کاربردهای گسترده غیرنظامی انرژی هسته ای (بخش اول)
مشعل: از زمان ظهور انرژی هسته ای تا به امروز، گمانه زنی های زیادی در خصوص این فناوری وجود داشته و برخلاف ادعای کشورهای متخاصم، انرژی هسته ای بیش از آنکه خطرآفرین باشد و به ابزاری برای عملیات نظامی تبدیل شود، کاربردهای غیرنظامی زیادی دارد که موارد استفاده از آن در حوزه سلامت، پزشکی، کشاورزی، زمین شناسی و... بی شمار است.
این فناوری به ظاهر خطرناک در بخش های مختلف همچون سلامت توانسته انقلاب بزرگی در تشخیص و درمان بیماری هایی همچون سرطان ایجاد کند. همچنین در حوزه محیط زیست هم نقش مهمی را در ردیابی منابع آلودگی و مدیریت منابع آب و خاک ایفا می کند، کاربردهایی که نشان می دهد این انرژی، در اهداف غیرنظامی نقش تاثیرگذاری دارد و می تواند به ابزاری ارزشمند در حوزه توسعه علمی، اقتصادی و انسانی تبدیل شود و آینده ای درخشان را رقم بزند.
آنچه باید از انرژی هسته ای بدانیم
قبل از هر چیز باید بدانیم که انرژی هسته ای چیست و چگونه تولید می شود؛ انرژی هسته ای از طریق دو فرایند شکافت هسته ای (Fission) و همجوشی هسته ای (Fusion) ایجاد می شود. در شکافت هسته ای، هسته اتم های سنگینی مانند ایزوتوپ های اورانیوم یا پلوتونیوم به 2 یا چند بخش کوچک تر شکافته شده و طی این فرایند، مقدار زیادی انرژی به صورت گرما آزاد می شود. این گرما در نیروگاه های هسته ای برای تولید بخار و در نهایت برق مورد استفاده قرار می گیرد. در مقابل، همجوشی هسته ای که در خورشید و ستارگان رخ می دهد، از ترکیب هسته های سبک مانند ایزوتوپ های هیدروژن، انرژی عظیمی تولید می کند؛ هرچند فناوری همجوشی هنوز در مرحله تحقیق و توسعه است؛ اما شکافت هسته ای به طور گسترده در تولید برق مورد استفاده قرار می گیرد.
انرژی هسته ای و نقش اورانیوم غنی شده
همانطور که گفتیم؛ انرژی هسته ای، نوعی انرژی درونی است که در هسته اتم ها ذخیره شده و از طریق فرایندهای فیزیکی مانند شکافت یا همجوشی هسته ای آزاد می شود. مهم ترین روش تولید انرژی هسته ای در حال حاضر، شکافت هسته ای است؛ فرایندی که در آن هسته اتم های سنگین مانند اورانیوم-۲۳۵ یا پلوتونیوم-۲۳۹ به 2 یا چند هسته سبک تر شکسته می شوند و در آن مقدار زیادی انرژی گرمایی آزاد می شود. این انرژی برای تولید برق در نیروگاه های هسته ای به کار می رود. اورانیوم غنی شده هم ماده اصلی در فرایند شکافت است. اورانیوم طبیعی عمدتا از ایزوتوپ اورانیوم-۲۳۸ تشکیل شده که برای شکافت مناسب نیست؛ اما ایزوتوپ اورانیوم-۲۳۵ که توانایی شکافت دارد، تنها درصد کمی از اورانیوم طبیعی را تشکیل می دهد. برای استفاده در راکتورهای هسته ای، درصد اورانیوم-۲۳۵ باید افزایش یابد؛ به این فرایند، «غنی سازی» گفته می شود. گفتنی است بدون غنی سازی اورانیوم در ایران، کنترل و پایداری واکنش زنجیره ای شکافت در راکتورها ممکن نیست.
