فصلنامه45-انرژی هسته‌ای؛ ساختار، کاربرد و پتانسیل‌های بالقوه آن در ایران

انرژی هسته‌ای؛ ساختار، کاربرد و پتانسیل‌های بالقوه آن در ایران

امروز جهان علاوه بر بحران‌های اقتصادی و امنیتی با یک بحران بسیار جدی دیگر نیز رو به رو است. بحران انرژی از آن جهت که تاثیر مستقیمی بر میزان رفاه، نرخ تولیدات اقتصادی و حتی امنیت داخلی کشورها دارد بسیار مورد اهمیت کشورهای جهان قرار گرفته است. با توجه به تجدید ناپذیر بودن منابع انرژی همچون سوخت‌های فسیلی، نگرانی‌های زیست محیطی و ازدیاد جمعیت گزینه استفاده از راکتورهای هسته‌ای برای تامین برق بسیار مطلوب به نظر می‌رسد چرا که یک منبع انرژی قابل اطمینان و مقرون به صرفه است.

 هم‌اکنون بیش از ۴۳۰ نیروگاه هسته‌ای در جهان فعال می‌باشند و انرژی برخی کشورها مانند فرانسه عمدتاً از برق هسته‌ای تأمین می‌شود. مقدار انرژی مصرفی در ایالات متحده که یک کشور صنعتی پیشرفته است، بین سال‌های ۱۹۲۰ تا ۱۹۷۰ با ضریبی حدود۴۰ درصد افزایش یافته است. این بدان معنی است که طی 50 سال گذشته ، مقدار مصرف انرژی تقریبا هر ۱۰ سال دو برابر شده است. با اینکه هنوز منابع زغال سنگ و نفت بمقدار متنابهی وجود دارد و علیرغم کوشش‌های بیشتر برای استفاده محتاطانه و صرفه جویانه از انرژی، باز هم بشر به منابع انرژی جدیدی نیاز دارد که طبق تحقیقات و تجربیات دانشمندان در سالهای اخیر بنظر می‌رسد انرژی حاصل از شکافت هسته (و در درازمدت، از همجوشی) می‌تواند این نیاز را مرتفع سازد.

فصلنامه45-انرژی هسته‌ای؛ ساختار، کاربرد و پتانسیل‌های بالقوه آن در ایران

تاریخچه

اولین انرژی کنترل شده ناشی از شکافت هسته در دسامبر ۱۹۴۲ توسط اتو هان (به آلمانی Otto Hahn) به دست آمد. با  ساخت و راه اندازی یک پیل (دستگاهی که نیروی حاصل از فعل و انفعال شیمیایی را به صورت الکتریسیته جاری در می‌آورد) از آجرهای گرافیتی، اورانیوم و سوخت اکسید اورانیوم با موفقیت به نتیجه رسید. این پیل هسته‌ای، در زیر میدان فوتبال دانشگاه شیکاگو ساخته شد و اولین رآکتور هسته‌ای فعال بود.

کشف انرژی هسته‌ای در جریان جنگ جهانی دوم صورت گرفت و اکنون برای شبکه برق بسیاری از کشورها هزاران کیلو وات تهیه می‌کند . بحران انرژی بر اثر بالارفتن قیمت نفت در سال ۱۹۷۳ استفاده از انرژی شکافت هسته‌ای بیشتر وارد صحنه کرد. در حال حاضر دولت‌های  اروپایی انرژی هسته‌ای را تنها انرژی می‌دانند که می‌تواند در اکثر موارد جایگزین نفت شود. استفاده از انرژی شکافت هسته‌ای که بر روی یک ماده قابل احتراق کانی که بصورت محدود پایه‌گذاری می‌شود. برای سایر کشورها خطرات بسیار دارد در حال حاضر تولید الکتریسته با استفاده از شکافت هسته‌ای کنترل شده به میزان زیادی توسعه یافته و مورد قبول واقع شده است. تولید انرژی هسته‌ای در کشورهای توسعه یافته بخش مهمی از طرح انرژی ملی را تشکیل می‌دهد.

