تحقیق بررسی سوخت هسته ای و فرآیند آن

تحقیق بررسی سوخت هسته ای و فرآیند آن در 56 صفحه ورد قابل ویرایش
دسته بندی فنی و مهندسی
فرمت فایل doc
حجم فایل 35 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل 56

تحقیق بررسی سوخت هسته ای و فرآیند آن

فروشنده فایل

کد کاربری 6017

تحقیق بررسی سوخت هسته ای و فرآیند آن در 56 صفحه ورد قابل ویرایش

پسماندهای هسته‌ای

]علی رغم سابقه به وضوح ایمن در طول نیم قرن گذشته، امروزه یكی از بحث برانگیزترین جنبه های چرخه سوخت هسته ای مسئله مدیریت و دفع پسماندهای پرتوز است[.

P1 مشكل ترین مسئله، پسماندهای سطح بالا هستند، و دو سیاست مختلف برای مدیریت آنها وجود دارد:

· بازفرآوری سوخت مصرف شده برای جدا كردن آنها (كه با شیشه ای كردن و دفع كردن آنها ادامه می یابد) یا

· دفع مستقیم سوخت مصرف شده دارای پرتوزایی سطح بالا به صورت پسماند.

]پسماندهای هسته ای اصلی در سوخت راكتور سفالی محفوظ باقی می مانند[.

P2 همانطور كه در فصل‌های 3و4 به طور خلاصه گفته شد، “سوزاندن” سوخت در قلب راكتور محصولات شكافتی تولید می كند به مانند ایزوتوپ های مختلف باریم، استرونسیم، نریم، ید، كریپتون و گرنون (Ba، Sr، Cs، I، Kr، Xe). بیشترین ایزوتوپ‌های شكل گرفته به صورت محصولات شكافت در سوخت به شدت پرتوزا هستند و متعاقباً عمرشان كوتاه است.

P3 علاوه بر این اتم های كوچكتر به وجود آمده از شكافت سوخت، ایزوتوپ‌های ترااورانومی مختلفی هم با جذب نوترون تشكیل می شوند. از جمله اینها پلوتونیوم- 239، پلوتونیوم- 240 و پلوتونیوم- 241[1]، به علاوه محصولات دیگری هستند كه از جذب نوترون توسط u-2381 در قلب راكتور و سپس تلاشی بتا به عمل می آیند. همه اینها پرتوزا هستند و به غیر از پلوتونیوم شكافت پذیر كه “می‌سوزد”، در سوخت مصرف شده ای كه از راكتور برداشته می شود باقی می مانند. ایزوتوپ های ترا اورانیوم و دیگر اكتنیدها[2] بیشترین قسمت از پسماندهای سطح بالای با طول عمر زیاد را شكل می دهند.

P4 در حالی كه چرخه سوخت هسته ای صلح آمیز، پسماندهای مختلفی تولید می‌كند، این پسماندها “آلودگی” به شمار نمی آیند، زیرا در عمل همه آنها نگهداری و مدیریت می شوند، در غیر این صورت است كه خطرناك خواهند بود. در حقیقت توان هسته ای تنها صنعت تولید انرژی است كه مسئولیت كامل همه پسماندهایش را برعهده گرفته و هزینه آن را به طور كامل بر قیمت تولیداتش اضافه می كند. وانگهی هم اكنون مهارت های به دست آمده در مدیریت پسماندهای غیر نظامی در حال شروع به اعمال شدن به پسماندهای نظامی است كه یك مشكل محیط زیستی جدی در چند نقطه جهان ایجاد كرده است.

]پسماندهای پرتوزا مواد گوناگونی را شامل می شوند كه از جهت محافظت مردم و محیط زیست اقدامات متفاوتی را طلب می كنند. مدیریت و دفع آنها از نظر فن آوری سر راست است[.

P5 این پسماندها براساس مقدار و نوع پرتوزایی موجود در آنها معمولاً به سه دسته تحت عنوان های پسماندهای سطح پایین سطح متوسط و سطح بالا دسته بندی می‌شوند.

P6 عامل دیگر در مدیریت پسماندها مدت زمانی است كه آنها ممكن است خطرناك باقی بمانند. این زمان به نوع ایزوتوپ های پرتوزای موجود در آنها و به خصوص مشخصه نیمه عمر هر یك از این ایزوتوپ ها بستگی دارد. نیمه عمر مدت زمانی است كه طی می شود تا یك ایزوتوپ پرتوزا نیمی از پرتوزائیش را از دست بدهد. پس از چهار نیمه عمر سطح پرتوزایی به مقدار اولیه آن و پس از هشت نیمه عمر به آن می رسد.

