تعریف انرژی هسته ای و چرخه سوخت هسته ای
انرژی هسته ای به انرژی ای اطلاق می شود که هسته های اتم ها را در کنار هم نگه می دارد. این انرژی از طریق دو فرآیند اصلی آزاد می شود: شکافت (Fission) و همجوشی (Fusion). در نیروگاه های هسته ای متداول امروزی، از فرآیند شکافت هسته ای استفاده می شود که در آن هسته های سنگین اتم ها که عمدتاً اورانیوم ۲۳۵ هستند شکافته شده و انرژی آزاد می کنند.چرخه سوخت هسته ای فرآیندی طولانی و چند مرحله ای است که از استخراج منابع آغاز می شود و تا دفع پسماند خاتمه می یابد. این چرخه شامل مراحل زیر است:
۱. استخراج و غنی سازی
سنگ معدن اورانیوم که معمولاً اکسید اورانیوم یا U₃O₈ استخراج می شود. سپس، برای استفاده در اکثر رآکتور ها، باید غنی سازی شود تا غلظت ایزوتوپ شکافت پذیر اورانیوم-۲۳۵ از حدود ۰.۷ درصد طبیعی به ۳ تا ۵ درصد افزایش یابد.۲. تولید میله سوخت
اورانیوم غنی شده به شکل اکسید اورانیوم تبدیل شده، در پلت های سرامیکی کوچک فشرده و سپس درون لوله های فلزی معمولاً آلیاژ زیرکونیوم به نام میله های سوخت قرار می گیرند. این میله ها در کنار هم دسته سوخت (Fuel Assembly) را تشکیل می دهند.۳. استفاده در رآکتور
دسته های سوخت در قلب رآکتور هسته ای قرار می گیرند، جایی که واکنش زنجیره ای کنترل شده برای تولید گرما انجام می شود.۴. باز فرآوری و دفع
پس از مصرف، سوخت به عنوان پسماند هسته ای تلقی می شود و باید با دقت نگهداری و دفع شود، هرچند برخی کشور ها باز فرآوری و استفاده مجدد از سوخت مصرف شده را انجام می دهند.مقایسه با نیروگاه های حرارتی فسیلی
نیروگاه های هسته ای در ظاهر شباهت زیادی به نیروگاه های حرارتی مبتنی بر سوخت های فسیلی مانند زغال سنگ یا گاز طبیعی دارند. تفاوت اصلی در منبع تولید گرما است. در نیروگاه های فسیلی، گرما از احتراق مواد آلی حاصل می شود که دی اکسید کربن و آلاینده های دیگر آزاد می کند. در مقابل، در نیروگاه هسته ای، گرما از شکافت هسته ای در هسته رآکتور تولید می شود که فرآیندی بدون انتشار کربن در حین بهره برداری است. در هر دو نوع نیروگاه، هدف نهایی یکسان است: استفاده از گرما برای جوشاندن آب، تولید بخار پرفشار و چرخاندن توربین.اهمیت و مزایای اصلی انرژی هسته ای
مزیت اصلی انرژی هسته ای، چگالی انرژی بسیار بالای آن است. یک گرم اورانیوم ۲۳۵ شکافت یافته، انرژی معادل سوزاندن چند تن زغال سنگ آزاد می کند. این چگالی انرژی بالا به این معنی است که مقادیر کمی سوخت می تواند برای مدت طولانی معمولاً چندین سال برق تولید کند و نیاز به حمل و نقل مکرر سوخت را کاهش می دهد.مهم ترین مزیت محیط زیستی، کربن صفر در حین عملیات است. نیروگاه های هسته ای در تولید برق، گاز های گلخانه ای منتشر نمی کنند، که این امر آن ها را به یک گزینه حیاتی در مبارزه با تغییرات اقلیمی و گذار به سمت سیستم های انرژی پایدار تبدیل می کند. علاوه بر این، نیروگاه های هسته ای قابلیت اطمینان و تولید برق پایه (Base-load Power) را فراهم می آورند، به این معنی که می توانند به طور مداوم و با ظرفیت بالا برق تولید کنند، بدون وابستگی به شرایط آب و هوایی مانند خورشید یا باد.
