!Hooman 10133 اشتراک گذاری ارسال شده در 28 اسفند، ۱۳۸۹ برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید. ورود یا ثبت نام استفاده از انرژي هسته‌اي براي توليد برق روشي پيچيده اما كارامد براي تامين انرژي مورد نياز بشر است. به طور كلي براي بهره‌برداري از انرژي هسته‌اي در نيروگاههاي هسته‌اي، از عنصر اورانيوم غني شده به عنوان سوخت در راكتورهاي هسته‌اي استفاده مي‌شود كه ماحصل عملكرد نيروگاه، انرژي الكتريسته است. عنصر اورانيوم كه از معادن استخراج مي‌شود به صورت طبيعي در راكتورهاي نيروگاهها قابل استفاده نيست و به همين منظور بايد آن را به روشهاي مختلف به شرايط ايده عال براي قرار گرفتن درون راكتور آماده كرد. اورانيوم يكي از عناصر شيميايي جدول تناوبي است كه نماد آن U و عدد اتمي آن ۹۲ است. اين عنصر داراي دماي ذوب هزار و۴۵۰درجه سانتيگراد بوده و به رنگ سفيد مايل به نقره‌اي، سنگين، فلزي و راديواكتيو است و به رغم تصور عام، فراواني آن در طبيعت حتي از عناصري از قبيل جيوه، طلا و نقره نيز بيشتر است. عنصر اورانيوم در طبيعت داراي ايزوتوپهاي مختلف از جمله دو ايزوتوپ مهم و پايدار اورانيوم۲۳۵و اورانيوم۲۳۸است. براي درك مفهوم ايزوتوپهاي مختلف از هر عنصر بايد بدانيم كه اتم تمامي عناصر از سه ذره اصلي پروتون، الكترون و نوترون ساخته مي‌شوند كه در تمامي ايزوتوپهاي مختلف يك عنصر، تعداد پروتونهاي هسته اتمها با هم برابر است و تفاوتي كه سبب بوجود آمدن ايزوتوپهاي مختلف از يك عنصر مي‌شود، اختلاف تعداد نوترونهاي موجود در هسته اتم است.به طور مثال تمامي ايزوتوپهاي عنصر اورانيوم در هسته خود داراي ۹۲پروتون هستند اما ايزوتوپ اورانيوم۲۳۸در هسته خود داراي۱۴۶نوترون ( (۹۲+۱۴۶=۲۳۸ و ايزوتوپ اورانيوم۲۳۵داراي۱۴۳نوترون( (۹۲+۱۴۳=۲۳۵ در هسته خود است. اورانيوم۲۳۵مهمترين ماده مورد نياز راكتورهاي هسته‌اي(براي شكافته شدن و توليد انرژي) است اما مشكل كار اينجاست كه اورانيوم استخراج شده از معدن تركيبي از ايزوتوپهاي۲۳۸و۲۳۵بوده كه در اين ميان سهم ايزوتوپ ۲۳۵ بسيار اندك(حدود۰/۷درصد) است و به همين علت بايد براي تهيه سوخت راكتورهاي هسته‌اي به روشهاي مختلف درصد اوانيوم۲۳۵را در مقايسه با اورانيوم۲۳۸بالا برده و بسته به نوع راكتور هسته‌اي به۲تا۵درصد رساند و به اصطلاح اورانيوم را غني‌سازي كرد. درون راكتورهاي هسته‌اي، هسته اورانيوم۲۳۵به صورت كنترل شده شكسته شده كه در اين فرايند مقداري جرم به انرژي تبديل مي‌شود. همين انرژي سبب ايجاد حرارت(اغلب از اين حرارت براي تبخير آب استفاده مي‌شود) و در نتيجه چرخيدن توربينها و در نهايت چرخيدن ژنراتورهاي نيروگاه و توليد برق مي‌شود. در نيروگاههاي غير هسته‌اي، از سوزاندن سوختهاي فسيلي از قبيل نفت و يا زغال سنگ براي گرم كردن آب و توليد بخار استفاده مي‌شود كه يك مقايسه ساده ميان نيروگاههاي هسته‌اي و غير هسته‌اي، صرفه اقتصادي قابل توجه نيروگاههاي هسته‌اي را اثبات مي‌كند. به طور مثال، براي توليد۷۰۰۰مگاوات برق حدود۱۹۰ميليون بشكه نفت خام مصرف مي‌شود كه استفاده از سوخت هسته‌اي براي توليد همين ميزان انرژي ساليانه ميلونها دلار صرفه جويي به دنبال دارد و به علاوه ميزان آلايندگي زيست محيطي آن نيز بسيار كمتر است. كافي است بدانيم كه مصرف اين۱۹۰ميليون بشكه نفت خام براي توليد۷۰۰۰مگاوات برق،۱۵۷هزار تن گاز گلخانه‌اي دي اكسيد كربن،۱۵۰تن ذرات معلق در هوا،۱۳۰تن گوگرد و۵تن اكسيد نيتروژن در محيط زيست پراكنده مي‌كند كه نيروگاههاي هسته‌اي اين آلودگي‌ها را ندارند. پس از آشنايي با مفاهيم كلي انرژي هسته‌اي و مزاياي آن، ابتدا با مراحل مختلف چرخه سوخت هسته‌اي آشنا مي‌شويم و سپس نحوه استفاده از سوخت هسته‌اي درون راكتور را مرور مي‌كنيم. چرخه سوخت هسته‌اي عبارت است از: -۱فراوري سنگ معدن اورانيوم -۲تبديل و غني‌سازي اورانيوم -۳ توليد سوخت هسته‌اي -۴بازفرآوري سوخت مصرف شده. در حال حاضر چند كشور صنعتي جهان هر كدام در يك، چند و يا همه چهار مرحله ياد شده از چرخه سوخت هسته‌اي فعاليت مي‌كنند. هم اكنون به لحاظ صنعتي، كشورهاي فرانسه، ژاپن، روسيه، آمريكا و انگليس داراي تمامي مراحل چرخه سوخت هسته‌اي در مقياس صنعتي هستند و در مقياس غيرصنعتي، كشورهاي ديگري مثل هند نيز به ليست فوق اضافه مي‌شوند. كشورهاي كانادا و فرانسه در مجموع داراي بزرگترين كارخانه‌هاي تبديل اورانيوم(مرحله پيش از غني‌سازي ) هستند كه محصولات آنها شامل UO3,UO2,UF6غني نشده مي‌باشد و پس از آنها به ترتيب كشورهاي آمريكا، روسيه و انگلستان قرار دارند. در زمينه غني‌سازي نيز، دو كشور آمريكا و روسيه داراي بزرگترين شبكه غني‌سازي جهان هستند. آمريكا هم اكنون بزرگترين توليدكننده سوخت هسته‌اي(مرحله بعد از غني سازي) در جهان است و پس از آمريكا، كانادا توليدكننده اصلي سوخت هسته‌اي در جهان محسوب مي‌شود. پس از آمريكا و كانادا، كشورهاي انگليس، روسيه، ژاپن، فرانسه، آلمان، هند، كره جنوبي و سوئد از توليدكنندگان اصلي سوخت هسته‌اي جهان هستند. آمريكا بيشترين سهم بازفراوري سوخت مصرف شده هسته‌اي در جهان را داراست و پس از آن فرانسه، انگليس، روسيه، هند و ژاپن قرار دارند. درحال حاضر بين كشورهاي جهان سوم، هندوستان پيشرفته‌ترين كشور در زمينه دانش فني چرخه سوخت هسته‌اي است. چرخه سوخت هسته‌اي: ……………. -۱استخراج اوانيوم از معدن و تهيه كيك زرد(مرحله فراوري سنگ معدن اورانيوم) عنصر اورانيوم در طبيعت به صورت تركيبات شيميايي مختلف از جمله اكسيد اورانيوم، سيليكات اورانيوم و يا فسفات اورانيوم و به صورت مخلوط با تركيباتي از عناصر ديگر يافت مي‌شود.در ميان كشورهاي مختلف جهان، استراليا داراي بزرگترين معادن اورانيوم است و كشورهاي قزاقستان، كانادا، آفريقاي جنوبي، ناميبيا، برزيل و روسيه نيز از معادن بزرگي برخوردارند. مواد معدني حاوي اورانيوم با استفاده از روشهاي معدن‌كاوي زيرزميني و يا روزميني استخراج شده و سپس طي فرايندهاي مكانيكي و شيميايي موسوم به “آسياب كردن” و “كوبيدن” از ديگر عناصر جدا مي‌شوند. اورانيوم پس از استخراج تفكيك، كوبيده، خرد و به شكل پودر درآمده و سپس براي توليد ماده موسوم به “كيك زرد” ( (YellowCake مورد استفاده قرار مي گيرد. كيك زرد در واقع محصول فراوري سنگ معدن ارونيوم است و به تركيباتي از اورانيوم گفته مي‌شود كه ناخالصي‌هاي معدني آن به ميزان زيادي گرفته شده و حاوي۷۰تا۹۰درصد اكسيد اورانيوم از نوع U3O8 است. -۲فراوري كيك زرد و توليد هگزافلوريد اورانيوم و آغاز غني‌سازي (مرحله تبديل و غني‌سازي ) كيك زرد در اين مرحله هنوز داراي ناخالصي‌هايي است كه توسط روشهاي مختلف اين ناخالصي‌ها كاسته شده و پس از طي فرايندهاي شيميايي نسبتا پيچيده، از شكل معدني U3O8 به UO3( تري اكسيد اروانيوم) و سپس UO2( دي اكسيد اورانيوم) در مي‌آيد كه اين تركيب آخر نيز به دو روش موسوم به روش تر و روش خشك براي توليد ماده مورد نياز در فرايند غني‌سازي، يعني هگزافلوريد اورانيوم( (UF6 به كار گرفته مي‌شود.در صنعت به اين دليل عنصر اورانيوم را به صورت تركيب هگزافلوريد اورانيوم( (UF6 در مي‌آورند كه ماده مذكور بهترين تركيب اورانيوم براي استفاده در روشهاي مهم غني‌سازي اورانيوم محسوب مي‌شود. در روشهاي مرسوم غني‌سازي اورانيوم، بايد از حالت گازي تركيبات اين عنصر استفاده كرد و هگزافلوريد اورانيوم در دماي ۵۶ درجه سانتيگراد به راحتي تصعيد شده و از حالت جامد به حالت گاز در مي‌آيد كه اين گاز براي دستيابي به درصد بالاتر ايزوتوپ۲۳۵اورانيوم، قابل غني‌سازي است. پس از مراحل استخراج اورانيوم، توليد كيك زرد و در نهايت هگزافلوريد اورانيوم، نوبت به غني‌سازي اين عنصر مي‌رسد. روشهاي مختلف غني‌سازي …………………. به طور كلي اورانيوم را به چندين روش مختلف مي‌توان غني‌سازي كرد كه اين روشها عبارتند از: “سانتريفوژ گازي”، “پخش گازي”( ،(Gaseous Diffusion “جداسازي اكلترومغناطيسي”، “تبادل شيميايي”( ،(Chemical Exchange “فتويونيزاسيون و فتوديساسيون ليزري”، “نازل جداسازي”( (Separation Nazzleو “جداسازي ايزوتوپ رزونانس سيكلوتروني”. از بين تمامي اين روشها هم‌اكنون تنها دو روش “سانتريفوژگازي” و “پخش