فصلنامه45-انرژی هسته‌ای؛ ساختار، کاربرد و پتانسیل‌های بالقوه آن در ایران

 کارکرد حرارتی انرژی هسته‌ای

گرمای حاصل از واکنش هسته‌ای در محیط رآکتور هسته‌ای تولید و پرداخته می‌شود. رآکتورهای هسته‌ای دستگاه‌هایی هستند که در آنها شکافت هسته‌ای کنترل شده رخ می‌دهد. راکتورها برای تولید انرژی الکتریکی و نیز تولید نوترون‌ها به کار می‌روند. اندازه و طرح راکتور بر حسب کار آن متغیر است. به عبارتی در طی مراحلی در راکتور این گرما پس از مهارشدن انرژی آزاد شده واکنش هسته‌ای تولید و پس از خنک‌سازی کافی با آهنگ مناسبی به خارج منتقل می‌شود. گرمای حاصله آبی را که در مرحله خنک سازی به عنوان خنک‌کننده به کار می‌رود را به بخار آب تبدیل می‌کند. بخار آب تولید شده ، همانند آنچه در تولید برق از زغال سنگ، نفت یا گاز متداول است، به سوی توربین فرستاده می‌شود تا با راه‌اندازی مولد، توان الکتریکی مورد نیاز را تولید نماید. در واقع رآکتور همراه با مولد بخار، جانشین دیگ بخار در نیروگاه‌های معمولی شده است.

 

مزیت انرژی هسته‌ای بر سایر انرژی‌ها

بر خلاف آنچه که رسانه‌ها در مورد خطرات مربوط به حوادث رآکتورها و دفن پسماندهای پرتوزا مطرح می‌کنند از نظر آماری خطرات ناشی از تکنولوژی هسته‌ای به مراتب کمتر از  مرگ‌های ناشی از سوختن زغال سنگ جهت تولید برق است. در سرتاسر جهان تعداد نیروگاه‌های هسته‌ای فعال حدود ۴۱۹ واحد می‌باشد که قادر به تولید بیش از ۳۲۲ هزار مگاوات توان الکتریکی که بیش از ۷۰ درصد این نیروگاه‌ها در کشور فرانسه و حدود ۲۰ درصد آنها در آمریکا قرار دارند.

ساختار رآکتور

با وجود تنوع در رآکتورها، تقریبا همه آنها از اجزای یکسانی تشکیل شده‌اند. این اجزا شامل سوخت، پوشش برای سوخت، کندکننده نوترون‌های حاصله از شکافت، خنک کننده‌ای برای حمل انرژی حرارتی حاصله از فرآیند شکافت و ماده کنترل کننده برای کنترل نمودن میزان شکافت می‌باشد.

 

انواع رآکتور

رآکتورهای حرارتی ،بر حسب مصرف سوخت به راکتورهای سوزاننده، مبدل و زاینده ، بر حسب نوع سوخت به راکتورهای اورانیوم طبیعی ، راکتورهای اورانیوم غنی شده با ۲۳۵U راکتور مخلوطی Be) ، بر حسب خنک کننده به راکتورهای گاز (CO۲ مایع (آب ، فلز) ، بر حسب فاز سوخت کند کننده‌ها به راکتورهای همگن ، ناهمگن و بالاخره بر حسب کاربرد به راکتورهای قدرت ، تولید نوکلید و تحقیقاتی تقسیم می‌شوند.

کاربردهای‌رآکتورهای‌هسته‌ای
راکتورها انواع مختلف دارند برخی از آنها در تحقیقات ، بعضی از آنها برای تولید رادیو ایزوتوپ‌های پرانرژی برخی برای راندن کشتی‌ها و برخی برای تولید برق به کار می‌روند
.

دوگروه اصلی راکتورهای هسته‌ای بر اساس تقسیم بندی کاربرد آن،  راکتورهای قدرت و راکتورهای تحقیقاتی هستند. راکتورهای قدرت مولد برق بوده و راکتورهای تحقیقاتی برای تحقیقات هسته‌ای پایه ، مطالعات کاربردی تجزیه‌ای و تولید ایزوتوپها مورد استفاده قرار می گیرند.

فصلنامه45-انرژی هسته‌ای؛ ساختار، کاربرد و پتانسیل‌های بالقوه آن در ایران

نیروگاه‌هسته‌ای
نیروگاه هسته‌ای  یک نیروگاه الکتریکی است که از انرژی تولیدی شکست هسته اتم اورانیوم یا پلوتونیم استفاده می‌کند. اولین جایگاه از این نوع در ۲۷ ژوئن سال ۱۹۵۸ در شوروی سابق ساخته شد. که قدرت آن ۵۰۰۰ کیلو وات است.به دلیل  شکست سوخت هسته‌ای اساسا گرما تولید می‌کند، از گرمای تولید شده راکتورهای هسته‌ای برای تولید بخار استفاده می‌شود. از بخار تولید شده برای به حرکت در آوردن توربینها و ژنراتورها که نهایتا برای تولید برق استفاده می‌شود.

