مقاله در مورد انرژی هسته‌ای

بخشهایی از متن:

استفاده اصلی از انرژی هسته‌ای، تولید انرژی الكتریسته است. این راهی ساده و كارآمد برای جوشاندن آب و ایجاد بخار برای راه‌اندازی توربین‌های مولد است. بدون راكتورهای موجود در نیروگاه‌های هسته‌ای، این نیروگاه‌ها شبیه دیگر نیروگاه‌ها زغال‌سنگی و سوختی می‌شود. انرژی هسته‌ای بهترین كاربرد برای تولید مقیاس متوسط یا بزرگی از انرژی الكتریكی به‌طور مداوم است. سوخت اینگونه ایستگاه‌ها را اوانیوم تشكیل می‌دهد.

چرخه سوخت هسته‌ای تعدادی عملیات صنعتی است كه تولید الكتریسته را با اورانیوم در راكتورهای هسته‌ای ممكن می‌كند.

اورانیوم عنصری نسبتاً معمولی و عادی است كه در تمام دنیا یافت می‌شود. این عنصر به‌صورت معدنی در بعضی از كشورها وجود دارد كه حتماً باید قبل از مصرف به صورت سوخت در راكتورهای هسته‌ای، فرآوری شود.

الكتریسته با استفاده از گرمای تولید شده در راكتورهای هسته‌ای و با ایجاد بخار برای به‌كار انداختن توربین‌هایی كه به مولد متصل‌اند تولید می‌شود.
سوختی كه از راكتور خارج شده، بعداز این كه به پایان عمر مفید خود رسید می‌تواند به عنوان سوختی جدید استفاده شود.

فعالیت‌های مختلفی كه با تولید الكتریسیته از واكنش‌های هسته‌ای همراهند مرتبط به چرخه‌ سوخت هسته‌ای هستند. چرخه سوختی انرژی هسته‌ای با اورانیوم آغاز می‌شود و با انهدام پسمانده‌های هسته‌ای پایان می‌یابد. دوبار عمل‌آوری سوخت‌های خرج شده به مرحله‌های چرخه سوخت هسته‌ای شكلی صحیح می‌دهد.

...

در یك آسیاب، اورانیوم با عمل سنگ‌شویی از سنگ‌های معدنی خرد شده جدا می‌شود كه یا با اسید قوی و یا با محلول قلیایی قوی حل می‌شود و به صورت محلول در می‌آید. سپس اورانیوم با ته‌نشین كردن از محلول جدا می‌شود و بعداز خشك كردن و معمولاً حرارت دادن به صورت اشباع شده و غلیظ در استوانه‌های 200 لیتری بسته‌بندی می‌شود.
باقیمانده سنگ معدن كه بیشتر شامل مواد پرتوزا و سنگ معدن می‌شود در محلی معین به دور از محیط معدن در امكانات مهندسی نگهداری می‌شود. (معمولاً در گودال‌هایی روی زمین(.

پس‌مانده‌های دارای مواد رادیواكتیو عمری طولانی دارند و غلظت آنها كم خاصیتی سمی دارند. هرچند مقدار كلی عناصر پرتوزا كمتر از سنگ معدن اصلی است و نیمه عمر آنها كوتاه خواهد بود اما این مواد باید از محیط زیست دور بمانند.

تبدیل و تغییر

محلول آسیاب شده اورانیوم مستقیماً قابل استفاده به‌عنوان سوخت در راكتورهای هسته‌ای نیست. پردازش اضافی به غنی‌سازی اورانیوم مربوط است كه برای تمام راكتورها لازم است.

این عمل اورانیوم را به نوع گازی تبدیل می‌كند و راه به‌دست آوردن آن تبدیل كردن به هگزا فلورید (Hexa Fluoride) است كه در دمای نسبتاً پایین گاز است.
در وسیله‌ای تبدیل‌گر، اورانیوم به اورانیوم دی‌اكسید تبدیل می‌شود كه در راكتورهایی كه نیاز به اورانیوم غنی شده ندارند استفاده می‌شود.

بیشتر آنها بعداز آن كه به هگزافلورید تبدیل شدند برای غنی‌سازی در كارخانه آماده هستند و در كانتینرهایی كه از جنس فلز مقاوم و محكم است حمل می‌شوند. خطر اصلی این طبقه از چرخه سوختی اثر هیدروژن فلورید (Hydrogen Fluoride) است.

...

برای تهیه و تغلیظ اورانیوم تا حد ۵ درصد حداقل ۲۰۰۰ برج از اجسام خلل و فرج دار با ابعاد نسبتاً بزرگ و پی درپی لازم است تا نسبت ایزوتوپ ها تا از برخی به برج دیگر به مقدار ۰۱/۰ درصد تغییر پیدا كند. در نهایت موقعی كه نسبت اورانیوم ۲۳۵ به اورانیوم ۲۳۸ به ۵ درصد رسید باید برای تخلیص كامل از سانتریفوژهای بسیار قوی استفاده نمود. برای ساختن نیروگاه اتمی، اورانیوم طبیعی و یا اورانیوم غنی شده بین ۱ تا ۵ درصد كافی است. ولی برای تهیه بمب اتمی حداقل ۵ تا ۶ كیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ صددرصد خالص نیاز است. عملا در صنایع نظامی از این روش استفاده نمی شود و بمب های اتمی را از پلوتونیوم ۲۳۹ كه سنتز و تخلیص شیمیایی آن بسیار ساده تر است تهیه می كنند. عنصر اخیر را در نیروگاه های بسیار قوی می سازند كه تعداد نوترون های موجود در آنها از صدها هزار میلیارد نوترون در ثانیه در سانتیمتر مربع تجاوز می كند. عملاً كلیه بمب های اتمی موجود در زراد خانه های جهان از این عنصر درست می شود.روش ساخت این عنصر در داخل نیروگاه های اتمی به صورت زیر است: ایزوتوپ های اورانیوم ۲۳۸ شكست پذیر نیستند ولی جاذب نوترون كم انرژی (نوترون حرارتی هستند. تعدادی از نوترون های حاصل از شكست اورانیوم ۲۳۵ را جذب می كنند و تبدیل به اورانیوم ۲۳۹ می شوند. این ایزوتوپ از اورانیوم بسیار ناپایدار است و در كمتر از ده ساعت تمام اتم های به وجود آمده تخریب می شوند. در درون هسته پایدار اورانیوم ۲۳۹ یكی از نوترون ها خودبه خود به پروتون و یك الكترون تبدیل می شود.بنابراین تعداد پروتون ها یكی اضافه شده و عنصر جدید را كه ۹۳ پروتون دارد نپتونیم می نامند كه این عنصر نیز ناپایدار است و یكی از نوترون های آن خود به خود به پروتون تبدیل می شود و در نتیجه به تعداد پروتون ها یكی اضافه شده و عنصر جدید كه ۹۴ پروتون دارد را پلوتونیم می نامند. این تجربه طی چندین روز انجام می گیرد.