دانلود تحقیق برق هسته ای

راکتور های با نوترون سریع ، راکتورهای زاینده

مقدمه

یک راکتور هسته‌ ای گرمایی تولید می‌کند که منشأ آن در شکافت دو هسته قابل شکافت 235U یا 239Pu قرار دارد. تنها ماده موجود قابل کشافت در طبیعت ، 235U است که 1.140 اورانیوم طبیعی را تشیل می‌دهد و بقیه اساسا 238U غیر شکافتی است. هر شکافت اتم اورانیوم در اثر یک نوترون ، 2 تا 3 نوترون با انرژی بالا (بطور متوسط 2Mev) یعنی نوترونهای سریع (20000Km/s) را تولید می‌کند.


این نوترون ها به نوبه خود می‌توانند با سایر هسته‌ های اورانیوم شکافت انجام دهند که نوترونهای گسیل شده شکافتهای دیگری را تولید می‌کنند و به این ترتیب واکنش زنجیره‌ای ایجاد می‌شود. اگر قطعه ماده قابل شکافت به حد کافی بزرگ باشد، تولید نوترونها تقویت شده و سبب انفجار می‌شود: این اساس بمب اتمی است. در یک راکتور هسته‌ای یک عده پدیده‌های دیگر را برای انجام واکنش مورد نظر قرار می‌دهند: تعدادی از نوترونها در اورانیوم بویژه در 238U بدون تولید شکافت ، تعدادی دیگر توسط مواد ساختاری جذب می‌شوند و بالاخره عده دیگری به بیرون مغز راکتور فرار می‌کنند و ناپدید می‌شوند.

شرایط ایجاد شکافت زنجیری

یک راکتور فقط با یک حجم معین که کمترین ماده قابل شکافت را داشته باشد، می‌تواند کار کند: کمترین مقدار ماده قابل شکافت را جرم بحرانی می‌نامند. در یک قطعه اورانیوم طبیعی ، هر چه قدر بزرگ هم باشد، واکنش زنجیره‌ای غیر ممکن است: مقدار ماده قابل شکافت (235U) بسیار کم است و اکثریت نوترونهای جذب شده با 238U تلف می‌شوند. بنابراین باید بطور مصنوعی شکافتها را در مقابل جذبهای بدون شکافت در شرایط مساعدی قرار داد. دو راه امکان پذیر است:

یا بطور قابل ملاحظه‌ای مقدار ماده قابل شکافت را افزایش می‌دهند (اورانیوم را با 235U غنی کرد یا به آن 239Pu افزود)، یا انرژی نوترونها را توسط کند کننده کاهش می‌دهند و آن نقش 235U را (مقطع شکافت 235U) در مقابل 2358U (مقطع جذب 238U) تقویت می‌کند. به این ترتیب دو دسته راکتور شکل می‌گیرند.

انواع راکتور شکافتی

از یک طرف راکتورهایی که بطور مستقیم نوترونهایی با انرژی زیاد ناشی از شکافت را مورد استفاده قرار می‌دهد و این راکتورها به راکتورهای با نوترونهای سریع معروفند که ماده قابل احتراق آنها شامل یک نسبت زیادی از ماده شکافتی (در راکتورهای بزرگ 15%) است، از طرف دیگر راکتورهایی که کند کننده‌ها را مورد استفاده قرار می‌دهند (راکتورهای با نوترونهای حرارتی) و ماده قابل احتراق آن می‌تواند اورانیوم طبیعی باشد.
لازم به یادآوری است که در راکتورهای با نوترونهای حرارتی نمی‌توان اورانیوم طبیعی را مورد استفاده قرار داد، مگر آنکه مواد ساختاری و سیال خنک کننده که گرمای تولیدی را برای راه اندازی توربین آلترناتور انتقال می‌دهد، جذبهای اتلافی بسیار زیادی را سبب نشوند. در بسیاری از راکتورهای حرارتی نوع ماده ساختاری و سیال خنک کننده ، یک غنای سبک (در حدود 3 درصد) از ماده قابل احتراق را الزام می‌دارد.

ساختمان راکتور

از مجموعه‌ای از یاخته‌های بنیادی که از مدادهای دراز یا سوزنهای ماده قابل احتراق تشکیل می‌شوند که سطح آنها توسط یک سیال خنک کننده پوشیده می‌شود. اگر راکتور با نوترون حرارتی باشد، این یاخته‌ها در داخل کند کننده بطور منظم توزیع می‌شوند و در راکتور با نوترون سریع کند کننده وجود ندارد. این مجموعه ، مغز راکتور را تشکیل می‌دهد و توسط بازتاب کننده‌ای احاطه می‌شود که فرار نوترونها را محدود می‌کند و یک محافظ بیولوژیکی (بتن) در مقابل تشعشعات دارد. در مورد راکتورهای با نوترونهای سریع منطقه‌ای به نام غلاف و بطور مستقیم واقع در اطراف مغز ، تولید تازه را امکان پذیر می‌سازد.

