جولای
نیروگاه هسته‌ای
می‌توان انرژی الکتریکی رابا استفاده از توان هسته ای‌ایجادکرد. در نیروگاه هسته‌ای ، بوسیله ی شکافت هسته‌ای می‌توان توان الکتریکی‌ایجاد‌کرد. ازاین رو ، المان‌های به‌شدت رادیواکتیو به‌مانند اورانیوم (U235)و توریم (Th232)به منظور شکافت هسته ای به کارمی‌روند. این شکافت در دستگاه مخصوص به نام راکتور (reactor)انجام‌می‌شود.
شکافت هسته‌ای به چه معناست ؟
در پروسه شکافت ، هسته اتم‌های رادیواکتیو به دو قسمت تقریبا مساوی‌تقسیم‌می‌شود. درطی پروسه شکست هسته ، حجم عظیمی از انرژی‌آزاد‌می‌شود. این آزادسازی انرژی ناشی از حجم توده‌ای می‌باشد. این بدین معناست‌که ، حجم اولیه محصول در طی پروسه شکافت کاهش‌می‌یابد. این از بین رفتن حجم در طی پروسه شکافت بر اساس معادله معروف انیشتن تبدیل به انرژی حرارتی می‌شود.
E=mc2
توضیحات ابتدایی نیروگاه هسته ای به مانند نیروگاه حرارتی متعارف‌می‌باشد. تنها تفاوت این‌است که ، به جای استفاده از حرارت ایجادشده ناشی از احتراق زغال سنگ ، این حرارت توسط شکافت هسته ای ایجاد‌می‌شود و برای تولید بخار از آب موجود در بویلر مورد استفاده قرارمی‌گیرد. این بخار به منظور راه اندازی یک توربین بخار به کار می رود.این توربین محرک اولیه ژنراتور‌است. این ژنراتور انرژی الکتریکی را تولید‌می‌کند. اگرچه ، سوخت هسته ای در میزان زیاد قابل یافت‌نمی‌باشد اما مقدار بسیار پایینی از این سوخت می تواند حجم عظیمی از انرژی الکتریکی را تولید‌کند.
این موضوع یک ویژگی اساسی برای نیروگاه‌های اتمی‌است. یک کیلوگرم از اورانیوم برابر با 4500 تن زغال سنگ درجه یک می‌باشد. این به این معنااست که با شکافت 1 کیلوگرم از سوخت هسته ای می‌توان انرژی حرارتی معادل با سوزاندن کامل 4500 تن زغال سنگ درجه یک ایجادکرد.
این‌دلیل به این موضوع‌است که با این که سوخت هسته ای دارای قیمت بالاتری‌است اماهزینه سوخت هسته ای نسبت به انرژی تولیدی نسبت به هزینه زغال سنگ به حرارتی تولیدی آن باز هم کمترمی‌باشد. برای مقابله با بحران سوخت معمولی در دوران کنونی، نیروگاه هسته ای می تواند مناسب ترین گزینه‌ها‌باشد.
مزایای نیروگاه هسته‌ای :
- همانطور که‌گفته شد، مصرف انرژی در این نیروگاه ها تقریبا کم‌است و ازاین رو هزینه تولید یک واحد انرژی در این نیروگاه‌ها تقریبا کم تر از نیروگاه‌های متعارف‌است. مقدار سوخت هسته ای موردنیاز همچنین کم‌است.
- نیروگاه هسته‌ای از لحاظ جغرافیایی فضای کمتری‌را نسبت به نیروگاه های همسان دیگر اشغال‌می‌کند.
- این نیروگاه آب زیادی لازم‌ندارد در نتیجه نیازی به ساخت این نیروگاه نزدیک به منابع طبیعی آب‌ندارد. این نیروگاه نیار به حجم بالای سوخت ندارد ، از این رو نیاز به ساخت در نزدیکی معدن زغال سنگ نیز ندارد.از این رو این نیروگاه می تواند در نزدیکی محل بار ساخته‌شود.
