دانلود فایل تحقیق فرآیندهای چرخه سوخت هسته ای

تحقیق فرآیندهای چرخه سوخت هسته ای در حجم 41صفحه و در قالب word و قابل ویرایش و با قسمتی از متن زیر:

 بازفرآوري سوخت مصرف شده

]مهمترين دليل براي بازفرآوري بيرون كشيدن اورانيوم و پلوتونيوم مصرف نشده از عناصر سوخت مصرف شده است. دليل دوم كاهش حجم موادي است كه به صورت پسماند سطح بالا دفع مي شوند[.

P1 بازفرآوري از هدر رفتن مقدار قابل توجهي از منابع جلوگيري مي كند زيرا بيشتر سوخت مصرف شده (اورانيومي با كمتر از 1% u-235 و اندكي پلوتونيوم) مي‌تواند به صورت عناصر سوخت جديد بازيابي شود، كه 30% اورانيوم طبيعي را كه در غير اين صورت لازم بود ذخيره مي كند. اين اورانيوم و پلوتونيوم به سوخت اكسيد مختلط تبديل مي شوند و يك منبع مهم هستند. سپس پسماندهاي سطح بالاي باقي مانده براي دفع‌شدن به صورت مواد جامدفشرده، پايدار و غيرقابل حلي تبديل مي‌شوند كه دفعشان از مجموعه هاي حجيم سوخت مصرف شده آسان تر است.

P2 يك راكتور آب سبك 1000Mwe در حدود 25 تن سوخت مصرف شده در سال توليد مي كند، تا به حال، پيش از 80000 تن از سوخت مصرف شده‌ي راكتورهاي توليد برق تجاري بازفرآوري شده است و هم اكنون ظرفيت سالانه اين كار حدود 5000 تن در سال است.

P3 مجموعه هاي سوخت مصرف شده اي كه از يك راكتور خارج مي شوند به شدت پرتوزا هستند و گرما توليد مي كنند. به همين خاطر آنها در تانك‌هايي بزرگ يا حوضچه‌هايي از آب قرار داده، خنك مي كنند و سه متر از آب روي آنها پرتوها را مهار مي كند. آنها در اين جا، كه در محل راكتور يا در ايستگاه بازفرآوري است، چند سالي باقي مي مانند تا سطح تابش آنها به طور چشمگيري كاسته شود. براي بيشتر انواع سوخت ها بازفرآوري در حدود 50 سال پس از تخليه راكتور انجام مي شود.

P4 سوخت مصرف شده ممكن است پس از خنك سازي اوليه، با استفاده از فلاسك‌هاي محافظ دار خاصي كه تنها چند تن (مثلاً 6 تن) از سوخت مصرف شده را در خود جاي داده اما حدود 100 تن وزن دارند، حمل و نقل شود. انتقال سوخت مصرف شده و ديگر پسماندهاي سطح بالا به سختي مراقبت مي شود.

P5 بازفرآوري سوخت اكسيد مصرف شده مستلزم حل عناصر سوخت در اسيد نيتريك است. سپس جداسازي شيميايي اورانيوم و پلوتونيوم انجام مي شود. Pu و u مي توانند به ورودي چرخه سوخت بازگردانده شوند. (اورانيوم به مرحله تبديل، پيش از غني سازي دوباره و پلوتونيوم مستقيماً به مرحله ساخت سوخت). (در حقيقت به منظور بازيابي سوخت آنها اغلب در يك محل واحد هستند). مايع باقي مانده پس از بيرون كشيدن pu و u، پسماند سطح بالاست كه شامل حدود 3% از سوخت مصرف شده است. اين پسماند به شدت پرتوزاست و به توليد گرماي شديد ادامه مي دهد.

P6 بازفرآوري‌هاي زيادي از دهه 1940، انجام شده است كه عمدتاً براي مقاصد نظامي و به منظور بازيافت پلوتونيوم (از سوخت با سوزش burn up كم) براي جنگ افزارها، انجام شده است. در بريتانيا، حدود چهل سال است كه عناصر سوخت فلزي حاصل از اولين نسل راكتورهاي تجاري كه با گاز خنك مي شوند، در Sellafield بازفرآوري‌ مي گردد. اين كارخانه‌ي t/yr1500 با توجه به همراهي با رشد ايمني، بهداشت و ديگر استانداردهاي سامان دهي، با موفقيت توسعه داده شده است. از 1969 تا 1973 سوخت هاي اكسيدي هم در قسمتي از اين كارخانه كه به اين منظور تغيير داده شده بازفرآوري‌ شدند. در 1994 يك كارخانه جديد بازفرآوري‌ اكسيد حرارتي t /yr1200 ‏ (T HORP) برپا شد.

