رآکتورهاي حرارت بالا(High converter Reactor):
رآکتورهاي آب سبک و ساير رآکتورهاي حرارتي عملاً براي توليد انرژي فقط 235U را که به مقدار محدود در سوخت هسته اي موجود است، مصرف مي کنند و قسمت اعظم سوخت که از 238U تشکيل شده در آنها بلا استفاده باقي مي ماند. در سيستمي که فقط بر مبناي استفاده از نيروگاه هاي آب سبک بنا شده در درازمدت کمبودهايي در زمينه ي تأمين سوخت پديد مي آيد. بنابراين به منظور استفاده ي بهينه از ذخاير اورانيوم، رآکتورهاي پيشرفته تکامل يافته است.
نمودار زير ميزان مصرف اورانيوم را نسبت به مقدار تبديل به پلوتونيوم نشان مي دهد.
ميزان تبديل اورانيوم به پلوتونيوم در رآکتورهاي امروزي آب سبک حدود 6/0 درصد است که مطابق با مصرف فقط 1 درصد اورانيوم است. تصوير فوق اهميت رآکتورهاي سريع زايا را مشخص کند که مصرف اورانيوم را تا حدود 60 دردص امکان پذير کنند. ضمناً معلوم مي شود که با ميزان تبديل 9/0 درصد توسط رآکتورهاي HCR (مبدل هاي بالا)، مقدار مصرف اورانيوم در مقايسه با رآکتورهاي امروزي آب سبک، بسيار بيشتر است. بنابراين بحث مختصري در مورد اين گونه رآکتورهاي پيشرفته خواهيم داشت.
رآکتورهاي حرارت بالا، منبع انرژي قابل استفاده همه کاره براي توليد برق و گرما هستند در حال حاضر HTR بيشتر در جهت توليد برق به کار مي رود. ولي اين يک هدف درازمدت است که از حرارت ايجاد شده، که در اين نوع رآکتور تا 950 درجه سانتيگراد هم مي رسد، بتوانند در تکنولوژي توليد منابع ثانويه انرژي، که قابل ذخيره و حمل است، استفاده کنند؛ براي مثال با استفاده از ذغال سنگ، گاز مصنوعي، گاز طبيعي و هيدروژن تهيه کنند.
رآکتور حرارت بالا رآکتور حرارتي است. اين رآکتور با گرافيت کند و با هليوم خنک مي شود. در اين نوع رآکتور گرماي زياد، گاز خنک کننده توليد مي کنند. و نتيجه راندمان حرارتي 40 درصد امکان پذير مي شود.
رآکتورهاي آب تحت فشار با ضريب تبديل بالا:
ضمن استفاده از تکنولوژي پيشرفته رآکتورهاي آب سبک تحت فشار، فقط با تعويض قلب رآکتور به رآکتورهاي پيشرفته آب سبک تحت فشار (APWR) مي توانيم به بالا بردن درصد تبديل 9/0 دست يابيم. يک چنين رآکتوري مي تواند تا تکامل رآکتورهاي سريع زايا و ساخت آنها به صورت سري، پلوتونيوم توليد شده را مورد استفاده قرار دهد، بدون اينکه مقدار بسيار زياد آن را اصراف کند، ترکيبي از رآکتورهاي آب سبک، رآکتورهاي با ضريب تبديل بالا و رآکتورهايي سريع زايا بهترين وضعيت بهينه براي چرخه ي سوخت u/pu (اورانيوم – پلوتونيوم) است و در آينده تأثير مهمي در استفاده از انرژي خواهد داشت.
رآکتورهاي سريع زايا (FBR) (رآکتورهاي زاينده):
رآکتورهاي سريع زايا برخلاف رآکتورهاي حرارتي، کند کننده ندارند؛ زيرا آنها نوترون ها نيازي به کند شدن ندارند و عمل شکافت در طيف وسيع نوترون انجام مي پذيرد.
