تحقیق مقاله قدرت هسته‌ ای

قدرت هسته‌ای

این مقاله درباره استفاده و کاربرد راکتور‌های هسته‌آی بعنوان منابع قدرت می‌باشد.

یک نیروگاه هسته‌ای

توان هسته‌ای کنترل شده استفاه از واکنش‌های هسته‌ای جهت آزاد کردن انرژی برای تولید گرما و تولید الکتریسته می‌باشد. انرژی هسته‌ای بوسیله‌ یکی واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای کنترل شده تولید می‌شود و گرمای بوجود آمده حاصل از آن برای جوشاندن آب، تولید نجار و به حرکت در‌آوردن توربین بخار مورد استفاده قرار می‌گیرد. در سال 2004 میلادی انرژی هسته‌ای 5/6% انرژی کل دنیا و همچنین 7/15% الکتریسته دنیا را تأمین نموده است.

وضعیت انرژی هسته‌ای جهانی است. ملت‌ها در سیر مسیر سبز راکتور‌هایی داشتند و راکتور‌های جدیدی ساختند، آنها در مسیر روشن مسیرشان نخستین راکتور‌شان را ساختند، آنها در مسیر زرد روشن مسیرشان نخستین راکتور‌شان را در نظر گرفتند، در مسیر آبی (افق آبی) راکتور‌هایی داشتند اما نساختند یا کاراندازی آنها در افق آبی در نظر گرفته نشد و آنها در افق قرمز همه راکتور‌های تجاری را از راه‌اندازی باز داشته‌اند ببینید همچنین انرژی هسته‌ای در کشور

ببینید همچنین : فهرست راکتور‌های هسته‌ای را در سال 2004 انرژی هسته‌ای 5/6% انرژی دنیا و 7/15% برق دنیا را تأمین نمود آمریکا، فرانسه و ژاپن بطور کل 57% برق هسته‌ای دنیا را تولید کردند. در سال 2007 آژانس بین المللی انرژی اتمی (IAEA) گزارش داد که 435 راکتور قدرت هسته‌ای در دنیا در حال بهره‌برداری هستند. این تعداد راکتور‌ها در 31 کشور مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند. آمریکا بیشترین انرژی هسته‌ای را تولید می‌کند بوسیله قدرت هسته‌ای 20% برق مصرفی‌اش را فراهم می‌کند ضمن آنکه فرانسه بیشتری درصد مصرف برق خود را از انرژی هسته‌ای فراهم می‌کند که در سال 2006 مقدار آن 80% بود. در اتحادیه اروپا انرژی هسته‌ای 30 درصد برق مصرفی آنها را تولید می‌کند. سیاست انرژی هسته‌ای بین کشورها متفاوت است. تعدادی از کشورهای مانند اتریش و ایرلند فعالیتی در زمینه نیروگاههای هسته‌ای ندارند.

تعدادی از ارتشها و تعدادی از کشتیهای یخ شکن از نیروی رانش انرژی هسته‌ای استفاده می‌کنند یعنی نیروی محرکه آنها راکتور هسته‌ای می‌باشد.

تحقیقات بین المللی در حال پیشرفت مربوط به بهبود ایمنی در زمینه ایمن بودن ذاتی نیروگاهها، استفاده از گداخت هسته‌ای واستفاده‌های دیگر از حرارت تولید شده همانند تولید هیدروژن  (در حمایتاز اقتصاد هیدروژنی)، برای شیرین کردن آب دریا و استفاده در سیستم‌های حرارتی در حال انجام است. واکنشهای هسته‌ای کنترل شده همچنین برای اهداف دیگر نیز استفاده می‌شوند مانند تبدیل هسته‌ای و تابش ذرات استفاده در تحقیقات (مانند شتاب دهنده‌‌های ذرات)، پزشکی و کاربرد‌های متنوع دیگر (مانند آشکار سازهای دود و باتری‌های اتمی)‌

تاریخ

منابع

نخستین آزمایش موفقیت آمیز با شکافت هسته‌ای در برلین در سال 1938 بوسیله فیزیکدان‌های آلمانی، اتوهان، لیزمتینر و فرتیز اسمن انجام گرفت. در طول جنگ جهانی دوم، تعدادی از کشورها برنامه‌های مختلفی از انرژی هسته‌ای را توسعه دادند نخستین کانون، توسعه راکتور‌های هسته‌ای بود. نخستین واکنش هسته‌ای زنجیره‌ای خود نگهدار در دانشگاه شیکاگو آمریکا بوسیله انریکو فرمی در 2 دسامبر 1942 بدست آمد. راکتور‌هایی که پایه‌گذاری شدند روی این تحقیقات استفاده شدند برای تولید پلوتونیوم مورد نیاز سلاح هسته‌ای «مرد چاق» که روی ناکازاکی ژاپن فرود آمد.