·        بمب‌های‌هسته‌ای
این نوع بمب‌ها تا کنون قوی‌ترین و مخرب‌ترین بمب‌های حال حاضر جهان محسوب می‌شوند. دارندگان این نوع بمب ها جزو قدرتهای هسته‌ای جهان محسوب می‌شود.

·         سوخت هسته‌ای

در نیروگاه هسته‌ای از این نوع سوخت جهت تولید انرژی هسته ای و راه اندازی ژنراتورها و موتورها و دیناموها استفاده می شود.‏در صنایع نظامی کاربرد وسیعی داشته و در ساخت مهمات و تسلیحات پرقدرت از جمله انواع چاشنی ها ، راکت ها ، نارنجک ها ، ‏زیر دریایی‌های هسته ای ، سفینه‌های فضایی ، موشکهای دور برد و بمب‌های هسته ای استفاده فراوان می شود.

توسعه فناوری هسته‌ای در ایران

علی‌رغم تحریم‌های اعمال شده علیه کشور طی سالهای اخیر، محققان حوزه هسته‌ای علاوه بر توسعه نیروگاه‌های هسته‌ای توانسته‌اند این فناوری را در حوزه‌های پزشکی، کشاورزی و رفع آلودگی‌های میکروبی وارد کنند؛ به گونه‌ای که ایران در حوزه پزشکی هسته‌ای موفق به تولید رادیو داروها برای تشخیص و درمان انواع سرطان‌ها شده است و در حوزه کشاورزی هسته‌ای نیز کشورمان توانسته عمر ماندگاری محصولات کشاورزی را با استفاده از پرتودهی افزایش دهد که این امر زمینه توسعه صادرات محصولات کشاورزی را فراهم می‌کند.

انرژی هسته‌ای در دسته انرژی‌های نیمه پاک و غیرقابل تجدید تقسیم‌بندی می‌شود؛ چراکه زباله‌ها و پسمانده‌های آن هزاران سال در محیط زیست باقی می‌ماند. فناوری هسته‌ای نیز امکان تبدیل اورانیوم طبیعی از طریق شکاف اتم، به اورانیوم غنی شده را مهیا می‌نماید.

این فناوری علاوه بر تولید انرژی در حوزه‌های پزشکی، غذایی، صنعتی، تجاری و کشاورزی کاربردهای وسیعی دارد از این رو می‌توان از این فناوری در دفع حشرات و آفات و جلوگیری از جوانه زدن سیب زمینی تا تولید رادیو داروها و تصویربرداری‌های هسته‌ای، بهره برد.

فصلنامه45-انرژی هسته‌ای؛ ساختار، کاربرد و پتانسیل‌های بالقوه آن در ایران

مزایای استفاده از تشعشعات هسته‌ای

·        ‌پزشکی:

در پزشکی تشعشعات هسته‌ای کاربردهای زیادی دارند که اهم آنها عبارتند از:

-رادیوگرافی
-گامااسکن
-رادیوبیولوژی

-استریلیزه کردن هسته‌ای و میکروب زدایی وسایل پزشکی با پرتوهای هسته‌ای

 

·        ‌کشاورزی

 – تشعشعات هسته‌ای کاربردهای زیادی در کشاورزی دارد که مهمترین آنها عبارتست از:

 – موتاسیون (تغییر ژنتیکی) هسته‌ای ژنها در کشاورزی

 – کنترل حشرات با تشعشعات هسته‌ای

 – جلوگیری از جوانه زدن سیب زمینی با اشعه گاما

 – انبار کردن میوه‌ها

 

·        صنعت

در صنعت کاربردهای زیادی دارد، از جمله مهمترین آنها عبارتند از:

نشت‌یابی با اشعه

دبی سنجی پرتویی (سنجش شدت تشعشعات ، نور و فیزیک امواج)

سنجش پرتویی میزان سائیدگی قطعات در حین کار

سنجش پرتویی میزان خوردگی قطعات

چگالی سنج موادمعدنی با اشعه

کشف عناصر نایاب در معادن.‏

 

دستاوردهای هسته‌ای ایران

1-دستگاه شتاب‌دهنده خطی

این دستگاه امکان برخورداری از رادیوتراپی را مهیا می‌سازد که در درمان سرطان‌ها کاربرد ویژه‌ای دارد. در حال حاضر از سه روش “جراحی”، “شیمی‌درمانی” و “رادیوتراپی” برای درمان سرطان استفاده می‌شود و استفاده از “رادیوتراپی” یکی از معمول‌ترین روش‌های درمان این دسته از بیماران است که برای استفاده از این روش درمانی نیازمند استفاده از دستگاه‌های شتاب دهنده خطی هستیم.