به علت سطح مقطع مؤثر شکافت نسبتاً کم در طيف نوتروني سريع، رآکتورهاي سريع زايا به غلظت نسبتاً بالاي پلوتونيوم 239 احتياج دارند. در اين رآکتورها از يک ماده با خاصيت خوب تبادل حرارتي و خاصيت جذب نوترون به عنوان خنک کننده استفاده مي شود که در اين رابطه سديم مايع (Na) بسيار مناسب است. فلز سديم داراي نقطه ذوبي حدود 100 درجه ي سانتيگراد و نقطه جوشي معادل 900 درجه ي سانتيگراد است. بنابراين مي توان به وسيله ي حرارت آن را در فشارهاي پايين مبادله کرد. يکي از خاصيت هايي که اين فلز داراست، ميل ترکيبي شديد با آب است. به همين دليل در اين رآکتورها از سه سيکل براي خنک کردن استفاده مي کنند. در سيکل اول براي جلوگيري از واکنش با بخار آب در هوا، سطوح آزاد سديم را همواره تحت پوشش گاز ازت يا آرگون قرار مي دهند. اين عمل در طي سه چرخه انجام مي گيرد.
پس از سيکل دوباره به سيکل ديگري از سديم وصل خواهد شد و در نهايت در سيکل سوم (آب – بخار) وصل خواهد شد.
سه سيکل، مدار اوليه، مدار ثانويه و سيکل آب – بخار از قسمت هاي مجزا تشکيل شده اند و به طور سري به يکديگر وصل مي شوند. براي جلوگيري از نشست مواد راديواکتيو از سيکل اول به سيکل دوم، سيکل ثانوي فشار بالاتري نسبت سيکل اولي دارد. قلب اين رآکتورها از ميله هاي سوختي که ترکيبي از اورانيوم، پلوتونيوم و پوششي زاينده از اورانيوم طبيعي يا اورانيوم ناشي از رآکتورهاي آب سبک احاطه شده است (اورانيوم رقيق شده) و ماده زاينده به صورت قرص هايي در غلاف هاي فولادي قرار دارد که در وضعيت تنگاتنگ شش ضلعي به صورت مجتمع هاي سوخت درآمده است.
يکي از مزاياي اين نوع رآکتور نسبت به رآکتروهاي ديگر اين است که در رآکتورهاي آب سبک از اورانيوم 235 به عنوان سوخت استفاده مي شود که همان طور که قبلاً گفته شده اين نوع اورانيوم به ميزان 7/0 درصد در طبيعت وجود دارد و با توجه به کمبود آن در طبيعت اين نوع سوخت فقط تا چند قرن کفايت خواهد کرد. در صورتي که در رآکتورهاي سريع زايا اورانيوم 238 طبيعي و غيرشکافت به پلوتونيوم تبديل مي شود که مي تواند انرژي هسته اي را براي هزاران سال تهيه کند.
رآکتور خنک شونده گازي:
رآکتورهاي خنک شونده گازي در کشورهاي انگليس، فرانسه و آمريکا مورد استقبال بيشتري قرار گرفته اند. در اين نوع رآکتور اصولاً از اورانيوم غني شده به عنوان سوخت و از گاز Co2 به عنوان خنک کننده استفاده مي شود. در آمريکا براي خنک کردن اين نوع رآکتور از هليوم و در فرانسه و انگلستان از گرافيت استفاده مي شود. سيال گازي در اين رآکتورها، پس از عبور از قلب رآکتور براساس قوانين ترموديناميکي تبادل گرمايي صورت مي دهد و گرم مي شود و حرات منتقل مي کند. سپس بخارهاي توليد شده براي توليد برق به توربين ها هدايت مي شود. اين نوع رآکتورها همانند رآکتورهاي قبلي هم داراي مزايايي است و هم داراي معايبي. از جمله مزاياي آن مي توان سهولت کار و ايمني سطح مقطع مؤثر ماکروسکوپي پايين براي نوترون، ارزاني و فراواني (بجز هليوم) و قابليت کار کردن در حرارت هاي بالا نام برد. از معايب آن نيز مي توان به انتقال حرارت پايين و مسأله ي خواص انتقال حرارتي گازها، که مستلزم سطوح زياد تماس و جريان عبور بالا در رآکتور و مبدل هاي حرارتي است و همچنين نياز به پمپاژ بالا که بين 8 تا 10 درصد ظرفيت نيروگاه را بالغ مي شود، اشاره کرد.
تهيه کننده: مژده اصولي