پایان نامه:انرژی هستهای از معدن تا نیروگاه

استفاده از انرژی هسته ای برای تولید برق روشی پیچیده اما کارامد برای تامین انرژی مورد نیاز بشر است. به طور کلی برای بهره برداری از انرژی هسته ای در نیروگاه های هسته ای، از عنصر اورانیوم غنی شده به عنوان سوخت در راکتورهای هسته ای استفاده می شود که ماحصل عملکرد نیروگاه، انرژی الکتریسته است. عنصر اورانیوم که از معادن استخراج می شود به صورت طبیعی در راکتورهای نیروگاه ها قابل استفاده نیست و به همین منظور باید آن را به روشهای مختلف به شرایط ایده عال برای قرار گرفتن درون راکتور آماده کرد. اورانیوم یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن u202a Uو عدد اتمی آن u202a ۹۲است. این عنصر دارای دمای ذوب هزار و u202a ۴۵۰درجه سانتیگراد بوده و به رنگ سفید مایل به نقره ای، سنگین، فلزی و رادیواکتیو است و به رغم تصور عام، فراوانی آن در طبیعت حتی از عناصری از قبیل جیوه، طلا و نقره نیز بیشتر است.

عنصر اورانیوم در طبیعت دارای ایزوتوپهای مختلف از جمله دو ایزوتوپ مهم و پایدار اورانیوم u202a ۲۳۵و اورانیوم u202a ۲۳۸است. برای درک مفهوم ایزوتوپهای مختلف از هر عنصر باید بدانیم که اتم تمامی عناصر از سه ذره اصلی پروتون، الکترون و نوترون ساخته می شوند که در تمامی ایزوتوپهای مختلف یک عنصر، تعداد پروتونهای هسته اتمها با هم برابر است و تفاوتی که سبب بوجود آمدن ایزوتوپهای مختلف از یک عنصر می شود، اختلاف تعداد نوترونهای موجود در هسته اتم است. به طور مثال تمامی ایزوتوپهای عنصر اورانیوم در هسته خود دارای u202a۹۲ پروتون هستند اما ایزوتوپ اورانیوم u202a ۲۳۸در هسته خود دارای u202a ۱۴۶نوترون (u202a (۹۲+۱۴۶=۲۳۸و ایزوتوپ اورانیوم u202a ۲۳۵دارای u202a ۱۴۳نوترون(u202a (۹۲+۱۴۳=۲۳۵در هسته خود است.

اورانیوم u202a ۲۳۵مهمترین ماده مورد نیاز راکتورهای هسته ای(برای شکافته شدن و تولید انرژی) است اما مشکل کار اینجاست که اورانیوم استخراج شده از معدن ترکیبی از ایزوتوپهای u202a ۲۳۸و u202a ۲۳۵بوده که در این میان سهم ایزوتوپ u202a ۲۳۵بسیار اندک(حدود u202a ۰/۷درصد) است و به همین علت باید برای تهیه سوخت راکتورهای هسته ای به روشهای مختلف درصد اوانیوم u202a ۲۳۵را در مقایسه با اورانیوم u202a ۲۳۸بالا برده و بسته به نوع راکتور هسته ای به u202a ۲تا u202a ۵درصد رساند و به اصطلاح اورانیوم را غنی سازی کرد.

درون راکتورهای هسته ای، هسته اورانیوم u202a ۲۳۵به صورت کنترل شده شکسته شده که در این فرایند مقداری جرم به انرژی تبدیل می شود. همین انرژی سبب ایجاد حرارت(اغلب از این حرارت برای تبخیر آب استفاده می شود) و در نتیجه چرخیدن توربینها و در نهایت چرخیدن ژنراتورهای نیروگاه و تولید برق می شود.

در نیروگاه های غیر هسته ای، از سوزاندن سوختهای فسیلی از قبیل نفت و یا زغال سنگ برای گرم کردن آب و تولید بخار استفاده می شود که یک مقایسه ساده میان نیروگاه های هسته ای و غیر هسته ای، صرفه اقتصادی قابل توجه نیروگاه های هسته ای را اثبات می کند.

به طور مثال، برای تولید u202a ۷۰۰۰مگاوات برق حدود u202a ۱۹۰میلیون بشکه نفت خام مصرف می شود که استفاده از سوخت هسته ای برای تولید همین میزان انرژی سالیانه میلونها دلار صرفه جویی به دنبال دارد و به علاوه میزان آلایندگی زیست محیطی آن نیز بسیار کمتر است.

کافی است بدانیم که مصرف این u202a ۱۹۰میلیون بشکه نفت خام برای تولید u202a ۷۰۰۰مگاوات برق، u202a ۱۵۷هزار تن گاز گلخانه ای دی اکسید کربن، u202a ۱۵۰تن ذرات معلق در هوا، u202a ۱۳۰تن گوگرد و u202a ۵تن اکسید نیتروژن در محیط زیست پراکنده می کند که نیروگاههای هسته ای این آلودگی ها را ندارند. پس از آشنایی با مفاهیم کلی انرژی هسته ای و مزایای آن، ابتدا با مراحل مختلف چرخه سوخت هسته ای آشنا می شویم و سپس نحوه استفاده از سوخت هسته ای درون راکتور را مرور می کنیم.

چرخه سوخت هسته ای عبارت است از: u202a -۱فراوری سنگ معدن اورانیوم u202a-۲ تبدیل و غنی سازی اورانیوم u202a -۳تولید سوخت هسته ای u202a -۴بازفرآوری سوخت مصرف شده.

در حال حاضر چند کشور صنعتی جهان هر کدام در یک، چند و یا همه چهار مرحله یاد شده از چرخه سوخت هسته ای فعالیت می کنند.

هم اکنون به لحاظ صنعتی، کشورهای فرانسه، ژاپن، روسیه، آمریکا و انگلیس دارای تمامی مراحل چرخه سوخت هسته ای در مقیاس صنعتی هستند و در مقیاس غیرصنعتی، کشورهای دیگری مثل هند نیز به لیست فوق اضافه می شوند.

کشورهای کانادا و فرانسه در مجموع دارای بزرگترین کارخانه های تبدیل اورانیوم(مرحله پیش از غنی سازی ) هستند که محصولات آنها شامل u202aUO3,UO2,UF6 غنی نشده می باشد و پس از آنها به ترتیب کشورهای آمریکا، روسیه و انگلستان قرار دارند. در زمینه غنی سازی نیز، دو کشور آمریکا و روسیه دارای بزرگترین شبکه غنی سازی جهان هستند.

(ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

همراه با تمام ضمائم (پیوست ها) با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است