محسن آزماینده
6th January 2011, 11:30 AM
چرخه سوخت هسته اي شامل مراحل مختلفي است که از استخراج اورانيوم تا توليد برق را شامل مي شود. چرخه سوخت هسته اي شامل فرايندهاي مختلفي است که منجر به تبديل سنگ معدن اورانيوم به سوخت مورد استفاده در نيروگاه هاي هسته اي مي شود. مجموعه اين مراحل، " چرخه سوخت هسته اي " نام گرفته است.
● مراحل هفت گانه چرخه سوخت هسته اي
۱) استخراج سنگ معدن اورانيوم، جداسازي
در اين مرحله، ترکيب اکسيد اورانيوم از سنگ معدن اورانيوم جداسازي مي شود. اين ترکيب زردرنگ، پس از توليد حالتي شبيه به کيک دارد. به همين دليل " کيک زرد " ناميده مي شود. اين مراحل معمولا ً در معدن انجام مي شود. در ايران اين مرحله در تأسيسات " يو سي اف" اصفهان انجام مي شود.
۲) تبديل کيک زرد به اورانيوم غني شده
در مرحله غني سازي پس از انجام مراحل شيميايي، کيک زرد تبديل به گاز هگزافلوريد اورانيوم ( UF ۶ ) مي شود. اين ماده در دماي ۳۰ درجه سانتيگراد مايع است، ولي در دماي ۴۰ درجه تبديل به بخار شده و براي غني سازي آماده مي گردد.
همانطور که گفته شد، اورانيوم در طبيعت داراي سه ايزوتوپ است که فقط يکي از آنها قابل استفاده در نيروگاه هسته اي است. در واقع غني سازي عبارت است از بالا بردن غلظت ايزوتوپ اورانيوم ۲۳۵ در اورانيوم طبيعي. براي غني سازي اورانيوم سه روش وجود دارد: روش ديفيوژن يا پخش گازي، روش سانتريفيوژ، روش ميدان مغناطيسي.
در بين روشهاي ذکر شده، روش استفاده از سانتريفيوژ، مقرون به صرفه تر و بهتر است. در اين روش، هگزافلورايد اورانيوم پس از عبور از حدود ۱۶۰ سانتريفيوژ به غناي حدود ۴ درصد که براي سوخت نيروگاه هسته اي مورد نياز است، مي رسد.
۳) تبديل UF ۶ به اکسيد اورانيوم: پس از اين که گاز هگزافلورايد اورانيوم به غناي مورد نياز رسيد، در مراحلي تبديل به دي اکسيد اورانيوم ( UO ۲ ) مي شود. اين ماده جامد است و حالت سراميکي دارد. در اين مرحله اين ماده به صورت حبه هاي سوخت در مي آيد. از آنجايي که سوخت نيروگاه حتماً بايد به شکل ميله درآيد تا بتواند براي توليد انرژي در راکتور قرار داده شود، حبه هاي سوخت بر روي ميله هايي تعبيه مي شوند که ميله هاي سوخت ناميده مي شوند.
۴) انتقال ميله هاي سوخت به نيروگاه:
مواد راديواکتيو موادي خطرناک هستند و بايد در تمام مراحل چرخه سوخت مسائل ايمني مدنظر قرار گيرد. يکي از مراحل بسيار حساسي که مي تواند خطرساز باشد، مرحله نقل و انتقال سوخت به نيروگاه است. به همين منظور ميله هاي سوخت داخل محفظه هاي عايق بندي شده قرار داده مي شود تا از بروز هر گونه حادثه اي مانند انفجار، سوختن و ساير حوادث جلوگيري شود.
۵) مصرف سوخت و توليد انرژي:
در اين مرحله، ميله هاي سوخت در داخل راکتور تعبيه مي شوند تا در اثر واکنش شکافت، انرژي توليد کنند. اين انرژي که به صورت گرماي بسيار زياد است، به آب منتقل و سبب تبخير آب مي شود. بخار توليد شده، توربينها را به حرکت درآورده و به اين ترتيب، برق توليد مي شود.
