راکتور هسته ای چیست و دقیقا چه کاری انجام می دهد؟

تابحال حتما نام راکتور هسته ای به گوشتان خورده است. اگر می خواهید بدانید راکتور چیست و چه کاری انجام می دهد پس با اطلس پلاس همراه باشید.

راکتور چیست؟

از راکتور برای تولید مواد شیمیایی از مواد دیگر استفاده می گردد. در حقیقت راکتور یک دستگاه است که موادی با درصد معین وارد آن می شود و ماده یا مواد جدیدی توسط آن تولید می گردد.

در کل واکنش ها و فعل و انفعالاتی که می بایست به تولید یک محصول منجر گردد، در راکتوری صورت می گیرد که ویژه همان واکنش ها و فعل و انفعالات طراحی شده باشد.

احتمالا با شنیدن نام راکتور، نخستین چیزی که به ذهن انسان می رسد راکتورهای هسته ای می باشد که در آن واکنش هایی برای تولید انرژی از مواد هسته ای انجام می گردد. راکتورها انواع مختلفی دارند و برای مقاصد متفاوتی طراحی و ساخته می شوند.

به زبان ساده تر برای یک راکتور می توان یک بایوراکتور را مثال زد که در زندگی با آن زیاد روبرو بودیم. ظرف تولید ماست در واقع یک بایو راکتور است که نخست شیر وارد آن می گردد و بعد مایه اولیه تولید ماست به آن افزوده می گردد و در پی فعل و انفعالات شیمیایی شیر تبدیل به ماست می شود.

راکتور هسته ای چیست

راکتور هسته ای دستگاهی است برای انجام واکنش‌های هسته ای که به صورت برنامه ریزی شده و تحت کنترل انجام می شود. تفاوت یک راکتور هسته ای با یک بمب هسته ای در این است که در بمب هسته ای واکنش‌های شیمیایی در کمتر از یک ثانیه انجام می شود و بر خلاف آن چه در راکتورها صورت می گیرد واکنش‌های شیمیایی کنترل نمی شود و این امر موجب انفجار هسته ای می شود.

راکتورهای هسته ای، برای تولید ایزوتوپ‌های ویژه مواد پرتوزا (رادیواکتیو) و همچنین پرتوداروها در مقیاس های آزمایشگاهی، و برای تولید برق در مقیاس های صنعتی ساخته می‌شوند.

نحوه کار راکتور چیست

حال که فهمیده اید راکتور چیست حتما دوست دارید بدانید نحوه کار یک راکتور چونه است. به طور کلی در راکتورهای هسته ای با شکافتن هسته اتم انرژی آن را آزاد کرده و از این انرژی برای تولید حرارت استفاده می کنند. سپس از این حرارت برای تولید بخار آب و از بخار آب برای چرخاندن توربین های تولید برق بهره می گیرند.

در راکتورهای هسته ای اورانیوم غنی شده به طور معمول به شکل قرص‌هایی که سطح مقطع آن ها به اندازه یک سکه و ضخامت آن ها چیزی حدود ۲٫۵ سانتیمتر می باشد مصرف می شود. قرص های اورانیوم روی هم قرار می گیرند و تبدیل به میله‌هایی می شوند که میله سوخت نامیده می شوند.

سپس میله‌های سوخت در بسته‌های چند عددی دسته بندی می شوند و تحت فشار قرار می گیرند و در محیط هایی عایق شده نگهداری می شوند. در شماری از نیروگاه های هسته ای برای پیش گیری از گرم شدن بسته های سوختی که در داخل راکتور هسته ای هستند، این بسته ها در داخل آب سرد فرو برده می شوند.

در شمار دیگری از نیروگاه ها نیز از فلز مایع (سدیم) یا گاز دی اکسید کربن برای سرد نگه داشتن هسته راکتور که فرآیند شکافت هسته اتم در آن روی می دهد، استفاده می گردد.

