انرژی هسته ای

انرژی هسته ای یا انرژی اتمی انرژی آزاد شده از واکنش های هسته ای و واپاشی رادیواکتیو به شکل انرژی الکترومغناطیسی و جنبشی است. این انرژی توسط بسیاری از فناوری‌های هسته‌ای مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد و ارتباط خاصی در بخش انرژی دارد، در واقع ما معمولاً به انرژی هسته‌ای به عنوان انرژی آزاد شده در نیروگاه‌های هسته‌ای برای تولید برق اشاره می‌کنیم. در یک نیروگاه، انرژی هسته ای از شکافت آزاد می شودسوخت ( ایزوتوپ های اورانیوم و پلوتونیوم ) در راکتور و در اینجا به انرژی حرارتی تبدیل می شود که می تواند برای تولید برق مورد بهره برداری قرار گیرد . امکان بهره برداری از واکنش های همجوشی هسته ای برای مقاصد انرژی نیز در حال بررسی است.

از سال 2020، انرژی هسته ای حدود 10 درصد از تولید برق جهانی را تشکیل می دهد و پس از برق آبی، دومین منبع انرژی کم کربن است . در 32 ایالت که میزبان 442 راکتور شکافت هسته ای برای ظرفیت نصب شده هستند، گسترده است. 392.6 گیگاوات همچنین 53 راکتور در دست ساخت و 98 راکتور برنامه ریزی شده به ترتیب با ظرفیت وجود دارد60 گیگاوات و 103 گیگاوات و عمدتاً در آسیا. ایالات متحده آمریکا دارای بیشترین میزان راکتور هسته ای است که بیش از هر سال تولید می کند800 تراوات ساعت برق کم آلاینده با ضریب ظرفیت متوسط ​​92 درصد. متوسط ​​ضریب ظرفیت جهانی برای انرژی هسته ای 89٪ است.

انرژی هسته ای یکی از ایمن ترین منابع انرژی از نظر مرگ و میر در واحد انرژی تولید شده است. زغال سنگ ، نفت ، گاز طبیعی و نیروی برق آبی همگی باعث مرگ و میر بیشتر در واحد انرژی تولید شده نسبت به انرژی هسته ای به دلیل آلودگی هوا و حوادث شده اند. جدی ترین حادثه در یک نیروگاه هسته ای چرنوبیل در اوکراین (اتحاد جماهیر شوروی آن زمان) در سال 1986 بود، پس از آن فاجعه فوکوشیما ناشی از سونامی در سال 2011 و حادثه جزئی تر سه مایل جزیره در ایالات متحده در سال 1979 بود.

بحث در مورد انرژی هسته ای مدت هاست که وجود داشته است . طرفداران، مانند انجمن جهانی هسته ای ، استدلال می کنند که انرژی هسته ای یک منبع امن و پایدار است که انتشار دی اکسید کربن را کاهش می دهد. در مقابل، مخالفان ، مانند صلح سبز و NIRS ، استدلال می کنند که انرژی هسته ای تهدیدهای زیادی برای جمعیت و محیط زیست است و ساخت نیروگاه ها در مقایسه با منابع انرژی پایدار بسیار گران و کند است.

انرژی هسته ای توسط آژانس بین المللی انرژی اتمی (IAEA یا IAEA) تنظیم می شود که مسئول ترویج استفاده صلح آمیز از این نوع انرژی و جلوگیری از استفاده از آن برای مقاصد نظامی، انجام وظایف نظارتی و کنترلی بر روی ایمنی نیروگاه های موجود و آن ها است. در حال ساخت یا طراحی