- ذخیره بسیاری از سوخت هسته ای در جهان صورت گرفته است از این رو این نیروگاه می تواند تضمین کننده تامین انرژی الکتریکی برای هزاران سال باشد.
معایب نیروگاه هسته ای:
- سوخت به راحتی به دست نمی آید و هزینه بالایی‌دارد.
- هزینه اولیه برای ساخت این نیروگاه تقریبا بالااست.
- نصب و راه اندازی این نیروگاه نسبت به نیروگاه های متعارف دیگر پیچیده تر‌است.
- پروسه شکافت یک عمل‌است که به صورت ذاتی همراه با ایجاد مواد رادیواکتیو است در نتیجه این نیروگاه می‌تواند آلودگی های رادیواکتیوی ایجادکند.
- هزینه نگه داری این نیروگاه بالاتربوده و برای راه اندازی این نیروگاه نیاز به افراد متخصص بیشتری می‌باشد.
- تغییرات ناگهانی بار نمیتواند به صورت مناسبی از طرف این نیروگاه صورت‌گیرد.
- از آنجایی که محصولات این نیروگاه به شدت رادیواکتیوی است ، دفع این مواد کار بسیار پیچیده ای‌است. این موارد باید در عمق زمین و یا اعماق دریا خاک شوند.
مقالات مرتبط:
ژنراتورگاز طبیعی در مقابل ژنراتورهای دیزلی
سوخت ژنراتور – چه سوخت ژنراتوري بهترین است؟
انواع موتورهای دیزلی و کاربردهای آنها
دیزل ژنراتور یا ژنراتور بنزینی
اجزای مختلف نیروگاه هسته ای:
یک نیروگاه هسته ای به صورت کلی دارای 4 قسمت اصلی است :
- راکتور هسته ای
- مبدل گرمایی
- توربین بخار
- ژنراتور
اجازه‌بدهید در ارتباط با این موارد یک به یک توضیح‌دهیم :
راکتور هسته ای :
در یک راکتور هسته ای ، اورانیوم 235 در معرض شکافت قرارمی‌گیرد. این موضوع واکنش زنجیره ای را زمانی که شکافت انجام‌می‌شود ، کنترل‌می‌کند. واکنش زنجیره ای باید کنترل‌شود زیرا اگر نرخ رها سازی انرژی افزایش پیداکند ، احتمال وقوع انفجار نیز ممکن‌می‌شود. در شکافت هسته ای ، هسته ی سوخت هسته ای مانند اورانیوم توسط نوترون ها بمباران می‌شود. بر اساس این بمب باران هسته اورانیوم شکسته‌می‌شود که عامل رهاسازی انرژی حرارتی بالا می‌باشد در طی پروسه شکست هسته ، تعدادی از نوترون ها منتشرمیشوند.
به این موارد نوترون های انتشار یافته می‌گویند. این نوترون های شکافته شده عامل شکافت های بعدی‌می‌شود. شکافت های بعدی نوترون های بیشتر ساخته و به این پروسه شتاب‌می‌دهد. این موضوع یک پروسه پیجیده‌است. اگر این پروسه کنترل‌نشود در یک زمان کوتاه نرخ شکافت از حد مشخص‌شده بیشتر شده و این موضوع حجم بالایی از انرژی ایجاد‌می‌کند که می تواند حتی تا یک انفجار بزرگ ادامه داشته باشد. به این پروسه واکنش های زنجیره می‌گویند. تنها راه توقف این موضوع حذف نوترون های شکافته شده از راکتور هسته ای می‌باشد. سرعت این پروسه را می توان با تغییر نرخ حذف نوترون ها کنترل‌کرد.
یک راکتور هسته ای به شکل سیلندر با مخزن فشار قوی است.
سوخت های میله ای از سوخت هسته ای درست‌شده‌اند که در لایه ای از گرافیت قرار دارند. این متغیرها نوترون ها را قبل از برخورد با هسته های اورانیوم کاهش‌می‌دهد. میله های کنترلی از کادمیم شکل گرفته اند به این علت که آن ها جذب کننده های قوی نوترون‌می‌باشند.
