راکتور هسته ای

رآکتور هسته ای. رآکتور هسته ای یا واکنشگاه هسته ای ( به انگلیسی: Nuclear Reactor ) دستگاهی برای انجام واکنش های هسته ای به صورت تنظیم شده و تحت کنترل است. [ ۱] این دستگاه در اندازه های آزمایشگاهی، برای تولید ایزوتوپ های ویژه مواد پرتوزا ( رادیواکتیو ) و همین طور پرتوداروها برای مصارف پزشکی و آزمایشگاهی، و در اندازه های صنعتی برای تولید برق ساخته می شوند.
اولین انرژی کنترل شده ناشی از شکافت هسته ای در دسامبر ۱۹۴۲ به دست آمد. با رهبری فرمی ساخت و راه اندازی یک پیل از آجرهای گرافیتی، اورانیوم و سوخت اکسید اورانیوم با موفقیت به نتیجه رسید. این پیل هسته ای، در زیر میدان فوتبال دانشگاه شیکاگو ساخته شد و اولین رآکتور هسته ای فعال بود. [ نیازمند منبع]
سوخت رآکتورهای هسته ای باید به گونه ای باشد که متحمل شکافت حاصله از نوترون بشود. پنج نوکلئید شکافت پذیر وجود دارند که در حال حاضر در رآکتورها به کار می روند: Pu 239 , 238 U , 235 U , 233 U , 232 Th . برخی از این نوکلئیدها برای شکافت حاصله از نوترون های حرارتی و برخی نیز برای شکافت حاصل از نوترون های سریع می باشند. [ ۲] تفاوت بین سوخت یک خاصیت در دسته بندی رآکتورها است.
در کنار قابلیت شکافت، سوخت به کار رفته در رآکتور هسته ای 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 رآکتور قرار نگیرد. هدایت حرارتی ماده باید بالا باشد به طوری 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 ویژگی های ضروری سوخت هستند.
سوخت های هسته ای مستقیماً در داخل رآکتور قرار داده نمی شوند، بلکه همواره به صورت پوشیده شده مورد استفاده قرار می گیرند. پوشش یا غلاف سوخت، کندکننده یا خنک کننده را از آن جدا می سازد. این امر از خوردگی سوخت محافظت کرده و از گسترش محصولات شکافت حاصل از سوخت پرتو دیده به محیط اطراف جلوگیری می کند. همچنین این غلاف می تواند 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 برهم کنش با سوخت و مواد محیط پایدار باشد. همچنین لازم است غلاف دارای سطح مقطع پایینی نسبت به بر همکنش های هسته ای حاصل از نوترون بوده و در مقابل تشعشع مقاوم باشد.

رآکتور هسته ای. رآکتور هسته ای (nuclear reactor)
دستگاهی برای تولید انرژی هسته ای به شیوۀ کنترل شده. از انواع گوناگون رآکتور، که همگی براساس شکافت هسته ای کار می کنند، استفاده می شود. در رآکتور خنک شونده با گاز، گازی تحت فشار، مانند کربن دی اکسید، در رآکتور می چرخد و گرمای هستۀ رآکتور را دفع می کند. هستۀ رآکتور معمولاً حاوی اورانیوم طبیعی است و بازدۀ فرآیند شکافت هسته ای با کندسازهایی مانند کربن، به منظور کاهش سرعت نوترون ها، افزایش می یابد. این واکنش را با میله های جاذب نوترونی کنترل می کنند که از فلز بور ساخته می شوند. سوخت رآکتور خنک شونده با گاز پیشرفته معمولاً اورانیوم غنی شده است. در رآکتور هسته ای مانند رآکتور آب ـ خنکِ مولد بخار، آب در هستۀ داغ رآکتور می چرخد، به بخار تبدیل می شود، و مولدهای توربینی تولید برق را به کار می اندازد. رایج ترین نوع رآکتور، رآکتور با آب تحت فشار(PWR)، دارای سیستم بسته ای حاوی آب تحت فشار است که گرم می شود تا در مبدل های گرمای مداری خارجی بخار تولید کند. رآکتور تند کندساز ندارد و در آن برای صورت گرفتن فرآیند شکافت از نوترون های سریع استفاده می کنند و سوخت آن مخلوطی از پلوتونیوم و اکسید اورانیوم است. هنگام بهره برداری از این رآکتور، اورانیوم به پلوتونیوم تبدیل و جدا می شود تا مجدداً به منزلۀ سوخت به کار رود. این رآکتور به زایندۀ تند یا رآکتور زاینده نیز معروف است، زیرا مقدار پلوتونیوم تولیدی آن از میزان مصرفی اش بیشتر است. گرما با سدیم مایع از رآکتور گرفته می شود. به سبب وقوع انفجارها و آزادشدن اتفاقی مواد پرتوزا، نگرانی های عمومی در زمینۀ ایمنی رآکتورهای هسته ای شدت گرفته است. برای ایمنی سیستم هنگام خنک کردن رآکتور در شرایط اضطراری، هستۀ رآکتور خودبه خود در آب غرق می شود. نگرانی های دیگر دربارۀ انرژی هسته ای از مشکلات بازفرآوری سوخت هسته ای، دفع ایمن زباله های هسته ای، و هزینۀ نگهداری و از کاراندازی نیروگاه های هسته ای در پایان عمر مفیدشان ناشی می شود. بعد از فروپاشی شوروی، نگرانی هایی در زمینۀ توانایی کشورهای تازه استقلال یافته برای بهره برداری ایمن از رآکتورهای قدیمی مطرح شد. در ۱۹۸۹، دولت انگلستان تصمیم گرفت احداث نیروگاه های هسته ای جدید را به تعویق بیندازد. در ایالات متحد امریکا، طی دهۀ گذشته نیروگاه هسته ای جدیدی احداث نشده است. نیروگاه رنچو سکو، در نزدیکی ساکرامنتو، واقع در ایالت کالیفرنیا، نخستین نیروگاه هسته ای بود که در ۱۹۸۹ با رأی مردم تعطیل شد. سوئد تصمیم گرفته است که رآکتورهای هسته ای خود را از کار بیندازد، اما بعضی از کشورها، ازجمله فرانسه، همچنان برنامه های هسته ای خود را دنبال می کنند. در ۱۹۹۷، از ۴۴۳ نیروگاه هسته ای در ۳۱ کشور جهان بهره برداری می شد که نسبت به آمار زمان برگزاری کنفرانس اجلاس سران زمین در ریو (۱۹۹۲)، ۱۵ واحد رشد داشت. طبق همین آمار، در ۱۹۹۷، ۳۶ نیروگاه نیز در دست ساخت بوده است. در ۱۹۷۲، فقط ۱۰۰ نیروگاه در ۱۵ کشور جهان کار می کرد. انرژی هسته ای تقریباً هفده درصد برق جهان را تأمین می کند. حادثه در تری مایلز آیلند، واقع در ایالات متحد امریکا (۱۹۷۹)، و چرنوبیل اوکراین (۱۹۸۶) منجر به آزادشدن مقدار معتنابهی تابش شد.