رآکتور هسته‌ای: تفاوت میان نسخه‌ها

[[پرونده:Crocus-p1020491.jpg|بندانگشتی|قسمت [[هسته رآکتور هسته‌ای|هسته]] یک واکنشگاه‌رآکتور هسته‌ای تحقیقاتی در سوئیس]]

اولین انرژی کنترل شده ناشی از [[شکافت هسته‌ای]] در دسامبر ۱۹۴۲ بدست آمد. با رهبری فرمی ساخت و راه‌اندازی یک پیل از آجرهای گرافیتی، [[اورانیوم]] و سوخت [[اکسید اورانیوم]] با موفقیت به نتیجه رسید. این پیل هسته‌ای، در زیر میدان فوتبال [[دانشگاه شیکاگو]] ساخته شد و اولین واکنشگاه‌رآکتور هسته‌ای فعال بود.{{مدرک}}

سوخت واکنشگاه‌هایرآکتورهای هسته‌ای باید به گونه‌ای باشد که متحمل شکافت حاصله از [[نوترون]] بشود. پنج نوکلئید شکافت پذیر وجود دارند که در حال حاضر در واکنشگاه‌هارآکتورها به کار می‌روند: <chem>^{239}_Pu,^{238}_U,^{235}_U,^{233}_U,^{232}_Th</chem>. برخی از این نوکلئیدها برای شکافت حاصله از نوترون‌های حرارتی و برخی نیز برای شکافت حاصل از نوترون‌های سریع می‌باشند.<ref>{{یادکرد وب|نویسنده=|کد زبان=fa|تاریخ=|وبگاه=شبکه ملی مدارس ایران رشد|نشانی=http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=ساختمان+راکتور+هسته‌ای&SSOReturnPage=Check&Rand=0|عنوان=ساختمان رآکتور هسته‌ای|بازبینی=2017-10-12}}</ref> تفاوت بین سوخت یک خاصیت در دسته‌بندی واکنشگاه‌هارآکتورها است.

در کنار قابلیت شکافت، سوخت به کار رفته در واکنشگاه‌رآکتور هسته‌ای باید بتواند نیازهای دیگری را نیز تأمین کند. سوخت باید از نظر مکانیکی قوی، از نظر شیمیایی پایدار و در مقابل تخریب تشعشعی مقاوم باشد، تا تحت تغییرات فیزیکی و شیمیایی محیط واکنشگاه‌رآکتور قرار نگیرد. [[رسانش گرمایی|هدایت حرارتی]] ماده باید بالا باشد به‌طوری که بتواند حرارت را خیلی راحت جابجا کند. همچنین امکان به دست آوردن، ساخت راحت، هزینه نسبتاً پایین و خطرناک نبودن از نظر شیمیایی از دیگر ویژگی‌های ضروری سوخت هستند.

== غلاف سوخت واکنشگاه‌رآکتور ==

سوخت‌های هسته‌ای مستقیماً در داخل واکنشگاه‌رآکتور قرار داده نمی‌شوند، بلکه همواره به صورت پوشیده شده مورد استفاده قرار می‌گیرند. پوشش یا غلاف سوخت، کندکننده یا خنک‌کننده را از آن جدا می‌سازد. این امر از خوردگی سوخت محافظت کرده و از گسترش محصولات شکافت حاصل از سوخت پرتو دیده به محیط اطراف جلوگیری می‌کند. همچنین این غلاف می‌تواند پشتیبان ساختاری سوخت بوده و در انتقال حرارت به آن کمک کند. ماده غلاف همانند خود سوخت باید دارای خواص خوب حرارتی و مکانیکی بوده و از نظر شیمیایی نسبت به [[برهم‌کنش|برهمکنش]] با سوخت و مواد محیط پایدار باشد. همچنین لازم است غلاف دارای [[سطح مقطع]] پایینی نسبت به بر همکنش‌های هسته‌ای حاصل از نوترون بوده و در مقابل تشعشع مقاوم باشد.

یک کندکننده ماده‌ای است که برای کند یا حرارتی کردن نوترون‌های سریع بکار می‌رود. هسته‌هایی که دارای جرمی نزدیک به جرم نوترون هستند بهترین کندکننده می‌باشند. کندکننده برای آن که بتواند در واکنشگاه‌رآکتور مورد استفاده قرار گیرد بایستی سطح مقطع جذبی پایینی نسبت به نوترون داشته باشد. با توجه به خواص اشاره شده برای کند کننده، چند ماده هستند که می‌توان از آن‌ها استفاده کرد. [[هیدروژن]]، [[دوتریم]]، [[بریلیوم]] و [[کربن]] چند نمونه از کند کننده‌ها می‌باشند. از آن جا که بریلیوم سمی است، این ماده خیلی کم به عنوان کندکننده در واکنشگاه‌رآکتور مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین [[ایزوتوپ|ایزوتوپ‌]]<nowiki/>هایایزوتوپ‌های [[هیدروژن]]،هیدروژن، به شکل [[آب]] و [[آب سنگین]] و [[کربن]]، به شکل [[گرافیت هسته‌ای|گرافیت]] به عنوان مواد کندکننده استفاده می‌شوند.