قسمت اساسی یک راکتور با نوترون حرارتی (مغز) از عناصر قابل احتراق تشکیل می‌شود که توسط یک سیال مخصوصی که بطور منظم در کند کننده قرار دارد، سرد می‌شود. ماده قابل احتراق شامل ماده شکافتی (معمولا اکسید اورانیوم کم و بیش غنی شده در ایزوتوپ 235) اغلب به صورت مدادهایی (بخ قطر حدود 10 تا 12 میلی متار و به 3.5 متر در یک راکتور بزرگ) در یک غلاف فلزی قرار داده می‌شود. سیال خنک کننده ممکن است آب معمولی ، آب سنگین یا یک گاز باشد. کند کننده آب معمولی ، آب سنگین یا گرافیت است. مغز راکتور با یک بازتاب کننده احاطه می‌شود که از همان ماده کند کننده تشکل می‌شود و فرار نوترونها را به حداقل می‌رساند، مجموعه در یک پوشش ضخیم بتونی قرار می‌گیرد تا در مقابل تشعشعات ، یک حفاظ بیولوژیکی باشد.
در یک راکتور با نوترونهای سریع همان تشکیل دهنده‌های اساسی به استثنای کند کننده وجود دارد. ماده قابل احتراق از پلوتونیم که به صورت اکسید مخلوط PUO2 - UO2 است. سوزنهای ظریف ماده قابل احتراق (به قطر 6 تا 8 میلیمتر و به طول 0.5 تا یک متر) با فولاد زنگ نزن پوشانده شده و توسط سدیم مذاب سرد می‌شوند. سایر سوزنها به نام غلاف ، شامل اکسید UO2 ، مغز را احاطه می‌کنند. آنها تولید تازه را بر اثر تبدیل 238U به 238Pu سبب می‌شوند. بازتاب کننده معمولا از قطعات فولادی تشکیل می شود.
 

مورد خاص راکتورهای زاینده

نوعی از این راکتور ها با مقدار زیادی از سدیم مایع خنک می‌شوند (مانند راکتور سوپرفنیکس که در مدار اولیه آن 1500 تن و در مدار ثانویه 3500 تن سدیم در نظر گرفته شده است). ظرفیت گرمای سدیم زیاد است و در صورت نبودن مصرف ، دمای مغز راکتور بیش از چند درجه در ساعت افزایش نمی‌یابد و آن خطر گرمی فزونی کلی را از بین می‌برد و به راکتور زمان توقف بیشتری می‌دهد. به هنگام کار راکتور ، دمای سدیم در حدود C 400˚ است و از دمای جوش آن (c 880˚) خیلی دور است. بنابراین ، سدیم در ذخیره گرما برای کوتاه مدت نقش بسیار مؤثری دارد. زیرا در ذخیره گرما با وجود این سدیم دارای خطراتی است و احتیاطهای ویژه‌ای را الزام می‌دارد و در تأسیسات کلاسیکی از آن استفاده نمی‌شود.

موسسه کارآموز با قدمت 45 ساله در تاسیس هنرستان فنی و حرفه ای در تهران با هدف تربیت تکنسین متخصص و مومن به ارزشهای اعتقادی، هنرستان غیرانتفاعی کارآموز را در سال 79 با سه رشته کامپیوتر و الکترونیک و الکتروتکنیک تاسیس نمود و در سال 83 رشته مکانیک خودرو نیز به رشته های موجود اضافه شد و خوشبختانه فارغ التحصیلی رشته های مختلف این هنرستان در مراکز علمی و تخصصی مشغول فعالیت می باشند و تعداد قابل ملاحظه ای از فارغ التحصیلان این هنرستان در موسسات آموزش عالی پذیرفته شده و مشغول به تحصیل می باشند.

