لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 15
تعریف سوخت
به هر ماده ای که توانایی ایجاد گرما ، در اثر سوختن یا تحول شیمیایی ، داشته باشد سوخت می گویند.سوختها را می توان به دودسته عمده طبیعی و مصنوعی تقسیم کرد . سوختهای طبیعی طی سالیان دراز در طبیعت تولید شده اند.در واقع ، این سوختها حتی بدون نیاز یه عملیات خاصی قابل استفاده هستند و به دلیل اینکه از کربن ، هیدروژن و سایر ترکیبات آنها ساخته شده اند ، یه آنها سوختهای هیدروکربنی یا سوختهای فسیلی نیز می گویند. سوختهای فسیلی از ترکیبات هیدروکربن ( ترکیباتی شامل کربن و هیدروژن ) و بقایای فسیل شده گیاهان و جانوران به وجود آمده اند.دگرگونی بقایای فسیلی ،از طریق واکنشهای بیوشیمیایی و تغییرات جغرافیایی ، سبب تولید این نوع سوختها شده است . این سوختها عبارتند از زغال سنگ ، نفت و گازطبیعی. سوختهای مصنوعی درنتیجه عملیات شیمیایی ، فیزیکی یا گرمایی بر روی سوختهای طبیعی به دست می آیند. از جمله این سوختها می توان زغال چوب ، کک، نفت سفید، گاز سوختنی تولیدی و عناثر بارورشده توسط فعل وانفعالات هسته ای را نام برد.
سوخت هسته ای
موادی که هسته آنها با نوترون بمباران می شوند و به مواد قابل شکافت هسته ای معروف هستند عبارتند از : اورانیوم 235،اورانیوم 233 ، و پلوتونیوم 239 که از این سه عنصر ، فقط اورانیوم 235 در طبیعت موجود است . پلوتونیوم 239 و اورانیوم 233 به ترتیب از طریق استحاله اورانیوم 238 و توریوم 232 تولید می شوند . دوماده اخیر ، به « مواد بارور» معروف هستند.
اورانیوم طبیعی ، پس از طی یک سلسله عملیات معدنی وتصفیه شیمیایی ، محتوی 71% درصداورانیوم 235 و مقدار بسیار کمی اورانیوم 233 است و بقیه آن را اورانیوم 238 تشکیل می دهد. فلز اورانیوم به سه صورت ( بسته به درجه حرارت ) ظاهر می شود ، این سه فرم به نامهای آلفا ، بتا و گاما معروف هستند. فرم آلفا تا درجه حرارت 660 سانتی گراد، بتا از 660 تا 760 و گاما از 760 درجه به بالا ظاهر می شود.
فلز اورانیوم از نظر شیمیایی بسیاراکتیو ( فعال) است. در حرارت معمولی ، هوا و آب آن را می خورند و در حرارت زیاد ، فورا" با آب ترکیب می شود . این یکی از دلایلی است که موجب می شود میله های اورانیوم را در رآکتورها، در غلاف هایی از منیزیوم یا منگنوکس قرار دهند. اورانیوم دارای خاصیت رادیواکتیویته طبیعی است ، به این معنی که از آن پرتو قابل نفوذی شبیه پرتو ایکس (x ) ساطع می شود از میان این سه دسته ، اثرات نامطلوب پرتو گاما از همه بیشتر است، اما شدت رادیو اکتیویته طبیعی اورانیوم نسبتا" کم است ، به طوری که برای عملیات معدنی تصفیه شیمیایی ساخت میله های اورانیوم و قرار دادن آنها دررآکتور؛ مشکلات بزرگی ایجاد نمی کند. کارکنان این موسسات می توانند با وسایل حفاظتی معمولی ، از قبیل دستکش ، و روشهای مخصوص تا مرحله آخر قرار دادن او رانیوم در غلاف های غیر قابل نفوذ به طور کافی حفاظت شوند.