ایمنی، کنترل و حمل ونقل مواد رادیواکتیو
ایمنی، کنترل و حمل ونقل ایمن مواد رادیواکتیو از مهم ترین بخش های فناوری هسته ای است؛ زیرا این مواد در صورت نشت یا استفاده نادرست می توانند خطراتی جدی برای سلامت انسان و محیط زیست ایجاد کنند. برای ایمنی، مقررات سخت گیرانه ای از سوی سازمان های بین المللی مانند آژانس بین المللی انرژی اتمی (IAEA) وضع شده است. کنترل این مواد شامل رهگیری دقیق، نگهداری در ظروف محافظ و پایش تابش های احتمالی در محیط است. همچنین حمل ونقل مواد رادیواکتیو با استفاده از بسته بندی های بسیار مقاوم، دارای چندلایه حفاظتی و تحت نظارت شدید انجام می شود. این بسته ها باید در برابر ضربه، حرارت و نشت مقاوم باشند و مسیرهای حمل نیز با دقت انتخاب و ایمن سازی شوند. رعایت این اصول، برای جلوگیری از حوادث احتمالی و سوءاستفاده ضروری است. حال که با انرژی هسته ای و نحوه تولید آن آشنا شدید، براحتی می توانید دریابید که انرژی هسته ای بیش از آنکه کاربرد نظامی داشته باشد، نقشی حیاتی در بخش های انرژی، اقتصادی و تولید دارد.
تولید برق
تولید برق هسته ای بر پایه فرایند شکافت هسته ای انجام می شود. در این فرایند، هسته اتم های سنگینی مانند اورانیوم-۲۳۵ در راکتورهای هسته ای شکافته می شوند و گرمای زیادی تولید می کنند. این گرما برای تبدیل آب به بخار مورد استفاده قرار می گیرد.
بخار تولیدشده، توربین ها را به حرکت درمی آورد و این حرکت به ژنراتورها منتقل می شود تا برق تولید شود. برخلاف نیروگاه های سوخت فسیلی، نیروگاه های هسته ای، گازهای گلخانه ای یا آلاینده های هوا تولید نمی کنند و به همین دلیل از آنها به عنوان گزینه ای پاک و پایدار یاد می شود.
ساختار و عملکرد نیروگاه های هسته ای
نیروگاه های هسته ای، تأسیساتی هستند که انرژی حاصل از شکافت هسته ای را به برق تبدیل می کنند. ساختار اصلی آنها شامل بخش هایی مانند راکتور هسته ای، مولد بخار، توربین، ژنراتور و سیستم های خنک کننده و ایمنی است. در قلب نیروگاه، راکتور هسته ای قرار دارد که در آن سوخت هسته ای در معرض واکنش زنجیره ای شکافت قرار می گیرند. طی این واکنش، گرمای زیادی تولید می شود که برای تبدیل آب به بخار مورد استفاده قرار می گیرد. بخار حاصل به توربین هدایت می شود و با چرخاندن پره های آن، انرژی مکانیکی تولید می کند. این انرژی از طریق ژنراتور به برق تبدیل می شود. پس از عبور از توربین، بخار به وسیله کندانسور سرد شده و دوباره به آب تبدیل می شود تا چرخه تکرار شود. برای جلوگیری از خطرات احتمالی، نیروگاه های هسته ای به سیستم های ایمنی پیشرفته ای مجهز هستند که از نشت مواد رادیواکتیو جلوگیری می کنند. این ساختار پیچیده، تولید برق پایدار با راندمان بالا را ممکن می سازد.
توسعه نیروگاه های برق هسته ای
توسعه نیروگاه های برق هسته ای در ایران از اوایل دهه ۲۰۱۰ آغاز شد و با تکمیل واحد نخست بوشهر در سال ۲۰۱۳ ادامه یافت. این نیروگاه که با همکاری روسیه ساخته شده، ظرفیت تولید حدود ۹۱۵مگاوات برق را دارد. در دودهه آینده نیز صنعت هسته ای ایران برنامه ای بلندمدت برای افزایش ظرفیت هسته ای تا ۲۰ گیگاوات تا سال ۲۰۴۱ دارد.
بخشی از این برنامه شامل ساخت چهار واحد ۱۲۵۰ مگاواتی در هرمزگان است که از سال ۲۰۲۴ شروع شده و برای آن حدود ۱۵ میلیارد دلار بودجه پیش بینی شده است. علاوه بر این، نیروگاه دارخُوِین با ظرفیت ۳۶۰ مگاوات به صورت بومی طراحی و ساخته شده و در حال اجراست. سازمان انرژی اتمی ایران (AEOI) در نظر دارد، منابع داخلی و تکنولوژی ملی را توسعه دهد تا ضمن افزایش امنیت انرژی، به خودکفایی در ساخت و بهره برداری از راکتورها دست یابد. به طور خلاصه، ایران با بهره گیری از مشارکت خارجی و ظرفیت بومی سازی، در حال گسترش زیرساخت های هسته ای برای تأمین انرژی پایدار و تقویت استقلال فناورانه است.
منبع: تک ناک