در آمريكا يك داستان حماشي (Saga) سياسي و فني هست و هيچ كارخانه بازفرآوري‌ در حال حاضر كار نمي كند. سه كارخانه براي بازفرآوري‌ سوخت هاي اكسيدي غيرنظامي در آمريكا ساخته شده است: اول يك كارخانه t/yr300 در
West Valley، Ny، ساخته شد و از 72-1966 با موفقيتكار كرد. با وجود اين الزامات انتظامي روز به روز سخت گيرانه تر به معناي اصلاح كردن كارخانه بود كه غير اقتصادي پنداشته شد، و كارخانه تعطيل شد. دومي يك كارخانه t/yr300 بود كه با استفاده از فن آوري جديد در Morris، illinois ساخته شد، كه علي رقم تحقق در مقياس آزمايشي در كارخانه توليدي درست كار نكرد. سومي يك كارخانه t/yr1500 در Barnwell، South Carolona بود، كه به واسطه تغيير سياست دولت كه طي يك بند از سياست عدم تكثر آمريكا (non-proliferation) شده بازفرآوري‌ هاي غير نظامي را نفي مي كرد، بي نتيجه ماند. در مجموع امريكا از دهه 1940 بيش از 250 كارخانه سال تجربه عملي بازفرآوري‌ دارد، كه قسمت  عمده آن در كارخانه هاي صنايع دفاعي بوده است.

P7 در فرانسه يك كارخانه بازفرآوري t/yr 400 مشغول به كار است كه براي سوخت‌هاي فلزي حاصل از راكتورهاي اوليه‌ي خنك شونده با گاز در Marcoule مي‌باشند. در Lattague، بازفرآوري‌ سوخت هاي اكسيدي از 1976 انجام مي شده است، و دو كاخانه t/yr800 هم اكنون فعالند. هند يك كارخانه سوخت اكسيدي t/yr100 فعال در Tarapur و چند تاي ديگر در Kalpakkam و Trombay دارد، و ژاپن در حال سوختن يك كارخانه بزرگ در Rokkasho است در حالي كه در اين فاصله بيشتر سوخت مصرف شده اش در اروپا بازفرآوري‌ مي شود. روسيه يك كارخانه بازفرآوري‌ سوخت اكسيدي t/yr400 در Chelyabinsk دارد و يك كارخانه بزرگتري در Krasnoyarsk مي سازد.

P8 پس از بازفرآوري‌، اورانيوم بازيافت شده مي تواند در يك كارخانه ساخت سوخت معمولي (پس از غني سازي دوباره) استفاده شود، اما پلوتونيوم بايد در يك كارخانه سوخت اكسيد مختلط (MOX) ويژه، كه اغلب با كارخانه بازفرآوريي كه آن را جدا كرده است در يك جا جمع اند، تبديل شود. در فرانسه خروجي بازفرآوري‌ با ورودي كارخانه MOX هماهنگ مي شود تا از انباشته شدن پلوتونيوم جلوگيري شود. اگر پلوتونيوم براي چند سال انبار شود، آمرسيم- 241، ايزوتوپ مورد استفاده در آشكارسازهاي دود خانگي، جمع خواهد شد و به خاطر افزايش سطح پرتوزايي گاما دستكاري كردنش در يك كارخانه MOX مشكل مي شود.

 پسماندهاي سطح بالاي مربوط به بازفرآوري‌

P1 پسماندهاي سطح بالاي حاصل از بازفرآوري‌ علي رقم مقدار كمشان (5-1 را ببينيد) نيازمند مديريت، ذخيره سازي و دفع بسيار بسيار دقيقي هستند زيرا محتوي پاره‌هاي شكافت و عناصر ترا اورانيومي مي باشند كه سطوح بالايي از آلفا، بتا و پرتو گاما و نيز مقدار زيادي گرما منتشر مي كنند. اين گرما عمدتاً از پاره اي شكافت كه اكثراً نيمه عمرهاي كوتاه‌تري دارند ناشي مي شود. اينها موادي هستند كه از نظر عامه به عنوان “پسماندهاي هسته‌اي” دانسته مي شود.

P2 براساس ظرفيت برق هسته اي ساخته شده از قرار يك كيلووات براي هر نفر، هر يك از افراد يك جامعه غربي[1] سالانه مسئوليت حدود ml20 از پسماند سطح بالايي حاصل از بازفرآوري‌ را متحمل مي شود. در صورت جامد سازي حجم اين مقدار به حدود يك سانتي متر مكعب كاهش مي يابد.

P3 نكته مهمي كه وجود دارد اين است كه پسماندهاي حاصل از برنامه هاي تسليحاتي در كشورهايي مانند آمريكا و روسيه بدون توجه به سرعت گسترش توان هسته‌اي تجاري، براي چند دهه بر اين صحنه حاكم خواهد بود. ميرات اينها در مناطق آلوده، از دهه 1940 به بعد، مخازن ذخيره سازي داراي نشتي و دور نمايي از هزينه‌هاي پاك سازي بسيار زيادي است كه براي كشورهاي توليد كننده آنها باقي مي‌ماند.