قلب نیروگاه: شکافت هسته ای
قلب هر نیروگاه هسته ای، رآکتور آن است؛ جایی که انرژی نهفته در ساختار اتم ها آزاد می شود. این فرآیند بر پایه پدیده ای فیزیکی به نام شکافت هسته ای استوار است.شکافت هسته ای به معنای تقسیم یک هسته اتم سنگین به دو یا چند هسته کوچک تر به همراه آزاد شدن انرژی و نوترون های اضافی است. در رآکتور های هسته ای تجاری، این فرآیند معمولاً با استفاده از ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ (U-235) انجام می شود.
فرآیند شکافت با برخورد یک نوترون حرارتی یعنی نوترونی با انرژی جنبشی پایین به هسته U-235 آغاز می شود. هنگامی که این نوترون جذب هسته می شود، هسته به حالت ناپایدار U-236 تبدیل شده و بلافاصله شکافت می یابد. این شکافت منجر به تولید:
۱. دو هسته سبک تر یا به عبارتی همان محصولات شکافت: مانند باریم و کریپتون.
۲. انرژی بسیار زیاد: این انرژی عمدتاً به صورت انرژی جنبشی ذرات حاصل و اشعه گاما آزاد می شود.
۳. دو یا سه نوترون سریع: این نوترون های آزاد شده کلید حفظ واکنش زنجیره ای هستند.
اگر این نوترون های تازه آزاد شده بتوانند با هسته های U-235 دیگری برخورد کرده و آن ها را نیز شکافته کنند، یک واکنش زنجیره ای کنترل شده ایجاد می شود.
نقش اجزای کلیدی در رآکتور
مدیریت این واکنش زنجیرها ی برای جلوگیری از ذوب شدن هسته (Meltdown) یا توقف واکنش، نیازمند استفاده دقیق از اجزای رآکتور است:میله های سوخت (Fuel Rods)
حاوی پلت های اورانیوم غنی شده هستند. این میله ها محیطی را فراهم می کنند که در آن واکنش شکافت در دما و فشار بالا رخ می دهد و انرژی گرمایی تولید میشود.تعدیل کننده (Moderator)
نوترون های آزاد شده از شکافت اولیه دارای انرژی بسیار بالایی هستند (نوترونهای سریع). احتمال برخورد این نوترون های سریع با هسته های U-235 و ایجاد شکافت بعدی بسیار کم است. برای افزایش احتمال موفقیت آمیز بودن واکنش زنجیره ای، لازم است سرعت نوترون ها کاهش یابد تا به نوترون های حرارتی تبدیل شوند. وظیفه تعدیل کننده، کند کردن سرعت نوترون ها از طریق برخورد الاستیک بدون جذب شدن توسط خود تعدیل کننده است.در رآکتور های آب سبک (مانند PWR و BWR)، آب معمولی (H₂O) نقش تعدیل کننده را ایفا می کند. در رآکتور های آب سنگین (مانند رآکتور های کانادایی CANDU)، آب سنگین (D₂O) به عنوان تعدیل کننده استفاده می شود که خاصیت تعدیل کنندگی بهتری دارد و امکان استفاده از اورانیوم طبیعی یا همان غیر غنی شده را فراهم می سازد. گرافیت نیز در برخی طراحی های قدیمی تر مانند نوع RBMK به عنوان تعدیل کننده کاربرد داشته است.
