ماده برای کندکردن نوترون ها
می باشند. ‏آب ( که دو سوم اتم های آن هیدروژن است ) آب سنگین و گرافیت ( کربن معمولی ) اغلب به عنوان کندکننده در راکتورها بکار می‏رود.
‏بریلیوم واکسید بریلیوم ( BeO یک ماده سفید سرامیکی ) بعضی مواقع به عنوان کند کننده به کار می‏رود لکن ماده خیلی گرانقیمتی است. خنک کننده‏ها همان ‏طور که از اسمش برمی‏آید برای انتقال حرارت از داخل قلب راکتور و ‏دیگر قسمتهائی که حرارت در آنها تولید می شود به خارج از راکتور به کار می رود. آب معمولی ، آب ‏سنگین و گازهای مختلف متداولترین خنک کننده‏ها در راکتورهای حرارتی می باشند. درمواردی که آب معمولی و آب سنگین به عنوان خنک کننده به کار می روند ، اغلب عمل کند کردن را نیز انجام می دهند. در راکتورهای سریع نمی توان از آب معمولی و آب سنگین به صورت مایع ، به عنوان خنک کننده استفاده کرد زیرا در این مواد نوترون‏های شکافت را کند می کنند زیرا دراین نوع راکتورها باید ‏سعی کرد که انرژی نوترون‏ها حتی الامکان بالا باشد. اغلب راکتورهای سریع (که فقط چندتایی از آنها تا به حال ساخته شده ‏است) با فلز مایع به ویژه سدیم مایع خنک می شوند.
‏سدیم دارای خاصیت انتقال حرارت عالی می باشد و وزن اتمی آن ۲۳ است که حداقل ‏نوترو‏ن‏ها را در نتیجه برخورد الاستیک کند می‏کند (تعدادی از نوترون‏ها در نتیجه برخورد غیرالا‏ستیک کند می شوند). دراین نوع راکتورها ازگازها نیز می توان برای خنک کردن قلب راکتور استفاده کرد. [۲]
اطراف بعضی از را کتورها به ویژه راکتورهای زاینده یک لایه ماده زاینده قراردارد که طبقه زایش نامیده می‏شود . این ناحیه به ویژه برای تبدیل یا زایش به کار می رود. نوترون‏هایی که ازقلب راکتور فرار می‏کنند وارد طبقه زایش شده واکنش‏های تبدیلی مختلفی انجام می‏دهند.‏ به علت وجود نوترون‏های سریع در این لایه شکافت‏های متعددی‏ انجام می‏گیرد که در نتیجه ‏ایجاد حرارت می‏نماید . بنابراین این قسمت راکتور نظیر قلب راکتورر بایستی خنک شود. [۲]
‏ناحیه ای که مجاور قلب راکتورر یا طبقه زایش قرار داده می شود طبقه بازتابنده نامیده می شود. عمل این لایه از ماده کندکننده که به عنوان بازتابنده به‏کار می رود را می توان به صورت زیر توجیه کرد. ابتدا فرض می کنیم که قلب یا طبقه زایش بدون حفاظ بوده و در معرض هوا باشد. در این حالت تمام نوترون‏هائی که ازقلب راکتور خارج می شوند از دست ‏رفته محسوب شده و هپچ کدام به راکتور برنمی‏گردند. باقرار دادن یک لایه از ماده کندکننده ‏در اطراف راکتورر تعدادی از نوترون‏ها در نتیجه یک یا چند برخورد درطبقه بازتابنده مجددا” به داخل قلب یا طبقه زایش بر می گردند. البته تمام نوترون‏های خروجی به داخل راکتور، برنمی‏گردند و ایجاد شکافت زنجیره‏ای می کنند لذا واضح است بودن طبقه بازتابنده بهتر از نبودن آن است. وجود طبقه بازتابنده به مقدار زیادی ، مقدارسوخت لازم برای حالت بحرانی راکاهش می‏دهد.
