گجت نیوز آخرین اخبار تکنولوژی، علم و خودرو 
راکتور هستهای قلب تپنده نیروگاههای اتمی، با استفاده از پدیدهای شگفتانگیز انرژی عظیمی تولید میکند که درک مکانیزم پیچیده آن برای تامین برق آینده ضروری است.
آمریکا بیشترین تعداد نیروگاههای هستهای را در جهان دارد، با این حال بحث پیرامون انرژی هستهای همواره داغ و پرچالش بوده است. اما فراتر از این بحثها، علم نسبتا سادهای پشت کارکرد این دستگاههای پیچیده نهفته است. درک شکافت هستهای و نحوه مهار آن برای تولید برق، کلید فهم عملکرد راکتورهای اتمی است. این مقاله به بررسی مبانی و نحوه کارکرد این فناوری حیاتی میپردازد.
راکتور هستهای چگونه کار میکند؟
همه راکتورهای هستهای بر اساس اصول فیزیکی یکسانی کار میکنند. در هسته راکتور، گلولههای سوخت (اغلب اورانیوم) درون میلههای سوخت قرار گرفتهاند.
مکانیسم اصلی تولید انرژی، واکنش زنجیرهای شکافت هستهای است. این فرایند زمانی آغاز میشود که ذرات زیراتمی نوترون با اتمهای اورانیوم برخورد میکنند. با هر برخورد، اتم به دو اتم کوچکتر تقسیم شده و نوترونهای اضافی آزاد میشوند که به نوبه خود با اتمهای اورانیوم دیگر برخورد کرده و واکنش زنجیرهای را ادامه میدهند.
کنترل این واکنش برای جلوگیری از ادامه بدون کنترل آن حیاتی است. این کار عمدتاً با استفاده از میلههای کنترل انجام میشود. این میلهها که از موادی مانند بور و نقره ساخته شدهاند، نوترونهای اضافی را جذب کرده و میتوانند سرعت واکنش را تنظیم یا حتی متوقف کنند. آب نیز در این سیستم نقش دوگانهای ایفا میکند؛ هم بهعنوان تعدیلکننده سرعت نوترونها و هم بهعنوان خنککننده برای دفع گرمای مازاد.
یک چالش مهم در عملیات راکتور هستهای، مدیریت میلههای سوخت مصرفشده است. این میلهها به شدت رادیواکتیو باقی میمانند و ذخیرهسازی ایمن آنها یکی از بزرگترین مسائل پیش روی صنعت هستهای است.
انواع راکتورهای هستهای تجاری و نظامی
بهطور کلی، دو نوع اصلی از راکتورهای هستهای تجاری وجود دارد: راکتورهای آب فشرده (PWRs – Pressurized Water Reactors) و راکتورهای آب جوش (BWRs – Boiling Water Reactors). تفاوت اصلی آنها در نحوه مدیریت آب و چرخه بخار درون راکتور است.
راکتورهای آب فشرده (PWR) که رایجترین نوع (حدود ۶۵ درصد از راکتورهای تجاری ایالات متحده) محسوب میشوند، آب را در یک مدار بسته و تحت فشار بالا نگه میدارند تا از جوش آمدن آن جلوگیری شود. آب گرم شده توسط واکنش هستهای از طریق مبدل حرارتی به مدار ثانویه منتقل میشود. بخار حاصل از این مدار ثانویه است که توربینها را به حرکت درآورده و برق تولید میکند.
در مقابل، راکتورهای آب جوش (BWR) آب را مستقیما به هسته راکتور پمپ کرده و بخار تولید شده را مستقیما از طریق سیستمی از لولهها به سمت توربینها هدایت میکنند. بخار باقیمانده سپس متراکم شده و به هسته بازگردانده میشود.
- سوخت اصلی که اکثر راکتورهای هستهای از آن استفاده میکنند چیست؟
- پروژه جاهطلبانه ناسا: ساخت راکتور هستهای روی ماه
- کشف راکتور هستهای طبیعی ۲ میلیارد ساله در آفریقا
- این باتری هستهای چینی بدون نیاز به شارژ مجدد تا 50 سال دوام میآورد
علاوه بر راکتورهای تجاری، کشتیهای هستهای نیروی دریایی ایالات متحده، مانند ناو هواپیمابر USS Gerald R. Ford، از نسخههای کوچکتر راکتورهای آب فشرده استفاده میکنند. تفاوت کلیدی این راکتورهای نظامی در استفاده از اورانیوم با غنای بالا (HEU – Highly Enriched Uranium) بهجای اورانیوم با غنای پایین (LEU – Low Enriched Uranium) است که در راکتورهای تجاری به کار میرود. چگالی انرژی بسیار بالاتر HEU به این کشتیها امکان میدهد تا دهها سال بدون نیاز به سوختگیری مجدد کار کنند.