گازي” است كه در مقياس تجاري اهميت داشته و كاربردهاي عملي وسيع پيدا كرده‌اند . در غني‌سازي اورانيوم به روش مرسوم‌تر “سانتريفوژ گازي”، در عمل هگزافلوريد اورانيوم ( (UF6 را وارد دستگاه سانتريفوژ با سرعت دوران بسيار بالا مي‌كنند. در سرعت دوراني بسيار زياد، آن دسته از مولكولهاي هگزافلوريد اورانيوم كه اورانيوم موجود در آنها از نوع ايزوتوپ۲۳۵است از آنجا كه در مقايسه با مولكولهاي هگزافلوريد اورانيوم با ايزوتوپ اورانيوم۲۳۸جرم كمتري دارند، در نزديك محور سانتريفوژ تراكم بيشتري نسبت به ناحيه خارجي دستگاه پيدا كرده و در مقابل مولكولهاي سنگين‌تر هگزا فلوريد اورانيوم ۲۳۸ در ناحيه خارجي تراكم بيشتري نسبت به ناحيه نزديك محور پيدا مي‌كنند . بدين ترتيب گاز هگزافلوريد اورانيومي كه از نزديك محور دستگاه سانتريفوژ گرفته مي‌شود از نظر درصد اورانيوم۲۳۵از غني شدگي بيشتري نسبت به نواحي ديگر سانتريفوژ برخوردار است. در اين روش براي رسيدن به درصد مورد نياز اورانيوم۲۳۵بايد مرحله به مرحله از تعداد بسيار زياد سانتريفوژ به صورت زنجيره‌اي استفاده كرد. روش “سانتريفوژ گازي” براي غني‌سازي اورانيوم به دو علت در مقايسه با روش “پخش گازي” از مزاياي بيشتري برخوردار است. اول آنكه اين روش كارايي بيشتري داشته و دوم آنكه انرژي لازم در اين روش غني‌سازي حدود يك دهم مقدار انرژي لازم در غني‌سازي با “پخش گازي” براي حصول همان ميزان محصول مي‌باشد. اين عوامل باعث شده كه غني‌سازي اورانيوم به روش سانتريفوژ هزينه كمتري را شامل شده و اقتصادي‌تر باشد.البته بايد به خاطر داشت كه هزينه تعميرات و نگهداري تجهيزات مورد استفاده در غني‌سازي به روش سانتريفوژ اندك نيست. -۳توليد سوخت هسته‌اي(تبديل UF6 غني شده به UO2 غني شده): برخي انواع راكتورهاي مي‌توانند به طور مستقيم از هگزافلوريد اورانيوم غني شده به عنوان سوخت هسته‌اي استفاده كنند اما براي تهيه سوخت هسته‌اي بسياري انواع ديگر راكتورها لازم است كه هگزافلوريد اورانيوم غني شده را به شكل به اصطلاح “ميله‌هاي سوختي” از دي اكسيد اورانيوم غني شده( (UO2 و يا در موارد معدود، به اورانيوم غني شده فلزي( (U تبديل كرد. تبديل UF6 غني شده به UO2 غني شده نيز خود به دو روش شيميايي موسوم به خشك و تر انجام مي‌گيرد كه پرداختن بدانها از حوصله اين بحث خارج است. در پايان اين مرحله سوخت هسته‌اي آماده قرارگرفتن در راكتور و آغاز توليد انرژي است. حال كه سوخت هسته‌اي با درصد مورد نياز اورانيوم ۲۳۵( حدود۲تا ۵درصد) به منظور استفاده در راكتور هسته‌اي آماده شد، عملكرد يك راكتور هسته‌اي را نيز به صورت خلاصه بررسي مي‌كنيم. عملكرد راكتور هسته اي ………………… همانطور كه گفتيم، سوخت هسته‌اي شامل اورانيوم۲۳۸و اورانيوم ۲۳۵است كه درصد اورانيوم۲۳۵با روشهاي غني‌سازي از حدود۰/۷درصد در وضعيت طبيعي به حدود۲تا۵درصد در وضعيت غني شده افزايش يافته‌است. به زبان ساده، درون يك راكتور هسته‌اي اورانيوم۲۳۵به صورت كنترل شده توسط نوترونها بمباران مي‌شود. برخورد نوترونها به هسته اتم اورانيوم۲۳۵سبب شكست اين هسته شده كه نتيجه شكست مذكور توليد انرژي و توليد نوترونهاي بيشتر است. كنترل اين نوترونهاي پر انرژي حاصل شده ضروري است زيرا مي‌توانند درون راكتور طي يك فرايند زنجيره‌اي سبب شكست هسته‌هاي بيشتر اورانيوم ۲۳۵و بروز حادثه شوند. براي كاهش انرژي نوترونهاي آزاد شده و جذب آنها از مواد نرم‌كننده (از قبيل آب سبك، آب سنگين، گرافيت) و ميله‌هاي مهار كننده(از قبيل كاديوم و يا بور) درون راكتور استفاده مي‌شود. البته تعدادي از اين نوترونها نيز پس از شكست هسته اورانيوم، ۲۳۵با هسته اورانيوم۲۳۸برخورد كرده و سبب پيدايش ايزوتوپ جديد و ناپايداري از اورانيوم به نام اورانيوم۲۳۹مي‌شوند كه خود اين ماده نيز در نهايت به يك عنصر راديواكتيو ديگر به نام پلوتونيوم۲۳۹بدل مي‌شود. پلوتونيوم ۲۳۹همانند اورانيوم ۲۳۵ خود مي‌تواند به عنوان سوخت هسته‌اي مجددا مورد استفاده قرار بگيرد. انرژي آزاد شده به صورت گرما در پي شكست هسته اورانيوم۲۳۵درون راكتور، توسط مواد