راکتورهای اتمی قدرت

راکتورهای هسته ای قدرت نقش تولید انرژی را به عهده داردند در هر واکنش شکافت هسته ای حدود Mev ۲۰۰ یا ۱۱ ۱۰ ۳ ۲ ژول انرژی آزاد می شود قسمت عمده این انرژی ساطع شده به صورت انرژی سینتیک دو پاره هسته می باشد

راکتورهای هسته ای قدرت نقش تولید انرژی را به عهده داردند. در هر واکنش شکافت هسته ای حدود Mev ۲۰۰ یا ۱۱- ۱۰*۳/۲ ژول انرژی آزاد می شود. قسمت عمده این انرژی ساطع شده به صورت انرژی سینتیک دو پاره هسته می باشد. انرژی سینتیک نوترون های مختلف حدود ۵Mev، انرژی های تابش شده از بتا و گاما، همگی و عمدتا در خود سوخت به گرما تبدیل می شوند. فقط یک قسمت کوچک انرژی تولید شده (معمولا کمتر از ۵ درصد ) به صورت تابش نوترینو از راکتور خارج می شود. امروزه، گرمای تولید شده در راکتورهای هسته ای قدرت، بیشتر برای تولید انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. استفاده های دیگر می تواند شامل تولید گرمای مورد نیاز برای فرآیندهای صنعتی، نمک زادیی (شیرین سازی) آب دریا، تامین حرارت منطقه ای در شهرهای بزرگ و کوچک، حرکت کشتی ها و مخصوصا در زیر دریایی ها باشد. یک نیروگاه هسته ای ممکن است برای ترکیبی از چند منظور هم مورد استفاده قرار گیرد.

انگیزه اقتصادی ساخت راکتورهای هسته ای به دلیل چگالی انرژی خیلی زیاد در سوخت اورانیم آنهاست که به طور نسبی سبب قیمت پایین تر واحد انرژی تولید شده می شود. یک کیلوگرم اورانیم (با ۳ درصد از اورانیم - ۲۳۵) KJ ۹ ۱۰*۲/۵ کیلو ژول انرژی تولید می کند. قیمت این مقدار سوخت به صورت اورانیم هگزا فلوراید (۶ UF) در سال ۱۹۹۶، ۶۳۰ دلا ر بوده است. در مقابل، یک تن سوخت فسیلی،KJ ۷ ۱۰*۴ کیلوژول انرژی با قیمت تقریبی ۱۵۷ دلا ر در سال ۱۹۹۶ تولید می کرده است. بنابراین ارزش تولید انرژی از اورانیم ۷- ۱۰*۲/۵ دلا ر برای هر کیلو ژول انرژی از ۶ - ۱۰*۳/۹ دلا ر قیمت نفت یا سایر شکل های سوخت های فسیلی برای تولید همین مقدار انرژی (یک کیلو ژول) بیش از ده برابر کمتر است. این در حالی است که قیمت سوخت های فسیلی ظرف سال های اخیر (تا ۲۰۰۷) نسبت به مبدا زمانی بالا سه برابر شده است.

ولی قیمت سوخت های هسته ای تقریبا بدون تغییر مانده است. در عین حال لا زم به توجه است که نقش افزایش قیمت سوخت در راکتورهای هسته ای به مراتب کمتر است تا نقش همین افزایش در مورد سوخت های فسیلی مصرفی در نیروگاه های متعارف. گرچه قیمت برق هسته ای طبق آنچه که در بالا ذکر شد، شامل قیمت زیاد ساخت راکتورهای هسته ای، باز فرآوری و پسمانداری سوخت آنها نمی شود، ولی انجام همین فرآیندهای اخیر در استفاده از نیروگاه های هسته ای، در مقیاس صنعتی بزرگ نسبت به آنچه که باید برای نیروگاه های متعارف صورت گیرد، بازآمدهایی دارد که حتی آن را اقتصادی تر می سازد.

اولین نیروگاه بزرگ هسته ای در کالدرهال انگلستان درسال ۱۹۵۶ شروع به کار کرد. البته اتحاد جماهیر شوروی سابق اولین کشوری است که تکنولوژی کسب انرژی الکتریسیته از سوخت هسته ای در مقیاس کوچک را عملا در شهر آبنینسک تجربه کرد.

راکتور هسته ای انگلستان شامل چهار راکتور ماگنوکس گرافیتی خنک شونده با دی اکسید کربن بود که مجموعا ۲۲۰ مگاوات الکتریسیته تولید می کردند. اولین راکتور هسته ای بزرگ تحت فشار با قدرت ۱۴۰ مگاوات در دسامبر ۱۹۵۷ در بندر شیپینگ آمریکا شروع به کار کرد. به هر حال تولد تکنولوژی نیروگاه های هسته ای سبب شد که بعدها بزرگترین نیروگاه آب جوشان آمریکا بدون کمک دولتی و به صورت کاملا تجاری با قدرت ۶۴۰ مگاوات برق در انتهای سال ۱۹۶۳ نصب و وارد شبکه برق کشور شود.

گرچه کل الکتریسیته تولیدی از نیروگاه های هسته ای در حال کار ودر دست ساخت تا اواسط ۱۹۷۰ سریعا رشد کرد (دو برابر در هر دو سال)، ولی این افزایش از ۱۹۷۵ تقریبا ثابت ماند. در همین زمان هم تعداد نیروگاه های هسته ای به دلیل پایان ساخت نیروگاه های قبلی هنوز افزایش داشت. ولی از آن پس مخصوصا باحادثه تری مایل آیلند (۱۹۷۹) و حادثه چرنوبیل (۱۹۸۶) تعداد واحدهای در دست سفارش به شدت کاهش یافت. معهذا هنوز پیش بینی می شود که به دلیل افزایش نیاز به انرژی برق، مشکلا ت مسئله گازهای گلخانه ای و محیط زیست و الزام به جانشین کردن نیروگاه های هسته ای قدیمی، سفارش ساخت نیروگاه های هسته ای مجداد افزایش یابد. انواع مختلف راکتورهای تولید نیرو در بخش های بعدی این فصل توضیح داده می شوند. در ابتدای سال ۱۹۹۶، حدود ۴۲۶ نیروگاه هسته ای با مجموع ظرفیت ۳۴۴/۴ گیگاوات در سطح جهان در حال کار بوده اند و ۳۹ نیروگاه با ظرفیت ۳۲۵۹۴ مگاوات (۳۲/۵ گیگاوات) در دست ساختمان یا برنامه ریزی شده بوده اند.

به هر حال درصد تولید نیروی برق از نیروگاه های (راکتورهای) هسته ای به طور قابل توجهی از کشوری تا کشور دیگر، متفاوت است. این تفاوت از تقریبا ۲ درصد (چین، هندوستان) و ۴۵ -۳۰ درصد (آلمان، فنلا ند، ژاپن، اسپانیا، جمهوری کره، سوئیس و سوئد) تا ۸۵-۷۵ درصد (فرانسه، لیتوانی و بلژیک) بوده است. انرژی هسته ای در سال ۱۹۹۶، حدود ۷ درصد کل مصرف انرژی و برابر با ۱۷ درصد مصرف انرژی الکتریکی جهان بوده است. این مقدار انرژی در آخر سال ۲۰۰۷ از ۴۳۹ نیروگاه های هسته ای، ۳۶۵ گیگاوات برق بوده است که برابر با ۱۵/۲ درصد انرژی الکتریکی مصرفی جهانی است.

نویسنده : دکتر احمد قریب