P4 پسماندهاي مايع توليد شده در كارخانه هاي بازفرآوري‌ در مخازن فولادي ضد زنگ چند لايه اي كه خنك شده و توسط بتون مسلح احاطه مي شوند، به صورت موقتي انبار مي شوند. اينها بايد پيش از طرح مسئله دفع دائلي شان به مواد جامد فشرده و خنثي از نظر شيميايي تبديل شوند.

P5 روش اصلي جامد كردن پسماندهاي مايع، شيشه اي كردن است. Synroc (الماس مصنوعي Synthetic rock) استراليايي يك روش كارآمد براي بي حركت كردن اين چنين پسماندهائي است، اما هنوز براي پسماندهاي غير نظامي، به شكل تجاري گسترش نيافته است.

P6 كارخانه هاي شيشه‌اي كردن تجاري براساس Calcining پسماندها (حرارت دادن براي تبديل كردن به يك پودر خشك) و در ادامه در آميختن با شيشه بوروسيليكات، استوار هستند. شيشه‌ي مذاب با اين پسماندهاي خشك مخلوط شده و در قوطي هاي فولادي بزرگي با ظرفيت kg400 ريخته مي شود. سپس يك در پوش بر آن جوش داده مي شود. پسماند سالانه يك راكتور 1000 Mwe در 5 تن از اين چنين شيشه‌اي،يا تقريباً در12 قوطي هر يك به ارتفاع 3/1 و قطر 4/0متر جاي مي‌گيرد. در بريتانيا اين قوطي ها به صورت عمودي در سيلوهايي به عمق 10 متر انبار مي‌شوند.

P7 فرآيندهايي اين چنين از دهه 1960 به بعد توسعه پيدا كرده و در كارخانه هاي آزمايشي امتحان شده اند. در Harwell انگلستان چندين تن از پسماندهاي سطح بالاي حاصل از سوخت بازفرآوري‌ شده طي سال 1966 شيشه اي شد، اما پس از آن تحقيقات رها شد تا هنگامي كه مقدار پسماندهاي سطح بالاي بوجود آمده اولويت بالاتري را باعث شدند. آزمايش هاي شستشوي با آب بسيار داغ نشان داد كه اين شيشه غيرقابل حل باقي مي ماند حتي اگر چند ترك فيزيكي در آن ايجاد شده باشد. نتايج مشابهي بر روي پسماندهاي فرانسوي شيشه اي شده بين سال هاي 1969 و 1972 بدست آمده است.

P8 شيشه اي كردن پسماندهاي پرتوزاي سطح بالا اولين بار در فرانسه و در سال 1978 در مقياس صنعتي انجام شد، و در حال حاضر در پنج كارخانه واقع در بلژيك، فرانسه، و بريتانيا با ظرفيت 2500 قوطي (1000 تن) در سال به صورت تجاري انجام مي‌گيرد.

P9 در 1996 دو كارخانه شيشه‌اي كردن در آمريكا باز بودند. يكي در
West Valley، Ny بود براي پرداخت كردن 2/2 ميليون ليتر پسماند سطح بالاي ناشي از سوخت‌هاي هسته اي غيرنظامي بازفرآوري‌ شده طي 25 سال قبلش و ديگري در Savannah River، SC، بود براي شيشه اي كردن مقادير بيشتري از پسماندهاي نظامي.

P10 پسماندهاي شيشه‌اي شده بيش از دفع نهايي براي مدت زماني انبار مي شوند تا حرارت و پرتوزايي آنها كم شود. در كل هرچه اين مواد بتوانند مدت درازتري پيش از دفع نگهداري شوند مشكلات كمتري پيش مي آيد و فضاي كمتري از يك نهضت گاه را احتياج دارند. برحسب روش هاي دفع عملي انتخاب شده، حدود 50 سال بين حضور اين مواد در راكتور و دفع آنها فاصله هست.

P11 مديريت اين چنين موادي مستلزم استفاده از پوشش حفاظتي و روش‌هايي براي اطمينان از ايمني افراد درگير مي باشد. به مانند همه موقعيت‌هايي كه در آنها پرتو گاما دخيل است، ساده ترين و كم هزينه ترين حفاظت فاصله است- ده برابر كردن فاصله پرتوگيري را به يك درصد مي رساند.

P12 هنگامي كه پسماندهاي سطح بالاي جدا شده (يا مجموعه هاي سوخت مصرف شده) از جايي به جاي ديگر منتقل مي شوند، محفظه هاي حمل و نقل مستحكمي بكار مي روند. اين محفظه ها طراحي شده اند تا در همه تصادفات ممكن مقاومت كنند بدون اينكه نشست كرده يا اثر حفاظتشان در برابر پرتو كاهش يابد. در جاهايي كه اينچنين محفظه هايي در طول سالها در معرض حوادث جدي قرار گرفته‌اند، اصلاً هيچ خطر پرتوگيري ايجاد نكرده اند. استانداردهاي بالايي كه براي استحكام اين محفظه ها طراحي شده است باعث مي شود كه آنها با انفجار به سختي بشكنند و بنابراين به عنوان هدفي براي اعمال خراب كارانه هم جذابيتي ندارند.