تبیان، دستیار زندگی

1- نيروگاه حرارتي: از اواخر قرن نوزدهم بشر براي توليد الكتريسيته از نيروگاه هاي حرارتي استفاده مي كند. در اين نيروگاه ها ابتدا زغال سنگ مصرف مي شد و بعدها فرآورده هاي سنگين نفتي مورد استفاده قرار گرفت. اساس كار اين نيروگاه ها بر گرم كردن آب تا حالت بخار است و سپس بخارهاي توليد شده توربين هاي توليدكننده الكتريسيته را به حركت در مي آورند. عيب اين نوع نيروگاه ها توليد گاز كربنيك فراوان و اكسيدهاي ازت و گوگرد و غيره است كه در جو زمين رها شده و محيط زيست را آلوده مي كنند. دانشمندان بر اين باورند كه در اثر افزايش اين گازها در جو زمين اثر گلخانه اي به وجود آمده و دماي كره زمين در حال افزايش است. در كنفرانس هاي متعددي كه درباره همين افزايش گازها و به ويژه گرم شدن كره زمين در نقاط مختلف جهان برگزار شد (لندن، ريو دوژانيرو و همين سال گذشته در كيوتو) غالب كشورهاي جهان جز ايالات متحده آمريكا موافق با كم كردن توليد اين گازها بر روي كره زمين بودند و تاكنون تنها به علت مخالفت آمريكا موافقتي جهاني حاصل نشده است.

2- نيروگاه هاي آبي: در مناطقي از جهان كه رودخانه هاي پر آب دارند به كمك سد آب ها را در پس ارتفاعي محدود كرده و از ريزش آب بر روي پره هاي توربين انرژي الكتريكي توليد مي كنند. كشورهاي شمال اروپا قسمت اعظم الكتريسيته خود را از آبشارها و يا سدهايي كه ايجاد كرده اند به دست مي آورند. در كشور فرانسه حدود 30 تا 40 درصد الكتريسيته را از همين سدهاي آبي به دست مي آورند. متاسفانه در كشور ما چون كوه ها لخت (بدون درخت) هستند غالب سدهاي ساخته شده بر روي رودخانه ها در اثر ريزش كوه ها پر شده و بعد از مدتي غير قابل استفاده مي شوند.

3- نيروگاه هاي اتمي: در دهه اول و دوم قرن بيستم نظريه هاي نسبيت اينشتين امكان تبديل جرم به انرژي را به بشر آموخت (فرمول مشهور اينشتين mc2=E). متاسفانه اولين كاربرد اين نظريه منجر به توليد بمب هاي اتمي در سال 1945 توسط آمريكا شد كه شهرهاي هيروشيما و ناكازاكي در ژاپن را به تلي از خاك تبديل كردند و چند صد هزار نفر افراد عادي را كشتند و تا سال هاي متمادي افراد باقي مانده كه آلوده به مواد راديواكتيو شده بودند به تدريج درپي سرطان هاي مختلف با درد و رنج فراوان از دنيا رفتند. بعد از اين مرحله غير انساني از كاربرد فرمول اينشتين، دانشمندان راه مهار كردن بمب هاي اتمي را يافته و از آن پس نيروگاه هاي اتمي متكي بر پديده شكست اتم هاي اورانيم- تبديل بخشي از جرم آنها به انرژي- براي توليد الكتريسيته ساخته شد.

اتم هاي سنگين نظير ايزوتوپ اورانيم 235 و يا ايزوتوپ پلوتونيم 239 در اثر ورود يك نوترون شكسته مي شود و در اثر اين شكست، 200 ميليون الكترون ولت انرژي آزاد شده و دو تكه حاصل از شكست كه اتم هاي سبك تر از اورانيم هستند توليد مي شود. اتم هاي به وجود آمده درپي اين شكست غالباً راديواكتيو بوده و با نشر پرتوهاي پر انرژي و خطرناك و با نيمه عمر نسبتاً طولاني در طي زمان تجزيه مي شوند. اين پديده را شكست اتم ها (Fision) گويند كه بر روي اتم هاي بسيار سنگين اتفاق مي افتد. در اين فرايند همراه با شكست اتم، تعدادي نوترون به وجود مي آيد كه مي تواند اتم هاي ديگر را بشكند، لذا بايد نوترون هاي اضافي را از درون راكتور خارج كرد و اين كار به كمك ميله هاي كنترل كننده در داخل راكتور انجام مي گيرد و اين عمل را مهار كردن راكتور گويند كه مانع از انفجار زنجيره اي اتم هاي اورانيم مي گردد.

