نیروگاه هسته‌ای

نیروگاه هسته‌ای به تأسیساتی صنعتی و نیروگاهی می‌گویند که بر پایهٔ فناوری هسته‌ای و با کنترل فرایند شکافت هسته‌ای، از گرمای آزاد شدهٔ آن اقدام به تولید انرژی الکتریکی می‌کند. کنترل انرژی هسته‌ای با حفظ تعادل در فرایند شکافت هسته‌ای همراه است که با استفاده از گرمای تولیدی برای تولید بخار آب (مانند بیشتر نیروگاه‌های گرمایی) اقدام به چرخاندن توربین‌های بخار و به دنبال آن ژنراتورها می‌کند.

تاسیسات نیروگاه هسته‌ای ایندین پوینت در ایالت نیویورک
نیروگاه هسته‌ای ایکاتا در ژاپن فاقد برج‌های خنک‌کننده‌است و تبادل حرارت را به‌طور مستقیم با آب اقیانوس انجام می‌دهد.

در سال ۲۰۰۴ انرژی هسته‌ای در تولید کل انرژی مصرفی جهان سهمی در حدود ۶٫۵٪، و در تولید انرژی الکتریکی سهمی در حدود ۱۵٫۷٪ داشته‌است و نخستین بار به وسیله انریکو فرمی در سال ۱۹۳۴ در یکی از آزمایشگاه‌های دانشگاه شیکاگو تولید شد. این اتفاق زمانی رخ داد که تیم او مشغول بمباران کردن هسته اورانیوم با نوترون بودند.

بنا بر پیش‌بینی اتحادیه جهانی هسته‌ای در سال ۲۰۱۵ به‌طور میانگین هر ۵ روز یک‌بار یک نیروگاه هسته‌ای در جهان آغاز به کار می‌کند. شکافت هسته‌ای صورت گرفته در یک رآکتور فقط بخشی از یک چرخه هسته‌ای است. این چرخه از معادن شروع می‌شود. میزان اورانیوم موجود در پوسته زمین نسبتاً زیاد است به‌طوری‌که با منابع فلزاتی همچون قلع و ژرمانیوم برابری می‌کند و تقریباً ۳۵ برابر میزان نقره موجود در پوسته زمین است. اورانیوم ماده تشکیل دهنده بسیاری از اجسام اطراف ما مانند سنگ‌ها و خاک است. بنا بر آمارگیری جهانی معادن شناخته شده جهان در حال حاضر برای تأمین بیش از ۷۰ سال انرژی الکتریکی جهان کافی هستند. بهای میانگین اورانیوم در سال ۲۰۰۷، ۱۳۰ دلار آمریکا به ازای هر کیلوگرم بود. به این ترتیب ثبات تأمین سوخت هسته‌ای از بسیاری از دیگر مواد معدنی بیشتر است.

مهم‌ترین مسئله‌ای که مخالفان انرژی هسته‌ای بیان می‌دارند امنیت محیط زیستی نیروگاه هسته‌ای است زیرا با کوچکترین اشتباه، ممکن است فجایعی مانند فاجعه چرنوبیل به بار آید.

کاربرد
منابع تأمین انرژی الکتریکی در بین سال‌های ۱۹۸۰ تا ۲۰۳۰:
  مایعات
  زغال سنگ
  گاز طبیعی
  قابل بازیافت
  هسته‌ای
نوشتار اصلی: کشورهای استفاده‌کننده از برق هسته‌ای

در سال ۲۰۰۴ انرژی هسته‌ای در تولید کل انرژی مصرفی جهان سهمی در حدود ۶٫۵٪، و در تولید انرژی الکتریکی سهمی در حدود ۱۵٫۷٪ داشته‌است که کشورهای ایالات متحده، فرانسه، و ژاپن در مجموع حدود ۵۷٪ از کل انرژی الکتریکی هسته‌ای جهان را به خود اختصاص داده‌اند.[1] در سال ۲۰۰۷ آژانس بین‌المللی انرژی هسته‌ای از وجود ۴۳۹ رآکتور هسته‌ای در حال ساخت در ۳۱ کشور در سراسر جهان خبر داد.[2][3]

ایالات متحده آمریکا با تولید حدود ۲۰٪ انرژی مورد نیاز خود از رآکتورهای هسته‌ای در میزان کل تولید انرژی هسته‌ای جایگاه اول جهان را داراست، حال آن که فرانسه با تولید ۸۰٪ انرژی الکتریکی مورد نیاز خود در ۱۶ نیروگاه هسته‌ای از نظر درصد دارای رتبه نخست در جهان است.[4][5] این درحالی است که در کل اروپا، انرژی هسته‌ای ۳۰٪ برق مصرفی این قاره را تأمین می‌کند.[6] البته سیاست‌های هسته‌ای در کشورهای اروپایی با هم متفاوتند طوری‌که در کشورهایی نظیر ایرلند یا اتریش هیچ راکتور هسته‌ای فعالی وجود ندارد.

همچنین در بسیاری از کشتی‌ها و زیردریاییهای نظامی یا حتی غیرنظامی (کشتی‌های یخ‌شکن) از انرژی هسته‌ای به عنوان نیروی محرکه استفاده می‌شود.[7]

به دلیل برتری‌های بی‌شمار انرژی هسته‌ای، امروزه بهره‌برداری از این فناوری روز به روز گسترش بیشتری می‌یابد و بر روش‌های استفاده صلح‌آمیز از آن (مانند استفاده از انرژی هسته‌ای برای گرمایش یا نمک‌زدایی آب) افزوده می‌شود.[8]

تاریخچه
تیم دانشگاه شیکاگو برای ساخت رآکتور هسته‌ای. زیلارد و فرمی هر دو در عکس دیده می‌شوند.

