راکتور هسته ای

[Diba]

واکنشگاه هستهای یا «رآکتور اتمی» دستگاهی برای انجام دادن واکنشهای هستهای به صورت تنظیم شده و تحت نظارت است. این دستگاه در اندازههای آزمایشگاهی، برای تولید ایزوتوپهای ویژه مواد پرتوزا (رادیواکتیو) و همین طور پرتو - داروها برای مصارف پزشکی و آزمایشگاهی؛ و در اندازههای صنعتی برای تولید برق ساخته میشود. واکنشهای هستهای به دو صورت «شکافت» و «همجوشی»، بسته به نوع مواد پرتوزای استفاده شده، انجام می گیرد.
واکنشگاه ها - بسته به اینکه چه نوع کاربردی داشته باشند - از یکی از این دو نوع واکنش بهره میگیرند. در واکنشگاه، دو میله ماده پرتوزا - یکی به عنوان سوخت و دیگری به عنوان آغازگر – به کار میرود. میزان این دو ماده - بسته به نوع واکنش و اندازه واکنشگاه و نوع فراورده نهایی - بدقت محاسبه و بررسی میشود. در واکنشگاه هستهای، همیشه دو عنصر پرتوزا به یک یا چند عنصر پرتوزای دیگر تبدیل میشوند که این عناصر به دست آمده یا مورد مصرف صنعتی یا پزشکی دارند یا به صورت پسماند هستهای نابود میشوند.
حاصل این فرایند مقادیر زیادی انرژی است که به صورت امواج اتمی و الکترومغناطیس آزاد میشود. این امواج شامل ذرات نوترینو، آلفا، بتا، پرتو گاما، امواج نوری، فروسرخ، است که باید به طور کامل بررسی شوند. امواج آلفا و بتا و گامای تولیدی از واکنش هستهای به عنوان محرک برای ایجاد واکنشهای هستهای دیگر، در رآکتورهای مجاور، برای تولید ایزوتوپهای ویژه به کار می رود.
انرژی گرمایشی حاصل از این واکنش و تبدیل این عناصر پرتوزا در واکنشگاههای صنعتی برای تولید بخار آب و تولید برق به کار میرود. برای نمونه، انرژی حاصل از واکنش یک گرم اورانیوم معادل انرژی گرمایشی یک میلیون لیتر نفت خام است. قابل تصور است که این میزان انرژی با توجه به سطح پایداری ماده پرتوزا در واکنشهای هستهای تا چه میزان مقرون به صرفه خواهد بود.
با این حال، مشکلات استخراج و آماده سازی و نگهداری و ترابری مواد پرتوزای به کار رفته در واکنشگاههای تولید برق و دشواریهای زیست بومی که این واکنشگاهها ایجاد میکنند باعث افزایش نیافتن گرایش بشر به تولید برق از طریق این انرژی شده است. باید توجه داشت که میزان تابش در اطراف واکنشگاههای هستهای به اندازهای بالاست که امکان زیست برای موجودات زنده در پیرامون واکنشگاهها وجود ندارد. به همین علت، برای هر یک از رآکتورهای هستهای پوششهای بسیار ضخیمی از بتون همراه با فلزات سنگین برای جلوگیری از نشت امواج الکترومغناطیس به بیرون ساخته میشود.
مشکلاتی که نشت مواد پرتوزا از واکنشگاه نیروگاه اتمی «چرنوبیل» در دهه ۸۰ میلادی به وجود آورد خود گواهی بر این مدعاست.
کاربرد تابشهای پرتوزا

