امروز: سه شنبه 20 آذر 1397
دسته بندی محصولات
بخش همکاران
بلوک کد اختصاصی

دانلود تحقیق پایان چرخه سوخت هسته ای

دانلود تحقیق پایان چرخه سوخت هسته ای دسته: محیط زیست
بازدید: 1 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 41 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 55

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

قیمت فایل فقط 7,700 تومان

خرید

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.


 بازفرآوری سوخت مصرف شده

]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.

در آمریكا یك داستان حماشی (Saga) سیاسی و فنی هست و هیچ كارخانه بازفرآوری‌ در حال حاضر كار نمی كند. سه كارخانه برای بازفرآوری‌ سوخت های اكسیدی غیرنظامی در آمریكا ساخته شده است: اول یك كارخانه t/yr300 در
West Valley، Ny، ساخته شد و از 72-1966 با موفقیتكار كرد. با وجود این الزامات انتظامی روز به روز سخت گیرانه تر به معنای اصلاح كردن كارخانه بود كه غیر اقتصادی پنداشته شد، و كارخانه تعطیل شد. دومی یك كارخانه t/yr300 بود كه با استفاده از فن آوری جدید در Morris، illinois ساخته شد، كه علی رقم تحقق در مقیاس آزمایشی در كارخانه تولیدی درست كار نكرد. سومی یك كارخانه t/yr1500 در Barnwell، South Carolona بود، كه به واسطه تغییر سیاست دولت كه طی یك بند از سیاست عدم تكثر آمریكا (non-proliferation) شده بازفرآوری‌ های غیر نظامی را نفی می كرد، بی نتیجه ماند. در مجموع امریكا از دهه 1940 بیش از 250 كارخانه سال تجربه عملی بازفرآوری‌ دارد، كه قسمت  عمده آن در كارخانه های صنایع دفاعی بوده است.

[1] - pa-241 است كه تلاشی كرده و امرسیم- 241 را كه در آشكارسازهای دود خانگی به كار می رود، برای ما ایجاد می كند.

[2] - اكتنیدها عناصری هستند با عدد اتمی 89 (اكتینیم) یا بالاتر و ترا اورانیوم ها بالاتر از 92 (اورانیوم)

[3] - مترجم 1: نوعی شیشه كه پنج درصد آن اسید بوریك است و در مقابل گرمای زیاد مقاوم می باشد.

فایل ورد 55 ص

قیمت فایل فقط 7,700 تومان

خرید

برچسب ها : پایان چرخه سوخت هسته ای , پسماندهای هسته ای , پسماندهای پرتوزا , انرژی هسته ای

نظرات کاربران در مورد این کالا
تا کنون هیچ نظری درباره این کالا ثبت نگردیده است.
ارسال نظر