[[آب سنگین]] در بعضی از انواع واکنشگاه‌هایرآکتورهای هسته‌ای نیز به عنوان کندکننده نوترون به کار می‌رود. نوترون‌های کند می‌توانند با اورانیوم واکنش بدهند. از [[آب سبک]] یا آب معمولی هم می‌توان به عنوان کندکننده استفاده کرد، اما از آن جایی که آب سبک، نوترون‌های حرارتی را هم جذب می‌کند، [[رآکتور آب‌سبک|واکنشگاه‌هایرآکتورهای آب سبک]] باید اورانیوم غنی شده یا اورانیوم با خلوص زیاد استفاده کنند، اما [[رآکتور آب‌سنگین|واکنشگاه‌ آب‌سنگین]] می‌تواند از اورانیوم معمولی یا غنی نشده هم استفاده کند، به همین دلیل تولید آب سنگین به بحث‌های مربوط به جلوگیری از توسعه [[جنگ‌افزار هسته‌ای|سلاح‌های هسته‌ای]] مربوط است. [[رآکتور آب‌سنگین|واکنشگاه‌هایرآکتورهای تولید آب سنگین]] را می‌توان به گونه‌ای ساخت که بدون نیاز به تجهیزات غنی سازی، اورانیوم را به [[پلوتونیوم]] قابل استفاده در بمب اتمی تبدیل کند. البته برای استفاده از اورانیوم معمولی در بمب اتمی می‌توان از روش‌های دیگری هم استفاده کرد.

کشورهای [[هند]]، [[پاکستان]]، [[کره شمالی]]، [[روسیه]]، [[آمریکا]] و [[اسرائیل]] از [[رآکتور آب‌سنگین|واکنشگاه‌هایرآکتورهای تولید آب سنگین]] برای تولید بمب اتمی استفاده کرده‌اند. با توجه به امکان استفاده از آب سنگین در ساخت سلاح هسته‌ای، در بسیاری از کشورها دولت تولید یا خرید و فروش مقدار زیاد این ماده را کنترل می‌کند. اما در کشورهایی مثل آمریکا و کانادا می‌توان مقدار غیر صنعتی یعنی در حد گرم و کیلوگرم را بدون هیچ گونه مجوز خاصی از تولیدکنندگان یا عرضه‌کنندگان مواد شیمیایی تهیه کرد. هم‌اکنون قیمت هر کیلوگرم [[آب سنگین]] با خلوص ۹۸ الی ۹۹ درصد حدود ۶۰۰ تا ۷۰۰ دلار است. گفتنی است بدون استفاده از [[غنی‌سازی اورانیوم|اورانیوم غنی شده]] و آب سنگین هم می‌توان واکنشگاه‌رآکتور تولید پلوتونیوم ساخت. کافی است که از کربن فوق‌العاده خالص به عنوان کندکننده استفاده شود از آنجایی که نازی‌ها از کربن ناخالص استفاده می‌کردند، متوجه این نکته نشدند در حقیقت از اولین واکنشگاه‌رآکتور اتمی آزمایشی آمریکا سال ۱۹۴۲ و [[پروژه منهتن]] که پلوتونیوم آزمایش ترینیتی و بمب مشهور [[فت من]] را ساخت، از اورانیوم غنی شده یا آب سنگین استفاده نمی‌شد.

گرمای حاصله از [[شکافت هسته‌ای]] در محیط واکنشگاه‌رآکتور یا باید از سوخت زدوده شود یا در نهایت این گرما به قدری زیاد می‌شود که میله‌های سوخت را ذوب می‌کند. حرارتی که از سوخت گرفته می‌شود ممکن است در واکنشگاه‌رآکتور قدرت برای تولید برق بکار رود. از ویژگی‌هایی که ماده خنک‌کننده باید داشته باشد، [[رسانش گرمایی|هدایت حرارتی]] آن است تا این که بتواند در [[انتقال گرما|انتقال حرارت]] مؤثر باشد. همچنین پایداری شیمیایی و سطح مقطع جذب پایین‌تر از نوترون دو خاصیت عمده ماده خنک‌کننده‌است. نکته دیگری که باید به آن اشاره شود این است که این ماده نباید در اثر واکنش‌های گاما دهنده [[رادیواکتیو]] شود.