بسیاری از محصولات تولیدی واکنش شکافت هستهای بشدت ناپایدارند و در نتیجه، قلب رآکتور محتوی مقادیر زیادی نوترون پرانرژی، پرتوهای گاما، ذرات بتا، همچنین ذرات دیگر است. هر جسمی که در رآکتور گذاشته شود تحت مباران این همه تابشهای متنوع قرار میگیرد.
یکی از موارد استعمال تابش رآکتور تولید پلوتونیوم ۲۳۹ است . این ایزوتوپ نیمه عمری در حدود ۲۴۰۰۰ سال دارد و به مقدار کمی در زمین یافت میشود. پلوتونیوم ۲۳۹ از لحاظ کارایی شکافت خاصیتی مشابه اورانیوم دارد. برای تولید پلوتونیوم ۲۳۹، ابتدا اورانیوم ۲۳۸ را در قلب رآکتور قرار میدهند که در نتیجه واکنشهایی که صورت میگیرد اورانیوم ۲۳۹ به وجود میآید. اورانیوم ۲۳۹ ایزوتوپی ناپایدار است که با نیمه عمری در حدود ۲۴ دقیقه، از طریق گسیل ذره بتا، به نپتونیوم ۲۳۹ تبدیل میشود. نپتونیوم ۲۳۹ نیز با نیمه عمر ۲/۴ روز و گسیل ذره بتا واپاشیده و به محصول نهایی یعنی پلوتونیوم ۲۳۹ تبدیل میشود. در این حالت، پلوتونیوم ۲۳۹ همچنان با مقادیری اورانیوم ۲۳۸ آمیخته است؛ اما این آمیزه چون از دو عنصر مختلف تشکیل شده است، بروش شیمیایی مناسب جدا سازی است.
امروزه، با استفاده از تابش رآکتور، صدها ایزوتوپ مفید میتوان تولید کرد که بسیاری از این ایزوتوهای مصنوعی را در پزشکی به کار می برند. آثار زیانبار انفجارهای اتمی و پرتوهای ناشی از آن باعث آلودگی آبهای زیرزمینی و زمینهای کشاورزی و حتی محصولات کشاورزی میشود؛ ولی با همه این مضرات، اورانیوم عنصری است ارزشمند، زیرا در کنار همه سوءاستفادهها میتوان از آن به بهترین نحو و مطابق با معیارهای بشردوستانه استفاده کرد. فراموش نکنید که از اورانیوم و پلوتونیوم میتوان استفادههای صلح آمیز نیز داشت؛ زیرا از انرژی یک کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ میتوان چهل هزار کیلووات ساعت الکتریسیته تولید کرد که معادل مصرف ده تن زغال سنگ یا ۵۰۰۰۰ گالن نفت است.

----------------------------------​

​

 

[Diba]

آشنایی با اجزای رآکتورهای هسته ای
در حالى كه توليد انرژى با استفاده از سوختهاى فسيلى در جهان روز بروز گرانتر مى شود، برق هسته اى كه در نيروگاههاى هسته اى و با استفاده از واكنش شكافت هسته اى توليد مى شود منبع بسيار خوبى براى توليد انرژى و جايگزينى آن با برق فسيلى به شمار مى رود. توليد برق به روش هسته اى - ضمن آنكه پايان ناپذير است - گازهاى گلخانه اى هم توليد نمى كند. تنها مشكل آن زباله هاى هسته اى است كه در صورتى كه از آنها درست محافظت کنیم، عملاً هيچ ضررى براى محيط زيست ندارد.