چندین کشور ساخت راکتور‌های هسته‌ای را شروع کردند، و همچنین مقدمه استفاده از تسلیحات هسته‌ای و همچنین تحقیقاتی در زمینه استفاده غیر نظامی برای تولید برق را مدنظر قرار دادند.

برق برای نخستین بار در 20 دسامبر 1951 در یک راکتور هسته‌ای تولید شد در نیروگاه EBR-I نزدیک آرکو، ایالت آیداهو آمریکا که در آغاز 100kw توان تولید نمود. راکتور آرکو همچنین بصورت جزئی در سال 1955 قلب آن ذوب شد در سال 1952 کمیسیون سیاست‌گذاری مواد رئیس‌جمهوری برای هری تروهن یک ارزیابی بدبینانه نسبی از انرژی هسته‌ای تهیه نمود و تعیین نمود. تحقیق با پشتکار در میدان انرژی خورشیدی را . در دسامبر 1953 رئیس جمهور آمریکا آیزنها و پیشنهاد اتم برای صلح را مطرح نمود. دولت آمریکا قویاً از استفاده بین‌المللی انرژی هسته‌ای حمایت نمود.

سالهای اولیه

در 27 ژوئن، سال 1954، نخستین نیروگاه هسته‌ای، تولید برق برای شبکه را در شهر ابنینک روسیه آغاز کرد. راکتور مذکور 5 مگاوات الکتریکی توان تولید می‌نمود که برای 2000 خانه کافی بود. یکی از نخستین سازمانهای توسعه جهت بهره‌برداری از قدرت هسته‌ای نیروی دریایی آمریکا بود برای این منظور پیش برنده‌های زیر‌دریایی‌ها و هواپیما‌ها مدنظر قرار گرفتند. آن یک رکورد خوب در ایمنی هسته‌ای ثبت نمود. نیروی دریایی آمریکا بیشتر از سایر کشورها راکتور‌های هسته‌ای را عملیاتی نمود. که این امر شامل نیروی دریایی شوروی سابق هم می‌شود.

البته هیچگونه برخوردی بین این دو کشور بوجود نیامد. نخستین زیر دریایی اتمی آمریکا بنام ناتیلوس (SSN-571) به داخل دریا در سال 1955 وارد شد دو زیر دریایی اسکورپین و دریشر در دریا غرق شدند البته از دست رفتن آنها ربطی به راکتور‌های پیش ران آنها نداشت. نخستین نیروگاه هسته‌ای تجاری دینا در سیلافیلد انگلیس در سال 1965 شروع به کار نمود که ظرفیت اولیه آن 50 مگاوات بود که بعداً 200 مگاوات شد. نخستین راکتور تجاری مورد استفاده در کشتیرانی در سال 1957 در پنسیلوانیا آمریکا بود. در سال 1954 انرژی اتمی آمریکا درباره برق صحبت نمود. که در آینده برای بدست آوردن برق ارزان باید به انرژی هسته‌ای توجه نمود. در سال 1955 کشورها در نخستین کنفرانس جنوا که بزرگترین گردهمایی دانشمندان و مهندسان بود، کاوش در زمینه تکنولوژی را مدنظر قرار دادند. در سال 1957 همچنین شروع فعالیت‌های آژانس بین‌المللی انرژی اتمی آغاز شد.

توسعه

در سال 1973، بحران نفت تأثیر مهمی در ساخت نیرو‌گاههای هسته‌ای در سطح دنیا داشت تحریم نفت منتهی به رکود اقتصادی در جهان شد، حفظ انرژی و تورم بالا باعث کاهش طرحهای مورد درخواست ظرفیت تولید برق در آمریکا شد و پرداخت هزینه چنین طرح متمرکز بزرگی مشکل می‌نمود. این به لغو سفارش بیش از 100 راکتور در آمریکا کمک کرد. در سال 1973 نیروگاههای فسیلی 17 درصد برق آمریکا را تولید نمودند. امروزه، نفت یک منبع ناچیزی برای تولید برق می‌باشد (بجز در هاوایی)، ضمن آنکه امروزه 20% برق مصرفی آمریکا توسط انرژی هسته‌ای بدست می‌آید. بحران نفت سبب شده دیگر کشور‌ها مانند فرانسه و ژاپن بیشتر به انرژی هسته‌ای جهت تولید برق تکیه کنند که به ترتیب 73% و 39% می‌باشد آنها در این زمینه سرمایه‌گذاری سنگین‌تری را انجام می‌دهند. در حال حاضرذ انرژی هسته‌ای در حدود 80% و 30% برق مورد نیاز کشورهای فرانسه و ژاپن را در به ترتیب تأمین می‌کند. افزایش اولیه نصب نیروگاههای هسته‌ای با سرعت انجام گرفت از کمتر از 1 گیگاوات در سال 1960 تا 100 گیگاوات در سال اواخر سال 1970 و 300 گیگا وات تا اواخر سال 1980 از سال 1980 به بعد روند رشد به کندی انجام گرفت بطوریکه تا سال 2005 به 366 گیگا وات رسید. بین سال 1970 و 1990 بیشتر از 50 گیگاوات ظرفیت نیروگاهی هسته‌ای در حال ساخت بود. در سال 2005، در حدود 25 گیگا وات ظرفیت جدید برنامه ریزی شده بود. بیشتر از  نیروگاههای هسته‌ای بعد از ژانویه سال 1970 سفارش داده شده بودند سرانجام ساخت آنها لغو شد.