این دستگاه برای پرتو درمانی بیماران سرطانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. فناوری ساخت این دستگاه تاکنون در انحصار کشورهای “آمریکا” ،”انگلیس” و چین” بوده است و ایران چهارمین کشور صاحب این تکنولوژی به شمار می‌رود.

2– رادیو دارو

-رادیودارو ایتریم۹۰ میکروسفر (Y-90 Resin Microspheres)

سرطان کبد یکی از کشنده‌ترین سرطان‌های گوارشی است و در حال حاضر جزء ۶ سرطان شایع در مردان است و طبق گزارش‌ها در حدود ۲۰۰ نفر در سال به سرطان کبد مبتلا می‌شوند. بیماران سرطان کبد اولیه و متاستاتیک که قابل عمل جراحی نیستند توسط رادیودارو نزدیک به ۵۰ تا ۶۰ درصد امید به حیات مجدد پیدا کرده و به کیفیت بسیار بهتری از زندگی دست پیدا می‌کنند.

فاز آزمایشگاهی  و پیش بالینی آن با موفقیت به اتمام رسیده و درحال طی مراحل فاز بالینی با همکاری دانشگاه‌های علوم پزشکی تهران و شیراز است. این رادیودارو تا به حال بر روی ۱۲ بیمار مبتلا به سرطان کبد تست شده و در حال ادامه فاز بالینی است.

تکنیتیوم-m۹۹ 

تکنیتوم-۹۹ یک رادیوایزوتوپ پر مصرف در پزشکی هسته‌ای با نیمه عمر رادیوایزوتوپ تکنیتیوم-۹۹m  حدود ۶ ساعت است.از این رادیو دارو در مراکز درمانی هسته‌ای به عنوان عامل‌های تصویربرداری تشخیصی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

 

 

 

-رادیو داروی مولیبدن ۹۹ تکنسیم M۹۹

این ماده دارویی در تشخیص بسیاری از بیماری‌ها از جمله بیماری‌هایی که نیاز به اسکن از ماهیچه‌های قلبی، مغز استخوان، غدد بزاقی، تیروئید، پاراتیروئید، شش‌ها، کبد و کلیه دارند،کاربرد دارد.

 

رادیو دارو FDG

این رادیو دارو برای تصویربرداری پت مورد استفاده قرار می‌گیرد. فلوئور ۱۸ بعد از نشاندار سازی با دی اکسید گلوکز و تولید رادو FDG برای مطالعات قلبی، مغزی و برای تشخیص بیماری‌ سرطان به ویژه سرطان‌های ریه، کلون، رکتوم، تومورهای سر و گردن و تیروئید بهره برداری می‌شود.

برخی دیگر از رادیو داروهای تولید شده به این شرح است:

3-توکامک

توکامک (Tokama) یا خورشید که نام نوعی دستگاه است که کار آن محصورسازی پلاسما است و برای ایجاد تعادل پایدار پلاسما بر مبنای محصورسازی مغناطیسی برای دستیابی به تولید انرژی هسته‌ای از طریق روش گداخت هسته‌ای طراحی شده است.

 

4تولید اکسیژن ۱۸ با خلوص ۹۷

اکسیژن ۱۸ یک ماده استراتژیک برای تولید FDG مورد استفاده در دستگاه تصویربرداری “پت اسکن” در حوزه پزشکی است. دانش فنی ساخت این ماده در اختیار ۵ کشور دنیا قرار داشت که ایران نیز در زمره کشورهای صاحب این فناوری قرار گرفته است.

این ماده تاکنون به کشور وارد می‌شد ولی محققان کشور توانستند این ماده را با خلوص ۹۷ درصد تولید کنند.

 

5باتری هسته‌ای

امتیاز ویژه باتری‌های هسته‌ای که در کشور تولید شده، عمر طولانی و پیوسته به صورت مستقل بدون نیاز به دسترسی شارژ مجدد تعمیر و نگهداری است.

