تحقیق چرخه سوخت هسته ای چیست ( ورد)

دسته بندي : دانش آموزی و دانشجویی » دانلود تحقیق
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل :  word (..doc) ( قابل ويرايش و آماده پرينت )
تعداد صفحه : 3 صفحه

 قسمتی از متن word (..doc) : 
 

‏چرخه سوخت هسته ای چیست؟
‏اورانیومی که از ‏زمین استخراج می شود، بلافاصله قابل استفاده در نیروگاههای تولید انرژی نیست. برای ‏آنکه بتوان بیشترین بازده را از اورانیوم به دست آورد، فرآیندهای مختلفی روی سنگ ‏معدن اورانیوم صورت می گیرد تا غلظت ایزوتوپ u-235 ‏که قابل شکافت است، افزایش ‏یابد.
‏چرخه سوخت اورانیوم نسبت به سوخت های رایج دیگر، از جمله ذغال سنگ، نفت و ‏گاز طبیعی، به مراتب پیچیده تر و متمایزتر است. چرخه سوخت اورانیوم را چرخه سوخت ‏هسته ای نیز می گویند. چرخه سوخت هسته ای از دو بخش انتهای جلویی و انتهای عقبی ( front end , Back end ) ‏تشکیل شده است. انتهای جلویی چرخه، مراحلی است که منجر به ‏آماده سازی اورانیوم به عنوان سوخت رآکتور هسته ای می شود و شامل استخراج از معدن، ‏آسیاب کردن، تبدیل، غنی سازی و تولید سوخت است.
‏اکتشاف و استخراج
‏ذخایر طبیعی اورانیوم، ‏سنگ معدن اورانیوم است که براساس مقدار قابل استحصال از معدن محاسبه می شود. با ‏تکنیک ها و روش های زمین شناسی، معدن اورانیوم شناسایی می شود و نمونه هایی از سنگ ‏معدن به آزمایشگاه فرستاده می شود. در آنجا، محلولی از سنگ معدن تهیه می کنند و ‏اورانیوم ته نشین شده را مورد بررسی قرار می دهند تا بفهمند چه مقدار اورانیوم را ‏می توان از آن معدن استخراج کرد و چقدر هزینه می برد.
‏اورانیوم موجود در طبیعت ‏معمولاً از دو ایزوتوپ u-235 ‏و u-238 ‏تشکیل می شود که فراوانی آنها به ترتیب 71/0 ‏درصد و 28/99 درصد است.
‏هنگامی که معدن شناسایی شد، به سه روش می توان اورانیوم ‏را استخراج کرد: استخراج از سطح زمین، استخراج ازمعادن زیرزمینی و تصفیه در معدن. ‏دو روش نخست همانند دیگر روش های استخراج فلزات هستند، ولی در روش سوم که در ایالات ‏متحده استفاده می شود، سنگ معدن در خود معدن تصفیه می شود و اورانیوم بدست می آید. ‏سنگ معدن اورانیوم معمولا از اکسید اورانیوم (u3o8) ‏تشکیل شده است و غلظت آن در سنگ ‏معدن بین 05/0 تا 3/0 درصد تغییر می کند.
‏البته این تنها منبع اورانیوم نیست. ‏اورانیوم در برخی معادن فسفات با منشأ دریایی نیز وجود دارد که البته فراوانی بسیار ‏کمی دارد، به طوری که حداکثر به 200 ذره در میلیون ذره می رسد. از آنجایی که این ‏معادن فسفات مقادیر انبوهی تولید دارند، می توان اورانیوم را با قیمت معولی استحصال ‏کرد.
‏آسیاب کردن
‏پس از استخراج سنگ معدن، تکه ‏سنگ ها به آسیاب فرستاده می شود تا خوب خرد شده، خرده سنگ هایی که با ابعاد یکسان ‏تولید شود. اورانیوم توسط اسید سولفوریک از دیگر اتم ها جدا می شود، محلول غنی شده ‏از اورانیوم تصفیه می شود و خشک می شود. محصول به دست آمده، کنستانتره جامد ‏اورانیوم است که کیک زرد نامیده می شود.
‏تبدیل
‏کیک زرد جامد است، ولی مرحله بعد ( ‏غنی سازی ) از تکنولوژی بخصوصی بهره می برد که نیازمند حالت گازی است. بنابراین ‏کنستانتره اکسید اورانیوم جامد طی فرآیندی شیمیایی به هگزافلورایداورانیوم ( UF6 ) ‏تبديل می شود. UF6 ‏در دمای اتاق جامد است، ولی در دمایی نه چندان بالا به گاز تبدیل ‏می شود.
‏غنی سازی