شرکت ویستگهاوس نیروگاههای هسته‌ای 3 و 5 را فراهم نمود ولی هرگز کامل نشدند در طول سال 1970 تا 1980 افزایش هزینه‌های اقتصادی و سقوط قیمت سوخت فسیلی باعث شد که نیروگاههای هسته‌ای در حال ساخت جذابیت خود را از دست بدهند. در سال1980 آمریکا و در سال 1990 ارشد رشد بار یکنواخت والاتر .

حرکتی کلی بر علیه ایجاد نیروگاه‌ هسته‌ای در دهه سوم قرن بیستم شکل گرفت که اساسش بر احتمال حادثه هسته‌ای و ترس از تابش هسته‌ای و تولید پسمان‌های هسته‌ای، حمل و نقل و ا نبار نمودن آن است.

بوده در بخش‌های اروپایی، در نیوزیلند، فیلپین و آمریکا، حتی در آمریکا و سراسر اروپا سرمایه‌گذاری در تحقیق و چرخه سوخت هسته‌ای ادامه داشته است و تعدادی از متخصصان کمبود برق، افزایش قیمت سوخت فسیلی، گرم شدن جهان بعلت استفاده از سوخت فسیلی، تکنولوژی جدید همچون ایمنی ذاتی نیروگاهها، و امنیت انرژی ملتها تقاضای برای ساخت نیروگاههای هسته‌ای را تجدید خواهد کرد.

تعدادی از کشورها فعالیت در توسعه نیروی هسته‌ای را ادامه میدهند مانند ژاپن، چین و هند، همه فعالیت‌های آنها در زمینه هر دو تکنولوژی راکتورهای حرارتی و سریع می‌باشد، کره‌جنوبی و آمریکا فقط تکنولوژی راکتور حرارتی را توسعه می‌دهند آفریقای جنوبی و چین توسعه مدلهای راکتور قیاسی با بستر شنی را مدنظر قرار داده‌اند. فنلاند و فرانسه فعالیت آنها در زمینه برنامه‌های هسته‌ای ادامه دارد. فنلاند یک راکتور آب تحت فشار اروپایی که توسط شرکت Areva ساخته می‌شود را در حال ساخت دارد. ژاپن فعالیت‌های جدیدی در زمینه ساخت نیروگاههای هسته‌‌ای داشته که در سال 2005 وارد شبکه شده است دپارتمان درخواست انرژی نیروی هسته‌ای تا سال 2010 برنامه دارد. و سیاست آن اهداء جایزه و بودجه عملکرد سیاست انرژی و یا رانه تصویب شده برای 6 راکتور جدید در سال 2005 بود و نظام ا یمنی انرژی احتمال خطر درک شده روی سلامتی شهروندان و ایمنی آنها، حادثه سال 1979 در نیروگاه تری مایل ایزلند آمریکا و فاجعه 1986 چرنوبیل باعث توقف ساخت نیروگاههای هسته‌ای در تعدادی از کشور‌ها شد، هر چند در آمریکا ساخت نیروگاه جدید قبل از حادثه تری مایل ایزلند بعد از بحران نفت سال 1973 رو به افول نهاده بود. وانیستو بروکینگ اعلام کرد که واحد‌های هسته‌ای جدید سفارش داده نشده‌اند. بدلایل اقتصادی و همچنین تریس از حادثه. برخلاف حادثه تری مایل آیلند، حادثه چرنوبیل دارای اوضاع وخیم و نگران‌ کننده‌ای بود. راکتور چرنوبیل از نوع راکتور RBMK بود که در اتحاد جماهیر شوروی سابق استفاده می‌گردد و فاقد محفظه پوششی گنبد راکتور می‌باشد. در سازماندهی بین المللی بمنظور ارتقاء آگاهی در زمینه ایمنی و توسعه تخصصی در بهره‌بردارها در تجهیزات هسته‌آی موارد ذیل بوجد آمده است:

