دانلود مقاله کشف انرژی اتمی

کشف انرژی اتمی
کشف انرزی هسته ای یکی از مهمترین و اثر گذارترین کشفیات بشر در طول تاریخ است.

در سال 1927 میلادی ، « آلبرت انیشتن » با طرح فرمولی ثابت نمود که « اگر اتم شکافته شود ، انرژی عظیمی ایجاد می شود.» دوشیوه بنیادی برای آزادسازی یک اتم وجود دارد: در روش «شکافت هسته ای» هسته اتم را با یک «نوترون» به دو جزء کوچک تر تقسیم می شود.

نظیر اقدامی که در مورد ایزوتوپ های اورانیوم (یعنی اورانیوم 235 و 233) انجام می شود.

و در روش دوم که به «همجوشی هسته ای » مشهور است ؛ با استفاده از دو اتم کوچک تر که معمولا هیدروزه یا ایزوتوپ های هیدروژن (مانند دو تریوم و ترتیوم ) هستند ، یک اتم بزرگ تر مثل هلیوم یا ایزوتوپ های آن را تشکیل می شود.

این فرایند در خورشید برای تولید انرزی به کار می رود.[1]
علی رغم اهمیت این کشف از همان آغاز سوء استفاده قدرت های جهان از آن نگرانی عمیقی را در سطح جهان پدید آورد ؛ با فاصله اندکی آمریکایی‌ها برای نخستین بار به طور کاملاً سری در صحرای “نوادا” انفجار هسته‌ای را آزمایش کردند.

در جنگ جهانی دوم هم هواپیمای ده‌ تنی دبلیو به خلبانی سرگرد “کنراد” بمبی را که نام آن “Litell boy” بود در هیروشیمای ژاپن منفجر کردند که این بمب در 8 متری زمین منفجر شد و 120 هزار نفر را جزغاله کرد.

انرژی هسته ایی به زبان ساده
به نظر عجیب می رسد که یک نیروگاه هسته ای نزدیک نیروگاه بزرگ زغال سوز از توربینهای بخاری برای حرکت الترناتورها وتولیدالکتریسیته استفاده کند.در صورتی که تنها تفاوت در نوع منبع تولید حرارت انهاست.در مرکز هر نیروگاه هستهای یک راکتور قرار دارد.راکتور ظرف بزرگی است که در ان گرما به مقدار بسیار زیاد در اثر واکنشهایی به نام شکافت هسته تولید می شود.گرمای حاصل از شکافت هسته برای تولید بخار و حرکت تور بینها به کار می رود.

برای درک پدیده شکافت هسته لازم است که اطلاعاتی درباره خود اتم داشته باشیم.

اجسام از اتمهایی ساخته شده است .

اتمها آن اندازه کوچکند که نمی توان آنها را دید.

در یک قطره آب میلیونها اتم وجود دارد.

مدتها دانشمندان بر این باور بودند که اتم کوچکترین جزئی است که وجود دارد واژه اتم یک کلمه یونانی است به معنی تجزیه ناپذیر که نمی توان آن را تقسیم کرد.

بهرحال در سال 1905 آلبرت انیشتین نظریه مشهوری را اعلام کرد او گفت: که اگر اتمی را بتوانیم به روشی تغییر دهیم و یا بشکافیم مقدار بسیار زیادی انرژی آزاد خواهد شد.

اولین دانشمندی که توانست اتم را بشکافد و موفق به این کار شد ارنست رادرفورد بود.

این آزمایش مشهور در آزمایشگاه کاوندیش در کمبریج در سال 1919 انجام شد.

از این پس رادرفورد و دیگر دانشمندان به تحقیق پرداختند تا ثابت کنند که اتمها خود از ذره های کوچکتر و یا از ذرات بنیادی ساخته شده اند.

ما اکنون می دانیم که قسمت عمده هر اتم را فضای خالی تشکیل می دهد در مرکز هر اتم هسته قرار دارد.

در اطراف هسته یک یا چند الکترون کوچک و مشابه همواره در مدارهایی دوران می کنند.

هسته ها از پروتونها و نوترونها ساخته شده اند.

هیدروژن گاز بسیار سبک وزنی است و اتمها ی آن ساده ترین اتمها ست.

هر اتم هیدروژن از یک پروتون که هسته اتم است و یک الکترون تشکیل شده است.

در مقابل اورانیم فلز بسیار سنگینی است.

هر اتم اورانیم دارای 92 پروتون و بیش از یکصد نوترون در هسته است و 92 الکترون در مدارهای آن حرکت می کنند.

اورانیم تنها ماده طبیعی است که پدیده شکافت در آن به آسانی صورت می گیرد.

هنگامی که یک نوترون به هسته یک اتم آن برخورد کند این هسته به دو جزء تقریبا" مساوی تقسیم می شود، این اجزاء با سرعت زیادی تقسیم می شوند و همزمان دو یا سه نوترون آزاد می شود و باعث شکسته شدن اتمهای دیگر اورانیم می شوند.

هنگامی که این نوترونها با هسته اتمها برخورد کنند شکافتهایی جدید صورت می گیرد و مقدار بسیار زیادی گرماتولید می شود.

این عمل را واکنش زنجیری می نامیم که در نتیجه انرژی آزاد می شود .