میله های کنترلی به محفظه شکافت وارد می شوند.
این میله های کنترلی با جنس کادمیم می توان بر اساس نیاز پایین و بالا برود.
زمانی که این میله ها به اندازه کافی پایین بیاید ، بیشتر نوترون ها توسط این میله جذب می شوند و در نتیجه واکنش های زنجره ای متوقف می شوند.
زمانی که این میله ها به سمت بالا برود نرخ شکل گیری این چرخه افزایش پیدا می کند. از این رو ، مشخص است که با تنظیم محل قرار گرفت میله کنترلی نرخ واکنش های هسته ای قابل کنترل است و در نتیجه آن می توان تولید انرژی الکتریکی را کنترل کرد.
در تمرین واقعی ، این تنطیم موقعیت میله کنترلی به صورت اتوماتیک و توسط یک سیستم بازخورد و بر اساس احتیاجات صورت‌می‌گیرد. این موضوع به صورت دستی کنترل‌نمی‌شود. حرارت تولید شده در این پروسه به مبدل های حرارتی منتقل می شود که این کار توسط میله های سدیم معمولا انجام‌می‌شود.
مبدل حرارتی :
در این بخش ، حرارت توسط فلز سدیم انتقال پیدامی‌کند و این حرارت به آب منتقل‌شده و آب را به بخار با فشار بالا تبدیل‌می‌کند. پس از آزاد شدن گرما در آب، خنک کننده سدیم به وسیله پمپ گردشی خنک کننده به راکتور بازمی‌گردد.
توربین بخار :
در نیروگاه هسته ای ، توربین بخار نقش نیروگاه زغال سنگ را ایفا می کند. بخار توربین را در یک جهت هدایت‌می‌کند. بعد از انجام این کار ، بخار خروجی به بخش چگالنده بخار منتقل‌می‌شود.
ژنراتور :
یک ژنراتور که با توربین کوپل شده‌است می چرخد و تولید توان الکتریکی‌می‌کند. خروجی ژنراتور از طریق ترانسفورماتور ها و کلید های قطع مدار به شین می‌رسد.
انتخاب مکان برای نیروگاه هسته ای :
- وجود آب :
اگرچه به مانند نیروگاه های برق آبی این نیروگاه حجم بالایی از آب را نیاز ندارد اما فراهم ساختن حجم مشخصی از منابع اب طبیعی برای این نیروگاه ضروری‌می‌باشد. این دلیل این موضوع‌است که چرا همیشه ترجیح داده می شود این نیروگاه نزدیک به رودخانه و یا کنار دریا احداث‌شود.
- دفع آب :
آب مصرف شده ویا هدر رفته در نیروگاه هسته ای خاصیت رادیواکتیو دارد و می تواند خطرات جانی داشته‌باشد. به این علت ، بایستی در دفع این موراد در نیروگاه هسته ای توجه ویژه ای‌شود. باقی مانده ها باید در عمق مناسبی از سطح زمین دفع شده و یا در دریاهای دور قراربگیرد. از این رو ، در پروسه انتخاب برای احداث این نیروگاه این عامل باید در نظرگرفته‌شود.
- فاصله از منطقه جمعیتی:
از انجایی که همیشه خطر وجود رادیواکتیو وجود دارد این یک امر ضروری است که این نیروگاه در فاصله ای دور از مناطق جمعیتی احداث‌شود.
- امکانات حمل نقل :
در طی پروسه احداث ، تجهیزات سنگینی بایستی تولید شود که باید به این مکان ها منتقل‌شود. در نتیجه وجود راه آهن و راه های جاده برای ما ضروری‌است. برای وجود افراد خبره وجود روش های حمل و نقل مناسب نیز ضروری‌می‌باشد.
برای مطالعه مقاله بویلر کلیک نمایید .