وانو : انجمن جهانی بهره‌برداری هسته‌ای

آینده صنعت هسته‌ای

طی گزاش در مارس 2007، راکتور «وات بار – یک » که در سال 1997 وارد مدار شد آخرین راکتور هسته‌ای تجاری آمریکا بود که وارد مدار شد. این مورد نقل شده بعنوان مدرکی موفقیت آمیز جهت به ترتیب خارج نمودن نیروگاههای هسته‌ای پس از پایان عمرشان، بهر‌حال مقاومت سیاسی در زمینه قدرت هسته‌ای موفقیت آمیز مجوز ساخت راکتور‌ی با تولید دمای خیلی بالا برای تولید برق و هیدورژن را صادر نمود. در اوایل، قرن 21، در کشور هند و چین علاقمندند که با گسترش و رشد تکنولوژی هسته‌ای در کشورشان اقتصاد خود را شکوفا کنند. و در این راستا به توسعه راکتور‌های سریع زاینده پرداخته‌اند. در سیاست انرژی انگلستان مشخص شد که در آینده با کسری تأمین انرژی مواجه هستند. بنابراین ممکن است که این کسری انرژی را با ساخت نیروگاههای جدید با تعمیر نیروگاههای موجود جهت کار کردن فراتر از طول عمر آنها این کسری انرژی را جبران کنند. در 22سپتامبر، 2005 در آمریکا اعلام شد که دو مکان برای ساخت راکتور‌های جدید در نظر گرفته شده‌اند (انحصاراً راکتور‌های قدرت جدید جهت ساخت برنامه‌ریزی شده‌اند) به برنامه هسته‌ای سال 2010 نگاه کنید.

تکنولوژی راکتور هسته‌ای

نیروگاههای قدرت حرارتی غیر اتمی، همه دارای یک منبع سوخت برای تولید حرارت هستند بر امثال گاز، ذغال‌سنگ و یا نفت. برای نیروگاههای اتمی، این گرما بوسیله شکافت هسته‌ای داخل راکتور هسته‌ای فراهم می‌شود. زمانیکه یک تعداد زیادی از هسته‌های شکافت پذیر (معمولاً اورانیوم 235 یا پلوتونیوم 235) با جذب نوترون تبدیل به دو یا چند هسته کوچکتر بعنوان محصولات شکافت، انرژی آزاد شده و نوترونها در یک هسته فرایند شکافت هسته‌ای گفته می‌شود. نوترونها پس شکافت بیشتری انجام می‌دهند و الی آخر. زمانیکه این واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای کنترل شد انرژی آزاد شده می‌تواند سبب گرم شدن آب، تولید بخار و حرکت توربین و نهایتاً تولید برق شود. باید یادآوری کرد که یک انفجار هسته‌‌ای شامل یک واکنش زنجیره‌آی کنترل نشده است. آهنگ شکافت هسته‌ای در یک راکتور قادر نیست که که یک انفجار هسته‌ای شامل یک واکنش زنجیره‌ای کنترل نشده است. آهنگ شکافت هسته‌ای در یک راکتور قادر نیست که یک انفجار هسته‌ای را سبب شود زیرا مقدار غنای اورانیوم غنی می‌شود) واکنش زنجیره‌ای کنترل شده در سرتاسر استفاده از مواد که جذب و نوترون را کند می کنند استفاده می‌شود.

در راکتور‌هایی با سوخت اورانیوم، نوترونها، باید کند شوند زیرا نوترونهای کند بیشترین تمایل برای شکافت در هنگامیکه به اورانیوم 235 می‌خورند را دارا می‌باشند. راکتور‌های آب سبک از آب معمولی بعنوان کند کننده و خنک کننده استفاده می‌کنند. در زمان بهره‌برداری اگر دمای آب افزایش یابد بنابراین چگالی آن پایین آمده و نوترونها کمتر کند شده و در نتیجه کمتر باعث شکافت می‌شوند. آن یک فیدبک منفی جهت به تعادل رساندن آهنگ واکنش نوترون است. تعدادی دیگر از طراحیهای دیگر تولید قدرت هسته‌ای، راکتور‌های مدلیر قدرت IV هستند. این راکتور‌ها فعلاً در مرحله تحقیقاتی بوده و در آینده مورد استفاده عملی قرار می‌گیرند.