همانطوری که در پدیده شکافت گرما تولید می شود، رادیو اکتیو نیز ظاهر می گردد پرتوهای مواد رادیو اکتیو خطرناک و قابلیت نفوذ زیادی دارند ورقه کلفت فولاد و دیواره های بتونی که در مرکز رآکتور به یکدیگر متصل شده اند قرار می دهند همانطور که باید بتوانیم میزان حرارتی را در اجاق گاز کم و زیاد کنیم لازم است که بتوانیم شکاف هسته را نیز کنترل کنیم این عمل نظارت و کنترل بوسیله میله هایی از جنس بر یا کادمیمم که درون راکتور قرار می گیرند انجام می شود.

این میله ها نوترونها را جذب می کنند و سرعت واکنش زنجیری را کاهش می دهند اگر دمای رآکتور بالا رود و گرمای بیش از حد تولید شود میله ها کاملا" به طرف برده می شوند و واکنشهای رآکتور کاملا" متوقف می گردد باید بتوان گرمای حاصل از درون رآکتور را خارج کنیم و این خیلی مهم است برای انجام این کار مایع یا گازی را به درون رآکتور می فرستیم گرمای حاصله می تواند آب را در مبدلهای حرارتی بجوش آورد عمل آن نظیر آبگرمکن کوچک خانه شما است که آب گرم حمام شما را تامین می کند
اجسام از اتمهایی ساخته شده است .

هنگامی که یک نوترون به هسته یک اتم آن برخورد کند این هسته به دو جزء تقریبا" مساوی تقسیم می شود، این اجزاء با سرعت زیادی تقسیم می شوند و همزمان دو یا سه نوترون آزاد می شود و باعث شکسته شدن اتمهای دیگر اورانیم می شوند.

این میله ها نوترونها را جذب می کنند و سرعت واکنش زنجیری را کاهش می دهند اگر دمای رآکتور بالا رود و گرمای بیش از حد تولید شود میله ها کاملا" به طرف برده می شوند و واکنشهای رآکتور کاملا" متوقف می گردد باید بتوان گرمای حاصل از درون رآکتور را خارج کنیم و این خیلی مهم است برای انجام این کار مایع یا گازی را به درون رآکتور می فرستیم گرمای حاصله می تواند آب را در مبدلهای حرارتی بجوش آورد عمل آن نظیر آبگرمکن کوچک خانه شما است که آب گرم حمام شما را تامین می کند.

در نیروگاهها مبدلهای حرارتی آب را به جوش می آورند و بخار حاصل از آن برای حرکت توربین استفاده می شود.

توربین ها، آلترناتورها را به حرکت در می آورند و الکتریسیته تولید می شود نظیر همه نیروگاهها که مواد زائدی از سوختهای آنها حاصل می شود رآکتورها نیز مواد زائدی تولید می کنند و نظر به اینکه خاصیت رادیو اکتیویته این مواد برای سالهای سال باقی می ماند باید با نهایت مراقبت آنها را جابجا کرد.

دانشندان اکنون روی این برنامه کار می کنند که مواد زائد را بصور ت قالبهای شیشه ای درآورند و جمع آوری و نگهداری کنند.

دانشمندان امیدوارند که در آینده واکنش همجوشی را جانشین واکنش شکافی نمایند.

در واکنش هم جوشی اتمهای سبک مانند هیدروژن با یکدیگر ترکیب می شوند و مقدار بسیار زیادی انرژی تولید می کنند، در این نوع واکنش پس مانده بوجود نمی آید.

شاید روزی دانشمندان این مسئله را حل کنند.

هنگامی که آنها توفیق این کار را بیابند مردم جهان به یک منبع انرژی بی پایان دست خواهند یافت.

اورانیم کمیاب است و استخراج آن گران تمام می شود ولیکن هیچگاه کمبود هیدروژن نخواهیم داشت و تا زمانی که آب که ترکیبی از اکسیژن و هیدروژن است موجود باشد مشکلی از نظر هیدروژن نداریم.

اندازه اتم ها جالب است بدانیم که با اتم های یک قطره آب می توان مساحتی به وسعت یک شهر را فرش کرد.

و یا در مقیاسی دیگر، اگر بتوان یک آسمانخراش بزرگ را در هم فشرد و آن را تبدیل به اتم کرد می توان اتم های برآمده را در سر یک سوزن جای داد.

و انرژی هسته ای از اینجا آغاز می شود.

با اشعه گاما می توان الکترون ها را آزاد کرد و هیچ مانعی نمی تاوند در برابر این اشعه قرار گیرد.

جالب است بدانیم که مواد رادیواکتیو که اشعه های بتا، آلفا، و گاما را تولید می کنند پس از مصرف به صورت باله و یا پس مانده باقی می ماند، و مدت زمان زیادی لازم دارد که جرم این مواد مصرف شده به صفر برسد و علت خطر زباله های رادیو اکتیو همین است.

مثلأ اگر یک گرم ید را در نظر بگیریم، 17 میلیون سال طول می کشد تا یک گرم ید به نیم گرم ید تبدیل شود، یک گرم اورانیوم پس از 4 میلیون سال به نصف وزن خود می رسد و این چرخه رادیو اکتیو طبیعی نامیده می شود.

