انرژی هسته ای چیست و چه کاربردی دارد؟
نام انرژی هسته ای را به‌وفور شنیده‌اید و ممکن است در ذهنتان گفته باشید مگر این انرژی چه فرقی با انرژی‌های قبلی دارد که این‌قدر دنیا را به تکاپو درآورده است. انرژی هسته‌ای نامی کلی و عامیانه برای بیان موضوعات و شاخه‌های متعددی دارد که یکی از این بحث‌ها انرژی است. از جمله شاخه‌های آن می‌توان فیزیک هسته ای، تشعشع اتمی، شکاف هسته‌ای و جوش هسته ای را نام برد.
انرژی هسته‌ای به زبان ساده
کلمه هسته‌ای یا اتمی با اتمی سروکار دارد که هسته نامیده می‌شود و انرژی که از خود ساطع می‌کند انرژی هسته ای نامیده می‌شود. این اتم توانایی‌های بسیار دارد و می‌تواند هسته‌ها را از هم جدا کند که اصطلاحاً شکافت هسته ای نامیده می‌شود و یا هسته‌ها را به هم متصل کند که اصطلاحاً به این فرآیند جوش هسته‌ای می‌گوییم. هسته بار مثبت دارد و بار آن در مرکز اتم یافت می‌شود. انرژی هسته ای برای به وجود آوردن گرما و الکتریسیته از فرآیند شکاف هسته‌ای استفاده می‌کند.
کشورهای ژاپن، فرانسه و آمریکا بزرگ‌ترین کشورهای تولیدکننده این انرژی هستند. انرژی هسته ای در حدود 14 درصد الکتریسیته مصرفی در کره زمین را تامین می‌کند. اکثرا گزارش شده است که کارخانه‌های تولید انرژی هسته‌ای بر روی سلامت انسان تأثیر مخربی ندارد؛ اما با تمام اینها، گزارشاتی در برخی کشورها خلاف این را ثابت کرده است.
به هر حال پس مانده رادیواکتیوی که از این فرآورده حاصل می‌شود خطرناک است و این انکار نشدنی است. در عین مفید بودن، این انرژی گران‌بها می‌تواند مخرب نیز باشد و برخی کشورها از آن به‌عنوان سلاحی قوی استفاده می‌کنند.
آثار مخرب انرژی هسته‌ای
در آگوست سال 1945، اواخر جنگ جهانی دوم آمریکا از بمب‌های اتمی بر علیه ژاپن استفاده کرد و باعث تخریب شهرهای هیروشیما و ناکازاکی شد و در این انفجار بیش از 200000 انسان از بین رفتند. خوب است بدانید اورانیوم غنی شده یک عنصر مخرب است که از آن سلاح‌های هسته ای و انرژی هسته‌ای به دست می‌آید. دانشمندان ادعا کرده‌اند که انعکاس اشعه‌های رادیواکتیو منجر به مرگ دانشمند بزرگ ماری کوری در سال 1934 شد.
مزایای انرژی هسته‌ای
انرژی هسته ای مزایای زیادی از جمله تولید انرژی بسیار زیاد دارد. به طوری که با استفاده از انرژی تولید شده توسط یک کیلوگرم اورانیوم، انرژی لازم برای سوختن 1200 بشکه نفت تولید می‌شود. هزینه تولید انرژی هسته‌ای و همچنین میزان آلودگی هوا توسط آن، بسیار پایین است.
معایب انرژی هسته ای
از جمله معایب این انرژی ارزشمند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
- خطر بالای بروز حوادث
- تولید زباله‌های هسته‌ای فراوان
- منابع محدود و تمام شدنی تولید انرژی هسته‌ای
- نیازمند هزینه اولیه بسیار بالا برای ساخت نیروگاه هسته‌ای
انرژی هسته‌ای و انواع آن
انرژی هسته‌ای انرژی موجود در هسته یک اتم است. جایی که یک اتم یک ذره کوچک است که هر ماده در جهان را تشکیل می‌دهد. به طور معمول، جرم یک اتم در مرکز هسته متمرکز می‌شود. نوترون‌ها و پروتون‌ها دو ذره زیر اتمی هستند که هسته را درک می‌کنند. در پیوندهایی که اتم‌ها را به یکدیگر متصل می‌کنند، مقدار زیادی انرژی وجود دارد.