منشأ

در سال ۱۹۳۸ زمانی‌که شیمیدان آلمانی اتو هان (به آلمانی: Otto Hahn)[9] و فریتس اشتراسمان (به آلمانی: Fritz Straßmann) فیزیکدان اتریشی لیزه میتنر (به آلمانی: Lise Meitner)[10] و اتو روبرت فریش (به آلمانی: Otto Robert Frisch)[11] در حال آزمایش بر روی اورانیوم بمباران شده بودند متوجه شدند که نوترون شلیک شده می‌تواند نتیجه‌ای باورنکردنی داشته باشد و هسته اورانیوم را به دو یا چند قسمت تقسیم کند. بعدها دانشمندان زیادی (و در صدر آن‌ها لیو زیلارد) دریافتند که پخش تعدادی نوترون در فضا هنگام یک شکافت هسته‌ای می‌تواند واکنشی زنجیره‌ای را از این قابلیت به وجود آورد. این کشف دانشمندان را در برخی کشورها (از جمله ایالات متحده، انگلستان، فرانسه، آلمان و اتحاد جماهیر شوروی) بر آن داشت تا از دولت‌های خود برای ادامه پژوهش‌ها در این زمینه درخواست پشتیبانی مالی کنند.

انرژی هسته‌ای نخستین بار به وسیله انریکو فرمی در سال ۱۹۳۴ در یکی از آزمایشگاه‌های دانشگاه شیکاگو تولید شد. این اتفاق زمانی رخ داد که تیم او مشغول بمباران کردن هسته اورانیوم با نوترون بودند.[12] این پروژه (که با نام Chicago Pile-1 شناخته شد) با فوریت تمام در ۲ دسامبر ۱۹۴۲ به بهره‌برداری رسید و بعدها به بخشی از پروژه منهتن تبدیل شد. طی این پروژه رآکتورهای بزرگی را برای دستیابی به پلوتونیوم و استفاده از آن در سلاح هسته‌ای در هانفورد واشینگتن راه‌اندازی کردند.

پس از جنگ جهانی دوم دولت ایالات متحده که می‌ترسید پژوهش‌های هسته‌ای باعث گسترش دانش هسته‌ای و در نتیجه سلاح هسته‌ای شود کنترل‌های سخت‌گیرانه‌ای در مورد پژوهش‌های هسته‌ای اعمال کرد و به‌طور کلی بیشتر پژوهش‌های هسته‌ای بر روی اهداف نظامی متمرکز شوند.

در ۲۰ دسامبر ۱۹۵۱ برای نخستین بار در یک پایگاه آزمایشگاهی با نام EBR-I از رآکتور هسته‌ای برای تولید انرژی الکتریکی (در حدود ۱۰۰ کیلووات) استفاده شد.[13]

سال‌های آغازین
نخستین لامپ‌های برقی که توسط انرژی هسته‌ای روشن شدند. آزمایشگاه ملی آیداهو

در ۱۹۵۴ لوییس اشتراوس و پس از آن چیرمن رئیس کمسیون انرژی اتمی ایالات متحده آمریکا دربارهٔ تولید انرژی الکتریکی به وسیله انرژی هسته‌ای گفتگوهایی را انجام دادند و در رابطه با تولید انرژی الکتریکی ارزان‌تر مطالبی را شرح دادند.[14] اما مسئولین آن زمان ایالات متحده به دلیل بدگمانی دربارهٔ انرژی هسته‌ای بیشتر تمایل داشتند تا از همجوشی هسته‌ای برای این کار استفاده کنند و بنابراین فرصت را از دست دادند.[15]

سرانجام در ۲۷ ژوئن ۱۹۵۴ نخستین نیروگاه هسته‌ای جهان که به شبکه برق متصل گردید در اتحاد جماهیر شوروی به بهره‌برداری رسید. این نیروگاه توانی در حدود ۵ مگاوات تولید می‌کرد.[16][17] در ۱۹۵۶ اولین نیروگاه تجاری هسته‌ای جهان در انگلستان به بهره‌برداری رسید که توانی در حدود ۵۰ مگاوات تولید می‌کرد.[18]

یکی از سازمان‌هایی که برای نخستین بار شروع به توسعه دانش هسته‌ای کرد نیروی دریایی ایالات متحده آمریکا بود که در نظر داشت از انرژی هسته‌ای به عنوان سوخت زیردریاییها و ناوهای هواپیمابر استفاده کند. عملکرد مناسب این سازمان و پافشاری دریاسالار هیمن ریکوور باعث شد تا سر انجام نخستین زیردریایی اتمی جهان با نام ناتیلوس (به انگلیسی: USS Nautilus) در دسامبر ۱۹۵۴ به آب انداخته شود.[19]

نمودار پیشینه استفاده از انرژی هسته‌ای. همان‌طور که در نمودار مشخص است رشد استفاده از انرژی هسته‌ای در اواسط دهه ۱۹۸۰ به شدت کاهش یافته‌است.