رآكتورهاى شكافت:
بر اثر شكافت هسته هاى سنگين مثل اورانيوم و تبديل آن به هسته هاى سبكتر و پرتوهای آلفا يا بتا و نوترون، مقدارى انرژى جنبشى هم آزاد مى شود. اگر جرم محصولات شكافت را از جرم ماده ابتدایی كم كنيم، مقدار ناچيزى باقى مى ماند. اين مقدار ناچيز طبق معادله معروف «اينشتين»، E=mc2، تبديل به انرژى جنبشى مى شود. گرماى توليد شده با شكافت در قلب رآكتور با ميله هايى تنظیم مى شود. نوترونها تحريك كننده شكافت اند.
با قرار دادن جذب كننده هاى نوترونى بين اورانيوم مى توان ميزان فرايند شكافت و سرعت آن و در نتيجه شدت گرماى توليدشده را مهار كرد. گرماى حاصل با آب به بيرون از رآكتور منتقل مى شود. دماى آب درون چرخه تحت فشار گاهى به چندين برابر نقطه جوش مى رسد. در بيرون از رآكتور، اين گرما آب موجود در منبع ديگر را بخار مى كند و بخار آب توليد شده با انرژى زيادى كه دارد توربينهاى بخار را به حركت در مى آورد و برق توليد مى شود.
قلب رآكتور:
فرايند شكافت معمولاً نوترونهاى سريع توليد مى كند؛ اما براى اينكه هسته اورانيوم شكافته شود، به نوترون كند نياز است. براى اين كار، از كندكننده هاى نوترونى استفاده مى شود. گرافيت و آب سنگين توان اين كار را دارند.
واكنش زنجيره اى:
هر نوترون كند اورانيوم را مى شكافد؛ حاصل علاوه بر هسته هاى كوچكتر تعدادى نوترون است كه خود هسته هاى اورانيوم ديگر را مى شكافد. به اين فرايند واكنش زنجيره اى مى گويند كه اساس كار رآكتور است.
نخستين رآكتورهاى هسته اى:
فرمى و زيلارد نخستين كسانى بودند كه توانستند واكنش زنجيره اى كاملی را در رآكتوری هسته اى انجام دهند. آنها در دهه ۱۹۴۰ كه روى طرح ساخت بمب هسته اى براى ايالات متحده (منهتن) كار مى كردند در دانشگاه شيكاگو و در آزمايشگاهشان اين كار را انجام دادند؛ اما در سال ۱۹۵۵ كه اندیشه اقتصادى شدن انرژى هسته اى رواج يافت، آنها اين كشف را در اداره اختراعات و اكتشافات ايالات متحده ثبت كردند.
انواع رآكتورها:
رآكتورها از لحاظ سرعت عملشان به دو دسته تقسيم مى شوند:
1 ـ رآكتورهاى گرمايى؛ كه سرعت كمى دارند و فرايند شكافت و توليد گرما در آنها به آرامى انجام مى شود. بیشتر اين رآكتورها استفاده صلح آميز دارند.
۲- رآكتورهاى سريع: هدف اصلى اين رآكتورها توليد سوخت لازم براى سلاحهاى هسته اى است. پلوتونيوم و اورانيوم ۲۳۵ از محصولات اين رآكتورهاست