فهرست مطالب

• 1تاریخ
  • 1.1ریشه ها
  • 1.2جنگ سرد
  • 1.3عصر معاصر
  • 1.4پروژه های آینده
• 2اصول فیزیکی
  • 2.1همجوشی هستهای
  • 2.2سوخت هسته ای
  • 2.3واپاشی رادیواکتیو
  • 2.4نابودی ذره-ضد ذره
• 3نیروگاه های هسته ای
• 4چرخه سوخت
  • 4.1منابع اورانیوم
  • 4.2زباله هسته ای
    • 4.2.1زباله های سطح بالا
    • 4.2.2زباله های سطح پایین
    • 4.2.3تولید زباله های رادیواکتیو از منابع انرژی
    • 4.2.4دفع زباله
• 5گسترش
• 6اقتصاد
• 7اثرات زیست محیطی
  • 7.1انتشارات
  • 7.2تابش – تشعشع
• 8ایمنی
• 9اشاعه هسته ای
• 10توجه داشته باشید
• 11کتابشناسی – فهرست کتب
  • 11.1کارهای دیگر
• 12آیتم های مرتبط
• 13پروژه های دیگر
• 14لینک های خارجی

تاریخچه

ریشه ها

تاریخچه انرژی هسته ای با اکتشافات تجزیه رادیواکتیو در سال 1896 توسط هانری بکرل و ماری کوری در حین کار با مواد فسفرسان آغاز می شود . [8] [9] این مواد که در تاریکی پس از قرار گرفتن در معرض نور می درخشند، بسیار متفاوت از مواد فلورسنت هستند که در تاریکی وقتی در معرض منابع نوری نامرئی از چشم ما قرار می گیرند، می درخشند. بکرل مشکوک بود که درخشش تولید شده توسط لوله های پرتوهای کاتدی هنگام خاموش شدن آنها می تواند با فسفرسانس ناشی از حضور اشعه ایکس مرتبط باشد.. سپس نمک های فسفری مختلف را گرفت و در کاغذ پیچید و پس از آن همه را در یک بشقاب عکاسی پیچید. تمام نمک ها به جز نمک های اورانیوم اثری روی صفحه عکاسی باقی نگذاشتند. اینها که در تاریکی نمی درخشیدند، با وجود پیچیده شدن در کاغذ باعث سیاه شدن صفحه شدند، گویی صفحه در معرض نور قرار گرفته است. به زودی مشخص شد که سیاه شدن صفحه هیچ ربطی به فسفرسانس ندارد، زیرا سیاه شدن توسط نمک های غیر فسفرسان اورانیوم نیز ایجاد می شود.

تحقیقات بیشتر توسط بکرل، ارنست رادرفورد ، پل ویلارد ، پیر کوری ، ماری کوری و دیگران نشان داد که این شکل از رادیواکتیویته به طور قابل توجهی پیچیده تر از پرتوهای ایکس تازه کشف شده است. رادرفورد اولین کسی بود که متوجه شد همه این عناصر بر اساس فرمول ریاضی نمایی یکسانی تجزیه می شوند و بسیاری از فرآیندهای فروپاشی منجر به تبدیل یک عنصر به عنصر دیگر می شود. متعاقبا، قانون جابجایی رادیواکتیو فاجانس و سودی برای توصیف محصولات واپاشی آلفا و بتا تدوین شد . [10]

کشف شکافت هسته ای در سال 1938 به دنبال مطالعات ارنست رادرفورد بر اساس نظریه نسبیت آلبرت انیشتین اتفاق افتاد . در واقع، این دومی بود که در سال 1905 شهود کرد که انرژی و جرم دو مظاهر ماده هستند و آنها را با فرمول معروف برابر دانست. و=مترج2. به زودی پس از کشف فرآیند شکافت، متوجه شد که یک هسته اتمی در حال شکافت می‌تواند باعث ایجاد شکافت بیشتر در هسته‌های بیشتر شود، بنابراین یک واکنش زنجیره‌ای خودپایدار ایجاد می‌کند. [11] در سال 1939 Lise Meitener اولین تعریف دقیق از شکافت هسته ای را ارائه کرد. هنگامی که این موضوع به طور تجربی در سال 1939 تأیید شد، دانشمندان بسیاری از کشورها از دولت‌های خود خواستند که از تحقیقات شکافت هسته‌ای، درست در آغاز جنگ جهانی دوم، برای توسعه یک سلاح هسته‌ای حمایت کنند. این تلاش‌های تحقیقاتی، که مجموعاً به عنوان پروژه منهتن شناخته می‌شوند ، منجر به ایجاد اولین رآکتور آزمایشی-نمایشگر کارآمد توسطانریکو فرمی : شیکاگو Pile-1 ، هر دو در رویدادهای جنگی بعدی جنگ جهانی دوم با پرتاب بمب‌های اتمی در هیروشیما و ناکازاکی . [12]

