معرفی راکتورهای اتمی پیشرفته وکاربرد های انان

معرفی انواع راکتورهای پیشرفته+کاربرد:

معرف
1.راکتورهای حرارت بالا(High converter Reactor):راکتورهای آب سبک و سایر راکتورهای حرارتی عملاً برای تولید
انرژی فقط 235U را که به مقدار محدود در سوخت هسته ای موجوداست، مصرف می کنند و قسمت اعظم سوخت که از 238U تشکیل شده
در آنها بلا استفاده باقی می ماند. در سیستمی که فقط بر مبنای استفاده از نیروگاه های آب سبک بنا شده در درازمدت کمبودهایی در زمینه ی
تأمین سوخت پدید می آید. بنابراین به منظور استفاده ی بهینه از ذخایر اورانیوم، راکتورهای پیشرفته تکامل یافته است.
نمودار زیر میزان مصرف اورانیوم را نسبت به مقدار تبدیل به پلوتونیوم نشان می دهد.
میزان تبدیل اورانیوم به پلوتونیوم در راکتورهای امروزی آب سبک حدود 6/0 درصد است که مطابق با مصرف فقط 1 درصد اورانیوم است.
تصویر فوق اهمیت راکتورهای سریع زایا را مشخص کند که مصرف اورانیوم را تا حدود 60 دردص امکان پذیر کنند. ضمناً معلوم می شود که
با میزان تبدیل 9/0 درصد توسط راکتورهای HCR (مبدل های بالا)، مقدار مصرف اورانیوم در مقایسه با راکتورهای امروزی آب سبک،
بسیار بیشتر است. بنابراین بحث مختصری در مورد این گونه راکتورهای پیشرفته خواهیم داشت.
راکتور هسته ای
راکتورهای حرارت بالا، منبع انرژی قابل استفاده همه کاره برای تولید برق و گرما هستند در حال حاضر HTR بیشتر در جهت تولید برق به
کار می رود. ولی این یک هدف درازمدت است که از حرارت ایجاد شده، که در این نوع راکتور تا 950 درجه سانتیگراد هم می رسد، بتوانند
در تکنولوژی تولید منابع ثانویه انرژی، که قابل ذخیره و حمل است، استفاده کنند؛ برای مثال با استفاده از ذغال سنگ، گاز مصنوعی، گاز
طبیعی و هیدروژن تهیه کنند.
راکتور حرارت بالا رآکتور حرارتی است. این راکتور با گرافیت کند و با هلیوم خنک می شود. در این نوع راکتور گرمای زیاد، گاز خنک کننده
تولید می کنند. و نتیجه راندمان حرارتی 40 درصد امکان پذیر می شود.
2.راکتورهای آب تحت فشار با ضریب تبدیل بالا:
ضمن استفاده از تکنولوژی پیشرفته راکتورهای آب سبک تحت فشار، فقط با تعویض قلب راکتور به راکتورهای پیشرفته آب سبک تحت فشار
(APWR) می توانیم به بالا بردن درصد تبدیل 9/0 دست یابیم. یک چنین راکتوری می تواند تا تکامل راکتورهای سریع زایا و ساخت آنها به
صورت سری، پلوتونیوم تولید شده را مورد استفاده قرار دهد، بدون اینکه مقدار بسیار زیاد آن را اصراف کند، ترکیبی از راکتورهای آب
سبک، راکتورهای با ضریب تبدیل بالا و رآکتورهایی سریع زایا بهترین وضعیت بهینه برای چرخه ی سوخت u/pu (اورانیوم – پلوتونیوم) است
و در آینده تأثیر مهمی در استفاده از انرژی خواهد داشت.
راکتورهای سریع زایا (FBR) (راکتورهای زاینده):
راکتورهای سریع زایا برخلاف راکتورهای حرارتی، کند کننده ندارند؛ زیرا آنها نوترون ها نیازی به کند شدن ندارند و عمل شکافت در طیف
وسیع نوترون انجام می پذیرد.
به علت سطح مقطع مؤثر شکافت نسبتاً کم در طیف نوترونی سریع، راکتورهای سریع زایا به غلظت نسبتاً بالای پلوتونیوم 239 احتیاج
دارند. در این راکتورها از یک ماده با خاصیت خوب تبادل حرارتی و خاصیت جذب نوترون به عنوان خنک کننده استفاده می شود که در این