پیشرفت

با راه‌اندازی نخستین نیروگاه‌های هسته‌ای، بهره‌برداری از این نیروگاه‌ها شتاب گرفت به‌طوری‌که استفاده از برق هسته‌ای از کمتر از ۱ گیگاوات در دهه ۱۹۶۰ به بیش از ۱۰۰ گیگاوات در دهه ۱۹۷۰ و نزدیک به ۳۰۰ گیگاوات در اواخر دهه ۱۹۸۰ رسید. البته در اواخر دهه ۱۹۸۰ از شتاب رشد استفاده از برق هسته‌ای به شدت کاسته شد و به این ترتیب به حدود ۳۶۶ گیگاوات در سال ۲۰۰۵ رسید که بیشترین گسترش پس از دهه ۱۹۸۰ مربوط به جمهوری خلق چین است. باید به این نکته نیز اشاره کرد که بیش از دو سوم از طرح‌های مربوط به احداث نیروگاه هسته‌ای که شروع اجرای آن‌ها پس از ۱۹۷۰ بود، لغو شدند.[19]

در طول دهه‌های ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ کاهش قیمت سوخت‌های فسیلی و افزایش قیمت ساخت یک نیروگاه هسته‌ای از تمایل دولت‌ها برای ساخت نیروگاه هسته‌ای به شدت کاست.[20] البته بحران سوخت ۱۹۷۳ باعث شد تا کشورهایی مانند فرانسه و ژاپن که از منابع نفت زیادی برخوردار نیستند به فکر ساخت نیروگاه‌های هسته‌ای بیشتری بیفتند[21][22] به‌طوری‌که این دو کشور به ترتیب ۸۰٪ و ۳۰٪ از انرژی الکتریکی حال حاضر خود را از این منابع تأمین می‌کنند.

در سی سال انتهایی قرن بیستم ترس از رخدادهای خطرناک هسته‌ای مانند فاجعه چرنوبیل در ۱۹۸۶، مشکلات مربوط به دفع زباله‌های هسته‌ای، بیماری‌های ناشی از تشعشع هسته‌ای و… باعث به وجود آمدن جنبش‌هایی برای مقابله با توسعه نیروگاه‌های هسته‌ای شد و این خود از دلایل کاهش توسعه نیروگاه‌های هسته‌ای در بسیاری از کشورها بود.[23]

آینده

تا سال ۲۰۰۷ آخرین رآکتور هسته‌ای مورد بهره‌برداری قرار گرفته در ایالات متحده رآکتور Watts Bar ۱ در تنسی بود که در ۱۹۹۶ به شبکه متصل شد[24] و این مدرک محکمی بر موفقیت تلاش‌های ضد گسترش نیروگاه‌های هسته‌ای است. با این حال تلاش‌ها در برابر گسترش نیروگاه‌های هسته‌ای تنها در برخی کشورهای اروپایی، فیلیپین، نیوزیلند و ایالات متحده موفق بوده‌است[25] و در عین حال در این کشورها نیز این جنبش‌ها نتوانستند پژوهش‌های هسته‌ای را متوقف کنند و پژوهش‌های مربوط به انرژی هسته‌ای کماکان ادامه دارد. برخی کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند که نیاز روزافزون به منابع انرژی، افزایش قیمت سوخت و بحران افزایش دمای زمین در اثر استفاده از سوخت‌های فسیلی باعث شود که بقیه کشورها نیز به سوی استفاده از نیروگاه‌های هسته‌ای روی آورند و همچنین باید یادآوری کرد که با پیشرفت فناوری هسته‌ای، امروزه امکان بروز فجایع هسته‌ای بسیار کمتر شده‌است. اتحادیه جهانی هسته‌ای پیش‌بینی می‌کند که در سال ۲۰۱۵ به‌طور متوسط هر ۵ روز یک‌بار یک نیروگاه هسته‌ای در جهان افتتاح خواهد شد.[26]

با تمام مخالفت‌ها، بسیاری از کشورها در گسترش نیروگاه‌های هسته‌ای ثابت قدم بوده‌اند از جمله این کشورها می‌توان به ژاپن، چین، و هند اشاره کرد. در بسیاری از کشورهای دیگر جهان نیز طرح‌های وسیعی برای گسترش استفاده از انرژی هسته‌ای در حال تدوین است.

تعداد رآکتورهای هسته‌ای در جهان در سال ۲۰۱۵ میلادی[27]
کشوررآکتور عملیاتیرآکتور در حال ساخترآکتور برنامه‌ریزی شدهرآکتور پیشنهاد شده
 ایالات متحده آمریکا۹۹۵۵۱۷
 فرانسه۵۸۱۱۱
 ژاپن۴۸۳۹۳
 روسیه۳۴۹۳۱۱۸
 کره جنوبی۲۳۵۸۰
 چین۲۲۲۷۶۴۱۲۳
 هند۲۱۶۲۲۳۶
 کانادا۱۹۰۲۳
 بریتانیا۱۶۰۴۷
 اوکراین۱۵۰۲۱۱
تعداد کل در جهان۴۳۷۷۰۱۸۳۳۱۱