حال مقیاس های حجیم و سنگین زباله های اتمی را حدس بزنید که چه زمانی طول خواهد کشید تا نصف وزن خود تبدیل شوند.

طبیعی است که زباله های اتمی را باید در جایی حفظ کنند و اۀان می دانیم که مخفیانه این زباله ها را در معادن نمک دفن می کنند که برای آیندگان بسیار خطرناک است.

و حتا مشاهده شدده است که کسانی که در نزدیکی رآکتورهای اتمی زندگی می کنند و حتا حیوانات در معرض اشعه رادیو اکتیو تغییر شکل می دهند.

رادیو اکتیو مصنوعی در رآکتورهای اتمی اگر هسته یک اتم را با ذره دیگری بمباران کنیم، این هسته اجبارأ از خود اشعه صادر می کند که این تکنولوژی دررآکتورهای اتمی به کار برده می شود.

و اشعه های ساطع شده آلفا، بتا، گاما سریعأ تکثیر خواهند شد که این عمل شکاف اتم نامیده می شود.

برای اولین بار فرمی؟

یک دانشمند ایتالیایی پی برد که می توان با نوترون، به علت این که بار الکتریکی منفی ندارد می توان هسته اتم را مورد هدف قرار داد چرا که بار الکتریکی دقت نشانه روی را از بین می برد.

و برای این آزمایش اورانیوم را مناسب یافت.

اورانیوم یک هسته اورانیوم 92 پروتون دارد، اگر ما یک هسته اورانیوم را با نوترون بمباران کنیم، نتیجه آن انفجار بمب اتم خواهد بود.

و در رآکتورهای اتمی که از اورانیوم استفاده می شود برای جلوگیری از انفجار آن را در آب قرار می دهند، چرا که به محض رسیدن نوترون ها به آب سرعت شان به شدت کاهش می یابد.

برای اولین بار در ساخت بمب اتمی که در شیکاگو ساخته شد تکه های اورانیوم را در میان گرافیت قرار دادند ، چون مانند آب خاصیت کاهش دهندگی داشت .

امروزه از کاهش دهنده های سرعت دیگری مانند آب سنگین، و واکس پارافین و دی اسید کربن جامد استفاده می شود.

لازم به توضیح است که آب سنگین در هسته خود علاوه بر اکسیژن و هیدروژن، یک هیدروژن دیگر قرار دارد به نام نوتریوم که تولید آب سنگین می کند.

جالب است بدانیم که اگر هزار کیلو گرم اورانیوم در طبیعت بیابیم، هفت کیلو گرم آن اورانیوم 235 است، و غنی سازی یعنی اورانیوم 235 را به 238 تبدیل کردن چرا که انرژی به کار گرفته شده برای شکافتن اتم کمتر است و از آن طرف میزان انرژی آزاد شده بیشتر خواهد بود.

در غنی سازی، اورانیوم را با نوترون بمباران می کنند و نوترون ها در اورانیوم تبدیل به پلوتونیوم 239 ی شود که مورد مصرف بمب اتم است.

و این چرخه دائم در حال تکثیر شدن است و اگر با کند کننده آن را کنترل نکنیم انفجار صورت می گیرد.

رآکتور اتمی برای تولید برق در این گونه رآکتورها، اورانیوم در میان لوله های فلزی داخل آب قرار می گیرد و با تولید گرما و ایجاد بخار باعث چرخیدن توربین های تولید برق می شود، و در این مورد به علت آلودگی بیش از حد پیش بینی شده است که تا سال 2020 میلادی، استفاده از این تکنولوژی به جهت تولید برق تا میزان بسیار زیادی کاهش یابد.

لازم به ذکر است راکتورهای تولید برق و مواد حاصله از آن را می توان مستقیمأ در ساخت بمب اتمی به کار برد.

در حال حاضر 470 رآکتور اتمی در جهان به طور پراکنده وجود دارند و با خطرات و مضراتی که برای آنان بر شمردیم فقط قادرند 17 درصد از نیازهای انرژی مردم کره زمین را تامین کنند، حال ببینید که برای داشتن این تکنولوژی حاضریم به چه خطراتی تن بدهی انرژی هسته‌ای به 2 روش تولید می‌شود: 1- شکافت هسته‌ای: در این روش هسته یک اتم توسط یک نوترون به دو بخش کوچکتر تقسیم می‌شود.

در این روش غالباً از عنصر اورانیوم استفاده می‌شود.

2- گداخت هسته‌ای: در این روش که در سطح خورشید هم اجرا می‌شود، معمولاً هیدروژن‌ها با برخورد به یکدیگر تبدیل به هلیوم می‌شوند و در این تبدیل، انرژی بسیار زیادی بصورت نور و گرما تولید می‌شود.

طراحی بمب‌های هسته‌ای: برای تولید بمب هسته‌ای، به یک سوخت شکافت‌پذیر یا گداخت‌پذیر، یک وسیله راه‌انداز و روشی که اجازه دهد تا قبل از اینکه بمب خاموش شود، کل سوخت شکافته یا گداخته شود نیاز است.

بمب‌های اولیه با روش شکافت هسته‌ای و بمب‌های قویتر بعدی با روش گداخت هسته‌ای تولید شدند.