انرژی هسته‌ای توسط واکنش‌های هسته‌ای یا از طریق شکافت یا همجوشی تخلیه می‌شود. در همجوشی هسته‌ای، اتم‌ها با هم ترکیب می‌شوند و اتم بزرگ‌تری را تشکیل می‌دهند.
در شکافت هسته‌ای، تقسیم اتم‌ها برای تشکیل اتم‌های کوچک‌تر با آزاد شدن انرژی صورت می‌گیرد. نیروگاه‌های هسته‌ای با استفاده از شکافت هسته‌ای انرژی تولید می‌کنند. خورشید با استفاده از مکانیسم هم جوشی هسته‌ای انرژی تولید می‌کند.انرژی هسته‌ای که امروزه در سراسر جهان برای تولید برق به کار گرفته می‌شود از طریق شکافت هسته‌ای است، درحالی‌که فناوری تولید برق از همجوشی در مرحله تحقیق و توسعه است.
شکافت هسته‌ای چیست؟
شکافت هسته‌ای واکنشی است که در آن هسته یک اتم به دو یا چند هسته کوچک‌تر تقسیم می‌شود و در عین حال انرژی آزاد می‌شود.
به‌عنوان‌مثال، هنگام برخورد با نوترون، هسته یک اتم اورانیوم 235 به دو هسته کوچک‌تر تقسیم می‌شود. برای مثال یک هسته باریم و یک هسته کریپتون و دو یا سه نوترون. این نوترون‌های اضافی به سایر اتم‌های اورانیوم ۲۳۵ اطراف برخورد می‌کنند که در اثر ضربی نیز شکافته شده و نوترون‌های اضافی تولید می‌کنند. بنابراین در کسری از ثانیه یک واکنش زنجیره‌ای ایجاد می‌کنند.
هر بار که واکنش رخ می‌دهد، انرژی به شکل گرما و تشعشع و آزاد می‌شود. گرما را می‌توان در یک نیروگاه هسته ای به الکتریسیته تبدیل کرد. مشابه نحوه استفاده از گرمای حاصل از سوخت‌های فسیلی مانند زغال‌سنگ، گاز و نفت برای تولید برق.
نیروگاه هسته ای چگونه کار می‌کند؟
در داخل نیروگاه‌های هسته‌ای، راکتورهای هسته‌ای و تجهیزات آن‌ها واکنش‌های زنجیره‌ای را که معمولاً با سوخت اورانیوم ۲۳۵ تأمین می‌شود، برای تولید گرما از طریق شکافت، در خود دارند و کنترل می‌کنند. گرما عامل خنک‌کننده راکتور، معمولاً آب، را برای تولید بخار گرم می‌کند. سپس بخار به سمت توربین‌های چرخشی هدایت می‌شود و یک ژنراتور الکتریکی را برای ایجاد الکتریسیته کم کربن فعال می‌کند.
چرخه سوخت هسته ای چیست؟
چرخه سوخت هسته‌ای یک فرآیند صنعتی است که شامل مراحل مختلفی برای تولید برق از اورانیوم در راکتورهای انرژی هسته ای است. این چرخه با استخراج اورانیوم شروع می‌شود و با دفع زباله‌های هسته‌ای به پایان می‌رسد.
زباله هسته ای
بهره‌برداری از نیروگاه‌های هسته‌ای زباله‌هایی با سطوح مختلف رادیواکتیویته تولید می‌کند. اینها بسته به سطح رادیواکتیویته و هدفشان متفاوت مدیریت می‌شوند.
مدیریت پسماندهای رادیواکتیو
زباله‌های رادیواکتیو بخش کوچکی از کل زباله‌ها را تشکیل می‌دهند. این محصول فرعی میلیون‌ها روش پزشکی در سال، کاربردهای صنعتی و کشاورزی است که از پرتوها و راکتورهای هسته‌ای استفاده می‌کنند که حدود 11 درصد از برق جهانی را تولید می‌کنند.