میله های کنترل که در شکل یک نشان داده شده اند میله های متحرک جاذب نوترون هستند که از نامشان پیداست برای تنظیم کار راکتور به کار می روند. از آنجا که میله های کنترل جاذب نوترون هستند هر حرکت جزئی آنها باعث تغییر ضریب تکثیر دستگاه می شود. بیرون کشیدن میله ها k را افزایش و فرو بردن میله ها به داخل قلب راکتور k را کاهش می دهد. بنابراین با حرکت مناسب میله های کنترل می توان راکتور را روشن یا خاموش کرد و قدرت آن را تغییر داد. میله های کنترل را باید طوری تنظیم کرد که راکتور بحرانی بماند و در یک قدرت مشخص کار کند. در طول زمان به علت مصرف سوخت و تجمع پاره های مختلف شکافت جاذب نوترون در قلب راکتور تغییر میله های کنترل الزامی است. مواد مختلفی در میله های کنترل به کار می رود که از جمله فولاد حاوی بور ( بور دارای سطح مقطع جذب زیاد است ) و هافنیوم و کادمیوم ( که فلزات جاذب قوی نوترون هستند ) و نقره و آلیاژهای مختلف آن را می توان نام برد. میله های کنترل به شکل استوانه ای یا به شکل ورقه یا تیغه یا به صورت ورقه های متعامد که میله های صلیبی نامیده می شوند می باشند.
تمام قسمت های مختلف راکتور که در بالا توضیح داده شدند در داخل محفظه راکتور۱ قرار دارند ، و اگر تمام قسمت ها تحت فشار باشند محفظه تحت فشار نامیده می شود. برای اینکه بتوان حرارت محفظه راکتور را که در نتیجه جذب اشعه گاما قلب ایجاد می شود کاهش داد لازم است در بعضی از راکتورها یک لایه ضخیم جاذب اشعه گاما معمولا از جنس آهن یا فولاد به نام حفاظ حرارتی۲ در بین بازتابنده و دیواره داخلی محفظه قرار داد. از آنجا که حفاظ حرارتی مقدار زیادی انرژی جذب می کند لازم است همراه با قلب و لایه زاینده خنک شود. برای محافظت افرادی که در نیروگاه در موقع کار راکتور کار می‏کنند محفظه راکتور ، و قسمت های دیگر نظیر دستگاه مولد بخار که شامل منابع تابش ها می باشد به وسیله حفاظ اشعه احاطه شود. برای حفظ عموم مردم از سوانح راکتور به ویژه سوانحی که منجر به آزاد شدن پاره های شکافت می شود تمام تاسیسات راکتور در ساختمان محکمی قرار داده می شوند. در بعضی از نیروگاه ها ساختمان سنگینی تمام دستگاه مولد بخار را دربر می گیرد. در حالی که در بعضی دیگر ساختمان به دو قسمت می شود یکی راکتور را دربر می گیرد ( ساختمان اولیه ) و بقیه در ساختمان دیگری قرار می گیرد. ساختمان دومی علاوه برقسمت های متعددی که در شکل تشریح شد ، دستگاه های ایمنی پیچیده ای که باید در نیروگاه برای مواقع اضطراری به کار می روند تعبیه شوند. وسایل خاصی برای سوار کردن میله های سوخت در قلب راکتور و همچنین برای انباشتن میله های سوخت مصرف شده رادیواکتیو قبل از ارسال آنها به کارخانه لازم است . در نقاط مختلف داخلی و خارجی محفظه راکتور دستگاهی های حساس قرار داده می‏شود تا نشان دهنده طرز کار دستگاه ها باشند. بالاخره مقدار زیادی موادساختمانی برای کمک به نیروگاه وایجاد یکپارچگی آن لازم است . نیروگاه های هسته ای طبیعتا تاسیسات پیچیده ای هستند ، بنابراین باید با دقت زیاد طرح ریزی شوند.
انگیزه اقتصادی ساخت راکتور های هسته ای ، به دلیل چگالی انرژی خیلی زیاد در سوخت اورانیم آنهاست که به طور نسبی سبب  قیمت پایین تر واحد انرژی تولید شده می شود. یک کیلو گرم اورانیم ( با ۳ درصد از ۲۳۵ – U ) Kj 109× ۲/۵ انرژی تولید میکند . در مقابل ، یک تن سوخت فسیلی ، انرژی برابر Kj 107× ۴ تولید می کند. انرژی هسته ای در سال ۱۹۹۶، حدود ۷ درصد کل مصرف انرژی و برابر ۱۷ درصد مصرف انرژِی الکتریکی جهان بوده است. این مقدار در آخر سال ۲۰۰۴برابر با ۵/۱۶ درصد انرژِی الکتریکی مصرفی جهانی است. [۲]
راکتورهای هسته ای قدرت
در تاریخ کوتاه راکتورهای قدرت ، انواع مختلی از راکتور به منظور تولید بخار پیشنهاد شده است. در این فصل بحث منحصر به آن دسته از دستگاه‏های هسته ای مولد بخار می شود که در حال حاضر از آن ها استفاده می شود و یا در آینده از آن ها استفاده خواهد شد. به علت محدودیت منابع اورانیوم ۲۳۵ صنعت هسته ای بدون شک متوجه راکتورهای زاینده می شود. راکتورهای موجود که ماده شکاف پذیر تولید نمی کنند به عنوان دستگاه های واسطه به کار روند تا اینکه بتوان راکتورهای زاینده را وارد بازار کرد. راکتور های هسته ای قدرت نقش تولید انرژی را به عهده دارند. [۳]
امروزه ، گرمای تولید شده در راکتور های هسته ای قدرت ، بیشتر برای تولید انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده های دیگر می تواند شامل تولید گرمای مورد نیاز برای فرآیند های صنعتی ، نمک زدایی( شیرین سازی ) آب دریا ، تأمین حرارت منطقه ای در شهر های بزرگ و کوچک ، حرکت کشتی ها و مخصوصاً در زیر دریایی ها باشد.