 

[Diba]

شکافت هسته ای اتم اورانیم 235 در واقع در اثر نفوذ یک نوترون حرارتی به درون هسته یک اتم سنگین است که باعث شکافت آن به دوپاره از هسته های جدید و سبکتر می گردد. در ضمن در عمل شکافت به طور متوسط 2-3 نوترون ایجاد شده و مقداری انرژی تابشی گاما آزاد می گردد. انرژی سینتیک محصولات شکافت و نوترون ها به مواد اطراف خود از طریق برخورد و جذب پرتو به تولید گرما منجر خواهد شد. انرژی آزاد شده از هر شکافت حدود 11-10*3.2 ژول است در حالیکه تولید انرژی از منابع متعارف سوخت فسیلی که حاصل تشکیل یک مولکول دی اکسید کربن هست حدود
19-10*6.7 می باشد.
نوکلوییدهای غیر قابل شکافت هم در طی فرآیندهای بالا با دریافت و یا برخورد با یک نوترون با ایزوتوپ هایی به تعداد نوترون بالاتر تبدیل خواهد شد. بدین ترتیب رادیونوکلوئید های جدیدی خواهیم داشت که درمیان آنها پاره های شکافت مواد شکافت پذیر جدیدی مثل اورانیم235، پلوتونیم 239 وجود داشته و پلوتونیم 241 نیز به طور مصنوعی می تواند زایش پیدا کند.
این فرآیندهای فیزیکی در راکتورهای هسته ای اتفاق می افتد. درون میله های سوخت فرآیندهای شکافت و زایش در اثر واکنش زنجیره ای صورت می گیرد و واکنش با تولید نوترون به طور دائم ادامه می یابد.
راکتورهای هسته برای اهداف فراوانی طراحی و ساخته می شوند که بعضی از آنها عبارتند از:
- راکتورهای تولید حرارت و برق
- راکتورهای کِشنده
- راکتورهای تحقیقاتی
- راکتورهای تولید پلوتونیم
- راکتورهای اختصاصی برای مقاصدی همچون ساخت زیردریایی، فضا پیما، آب شیرین کن و...
ساختار عمومی راکتورهای هسته ای:
بخش مرکزی راکتور هسته ای جدا از آزمایشگاه ها، بخش های جانبی و خدماتی آن از یک ساختمان ویژه ای تشکیل شده است که ویژگی آن نه فقط به دلیل جادادن وسایل خاص راکتور، بلکه به لحاظ استحکام، ویژگی مصالح ساختمانی، ایزوله یا منزوی بودن از محیط زیست، مقاومت در مقابل زلزله، خوردگی و دسترسی به سرویس های مخصوص کاملاً استثنایی است.
یک راکتور هسته ای جدا از سازه های ساختمانی به طور کلی از قسمت های زیر تشکیل شده است:
1 ـ مجموعه های سوخت
2 ـ کند کننده ها
3 ـ خنک کننده ها
4 ـ سیستم های ایمنی
5 ـ میله های کنترل
6 ـ حفاظ های مختلف
در اینجا به بحث مختصری درباره ی هرکدام از این قسمت ها پرداخته می شود:
1 ـ مجموعه های سوخت
سوخت یک راکتور هسته ای را ممکن است شامل آنچه که در قلب راکتور به عنوان سوخت وجود دارد در نظر گرفت. به عبارت واقعی تر سوخت راکتور در چندین مجموعه سوخت و هر مجموعه متشکل از چندین میله سوخت و هر میله شامل تعداد معینی از قرص ها یا حبه های مواد شکافت پذیر هسته ای مثل اورانیم و یا در بعضی موارد پلوتونیم می باشد. میله های سوخت در راکتور به صورت صفحه ای(Plate) و غنای اورانیم 235 تا 95 درصد می رسد. هرمیله ی سوخت از غلاف زیر کالوی و شامل قطعاتی از قرص های دی اکسید اورانیم است. زیر کالوی 2 تا 4 یک آلیاژ زیر ******یم با عیار کمی از قلع، آهن، کرم و نیکل است؛ میله های سوخت ممکن است به صورت انفرادی در جاهای مخصوص خود گذاشته شود و یا ممکن است به صورت مجموعه های سوخت درون قلب راکتور به طور منظم قرارگیرند.
سوخت راکتور مخصوصاً راکتورها مخصوصا راکتورهای قدرت به طور اصولی یا از عناصری شامل اتم های قابل شکافت تامین می شوند و یا از اتم های ایزوتروپ عناصری که قابلیت تبدیل به اتم های قابل شکافت را دارند بنابراین اتم های قابل شکافت عبارتند از:
اورانیم 235 ، پلوتونیم 239 و اورانیم 233
اتم های مستعد با قابلیت تبدیل به اتم های قابل شکافت عبارتند از: اورانیم 238 و توریم 232
سوخت راکتورها از نظر فرآیندهای استفاده در راکتورها بر اساس استراتژی کشور ممکن است به یکی از سه روش زیر عمل گردد:
• یکبار استفاده از اورانیم و ارسال سوخت مصرف شده به انبار موقت و سپس دفن همیشگی آن
• استفاده چندباره از اورانیم و برقراری سیکل اورانیم-پلوتونیم با اعمال عملیات باز فرآوری روی آن
• استفاده از سیکل اورانیم-توریم به این معنی که توریم 232 ابتدا تبدیل به اورانیم 233 می شود و سپس این اورانیم به عنوان سوخت در راکتورها مورد استفاه قرار می گیرد.

--------------​

​

 

[Diba]