ما در این بخش دو نمونه از بمب های ساخته شده را بررسی می کنیم: بمب‌ شکافت هسته‌ای : 1- بمب‌ هسته‌ای (پسر کوچک) که روی شهر هیروشیما و در سال 1945 منفجر شد.

2- بمب هسته‌ای (مرد چاق) که روی شهر ناکازاکی و در سال 1945 منفجر شد.

بمب گداخت هسته‌ای : 1- بمب گداخت هسته‌ای که در ایسلند بصورت آزمایشی در سال 1952 منفجر شد.

بمب‌های شکافت هسته‌ای: بمب‌های شکافت هسته‌ای از یک عنصر شبیه اورانیوم 235 برای انفجار هسته‌ای استفاده می‌کنند.

این عنصر از معدود عناصری است که جهت ایجاد انرژی بمب هسته‌ای استفاده می‌شود.

این عنصر خاصیت جالبی دارد: هرگاه یک نوترون آزاد با هسته این عنصر برخورد کند ، هسته به سرعت نوترون را جذب می‌کند و اتم به سرعت متلاشی می‌شود.

نوترون‌های آزاد شده از متلاشی شدن اتم ، هسته‌های دیگر را متلاشی می‌کنند.

زمان برخورد و متلاشی شدن این هسته‌ها بسیار کوتاه است (کمتر از میلیاردم ثانیه !

) هنگامی که یک هسته متلاشی می‌شود، مقدار زیادی گرما و تشعشع گاما آزاد می‌کند.

مقدار انرژی موجود در یک پوند اورانیوم معادل یک میلیون گالن بنزین است!

در طراحی بمب‌های شکافت هسته‌ای، اغلب از دو شیوه استفاده می‌شود: روش رها کردن گلوله: در این روش یک گلوله حاوی اورانیوم 235 بالای یک گوی حاوی اورانیوم (حول دستگاه مولد نوترون) قرار دارد.

هنگامی که این بمب به زمین اصابت می‌کند، رویدادهای زیر اتفاق می‌افتد: 1- مواد منفجره پشت گلوله منفجر می‌شوند و گلوله به پائین می‌افتد.

2- گلوله به کره برخورد می‌کند و واکنش شکافت هسته‌ای رخ می‌دهد.

3- بمب منفجر می‌شود.

در بمب هیروشیما از این روش استفاده شده بود.

نحوه انفجار این بمب در شکل زیر نمایش داده شده است: روش انفجار از داخل: در این روش که انفجار در داخل گوی صورت می‌گیرد، پلونیم 239 قابل انفجار توسط یک گوی حاوی اورانیوم 238 احاطه شده است.

هنگامی که مواد منفجره داخلی آتش گرفت رویدادهای زیر اتفاق می‌افتد: 1- مواد منفجره روشن می‌شوند و یک موج ضربه‌ای ایجاد می‌کنند.

2- موج ضربه‌ای، پلوتونیم را به داخل کره می‌فرستد.

3- هسته مرکزی منفجر می‌شود و واکنش شکافت هسته‌ای رخ می‌دهد.

4- بمب منفجر می‌شود.

بمبی که در ناکازاکی منفجر شد، از این شیوه استفاده کرده بود.

نحوه انفجار این بمب، در شکل زیر نمایش داده شده است.

بمب‌ گداخت هسته‌ای: بمب‌های شکافت هسته‌ای، چندان قوی نبودند!

بمب‌های گداخت هسته‌ای ، بمب های حرارتی هم نامیده می‌شوند و در ضمن بازدهی و قدرت تخریب بیشتری هم دارند.

دوتریوم و تریتیوم که سوخت این نوع بمب به شمار می‌روند، هردو به شکل گاز هستند و بنابراین امکان ذخیره‌سازی آنها مشکل است.

این عناصر باید در دمای بالا، تحت فشار زیاد قرار گیرند تا عمل همجوشی هسته‌ای در آنها صورت بگیرد.

در این شیوه ایجاد یک انفجار شکافت هسته‌ای در داخل، حرارت و فشار زیادی تولید می‌کند و انفجار گداخت هسته‌ای شکل می‌گیرد.در طراحی بمبی که در ایسلند بصورت آزمایشی منفجر شد، از این شیوه استفاده شده بود.

در شکل زیر نحوه انفجار نمایش داده شده است.

اثر بمب‌های هسته‌ای: انفجار یک بمب هسته‌ای روی یک شهر پرجمعیت خسارات وسیعی به بار می آورد .

درجه خسارت به فاصله از مرکز انفجار بمب که کانون انفجار نامیده می‌شود بستگی دارد.

زیانهای ناشی از انفجار بمب هسته‌ای عبارتند از : - موج شدید گرما که همه چیز را می‌سوزاند.

- فشار موج ضربه‌ای که ساختمان‌ها و تاسیسات را کاملاً تخریب می‌کند.

- تشعشعات رادیواکتیویته که باعث سرطان می‌شود.

- بارش رادیواکتیو (ابری از ذرات رادیواکتیو که بصورت غبار و توده سنگ‌های متراکم به زمین برمی‌گردد) درکانون زلزله، همه‌چیز تحت دمای 300 میلیون درجه سانتی‌گراد تبخیر می‌شود!