از آغاز نيمه دوم قرن بيستم ساخت نيروگاه هاي اتمي يا براي توليد الكتريسيته و يا براي توليد راديو عنصر پلوتونيم كه در بمب اتم و هيدروژني كاربرد دارد، شروع شد و ساخت اين نيروگاه ها تا قبل از حوادث مهمي نظير تري ميل آيلند در آمريكا در سال 1979 ميلادي و چرنوبيل در اتحاد جماهير شوروي سابق در سال 1986 همچنان ادامه داشت وتعداد نيروگاه هاي اتمي تا سال 1990 ميلادي از رقم 437 تجاوز مي كرد. بعد از اين دو حادثه مهم تا مدتي ساخت نيروگاه ها متوقف شد. در سال 1990 مقدار انرژي توليد شده در نيروگاه هاي صنعتي جهان از مرز 300 هزار مگاوات تجاوز مي كرد.

ولي متاسفانه در سال هاي اخير گويا حوادث فوق فراموش شده و گفت وگو درباره تاسيس نيروگاه هاي اتمي جديد بين دولت ها و صنعتگران از يكسو و دانشمندان و مدافعان محيط زيست آغاز شده است. بديهي است اغلب دانشمندان و مدافعان محيط زيست مخالف با اين روش توليد انرژي هستند و محاسبات آنها نشان مي دهد كه اگر قرار باشد تمام جهانيان از نيروگاه اتمي استفاده كنند، از يكسو احتمالاً توليد پلوتونيم از كنترل آژانس جهاني كنترل انرژي هسته اي خارج خواهد شد و امكان دارد هر ديكتاتور غيرمعقول و ناآشنا با مفاهيم علمي تعادل محيط زيست، داراي اين سلاح خطرناك شود. از سوي ديگر افزايش مواد زايد اين نيروگاه ها كه غالباً راديوايزوتوپ هاي سزيم 137 و استرانسيم 90 و پلوتونيم 239 است، سياره زمين را مبدل به جهنمي غير قابل سكونت خواهد كرد.

با وجود اين، اخيراً ايالات متحده آمريكا مسائل فوق را فراموش كرده و برنامه ساخت نيروگاه هاي اتمي را مورد مطالعه قرار داده است. در كشورهاي اروپايي نيز صنايع مربوطه و به ويژه شركت هاي توليدكننده برق دولت هاي متبوع خود را براي تاسيس نيروگاه هاي اتمي تحت فشار قرار داده اند. ولي خوشبختانه در اين كشورها با مقاومت شديد مدافعان محيط زيست روبه رو شده اند. اما در كشورهاي آسيايي، در حال حاضر 22 نيروگاه اتمي در دست ساخت است (تايوان 2- چين 4- هندوستان 8- كره جنوبي 2- ژاپن 3- كره شمالي 1- ايران 2) و در كشورهاي كمونيستي سابق ده نيروگاه در حال ساخت است (اوكـراين 4- روسيه 3- اسلواكي 2- روماني 1)

مواد زايد نيروگاه هاي موجود و در حال بهره برداري از 300 هزار تن در سال تجاوز مي كند و تا سال 2020 كه 33 نيروگاه در حال ساخت كنوني است به بهره برداري خواهند رسيد، مواد زايد راديواكتيو و خطرناك از مرز 500 هزار تن در سال تجاوز خواهد كرد. (مجله كوريه اينترناسيونال 17-11 دسامبر 2003 صفحه 12) اگر اروپايي ها و آمريكا و كانادا نيز ساخت نيروگاه هاي اتمي را شروع كنند، مواد زايد و راديواكتيو جهان از حد ميليون تن در سال تجاوز خواهد كرد. بايد توجه داشت كه براي از بين رفتن 99 درصد راديو اكتيويته اين مواد بايد حداقل 300 سال صبر كرد.

4- نيروگاه متكي بر پديده پيوست اتم ها: از اواسط قرن بيستم دانشمندان با جديت فراوان مشغول پژوهش و آزمايش بر روي پديده پيوست اتم هاي سبك هستند. در آغاز نيمه دوم قرن بيستم كشورهاي غربي (آمريكا، فرانسه و انگلستان و...) و اتحاد جماهير شوروي، از اين پديده براي مصارف نظامي و توليد بمب هيدروژني استفاده كرده و به علت ارزان بودن فرآورده هاي نفتي، كشورهاي پيشرفته كمك مالي چنداني به دانشمندان براي يافتن وسيله كنترل بمب هيدروژني نكردند و اكنون كه قسمت اعظم ذخاير نفت و گاز مصرف شده، به فكر ساخت نيروگاهي براساس پديده پيوست اتم ها افتاده اند كه در آغاز به آن اشاره شد و در زير اصول آن تشريح مي شود.