فناوری رآکتور هسته‌ای

تمامی نیروگاه‌های گرمایی متداول از نوعی سوخت برای تولید گرما استفاده می‌کنند برای مثال گاز طبیعی، زغال سنگ یا نفت. در یک نیروگاه هسته‌ای این گرما از شکافت هسته‌ای که در داخل رآکتور صورت می‌گیرد تأمین می‌شود. هنگامی که یک هسته نسبتاً بزرگ قابل شکافت مورد برخورد نوترون قرار می‌گیرد به دو یا چند قسمت کوچک‌تر تقسیم می‌شود و در این فرایند که به آن شکافت هسته‌ای می‌گویند تعدادی نوترون و مقدار نسبتاً زیادی انرژی آزاد می‌شود. نوترون‌های آزاد شده از یک شکافت هسته‌ای در مرحله بعد خود با برخورد به دیگر هسته‌ها موجب شکافت‌های دیگری می‌شوند و به این ترتیب یک فرایند زنجیره‌ای به وجود می‌آید. زمانی که این فرایند زنجیره‌ای کنترل شود می‌توان از انرژی آزاد شده در هر شکافت (که بیشتر آن به صورت گرماست) برای تبخیر آب و چرخاندن توربین‌های بخار و در نهایت تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد. در صورتی که در یک رآکتور از سوختی یکنواخت اورانیوم-۲۳۵ یا پلوتونیوم-۲۳۹ استفاده شود بر اثر افزایش غیرقابل کنترل تعداد شکافت‌های هسته‌ای بر اثر فرایند زنجیره‌ای، انفجار هسته‌ای ایجاد می‌شود. اما فرایند زنجیره‌ای موجب ایجاد انفجار هسته‌ای در یک رآکتور نخواهد شد چرا که تعداد شکافت‌های رآکتور به اندازه‌ای زیاد نخواهد بود که موجب انفجار شوند و این به دلیل درجه غنی‌سازی پایین سوخت رآکتورهای هسته‌ای است. اورانیوم طبیعی دارای درصد اندکی (کمتر از ۱٪) از اورانیوم-۲۳۵ است و بقیه آن اورانیوم-۲۳۸ است (زیرا اورانیوم-۲۳۸ توانایی شکافت‌پذیری ندارد[28]). اکثر رآکتورها نیروگاه‌های هسته‌ای از اورانیوم با درصد غنی‌سازی بین ۳٪ تا ۴٪ استفاده می‌کنند اما برخی از آن‌ها طوری طراحی شده‌اند که با اورانیوم طبیعی کار کنند و برخی از آن‌ها نیز به سوخت‌های با درصد غنی‌سازی بالاتر نیاز دارند. رآکتورهای موجود در زیردریایی‌های هسته‌ای و کشتی‌های بزرگ مانند ناوهای هواپیمابر معمولاً از اورانیوم با درصد غنی‌سازی بالا استفاده می‌کنند. با اینکه قیمت اورانیوم با غنی‌سازی بالاتر بیشتر است اما استفاده از این نوع سوخت‌ها دفعات سوختگیری را کاهش می‌دهد و این قابلیت برای کشتی‌های نظامی بسیار پراهمیت است.[29] راکتورهای CANDU قابلیت دارند تا از اورانیوم غنی‌نشده‌استفاده کنند و دلیل این قابلیت استفاده آب سنگین به جای آب سبک برای تعدیل‌سازی و خنک‌کنندگی است چراکه آب سنگین مانند آب سبک نوترون‌ها را جذب نمی‌کند.

کنترل فرایند شکافت زنجیره‌ای با استفاده از موادی که می‌توانند نوترون‌ها را جذب کنند (در اکثر موارد کادمیوم) ممکن می‌شود. سرعت نوترون‌ها در رآکتور باید کاهش یابد چراکه احتمال اینکه یک نوترون با سرعت کمتر در لحظه تصادم با هسته اورانیوم-۲۳۵ موجب شکافت هسته‌ای گردد بیشتر است. در رآکتورهای آب سبک از آب معمولی برای کم کردن سرعت نوترون‌ها و همچنین خنک کردن رآکتور استفاده می‌شود. ‍ اما زمانی که دمای آب افزایش می‌یابد چگالی آب کاهش می‌یابد و سرعت تعداد کمتری نوترون به اندازه کافی کم می‌شود و به این ترتیب تعداد شکافت‌های کاهش می‌یابند بنابراین یک بازخور منفی همیشه ثبات سیستم را تثبیت می‌کند. در این حالت برای آنکه بتوان دوباره تعداد شکافت‌های صورت گرفته را افزایش داد باید دمای آب را کاهش داد که به این کار ایجاد چرخه شکافت می‌گویند.

چرخه سوخت هسته‌ای
نمودار چرخه سوخت هسته‌ای (۱)این چرخه با استخراج سوخت از معادن آغاز می‌شود(۲)سوخت به نیروگاه‌های هسته‌ای فرستاده می‌شود، پس از پایان عمر سوخت، سوخت به تأسیسات بازفراوری فرستاده می‌شود(۳)یا آنکه برای انبار شدن به انبار ضایعات اتمی فرستاده می‌شود(۴)در فرایند باز فراوری تا ۹۵٪ از سوخت مصرف شده دوباره به چرخه بازمی‌گردد.
نوشتار اصلی: چرخه سوخت هسته‌ای
نوشتار اصلی: غنی‌سازی اورانیوم

شکافت هسته‌ای صورت گرفته در یک رآکتور فقط بخشی از یک چرخه هسته‌ای است. این چرخه از معادن شروع می‌شود. اورانیوم استخراج شده از معدن معمولاً فرمی پایدار و فشرده مانند کیک زرد دارد. این اورانیوم معدنی به تأسیسات فرآوری فرستاده می‌شود و در آنجا کیک زرد به هگزافلوراید اورانیوم (که پس از غنی‌سازی به عنوان سوخت رآکتورها مورد استفاده قرار می‌گیرد) تبدیل می‌گردد. در این مرحله درجه غنی‌سازی اورانیوم یعنی درصد اورانیوم-۲۳۵ در حدود ۰٫۷٪ است. در صورت نیاز بسته به نوع سوخت نیروگاه (درصد غنی‌سازی لازم برای سوخت نیروگاه) اورانیوم غنی‌سازی شده و سپس از آن برای تولید میل‌های سوختی مورد استفاده در نیروگاه (شکل میله‌ها در نیروگاه‌های مختلف متفاوت است) استفاده می‌کنند. عمر هر میل تقریباً سه سال است به‌طوری‌که حدود ۳٪ از اورانیوم موجود در آن مورد مصرف قرار گیرد. پس از گذشت عمر اورانیوم، آن را به حوضچه سوخت مصرف شده می‌برند. اورانیوم باید حداقل ۵ سال در این حوضچه‌ها باقی بماند تا ایزوتوپهای به وجود آمده در اثر شکافت هسته‌ای از آن جدا شوند. پس از گذشت این زمان اورانیوم را در بشکه‌های خشک انبار می‌کنند یا اینکه دوباره آن را به چرخه سوخت بازمی‌گردانند.