خنك‌كننده و به منظور به حركت در آوردن توربينهاي توليد برق، به خارج از راكتور منتقل مي‌شود. اين مواد خنك‌كننده يا انتقال‌دهنده انرژي حرارتي(از قبيل گاز دي اكسيي كربن، آب، آب‌سنگين، گاز هليم و يا سديم مذاب)، پس از انتقال انرژي به بيرون از راكتور و خنك شدن مجددا به داخل راكتور برمي گردند و اين فرايند به صورت مداوم براي توليد برق ادامه مي‌يابد. سوخت مصرف شده در راكتور در پايان كار حاوي حدود۹۵درصد اورانيوم،۲۳۸حدود يك درصد اورانيوم ۲۳۵ شكافته نشده، حدود يك درصد پلوتونيوم و حدود سه درصد مواد پرتوزاي حاصل از شكافته شدن اورانيوم۲۳۵و همچنين عناصر فوق سنگين بوجود آمده درون راكتور است. اين سوخت مصرف شده معمولا در تجهيزات دوباره‌سازي به سه جزء اصلي اورانيوم، پلوتونيوم و پس ماندهاي پرتوزا تقسيم مي‌شود. به لحاظ تاريخي اولين راكتور هسته‌اي در آمريكا و به منظور استفاده در زير دريائيها ساخته‌شد. ساخت اين راكتور پايه اصلي و استخوان بندي تكنولوژي فعلي نيروگاههاي هسته‌اي از نوع PWR را تشكيل مي‌دهد. پس از آن شركت جنرال الكتريك موفق به ساخت راكتورهايي از نوع BWR گرديد اما اولين راكتوري كه منحصرا جهت توليد برق مورد استفاده قرار گرفت توسط شوروي سابق و در ژوئن۱۹۵۴در “آبنينسك” نزديك مسكو احداث گرديد كه بيشتر جنبه نمايشي داشت. توليد الكتريسيته از راكتورهاي هسته‌اي در مقياس صنعتي در سال ۱۹۵۶در انگلستان آغاز شد. تا سال ۱۹۶۵ روند ساخت نيروگاههاي هسته‌اي از رشد محدودي برخوردار بود اما طي دو دهه۱۹۶۶تا ۱۹۸۵ جهش زيادي در ساخت نيروگاههاي هسته‌اي بوجود آمد. اين جهش طي سالهاي۱۹۷۲تا۱۹۷۶كه بطور متوسط هر سال۳۰نيروگاه شروع به ساخت مي‌كردند، بسيار زياد و قابل توجه است. پس از دوره جهش فوق يعني از سال۱۹۸۶تاكنون روند ساخت نيروگاهها كاهش يافته بطوريكه هم اكنون بطور متوسط ساليانه كار ساخت۴راكتور هسته اي آغاز مي‌شود. در سالهاي گذشته گسترش استفاده از انرژي هسته‌اي براي توليد برق در كشورهاي مختلف روندهاي گوناگوني داشته‌است. به عنوان مثال كشور انگليس تا سال۱۹۶۵پيشرو در ساخت نيروگاههاي هسته‌اي بود، اما پس از آن تاريخ ساخت نيروگاه هسته‌اي در اين كشور كاهش يافت. برعكس كشور آمريكا كه تا اواخر دهه۱۹۶۰تنها۱۷نيروگاه هسته‌اي داشت در طول دهه‌هاي ۱۹۷۰ و۱۹۸۰بيش از ۹۰ نيروگاه هسته‌اي ديگر ساخت. هم اكنون كشور فرانسه۷۵درصد از برق مورد نياز خود را توسط نيروگاههاي هسته‌اي توليد مي‌كند كه از اين بابت در صدر كشورهاي جهان قرار دارد. گرچه ساخت نيروگاههاي هسته‌اي و توليد برق هسته‌اي در جهان از رشد انفجاري اواخر دهه۱۹۶۰تا اواسط۱۹۸۰برخوردار نيست اما كشورهاي مختلف همچنان درصدد تامين انرژي مورد نياز خود از طريق انرژي هسته‌اي هستند. طبق پيش بيني‌هاي به عمل آمده روند استفاده از برق هسته‌اي تا دهه‌هاي آينده همچنان روند صعودي خواهد داشت و در اين زمينه، منطقه آسيا و اروپاي شرقي به ترتيب مناطق اصلي جهان در ساخت نيروگاه هسته‌اي جديد خواهند بود. خبرگزاري جمهوري اسلامي 3 لینک به دیدگاه
Alireza Hashemi 33392 اشتراک گذاری ارسال شده در 28 اسفند، ۱۳۸۹ Nuclear Engineering Scientific Core چگونگی استخراج ، ساخت ، یا معدن کاری اورانیوم برای استخراج اورانیم هر دو تکنیک روباز و زیرزمینی مورد استفاده قرار می گیرند، روش دیگری هم که بر حسب ویژگی های مواد معدنی و میزان عیار آن مورد استفاده قرار می گیرد، بازیابی در جا می باشد. بلاخره روش دیگری که ممکن است مورد استفاده قرار گیرد روش بازیابی تپه ای است که این روش در دسته روش های استحصال اورانیم قرار می گیرد. در مواردی ممکن است ترکیبی از یک، دو یا تعدادی بیشتری از تکنیک های معدنکاری و بازیابی بطور پیوسته و یا توأماً بکار گرفته شود. معمولاً اتخاذ این تصمیم ها به پارامترهای بسیار متعددی چه به لحاظ ویژگی های کیفی و کمی مواد معدنی و چه به سبب شرایط محلی و سیاست های کشوری و اقتصادی بستگی دارد. اتخاذ تصمیم برای اینکه چه روشی برای استخراج یک ماده معدنی مخصوصی باید مورد استفاده قرار گیرد عمدتاً بستگی