سوخت هسته ای و فرایند آن

سوخت هسته ای و فرایند آن در 64 صفحه word قابل ویرایش با فرمت doc

پایان چرخه سوخت هسته ای

پسماندهای هسته‌ای

]علی رغم سابقه به وضوح ایمن در طول نیم قرن گذشته، امروزه یكی از بحث برانگیزترین جنبه های چرخه سوخت هسته ای مسئله مدیریت و دفع پسماندهای پرتوز است[.

 P1 مشكل ترین مسئله، پسماندهای سطح بالا هستند، و دو سیاست مختلف برای مدیریت آنها وجود دارد:

 · بازفرآوری سوخت مصرف شده برای جدا كردن آنها (كه با شیشه ای كردن و دفع كردن آنها ادامه می یابد) یا

 · دفع مستقیم سوخت مصرف شده دارای پرتوزایی سطح بالا به صورت پسماند.

]پسماندهای هسته ای اصلی در سوخت راكتور سفالی محفوظ باقی می مانند[.

 P2 همانطور كه در فصل‌های 3و4 به طور خلاصه گفته شد، “سوزاندن” سوخت در قلب راكتور محصولات شكافتی تولید می كند به مانند ایزوتوپ های مختلف باریم، استرونسیم، نریم، ید، كریپتون و گرنون (Ba، Sr، Cs، I، Kr، Xe). بیشترین ایزوتوپ‌های شكل گرفته به صورت محصولات شكافت در سوخت به شدت پرتوزا هستند و متعاقباً عمرشان كوتاه است.

 P3 علاوه بر این اتم های كوچكتر به وجود آمده از شكافت سوخت، ایزوتوپ‌های ترااورانومی مختلفی هم با جذب نوترون تشكیل می شوند. از جمله اینها پلوتونیوم- 239، پلوتونیوم- 240 و پلوتونیوم- 241[1]، به علاوه محصولات دیگری هستند كه از جذب نوترون توسط u-2381 در قلب راكتور و سپس تلاشی بتا به عمل می آیند. همه اینها پرتوزا هستند و به غیر از پلوتونیوم شكافت پذیر كه “می‌سوزد”، در سوخت مصرف شده ای كه از راكتور برداشته می شود باقی می مانند. ایزوتوپ های ترا اورانیوم و دیگر اكتنیدها[2] بیشترین قسمت از پسماندهای سطح بالای با طول عمر زیاد را شكل می دهند.

 P4 در حالی كه چرخه سوخت هسته ای صلح آمیز، پسماندهای مختلفی تولید می‌كند، این پسماندها “آلودگی” به شمار نمی آیند، زیرا در عمل همه آنها نگهداری و مدیریت می شوند، در غیر این صورت است كه خطرناك خواهند بود. در حقیقت توان هسته ای تنها صنعت تولید انرژی است كه مسئولیت كامل همه پسماندهایش را برعهده گرفته و هزینه آن را به طور كامل بر قیمت تولیداتش اضافه می كند. وانگهی هم اكنون مهارت های به دست آمده در مدیریت پسماندهای غیر نظامی در حال شروع به اعمال شدن به پسماندهای نظامی است كه یك مشكل محیط زیستی جدی در چند نقطه جهان ایجاد كرده است.

]پسماندهای پرتوزا مواد گوناگونی را شامل می شوند كه از جهت محافظت مردم و محیط زیست اقدامات متفاوتی را طلب می كنند. مدیریت و دفع آنها از نظر فن آوری سر راست است[.

 P5 این پسماندها براساس مقدار و نوع پرتوزایی موجود در آنها معمولاً به سه دسته تحت عنوان های پسماندهای سطح پایین سطح متوسط و سطح بالا دسته بندی می‌شوند.

 P6 عامل دیگر در مدیریت پسماندها مدت زمانی است كه آنها ممكن است خطرناك باقی بمانند. این زمان به نوع ایزوتوپ های پرتوزای موجود در آنها و به خصوص مشخصه نیمه عمر هر یك از این ایزوتوپ ها بستگی دارد. نیمه عمر مدت زمانی است كه طی می شود تا یك ایزوتوپ پرتوزا نیمی از پرتوزائیش را از دست بدهد. پس از چهار نیمه عمر سطح پرتوزایی به مقدار اولیه آن و پس از هشت نیمه عمر به آن می رسد.