2 ـ کند کننده ها
کند کننده ماده ای است که برای کند کردن نوترون های سریع تا انرژی های حرارتی در راکتورهای هسته ای مورد استفاده قرار می گیرند. گاهی اوقات همین کندکننده ها عمل سرد کنندگی راکتور را هم انجام می دهد. موادی که می توانند به عنوان کننده مورد استفاده قرارگیرند عبارتند از: آب، آب سنگین، گرافیت و گاهی اوقات هم بریلیوم آب به دلیل داشتن هیدروژن که عنصری سبک است و نیز فراوانی و ارزانی آن مورد استفاده قرار می گیرد. به طور کلی هرچه ماده کندکننده دارای قابلیت کندکنندگی بهتری برای نوترون ها باشد درجه کمتری از سوخت غنی شده مورد نیاز خواهد بود. آب سنگین بهتر از گرانیت و گرانیت بهتر از آب دارای خاصیت کندکنندگی است، ولی تولید آب سنگین نسبتاً گران است و گرانیت هم تاثیرات نامطلوبی در نتیجه در نتیجه پرتوگیری از خود بروز می دهد.
مشخصات یک کند کننده خوب:
• نوترون ها نباید با کندکننده واکنش نشان دهد، چون در اینصورت بازدهی تولید نوترون کاهش یافته و راکتور به سمت خاموشی می رود.
• نوترون ها باید در محیط کندکننده ها در فاصله های کوتاهی پس از چند برخود کند شوند زیرا در غیر اینصورت، نوترون توسط اورانیم 238 گیر افتاده و موجب تشدید ناخالصی های کند کننده می شود که این وضعیت اقتصادی نیست.
• گرچه کند کننده ها باید ارزان باشند ولی در عین حال خواص ساختاری آنها باید رضایت بخش هم باشد.
• کندکننده باید با سایر مواد ساختاری راکتور سازگار باشد و نباید خواص خورندگی، سایندگی و یا تحت تاثیر پرتوهای رادیواکتیو قرار گیرد.
• کندکننده طی فرآیند دائمی بمباران های نوترونی نباید تحت تاثیرات و تغییرات نامطلوب فیزیکی یا شیمیایی قرار گیرد.
• یک کند کننده خوب باید به طور مؤثر نوترون های سریع حاصل از شکافت را به نوترون های حرارتی تبدیل کند.
3 ـ خنک کننده ها:
خنک کننده برای انتقال حرارت از میله های سوخت به طور مستقیم مورد استفاده قرار می گیرد. این فقط در صورتی است که خنک کننده نقش کند کننده هم داشته باشد. در مواردی که ماده کند کننده دیگری مورد استفاده است در این صورت انتقال حرارت معمولا توسط خنک کننده مستقیماً از کندکننده و غیر مستقیم یا در بعضی موارد مستقیم از میله های سوخت انجام می پذیرد. اکثراً آب به عنوان سرد کننده مورد استفاده قرار می گیرد. به هر حال گاهی اوقات آب سنگین، فلزات مایع(سدیم و پتاسیم) یا حتی گازها(دی اکسیدکربن) هم ممکن است مورد استفاده واقع شوند. امروزه در اکثر راکتورهای تجاری آب به عنوان سردکننده مورد استفاده قرار می گیرد. در اینصورت آب علاوه بر نقش سرد کنندگی وظیفه کند کنندگی را نیز انجام می دهد.
خواص ایده آل برای یک خنک کننده:
• سطح مقطع جذب نوترونی کوچکی داشته باشد، در این صورت میزان تابش رادیواکتیویته در حین کارگردانی اپراتوری کاهش می یابد.
• فراوان و ارزان باشد.
• غیرخورنده یا خوردگی کمی داشته باشد، چون لوله ها و ساختارهای دیگر که با آن در تماس هستند باید سالم بمانند.
• ضریب انتقال حرارتی بالا داشته باشد. به این ترتیب حرارت به سهولت به سرد کننده انتقال یافته و جابجا خواهد شد.