برای دستیابی به فرایند شکافت کنترل شده یا متوقف کردن یک سیستم شکافت پس از شروع، لازم است که موادی در دسترس باشند که بتوانند نوترون‌های اضافی را جذب کنند. مواد جاذب نوترون بر خلاف مواد دیگر مورد استفاده در محیط واکنشگاه‌رآکتور باید سطح مقطع جذب بالایی نسبت به نوترون داشته باشند. مواد زیادی وجود دارند که سطح مقطع جذب آن‌ها نسبت به نوترون بالاست، ولی ماده مورد استفاده باید دارای چند خاصیت مکانیکی و شیمیایی باشد که برای این کار مفید واقع شود.

== انواع واکنشگاه‌هارآکتورها ==

دوگروه اصلی واکنشگاه‌هایرآکتورهای هسته‌ای بر اساس تقسیم‌بندی کاربرد آنها. واکنشگاه‌هایرآکتورهای قدرت و واکنشگاه‌هایرآکتورهای تحقیقاتی هستند. واکنشگاه‌هایرآکتورهای قدرت مولد برق بوده و واکنشگاه‌هایرآکتورهای تحقیقاتی برای تحقیقات هسته‌ای پایه، مطالعات کاربردی تجزیه‌ای و تولید ایزوتوپ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بر حسب نوع فرایند شکافت، واکنشگاه‌هارآکتورها به اقسام حرارتی، ریع و میانی (واسطه)، و بر حسب مصرف سوخت به واکنشگاه‌هایرآکتورهای سوزاننده، مبدل و زاینده، و بر حسب نوع سوخت به واکنشگاه‌هایرآکتورهای اورانیوم طبیعی، واکنشگاه‌هایرآکتورهای اورانیوم غنی شده با ۲۳۵U (واکنشگاه‌راکتور مخلوطی Be)، و نیز بر حسب خنک‌کننده به واکنشگاه‌هایرآکتورهای گاز (CO<small>۲</small>مایع (آب، فلز)، و بر حسب فاز سوخت کند کننده‌ها به واکنشگاه‌هایرآکتورهای همگن، ناهمگن و بالاخره بر حسب کاربرد به واکنشگاه‌هایرآکتورهای قدرت، تولید [[نوکلید]] و تحقیقاتی تقسیم می‌شوند.

=== واکنشگاه‌رآکتور زاینده ===

این واکنشگاه‌هارآکتورها غالباً به منظور پاسخ به کمبود اورانیوم-۲۳۵ طراحی شده‌اند، و سوختشان به‌جای اورانیوم-۲۳۵، ایزوتوپ اورانیوم-۲۳۸ یا توریوم است. سیستم‌های بریدری از نظر تئوری قابلیت تأمین انرژی دنیا را تا هزاران سال دارند.

این واکنشگاه‌هارآکتورها بیشتر در روسیه و ژاپن یافت می‌شوند و روسیه اولین تجاری ساز این واکنشگاه‌هارآکتورها بوده‌است.

=== واکنشگاه‌هایرآکتورهای آب سنگین و آب سبک ===

[[رآکتور آب‌سبک|واکنشگاه‌هایراکتورهای آب سبک]] با [[آب سبک|آب معمولی (آب سبک)]] کار می‌کنند هیدروژن آب معمولی از یک پروتون تشکیل شده‌است اما در هیدروژن [[آب سنگین]] یک پروتون و یک نوترون وجود دارد برای واکنشگاه‌هایرآکتورهای آب سبک به اورانیوم غنی‌شده نیاز داریم اما در [[رآکتور آب‌سنگین|واکنشگاه‌ آب‌سنگین]] از اورانیوم معمولی می‌شود استفاده کرد به این ترتیب در عمل استفاده از واکنشگاه‌رآکتور آب سنگین نتیجه‌ای شبیه به [[غنی‌سازی اورانیوم]] خواهد داشت. راکتور ها بر اساس عملکرد به دو دسته تقسیم می شود 1) بر اساس عملکرد شکافت هسته ای (فیژن) .2) بر اساس عملکرد همجوشی هسته ای یا گداخت هسته ای یا گرما هسته ای (فیوژن)

== کاربردهای واکنشگاه‌هایرآکتورهای هسته‌ای ==

واکنشگاه‌هاراکتورها انواع مختلف دارند برخی از آن‌ها در تحقیقات، بعضی از آن‌ها برای تولید رادیو ایزوتوپ‌های پُرپر انرژی برخی برای پیش‌رانهٔراندن کشتی‌ها و برخی برای تولید برق بکار می‌روند. راکتور ها شامل (1) راکتور بریدر ( راکتور تولید کننده) یا ( راکتور زاینده)

== پانویس == این نوشته توسط sajjad tube است

* [http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-browse_image.php?imageId=26459&SSOReturnPage=Check&Rand=0 واکنشگاه‌رآکتور هسته‌ای در وبگاه دانشنامه رشد]