بسته به درصد غناي اورانيوم مورد استفاده، از يک تا سه سال مي توان از ميله هاي سوخت در راکتور استفاده کرد و تا اين مدت نياز به تعويض ميله ها نيست. يک نيروگاه هسته اي به طور متوسط در هر سال حدود ۳۰ تن اورانيوم مصرف مي کند. بنابراين پيش از آغاز به کار نيروگاه، بايد حداقل ۱۲ تن اورانيوم غني شده آماده باشد. پس از ۳ سال، سوخت مصرف شده از نيروگاه خارج مي شود. براي اين عمل، بايد راکتور به حالت خاموشي موقت درآيد.
۶) انبار کردن سوخت:
پس از استفاده از اورانيوم غني شده در راکتور، سوخت مصرف شده بايد تا چند ماه در نيروگاه انبار شود. اين عمل سبب مي شود برخي از پسماندها که به شدت راديواکتيو و فعال هستند، در اثر شکافت هسته اي به طور خود به خود از بين بروند. به اين مرحله، مرحله سرد شدن مي گويند.
۷) انتقال سوخت مصرف شده به تأسيسات باز فرآوري:
در اين روند سه مؤلفه مهم از هم جدا مي شوند: اورانيوم تهي شده، پلوتونيوم ۲۳۹، زباله هاي هسته اي.
اورانيوم تهي شده در واقع اورانيومي است که تعداد ايزوتوپهاي مورد نياز براي استفاده در نيروگاه در آن کم شده و به عبارت دقيقتر ،غناي آن کم شده است. با غني سازي مجدد، مي توان دوباره آن را براي مصرف در نيروگاه و توليد انرژي آماده کرد.
زباله هاي هسته اي گاهي براي مصارف پزشکي قابل استفاده است، اما در صورتي که غير قابل استفاده باشد، بايد به شکل محلول درآمده و با کشتي هاي مخصوص در ته اقيانوس ها، قسمت هاي غير مسکوني در قطب ها يا در کويرهاي غير قابل سکونت دفن شوند. بشکه هايي که اين مواد در آنها حمل مي شود بايد کاملا ً عايق بندي شده و بدون منفذ باشند تا پرتوهاي راديو اکتيو از آنها نشت نکند .
منابع :
----------------------
aftab.ir
ایران صدا
روزنامه سیاست روز
● مراحل هفت گانه چرخه سوخت هسته اي
۱) استخراج سنگ معدن اورانيوم، جداسازي
در اين مرحله، ترکيب اکسيد اورانيوم از سنگ معدن اورانيوم جداسازي مي شود. اين ترکيب زردرنگ، پس از توليد حالتي شبيه به کيک دارد. به همين دليل " کيک زرد " ناميده مي شود. اين مراحل معمولا ً در معدن انجام مي شود. در ايران اين مرحله در تأسيسات " يو سي اف" اصفهان انجام مي شود.
۲) تبديل کيک زرد به اورانيوم غني شده
در مرحله غني سازي پس از انجام مراحل شيميايي، کيک زرد تبديل به گاز هگزافلوريد اورانيوم ( UF ۶ ) مي شود. اين ماده در دماي ۳۰ درجه سانتيگراد مايع است، ولي در دماي ۴۰ درجه تبديل به بخار شده و براي غني سازي آماده مي گردد.
همانطور که گفته شد، اورانيوم در طبيعت داراي سه ايزوتوپ است که فقط يکي از آنها قابل استفاده در نيروگاه هسته اي است. در واقع غني سازي عبارت است از بالا بردن غلظت ايزوتوپ اورانيوم ۲۳۵ در اورانيوم طبيعي. براي غني سازي اورانيوم سه روش وجود دارد: روش ديفيوژن يا پخش گازي، روش سانتريفيوژ، روش ميدان مغناطيسي.
در بين روشهاي ذکر شده، روش استفاده از سانتريفيوژ، مقرون به صرفه تر و بهتر است. در اين روش، هگزافلورايد اورانيوم پس از عبور از حدود ۱۶۰ سانتريفيوژ به غناي حدود ۴ درصد که براي سوخت نيروگاه هسته اي مورد نياز است، مي رسد.