به ملاحظات ایمنی، اقتصادی و ژئومرفولوژی منطقه دارد. در صورت انجام معدن کاری زیرزمینی، احتیاط های خاصی از جمله افزایش هوا دهی جهت جلوگیری از پرتوگیری معدنکاران اجتناب ناپذیر است. روش استخراج روباز این روش وقتی مورد استفاده قرار می گیرد که توده های ماده معدنی نزدیک به سطح زمین قرار گرفته باشند. در این روش محل بزرگی از سطح زمین که این سطح خیلی بزرگ تر از اندازه های ابعاد سطح توده ماده معدنی است باید باز شود. این به دلیل آن است که دیوارهای حفره باز شده باید به نحوی شیب داشته باشند. که نگاه دارنده دیوارهای بالایی و بدون خطر ریزش باشند. بنابراین در این روش مقدار مواد برداشته شده جهت دسترسی به ماده معدنی مورد نظر نسبتاً زیاد است. به همین دلیل این روش از نظر اقتصادی بستگی دارد به نسبت مواد معدنی به مواد باطله یا زاید، پر واضح است که عیار بیشتر این نسبت را افزایش می دهد. بزرگ ترین معدن اورانیم روباز در دنیا معدن راسنیگ در نامیبیا است که ایران هم در مالکیت آن سهیم است. روش استخراج زیرزمینی این نوع معدنکاری دهانه های کوچکی در سطح زمین دارد، ولی معمولاً میزان موادی که باید بیرون آورده شود تا به ماده معدنی اصلی دسترسی پیدا شود بطور قابل ملاحظه کمتر است از آنچه که در مورد معدنکاری یا استخراج روباز ذکر شد. در واقع یکی از دلایل دیگر استخراج زیرزمینی این است که ماده معدنی خیلی عمیق تر از آن است که بشود به روش روباز آنرا استخراج نمود. برای اینکه این نوع معدنکاری ادامه دار و از نظر اقتصادی با صرفه باشد این نوع معادن باید دارای توده های نسبتاً پر عیار باشند. استخراج یا بازیابی درجا در این روش بدون اینکه عملیات معدن کاری مفصلی صورت پذیرد اورانیم مستقیماً توسط یک محلول شیمیایی استخراج می شود. این روش فقط در مورد ماسه سنگ هایی که میزبانی اورانیم را دارند و پایین تر از سفره های آب زیرزمینی و محصور شده در عمقی که گردش آب در آن وجود داشته است، قابلیت کاربرد دارد. معمولاً اورانیم موجود در ماده معدنی در یک محلول نسبتاً قلیایی که از طریق چاه های حفاری شده تزریق می شود حل شده و قابل بازیابی از چاه دیگر را باید داشته باشد. در این روش مواد معانی دست نخورده و در جا باقی می مانند. اورانیم حل شده در محلول فوق با روش هایی مشابه با آنچه که در کارخانه های تولید اورانیم عمل می شود، تا حصول به کیک زرد ادامه فرآیند خواهد داد. بنابراین استفاده از این روش اولاً به وجود شرایط ژئولوژیکی مناسب بستگی داشته ثانیاً محصول تزریق شده باید بتواند از نزدیکی توده های معدنی عبور نماید و ثالثاً تمام محلول تزریق شده و آب های طبیعی در حوضچه ای که چاه استخراج در آنجا وجود دارد باید قابلیت برگشت داشته باشند و بالاخره اینکه شرایط فوق به گونه ای باشد که از آلودگی آب های زیرزمینی جداً خودداری شود. بسنر طبیعی استخراج درجا روش بازیابی درجا، باید به عنوان یک روش مناسب محیط زیست و غیر قهرآمیز عمل کند. لذا انتظار می رود کمترین صدمات را در طی فرآیند استخراج اورانیم از ماسه سنگ های متخخل حاوی اورانیم به محیط پیرامون خود داشته باشد. در واقع معدنکاری درجا باید به آسانی اورانیم رسوب داده شده و قابل دسترسی در این ماسه سنگ ها را شستشو داده و خارج سازد. مسلماً این ساختار زمینی باید یک سیستم نفوذ پذیری (لوله کشی) طبیعی را در خود فراهم داشته باشد. بدین معنی که اورانیم اکسید شده طی دوران گذشته توسط آب زیرزمینی روی ماسه سنگ ها در تشکیلات زمینی منطقه به راحتی بتواند توسط محلول تزریق شده مجدداً حل شده و برگشت یابد. این مستلزم این است که طراحی چاه های تزریقی و برگشتی براساس شناخت این سیستم های نفوذپذیر و متناسب با شرایط هایدرولوژی طبیعی منطقه باشد. تکنیک های تفضیلی چنین طراحی با استفاده از داده های زمین شناسی و استانداردها و امکانات چاه پیمایی توسط برخی از شرکت های مربوطه برای این منظور اکنون توسعه یافته است. این نقشه ها و طراحی های تفضیلی باید آب های اصلی و زمینی منطقه را بررسی و تحت نظر داشته باشد به نحوی که از همین مسیرها