در خارج از کانون زلزله، اغلب تلفات به خاطر سوزش ایجادشده توسط گرماست و بخاطر فشار حاصل از موج انفجار ساختمانها و تاسیسات خراب می‌شوند.

در بلندمدت، ابرهای رادیواکتیو توسط باد در مناطق دور ریزش می‌کند و باعث آلوده شدن موجودات، آب و محیط زندگی می‌‌شود.

دانشمندان با بررسی اثرات مواد رادیواکتیو روی بازماندگان بمباران ناکازاکی و هیروشیما دریافتند که این مواد باعث: ایجاد تهوع، آب‌مروارید چشم، ریزش مو و کم‌شدن تولید خون در بدن می‌شود.

در موارد حادتر، مواد رادیواکتیو باعث ایجاد سرطان و نازایی هم می‌شوند.

سلاح‌های اتمی دارای نیروی مخرب باورنکردنی هستند، به همین دلیل دولتها سعی دارند تا بر دستیابی صحیح به این تکنولوژی نظارت داشته باشند تا دیگر اتفاقی بدتر از انفجارهای ناکازاکی و هیروشیما رخ ندهد.

کاربردهای علوم و تکنولوژی هسته ای .

وقتی صحبت از انرژی اتمی به میان می آید، اغلب مردم ابر قارچ مانند حاصل از انفجارات اتمی و یا راکتورهای اتمی برای تولید برق را در ذهن خود مجسم می کنند و کمتر کسی را می توان یافت که بداند چگونه جنبه های دیگری از علوم هسته ای در طول نیم قرن گذشته زندگی روزمره او را دچار تحول نموده است.

اما حقیقت در این است که در طول این مدت در نتیجه تلاش پیگیر پژوهشگران و مهندسین هسته ای، این تکنولوژی نقش مهمی را در ارتقاء سطح زندگی مردم، رشد صنعت و کشاورزی و ارائه خدمات پزشکی ایفاء نموده است.

موارد زیر از مهمترین استفاده های صلح آمیز از علوم و تکنولوژی هسته ای می باشند:استفاده از انرژی حاصل از فرآیند شکافت هسته اورانیوم یا پلوتونیوم در راکتورهای اتمی جهت تولید برق و یا شیرین کردن آب دریاها.استفاده از رادیوایزوتوپها در پزشکی، صنعت و کشاورزی 3-استفاده از پرتوهای ناشی از فرآیندهای هسته ای در پزشکی، صنعت و کشاورزی برق هسته ای از مهمترین منابع استفاده صلح آمیز از انرژی اتمی، ساخت راکتورهای هسته ای جهت تولید برق می باشد .

راکتور هسته ای وسیله ای است که در آن فرایند شکافت هسته ای بصورت کنترل شده انجام می گیرد.

در طی این فرایند انرژی زیاد آزاد می گردد به نحوی که مثلا در اثر شکافت نیم کیلوگرم اورانیوم انرژی معادل بیش از 1500 تن زغال سنگ بدست می آید.

هم اکنون در سراسر جهان، راکتورهای متعددی در حال کار وجود دارند که بسیاری از آنها برای تولید قدرت و به منظور تبدیل آن به انرژی الکتریکی، پاره ای برای راندن کشتیها و زیردریائیها، برخی برای تولید رادیو ایزوتوپوپها و تحقیقات علمی و گونه هایی نیز برای مقاصد آزمایشی و آموزشی مورد استفاده قرار می گیرند.

در راکتورهای هسته ای که برای نیروگاههای اتمی طراحی شده اند (راکتورهای قدرت)، اتمهای اورانیوم و پلوتونیم توسط نوترونها شکافته می شوند و انرژی آزاد شده گرمای لازم را برای تولید بخار ایجاد کرده و بخار حاصله برای چرخاندن توربینهای مولد برق بکار گرفته می شوند.

راکتورهای اتمی را معمولا برحسب خنک کننده، کند کننده، نوع و درجه غنای سوخت در آن طبقه بندی می کنند.

معروفترین راکتورهای اتمی، راکتورهایی هستند که از آب سبک به عنوان خنک کننده و کند کننده و اورانیوم غنی شده(2 تا 4 درصد اورانیوم 235 ) به عنوان سوخت استفاده می کنند.

این راکتورها عموما تحت عنوان راکتورهای آب سبک(LWR ) شناخته می شوند.

راکتورهای WWER,BWR,PWR از این دسته اند.

نوع دیگر، راکتورهایی هستند که از گاز به عنوان خنک کننده، گرافیت به عنوان کند کننده و اورانیوم طبیعی یا کم غنی شده به عنوان سوخت استفاده می کنند.

این راکتورها به گاز- گرافیت معروفند.

راکتورهای HTGR,AGR,GCR از این نوع می باشند.

راکتور PHWR راکتوری است که از آب سنگین به عنوان کندکننده و خنک کننده و از اورانیوم طبیعی به عنوان سوخت استفاده می کند.

نوع کانادایی این راکتور به CANDU موسوم بوده و از کارایی خوبی برخوردار می باشد.