بعد از اینکه اورانیوم در رآکتور تحت تاثیر بمباران نوترون قرار گرفت ، شدت پرتو رادیو اکتیو بالا می رود علاوه بر این ، نوترون ها که دارای انرژی زیادی هستند مخاطراتی ایجاد می کنند. از این مرحله به بعد ، هرگونه عملیات روی میله ها ی اورانیوم باید از دور و با وسایل مکانیکی ، الکتریکی و هیدرولیکی صورت می گیرد . هم چنین ، سوخت مصرف شده در رآکتور به شدت رادیواکتیویته بوده و باید با مراقبتهای مخصوص منتقل شود. اورانیوم برای ایجاد انفجار هسته ای و تولید حرارت باید مورد اصابت نوترون قرار گیرد . این نوترون می تواند از یک منبع خارجی تهیه نوترون تامین شودیا از نوترونهای آزادی که در یک حجم از اورانیوم وجود دارند استفاده شود. در یک حجم اورانیوم همیشه مقداری نوترون آزاد وجوددارد و حتی بعضی از آنها موجب انفجار هسته ای می شوند ولی نوترونهای تولید شده از جدار اورانیوم گذشته وارد هوا می شوند و در نتیجه فعل و انفعال سلسله ای ایجاد نمی کنند . از یک حجم به بالا خارج شدن بعضی از نوترون ها ی آزاد مشکل شده و موجب اصابت باهسته های اورانیوم وشروع فعل و انفعال سلسله ای می شود.طبیعی است که این حجم بحرانی (Cirtic )، به ظاهر هندسی آن نیز بستگی دارد . در رآکتورهای اتمی ، معمولا حجم رآکتور بالاتر از حجم بحرانی است و در نتیجه شروع فعل و انفعالات سلسله ای ، خود به خود و بدون تهیه منبع نوترون مجزا انجام می گیرد ، ولی در بعضی موارد ، از منبع نوترون مجزا نیز استفاده می شود. در بعضی رآکتورها اورانیوم به صورت اکسیدیاترکیبات دیگر مورد استفاده قرار می گیرد . درصد اورانیوم در این ترکیبات زیاد است از نظر انفجارات هسته ای همان خواص اورانیوم خالص را دارد . بدین ترتیب اولا در عمل تبدیل ترکیبات فوق به اورانیوم خالص صرفه جویی شده و ثانیا، از بعضی خواص فیزیکی مطلوب آنها نیز استفاده شده است .استفاده از سوخت هسته ای برای تولید انرژی برق، با به کارگیری اولین رآکتورهای قدرت دردهه 60 میلادی شروع شد وتولیدو مصرف آن به طور پیوسته رو به افزایش نهاد . در سال 1997 م ، ازهر شش کیلو وات ساعت انرژی برق که در جهان تولید می شد ، یک کبلو وات ساعت آن با استفاده از سوخت هسته ای ، یک کیلو وات ساعت دیگر با به کارگیری منابع آبی ، و چهار کیلو وات ساعت نیز با بهره گیری از سوخت های فسیلی ( نفت ، گاز، زغال سنگ) تامین می شد. در کشورهای اروپایی ، سهم سوخت هسته ای برای تولید انرژی برق به 33% ، یعنی دوبرابر مبانگبن جهانی ، و در فرانسه به 77% می رسد.تکنولوژی تولید وبهره برداری از سوخت هسته ای یکی از پیچیده ترین و پیشرفته ترین تکنولوژیهای امروزی است که از طیف گسترده ای از علوم و فنون مختلف ( مانند شیمی هسته ای ، مهندسی شیمی، مهندسی فرایند، متالوژی مواد ، متالوژی پودر ، انتقال حرارت ، حرکت شاره ها و غیره ) بهره می گیرد . کیفیت تولید و بهره برداری از سوخت هسته ای در رآکتورها، در چهار دهه گذشته همواره بهبود یافته واستفاده بهینه از این سوخت را بارعایت کامل مسایل ایمنی ممکن کرده است.
چر خه سوخت هسته ای
چرخه سوخت هسته ای چیست؟اورانیومی که از زمین استخراج می‌شود، بلافاصله قابل استفاده در نیروگاههای تولید انرژی نیست. برای آنکه بتوان بیشترین بازده را از اورانیوم به دست آورد، فرآیندهای مختلفی روی سنگ معدن اورانیوم صورت می‌گیرد تا غلظت ایزوتوپ u-235 که قابل شکافت است، افزایش یابد.چرخه سوخت اورانیوم نسبت به سوخت های رایج دیگر، از جمله ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی، به مراتب پیچیده تر و متمایزتر است. چرخه سوخت اورانیوم را چرخه سوخت هسته ای نیز می‌گویند. چرخه سوخت هسته ای از دو بخش انتهای جلویی و انتهای عقبی ( front end , Back end ) تشکیل شده است. انتهای جلویی چرخه، مراحلی است که منجر به آماده سازی اورانیوم به عنوان سوخت رآکتور هسته ای می‌شود و شامل استخراج از معدن، آسیاب کردن، تبدیل، غنی سازی و تولید سوخت است.هنگامی که اورانیوم به عنوان سوخت مصرف شد و انرژی از آن به دست می‌آمد، انتهای عقبی چرخه آغاز می‌شود تا ضایعات هسته ای به انسان و محیط زیست آسیبی نرسانند. این بخش عقبی شامل انبار داری موقتی، بازفرآوری کردن انبار نهایی است.