میله های کنترل (Control Rods)
این میله ها حیاتی ترین وسیله برای مدیریت قدرت رآکتور هستند. میله های کنترل از موادی ساخته می شوند که توانایی بالایی در جذب نوترون دارند مانند کادمیوم یا بور. با فرو بردن این میله ها به داخل هسته، تعداد نوترون های آزاد شده که برای شکافت های بعدی در دسترس هستند، کاهش می یابد و در نتیجه آهنگ واکنش و تولید گرما کم می شود. برعکس، با بیرون کشیدن تدریجی میله های کنترل، واکنش تشدید شده و قدرت رآکتور افزایش می یابد.تولید گرما و انرژی جنبشی
هنگامی که نوترون ها جذب هسته U-235 شده و شکافت رخ می دهد، بخش اعظم انرژی آزاد شده در قالب انرژی جنبشی محصولات شکافت مانند ذرات آلفا، بتا و نوترون ها ظاهر می شود. این ذرات با سرعت بسیار بالا در محیط سوخت و تعدیل کننده حرکت می کنند و با برخورد با اتم های اطراف، انرژی جنبشی خود را به اتم های میزبان منتقل می کنند. این انتقال انرژی جنبشی، منجر به افزایش شدید دمای محیط سوخت و خنک کننده می شود، که این گرما، منبع اصلی برای تولید بخار و در نهایت برق است.اصطلاحات کلیدی در مدیریت واکنش
برای توصیف وضعیت یک رآکتور هسته ای، دو مفهوم اساسی در فیزیک راکتور مورد استفاده قرار می گیرد:جرم بحرانی (Critical Mass)
حداقل مقدار ماده شکافت پذیر (مانند U-235) که برای حفظ یک واکنش زنجیره ای پایدار یا خود پایدار لازم است. اگر مقدار سوخت کمتر از جرم بحرانی باشد، نوترون های کافی برای حفظ واکنش وجود نخواهند داشت و واکنش متوقف می شود.k_eff ضریب تکثیر نوترون
پارامتری است که نسبت تعداد نوترونهای تولیدشده در یک نسل به تعداد نوترونهای نسل قبلی در واکنش زنجیرهای را بیان میکند. این ضریب به صورت رابطه زیر تعریف میشود:k_eff = (تعداد نوترونها در نسل فعلی) / (تعداد نوترونها در نسل قبلی)
سه حالت کلی برای k_eff وجود دارد:
۱. حالت بحرانی k_eff = 1: تعداد نوترون ها ثابت است. رآکتور در حالت پایدار عمل می کند و تولید گرما ثابت است. این حالت مطلوب برای بهرهبرداری عادی است.
۲. حالت فوق بحرانی k_{eff > 1: تعداد نوترون ها در هر نسل افزایش می یابد. قدرت رآکتور به صورت نمایی افزایش می یابد. این حالت برای راه اندازی اولیه رآکتور یا افزایش قدرت استفاده می شود.
۳. حالت زیر بحرانی k_eff < 1: تعداد نوترون ها در هر نسل کاهش می یابد و واکنش زنجیره ای متوقف می شود. این حالت برای خاموش کردن اضطراری رآکتور (Scram) استفاده می شود.
با تنظیم دقیق میله های کنترل، اپراتور ها تضمین می کنند که k_eff در محدوده ۱ باقی بماند، در حالی که گرما با نرخ مورد نیاز تولید شود.
تبدیل گرما به بخار: سیستمهای مبدل
پس از تولید گرما در هسته رآکتور از طریق شکافت هسته ای، مرحله بعدی در نیروگاه های هسته ای، انتقال این گرما به سیالی است که بتواند آن را به انرژی مکانیکی تبدیل کند. این کار از طریق یک سیستم مبدل حرارتی انجام میشود.توضیح انواع رآکتور ها: PWR و BWR
طراحی نیروگاه های هسته ای عمدتاً به دو دسته اصلی تقسیم می شود که نحوه مدیریت آب و بخار در آن ها متفاوت است: رآکتور های آب سبک تحت فشار (Pressurized Water Reactors - PWR) و رآکتور های آب جوشان (Boiling Water Reactors - BWR).۱. رآکتور آب سبک تحت فشار (PWR):
PWR رایج ترین نوع رآکتور در جهان است و از یک سیستم حلقه بسته برای جدا کردن محیط فعال هسته ای از توربین استفاده می کند.حلقه اولیه (Primary Loop): آب تحت فشار بسیار بالا حدود ۱۵۵ بار به عنوان خنک کننده و تعدیل کننده عمل می کند. فشار بسیار بالا تضمین می کند که آب در دمای حدود ۳۲۰ تا ۳۵۰ درجه سانتی گراد به جوش نیاید. این آب بسیار داغ، گرما را مستقیماً از هسته رآکتور جذب می کند.