الف) بمب هيدروژني: بمب هيدروژني در واقع يك بمب اتمي است كه در مركز آن ايزوتوپ هاي سنگين هيدروژن (دوتريم D و تريسيم T و يا فلز بسيار سبك ليتيم Li) را قرار داده اند. بمب اتمي به عنوان چاشني شروع كننده واكنش است. با انفجار بمب اتمي دمايي معادل ده ها ميليون درجه (K10000000) در مركز توده سوخت ايجاد مي شود، همين دماي بالا سبب تحريك اتم هاي سبك شده و آنها را با هم گداخت مي دهد. در اثر گداخت و يا در واقع پيوست اتم هاي سبك با يكديگر انرژي بسيار زيادي توليد مي شود. اين است كه در موقع انفجار بمب هيدروژني دو قارچ مشاهده مي شود، قارچ اول مربوط به شكست اتم هاي اورانيم يا پلوتونيم است و قارچ دوم مربوط به پديده پيوست اتم هاي سبك با يكديگر است كه به مراتب از قارچ اول بزرگ تر و مخرب تر است. واكنشي كه در خورشيد اتفاق مي افتد نتيجه پيوست اتم هاي هيدروژن با يكديگر است، دماي دروني خورشيدها ميليون درجه است. (دماي سطح خورشيد 6000 درجه است).

در مركز خورشيد از پيوست اتم هاي هيدروژن معمولي ايزوتوپ هاي دوتريم و تريسيم توليد مي شود و سپس اين ايزوتوپ به هم پيوسته شده و هسته اتم هليم را به وجود مي آ ورند. اين واكنش ها انرژي زا هستند و در اثر واكنش اخير 6/17ميليون الكترون ولت انرژي توليد مي شود. و اين واكنش ها همراه انفجار وحشتناك و مهيبي است كه همواره در درون خورشيد به طور زنجيره اي ادامه دارد و دليل اينكه خورشيد از هم متلاشي نمي شود اثر نيروي گرانشي بر روي جرم بي نهايت زياد درون خورشيد است. وقتي كه ذخيره هيدروژن خورشيد تمام شود، زمان مرگ خورشيد فرا مي رسد. (البته در 5 تا 6 ميليارد سال ديگر).

در مقايسه نسبي اوزان، در پديده پيوست 4 برابر انرژي بيشتر از پديده شكست اتم هاي اورانيوم توليد مي شود.

ب) نيروگاه متكي بر پديده پيوست:در اين پديده همانطور كه گفته شد اتم هاي سبك با يكديگر پيوست حاصل كرده و اتمي سنگين تر از خود به وجود مي آورند، در واقع همان واكنشي است كه در خورشيد اتفاق مي افتد ولي بايد شرايط ايجاد آن را بدون كاربرد بمب اتمي به وجود آورد و به ويژه بايد آن را تحت كنترل درآورد. از دهه 1950 تاكنون دانشمندان سعي در به وجود آوردن دمايي در حدود ميليون درجه كرده تا واكنش پيوست را به نحو متوالي در اين دما نگه دارند، دستگاهي كه براي اين كار ساخته اند توكاماك Tokamak نام دارد. تاكنون در آزمايشگاه ها توانسته اند به مدت حداكثر 4 دقيقه اين واكنش را ايجاد و كنترل كنند. در اين دستگاه كه در شكل نمايش داده شده است، ميدان مغناطيسي بسيار شديدي ايجاد كرده و شدت جريان الكتريكي در حدود 15 ميليون آمپر از آن عبور مي كند (برق منزل شما 30 تا حداكثر 90 آمپر است). در مركز اين دستگاه اتم هاي سبك در اثر ميدان مغناطيسي و الكتريكي، حالت پلاسما را خواهند داشت. (در روي زمين ما سه حالت از ماده را مي شناسيم: جامد، مايع و بخار، ولي در داخل ستارگان يا خورشيد ماده به صورت پلاسما است، يعني در اين حالت هسته اتم ها در دريايي از الكترون ها غرق اند.) در چنين حالتي اتم هاي سبك آنقدر تحريك و نزديك به هم شده اند كه در هم نفوذ مي كنند و اتم جديدي كه هليم است به وجود مي آيد. (ستارگان بسيار حجيم تر از خورشيد دماي دروني بيش صدها ميليون و يا حتي ميليارد درجه است و در آنها اتم هاي سنگين تر نظير كربن، ازت و اكسيژن با هم پيوست مي كنند و عناصري مانند سليسيم و گوگرد و... را به وجود مي آورند .