‏برای ادامه یک واکنش زنجیره ‏هسته ای در قلب یک رآکتور آب سبک، غلظت طبیعی اورانیوم 235 بسیار اندک است. برای ‏آنکه UF6 ‏به دست آمده در مرحله تبدیل، به عنوان سوخت هسته ای مورد استفاده قرار ‏گیرد، باید ایزوتوپ قابل شکافت آن را غنی کرد. البته سطح غنی سازی بسته به کاربرد ‏سوخت هسته ای متفاوت است. برای یک رآکتور آب سبک، سوختی با 5 درصد اورانیوم 235 ‏مورد نیاز است؛ در حالی که در یک بمب اتمی، سوخت هسته ای باید حداقل 90 درصد غنی ‏شده باشد.
‏غنی سازی با استفاده از یک یا چند روش جداسازی ایزوتوپ های سنگین و ‏سبک صورت می گیرد. در حال حاضر، دو روش رایج برای غنی سازی اورانیوم وجود دارد که ‏عبارتند از انتشار گاز و سنتریفوژ گاز.
‏در روش انتشار گازی ( ديفیوژن )، گاز ‏طبیعی UF6 ‏با فشار بالا از یک سری سدهای انتشاری عبور می کند. این سدها که غشاهای ‏نیمه تراوا هستند، اتمهای سبک تر را با سرعت بیشتری عبور می دهند، در نتیجه UF6235 ‏سریع تر از UF6238 ‏عبور می کند. با تکرار این فرآیند در مراحل مختلف گازی نهایی به ‏دست می آید که غلظت u235 ‏بیشتری دارد. مهم ترین عیب این روش این است که جداسازی ‏ایزوتوپ های سبک در هر مرحله نرخ نسبتاً پایینی دارد، لذا برای رسیدن به سطح غنی ‏سازی مطلوب باید این فرآیند را به دفعات زیادی تکرار کرد که این، خود نیازمند ‏امکانات زیاد و مصرف بالای انرژی الکتریکی است و به دنبال آن هزینه عملیات نیز ‏بسیار افزایش خواهد یافت.
‏در روش سانتریفور گاز، گاز UF6 ‏طبیعی را به مخزن هایی ‏استوایی تزریق می کنند و گاز را با سرعت بسیار زیادی می چرخانند. نیروی گریز از ‏مرکز موجب می شود UF6235 ‏که اندکی از UF6238 ‏سبک تر است، از مولکول سنگین تر جدا ‏شود.
‏این فرآیند در مجموعه ای از مخزن ها صورت می گیرد و در نهایت، اورانیوم با ‏سطح غنی شده مطلوب به دست می آید. هر چند روش سنتریفوژ گازی نیازمند تجهیزات ‏گرانقیمتی است، هزینه انرژی آن نسبت به روش قبلی کمتر است.
‏امروز فناوری های ‏غنی سازی جدیدی نیز توسعه یافته است، که همگی بر پایه استفاده از لیزر پیشرفت کرده ‏اند. این روش ها که روش جداسازی ایزوتوپ با لیزر بخار اتمی (AVLIS) ‏و جداسازی ‏ایزوتوپ با لیزر مولکولی (MLIS) ‏نام دارند، می توانند مواد خام بیشتری رادر هر ‏مرحله غنی کنند و سطح غنی سازی آنها نیز بالاتر است.
‏ساخت میله های سوخت
‏تولید میله سوخت، ‏آخرین مرحله انتهای جلویی در چرخه سوخت هسته ای است. اورانیوم غنی شده که هنوز به ‏شکل UF6 ‏است، باید به پودر دی اکسید اورانیوم (UO2) ‏تبدیل شود تا به عنوان سوخت ‏هسته ای قابل استفاده باشد، پودر UO2 ‏سپس فشرده می شود و به شکل قرص در می آید. قرص ‏های در معرض حرارت با دمای بالا قرار می گیرند تا به قرص های سرامیکی تبدیل شوند. ‏پس از طی چند فرآیند فیزیکی، قرص هایی سرامیکی با ابعاد یکسان حاصل می شود. حال، ‏متناسب با طراحی رآکتور و نوع سوخت مورد نیاز، این قرص های کوچک را در دسته دسته ‏کرده و در لوله ای بخصوص قرار می دهند. این لوله از آلیاژ بخصوصی ساخته شده است که ‏در برابر خوردگی بسیار مقاوم است و در عین حال از رسانایی حرارتی بسیار بالایی ‏برخوردار است. حال میله سوخت آماده شده است و برای استفاده در رآکتور به نیروگاه ‏فرستاده می شود.
‏انتهای عقبی چرخه سوخت هسته ای: مدیریت زباله های هسته ‏ای
‏در نیروگاه هسته ای هم مثل دیگر فعالیت های بشری، ضایعاتی تولید ‏می شود که به دلیل حساسیت مضاعف زباله های رادیواکتیو، مدیریت زمان ضایعات باید تحت ‏قوانین و محدودیت های خاصی صورت بگیرد.
‏در هر هشت مگاوات ساعت انرژی الکتریکی ‏تولید شده در نیروگاه هسته ای، 30 گرم زباله رادیواکتیو به وجود می آید. برای تولید ‏همین مقدار برق با استفاده از زغال سنگ پر کیفیت، هشت هزار کیلوگرم دی اکسید کربن ‏تولید می شود که در دما و فشار جو، 3 استخر المپیک را پر می کند. می بینید حجم