P7 ایزوتوپ های پرتوزای مختلف نیمه عمرهایی دارند كه از كسری از ثانیه تا دقیقه‌ها، ساعات یا روزها، حتی تا میلیون ها سال گسترده شده اند. پرتوزایی با گذشت زمان، همانطور كه این ایزوتوپ ها به ایزوتوپ های پایدار غیر پرتوزا تلاش می كنند كم می شود.

P8 آهنگ تلاشی یك ایزوتوپ با عكس نیمه عمرش متناسب است. یك نیمه عمر كوتاه به معنای تلاشی سریع است. بنابراین، برای هر نوع پرتوزایی، شدت پرتوزایی بالاتر در یك مقدار ماده داده شده مستلزم كوتاه‌تر بودن نیمه عمر است.

P9 سه اصل كلی برای مدیریت پسماندهای پرتوزا بكار گرفته می شود:

· تغلیظ و نگهداری concentrate-and-cantain

· تضعیف و پراكنش dilute- and disparoe

· تأخیر و تلاش delay-and-decay

P10 دو تای اول در مورد مدیریت پسماندهای غیر پرتوزا هم به كار می روند. پسماندها یا تغلیظ شده و سپس متروی می شوند، یا (برای مقادیر خیلی كم) تا سطح قابل قبولی تضعیف شده و سپس به محیط زیست باز گردانده می شوند. با این وجود تأخیر و تلاشی منحصر به مدیریت پسماندهای پرتوزاست و به این معنی است كه پسماند ذخیره و اجازه داده می شود كه پرتوزایی آن از طریق تلاشی طبیعی ایزوتوپ‌های موجود در آن كم شود.

]در چرخه سوخت هسته ای غیرنظامی توجگه اصلی بر پسماندهای سطح بالاست كه حاوی محصولات شكافت و عناصر ترا اورانیومی تشكیل شده در قلب راكتور هستند[.

P11 پسماند سطح بالا: ممكن است خود سوخت مصرف شده یا پسماند اصلی حاصل از باز پردازش آن باشد. در هر دو حال این حجم متوسطی دارد- در حدود 30-25 تن سوخت مصرف شده یا سه مترمكعب پسماند شیشه ای شده در سال برای یك نمونه راكتور هسته ای بزرگ (1000 MWC، نوع آب سبك). این حجم می تواند به صورت موثر و اقتصادی ایزوله شود. سطح پرتوزایی آن به سرعت كم می شود. به عنوان نمونه، یك مجموعه سوخت راكتور آب سبك تازه تخلیه شده آن قدر پرتوزایی دارد كه چند صد كیلو وات گرما می پراكند، اما پس از یك سال این مقدار به 5kw و پس از پنج سال به یك كیلووات می رسد. ظرف مدت 40 سال پرتوزایی آن به حدود یك هزارم مقدار آن هنگام تخلیه می رسد.

P12 اگر سوخت مصرف شده بازفرآوری شود، %3 آن كه به صورت پسماند سطح بالا ظاهر می شود، عمدتاً مایع است و حاوی “خاكستر” اورانیوم سوخته شده است. این پسماند كه شامل محصولات شكافت به شدت پرتوزا و چند عنصر سنگین با پرتوزایی دراز مدت است، مقدار قابل توجهی گرما تولید می كند و باید خنك شود. این به صورت شیشه بورو سیلیكات[3] (شبیه به پیركتن) و به منظور پوشینه‌داری، ذخیره سازی میان مدت، و دفع نهایی در اعماق زمین شیشه ای می شود. این سیاستی است كه توسط بریتانیا، فرانسه، آلمان، ژاپن، چین و هند اتخاذ می شود. (بخش های 5-2 و 5-3 را ببینید)

P13 از طرف دیگر، اگر سوخت مصرف شده راكتور باز پردازش نشود، همه ایزوتوپ های با پرتوزایی بالا و اكتنیدهای دراز عمر در آن باقی می‌مانند، و در این صورت همه مجموعه های سوخت به شكل پسماند سطح بالا رفتار می كنند. گزینه دفع مستقیم توسط امریكا، كانادا و سوئد دنبال می شود، بخش 5-4 را بینید.

P14 تعدادی از كشورها انتخابی بین بازپردازی و دفع مستقیم را گردن نهاده اند.

P15 پسماندهای سطح بالا تنها %3 حجم كل پسماندهای پرتوزای جهان را تشكیل می‌دهند، اما 95% كل پرتوزایی از آنهاست.

P16 علاوه بر پسماندهای سطح بالای حاصل از تولید توان هسته‌ای، هرگونه استفاده از مواد پرتوزا در بیمارستان ها، آزمایشگاه ها و صنایع آنچه را كه (پسماندهای سطح- پایین) نامیده می شود، تولید می كند. رسیدگی كردن اینها خطرناك نیست اما باید با دقتی بیش از زباله‌های معمولی دفع شوند. پسماندهای هسته ای از بیمارستان‌ها. دانشگاهها و صنایع به علاوه صنایع توان هسته ای می آیند، آنها می توانند خاكستر شوند و معمولاً دست آخر در محل های دفن زباله كم عمقی چال می شوند. نشان داده شده است كه این روش موثری برای مدیریت پسماند این چنین مواد نسبتاً بی‌خطری است به شرطی كه همه مواد بسیار سمی ابتدا جدا شده و جزء پسماندهای سطح بالا قرار گیرد.

كشورهای زیادی دارای مخازن پایانی فعال برای پسماندهای سطح پایین هستند. پسماندهای سطح پایین تقریباً همان پرتوزایی را دارند كه سنگ معدن لورانیوم مرتبه پایین دارد و هم آنها بالغ بر بیش از پنجاه برابر پسماندهای سطح بالای سالانه است. در كل جهان این پسماندها 90% كل حجم را تشكیل می دهند اما فقط 1% پرتوزایی كل همه پسماندهای پرتوزا را دارند.

]پسماندهای سطح متوسط[ بیشتر از صنایع هسته ای می آیند. آنها پرتوزاتر هستند و باید پیش از رسیدگی و دفع در برابر مردم حفاظ گذاری نشوند و شامل درین‌ها، رسوب‌های شیمیایی و اجزای راكتور به علاوه مواد آلوده مربوط به از رده خارج كردن راكتورها می شوند. این پسماندها برای دفع بیشتر در بتون قرار داده می شوند. معمولاً پسماند كوتاه عمر (بیشتر از راكتورها) دفن می شود، اما پسماند دراز عمر (از سوخت هسته ای بازفرآوری شده) در اعماق زیر زمین دفع می شوند. پسماندهای سطح میانی 7% حجم پسماندهای پرتوزای و 4% پرتوزایی جهان را تشكیل می دهند.
5-6- راكتورهای از كار انداخته شده

]تا كنون بیش از 300 راكتور هسته ای از كار انداخته شده است كه شامل تقریباً 100 راكتور توان تجاری بیش از 250 راكتور تحقیقاتی و تعدادی تجهیزات چرخه سوخت می باشد[.

P1 چون تنها در سال های اخیر است كه چند راكتور بزرگ تر بسته شده است. فقط راكتورهای كوچك و متوسط (حداكثر Mwe330) تا این مرحله با استفاده از تجهیزات كنترل از راه دور از كار انداخته شده اند. قطعات جدا شده همراه با دیگر پسماندهای سطح متوسط دفع می شوند[4].

P2 آژانس بین‌المللی انرژی اتمی برای نابودسازی، پس از برداشتن سوخت، سه گزینه تعیین كرده است. این تعاریف در سطح بین‌المللی پذیرفته شده است:

· ]پیاده كردن بی فاصله[ (یا Early Sute Releae/Decon در امریكا): این گزینه وسایلی در نظر گرفته می شود كه طی زمان نسبتاً كوتاهی پس از خاموش شدن یا ختم فعالیت های منظم از كنترل نظارتی خارج می شوند. معمولاً پیاده سازی یا فعالیت‌های آلایش زدایی نهایی در طی چند ماه یا چند سال بسته به دستگاه آغاز می‌شود. در ادامه برداشتن كنترل نظارتی، استفاده مجدد از پایگاه امكان پذیر می‌شود.

· حصار ایمن (یا Safestor): این گزینه حذفنهایی كنترل ها را برای یك دوره طولانی تر، معمولاً 40 تا 60 سال به تعویق می اندازد. این وسیله در یك وضعیت ذخیره سازی ایمن قرار می گیرد تا اینكه پیاده سازی نهایی و فعالیت های آلایش زدایی انجام شود.

· ]دفن[ این گزینه قرار گرفتن وسیله در شرایطی را در پی دارد كه باقی ماندن مواد پرتوزا را در محل بدون نیاز به حتی برداشتن آن به طور كامل مجاز خواهد كرد. این گزینه معمولاً كاهش ابعاد سطحی را كه مواد پرتوزا در آن قرار گرفته اند و سپس احاطه شدن آنها را در یك ساختار بادوام مانند بتون را به همراه دارد تا پرتوزایی باقی مانده در نهایت موجب نگرانی نباشد.

P3 هر گزینه مزایا و معایبی دارد و سیاست ملی است كه به شكل شایسته ای تعیین می كند كه كدام روش انتخاب شود. در حالت پیاده كردن بی فاصله و رها كردن زود هنگام پایگاه مسئولیت نابود سازی به نسل های آینده منتقل نمی شود. تجربه و مهارت های كادر شاغل هم می تواند در طول برنامه نابودسازی بكار گرفته شود. گزینه دیگر یعنی حصار ایمن یا انباشت ایمن كاهش قابل توجه در پرتوزایی مانده و بنابراین كاهش خطر پرتوگیری در طول پیاده سازی نهایی را ممكن می كند. پیشرفت مورد انتظار در فنون مكانیكی هم باید به كاهش خطرات و هزینه ها منجر شود.

P4 برای راكتورهای هسته‌ای، حدود99% پرتوزایی با سوختی كه پیش‌از جهت‌گیری به سمت هر یك از این گزینه ها برداشته می شود همراه است. جدای از هر آلایش زدایی سطحی از نیروگاه، پرتوزایی باقی مانده از “محصولات فعال سازی” مانند اجزای فولادیی كه برای مدتی طولانی در معرض تابش فوترون بوده اند، می آید. اتم‌های این اجزا به ایزوتوپ های مختلفی مانند آهن 55، كبالت 60، نیكل 63، و كربن 14 تبدیل می شوند. دوتای اول به شدت پرتوزا بوده و اشعه گاما منتشر می كنند. با وجود این نیمه عمرشان به صورتی است كه پس از تعطیلی راكتور پرتوزایی شان بسیار كم شده و احتمال خطر برای كارگران به شدت كاسته می شود. روی هم رفته، 100 سال پس از خاموش شدن، سطح پرتوزایی با ضریب 100000 پایین می افتد.
مثال ها
اثرات ژنتیكی

P1 در حدود شصت سال پیش كشف شد كه پرتوهای یونیزه كننده ای مانند آنچه كه همواره قسمتی از محیط زیست ما را تشكیل می دهد می توانند موجب جهش ژنتیكی در پشه های میوه شوند. پس از آن زمان مطالعات فراوان نشان داد كه تابش می‌تواند به شكل مشابه موجب جهش هایی در گیاهان و حیوانات آزمایشگاهی شود. با وجود این شواهد صدمات ژنتیكی تابش بر انسان حتی در اثر دزهای زیاد دریافت شده توسط بازماندگان لمپ اتلی در ژاپن ]چنین پی آمدهایی را نشان نمی دهد[.

P2 در سلول یك گیاه یا جانور ماده (DNA)یی كه اطلاعات ژنتیكی لازم برای رشد، بقا و تقسیم سلول لازم است را حمل می كند هدف بحرانی برای تابش است. بیشتر صدمات وارده بر DNA قابل ترمیم است، اما در كسر كوچكی از سلول ها، DNA به صورت همیشگی تغییر می كند. این ضایعه ممكن است منجر به مرگ سلول یا گسترش یك سرطان، یا در مورد سلول های شكل دهنده بافت gonad دگرگونی‌هایی كه به صورت تغییرات ژنتیكی در نسل های بعدی ادامه می یابد شود. بیشتر این تغییرات جهشی زیان بار هستند، و انتظار بسیار اندكی می توانیم برای بهبود آنها داشته باشیم.

P3 سطوح تابش مجاز برای جامعه و برای شاغلین در صنایع هسته ای به صورتی هستند كه هر افزایشی در پی آمدهای ژنتیكی ناشی از توان هسته ای نامحسوس بوده و تقریباً به یقین موجود نیست. سطوح پرتوگیری تابشی به صورتی تعیین می شود كه از صدمه به بافت ها جلوگیری كرده و احتمال ابتلا به سرطان را به حداقل برساند. شواهد تجربی نشان می دهد كه اینها محتمل تر از صدمات ژنتیكی هستند تعداد 75000 بچه متولد شده از والدینی كه از بازماندگان دزهای تابشی بالا در هیروشیما و ناكازاكی در 1945 بودند با آزمایشهای فراوانی آزموده شده اند. این مطالعه بر عدم افزایش ناهنجاری های ژنتیكی این جامعه انسانی كه احتمالاً ناشی از دزهای حتی این چنین زیادی از تابش باشد تاكید می كند.

P4 حیات روی كره زمین هنگامی آغاز و گسترده شده كه این زیستگاه احتمالاً در معرض پرتوزایی چندین برابر بیش از آن چیزی كه هم اكنون هست بوده است، بنابراین تابش یك پدیده جدید نیست. اگر ما مطمئن شویم كه هیچ افزایش شدیدی در پرتوگیری كلی مردم وجود ندارد، بسیار بعید است كه صدمات ژنتیكی ناشی از تابش هرگز اهمیتی پیدا كند.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *