آشنایی با نیروگاه هسته ای

آشنایی با نیروگاه هسته ای به زبان ساده

ما می توانیم با استفاده از انرژی هسته ای برق تولید کنیم. در نیروگاه هسته ای با واکنش هسته ای انرژی الکتریکی تولید می شود. در اینجا، عناصر رادیواکتیو سنگین مانند اورانیوم (U235) یا توریم (Th232) در معرض شکافت هسته ای قرار می گیرند. این شکافت در دستگاه خاصی به نام راکتور انجام می شود. در این مقاله از وبلاگ آداک، سازنده تابلو برق صنعتی در ایران به معرفی این فناوری می پردازیم، با ما همراه باشید.

شکافت هسته ای چیست؟

در فرآیند شکافت، هسته‌های اتم‌های رادیواکتیو سنگین به دو قسمت تقریباً مساوی تقسیم می‌شوند. در طی این شکستن هسته ها، مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. این آزاد شدن انرژی به دلیل نقص جرمی است. این بدان معناست که جرم کل محصول اولیه در طول شکافت کاهش می یابد. طبق معادله معروف آلبرت انیشتین، این کاهش جرم در طول شکافت به انرژی گرمایی تبدیل می شود.

تفاوت و شباهت نیروگاه حرارتی و هسته ای

اصل اساسی یک نیروگاه هسته ای مانند یک نیروگاه حرارتی معمولی است. تنها تفاوت این است که، به جای استفاده از گرمای تولید شده در اثر احتراق زغال سنگ، در اینجا در نیروگاه هسته ای، از گرمای تولید شده در اثر شکافت هسته ای برای تولید بخار از آب در دیگ استفاده می شود. این بخار برای راندن یک توربین بخار استفاده می شود. این توربین محرک اصلی دینام است. این دینام انرژی الکتریکی تولید می کند. اگرچه در دسترس بودن سوخت هسته ای زیاد نیست، اما مقدار بسیار کمتری از سوخت هسته ای می تواند مقدار زیادی انرژی الکتریکی تولید کند.

برتری اصلی نیروگاه هسته ای چیست؟

این ویژگی منحصر به فرد یک نیروگاه هسته ای است. یک کیلوگرم اورانیوم معادل 4500 متریک تن زغال سنگ مرغوب است. این بدان معناست که شکافت کامل اورانیوم 1 کیلوگرمی می تواند به همان اندازه گرما تولید کند که با احتراق کامل 4500 تن زغال سنگ با عیار بالا تولید می شود. به همین دلیل است که اگرچه سوخت هسته‌ای بسیار گران‌تر است، اما هزینه سوخت هسته‌ای به ازای هر واحد انرژی الکتریکی کم‌تر از هزینه انرژی تولید شده توسط سوخت‌های دیگر مانند زغال سنگ و گازوئیل است. برای مقابله با بحران سوخت متعارف در عصر حاضر، نیروگاه های هسته ای می توانند مناسب ترین جایگزین باشند.

شاید برای شما مفید باشد: نیروگاه بادی چیست؟

مزایای نیروگاه هسته ای چیست؟

همانطور که گفتیم مصرف سوخت در این نیروگاه بسیار کم است و از این رو هزینه تولید یک واحد انرژی نسبت به سایر روش های متداول تولید برق بسیار کمتر است. میزان سوخت هسته ای مورد نیاز نیز کمتر است. یک نیروگاه هسته ای فضای بسیار کمتری را در مقایسه با سایر نیروگاه های معمولی با همان ظرفیت اشغال می کند. این ایستگاه به آب فراوان نیاز ندارد، از این رو ساخت منابع آبی نزدیک به طبیعی گیاه ضروری نیست. این نیز به مقدار زیادی سوخت نیاز ندارد. از این رو ساخت نیروگاه در نزدیکی معدن زغال سنگ یا مکانی که امکانات حمل و نقل خوبی در آن وجود دارد نیز ضروری نیست. به همین دلیل، نیروگاه هسته ای را می توان در نزدیکی مرکز بار ایجاد کرد. ذخایر بزرگی از سوخت هسته‌ای در سطح جهان وجود دارد، بنابراین چنین نیروگاه‌هایی می‌توانند تأمین مداوم انرژی الکتریکی را برای هزاران سال آینده تضمین کنند.