انواع راکتور های قدرت
معمولا” راکتورهای قدرت را بصورت های مختلفی دسته بندی می کنند. که این دسته بندی ها می تواند بر اساس ، نوع عملکرد راکتور ، نوع خنک کننده ، نوع کند کننده ، نوع سوخت و …….. باشد.
بر اساس نوع خنک کننده می توان راکتورهای قدرت را بصورت زیر دسته بندی کرد : [۳]
۱) راکتور های آب سبک تحت فشار ۳
۲) راکتور های آب سبک جوشان ۴
۳) راکتور های خنک شونده با گاز۵
۴) راکتور های خنک شونده با آب سبک وکند کننده گرافیکی ۶
۵) راکتور های آب سنگین تحت فشار۷
۶) راکتور های زاینده سریع با فلز مایع۸
۷)راکتور های خنک شونده با مواد آلی۹
راکتورهای آب سبک
اولین راکتور قدرت که در ایالات متحده به صورت تجارتی وارد بازار شد راکتورهای حرارتی بودند که در آنها آب سبک به عنوان کند کننده ، بازتابنده و خنک کننده استفاده می شد. به طوری که اشاره شد آب دارای خاصیت کند کنندگی عالی می باشد. به علاوه خواص ترمو دینامیکی آن به خوبی شناخته شده و به آسانی با هزینه کم تهیه می شود . از طرف دیگر بخار آب دارای فشار زیاد است. این بدان معنی است که راکتورهای با آب سبک ( LWR ) باید در فشارهای زیاد کار کنند. در حال حاضر دو نوع راکتور آب سبک مورد استفاده می باشد. راکتورهای آب تحت فشار (PWR) و راکتورهای آب جوشان (BWR) . هر دو نوع راکتور در ایالات متحده مورد استفاده می باشند و هر دو نوع راکتور، انرژی به قیمت ارزانتر از نیروگاه های فسیلی به وجود می آورند.
راکتور آب تحت فشار
این نوع راکتور اولین راکتوری است که به طور تجارتی در ایالات متحده توسعه و تکامل یافته است. این نوع راکتور نیز در کشتی ها و نیروی دریائی در سرتاسر دنیا به عنوان مولد نیرو به کار می رود.
شکل(۱-۲ ) مقطع قلب راکتور از نوع تحت فشار را نشان می دهد. به طوری که در شکل نشان داده شده است آب با درجه حدود ℉ ۵۵۰ وارد محفظه ی فشار می شود ، سپس از اطراف قلب به طرف پائین جریان پیدا کرده که می تواند به عنوان بازتابنده به کار رود ، بعد از داخل قلب به طرف بالا رفته در آنجا داغ می شود و بالاخره با درجه حرارت حدود ℉ ۶۰۰ از محفظه خارج می شود. فشار آب در داخل یک راکتور PWR نوعی ، بین ۲۰۰۰ تا psia 2500 می باشد. در این فشار آب حداقل به مقدار زیاد به جوش نمی آید.

شکل ۱-۲) برشی از یک قلب راکتور آب تحت فشار[۴]
از آنجا که آب در داخل راکتور به جوش نمی آید ، بخار برای توربین باید در خارج از راکتور تولید شود. تولید بخار در ناحیه داغ دستگاه های مولد بخار که دستگاه های انتقال حرارت تحت فشار می باشند تولید می شود. یک نوع مولد بخار معمولی در شکل(۱-۳) نشان داده شده است . آب خنک کننده تحت فشار داغ که از راکتور خارج می شود از پائین وارد مبدل حرارتی می شود و در داخل هزاران لوله U شکل وارونه به طرف بالا و پائین جریا

Leave a Comment