مبدل حرارتی (Steam Generator): آب داغ حلقه اولیه از هسته خارج شده و وارد مبدل حرارتی می شود. در این مبدل، آب داغ از طریق هزاران لوله از میان آب حلقه ثانویه عبور می کند، بدون اینکه مستقیماً با آن مخلوط شود.
۲. رآکتور آب جوشان (BWR):
در BWR، طراحی ساده تر است و تنها یک حلقه اصلی وجود دارد.حلقه واحد: آب مستقیماً در اطراف میله های سوخت در قلب رآکتور به جوش می آید.
تولید بخار مستقیم: بخار داغی که در داخل مخزن رآکتور تولید می شود، مستقیماً برای چرخاندن توربین به سمت آن هدایت می شود. این طراحی نیازی به مبدل حرارتی مجزا ندارد، اما اجزای توربین و سایر تجهیزات بیرونی ممکن است در معرض سطوح رادیواکتیویته کمتری قرار گیرند.
نقش مبدل حرارتی (Heat Exchanger) در رآکتورهای PWR
مبدلهای حرارتی در رآکتورهای PWR نقش حیاتی در حفظ ایمنی دارند. این تجهیزات بزرگ، مرز فیزیکی بین حلقه اولیه (که حاوی آب فعال رادیواکتیو است) و حلقه ثانویه (که بخار تمیز برای توربین تولید میکند) ایجاد میکنند.
آب حلقه اولیه که از هسته بسیار داغ خارج شده است، حرارت خود را به آب حلقه ثانویه منتقل می کند. این انتقال حرارت باعث می شود آب حلقه ثانویه به دمای اشباع برسد و تبدیل به بخار پرفشار و با دمای بالا شود.
فشار و دمای بالای بخار تولید شده
برای دستیابی به بازده حرارتی مناسب، سیستم های توربین نیازمند بخار با پارامتر های بالا هستند. در رآکتور های PWR مدرن، بخار تولید شده در مولد های بخار معمولاً در فشار هایی در حدود ۷ مگاپاسکال حدود ۷۰ برابر فشار اتمسفر و دما هایی نزدیک به ۲۸۵ درجه سانتی گراد برای اشباع در فشار کاری تولید می شود.این بخار پرفشار حاوی انرژی پتانسیل زیادی است که هنگام خروج از توربین، این انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی تبدیل می شود و توربین را به چرخش در می آورد. مدیریت این فشار ها و دما های بالا نیازمند استفاده از مواد مهندسی شده و بسیار مقاوم در برابر خوردگی و تنش حرارتی در تمام اجزای سیستم حلقه ثانویه است.
تولید الکتریسیته: توربین و ژنراتور
پس از تبدیل آب به بخار فوق العاده پرفشار در مرحله قبل، انرژی گرمایی اکنون باید به شکل کارآمدی به انرژی مکانیکی و سپس به برق تبدیل شود. این مرحله مشترک بین نیروگاه های هسته ای و حرارتی سنتی است.نحوه عملکرد توربین بخار
توربین بخار مجموعه ای از پره ها است که به صورت دایرهای بر روی یک شفت مرکزی نصب شده اند. بخار پرفشار از نازل ها به سمت این پره ها هدایت می شود.۱. مرحله اول پره های ثابت و متحرک: بخار پرفشار از طریق یک یا چند مرحله به سمت پره های متحرک توربین شلیک می شود. نیروی ضربه ای بخار یا نیروی واکنش بخار باعث می شود که پره های متحرک با نیروی عظیمی به چرخش درآیند.
۲. گسترش و افت فشار: همانطور که بخار از روی پره ها عبور می کند، انرژی جنبشی خود را از دست می دهد، منبسط شده و فشار و دمای آن کاهش می یابد. این فرآیند ادامه می یابد تا تمام انرژی پتانسیل بخار به انرژی چرخشی شفت توربین منتقل شود.
۳. چند مرحله ای بودن: توربین ها معمولاً از چندین بخش فشار بالا (HP)، فشار متوسط (IP) و فشار پایین (LP) تشکیل شده اند تا بتوانند به طور مؤثرتری از اختلاف فشار زیاد بخار استفاده کنند و راندمان کلی را بالا ببرند. در انتهای توربین فشار پایین، بخار دارای فشار بسیار پایینی است.
نقش ژنراتور الکتریکی
شفت توربین مستقیماً به روتور یا بخش متحرک یک ژنراتور الکتریکی متصل است. ژنراتور هسته اصلی تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی است.بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی که توسط فارادی کشف شد، چرخش یک سیمپیچ بزرگ یا روتور در یک میدان مغناطیسی قوی باعث می شود که ولتاژ و جریان الکتریکی در سیم پیچ ها القا شود.
ژنراتور های نیروگاه های هسته ای بسیار بزرگ هستند و می توانند ظرفیت هایی بیش از ۱۰۰۰ مگاوات (MW) داشته باشند. آن ها برق سه فاز تولید می کنند که معمولاً با ولتاژ های بالا مثلاً ۲۰ کیلو ولت تولید شده و سپس برای انتقال به شبکه آماده میشود.
سیستم های انتقال برق به شبکه سراسری
برق تولیدی در ژنراتور باید ولتاژ مناسبی پیدا کند تا بتواند با کمترین تلفات به مناطق مصرف منتقل شود.۱. ترانسفور ماتور های افزاینده
بلافاصله پس از ژنراتور، برق تولیدی وارد مجموعه ای از ترانسفور ماتور ها میشود که ولتاژ آن را تا سطوح بسیار بالا (مانند ۵۰۰ کیلوولت یا بیشتر) افزایش میدهند. این کار ضروری است زیرا تلفات توان (Power Loss) در خطوط انتقال با مربع جریان متناسب است ((P_{loss} = I^2 R))؛ افزایش ولتاژ منجر به کاهش جریان برای انتقال همان مقدار توان میشود و تلفات را به شدت کاهش میدهد.۲. کلیدخانهها و اتصالات شبکه: برق با ولتاژ بالا از طریق کلیدخانهها و خطوط انتقال به شبکه برق سراسری (Grid) متصل میشود. این برق به صورت لحظهای و با فرکانس ثابت (مثلاً ۵۰ هرتز در بسیاری از کشورها) با سایر منابع تولید برق هماهنگ شده و توزیع میگردد. کنترل توان خروجی نیروگاه هستهای باید بسیار دقیق باشد تا تعادل بین عرضه و تقاضا در شبکه حفظ شود.
بخش ۵: مراحل پس از تولید: کندانسور و ایمنی
کارایی یک چرخه ترمودینامیکی به میزان زیادی به توانایی دفع گرمای تلفشده بستگی دارد. در نیروگاه هستهای، این مرحله شامل تبدیل مجدد بخار مصرفشده به آب برای بازگشت به سیستم و همچنین تضمین بالاترین سطح ایمنی است.
نقش کندانسور (Condenser) و برجهای خنککننده
پس از خروج بخار از آخرین مرحله توربین فشار پایین، انرژی مکانیکی آن به حداکثر رسیده و فشار آن به شدت پایین آمده است. برای کارایی چرخه رانکین (که پایه کار توربین بخار است)، این بخار باید دوباره به آب تبدیل شود تا بتواند به حلقه اولیه (در PWR) یا به داخل رآکتور (در BWR) بازگردد. این فرآیند توسط کندانسور انجام میشود.
کندانسورها مبدلهای حرارتی بزرگی هستند که در آنها بخار خروجی از توربین با آب خنکتری که از منبع خارجی (رودخانه، دریاچه یا برج خنککننده) تأمین میشود، تبادل حرارت میکند.
[ \text{بخار} (\text{گرم}) + \text{آب خنککننده} (\text{سرد}) \rightarrow \text{آب مایع} (\text{گرمتر}) + \text{بخار خروجی توربین} (\text{خنکتر}) ]
آب خنککننده (Coolant Water) که گرمای بخار را جذب کرده، اکنون دمای بالاتری دارد.
سیستمهای برج خنککننده: در مناطقی که دسترسی مستقیم به منابع بزرگ آب وجود ندارد، آب گرم خروجی از کندانسور به برجهای خنککننده عظیم پمپ میشود. در این برجها، آب از طریق تماس مستقیم یا غیرمستقیم با هوای محیط سرد شده و بخش عمده گرمای اضافه شده به صورت تبخیر آب به اتمسفر منتقل میشود (که همان ستونهای بخار سفید رنگی است که از برجها خارج میشود). این آب خنکشده سپس برای استفاده مجدد در کندانسور بازگردانده میشود.
هدف اصلی کندانسور، ایجاد خلاء در انتهای توربین است تا حداکثر اختلاف فشار بین ورودی و خروجی توربین فراهم شود و راندمان استخراج انرژی مکانیکی افزایش یابد.
اهمیت ایمنی در طراحی رآکتور: لایههای متعدد ایمنی (Defense in Depth)
ایمنی در تأسیسات هستهای از اهمیت بالاتری نسبت به هر فناوری تولید برق دیگری برخوردار است. رویکرد استاندارد در صنعت هستهای، دفاع در عمق (Defense in Depth) نامیده میشود که شامل چندین سطح دفاعی مستقل از یکدیگر است تا از وقوع حوادث و انتشار مواد رادیواکتیو جلوگیری شود.
سطوح اصلی دفاع در عمق عبارتند از:
۱. سطح ۱: طراحی و ساخت با کیفیت بالا: اطمینان از عملکرد صحیح رآکتور در شرایط عادی و بهرهبرداری صحیح. استفاده از مواد با کیفیت بالا و طراحی مقاوم در برابر تنشها.
۲. سطح ۲: کنترل عملیاتی و سیستمهای حفاظتی: استفاده از سیستمهای ایمنی فعال (مانند میلههای کنترل) که به طور خودکار فعال میشوند تا واکنش را در صورت خروج از پارامترهای تعریف شده، خاموش کنند (Scram).
۳. سطح ۳: سیستمهای ایمنی اضطراری: در صورت شکست سیستمهای سطح ۲، سیستمهای اضطراری خنککننده رآکتور (ECCS) فعال میشوند تا حتی در شرایط از دست دادن کامل خنککننده اولیه (LOCA)، هسته را خنک نگه دارند.
۴. سطح ۴: مهار فیزیکی (Containment Structure): یک سازه بتنی و فولادی بسیار مستحکم که تمام اجزای فعال رآکتور و حلقه اولیه را در بر میگیرد. این سازه برای مقاومت در برابر فشارهای داخلی شدید ناشی از حوادث و همچنین رویدادهای خارجی شدید (مانند برخورد هواپیما یا زلزله) طراحی شده است.
۵. سطح ۵: برنامهریزی و پاسخ اضطراری منطقهای: در صورت شکست تمام سطوح حفاظتی داخلی، طرحهای اضطراری محلی و ملی برای محافظت از جمعیت اطراف آماده میشود.
مدیریت پسماندهای رادیواکتیو با عمر طولانی
یکی از چالشهای بزرگ انرژی هستهای، مدیریت سوخت مصرفشده است که همچنان به دلیل نیمهعمر طولانی برخی ایزوتوپهای تولید شده، خاصیت رادیواکتیوی دارد.
پس از خارج کردن سوخت مصرفشده از رآکتور، ابتدا به استخرهای خنککننده (Spent Fuel Pools) منتقل میشود. در این استخرها، آب به عنوان محافظ تابشی و خنککننده عمل میکند و دمای سوخت به مرور زمان کاهش مییابد.