معایب نیروگاه هسته ای چیست؟

• سوخت به راحتی در دسترس نیست و بسیار گران است.
• هزینه اولیه ساخت نیروگاه هسته ای بسیار زیاد است.
• نصب و راه اندازی این نیروگاه نسبت به سایر نیروگاه های معمولی بسیار پیچیده و پیچیده است.
• محصولات جانبی شکافت ماهیت رادیواکتیو دارند و ممکن است باعث آلودگی رادیواکتیو بالا شوند.
• هزینه تعمیر و نگهداری بیشتر است و نیروی انسانی مورد نیاز برای راه اندازی یک نیروگاه هسته ای بسیار بالاتر است زیرا به افراد متخصص آموزش دیده نیاز است.
• نوسانات ناگهانی بار را نمی توان به طور موثر توسط نیروگاه های هسته ای پاسخ داد.
• از آنجایی که محصولات جانبی واکنش های هسته ای به شدت رادیواکتیو هستند، برای دفع این محصولات فرعی مشکل بسیار بزرگی است. فقط می توان آن را در اعماق زمین یا در دریا دور از ساحل دفع کرد.

اجزای مختلف نیروگاه هسته ای

یک نیروگاه هسته ای عمدتاً دارای چهار جزء است.

• راکتور هسته ای
• مبدل حرارتی
• توربین بخار
• آلترناتور

بیایید این مولفه ها را یک به یک مورد بحث قرار دهیم:

راکتور هسته ای 

در یک راکتور هسته ای، اورانیوم 235 در معرض شکافت هسته ای قرار می گیرد. این واکنش زنجیره ای را که پس از انجام شکافت شروع می شود، کنترل می کند. واکنش زنجیره ای باید کنترل شود در غیر این صورت سرعت انرژی آزاد شده سریع خواهد بود، ممکن است احتمال انفجار زیاد باشد. در شکافت هسته ای، هسته های سوخت هسته ای مانند U235 توسط جریان آهسته نوترون ها بمباران می شوند. در اثر این بمباران هسته های اورانیوم شکسته می شود که باعث آزاد شدن انرژی گرمایی عظیمی می شود و در هنگام شکستن هسته ها تعدادی نوترون نیز ساطع می شود.

همچنین بخوانید: آشنایی با نیروگاه برق آبی به زبان ساده

این نوترون های گسیل شده را نوترون های شکافت می نامند. این نوترون های شکافت باعث شکافت بیشتر می شوند. شکافت بیشتر نوترون های شکافت بیشتری ایجاد می کند که دوباره سرعت شکافت را افزایش می دهد. این یک فرآیند تجمعی است.

خطر انفجار راکتور 

اگر فرآیند کنترل نشود، در مدت زمان بسیار کوتاهی سرعت شکافت آنقدر بالا می‌رود که انرژی زیادی آزاد می‌کند، ممکن است انفجار خطرناکی رخ دهد. این واکنش تجمعی را یک واکنش زنجیره ای می نامند. این واکنش زنجیره ای تنها با حذف نوترون های شکافت از یک راکتور هسته ای قابل کنترل است. سرعت شکافت را می توان با تغییر سرعت حذف نوترون های شکافت از راکتورها کنترل کرد.

ساختار راکتور هسته ای

راکتور هسته ای یک مخزن تحت فشار استوانه ای شکل است. میله های سوخت از اورانیوم متوسط ساخته شده اند که عموماً از گرافیت ساخته شده و روی میله های سوخت را می پوشاند. میله های کنترل سرعت نوترون‌ها را قبل از برخورد با هسته‌های اورانیوم کاهش می‌دهند. میله های کنترل از کادمیوم ساخته شده اند زیرا کادمیوم یک جاذب قوی نوترون ها است. میله های کنترل در محفظه شکافت قرار می گیرند. این میله‌های کنترل کادمیوم را می‌توان برحسب نیاز به سمت پایین هل داد و بالا کشید. هنگامی که این میله ها به اندازه کافی به سمت پایین رانده می شوند، بیشتر نوترون های شکافت توسط این میله ها جذب می شوند، بنابراین واکنش زنجیره ای متوقف می شود. باز هم، در حالی که میله های کنترل به سمت بالا کشیده می شوند، در دسترس بودن نوترون های شکافت بیشتر می شود که سرعت واکنش زنجیره ای را افزایش می دهد.

همچنین ببنید: تابلو برق AIS چیست؟

از این رو، واضح است که با تنظیم موقعیت میله های کنترل، می توان سرعت واکنش هسته ای را کنترل کرد و در نتیجه تولید توان الکتریکی را بر اساس تقاضای بار کنترل کرد. در عمل، فشار دادن و کشیدن میله های کنترل توسط یک سیستم بازخورد خودکار مطابق با نیاز بار کنترل می شود. به صورت دستی کنترل نمی شود. گرمای آزاد شده در طی یک واکنش هسته ای با استفاده از مایع خنک کننده متشکل از فلز سدیم به مبدل حرارتی منتقل می شود.

مبدل حرارتی

در یک مبدل حرارتی، گرمای حمل شده توسط فلز سدیم در آب پخش می شود و آب در اینجا به بخار پرفشار تبدیل می شود. پس از آزاد شدن گرما در آب، خنک کننده فلزی سدیم با استفاده از پمپ گردش مایع خنک کننده به راکتور باز می گردد.

توربین بخار

در یک نیروگاه هسته ای، توربین بخار همان نقش نیروگاه زغال سنگ را ایفا می کند. بخار به همین ترتیب توربین را به حرکت در می آورد. پس از انجام کار، بخار خروجی به یک کندانسور بخار می آید و در آنجا متراکم می شود تا فضایی برای بخار پشت آن فراهم شود.

آلترناتور

یک دینام همراه با یک توربین، می چرخد و نیروی الکتریکی تولید می کند تا مورد استفاده قرار گیرد. خروجی از دینام از طریق ترانسفورماتور، قطع کننده مدار و ایزولاتور به باس میله ها ارسال می شود.

نکات مهم در انتخاب مکان احداث نیروگاه هسته ای

به طور کلی چند نکته اساسی برای احداث یک نیروگاه هسته ای باید مدنظر قرار داده شود که این موارد عبارتند از:

در دسترس بودن آب

اگرچه مقدار بسیار زیادی آب به عنوان یک نیروگاه برق آبی تنظیم نمی شود، اما هنوز تامین کافی آب خنثی برای اهداف خنک کننده در یک نیروگاه هسته ای آشکار است. به همین دلیل است که همیشه ترجیح داده می شود این گیاه را در نزدیکی رودخانه یا کنار دریا قرار دهید.

دفع آب و زباله هسته ای

محصولات جانبی یا ضایعات نیروگاه های هسته ای رادیواکتیو هستند و ممکن است خطرات جدی برای سلامتی ایجاد کنند. به همین دلیل باید در دفع زباله های نیروگاه های هسته ای دقت ویژه ای کرد. زباله ها باید در عمق ناکافی از سطح زمین دفن شوند و یا باید در دریا دور از ساحل دریا دفع شوند. از این رو در انتخاب مکان نیروگاه هسته ای باید این عوامل را در نظر گرفت.

فاصله از منطقه پرجمعیت

از آنجایی که همیشه احتمال رادیواکتیویته وجود دارد، همیشه ترجیح داده می شود که یک ایستگاه هسته ای به اندازه کافی دور از مناطق پرجمعیت قرار گیرد.

امکانات حمل و نقل

در طول دوره راه اندازی، تجهیزات سنگین قرار است نصب شود که از سایت سازنده حمل می شود. بنابراین وجود راه‌آهن و راه‌آهن خوب مورد نیاز است. برای در دسترس بودن نیروی انسانی ماهر، حمل و نقل عمومی خوب نیز باید در محل حضور داشته باشد.

ساخت و تولید انواع تابلو برق با فناوری روز دنیا 

آیا می دانید آداک در راستای ارائه جدیدترین فناوری ها در صنعت تابلو برق، طیف وسیعی از محصولات را طراحی و تولید می کند؟ برای آشنایی بیشتر با راهکارهای حرفه ای آداک در این زمینه و دریافت مشاوره جهت طراحی و ساخت تابلو برق فشار ضعیف و تابلو برق فشار متوسط برای پروژه صنعتی یا مسکونی خود، هم اکنون با کارشناسان ما تماس بگیرید.

دفتر مرکزی: کرج، عظیمیه. بلوار 45 متری کاج، پلاک 199، واحد 1 و 3

تلفن: 02634156000

ایمیل: info@adakbn-co.com

دفتر تهران: بزرگراه اشرفی اصفهانی، خیابان مخبری، پلاک 10 واحد 6

تلفن: 02144491255

ایمیل: sales@adakbn-co.com

کارخانه: شهرک صنعتی صفادشت، بلوار فروردین، خیابان فروردین نهم غربی، پلاک 104

تلفن: 02634156000