مابقی راکتورها مثل FBR (راکتوری که از مخلوط اورانیوم و پلوتونیوم به عنوان سوخت و سدیم مایع به عنوان خنک کننده استفاده کرده و فاقد کند کننده می باشد) LWGR(راکتوری که از آب سبک به عنوان خنک کننده و از گرافیت به عنوان کند کننده استفاده می کند) از فراوانی کمتری برخوردار می باشند.

در حال حاضر، راکتورهای PWR و پس از آن به ترتیب PHWR,WWER, BWR فراوان ترین راکتورهای قدرت در حال کار جهان می باشند.به لحاظ تاریخی اولین راکتور اتمی در آمریکا بوسیله شرکت "وستینگهاوس" و به منظور استفاده در زیر دریائیها ساخته شد.

ساخت این راکتور پایه اصلی و استخوان بندی تکنولوژی فعلی نیروگاههای اتمیPWR را تشکیل داد.

سپس شرکت جنرال الکتریک موفق به ساخت راکتورهایی از نوع BWR گردید.

اما اولین راکتوری که اختصاصا جهت تولید برق طراحی شده، توسط شوروی و در ژوئن 1954در "آبنینسک" نزدیک مسکو احداث گردید که بیشتر جنبه نمایشی داشت، تولید الکتریسیته از راکتورهای اتمی در مقیاس صنعتی در سال 1956 در انگلستان آغاز گردید.

تا سال 1965 روند ساخت نیروگاههای اتمی از رشد محدودی برخوردار بود اما طی دو دهه 1966 تا 1985 جهش زیادی در ساخت نیروگاههای اتمی بوجود آمده است.

این جهش طی سالهای 1972 تا 1976 که بطور متوسط هر سال 30 نیروگاه شروع به ساخت می کردند بسیار زیاد و قابل توجه است.

یک دلیل آن شوک نفتی اوایل دهه 1970 می باشد که کشورهای مختلف را برآن داشت تا جهت تأمین انرژی مورد نیاز خود بطور زاید الوصفی به انرژی هسته ای روی آورند.

پس از دوره جهش فوق یعنی از سال 1986 تاکنون روند ساخت نیروگاهها به شدت کاهش یافته بطوریکه بطور متوسط سالیانه 4 راکتور اتمی شروع به ساخت می شوند.

کشورهای مختلف در تولید برق هسته ای روند گوناگونی داشته اند.

به عنوان مثال کشور انگلستان که تا سال 1965 پیشرو در ساخت نیروگاه اتمی بود، پس از آن تاریخ، ساخت نیروگاه اتمی در این کشور کاهش یافت، اما برعکس در آمریکا به اوج خود رسید.

کشور آمریکا که تا اواخر دهه 1960 تنها 17 نیروگاه اتمی داشت در طول دهه های1970 و 1980 بیش از 90 نیروگاه اتمی دیگر ساخت.

این مسئله نشان دهنده افزایش شدید تقاضای انرژی در آمریکاست.

هزینه تولید برق هسته ای در مقایسه با تولید برق از منابع دیگر انرژی در امریکا کاملا قابل رقابت می باشد.

هم اکنون فرانسه با داشتن سهم 75 درصدی برق هسته ای از کل تولید برق خود درصدر کشورهای جهان قرار دارد.

پس از آن به ترتیب لیتوانی(73درصد)، بلژیک(57درصد)، بلغارستان و اسلواکی(47درصد) و سوئد (8/46درصد می باشند.

آمریکا نیز حدود 20 درصد از تولید برق خود را به برق هسته ای اختصاص داده است.

گرچه ساخت نیروگاههای هسته ای و تولید برق هسته ای در جهان از رشد انفجاری اواخر دهه 1960 تا اواسط 1980 برخوردار نیست اما کشورهای مختلف همچنان درصدد تأمین انرژی مورد نیاز خود از طریق انرژی هسته ای می باشند.

طبق پیش بینی های به عمل آمده روند استفاده از برق هسته ای تا دهه های آینده همچنان روند صعودی خواهد داشت.

در این زمینه، منطقه آسیا و اروپای شرقی به ترتیب مناطق اصلی جهان در ساخت نیروگاه هسته ای خواهند بود.

در این راستا، ژاپن با ساخت نیروگاههای اتمی با ظرفیت بیش از 25000 مگا وات درصدر کشورها قرار دارد.

پس از آن چین، کره جنوبی، قزاقستان، رومانی، هند و روسیه جای دارند.

استفاده از انرژی هسته ای در کشورهای کانادا، آرژانتین، فرانسه، آلمان، آفریقای جنوبی، سوئیس و آمریکا تقریبا روند ثابتی را طی دو دهه آینده طی خواهد کرد.

دیدگاههای اقتصادی و زیست محیطی برق هسته ای امروزه کشورهای بسیاری بویژه کشورهای اروپایی سهم قابل توجهی از برق مورد نیاز خود را از انرژی هسته ای تأمین می نمایند دیدگاه اقتصادی استفاده از برق هسته ای .

بطوریکه آمار نشان می دهد از مجموع نیروگاههای هسته ای نصب شده جهت تأمین برق در جهان به ترتیب 35 درصد به اروپای غربی، 33 درصد به آمریکای شمالی، 5/16 درصد به خاور دور، 13 درصد به اروپای شرقی و نهایتا فقط 74/0 درصد به آسیای میانه اختصاص دارد.