جنگ سرد

با وجود ماهیت نظامی فناوری‌های هسته‌ای اولیه ، دهه‌های 1940 و 1950 با خوش‌بینی شدید نسبت به پتانسیل انرژی هسته‌ای برای تأمین انرژی بی‌پایان و ارزان مشخص می‌شد. در واقع، الکتریسیته برای اولین بار توسط یک راکتور هسته ای در 20 دسامبر 1951 در ایستگاه آزمایشی EBR-I در آیداهو تولید شد که در ابتدا حدوداً تولید می شد.100 کیلو وات در سال 1953، دوایت دی. آیزنهاور، رئیس جمهور ایالات متحده، سخنرانی ” اتم ها برای صلح ” خود را در سازمان ملل ایراد کرد و بر لزوم توسعه سریع استفاده های “صلح آمیز” از انرژی هسته ای تاکید کرد. قانون انرژی اتمی در سال 1954 به دنبال آن امکان حذف سریع فناوری راکتورهای ایالات متحده و تشویق توسعه توسط بخش خصوصی را فراهم کرد.

در 27 ژوئن 1954، نیروگاه هسته ای اوبنینسک در اتحاد جماهیر شوروی اولین نیروگاه هسته ای جهان بود که برق را برای یک شبکه برق تولید کرد و تقریباً 5 مگاوات برق تولید کرد. اولین نیروگاه هسته ای تجاری جهان، Calder Hall در Windscale ، انگلستان ، در 27 آگوست 1956 به شبکه برق ملی متصل شد. مانند تعدادی دیگر از راکتورهای نسل اول، این نیروگاه دارای هدف دوگانه برای تولید بود. الکتریسیته و پلوتونیوم-239 ، دومی برای برنامه نوپای تسلیحات هسته ای بریتانیا. اولین حوادث بزرگ هسته ای فاجعه کیشتیم در نیروگاه اتمی مایاک در اتحاد جماهیر شوروی و آتش سوزی Windscale در بریتانیا بود، هر دو در سال 1957.

یک حادثه جدی دیگر در سال 1968 رخ داد، زمانی که یکی از دو راکتور خنک‌شده با فلز مایع در زیردریایی شوروی K-27 دچار نقص عنصر سوخت شد و محصولات شکافت گازی را در هوای اطراف منتشر کرد که منجر به کشته شدن 9 خدمه و 83 زخمی شد.

بحران نفتی سال 1973 تأثیر قابل توجهی بر کشورهایی مانند فرانسه و ژاپن داشت که بیشتر به نفت برای تولید برق متکی بودند. در نتیجه آنها شروع به سرمایه گذاری در انرژی هسته ای کردند. در سال 2019، 71 درصد از برق فرانسه توسط انرژی هسته‌ای تولید می‌شد که بالاترین درصد در بین کشورهای دیگر در جهان است.

در اواسط دهه 1970، فعالیت‌های ضد هسته‌ای جذابیت و نفوذ گسترده‌تری پیدا کرد و انرژی هسته‌ای شروع به تبدیل شدن به موضوعی شد که اعتراض عمومی را در پی داشت. افزایش خصومت عمومی نسبت به انرژی هسته‌ای منجر به فرآیند صدور مجوز طولانی‌تر، مقررات و افزایش الزامات تجهیزات ایمنی شد که ساخت و ساز جدید را بسیار گران‌تر کرد.