بتواند عملیات بازیابی درجا را بطور موثر انجام دهد. هر گاه که ژئومتری توده های معدنی شناخته شود محل ها و نقاط چاه های تزریق و بازیابی که می توانند با اورانیم در تماس باشند تعیین و طراحی خواهد شد. هم اکنون در نقاطی از دنیا با استفاده از هزاران چاه، در صدها هکتار، این روش بازیابی اورانیم در جا تحت بهره برداری است. پس از حفر و نصب چاه ها در منطقه مورد نظر، محلول شستشوی آب خالص زیرزمینی حاوی اکسیژن و دی اکسیدکربن از طریق چاه ها به طبقات مختلف حاوی اورانیم تزریق می شود. زمانی که این محلول با تشکیلات مینرال تماس برقرار نمود، این محلول اورانیم در مینرال را اکسید نموده و اجازه می دهد که اورانیم در آب زیرزمینی حل شود. چاه های بازیابی که بین چاه های تزریق قرار دارند محلول جدیدی حاوی اورانیم را به سطح زمین هدایت می کنند. این محلول شستشوی حاوی اورانیم به محل فرآوری و تبادل یونی مورد فرآیند استخراج اورانیم هدایت می شود. پس از این عملیات، محلول شستشوی عاری از اورانیم مجدداً با اکسیژن و دی اکسید کربن احیاء شده و به درون چاه ها برگشت داده شده و چرخش خود را ادامه می دهد. رزین باردار شده توسط اورانیم، شستشو داده شده و پس از استخراج کامل اورانیم، این رزین برای استفاده مجدد به محل قبلی عودت داده می شود. اورانیم ممکن است در تشکیلات زمین شناسی و معدنی همراه با طلا، فسفات ها، مس و یا نفت هم یافت شود. ممــــــبع: نوشته شده در جمعه نوزدهم آذر 1389ساعت 0:7 توسط هسته علمی مهندسی هسته ای 3 لینک به دیدگاه
Alireza Hashemi 33392 اشتراک گذاری ارسال شده در 28 اسفند، ۱۳۸۹ چرخه سوخت هستهای در ایران سوخت نیروگاه‌های هستهای و ماده اصلی در فعالیت‌های هستهای، اورانیوم است. اورانیوم عنصری طبیعی است که آن را از سنگ معدنی به نام اوراسیل استخراج می‌کنند. اورانیومی را که از معدن درمی‌آورند، نمی‌توان مستقیما خالص کرد و به نیروگاه فرستاد. برای این که قسمت اعظم اورانیوم، یعنی چیزی حدود 7/99درصد آن ایزوتوپ 238 است که قابل شکافت نیست؛یعنی عنصری پایدار است. اما اورانیوم یک ایزوتوپ کمی سبک‌تر دارد که اورانیوم 235 است. این ایزوتوپ فقط 3تا نوترون کمتر از اورانیوم طبیعی دارد. اما اثر همین3تا نوتورن است که باعث می‌شود این ایزوتوپ شکافت‌پذیر باشد. ولی مشکل آن‌جاست که این ایزوتوپ، کمتر از یک درصد حجمی اورانیوم استخراج شده‌است. برای همین، در فرایند غنی‌سازی سوخت هستهای در چرخه‌ای صنعتی برای استفاده آماده می‌شود و غلظت اورانیوم 235 را در آن بالا می‌برند. به این عملیات، چرخه سوخت هستهای می گویند. چون اورانیوم 235 و 238 خواص شیمیایی یکسانی دارند، (تعداد پروتون‌های آنها ثابت است) نمی‌توان اورانیوم را به روش‌های شیمیایی غنی کرد، بلکه باید به‌روش‌های فیزیکی مثل سانتریفیوژ کردن (چرخاندن با سرعت زیاد)، این 2 ایزوتوپ را که تنها ازنظر وزن با هم تفاوت دارند، در چرخه سوخت هستهای از هم جداکرد. چرخه سوخت 2 قسمت دارد: قسمت جلویی که عملیات آماده‌سازی اورانیوم در آن صورت می‌گیرد و قسمت عقبی که در آن، ضایعات هستهای را برای جلوگیری از آسیب‌رسانی به طبیعت و محیط‌زیست، در محل امنی قرار می‌دهند. تمام این مراحل در کشور ما قابل انجام است. مراحل چرخه تولید سوخت در ایران مرحله اول: اکتشاف و استخراج اکتشاف با تکنیک ها و روش‌های زمین شناسی، نقاط مستعد برای معدن اورانیوم را شناسایی می‌کنند و نمونه خاک آنجا را به آزمایشگاه می‌فرستند. در آن جا، محلولی از سنگ معدن تهیه می‌کنند و اورانیوم ته‌نشین شده را بررسی می‌کنند تا بفهمند چه‌مقدار اورانیوم را می‌توان از آن معدن استخراج کرد و این عملیات چقدر هزینه می‌برد و آیا به‌صرفه هست یا نه؟ بهترین معادن اورانیوم ایران در ساغند در نزدیکی یزد است. استخراج هنگامی که معدن شناسایی شد، به 3 روش می توان اورانیوم را استخراج کرد؛ استخراج از سطح زمین، استخراج از معادن زیرزمینی و تصفیه در معدن. سنگ معدن اورانیوم معمولا از اکسید اورانیوم (U3O8) تشکیل شده است و غلظت آن در سنگ معدن بین 05/0 تا 3/0 درصد تغییر می‌کند. مرحله دوم: آسیاب کردن پس از استخراج سنگ معدن، تکه سنگ‌ها به آسیاب فرستاده می‌شود تا خوب خردشده و خرده‌سنگ‌هایی با ابعاد یکسان تولید شود. این بخش از عملیات در کشور ما در تأسیساتی در اردکان یزد انجام می‌شود. مرحله سوم: تولید کیک زرد اورانیوم را با اسید سولفوریک از دیگر مواد سنگ معدن جدا می‌کنند. محلول غنی‌شده از اورانیوم تصفیه و خشک می‌شود. محصول به دست آمده، کنسانتره جامد اورانیوم است که برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید. ورود یا ثبت نام نامیده می‌شود. این عملیات در نطنز انجام می‌شود. مرحله چهارم: تبدیل به گاز (UCF) کیک زرد جامد است، ولی برای غنی‌سازی در سانتریفیوژ، باید اورانیوم به صورت گاز در بیاید. بنابراین کنسانتره اکسید اورانیوم جامد، در فرآیندی شیمیایی معروف به UCF به هگزافلوراید اورانیوم (UF6) تبدیل می‌شود. UF6 در دمای اتاق جامد است. ولی در دمایی نه چندان بالا، به گاز تبدیل می‌شود. تا این‌جا، عملیاتی که روی اورانیوم انجام‌شده شیمیایی است و هنوز غلظت ایزوتوپ 235 در آن تغییری نکرده‌است. این عملیات در ایران در تأسیسات اصفهان انجام می‌شود. مرحله پنجم: تولید میله سوخت تولید میله سوخت، آخرین مرحله انتهای جلویی در چرخه سوخت‌هسته‌ای است. اورانیوم غنی‌شده که هنوز به شکل UF6 است، باید به پودر دی‌اکسید اورانیوم (UO2) تبدیل شود تا به عنوان سوخت هستهای قابل استفاده باشد. پودر UO2 سپس فشرده می‌شود و به‌شکل قرص درمی‌آید. قرص‌ها را حرارت می‌دهند تا به سرامیکی سخت تبدیل شوند. متناسب با طراحی رآکتور و نوع سوخت مورد نیاز، این قرص‌های کوچک را دسته‌دسته کرده و در لوله‌ای قرار می‌دهند. این لوله از آلیاژی خاص ساخته‌شده است که در برابر خوردگی بسیار مقاوم است و رسانایی حرارتی بسیار بالایی دارد. میله سوخت آماده شده‌است و برای استفاده در رآکتور به نیروگاه فرستاده می‌شود. این عملیات در ایران در تأسیسات اصفهان انجام می‌شود. مرحله ششم: تولید سوخت هستهای (سانتریفیوژ) سطح غنی‌سازی بسته به کاربرد سوخت هستهای متفاوت است؛ برای یک رآکتور آب سبک، سوختی با 5 درصد اورانیوم 235 مورد نیاز است، درحالی که در یک رآکتور آب سنگین، 9/0 درصد اورانیوم 235 کافی است و برای یک بمب اورانیومی، سوخت هستهای باید حداقل 90 درصد غنی شده‌باشد. برای تحقیقات هستهای و پزشکی، میزان غنی‌سازی بستگی به کاربرد آن دارد. در غنی سازی با استفاده از یک یا چند روش، ایزوتوپ‌های سنگین و سبک را از هم جدا می‌کنند. درحال حاضر، 2 روش رایج صنعتی برای غنی‌سازی اورانیوم وجود دارد که عبارتند از: انتشار گاز و سانتریفیوژ گاز. در روش انتشار گازی (دیفیوژن)، گاز طبیعی UF6 با فشار بالا از یک‌سری غشاهای نیمه‌تَراوا عبور می‌کند. اتم‌های سبک‌تر با سرعت بیشتری عبور می‌کنند. در نتیجه UF6 235 سریع تر از UF6 238عبور می‌کند. با تکرار این فرآیند در مراحل مختلف، گازی نهایی به‌دست می آید که غلظت اورانیوم 235 در آن بالاست. مهم‌ترین عیب این روش این است که جدا سازی ایزوتوپ‌ها نرخ نسبتا پایینی دارد و برای رسیدن به سطح غنی‌سازی مطلوب، باید این فرآیند را خیلی تکرار کرد، درنتیجه انرژی زیادی را مصرف می‌کند. در روش سانتریفیوژ گاز، گاز UF6 را در مخزن‌هایی استوانه‌ای می‌ریزند و گاز را با سرعت بسیار زیادی می‌چرخانند. نیروی گریز از مرکز موجب می شود UF6 235 که اندکی از UF6 238 سبک‌تر است، از مولکول سنگین‌تر جدا شود و اورانیوم با سطح غنی‌شده مطلوب به‌دست بیاید. این عملیات در ایران در تاسیسات نطنز (تصویر پایین)صورت می‌گیرد. مرحله هفتم: عملیات سوخت در اثر شکافت هسته اورانیوم و تبدیل آن به هسته‌های سبک‌تر و اشعه آلفا، بتا و نوترون و همین‌طور مقداری انرژی جنبشی هم آزاد می شود. اگر جرم محصولات شکافت را از جرم ماده اولیه کم کنیم، مقدار ناچیزی باقی می‌ماند. این مقدار ناچیز طبق معادله معروف برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید. ورود یا ثبت نام E=mc2 تبدیل به انرژی جنبشی می‌شود. گرمای تولیدشده توسط شکافت، در قلب رآکتور توسط میله‌هایی کنترل می‌شود. نوترونها تحریک‌کننده شکافت هستند و این میله‌ها آهنگ برخورد نوترون به هسته اورانیوم را کنترل می‌کنند.