• ویسکوزیته یا غلظت کم داشته باشد که سبب کاهش مصرف کمتر برق برای پمپ کردن آن می شود.
• دارای توانایی نگهداری درجه حرارت های بالا به صورت مایع، حتی اگر تحت فشار باشد.
خنک کننده هایی که در راکتورهای تحقیقاتی یا تجاری استفاده شده اند عبارتند از:
• آب سبک یا سنگین(اولی شامل دو اتم هیدروژن است و دومی شامل دو یا یک اتم دوتریم می باشد)
• فلز مایع (مثل سدیم، پتاسیم یا آلیاژی از ترکیب هر دو)
• مواد آلی مایع (مثل اتانول، پروپان، پنتان، هوا یا گاز دی اکسید کربن)
4 ـ سيستم هاي ايمني در راکتور
وظايف دستگاه ها و سيستم هاي کنترل(I&C) در راکتورهاي هسته اي شامل اندازه گيري، کنترل، تنظيم، چک کردن و حفاظت است. عمليات اجرايي راکتور بر اساس نيازهاي فيزيکي، شيميايي، فرآيندهاي مهندسي و اپراتوري است که به عهده سيستم ها و دستگاه هاي آن گذاشته شده است. سيستم دستگاهي و کنترل ممکن است به دوبخش ايمني و اپراتوري يا کارگرداني تقسيم شوند. حفاظت راکتور و محيط زيست به عهده سيستم هاي ايمني گذاشته شده است. اين سيستم¬ها غالبا در مواقع ضروري کارمي کنند و در دوران بهره برداري و خارج از وضعيت اضطراري اکثرا غيرفعال هستند. قابليت عملکرد اين دستگاه هاي نصب شده اضافي دائما بطور خود مونيتورينگ و تست هاي دوره اي بررسي مي شوند. کنترل قدرت راکتور معمولا در بخشي از I&C ايمني ملحوظ و منظور مي گردد. کنترل و دستگاه هاي اوپراتوري شامل تمام سيستم هايي است که کارگرداني و يا عملکرد طبيعي و بدون خطر يک راکتور هسته اي را تضمين و مطمئن مي سازد. به همين دليل ممکن است آنرا به گروه هاي اجرايي وکارهاي پيچيده اي که در خط فرآيند است تقسيم نمود.
5 ـ ميله هاي کنترل
ميله هاي کنترل براي تنظيم توزيع قدرت در راکتور در زمان اپراتوري مورد استفاده قرار مي گيرند. مهمترين وظيفه ميله هاي کنترل که بين ميله هاي سوخت قرار مي گيرند، براي خاموش کردن يا متوقف کردن فرآيند شکافت هسته اي در زمان هايي که لازم است، چنين عملي انجام شود. خاموش کردن راکتور مي تواند از طريق کنترل اتوماتيک يا توسط اپراتور انجام پذيرد. ميله هاي کنترل از موادي ساخته شده اند که خيلي سريع با جذب نوترون ها واکنش هاي هسته اي را متوقف مي کنند. موادي که به اين منظور استفاده مي شوند عبارتند از کربور نقره، اينديم، کادميم و هافنيوم. ميله هاي کنترل به داخل وخارج از ميله هاي سوخت حرکت کرده و نرخ واکنش هسته اي را تنظيم مي نمايند.
در راکتورهاي هسته اي دونوع کنترل وجود دارد:
• کنترل آرام، براي جلوگيري از به وجود آمدن قدرت زياد و برقراري قدرت متعادل راکتور. اين کنترل بيشتر توسط محلول هاي برن و يا افزايش يا کاهش آن در کندکننده ها اعمال مي گردد.
• کنترل سريع، براي کاهش سريع قدرت راکتور و يا خاموش کردن راکتور از مجموعه ميله هاي کنترل که ممکن است به صورت دستي يا اتوماتيک باشند استفاده مي شود. در مواقع اضطراري، ميله هاي کنترل با شتاب به صورت اتوماتيک به داخل ميله هاي سوخت سقوط مي کنند و سبب خاموشي راکتور مي گردند.
6 ـ حفاظت راکتور