بدون شک در توجیه ضرورت ایجاد تنوع در سیستم عرضه انرژی کشورهای مذکور، انرژی هسته ای به عنوان یک گزینه مطمئن اقتصادی مطرح است.

بنابراین ابعاد اقتصادی جایگزینی نیروگاههای هسته ای با توجه به تحلیل هزینه تولید(قیمت تمام شده) برق در سیستمهای مختلف نیرو قابل تأمل و بررسی است.

از اینرو در اغلب کشورها، نیروگاههای هسته ای با عملکرد مناسب اقتصادی خود از هر لحاظ با نیروگاههای سوخت فسیلی قابل رقابت می باشند.

بهرحال طی چند دهه گذشته کاهش قیمت سوختهای فسیلی در بازارهای جهانی، سبب افزایش هزینه های ساخت نیروگاههای هسته ای به دلیل تشدید مقررات و ضوابط ایمنی، طولانی تر شدن مدت ساخت و بالاخره باعث ایجاد مشکلات تأمین مالی لازم و بالا رفتن قیمت تمام شده هر واحد الکتریسیته در این نیروگاهها شده است .

از یک طرف مشاهده میشود که طی این مدت حدود 40 درصد از هزینه های چرخه سوخت هسته ای کاهش یافته است و از سویی دیگر با توجه به پیشرفتهای فنی و تکنولوژی حاصل از طرحهای استاندارد و برنامه ریزیهای دقیق بمنظور تأمین سرمایه اولیه مورد نیاز مطمئن و به هنگام احداث چند واحد در یک سایت برای صرفه جوئیهای ناشی از مقیاس مربوط به تأسیسات و تسهیلات مشترک مورد نیاز در هر نیروگاه، همچنان مزیت نیروگاههای اتمی از دیدگاه اقتصادی نسبت به نیروگاههای با سوخت فسیلی در اغلب کشورها حفظ شده است.

سایر دیدگاههای اقتصادی در مورد آینده انرژی هسته ای حاکی از آن است که براساس تحلیل سطح تقاضا و منابع عرضه انرژی در جهان، توجه به توسعه تکنولوژیهای موجود و حقایقی نظیر روند تهی شدن منابع فسیلی در دهه های آینده، مزیتهای زیست محیطی انرژی اتمی و همچنین استناد به آمار و عملکرد اقتصادی و ضریب بالای ایمنی نیروگاههای هسته ای، مضرات کمتر چرخه سوخت هسته ای نسبت به سایر گزینه های سوخت و پیشرفتهای حاصله در زمینه نیروگاههای زاینده و مهار انرژی گداخت هسته ای در طول نیم قرن آینده، بدون تردید انرژی هسته ای یکی از حاملهای قابل دسترس و مطمئن انرژی جهان در هزاره سوم میلادی به شمار می رود .

در این راستا شورای جهانی انرژی تا سال 2020 میلادی میزان افزایش عرضه انرژی هسته ای را نسبت به سطح فعلی حدود 2 برابر پیش بینی می نماید.

با توجه به شرایط موجود چنانچه از لحاظ اقتصادی هزینه های فرصتی فروش نفت و گاز را با قیمتهای متعارف بین المللی در محاسبات هزینه تولید(قیمت تمام شده) برای هر کیلووات برق تولیدی منظور نمائیم و همچنین تورم و افزایش احتمالی قیمتهای این حاملها(بویژه طی مدت اخیر) را براساس روند تدریجی به اتمام رسیدن منابع ذخایر نفت و گاز جهانی مدنظر قرار دهیم، یقینا در بین گزینه های انرژی موجود در جمهوری اسلامی ایران، استفاده از حامل انرژی هسته ای نزدیکترین فاصله ممکن را با قیمت تمام شده برق در نیروگاههای فسیلی خواهد داشت.

دیدگاه زیست محیطی استفاده از برق هسته ای.

بدیهی است که این روند به دلیل اثرات مخرب و مرگبار آن در آینده تداوم چندانی نخواهد داشت.

از اینرو به جهت افزایش خطرات و نگرانیها تدریجی در مورد اثرات مخرب انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از کاربرد فرایند انرژیهای فسیلی، واضح است که از کاربرد انرژی هسته ای بعنوان یکی از رهیافتهای زیست محیطی برای مقابله با افزایش دمای کره زمین و کاهش آلودگی محیط زیست یاد می شود.

همچنانکه آمار نشان می دهد، در حال حاضر نیروگاههای هسته ای جهان با ظرفیت نصب شده فعلی توانسته اند سالانه از انتشار 8 درصد از گازهای دی اکسید کربن در فضا جلوگیری کنند که در این راستا تقریبا مشابه نقش نیروگاههای آبی عمل کرده اند.

چنانچه ظرفیتهای در دست بهره برداری فعلی تولید برق نیروگاههای هسته ای، از طریق نیروگاههای با خوراک ذغال سنگ تأمین می شد، سالانه بالغ بر 1800 میلیون تن دی اکسید کربن، چندین میلیون تن گازهای خطرناک دی اکسید گوگرد و نیتروژن، حدود 70 میلیون تن خاکستر و معادل 90 هزار تن فلزات سنگین در فضا و محیط زیست انسان منتشر می شد که مضرات آن غیرقابل انکار است.

