خشك برای تولید ماده مورد نیاز در فرایند غنی‌سازی، یعنی هگزافلورید اورانیوم (UF6) به كار گرفته می‌شود.

در صنعت به این دلیل عنصر اورانیوم را به صورت تركیب هگزافلورید اورانیوم(UF6)در می‌آورند كه ماده مذكور بهترین تركیب اورانیوم برای استفاده در روشهای مهم غنی‌سازی اورانیوم محسوب می‌شود. در روشهای مرسوم غنی‌سازی اورانیوم، باید از حالت گازی تركیبات این عنصر استفاده كرد و هگزافلورید اورانیوم در دمای  ۵۶درجه سانتیگراد به راحتی تصعید شده و از حالت جامد به حالت گاز در می‌آید كه این گاز برای دستیابی به درصد بالاتر ایزوتوپ  ۲۳۵اورانیوم، قابل غنی‌سازی است.

ادامه دارد .....

نویسنده: كیوان باقری

عنوان اصلی :  انرژی هسته‌ای از معدن تا نیروگاه (1)

منبع  : خبرگزاری جمهوری اسلامی تهران، داخلی. خارجی. علمی. هسته‌ای.

انرژی هسته‌ای از معدن تا نیروگاه (2)

خبرگزاری جمهوری اسلامی تهران، داخلی. خارجی. علمی. هسته‌ای.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


مطالب مرتبط با: وبلاگ فناوری اطلاعات یزد ,

می توانید دیدگاه خود را بنویسید
 
موضوعات
نظر سنجی
نظرتان در موردوضعیت کنونی وبلاگ فناوری اطلاعات یزد چیست؟






دیگر موارد
تعداد مقالات وبلاگ :
نویسندگان وبلاگ :
آخرین بروز رسانی مقالات وبلاگ :
بازدید امروز :
بازدید دیروز :
بازدید این ماه :
بازدید ماه قبل :
بازدید کل :
آخرین زمان بازدید :

Xبستن تبلیغات
شبکه اجتماعی فارسی کلوب | Buy Website Traffic | Buy Targeted Website Traffic