این مولدها بسیار منعطف بوده و قابلیت عملکرد در محدوده وسیعی از دما،فشار زیرآب و فضا و محیط‌های دور از دسترس دارد محدوده تولید توان آن تا ۵۰۰ وات و توان مخصوص از سه تا ۳۰ وات بر کیلوگرم است.

6شناساگرهای ایزوتوپی در محیط‌های آبی

لزوم بومی سازی فناوری ساخت تجهیزات اندازه گیری ایزوتوپ‌های پایدار با استفاده از تکنیک‌های لیزر، از جمله نیازهای مبرم مراکز علمی و تحقیقاتی، سازمان زمین شناسی، صنعت نفت بوده است. شناساگرهای ایزوتوپی در دنیا کاربردهای گسترده‌ای در مطالعات هیدرولوژی، هواشناسی، اکتشاف، نفت، زمین شناسی و  آتشفشان‌ها، پزشکی و باستان شناسی دارد.

فصلنامه45-انرژی هسته‌ای؛ ساختار، کاربرد و پتانسیل‌های بالقوه آن در ایران

7-دستگاه شیرین سازی آب

شیرین‌سازی آب شور دریا از دیگر مزایای فناوری هسته‌ای است. می‌توان به هر واحد نیروگاه اتمی هزار مگاواتی، یک واحد شیرین‌سازی آب شور به ظرفیت صد هزار متر مکعب در روز متصل کرد و آب شور را از دریا به‌وسیله پمپ به واحد شیرین‌سازی آب شور هدایت کرد. در این واحد، از حرارت تولیدشده به‌وسیله رآکتور برای تقطیر کردن آب استفاده می‌شود. آب تقطیر شده پس از طی مراحلی به آب آشامیدنی تبدیل می‌شود.

 

8-سانتریفیوژ “دکانتر

دستگاه سانتریوفیوژ “دکانتر” در بسیاری از صنایع از جمله صنایع نفت، پتروشیمی، معدنی، آب و فاضلاب، کارخانجات کاغذ برای جداسازی مایع از مایع و یا جامد از سوسپانسیون استفاده می‌شود. این نوع سانتریفیوژها برای جداسازی جامدات در حجم بالا و به صورت پیوسته استفاده می‌شود همچنین از آنها برای شستشو و خشک کردن مواد جامد در صنایع متنوع استفاده می‌شود و می‌تواند در تصفیه گل حفاری به کار برود.

 

9-سامانه‌های گاما با کاربرد در حوزه‌های کشاورزی و پزشکی

با استفاده از پرتودهی گاما، می‌توان عمر ماندگاری محصولات باغی به ویژه مرکبات را افزایش و ضایعات میوه را کاهش داد و زمان بیشتری برای بازاریابی و صادرات این محصول به بازارهای بین‌المللی برای تولیدکنندگان و صادرکنندگان فراهم کرد. حفظ طعم و تازگی میوه‌ها به ویژه مرکبات از دیگر مزایای کاربرد انرژی هسته‌ای در کشاورزی است. مجموعه پرتوفرآوری مستقر در تهران مجهز به سیستم پرتودهی گاما بوده و مسئولیت سترون سازی و رفع آلودگی میکروبی به روش پرتودهی را برای محصولات پزشکی، بهداشتی، گیاه داروها و ادویه جات عهده دار است و در راستای کنترل کیفی خدمات خود از آزمایشگاه‌های میکروبیولوژی، پلیمر، مواد غذایی و دزیمتری بهره گیری می‌کند.

سامانه گامای بناب نیز دارای آزمایشگاه‌های مجهز دزیمتری، میکروبیولوژی و پلیمر است و با توجه به استفاده از تکنولوژی‌های جدیدتر نسبت به سامانه گامای تهران، امکان ظرفیت پرتودهی بالاتر و پرتودهی در حالت‌های مختلف و دزهای پایین‌تر نیز وجود دارد. این سامانه باهدف سترون‌سازی محصولات پزشکی یک‌ بارمصرف، افزایش زمان نگهداری محصولات غذایی و کاهش آلودگی مواد راهاندازی شده است.

ایران و انرژی هسته ای ؛ نویسندگان : عبدالمجید اشکوری – محمدعلی روزبهانی ؛

«تاریخچه انرژی هسته ای در ایران و جهان». نویسنده. حسین روحانی صدر

www.aeoi.org.ir

www.wikipedia.org

افکارتان را باما در میان بگذارید

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد! تمامی موارد الزامی با * نشانه گزاری شده اند.