اکتشاف و استخراجذخایر طبیعی اورانیوم، سنگ معدن اورانیوم است که براساس مقدار قابل استحصال از معدن محاسبه می‌شود. با تکنیک‌ها و روش های زمین شناسی، معدن اورانیوم شناسایی می‌شود و نمونه هایی از سنگ معدن به آزمایشگاه فرستاده می‌شود. در آنجا، محلولی از سنگ معدن تهیه می‌کنند و اورانیوم ته نشین شده را مورد بررسی قرار می‌دهند تا بفهمند چه مقدار اورانیوم را می‌توان از آن معدن استخراج کرد و چقدر هزینه می‌برد.اورانیوم موجود در طبیعت معمولاً از دو ایزوتوپ u-235 و u-238 تشکیل می‌شود که فراوانی آنها به ترتیب 71/0 درصد و 28/99 درصد است.هنگامی که معدن شناسایی شد، به سه روش می‌توان اورانیوم را استخراج کرد: استخراج از سطح زمین، استخراج ازمعادن زیرزمینی و تصفیه در معدن. دو روش نخست همانند دیگر روش های استخراج فلزات هستند، ولی در روش سوم که در ایالات متحده استفاده می‌شود، سنگ معدن در خود معدن تصفیه می‌شود و اورانیوم بدست می‌آید. سنگ معدن اورانیوم معمولا از اکسید اورانیوم (u3o8) تشکیل شده است و غلظت آن در سنگ معدن بین 05/0 تا 3/0 درصد تغییر می‌کند.البته این تنها منبع اورانیوم نیست. اورانیوم در برخی معادن فسفات با منشأ دریایی نیز وجود دارد که البته فراوانی بسیار کمی دارد، به طوری که حداکثر به 200 ذره در میلیون ذره می‌رسد. از آنجایی که این معادن فسفات مقادیر انبوهی تولید دارند، می‌توان اورانیوم را با قیمت معولی استحصال کرد.
آسیاب کردنپس از استخراج سنگ معدن، تکه سنگ‌ها به آسیاب فرستاده می‌شود تا خوب خرد شده، خرده سنگ هایی که با ابعاد یکسان تولید شود. اورانیوم توسط اسید سولفوریک از دیگر اتم‌ها جدا می‌شود، محلول غنی شده از اورانیوم تصفیه می‌شود و خشک می‌شود. محصول به دست آمده، کنستانتره جامد اورانیوم است که کیک زرد نامیده می‌شود.
تبدیلکیک زرد جامد است، ولی مرحله بعد ( غنی سازی ) از تکنولوژی بخصوصی بهره می‌برد که نیازمند حالت گازی است. بنابراین کنستانتره اکسید اورانیوم جامد طی فرآیندی شیمیایی به هگزافلورایداورانیوم ( UF6 ) تبدیل می‌شود. UF6 در دمای اتاق جامد است، ولی در دمایی نه چندان بالا به گاز تبدیل می‌شود.
غنی سازیبرای ادامه یک واکنش زنجیره هسته ای در قلب یک رآکتور آب سبک، غلظت طبیعی اورانیوم 235 بسیار اندک است. برای آنکه UF6 به دست آمده در مرحله تبدیل، به عنوان سوخت هسته ای مورد استفاده قرار گیرد، باید ایزوتوپ قابل شکافت آن را غنی کرد. البته سطح غنی سازی بسته به کاربرد سوخت هسته ای متفاوت است. برای یک رآکتور آب سبک، سوختی با 5 درصد اورانیوم 235 مورد نیاز است؛ در حالی که در یک بمب اتمی، سوخت هسته ای باید حداقل 90 درصد غنی شده باشد.غنی سازی با استفاده از یک یا چند روش جداسازی ایزوتوپ های سنگین و سبک صورت می‌گیرد. در حال حاضر، دو روش رایج برای غنی سازی اورانیوم وجود دارد که عبارتند از انتشار گاز و سنتریفوژ گاز.در روش انتشار گازی ( دیفیوژن )، گاز طبیعی UF6 با فشار بالا از یک سری سدهای انتشاری عبور می‌کند. این
تحقیق تعریف سوخت