منابع سوخت
تخمین مقدار اورانیوم
  ذخایر زیرزمینی[30]
  منابعی که اکنون اقتصادی هستند[31]
  تخمین مقداری که هنوز کشف نشده است[32]
  مجموع همه در سال ۲۰۰۴[30]
  منابع غیرقراردادی[32]

میزان اورانیوم موجود در پوسته زمین نسبتاً زیاد است به‌طوری‌که با منابع فلزاتی همچون قلع و ژرمانیوم برابری می‌کند و تقریباً ۳۵ برابر میزان نقره موجود در پوسته زمین است. اورانیوم ماده تشکیل دهنده بسیاری از اجسام اطراف ما مانند سنگ‌ها و خاک است. طبق آمارگیری جهانی معادن شناخته شده جهان در حال حاضر برای تأمین بیش از ۷۰ سال انرژی الکتریکی جهان کافی هستند. بهای متوسط اورانیوم در سال ۲۰۰۷، ۱۳۰ دلار آمریکا به ازای هر کیلوگرم بود. به این ترتیب ثبات تأمین سوخت هسته‌ای از بسیاری از دیگر مواد معدنی بیشتر است.[33][34] به تناسب دیگر مواد معدنی با افزایش دو برابری هزینه تأمین سوخت، می‌توان به ده برابر منابع کنونی اورانیوم دست یافت. باید توجه داشت که قیمت تأمین سوخت در یک نیروگاه هسته‌ای نسبت به دیگر تجهیزات موجود نسبتاً اندک است و بنابراین چند برابر شدن قیمت اورانیوم تأثیر چندانی بر روی قیمت انرژی الکتریکی تولیدی نخواهد داشت. برای مثال افزایش دو برابری در قیمت سوخت مصرفی یک نیروگاه هسته‌ای آب سبک هزینه رآکتورها را در حدود ۲۶٪ و هزینه برق تولیدی را در حدود ۷٪ افزایش می‌دهد در حالی که افزایش دوبرابری قیمت سوخت در یک نیروگاه گازی قیمت برق تولیدی را تا ۷۰٪ افزایش می‌دهد.[35][36]

نیروگاه‌های آب سنگین موجود در استفاده از سوخت هسته‌ای بهره‌وری پایینی دارند چراکه تنها قابلیت ایجاد شکافت هسته‌ای در ایزوتوپ‌های اورانیوم-۲۳۵ (حدود ۰٫۷٪ از اورانیوم معدنی) را دارند.[37] در مقابل رآکتورهای متداول آب سبک برخی رآکتورهای هسته‌ای می‌توانند از اورانیوم-۲۳۸ استفاده نیز استفاده کنند که حدود ۹۹٫۳٪ از اورانیوم معدنی را تشکیل می‌دهد. قبل از استفاده از اورانیوم-۲۳۸ در طی فرایندی از آن برای تولید پلوتونیم-۲۳۸ استفاده می‌کنند و سپس از پلوتونیم در رآکتورهای هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. طبق برآورد انجام شده با مصرف کنونی نیروگاه‌های جهان اورانیوم-۲۳۸ می‌تواند برای ۵ میلیون سال انرژی مورد نیاز این نیروگاه‌ها را تأمین کند.

این تکنولوژی در بسیاری از رآکتورهای هسته‌ای مورد استفاده قرار گرفته‌است، اما هزینه بالای فرآوری سوخت این نیروگاه‌ها (۲۰۰ دلار به ازای هر کیلوگرم) استفاده از آن‌ها را با مشکل مواجه کرده. تا سال ۲۰۰۵ تنها در رآکتور نیروگاه BN-۶۰۰ در «بلویارسک» روسیه از این تکنولوژی برای تولید برق استفاده شده بود، که البته روسیه برنامه‌ریزی‌های مربوط به ساخت نیروگاه دیگری از این نوع با نام BN-۸۰۰ را انجام داده‌است. ژاپن نیز قصد دارد تا پروژه رآکتور Monju را مجدداً شروع کند (این پروژه از سال ۱۹۹۵ تعطیل شده‌است) و همچنین چین و هند نیز قصد دارند تا از این تکنولوژی برای سوخت‌رسانی به رآکتورها استفاده کنند.

راه حل دیگری که در این زمینه وجود دارد استفاده از اورانیوم-۲۳۳ است که از توریوم به دست می‌آید. توریم حدوداً ۳٫۵ برابر بیشتر از اورانیوم در پوسته زمین وجود دارد و پراکندگی جغرافیایی متفاوتی نسبت به اورانیوم دارد. استفاده از این ماده می‌تواند میزان منابع سوخت‌های شکافت یافتنی را تا ۴۵۰٪ افزایش دهد. برعکس اورانیوم-۲۳۸ که برای مصرف آن را باید به صورت پلوتونیم-۲۳۸ درآورد، اورانیوم-۲۳۳ نیازی به تبدیل ندارد. در حال حاضر کشور هند علاقه زیادی برای استفاده از این روش دارد چراکه این کشور دارای معادن بسیار زیاد توریم است درحالی که معادن اورانیوم این کشور اندک هستند.