مجتمع کارآموز از بدو تاسیس سعی بر تجهیز هر چه بهتر کارگاهها و آزمایشگاهها و سایت کامپیوتری و بکارگیری کارکنان و کادر علمی با تجربه و متخصص در آموزشهای فنی و حرفه ای و ایجاد محیط سالم و آرام نموده و از نظر کیفیت و کمیت تجهیزات در بین کلیه هنرستانها کم نظیر میباشد و این روند همواره رو به افزایش بوده و ادامه دارد.
هنرستان کارآموز در فضایی به وسعت 1300 مترمربع و 2800 مترمربع زیربنا در پنج طبقه دارای امکانات ویژه ای چون کارگاههای سیم کشی - سیم پیچی برق صنعتی – تعمیر لوازم خانگی – مکانیک عمومی – الکترونیک مقدماتی – آزمایشگاه اندازه گیری الکتریکی – کارگاه الکترونیک عمومی – آزمایشگاه مبانی مخابرات و رادیو _ سایت کامپیوتر شامل مبانی کامپیوتر، مبانی برنامه سازی و سیستم عامل 1 و کارگاه بسته های نرم افزاری 1و 2، برنامه سازی پاسکال 1 و 2 و تجزیه و تحلیل و طراحی سیستم های کامپیوتری تکنولوژی و کارگاه سخت افزار و برنامه سازی تجاری و ویژوال بیسیک کارگاه مولد قدرت (1) خودرو و کارگاه مولد قدرت (2) خودرو و تعمیرات موتورسواری و سیکلت و شناخت قطعات اتومبیل و برق اتومبیل و سیستم تون آپ (سیستم تنظیم موتور) و کارگاه تنظیم جلوبندی اتومبیل و تعمیرات و تنظیم سیستم سوخت رسانی موتور دیزل و تعمیرات شاسی و بدنه اتومبیل سواری و تعمیرات سیستم انتقال قدرت اتومبیل سواری مطابق با استانداردهای تائید شده وزارت آموزش و پرورش و همچنین فضای آموزشی شامل: کتابخانه و سالن آمفی تئاتر و سالن ناهارخوری و آزمایشگاه فیزیک و شیمی و فضاهای ورزشی و نمازخانه، اطاق های مشاوره و فضای اداری میباشد.

کادر علمی این مرکز از برجسته ترین و زبده ترین افراد در زمینه تدریس دروس علمی و عملی میباشند که تعدادی از آنان در تالیفات زیادی در خصوص کتب درسی هنرستان و آموزشکده و دانشگاه دارند و از کارشناسان برجسته برنامه ریزی آموزشهای فنی و حرفه ای می باشند

دید کلی

وقتی که صحبت از مفهوم انرژی به میان می‌آید، نمونه‌های آشنای انرژی مثل انرژی گرمایی ، نور و یا انرژی مکانیکی و الکتریکی در شهودمان مرور می‌شود. اگر ما انرژی هسته‌ای و امکاناتی که این انرژی در اختیارش قرار می‌دهد، آشنا ‌شویم، شیفته آن خواهیم شد.

آیا می‌دانید که

انرژی گرمایی تولید شده از واکنشهای هسته‌ای در مقایسه با گرمای حاصل از سوختن زغال سنگ در چه مرتبه بزرگی قرار دارد؟

منابع تولید انرژی هسته‌ ای که بر اثر سیلابها و رودخانه از صخره شسته شده و به بستر دریا می‌رود، چقدر برق می‌تواند تولید کند؟

کشورهایی که بیشترین استفاده را از انرژی هسته‌ای را می‌برند، کدامند؟ و ... .

نحوه آزاد شدن انرژی هسته‌ای

می‌دانیم که هسته از پروتون (با بار مثبت) و نوترون (بدون بار الکتریکی) تشکیل شده است. بنابراین بار الکتریکی آن مثبت است. اگر بتوانیم هسته را به طریقی به دو تکه تقسیم کنیم، تکه‌ها در اثر نیروی دافعه الکتریکی خیلی سریع از هم فاصله گرفته و انرژی جنبشی فوق العاده‌ای پیدا می‌کنند. در کنار این تکه‌ها ذرات دیگری مثل نوترون و اشعه‌های گاما و بتا نیز تولید می‌شود. انرژی جنبشی تکه‌ها و انرژی ذرات و پرتوهای بوجود آمده ، در اثر برهمکنش ذرات با مواد اطراف ، سرانجام به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود. مثلا در واکنش هسته‌ای که در طی آن 235U به دو تکه تبدیل می‌شود، انرژی کلی معادل با 200MeV را آزاد می‌کند. این مقدار انرژی می‌تواند حدود 20 میلیارد کیلوگالری گرما را در ازای هر کیلوگرم سوخت تولید کند. این مقدار گرما 2800000 بار برگتر از حدود 7000 کیلوگالری گرمایی است که از سوختن هر کیلوگرم

زغال سنگ حاصل می‌شود.