لذا در صورت رفع موانع و مسایل سیاسی مربوط به گسترش انرژی هسته ای در جهان بویژه در کشورهای در حال توسعه و جهان سوم، این انرژی در دهه های آینده نقش مهمی در کاهش آلودگی و انتشار گازهای گلخانه ای ایفا خواهد نمود.

درحالیکه آلودگیهای ناشی از نیروگاههای فسیلی سبب وقوع حوادث و مشکلات بسیار زیاد بر محیط زیست و انسانها می شود، سوخت هسته ای گازهای سمی و مضر تولید نمی کند و مشکل زباله های اتمی نیز تا حد قابل قبولی رفع شده است، چرا که در مورد مسایل پسمانداری با توجه به کم بودن حجم زباله های هسته ای و پیشرفتهای علوم هسته ای بدست آمده در این زمینه در دفن نهایی این زباله ها در صخره های عمیق زیرزمینی با توجه به حفاظت و استتار ایمنی کامل، مشکلات موجود تا حدود زیادی از نظر فنی حل شده است و طبیعتا در مورد کشور ما نیز تا زمان لازم برای دفع نهایی پسمانهای هسته ای، مسائل اجتماعی باقیمانده از نظر تکنولوژیکی کاملا مرتفع خواهد شد پیشینه انرژی اتمی در ایران سال 1335، مجلس شورای ملی وقت، ایجاد «مرکز اتمی دانشگاه تهران» را تصویب کرد و در آذرماه 1344، راکتور پنج مگاواتی آموزشی و تحقیقاتی ایران، که از آمریکا خریداری شده بود آماده فعالیت شد.و در سال 1345، در مرکز تحقیقات هسته‌ای امیرآباد تهران به کار گرفته شد و تاکنون نیز فعالیتش ادامه دارد.[2] این راکتور به طور منظم مورد بررسی آژانس بین‌المللی انرژی اتمی قرار دارد و از مواردی که 93 درصد آن اورانیوم غنی شده است استفاده می‌کند.

سال 1352 سازمان انرژی اتمی تشکیل شد و سریعاً برای احداث مجتمع‌های قدرت هسته‌ای وارد مذاکره شد.

حکومت شاه قراردادهای ده ساله قابل تمدید جهت تهیه سوخت هسته‌ای با کشورهای آلمان ، فرانسه و آمریکا امضاء کرد.[3] قرار بود نیروگاه اتمی در بوشهر توسط وزارت تحقیقات و صنعت آلمان‌غربی به عنوان نخستین نیروگاه اتمی ایران‏در سال 1358 راه اندازی شود و پس از آن کار ساخت دیگر نیروگاه‏ها آغاز گردد.

متعاقب این قرارداد، آمریکا بعد از مذاکراتی که در 22 مرداد سال 1356 صورت گرفت، قرار شد: نیروگاه‏هایی در ایران احداث کند و هشت راکتور اتمی به رژیم شاه بفروشد و در 15 مهر 1356، فرانسه نیز اعلام کرد که قرار است دو نیروگاه‌اتمی در ایران تأسیس کند و راکتورهایی را نیز به ایران بفروشد.[4] با پیروزی انقلاب اسلامی، به دلیل مخالفت غربی‏ها با انقلاب اسلامی، این روند متوقف گردید و حتی در دوران جنگ، بخشی از امکانات احداث شده توسط فرانسوی‏ها، بمباران شد.

پس از آن مذاکراتی با ژاپن صورت گرفت؛ اما ژاپنی‏ها هم تحت فشار غرب پاپس کشیدند.

نهایتاً روس‏ها همکاری هسته‏ای با ایران را پذیرفتند.

تلاش‌های صورت گرفته در سال‌های 1364 تا 1376 موجب گردید، ایران بتواند از طریق دلالان خارجی به نقشه‏هایی که در ساخت دستگاه‏های سانتریفوژ کاربرد دارند دسترسی پیدا کند.

در این دوره، ایران توانست نقشه‏های مربوط به راکتور آب سنگین را هم به دست آورد.

از سال 1376 تا سال 1380 با ساخت وسایل مورد نیاز در داخل و وارد کردن برخی از قطعات از خارج، جمهوری اسلامی ایران موفق به انجام آزمایش‏های مربوطه در محیط آزمایشگاهی شد.

پس از موفقیت آزمایش‏ها در مقیاس آزمایشگاهی، از سال 80 به بعد این دانش به سایت‏های‏هسته‏ای از جمله سایت نطنز که از چندین سال قبل احداث آن شروع شده بود، منتقل گردید.

در همین دوران، ایران به دانش غنی‌سازی اورانیوم از طریق لیزر نیز دست یافت و در محیط آزمایشگاهی، فعالیت‏هایی را انجام داد و کار احداث راکتور آب سنگین نیز در اراک آغاز گردید.با دسترسی به چنین توانمندی، یعنی دستیابی به فناوری هسته‏ای[6] این دانش، عملیاتی نیز گردید و ایران توانست فرآیند غنی‏سازی و چرخه سوخت اتمی را اجرایی کند.

این پیروزی شگفت با اتکا به دانشمندان ایرانی در چندین نقطه از کشور دنبال شد: