تحقیق بررسی سوخت هسته ای و فرآیند آن

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

]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.

]مهمترین دلیل برای بازفرآوری بیرون كشیدن اورانیوم و پلوتونیوم مصرف نشده از عناصر سوخت مصرف شده است. دلیل دوم كاهش حجم موادی است كه به صورت پسماند سطح بالا دفع می شوند[.

P1 بازفرآوری از هدر رفتن مقدار قابل توجهی از منابع جلوگیری می كند زیرا بیشتر سوخت مصرف شده (اورانیومی با كمتر از 1% u-235 و اندكی پلوتونیوم) می‌تواند به صورت عناصر سوخت جدید بازیابی شود، كه 30% اورانیوم طبیعی را كه در غیر این صورت لازم بود ذخیره می كند. این اورانیوم و پلوتونیوم به سوخت اكسید مختلط تبدیل می شوند و یك منبع مهم هستند. سپس پسماندهای سطح بالای باقی مانده برای دفع‌شدن به صورت مواد جامدفشرده، پایدار و غیرقابل حلی تبدیل می‌شوند كه دفعشان از مجموعه های حجیم سوخت مصرف شده آسان تر است.

P2 یك راكتور آب سبك 1000Mwe در حدود 25 تن سوخت مصرف شده در سال تولید می كند، تا به حال، پیش از 80000 تن از سوخت مصرف شده‌ی راكتورهای تولید برق تجاری بازفرآوری شده است و هم اكنون ظرفیت سالانه این كار حدود 5000 تن در سال است.

P3 مجموعه های سوخت مصرف شده ای كه از یك راكتور خارج می شوند به شدت پرتوزا هستند و گرما تولید می كنند. به همین خاطر آنها در تانك‌هایی بزرگ یا حوضچه‌هایی از آب قرار داده، خنك می كنند و سه متر از آب روی آنها پرتوها را مهار می كند. آنها در این جا، كه در محل راكتور یا در ایستگاه بازفرآوری است، چند سالی باقی می مانند تا سطح تابش آنها به طور چشمگیری كاسته شود. برای بیشتر انواع سوخت ها بازفرآوری در حدود 50 سال پس از تخلیه راكتور انجام می شود.

P4 سوخت مصرف شده ممكن است پس از خنك سازی اولیه، با استفاده از فلاسك‌های محافظ دار خاصی كه تنها چند تن (مثلاً 6 تن) از سوخت مصرف شده را در خود جای داده اما حدود 100 تن وزن دارند، حمل و نقل شود. انتقال سوخت مصرف شده و دیگر پسماندهای سطح بالا به سختی مراقبت می شود.

P5 بازفرآوری سوخت اكسید مصرف شده مستلزم حل عناصر سوخت در اسید نیتریك است. سپس جداسازی شیمیایی اورانیوم و پلوتونیوم انجام می شود. Pu و u می توانند به ورودی چرخه سوخت بازگردانده شوند. (اورانیوم به مرحله تبدیل، پیش از غنی سازی دوباره و پلوتونیوم مستقیماً به مرحله ساخت سوخت). (در حقیقت به منظور بازیابی سوخت آنها اغلب در یك محل واحد هستند). مایع باقی مانده پس از بیرون كشیدن pu و u، پسماند سطح بالاست كه شامل حدود 3% از سوخت مصرف شده است. این پسماند به شدت پرتوزاست و به تولید گرمای شدید ادامه می دهد.

P6 بازفرآوری‌های زیادی از دهه 1940، انجام شده است كه عمدتاً برای مقاصد نظامی و به منظور بازیافت پلوتونیوم (از سوخت با سوزش burn up كم) برای جنگ افزارها، انجام شده است. در بریتانیا، حدود چهل سال است كه عناصر سوخت فلزی حاصل از اولین نسل راكتورهای تجاری كه با گاز خنك می شوند، در Sellafield بازفرآوری‌ می گردد. این كارخانه‌ی t/yr1500 با توجه به همراهی با رشد ایمنی، بهداشت و دیگر استانداردهای سامان دهی، با موفقیت توسعه داده شده است. از 1969 تا 1973 سوخت های اكسیدی هم در قسمتی از این كارخانه كه به این منظور تغییر داده شده بازفرآوری‌ شدند. در 1994 یك كارخانه جدید بازفرآوری‌ اكسید حرارتی t /yr1200 ‏ (T HORP) برپا شد.