رابطه سدیم مایع (Na) بسیار مناسب است. فلز سدیم دارای نقطه ذوبی حدود 100 درجه ی سانتیگراد و نقطه جوشی معادل 900 درجه ی
سانتیگراد است. بنابراین می توان به وسیله ی حرارت آن را در فشارهای پایین مبادله کرد. یکی از خاصیت هایی که این فلز داراست،
میل ترکیبی شدید با آب است. به همین دلیل در این راکتورها از سه سیکل برای خنک کردن استفاده می کنند. در سیکل اول برای جلوگیری
از واکنش با بخار آب در هوا، سطوح آزاد سدیم را همواره تحت پوشش گاز ازت یا آرگون قرار می دهند. این عمل در طی سه چرخه انجام می
گیرد.
3.راکتور هسته ای
پس از سیکل دوباره به سیکل دیگری از سدیم وصل خواهد شد و در نهایت در سیکل سوم (آب – بخار) وصل خواهد شد.
سه سیکل، مدار اولیه، مدار ثانویه و سیکل آب – بخار از قسمت های مجزا تشکیل شده اند و به طور سری به یکدیگر وصل می شوند. برای
جلوگیری از نشست مواد رادیواکتیو از سیکل اول به سیکل دوم، سیکل ثانوی فشار بالاتری نسبت سیکل اولی دارد. قلب این رآکتورها از میله
های سوختی که ترکیبی از اورانیوم، پلوتونیوم و پوششی زاینده از اورانیوم طبیعی یا اورانیوم ناشی از راکتورهای آب سبک احاطه شده
است (اورانیوم رقیق شده) و ماده زاینده به صورت قرص هایی در غلاف های فولادی قرار دارد که در وضعیت تنگاتنگ شش ضلعی به
صورت مجتمع های سوخت درآمده است.
یکی از مزایای این نوع راکتور نسبت به راکتروهای دیگر این است که در راکتورهای آب سبک از اورانیوم 235 به عنوان سوخت استفاده می
شود که همان طور که قبلاً گفته شده این نوع اورانیوم به میزان 7/0 درصد در طبیعت وجود دارد و با توجه به کمبود آن در طبیعت این نوع
سوخت فقط تا چند قرن کفایت خواهد کرد. در صورتی که در راکتورهای سریع زایا اورانیوم 238 طبیعی و غیرشکافت به پلوتونیوم تبدیل می شود
که می تواند انرژی هسته ای را برای هزاران سال تهیه کند.
4.راکتور خنک شونده گازی:
راکتورهای خنک شونده گازی در کشورهای انگلیس، فرانسه و آمریکا مورد استقبال بیشتری قرار گرفته اند. در این نوع راکتور اصولاً از
اورانیوم غنی شده به عنوان سوخت و از گاز Co2 به عنوان خنک کننده استفاده می شود. در آمریکا برای خنک کردن این نوع راکتور از هلیوم و
در فرانسه و انگلستان از گرافیت استفاده می شود. سیال گازی در این راکتورها، پس از عبور از قلب راکتور براساس قوانین ترمودینامیکی تبادل گرمایی صورت می دهد و گرم می شود و حرات منتقل می کند. سپس بخارهای تولید شده برای تولید برق به توربین ها هدایت می شود.
این نوع راکتورها همانند راکتورهای قبلی هم دارای مزایایی است و هم دارای معایبی. از جمله مزایای آن می توان سهولت کار و ایمنی سطح
مقطع مؤثر ماکروسکوپی پایین برای نوترون، ارزانی و فراوانی (بجز هلیوم) و قابلیت کار کردن در حرارت های بالا نام برد. از معایب آن نیز
می توان به انتقال حرارت پایین و مسأله ی خواص انتقال حرارتی گازها، که مستلزم سطوح زیاد تماس و جریان عبور بالا در راکتور و
مبدل های حرارتی است و همچنین نیاز به پمپاژ بالا که بین 8 تا 10درصد ظرفیت نیروگاه را بالغ می شود، اشاره کرد.

با الهام از تبیان و مطالعات شخصی