پس از چند سال خنکسازی در آب، سوخت به ذخیرهسازی خشک (Dry Cask Storage) منتقل میشود. این پسماندها در کانتینرهای فولادی بسیار ضخیم و بتنی مهر و موم شده و در مکانهای امن روی زمین نگهداری میشوند تا زمانی که یک محل دفن دائمی زیرزمینی (Geological Repository) برای آنها تأسیس شود. این روشهای ذخیرهسازی، با توجه به محافظتهای چند لایه، ایمنی مواد را برای دهها هزار سال تضمین میکنند.
بخش ۶: نتیجهگیری و چشمانداز آینده
نیروگاههای هستهای مدرن، با بهرهگیری از شکافت کنترلشده اورانیوم، یک راهکار مهندسی پیچیده را برای تبدیل انرژی پنهان اتمی به برق پایه، قابل اعتماد و کربن صفر به نمایش گذاشتهاند.
خلاصه فرآیند تولید برق
فرآیند تولید برق از انرژی هستهای یک زنجیره پیوسته از تبدیل انرژی است:
۱. انرژی هستهای در هسته رآکتور از طریق شکافت U-235 آزاد میشود و به انرژی گرمایی تبدیل میگردد. ۲. گرما توسط خنککننده (آب) جذب شده و برای تولید بخار پرفشار در مبدلهای حرارتی (یا مستقیماً در BWR) استفاده میشود. ۳. بخار با فشار و دمای بالا، انرژی جنبشی خود را به پرههای توربین منتقل کرده و شفت اصلی را به حرکت درمیآورد. ۴. ژنراتور متصل به شفت، انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. ۵. بخار مصرف شده در کندانسور مجدداً به آب تبدیل و به سیستم بازگردانده میشود و گرمای باقیمانده از طریق برجهای خنککننده دفع میگردد.
بررسی فناوریهای نوین: نسل چهارم و همجوشی هستهای
در حالی که رآکتورهای نسل سوم (مانند AP1000) استاندارد فعلی هستند، تحقیقات فشردهای بر روی رآکتورهای نسل چهارم (Gen IV) در جریان است. این طراحیها هدفهایی مانند راندمان بالاتر، تولید پسماند کمتر، ایمنی ذاتی بیشتر (Passive Safety) و امکان بازفرآوری سوختهای مصرفشده را دنبال میکنند. رآکتورهای نمک مذاب (MSR) و رآکتورهای سریع خنک شونده با سدیم (SFR) نمونههای برجستهای از این نسل هستند.
همچنین، چشمانداز بلندمدت به سمت همجوشی هستهای (Nuclear Fusion) سوق داده میشود. همجوشی، فرآیندی است که در آن هستههای سبک (مانند دوتریوم و تریتیوم) تحت دما و فشار بسیار بالا با یکدیگر ترکیب شده و انرژی آزاد میکنند – همان فرآیندی که در خورشید رخ میدهد. همجوشی پتانسیل تولید انرژی بیپایان با پسماندهای بسیار کمتر و رادیواکتیویته موقت را دارد، هرچند دستیابی به انرژی خالص از راکتورهای همجوشی تجاری هنوز در مراحل تحقیقاتی پیشرفته (مانند پروژه ITER) قرار دارد.
پیام نهایی در مورد نقش حیاتی انرژی هستهای
در مواجهه با دو چالش بزرگ جهانی – امنیت انرژی و تغییرات اقلیمی – انرژی هستهای به عنوان یک منبع پایدار، قابل اتکا و بدون کربن، نقشی حیاتی ایفا میکند. توانایی آن در تولید مقدار زیادی برق به صورت ۲۴ ساعته، آن را به عنصری ضروری در کنار منابع تجدیدپذیر متغیر تبدیل میکند تا بتوانیم به اهداف کربنزدایی دست یابیم. درک جامع فرآیند پیچیده و دقیق تولید برق در نیروگاههای هستهای، کلیدی برای پذیرش و توسعه مسئولانه این فناوری قدرتمند است.
منبع: پژوهش راسخون
.jpg "راه های مودبانه برای «متوقف کردن» افراد پرحرف")
.jpg "معرفی انواع ورق فولادی؛ مقایسه روش تولید، کاربرد و قیمت")