 P7 ایزوتوپ های پرتوزای مختلف نیمه عمرهایی دارند كه از كسری از ثانیه تا دقیقه‌ها، ساعات یا روزها، حتی تا میلیون ها سال گسترده شده اند. پرتوزایی با گذشت زمان، همانطور كه این ایزوتوپ ها به ایزوتوپ های پایدار غیر پرتوزا تلاش می كنند كم می شود.

 P8 آهنگ تلاشی یك ایزوتوپ با عكس نیمه عمرش متناسب است. یك نیمه عمر كوتاه به معنای تلاشی سریع است. بنابراین، برای هر نوع پرتوزایی، شدت پرتوزایی بالاتر در یك مقدار ماده داده شده مستلزم كوتاه‌تر بودن نیمه عمر است.

P9 سه اصل كلی برای مدیریت پسماندهای پرتوزا بكار گرفته می شود:

 · تغلیظ و نگهداری concentrate-and-cantain

 · تضعیف و پراكنش dilute- and disparoe

 · تأخیر و تلاش delay-and-decay

 P10 دو تای اول در مورد مدیریت پسماندهای غیر پرتوزا هم به كار می روند. پسماندها یا تغلیظ شده و سپس متروی می شوند، یا (برای مقادیر خیلی كم) تا سطح قابل قبولی تضعیف شده و سپس به محیط زیست باز گردانده می شوند. با این وجود تأخیر و تلاشی منحصر به مدیریت پسماندهای پرتوزاست و به این معنی است كه پسماند ذخیره و اجازه داده می شود كه پرتوزایی آن از طریق تلاشی طبیعی ایزوتوپ‌های موجود در آن كم شود.

 ]در چرخه سوخت هسته ای غیرنظامی توجگه اصلی بر پسماندهای سطح بالاست كه حاوی محصولات شكافت و عناصر ترا اورانیومی تشكیل شده در قلب راكتور هستند[.

P11 پسماند سطح بالا: ممكن است خود سوخت مصرف شده یا پسماند اصلی حاصل از باز پردازش آن باشد. در هر دو حال این حجم متوسطی دارد- در حدود 30-25 تن سوخت مصرف شده یا سه مترمكعب پسماند شیشه ای شده در سال برای یك نمونه راكتور هسته ای بزرگ (1000 MWC، نوع آب سبك). این حجم می تواند به صورت موثر و اقتصادی ایزوله شود. سطح پرتوزایی آن به سرعت كم می شود. به عنوان نمونه، یك مجموعه سوخت راكتور آب سبك تازه تخلیه شده آن قدر پرتوزایی دارد كه چند صد كیلو وات گرما می پراكند، اما پس از یك سال این مقدار به 5kw و پس از پنج سال به یك كیلووات می رسد. ظرف مدت 40 سال پرتوزایی آن به حدود یك هزارم مقدار آن هنگام تخلیه می رسد.

 P12 اگر سوخت مصرف شده بازفرآوری شود، %3 آن كه به صورت پسماند سطح بالا ظاهر می شود، عمدتاً مایع است و حاوی “خاكستر” اورانیوم سوخته شده است. این پسماند كه شامل محصولات شكافت به شدت پرتوزا و چند عنصر سنگین با پرتوزایی دراز مدت است، مقدار قابل توجهی گرما تولید می كند و باید خنك شود. این به صورت شیشه بورو سیلیكات[1] (شبیه به پیركتن) و به منظور پوشینه‌داری، ذخیره سازی میان مدت، و دفع نهایی در اعماق زمین شیشه ای می شود. این سیاستی است كه توسط بریتانیا، فرانسه، آلمان، ژاپن، چین و هند اتخاذ می شود. (بخش های 5-2 و 5-3 را ببینید)

 P13 از طرف دیگر، اگر سوخت مصرف شده راكتور باز پردازش نشود، همه ایزوتوپ های با پرتوزایی بالا و اكتنیدهای دراز عمر در آن باقی می‌مانند، و در این صورت همه مجموعه های سوخت به شكل پسماند سطح بالا رفتار می كنند. گزینه دفع مستقیم توسط امریكا، كانادا و سوئد دنبال می شود، بخش 5-4 را بینید.

 P14 تعدادی از كشورها انتخابی بین بازپردازی و دفع مستقیم را گردن نهاده اند.

 P15 پسماندهای سطح بالا تنها %3 حجم كل پسماندهای پرتوزای جهان را تشكیل می‌دهند، اما 95% كل پرتوزایی از آنهاست.

