پروژه رآکتورهای هسته ای

پروژه رآکتورهای هسته ای

پروژه رآکتورهای هسته ای

پروژه رآکتورهای هسته ای در حجم 82 صفحه و در قالب word و قابل ویرایش و با قسمتی از متن زیر:

مقدمه     1
فصل اول: مباني راكتورهاي هسته اي
بخش اول: فيزيك اتمي و هسته اي:
            اتم و هسته:    5
            ايزوتوپ ها:    5
           واكنشهاي هسته اي     6
           واكنش زنجيره اي    8
           دسته بندي انواع راكتورها:    9
           چرخة نوترون در راكتورهاي حرارتي:    10
بخش دوم: اصول فيزيكي ساختمان راكتورهاي هسته اي:
          توليد برق:    13
          راكتورهاي برق هسته اي:    16
          راكتورهاي آب سبك:    17
          راكتورهاي آب تحت فشار    21
          راكتورهاي آب جوشان:    24
          راكتورهاي آب سنگين:    25
          راكتور كاندور:    25
          راكتور آب سنگين مولد بخار:    26
       راكتور كند شونده با گرافيت:    26
       راكتورهاي ماگنوس:    27
       راكتور پيشرفت خنك شونده با گاز     30
       راكتورهاي سريع زاينده:    30

فصل دوم: مباني نيروگاههاي هسته اي:
      نيروگاه هسته اي:    33
      راكتور هسته اي:    35
      انرژي هسته اي:    38
فصل سوم: كنترل راكتور
بخش اول: اثرهاي سيستم كنترل راكتور
      شكل زهر كنترل:    42
      سيستم هاي كنترل در راكتور    47
      بحراني كردن راكتور    49
بخش دوم:  كارگرداني راكتورها
      زهرهاي حاصل از شكافت:    51
      تشكيل محصولات شكافت:     53

فصل چهارم: ايمني هسته اي و حفاظت در برابر تابش:
     ايمني هسته اي:     55
     حفاظت در برابر تابش    56
فصل پنجم: مواد مورد نياز در راكتورهاي هسته اي:
بخش اول: سوخت:
     اورانيوم:    60
    پلوتونيوم:    60
   بخش دوم:
   سوخت هسته اي:    62
   غني سازي اورانيوم:    62

    آبشار     63
   فاكتور جداسازي:    63
   قدرت جداسازي:    64
بخش سوم :
   روش هاي غني‌سازي :     65
   روش الكترومغناطيسي:     65
   روش  پخش گازي:    66
   روش سانتريفوژ:    69
   فرايند جت:    70
   روش غني سازي با ليزر:    71
   هزينة غني سازي:    72
   ذخاير جهاني اورانيوم:     75
فصل آخر: نتيجه گيري
منابع و مأخذ
اصطلاحات انگليسي

بخش دوم : اصول فيزيكي ساختمان رآكتورهاي هسته اي

منظور از نيروگاه، چه نيروگاه هسته اي، چه نيروگاه با سوخت فسيلي (نفت يا زغال‌سنگ) مركزي است براي توليد برق، پيش از آنكه مطالعه تفضيلي خود را درباره نيروگاه هسته اي آغاز كنيم مروري بر چگونگي توليد برق و وجوه مشابه و متفاوت نيروگاههاي هسته اي و سوخت فسيلي خواهيم كرد. اين مرور ما را با اجزاي اصلي نيروگه هسته اي آشنا خواهد كرد.

 

توليد برق:

هدف از ايجاد نيروگاه هسته اي، مانند هر مركز مولد برق ديگر توليد برق است. توليد برق كار مشكلي به نظر نمي رسد.

هر يك از ما احتمالاً تكمة فلاش عكاسي يا استارت يك اتومبيل را زده است. در هر دوي اينها از انرژي الكتريكي ذخيره شده در يك باتري در موقع لزوم استفاده مي شود. ولي يك دستگاه مولد برق را نمي توان از تعداد زيادي باتري متصل به هم تشكيل داد. دو دليل بسيار مهم وجود دارد كه چرا اين كار نمي تواند صورت پذيرد:

نخست اينكه باتري ها مقدار انرژي الكتريكي محدودي دارند و نمي توانند بدون آنكه مرتب پر شوند مدت طولاني دوام داشته باشند. علاوه بر اين براي پر كردن آنها نياز به منبع انرژي الكتريكي ديگري است. دوم اينكه باتريها نمي توانند انرژي الكتريكي به مقدار زياد در زمان كوتاهي تهيه كنند.

اگر باتري نمي تواند منظور يك مركز توليد برق را برآورده سازد، پس چه چيز مي‌تواند، مردم سالهاي متمادي است حركت مكانيكي را براي توليد برق مورد نياز خود بكار مي برند. مي دانيد اساس كار يك دستگاه مولد برق (ژنراتور) اعم از مولد جريان مستقيم يا متناوب، حركت نسبي يك هادي در ميدان مغناطيسي است. ولي مولد يك عيب دارد و آن اين است كه مانند باتري نمي توانند انرژي الكتريكي ذخيره كند، به عبارت ديگر برقي كه مولد توليد مي كند بايد در حين توليد مصرف شود. در همه مولدها يك چيز مشترك است: همةْ آنها مياز به منبع قدرت دارند تا استوانة حامل هاديها را، يا آهنرباي مولد ميدان مغناطيسي را بچرخاند يعني حركت مورد استفاده انواع مختلف دارند. چهار نوع از آنها كه اغلب مورد استفاده قرار مي گيرند عبارتند از توربين آبي، توربين بخار، توربين گازي، و موتورهاي درون ساز (كه سوخت آنها مواد نفتي است) در نيروگاههاي هيدروالكتريك براي چرخاندن مولد برق (ژنراتور) از توربين آبي استفاده مي شود استفاده از توربين گازي براي بكار انداختن مولدهاي برق روزافون است. اساس كار توربين هاي گازي مانند كار موتورهاي جت است، سوخت مي سوزد و گازهاي حاصل از سوختن در توربين منبسط مي شود.


راكتورهاي برق هسته اي:

راكتورهاي هسته اي تجارتي عمدتاً راكتورهاي حرارتي هستند- يعني نوترون هاي سريع كه در واكنش شكافت هسته آزاد شده اند در كند كننده سرعت خود را از دست مي دهند تا به دمايي نزديك به دماي كند كننده برسند. بنابراين نوترونها در تعادل حرارتي با كند كننده قرار دارند. نوتورنهاي حرارتي در مقايسه با نوترونهاي سريع، با احتمال بسيار بيشتري مي توانند واكنش هاي شكافت بيشتري را القاء كنند، بنابراين اين امكان استفاده از سوخت طبيعي يا شايد سوختهايي كه تا حدود بسيار كمي غني شده اند، فراهم مي سازد.

اين امر با طراحي راكتورهاي سريع كه در آن واكنش زنجيره اي با نوترونهاي سريع ادامه مي يابد، در تضاد است. بنابراين، نيازي به كند كننده نيست اما سوخت مورد استفاده بايد داراي نسبت بالايي از مواد شكننده، معمولاً پلوتونيم باشد.

 

راكتور آب سبك: (LWR):

آب سبك،  يك كندكننده قوي است و به سرعت نوترونهاي سريعي را كه با شكافت سوخت  آزاد شده اند حرارتي مي كند. متأسفانه آب سبك بعنوان كند كننده سطح مقطع جذب نوترون نسبتاً بالايي دارد. بنابراين، براي كاهش مقدار نوتروني كه از طريق جذب در كند كننده از بين مي رود، طراحي قلب راكتور مي بايستي به گونه‌اي باشد كه به محض حرارتي شدن نوترون، از نفوذ و پراكندگي عميق و طولاني آن جلوگيري شود. بنابراين قلب راكتور فشرده است و فاصله بين سوخت فقط در جد چند ميلي متر است

راكتور آب تحت فشار: (PWR)

PWR از برگزيدن راكتورهاي هسته اي حرارتي در جهان ناشي مي گردد.مشخصات اصلي اين نوع طراحي عبارت است از چگالي فشرده و بالاي توان قلب راكتور كه به كمك آن آب با فشار بالا (تقريباً 158 بار) اما در دماي نسبتاً پايين پمپ شده و نقش دوگانه كند كنندگي/ خنك كنندگي را ايفا مي كند. آب در مدار اوليه به حالت مايع حفظ مي شود بجز در افزايش دهنده فشار كه بالشتك بخار، امكان تنطيم فشار مدار را بر حسب نياز با تغيير شرايط اشباع و بوسيله گرم كننده هاي الكتريكي يا آب فشانها فراهم مي سازد.

سطوح داخلي مدار اوليه مستعد خوردگي با‌آب داغ با خلوص بالا است، و اجزاي آن يا از فولاد ضد زنگ ساخته مي شوند، يا با آن آستر مي شوند يا در مورد مولدهاي بخار، از آلياژي با نيكل زياد ساخته مي شوند.

راكتور آب جوشان (BWR):

راكتور آب جوشان (BWR) دو تفاوت عمده با راكتور PWR دارد:

  • در اين راكتور، آب مي تواند ضمن عبور از قلب راكتور بجوشد.
  • بخار توليد شده مستقيماً به توربين هدايت مي شود؛ يعني، BWR يك طراحي سيكل مستقيم است و به يك مولد بخار واسطه اي نيازي نيست نتيجه اينكه فشار خنك كننده فقط اندكي بالاتر از فشار مورد نياز توربين است، مثلاً در حدود 80 بار، و درجه حرارت در حد مي باشد فشار پائين تر خنك كننده، به مفهوم گالي توان پائين تري در قلب راكتور مي باشد و معمولاً نصف راكتور PWR متقابلاً بزرگتر خواهد بود و با يك بازده حرارتي يكسان، تقريباً دو برابر حجم قلب يك راكتور PWR مي باشد

با اين حال، حجم مخزن فشار BWR در مقايسه با يك راكتور PWR از دو برابر هم بيشتر است. دليل آن هم نيازي است كه به جاي دادن جدا كننده هاي بخار و خشك كننده ها در بالاي قلب راكتور و تعبيه كردن تعدادي پمپ هاي جت در فضاي بين قلب راكتور و ديوار مخزن، وجود دارد.

 


راكتور آب سنگين :(HWR):

تنها از نقطه نظر متخصص فيزيك هسته اي، استفاده از آب سنگين  بعنوان يك كند كننده بهتر از استفاده از استفاده از آب سبك يا گرافيت است. زيرا سطح مقطع تسخير نوترون آن بسيار پايين مي باشد. توجيه عملي آن اين است كه نفوذ و توزيع نوترون هاي حرارتي در فواصل طولاني و در كند كننده اي از جنس آب سنگين قابل قبول است. بنابراين فاصله گذاري بين سوخت مي تواند بزرگتر باشد كه امكان استفاده از يك مدار خنك كننده جداگانه در طراحي راكتور را فراهم مي سازد.

 

راكتور كاندو (PHWR):

واژه مخفف كاندو معرف راكتور كانادايي آب سنگين تحت فشار دوتريم اورانيوم است. در طول سالها، راكتور كاندو و سابقه قابل اعتمادي با ضرايب بار بيش از 90 درصد در دوره هاي طولاني از خود بجا گذاشته است. با اينحال، گرچه راكتورهاي كاندو تقريباً در نصف دوجين از كشورهاي مختلف مورد بهره برداري قرار گرفته است، اما تعداد قابل ملاحظه اي از آنها در كانادا واقع شده و در مورد امكان رقابت آن با طرح موفق PWR، چشم انداز اميد بخشي بچشم نمي خورد.

 

راكتور آب سنگين مولد بخار (SGHWR):

در ايناجا SGHWR بعنوان مثالي كه با جدا سازي كند كننده و خنك كننده امكان ايجاد تغييراتي در طرح فراهم شده مطرح مي گردد.

تنها راكتور SGHWR در حال بهره برداري، يك طرح اوليه 100MW(e) است كه در Winfrith در Dorset قرار داشته و در سال 1967 تأسيس گرديده است. مانند راكتور كاندو كند كننده، آب سنگين است كه در يك كالاندريا قرار دارد. با اينحال لوله هاي كالاندريا، لوله هاي فشار هم محور عمودي بوده و خنك كننده از نوع آب سبك است. مانند BWR، خنك كننده مي تواند در قلب راكتور بجوشد و بخار توليد شده توربين را به حركت وا دارد، بنابراين در اين طرح، واحد جداگانه مولد بخار در راكتور Candu حذف مي شود. لذا SGHWR يك طراحي سيكل مستقيم مي باشد.

 

راكتور كند شونده با گرافيت:

با يك كند كننده گرافيتي، مي بايستي از يك مايع يا گاز بعنوان خنك كننده استفاده كرد. گرچه راكتورهاي كند شونده با گرافيت و خنك شونده با آب موجود هستند، مانند سري نيروگاههاي RBMK شوروي سابق كه نيروگاه چرنوبيل يكي از آنهاست.

در حاليكه آمريكا و كانادا، به ترتيب در طراحي راكتورهاي كند شونده با آب سبك و آب سنگين پيشقدم بوده اند، فرانسه و انگلستان اولين قدمهاي خود را در خصوص راكتورهاي كند شونده را گرانيت برداشته و از دي اكسيد كربن بعنوان خنك كننده استفاده كرده اند زيرا دي اكسيد كربن از نظر شيميايي نسبتاً بي اثر بوده و جذب نوترون آن نيز پائين مي باشد. فرانسه اين طراحي را به نفع يك برنامه گسترده PWR كنار گذاشت. اما انگلستان، بسختي درگير راكتورهاي خنك شونده با گاز گرديد.

 

راكتورهاي ماگنوس:

راكتور ماگنوس از يك كند كننده گرافيتي، خنك كننده دي اكسيد كربن و سوختي از اورانيوم طبيعي فلزي كه در غلافي از آلياژ منيزيم قرار گرفته استفاده مي كند. قلب راكتور استوانه اي شكل است و از صدها تن بلوك گرافيتي كه در آن كانال هاي عمودي به قطر mm100 ايجاد شده، ساخته شده است. در اين كانال ها معمولاً هفت يا هشت عدد از عناصر سوخت، يكي بالاي ديگري، انباشته شده است. براي دستيابي به يك سرعت انتقال حرارت دلخواه از سوخت به كند كننده، جريان رو به بالاي  تحت فشار بوده و غلاف ماگنوس هم داراي سطحي وسيع به شكل پره هايي در طول آن مي باشد. ميله سوخت، در حدود mm25 قطر و m1 طول دارد.


اینجا هم مشاهده کنید