برای تولید انرژی گرمایی مورد نیاز برای تولید برق که در نیروگاه های هسته ای و توسط فرایند شکافت هسته اتم صورت می گیرد، اورانیومی که در هسته راکتور قرار می گیرد می بایست از جرم بحرانی بیشتر باشد. بدین معنا که اورانیوم مورد استفاده می بایست تا اندازه ای غنی شده باشد که امکان آغاز یک واکنش زنجیره‌ای مداوم در دسترس باشد.

برای کنترل فرایند شکافت هسته اتم و جلوگیری از وقوع انفجر هسته ای، در یک راکتور هسته ای از میله های کنترلی که به طور معمول توسط کادمیوم ساخته شده است استفاده می گردد. این میله ها با جذب کردن نوترون های آزاد داخل راکتور از سرعت بیش از اندازه واکنش های زنجیره ای پیش گیری می کند زیرا با کاهش شمار نوترون ها، شمار واکنش های زنجیره ای نیز کاسته می شود.

انواع راکتور هسته ای چیست

یکی از روش های دسته بندی راکتورهای هسته ای دسته بندی آن ها بر اساس انواع واکنش‌های هسته ای است که در آن‌ها روی می دهد.

راکتورهای شکافت هسته ای

بیشتر راکتورهای هسته ای با استفاده از روش «شکافت هسته ای» کار می کنند. در این راکتورهای هسته ای از اورانیوم به‌ عنوان سوخت استفاده می‌ گردد. با این حال تحقیقاتی در جریان است که از توریوم نیز به ‌عنوان سوخت شود. راکتورهای شکافت هسته ای بنا بر انرژی نوترون ‌هایی که برای حفظ واکنش ‌های زنجیره‌ای شکافت استفاده می گردند، معمولا به ۲ دسته تقسیم می شوند.

راکتورهای حرارتی: راکتورهای حرارتی، نوترون ‌های آهسته یا حرارتی را مورد استفاده قرار می دهند. اکثر نیروگاه های تولید برق از راکتورهای حرارتی استفاده می کنند. این راکتورها بوسیله استفاده از مواد آرام‌ کننده‌ نوترون که موجب کند گردیدن نوترون ها می شود، از سایر راکتورها تشخیص داده می شوند. نوترون های حرارتی احتمال بسیار زیادی برای شکافت اورانیوم ۲۳۵ و احتمال اندکی برای به دام افتادن توسط اورانیوم ۲۳۸ در قیاس با نوترون های سریع تر که با شکافت بوجود می آیند، دارند.

راکتورهای نوترون سریع: راکتورهای نوترون سریع نوعی راکتور هسته ای هستند که در آن ها از نوترون های هسته ای برای شکافت هسته اتم استفاده می گردد. این نوع راکتورها نیاز به آرام‌ کننده‌ی نوترون ندارند. همچنین این راکتورها هزینه‌ عملیاتی شدن بالایی دارند و تکنولوژی ساخت آن ها بسیار پیچیده است. به صورت کلی، راکتورهای نوترون سریع در قیاس با راکتورهای حرارتی از عمومیت کمتری برخوردارند.

راکتورهای گداخت هسته ای

گداخت هسته ای فرآیندی می باشد برعکس فرآیند شکافت هسته اتم. گداخت هسته ای یک تکنولوژی تجربی می باشد که از هیدروژن برای سوخت بهره می برد. این مدل از راکتورها معمولا برای تولید برق مناسب نیستند. اما راکتور گداخت چیست. در فرایند گداخت هسته‌های سبک مانند هیدروژن، دوتریوم و تریتیوم با یکدیگر همجوشی داده شده و از این طریق انرژی تولید می‌شود.

راکتورهای واپاشی هسته ای

واپاشی هسته ای به سلسله فرایندهایی گفته می شود که در هسته‌ اتم های ناپایدار پرتوزا روی می دهد و پرتوهایی تولید می نمایند که به آن ها پرتوهای رادیواکتیو می‌گویند. برای معرفی نمونه‌ هایی از این نوع راکتور می توان به ژنراتورهای ترموالکتریک رادیو ایزوتوپ و باتری‌های اتمی اشاره کرد که با استفاده از انفجار واپاشی هسته ای انفعالی، حرارت و برق تولید می کنند.