جوانب اقتصادی

یکی از مسائل نیروگاه هسته‌ای هزینه ساخت آن است که شامل هزینه ساخت رآکتور، هزینه مسائل امنیتی، هزینه ساخت مراکز معدنی، هزینه ساخت مراکز تبدیل مواد خام به سوخت هسته‌ای، هزینه ساخت مراکز بازپروری هسته‌ای و انبارهای هسته‌ای برای دفن ضایعات هسته‌ای است. هر نیروگاه هسته‌ای به‌طور متوسط ۱۰ تا ۱۵ میلیارد دلار هزینه دارد.

خرج تولید الکتریسیته با نیروی هسته‌ای در سال ۲۰۰۷ حدود ۰٫۰۱۷۶ دلار برای هر کیلووات ساعت بود، در صورتی‌که این مقدار برای زغال سنگ، گاز طبیعی، و نفت به ترتیب ۰٫۰۲۴۷ دلار، ۰٫۰۶۷۸ دلار، و ۰٫۱۰۲۶ دلار بود.[38]

امنیت نیروگاه هسته‌ای

از خطرهایی که همواره بیم آن می‌رود، حمله احتمالی تروریستی به نیروگاه‌های هسته‌ای است، چرا که با انفجار نیروگاه محوطه‌ای به شعاع ۲۰ کیلومتر بشدت آلوده می‌شود و هیچ موجود زنده‌ای را باقی نمی‌گذارد و در اثرات تخریبی ژنتیکی تا ۱۰ نسل را بر روی محوطهٔ بزرگتری در حدود شعاع ۴۰ کیلومتر باقی خواهد گذاشت[39]

با وجود نگرانی عمومی نسبت به امنیت نیروگاه‌های هسته‌ای، این نیروگاه‌ها به علت تدابیر ایمنی سخت‌گیرانه، به نسبت گستردگی‌شان منجر به تلفات ناچیزی شده‌اند. آمار نشان می‌دهد در عمل تعداد مرگ ناشی از سوانح مربوط به انرژی هسته‌ای به نسبت واحد انرژی تولید شده، بسیار کمتر از انواع دیگر انرژی بوده‌است.[40]

نیروگاه‌های متحرک
ناو هواپیمابر با رانش هسته‌ای در سال ۱۹۶۴

یکی از وسیعترین کاربردهای نیروگاه‌های هسته‌ای، استفاده از انرژی هسته‌ای جهت رانش ناوها و زیردریایی‌ها است. در این راستا، آدمیرال هیمن ریکوور برای نخستین بار این ایده را در نیروی دریایی ایالات متحده آمریکا پیاده و عملی نمود. امروزه اکثر ناوها و تجهیزات نیروی دریایی آمریکا از نیروگاه‌های متراکم PWR استفاده می‌کنند.

پسماند هسته‌ای نیروگاه‌ها
نوشتار اصلی: ضایعات هسته‌ای

یافتن راهی ارزان و ایمن برای انبار کردن زباله‌های هسته‌ای چالشی پراهمیت در زمینه چرخه سوخت هسته‌ای است زیرا این ضایعات تا ۱۰٬۰۰۰ سال نیز تشعشعات خطرناک دارند[41]

نگرانی‌های محیط زیستی

مهمترین مسئله‌ای که مخالفان انرژی هسته‌ای بیان می‌دارند امنیت محیط زیستی نیروگاه هسته‌ای است زیرا فعالیت هسته‌ای می‌تواند مانند سایت هنفورد آلایش شدید محیط زیستی از خود باقی گذارد، یا با اشتباه و نقص فنی فجایعی مانند فاجعه چرنوبیل قابلیت رخ دادن خواهند داشت.

آلایش هسته‌ای همواره از نگرانی‌های این نوع صنعت به‌طور کل بوده‌است.[42] با اینحال برخی مطالعات حاکی از قابل مقایسه بودن دیگر صنایع تولید انرژی با نیروگاه‌های هسته‌ای می‌باشند.[43]

حادثه تری مایل آیلند (۱۹۷۹)
نوشتار اصلی: حادثه تری مایل آیلند

در سال ۱۹۷۹ بخشی از هسته اصلی واحد ۲ در نیروگاه تری مایل آیلند در ایالت پنسیلوانیا در آمریکا ذوب شد که باعث نشت ۳ میلیون کوری گاز رادیواکتیو به بیرون از نیروگاه گردید.[44] در پی این حادثه حدود ۱۴۰٬۰۰۰ نفر از اهالی منطقه خانه‌های خود را ترک کردند. پس از حادثه تری مایلی آیلند، ساخت نیروگاه‌های هسته‌ای برای مدتی در آمریکا متوقف شد.[45]

حادثه چرنوبیل (۱۹۸۶)
نوشتار اصلی: حادثه چرنوبیل

حادثه چرنوبیل در سال ۱۹۸۶ و در چرنوبیل (در شوروی سابق و اوکراین کنونی) اتفاق افتاد به‌طوری‌که نیروگاه در ساعت ۱:۴۰ بامداد از کنترل خارج شد و بتن آرمه یک متری گنبد را ذوب نمود و اتفاقات پس از آن موجب شد تا در کل اروپا وضعیت اضطراری اعلام شود.[46]

حادثه فوکوشیما (۲۰۱۱)

حادثه نیروگاه فوکوشیما داییچی، در ۱۱ مارس ۲۰۱۱ و در پی زلزله ۹٬۰ ریشتری و سونامی پیامد آن در ژاپن رخ داد. طی این حادثه از ۶ نیروگاه BWR فوکوشیما داییچی، ۳ نیروگاه که در حال کار بودند در اثر قطع برق شبکه و از کار افتادن دیزل‌های اضطراری آسیب جدی دیده و دچار ذوب قلب شدند. همچنین استخر سوخت‌های مصرف شده رآکتور شماره ۴ نیز با قطع خنک‌کاری و آسیب سوخت‌ها مواجه شد. انفجار هیدروژن در واحدهای شماره ۱ و ۳ باعث آسیب به ساختمان رآکتور و امکان نشت مواد رادیواکتیو به خارج از آن شد. این اولین حادثه مخرب هسته‌ای در دنیاست که در آن ۳ رآکتور آسیب جدی می‌بینند. مقادیری مواد رادیواکتیو به اقیانوس و هوا آزاد شده‌است و تخمین زده می‌شود مقدار مواد رادیواکتیو وارد شده به محیط حدود ۱۰ درصد حادثه چرنوبیل خواهد بود.

نیروگاه‌های هسته‌ای در ایران
نوشتار اصلی: برنامه هسته‌ای ایران

برنامه هسته‌ای ایران در دهه ۱۹۵۰ با کمک ایالات متحده به عنوان بخشی از برنامه «اتم برای صلح» آغاز شد. اما به دلیل مناقشات به وجود آمده بعد از انقلاب ایران مشکلاتی در زمینه بهره‌برداری آن رخ داد. در حال حاضر تنها نیروگاه اتمی ایران در بوشهر توسط روس‌ها راه‌اندازی شده‌است. در سپتامبر ۲۰۱۱ نیروگاه اتمی بوشهر به مدار تولید برق ایران وصل شد.