وظيفه سيستم حفاظت از راکتور اطمينان از آشکارسازي تمام حوادث پيش بيني شده در طراحي و اعتماد از امکان انجام عمليات حفاظتي مي باشد. اين برنامه و تمهيدات بايد اطمينان دهد راکتور هميشه بطور ايمن کار مي کند. حوادث، بخش هايي از يک حادثه بزرگتر هستند که به کارگرداني راکتور ديکته مي کند که به دلايل ايمني کار راکتور بايد قطع شود. بنابراين داده هاي آنالوگ سيستم ارزياب، فرآيندهاي ويژه منجر به حادثه احتمالي را شناسايي کرده و از طريق يک سيستم ديگر علائمي را توليد مي کند که نشان مي دهد حدود آن نارسايي ها و يا اشکالات از حد معيني فراتر رفته است. اين علائم واقعي آغاز انحراف يا لغزش راکتور از حالت طبيعي است که ترجيحا تمام عمليات کارگرداني را تحت کنترل درمي آورد و متعاقبا فعال شدن تمام سيستم هاي مهندسي ايمني را براي کنترل حادثه، باعث مي گردد. در تمام موارد، شناسايي و آشکارسازي مبتني بر فرآيندهاي متفاوتي است که هر نوع ابهامي را در رابـ ـطه با سيستم آشکارسازي حادثه و قصورهاي رايج در سيستم ارزيابي داده ها رفع مي کند. وسايل و ابزار اضافي تکميلي چنان، اطميناني را فراهم مي آورند که با حفاظت به موقع راکتور اثرات سوء حادثه هاي احتمالي کاهش يابد. وسايل اضافي مبتني بر انجام وظيفه هاي انحصاري، به طور فيزيکي از نظر محل قرارگيري طوري از يکديگر جداشده اند که در مقابل حوادث بيروني مي توانند سالم باقي بمانند. تابلوي وضعيت سيستم حفاظت راکتور را در تمام زمان هاي کار عادي راکتور و شرايط اضطراري به طور بسيار روشن و واضح به پرسنل کارگرداني اعلام مي نمايد. تست هاي دوره اي با دستگاه هاي مخصوص تست کردن انجام مي شوند. قصورهاي آشکار و نهان در کانال هاي مربوطه توسط خويش گزارشگر اعلام مي شوند.
نوع ديگر حفاظت با نام حفاظت راديولوژيکي و کنترل پرتوگيري وجود دارد که وظيفه آن عبارتست از کاهش پرتوگيري و آلودگي داخل راکتورها و محيط زيست در کمترين حد ممکن. سيستم هاي مختلف کنترل پرتوگيري، اندازه گيري و ثبت پرتوها را در تمام مناطق کنترل شده انجام مي دهد. سيستم هاي مختلف کنترل پرتوگيري امکان بررسي ميزان دز تابش محلي، منطقه اي، محيط زيست، پرتوگيري پرسنلي و همچنين ميزان نشت پسمان هاي مايع، گاز و جامد را فراهم مي کند. سيستم هاي کنترل پرتوگيري، دستگاه هاي نصب شده دائمي هستند که بخشي از مجموعه سيستم I&C محسوب مي شوند. مونيتورهاي ثابت بررسي نمونه هاي محلي را بطور دائم و يا متناوب انجام مي دهند و مونيتورهاي متحرک شامل دستگاه هاي اندازه گيري پرتو در محل هاي متفاوت نصب هستند.
نیروگاههای هسته ای حدود 17 درصد برق را تأمین می کنند برخی کشورها برای تولید نیروی الکتریکی خود، وابستگی بیشتری به انرژی هسته ای دارند. براساس آمار آژانس انرژی اتمی، 75 درصد برق کشور فرانسه در نیروگاههای هسته ای تولید می شود و در ایالات متحده، نیروگاههای هسته ای 15 درصد برق را تأمین می کنند. بیش از چهارصد نیروگاه هسته ای در سراسر دنیا وجود دارد که بیش از یکصد عدد آنها در ایالات متحده واقع شده است. یک نیروگاه هسته ای بسیار شبیه به یک نیروگاه سوخت فسیلی تولید کننده انرژی الکتریکی است و تنها تفاوتی که دارد، منبع گرمایی تولید بخار است. این وظیفه در نیروگاه هسته ای برعهده رآکتور هسته ای است.