نسل بعدی نیروگاه‌های هسته‌ای که راکتورهای پیشرفته نوآورانه نیز نامیده می‌شوند، زباله‌های هسته‌ای کمتری نسبت به راکتورهای امروزی تولید خواهند کرد. پیش بینی می‌شود که تا سال 2030، آن‌ها در دست ساخت باشند.
نقش انرژی هسته‌ای در تغییرات آب و هوایی
انرژی هسته‌ای یک منبع انرژی کم کربن است. زیرا برخلاف نیروگاه‌های زغال‌سنگ، نفت یا گاز، نیروگاه‌های هسته‌ای عملاً در طول کار خود CO2 تولید نمی‌کنند. راکتورهای هسته‌ای نزدیک به یک‌سوم برق بدون کربن جهان را تولید می‌کنند و در دستیابی به اهداف تغییر آب‌وهوا بسیار مهم هستند.
واکنش‌های هسته‌ای چیست؟
این واکنش‌ها، باعث تغییراتی در هسته اتم‌ها می‌شوند که به نوبه خود منجر به تغییر در خود اتم می‌شوند. واکنش‌های هسته‌ای یک عنصر را به یک عنصر کاملاً متفاوت تبدیل می‌کند.
فرض کنید اگر یک هسته با هر ذره دیگری تعامل داشته باشد و سپس بدون تغییر ویژگی‌های هسته‌های دیگر از هم جدا شود، این فرآیند به‌جای اینکه به‌عنوان یک واکنش هسته‌ای مشخص شود، پراکندگی هسته‌ای نامیده می‌شود. این به معنای واپاشی رادیواکتیو نیست.
یکی از واضح‌ترین واکنش‌های هسته‌ای، واکنش همجوشی هسته‌ای است که در مواد شکافت‌پذیری که شکافت هسته‌ای القایی ایجاد می‌کنند، رخ می‌دهد. انواع واکنش‌های هسته‌ای شامل موارد زیر است.
- پراکندگی غیر کشسان
- واکنش‌های انتقالی
- پراکندگی الاستیک
- واکنش‌های جذب
کاربردهای انرژی هسته ای کدامند؟
صنایع متعدد، از جمله کالاهای مصرفی، غذا و کشاورزی، صنعت، پزشکی و تحقیقات علمی، حمل‌ونقل و منابع آب و جو، کاربردهای مهمی برای رادیو ایزوتوپ‌ها، پردازش حرارتی انرژی هسته‌ای و راکتورهای برق غیرثابت دارند. به طور کلی، این انرژی در موارد زیر کاربرد دارد.
- فناوری هسته‌ای
- پزشکی هسته‌ای
- صنایع
- کاربردهای کشاورزی
- کاربردهای زیست‌محیطی
- آزمایشات بیولوژیکی
- تشخیص و درمان‌های پزشکی
- تحقیقات علمی
- پروژه‌های مهندسی
- حمل و نقل
- غذا
- داروسازی
- تجزیه و تحلیل فعال‌سازی نوترون
آیا انرژی هسته ای به محیط‌زیست آسیب می‌رساند؟
نیروگاه‌های هسته‌ای به‌عنوان سوخت از اورانیوم استفاده می‌کنند. عملیات استخراج اورانیوم سطوح بالایی از دی‌اکسیدکربن را در جو منتشر می‌کند. هنگامی که نیروگاه‌های هسته‌ای جدید ساخته می‌شوند، دی‌اکسیدکربن نیز در جو آزاد می‌شود. در نهایت، حمل‌ونقل زباله‌های خطرناک اغلب باعث آلودگی دی‌اکسیدکربن می‌شود.
یکی دیگر از خطرات انرژی هسته ای اتفاقات غیرمنتظره ای است که ممکن است برای نیروگاه ها رخ بدهد. مانند انهدام نیروگاهی در ژاپن به خاطر زلزله ویا انفجار نیروگاه چرنوبیل در روسیه که مشکلاتی غیر قابل حل ایجاد کردند.
سخن پایانی
امروزه انرژی هسته ای در زندگی افراد کاربرد و اثرات فراوانی دارد. از جمله مهمترین کاربردهای این انرژی می‌توان در علم پزشکی، داروسازی و کشاورزی اشاره کرد. کشور عزیزمان ایران نیز توانسته است در زمینه تولید و استفاده از این انرژی باارزش به خودکفایی برسد.