 P16 علاوه بر پسماندهای سطح بالای حاصل از تولید توان هسته‌ای، هرگونه استفاده از مواد پرتوزا در بیمارستان ها، آزمایشگاه ها و صنایع آنچه را كه (پسماندهای سطح- پایین) نامیده می شود، تولید می كند. رسیدگی كردن اینها خطرناك نیست اما باید با دقتی بیش از زباله‌های معمولی دفع شوند. پسماندهای هسته ای از بیمارستان‌ها. دانشگاهها و صنایع به علاوه صنایع توان هسته ای می آیند، آنها می توانند خاكستر شوند و معمولاً دست آخر در محل های دفن زباله كم عمقی چال می شوند. نشان داده شده است كه این روش موثری برای مدیریت پسماند این چنین مواد نسبتاً بی‌خطری است به شرطی كه همه مواد بسیار سمی ابتدا جدا شده و جزء پسماندهای سطح بالا قرار گیرد.

 كشورهای زیادی دارای مخازن پایانی فعال برای پسماندهای سطح پایین هستند. پسماندهای سطح پایین تقریباً همان پرتوزایی را دارند كه سنگ معدن لورانیوم مرتبه پایین دارد و هم آنها بالغ بر بیش از پنجاه برابر پسماندهای سطح بالای سالانه است. در كل جهان این پسماندها 90% كل حجم را تشكیل می دهند اما فقط 1% پرتوزایی كل همه پسماندهای پرتوزا را دارند.

 ]پسماندهای سطح متوسط[ بیشتر از صنایع هسته ای می آیند. آنها پرتوزاتر هستند و باید پیش از رسیدگی و دفع در برابر مردم حفاظ گذاری نشوند و شامل درین‌ها، رسوب‌های شیمیایی و اجزای راكتور به علاوه مواد آلوده مربوط به از رده خارج كردن راكتورها می شوند. این پسماندها برای دفع بیشتر در بتون قرار داده می شوند. معمولاً پسماند كوتاه عمر (بیشتر از راكتورها) دفن می شود، اما پسماند دراز عمر (از سوخت هسته ای بازفرآوری شده) در اعماق زیر زمین دفع می شوند. پسماندهای سطح میانی 7% حجم پسماندهای پرتوزای و 4% پرتوزایی جهان را تشكیل می دهند.

بازفرآوری سوخت مصرف شده

 ]مهمترین دلیل برای بازفرآوری بیرون كشیدن اورانیوم و پلوتونیوم مصرف نشده از عناصر سوخت مصرف شده است. دلیل دوم كاهش حجم موادی است كه به صورت پسماند سطح بالا دفع می شوند[.

 P1 بازفرآوری از هدر رفتن مقدار قابل توجهی از منابع جلوگیری می كند زیرا بیشتر سوخت مصرف شده (اورانیومی با كمتر از 1% u-235 و اندكی پلوتونیوم) می‌تواند به صورت عناصر سوخت جدید بازیابی شود، كه 30% اورانیوم طبیعی را كه در غیر این صورت لازم بود ذخیره می كند. این اورانیوم و پلوتونیوم به سوخت اكسید مختلط تبدیل می شوند و یك منبع مهم هستند. سپس پسماندهای سطح بالای باقی مانده برای دفع‌شدن به صورت مواد جامدفشرده، پایدار و غیرقابل حلی تبدیل می‌شوند كه دفعشان از مجموعه های حجیم سوخت مصرف شده آسان تر است.

 P2 یك راكتور آب سبك 1000Mwe در حدود 25 تن سوخت مصرف شده در سال تولید می كند، تا به حال، پیش از 80000 تن از سوخت مصرف شده‌ی راكتورهای تولید برق تجاری بازفرآوری شده است و هم اكنون ظرفیت سالانه این كار حدود 5000 تن در سال است.

فهرست:

بازفرآوری سوخت مصرف شده
پسماندهای سطح بالای مربوط به بازفرآوری‌
انبار و دفع سوخت مصرف شده به عنوان “پسماند”
ایمنی راكتور
یك همسان طبیعی: oklo
بازفرآوری سوخت مصرف شده
پسماندهای سطح بالای مربوط به بازفروری‌
انبار و دفع سوخت مصرف شده به عنوان “پسماند”
5-5- دفع پسماندهای جامد
هزینه
5-6- راكتورهای از كار انداخته شده
مثال ها
هزینه ها
ایمنی راكتور

جهت دریافت فایل سوخت هسته ای و فرایند آن لطفا آن را خریداری نمایید