 

[Diba]

انواع سوختهاي راکتور اتمي
اورانیوم
متداول ترین ماده سوخت برای راکتورهای هستهای اورانیوم است، که میتواند به صورت خالص ، یعنی اورانیوم فلزی و یا به صورت ترکیب مثل اکسید اورانیوم و یا کربور اورانیوم بکار برود. اورانیوم ، فلز نسبتا نرم و قابل کششی است که در دمای بالا به آسانی در هوا و آب اکسید میشود. نقطه ذوب آن 1133 درجه سانتیگراد است.
پلوتونیوم
چون فلز پلوتونیوم تا رسیدن به نقطه ذوب 640 درجه سانتیگراد دارای تعداد زیادی فاز بلوری است، سوخت مناسبی برای راکتور نمیباشد. به عنوان سوخت راکتور ، پلوتونیوم را به صورت ، PUO2 بکار میبرند. نقطه ذوب این ترکیب 2400 درجه سانتیگراد است.
توریوم
به جز در چند راکتور با خنک کننده گازی دما - بالا ، توریوم تاکنون به عنوان سوخت راکتور کاربرد زیادی نداشته است. نقطه ذوب فلزات توریوم خالص حدود 1700 درجه سانتیگراد است. به علت پایداری بهتر ، این عنصر برتر از اورانیوم است. اما ما به صورت خالص به عنوان سوخت بکار نمیرود. بلکه ان را به صورت دی اکسید توریوم ThO2 کربوتریوم ThC2 بکار میبرند.
کند کنندهها
ویژگیهای لازم برای کند کنندههای راکتورهای حرارتی ، یعنی عدد جرمی پایین ، سطح مقطع جذب نوترون خیلی پایین ، سطح مقطع پراکندگی بالا و گزینش را به چند ماده محدود میکنند. هیدروژن و دوتریوم ، کربن و برلیوم تنها عناصری هستند که برای کند کنندگی مناسباند. هیدروژن و دوتریم ، به علت گاز بودن ، به اندازه کافی چگال نیستند و باید به صورت ترکیب بکار روند. بنابراین انتخاب کند کننده برای راکتورهای حرارتی به سه ماده زیر محدود میشود.
آب :
آب یک انتخاب بدیهی برای کند کننده راکتورهای حرارتی است و میتواند به عنوان خنک کننده هم بکار رود. آب دارای سطح مقطع جذب نسبتا بالایی است. کند کننده آب برای بحرانی شدن نیاز به اورانیوم غنی شده دارند.
آب سنگین :
بسیاری از خواص فیزیکی و ترمودینامیکی آب سنگین شبیه آب معمولی است. فرق اساسی آب سنگین با آب معمولی در این است که دوتریم سطح مقطع جذب خیلی کمتری نسبت به هیدروژن دارد.
گرافیت :
ویژگیهای هستهای این ماده ، مثل قدرت کند کنندگی و سطح مقطع جذب به خوبی ویژگیهای آب سنگین نیست. اما نوع خالص آن را میتوان تهیه کرد. خواص ساختاری و گرمایی آن خوب است اما در دماهای بالا و هوا ترکیب میشود. گرافیت دارای رسانندگی گرمایی بالایی است.
خنک کننده ها
ویژگیهای خنک کنندهها
خواص ترمودینامیکی خوب ، یعنی رسانندگی گرمایی ، گرمای ویژه بالا و چسبندگی پایین.
عدم برهمکنش شیمیایی با قسمتهای دیگر راکتور.
سطح مقطع جذب نوترونی خیلی پایین.
پرتوزا نشدن در اثر واکنشهای گاما - نوترون که ممکن است هنگام عبور خنک کننده از قلب راکتور رخ بدهد.
مواد مناسب خنک کننده
هلیوم
هلیوم گازی است بی اثر ، دارای خواص ترمودینامیکی خوب و خطر تابش هم ایجاد نمیکند. بنابراین ظاهرا میتوان آن را به عنوان خنک کننده ایده آل راکتورهای گازی تلقی کرد. اما متاسفانه به سادگی مقدار زیاد آن قابل دسترسی نیست. در حال حاضر کاربرد این گاز به عنوان خنک کننده راکتور محدود به چند راکتور دما – بالای گازی در آمریکا و آلمان است.
فلزات مایع
فلزات مایع ، به دلیل خواص ترمودینامیکی خوبشان ، به خصوص رسانندگی گرمایی بالای آنها ، خنک کنندههای با لقوه خیلی خوبی برای راکتورها هستند. سدیم ، لیتیم ، جیوه و آلیاژهای سدیم – پتاسیم همه مناسباند. ولی از میان آنها سدیم به مقدار قابل ملاحظهای ، منحصرا در راکتورهای سریع زاینده مورد استفاده قرار گرفته است.
حفاظهای راکتور
راکتورهاي هسته اي

ویژگیهای مواد محافظ
سطح مقطع جذب نوترون خیلی پایین است.
رسانندگی گرمایی بالا دارند.
استحکام خوب در دماهای بالا برای مقاومت در مقابل تنش حرارتی
تغییر شکل سوخت و فشار ناشی از انباشت پارههای شکافت در داخل حفاظ
مواد کنترل
موادی که برای راکتور مورد استفاده قرار میگیرند باید دارای سطح مقطع جذب بالایی باشند.
بور
بور متداول ترین ماده کنترل است. از بور به تنهایی نمیتوان استفاده کرد. اما میتوان آن را با فولاد در آمیخت یا به صورت کربور محبوس در کپسولهای فولادی مورد استفاده قرار داد.
ایندیم و کادمیوم
ایندیوم و کادمیوم هر دو سطح مقطع جذب بالایی دارند. اما نقطه ذوب آنها پایین تر از آن است که بتوان از آنها در راکتورهای قدرت استفاده کرد.
هافنیم
هافنیوم دارای استحکام مکانیکی کافی و مقاومت خوبی در برابر خوردگی است. لذا ماده کنترل خوبی است.
اگادولینیم
گادولینیم در بعضی راکتورهای گازی پیشرفته به عنوان سم قابل سوختن بکار میرود.