رآکتورها از لحاظ سرعت عمل‌شان به 2دسته تقسیم می‌شوند: ۱ - رآکتورهای آب سبک: سرعت کمی دارند و فرآیند شکافت و تولید گرما در آنها به‌آرامی انجام می‌شود. اکثر این رآکتورها استفاده صلح آمیز دارند. رآکتور بوشهر از این نوع است. ۲ - رآکتورهای برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید. ورود یا ثبت نام : هدف اصلی این رآکتورها، علاوه بر انرژی، تولید سوخت لازم برای استفاده‌های تحقیقاتی،کشاورزی و پزشکی است. پلوتونیوم و اورانیوم 235 از محصولات این رآکتورها هستند. رآکتور اراک از این نوع است. مرحله هشتم: مراکز تحقیقاتی مواد هستهای علاوه بر تولید انرژی، کاربردهای دیگری هم دارند؛ پزشکی هستهای و پرتو درمانی، کاربردهای کشاورزی و همین‌طور تحقیقاتی. رآکتور تحقیقاتی دانشگاه تهران (تصویر زیر)، مرکز تحقیقات هستهای بناب، مرکز تحقیقات کشاورزی و پزشکی هستهای در هشتگرد کرج از مهم‌ترین این مراکز هستند. مرحله نهم: دفن زباله‌های هستهای در نیروگاه هستهای هم مثل دیگر فعالیت‌های بشری، ضایعاتی تولید می‌شود که به دلیل حساسیت مواد رادیواکتیو، دفع آنها باید طبق قوانین و محدودیت‌های خاصی باشد. در هر 8مگاوات ساعت انرژی الکتریکی تولیدشده در نیروگاه‌هسته‌ای، تنها 30 گرم زباله رادیواکتیو به‌وجود می‌آید. اما برای تولید همین مقدار برق با استفاده از زغال سنگ پرکیفیت، 8هزار کیلوگرم دی‌اکسید کربن تولید می‌شود که در دما و فشار جو، 3 استخر المپیک را پر می‌کند! حجم زباله‌های رادیواکتیو بسیار کمتر است، ولی خطر آنها به‌مراتب بیشتر است و مراقبت از آنها ضروری‌تر و دشوارتر. سه گروه زباله رادیواکتیو داریم: 1. سطح پایین: لباس‌های حفاظتی، لوازم، تجهیزات و *****هایی که مواد رادیواکتیو با عمر کوتاه دارند. این‌ها نیازی به پوشش حفاظتی ندارند و معمولا فشرده‌شده و آتش‌زده می‌شوند، سپس در چاله‌های کم‌عمق دفن می‌شوند. 2. سطح متوسط: پس‌مانده‌های شیمیایی، پوشش میله سوخت و مواد نیروگاه‌های برق هستهای. این‌ها عمر کوتاهی دارند، ولی نیاز به پوشش محافظ دارند. 3. سطح بالا: همان سوخت مصرف‌شده رآکتورهاست و نیاز به پوشش حفاظتی و سردسازی دارد. سوخت مصرف‌شده که از رآکتور خارج می شود، بسیار داغ و رادیواکتیو است و تشعشع و یون‌های فراوانی دارد. هم باید آن را سرد کرد و هم از تابیدن پرتوهای آن جلوگیری کرد. در کنار هر رآکتور، استخرهایی برای انبارکردن سوخت مصرف‌شده وجود دارد. این استخرها، مخزن‌هایی بتنی، مسلح به لایه‌های فولاد زنگ‌نزن هستند که 8متر عمق دارند و پر از آب هستند. آب، هم میله‌های سوخت مصرف‌نشده را خنک می‌کند، هم به عنوان پوشش حفاظتی در برابر تابش رادیواکتیو عمل می‌کند. به مرور زمان، شدت گرما و تابش رادیواکتیو کم می‌شود. 3 درصد سوخت مصرف‌شده در یک رآکتور آب سبک را ضایعات بسیار خطرناک رادیواکتیو تشکیل می‌دهد، ولی بقیه آن حاوی مقادیر قابل توجهی اورانیوم 235، اورانیوم 238 و پلوتونیوم 239 و دیگر مواد رادیواکتیو است. این مواد را می‌توان با روش‌های شیمیایی از یکدیگر جدا کرد و اگر شرایط اقتصادی و قوانین حقوقی اجازه دهد، می‌توان سوخت مصرف‌شده را برای تهیه سوخت هستهای جدید بازیافت کرد. ضایعات هستهای سطح بالا را پس از جداسازی، حرارت می‌دهند تا به پودر تبدیل شود. پودر را با شیشه مخلوط می‌کنند و آن را در محفظه‌ای محبوس می‌کنند. محفظه‌ها را در منطقه‌ای پایدار (از نظر جغرافیایی) انبار می‌کنند. مناطقی از انارک در نزدیکی یزد برای این کار انتخاب شده‌اند. عملیات داخلی یک رآکتور هستهای آب سبک 1. قلب رآکتور هستهای 2. میله‌های کنترل سرعت سوخت 3. دیگ بخار 4. توربین بخار 5. موتور برق 6. لوله‌های انتقال و پمپ آب برای رادیاتور داخلی رآکتور 7. پمپ و مسیر انتقال آب برای تولید بخار 8. سیستم خنک کننده نهایی 9. برج خنک کننده 10. آب‌های آزاد 3 لینک به دیدگاه
ارسال های توصیه شده