۳) تبديل UF ۶ به اکسيد اورانيوم: پس از اين که گاز هگزافلورايد اورانيوم به غناي مورد نياز رسيد، در مراحلي تبديل به دي اکسيد اورانيوم ( UO ۲ ) مي شود. اين ماده جامد است و حالت سراميکي دارد. در اين مرحله اين ماده به صورت حبه هاي سوخت در مي آيد. از آنجايي که سوخت نيروگاه حتماً بايد به شکل ميله درآيد تا بتواند براي توليد انرژي در راکتور قرار داده شود، حبه هاي سوخت بر روي ميله هايي تعبيه مي شوند که ميله هاي سوخت ناميده مي شوند.
۴) انتقال ميله هاي سوخت به نيروگاه:
مواد راديواکتيو موادي خطرناک هستند و بايد در تمام مراحل چرخه سوخت مسائل ايمني مدنظر قرار گيرد. يکي از مراحل بسيار حساسي که مي تواند خطرساز باشد، مرحله نقل و انتقال سوخت به نيروگاه است. به همين منظور ميله هاي سوخت داخل محفظه هاي عايق بندي شده قرار داده مي شود تا از بروز هر گونه حادثه اي مانند انفجار، سوختن و ساير حوادث جلوگيري شود.
۵) مصرف سوخت و توليد انرژي:
در اين مرحله، ميله هاي سوخت در داخل راکتور تعبيه مي شوند تا در اثر واکنش شکافت، انرژي توليد کنند. اين انرژي که به صورت گرماي بسيار زياد است، به آب منتقل و سبب تبخير آب مي شود. بخار توليد شده، توربينها را به حرکت درآورده و به اين ترتيب، برق توليد مي شود.
بسته به درصد غناي اورانيوم مورد استفاده، از يک تا سه سال مي توان از ميله هاي سوخت در راکتور استفاده کرد و تا اين مدت نياز به تعويض ميله ها نيست. يک نيروگاه هسته اي به طور متوسط در هر سال حدود ۳۰ تن اورانيوم مصرف مي کند. بنابراين پيش از آغاز به کار نيروگاه، بايد حداقل ۱۲ تن اورانيوم غني شده آماده باشد. پس از ۳ سال، سوخت مصرف شده از نيروگاه خارج مي شود. براي اين عمل، بايد راکتور به حالت خاموشي موقت درآيد.
۶) انبار کردن سوخت:
پس از استفاده از اورانيوم غني شده در راکتور، سوخت مصرف شده بايد تا چند ماه در نيروگاه انبار شود. اين عمل سبب مي شود برخي از پسماندها که به شدت راديواکتيو و فعال هستند، در اثر شکافت هسته اي به طور خود به خود از بين بروند. به اين مرحله، مرحله سرد شدن مي گويند.
۷) انتقال سوخت مصرف شده به تأسيسات باز فرآوري:
در اين روند سه مؤلفه مهم از هم جدا مي شوند: اورانيوم تهي شده، پلوتونيوم ۲۳۹، زباله هاي هسته اي.
اورانيوم تهي شده در واقع اورانيومي است که تعداد ايزوتوپهاي مورد نياز براي استفاده در نيروگاه در آن کم شده و به عبارت دقيقتر ،غناي آن کم شده است. با غني سازي مجدد، مي توان دوباره آن را براي مصرف در نيروگاه و توليد انرژي آماده کرد.
زباله هاي هسته اي گاهي براي مصارف پزشکي قابل استفاده است، اما در صورتي که غير قابل استفاده باشد، بايد به شکل محلول درآمده و با کشتي هاي مخصوص در ته اقيانوس ها، قسمت هاي غير مسکوني در قطب ها يا در کويرهاي غير قابل سکونت دفن شوند. بشکه هايي که اين مواد در آنها حمل مي شود بايد کاملا ً عايق بندي شده و بدون منفذ باشند تا پرتوهاي راديو اکتيو از آنها نشت نکند .
منابع :
----------------------
aftab.ir
ایران صدا
روزنامه سیاست روز