جستارهای وابسته

منابع
  1. "Key World Energy Statistics" (PDF). 2006. Archived from the original (PDF) on 9 July 2007. Retrieved 29 May 2008.
  2. NUCLEAR POWER PLANTS INFORMATION، از آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، ۱۵/۰۶/۲۰۰۵.
  3. "World NUCLEAR POWER REACTORS ۲۰۰۵–۰۶, ۱۵/۰۸/۲۰۰۶, Australian Uranium Information Centre". Archived from the original on 3 March 2008. Retrieved 29 May 2008.
  4. "Impacts of Energy Research and Development With Analysis of Price-Anderson Act and Hydroelectric Relicensing". Energy Information Administration. 2004. Archived from the original on 6 May 2012. Retrieved 29 May 2008. Unknown parameter |کار= ignored (help)
  5. Eleanor Beardsley (2006). "France Presses Ahead with Nuclear Power". NPR. Archived from the original on 6 May 2012. Retrieved 29 May 2008.
  6. "Gross electricity generation, by fuel used in power-stations". Eurostat. 2006. Archived from the original on 17 October 2006. Retrieved 29 May 2008.
  7. "Nuclear Icebreaker Lenin". Bellona.oorg. 2003. Archived from the original on 6 May 2012. Retrieved 29 May 2008.
  8. "Passively safe reactors rely on nature to keep them cool". http://www.anl.gov. 2002. Archived from the original on 6 May 2012. Retrieved 29 May 2008. External link in |ناشر= (help)
  9. «Otto Hahn, The Nobel Prize in Chemistry, ۱۹۴۴». http://www.nobelprize.org. بایگانی‌شده از اصلی در ۶ مه ۲۰۱۲. دریافت‌شده در ۲۹ مه ۲۰۰۸. پیوند خارجی در |ناشر= وجود دارد (کمک)
  10. "Otto Hahn, Fritz Strassmann, and Lise Meitner". http://www.chemheritage.org. Archived from the original on 6 May 2012. Retrieved 29 May 2008. External link in |ناشر= (help)
  11. "Otto Robert Frisch". http://www.nuclearfiles.org. Archived from the original on 6 May 2012. Retrieved 29 May 2008. External link in |ناشر= (help)
  12. «Enrico Fermi, The Nobel Prize for Physics, ۱۹۳۸». http://www.nobelprize.org. بایگانی‌شده از اصلی در ۶ مه ۲۰۱۲. دریافت‌شده در ۲۹ مه ۲۰۰۸. پیوند خارجی در |ناشر= وجود دارد (کمک)
  13. Makhijani, Arjun and Saleska, Scott (1996). "The Nuclear Power Deception". Institute for Energy and Environmental Research. Archived from the original on 6 May 2012. Retrieved 29 May 2008.
  14. "Too Cheap to Meter?". Canadian Nuclear Society. 2006. Archived from the original on 4 February 2007. Retrieved 29 May 2008.
  15. David Bodansky. "Nuclear Energy: Principles, Practices, and Prospects". pp. ۳۲. Archived from the original on 6 May 2012. Retrieved 29 May 2008.
  16. "From Obninsk Beyond: Nuclear Power Conference Looks to Future". Archived from the original on 6 May 2012. Retrieved 29 May 2008. Unknown parameter |کار= ignored (help)
  17. "Nuclear Power in Russia". Archived from the original on 6 May 2012. Retrieved 29 May 2008. Unknown parameter |کار= ignored (help)
  18. «On This Day: 17 October». BBC News. بایگانی‌شده از اصلی در ۶ مه ۲۰۱۲. دریافت‌شده در ۲۹ مه ۲۰۰۸.
  19. «۵۰ Years of Nuclear Energy» (PDF). آژانس بین‌المللی انرژی اتمی. بایگانی‌شده از اصلی (PDF) در ۶ مه ۲۰۱۲. دریافت‌شده در ۲۹ مه ۲۰۰۸.
  20. Bernard L. Cohen. «THE NUCLEAR ENERGY OPTION». Plenum Press. بایگانی‌شده از اصلی در ۶ مه ۲۰۱۲. دریافت‌شده در ۲۹ مه ۲۰۰۸.
  21. Evolution of Electricity Generation by Fuelپی‌دی‌اف (۳۹٫۴ KiB)
  22. «The Japanese Situation». بایگانی‌شده از اصلی در ۱۹ فوریه ۲۰۰۷. دریافت‌شده در ۱۹ فوریه ۲۰۰۷.
  23. خطر تشعشعات هسته‌ای:بررسی حادثه انفجار رآکتورهای نیروگاه هسته‌ای چرنوبیل نوشته لویی پویی زو ترجمه سید اسدالله علوی انتشارات آستان قدس رضوی
  24. TVA: Watts Bar Nuclear Plant
  25. Nuclear Energy's Role in Responding to the Energy Challenges of the 21st Century (Idaho National Laboratory ed.) Retrieved on 2008-06-21.
  26. Plans For New Reactors Worldwide, World Nuclear Association
  27. انرژی هسته‌ای: راه فردا یا بیراهه دیروز؟ بی‌بی‌سی فارسی، ۷ اسفند ۱۳۹۳
  28. کتاب انرژی اتمی نوشته اریک اوبلاکر انتشارات قدیانی
  29. Ending the Production of Highly Enriched Uranium for Naval Reactors (James Martin Center for Nonproliferation Studies ed.) Retrieved on September 25, ‎2008.
  30. Herring, J. : Uranium and thorium resource assessment, Encyclopedia of Energy بایگانی‌شده در ۱۶ مارس ۲۰۰۸ توسط Wayback Machine, Boston University, Boston, USA, 2004, ISBN 0-12-176480-X.(Fells, 2004)
  31. NEA, IAEA: Uranium 2005 – Resources, Production and Demand. سازمان همکاری اقتصادی و توسعه Publishing, 2 ژوئیه 2006, شابک ‎۹۷۸−۹۲−۶۴−۰۲۴۲۵−۰ .
  32. R. Price, J.R. Blaise: Nuclear fuel resources: Enough to last? بایگانی‌شده در ۲۹ مه ۲۰۰۸ توسط Wayback Machine. NEA News 2002 – No. 20.2, Issy-les-Moulineaux, Ranska.
  33. ""Uranium resources sufficient to meet projected nuclear energy requirements long into the future"", آزانس انرژی اتمی (NEA), June 3, 2008 Retrieved on 2008-06-16.
  34. NEA, IAEA: Uranium 2007 – Resources, Production and Demand بایگانی‌شده در ۳۰ ژانویه ۲۰۰۹ توسط Wayback Machine. سازمان همکاری اقتصادی و توسعه Publishing, June 10, 2008,978-92-64-04766-2.
  35. James Jopf (۲۰۰۴). «World Uranium Reserves». American Energy Independence. بایگانی‌شده از اصلی در ۶ مه ۲۰۱۲. دریافت‌شده در ۲۹ مه ۲۰۰۸. بایگانی‌شده در ۴ ژوئیه ۲۰۱۰ توسط Wayback Machine
  36. «Uranium in a global context». بایگانی‌شده از اصلی در ۱۵ اوت ۲۰۱۲. دریافت‌شده در ۳۱ اکتبر ۲۰۱۹.
  37. «Waste Management in the Nuclear Fuel Cycle». World Nuclear Association. ۲۰۰۶. بایگانی‌شده از اصلی در ۶ مه ۲۰۱۲. دریافت‌شده در ۲۹ مه ۲۰۰۸. از پارامتر ناشناخته |کار= صرف‌نظر شد (کمک)
  38. «Nuclear Energy Institute - Economic Growth». بایگانی‌شده از اصلی در ۱۱ مه ۲۰۰۸. دریافت‌شده در ۳۰ مه ۲۰۰۸.
  39. کتاب انرژی اتمی نوشته دکتر اریک اوبلاکر انتشارات قدیانی
  40. مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Safety of Nuclear Power Reactors». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی.
  41. Sally Palmer (اردیبهشت ۱۳۸۶)، ترجمهٔ محمدحسن پیران، «مراقب باشید اینجا محل دفن زباله‌های اتمی است.»، دانشمند (۵۲۳)، ص. ۴۴
  42. «نسخه آرشیو شده». بایگانی‌شده از اصلی در ۲۱ سپتامبر ۲۰۰۴. دریافت‌شده در ۲۹ مه ۲۰۰۸.
  43. «Coal Combustion - ORNL Review Vol. 26, No. ۳&۴, ۱۹۹۳». بایگانی‌شده از اصلی در ۵ فوریه ۲۰۰۷. دریافت‌شده در ۲۹ مه ۲۰۰۸.
  44. «Human Performance Technology and the Accident at Three Mile Island». بایگانی‌شده از اصلی در ۲۳ ژوئیه ۲۰۰۸. دریافت‌شده در ۲۳ اوت ۲۰۰۹.
  45. مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Three Mile Island accident». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۳ اسفند ۱۳۸۸.
  46. کتاب خطر تشعشعات هسته‌ای انتشارات آستان قدس رضوی فصل اول

پیوند به بیرون
در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ نیروگاه هسته‌ای موجود است.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.