همه چیز درباره سوخت هسته ای

در این روزها موضوعات بحثهای داغ هسته ای بیشتر روی محور تهیه سوخت هسته ای می گردد در نتیجه بر آن شدیم تا درباره سوخت هسته ای مطالبی را برای آشنایی بیشتر مخاطبان بیاوریم.

مراحل ساخت سوخت

مراحل ساخت سوخت پس از تبدیل مجدد و انجام فرآیند تهیه اکسید اورانیم به صورت پودر مورد نظر با مشخصات و ویژگی های لازم برای واکنش شکافت با راندمان موثر و ایجاد حرارت عبارتند از:

فشرده سازی پودر اکسید اورانیم

سخت کردن قرص با فرآیندهای حرارتی و متالوژی

سایش

بازدید ظواهر و ابعاد

جوشکاری سر میله

تزریق هلیم

بازدید

بازدید ابعاد

آزمون نشت هلیم

آزمون یا اشعه ایکس

اسکن و آزمون دقیق

جوشکاری انتهایی میله

بازدید جوشکاری

مدیریت سوخت

در واقع در این بخش از سیکل سوخت هسته ای نتایج کلیه فعالیت ها، در اینجا به عنوان اصلی ترین بخش از سیکل سوخت هسته ای باید منجر به نتیجه گردد، در جایی که منظور اصلی از تمامی فعالیت های پیشین و پسین در آن تمرکز داشته و به نحوی محقق می شود، که همان تولید انرژی است. مسلماً در این نقطه عطف، به یک مدیریت علمی و مهندسی منضبط نیاز است که بهره برداری بهینه را، در تلاش های متمرکز شده، به عمل آورد. لذا سعی می شود در زیر توضیح متناسبی درباره آن داده شود.

اصول فیزیکی راکتورها این است که در ضمن ساطع شدن تشعشع حاصل از فرآیند شکافت نوکلوییدهای اورانیم-235، انرژی و محصولات شکافت تولید می شوند. انرژی حاصل از نوع انرژی حرارتی می باشد. این حرارت توسط خنک کننده از اطراف مجتمع های سوخت به مدار تولید بخار که به توربین ارتباط دارد انتقال می یابد.

قلب راکتور، بسته ها یا مجموعه های سوخت را که دارای درجات متفاوتی از اورانیم غنی شده هستند در خود جای می دهد. بطور معمول آرایش و قرار گرفتن سوخت ها بدین ترتیب است که در مرکز قلب راکتور، سوخت های غنی تر و در محل های دورتر از قلب راکتور، سوخت هایی با غنای کمتر قرار می گیرند. زمان های تشعشع، میزان سوخت و سوخت گیری مجدد نوعی ارتباط نزدیک و نسبتاً پیچیده با یکدیگر دارند. و تنظیم آن ها بنحوی است که بهینه ترین بازدهی را از خود بروز دهند. مجموع زمان تشعشع و استفاده سوخت ها در راکتور حدود 3 سال است، با تلاش برای اینکه ضریب بهره گیری هر چه بیشتر افزایش یابد. تحت چنین رژیمی یک سوم سوخت هر سال تعویض شده و دو سوم دیگر آرایش مجدد می گیرند.

به عنوان مثال یک راکتور 1300 مگاواتی آب سبک دارای قلبی با قطر و ارتفاع حدود 4 متر می باشد که 240 مجموعه سوخت، هر یک شامل 200 میله سوخت و هر میله سوخت قرص هایی با قطر حدود یک سانتی متر را درون (میله های زیر کالوی) خود جای می دهند. بطور متوسط اورانیم طبیعی مورد نیاز حدود 140 تن برای یک راکتور 1000 مگاواتی در سال می باشد. البته این نیاز بر اساس درجه میزان سوخت و برخی از امکانات، نوع راکتور و استراتژی سوخت مصرف شده، تغییر می کند.

سوخت مصرف شده

در مدتی که سوخت های هسته ای در راکتور قرار گرفته اند، در اثر واکنش های زنجیره شکافت تولید حرارت می نمایند. در عین حال پرتوگیری بسیار زیادی نیز بر آن تحمیل شده و پس از مدتی به اصطلاح سوخته شده و رادیو اکتیویته آن کاهش می یابد. به عبارتی اورانیم آن مصرف شده و محصولات شکافت در آن تجمع پیدا می کنند. این مواد از این پس برای اتم های اورانیم- 235 به دلیل جاذب نوترون های حاصل از شکافت، مواد مسموم کننده محسوب شده و سبب کاهش ضریب ازدیاد نوترون و رادیو اکتیوینه می شوند. لذا در این موقع مجموعه های سوخت که کمترین اکتیویته را دارند، به عنوان سوخت های مصرف شده از راکتور خارج می شوند. این سوخت های مصرف شده تقریباً غیر محتمل است که بتوانند بحرانی شوند یا واکنش زنجیره ای نگهدارنده ای را به وجود آورند. به همین دلیل از این پس حمل و نقل آنها به دلیل نزدیک هم قرار دادن آن ها به مراتب آسان تر انجام می پذیرد.

زمانی که سوخت های مصرف شده از راکتور خارج می شوند به دلیل تشعشعات یا پرتوهای ناشی از پاره های شکافت و حرارت زیاد، قرار دادن آن در نزدیکی راکتور درون استخر آب برای مدتی اجتناب ناپذیر است. در یک مدت معقولی، از سطح این تشعشعات و حرارت به میزان قابل توجهی کاسته می شود. محل های نگهداری یا داخل راکتوراست که اصطلاحاً به AR و یا بیرون از راکتور است که به AFR موسوم است. این امکانات چه در داخل و یا خارج از راکتور باشند. شامل یک استخر بزرگ آب است. آب هم به عنوان یک محافظ در مقابل پرتوها و هم به عنوان جذب کننده حرارت ساطع شده از سوخت عمل می کند.

معمولاً برای نگهداری های طولانی تر از امکانات بیرون از راکتور استفاده می شود که ممکن است، همان استخر بزرگ آب باشد یا احتمالا در انبارهای خشک نگهداری شوند. مثلاً این نیازها از هر نوعی که باشند ( تر یا خشک) علاوه بر خنک کردن و ایمنی ناشی از پرتوها باید امکان بررسی هایی نظیر تغییراتی که ممکن است در انبار پیش آید و در نظر گرفتن آن نسبت به مرفولوژی سطح زمین، بازدید روزمره و انتقال و استفاده مجدد آن ها امکان پذیر باشد.

نهایتاً پس از گذشت زمان کافی در این انبارهای واسطه ای این سوخت ها برای بازفرآوری یا دفن دایمی به مراکز مربوطه انتقال می یابند.

تهیه کننده: مژده اصولی