فاجعه چرنوبیل در اتحاد جماهیر شوروی در سال 1986، شامل یک راکتور RBMK ، توسعه انرژی هسته ای را تغییر داد و منجر به افزایش توجه به رعایت استانداردهای بین المللی ایمنی و نظارتی شد. این بدترین فاجعه هسته‌ای تاریخ هم از نظر مجموع تلفات، با 56 مرگ مستقیم، و هم از نظر مالی، با پاکسازی و هزینه برآورد شده 18 میلیارد روبل شوروی (68 میلیارد دلار در سال 2019، بدون تورم) محسوب می‌شود. سازمان بین المللی برای ارتقاء آگاهی ایمنی و توسعه حرفه ای اپراتورها در تاسیسات هسته ای، انجمن جهانی اپراتورهای هسته ای(WANO)، در نتیجه مستقیم حادثه چرنوبیل ایجاد شد. این فاجعه نقش عمده ای در کاهش تعداد ساخت و سازهای جدید کارخانه در سال های بعدی داشت. تحت تأثیر این رویدادها، ایتالیا در یک همه پرسی در سال 1987 علیه انرژی هسته ای رای داد و اولین کشوری بود که در سال 1990 انرژی هسته ای را به طور کامل حذف کرد.

عصر معاصر

در اوایل دهه 2000، به دلیل نگرانی در مورد انتشار دی اکسید کربن، انتظار می رفت سرمایه گذاری دولتی و خصوصی افزایش یابد. در طول این مدت، راکتورهای نسل بعدی، مانند EPR ، شروع به ساخت کردند، اگرچه با مشکلات و تأخیر مواجه شدند و به طور قابل توجهی بیش از بودجه بودند.

پس از فاجعه هسته‌ای فوکوشیما دایچی ، برنامه‌های رنسانس هسته‌ای در سال 2011 شکست خورد . این فاجعه ناشی از سونامی بزرگی بود که توسط زمین لرزه توهوکو ، یکی از بزرگترین زمین لرزه های ثبت شده، ایجاد شد. نیروگاه هسته ای فوکوشیما دایچی به دلیل از کار افتادن سیستم خنک کننده اضطراری خود به دلیل قطع برق دچار سه شکست هسته ای شده است. این منجر به بدترین حادثه هسته ای از زمان فاجعه چرنوبیل شد. این حادثه باعث ارزیابی مجدد ایمنی هسته ای و سیاست انرژی هسته ای در بسیاری از کشورها شد.  آلماناین کشور برنامه هایی را برای تعطیلی همه راکتورهای خود تا سال 2022 تصویب کرد و چندین کشور دیگر برنامه های انرژی هسته ای خود را تجدید نظر کردند.  پس از فاجعه، ژاپن همه راکتورهای هسته‌ای خود را تعطیل کرد، برخی از آنها به طور دائمی، و در سال 2015 یک فرآیند مرحله‌ای برای راه‌اندازی مجدد 40 راکتور باقی مانده آغاز شد.

در سال 2015، چشم انداز آژانس انرژی اتمی برای انرژی هسته ای امیدوارکننده تر شد و اهمیت تولید برق با کربن کم برای کاهش تغییرات آب و هوایی را تشخیص داد. از سال 2021، بیش از 50 رآکتور هسته‌ای در سرتاسر جهان برنامه‌ریزی شده بود، با این حال، چین راکتورهای بسیار کمتری نسبت به برنامه‌ریزی اولیه ساخته است.

پروژه های آینده

در 24 اکتبر 2007، یک پروژه بین المللی به نام ITER راه اندازی شد که هدف آن ساخت یک راکتور همجوشی هسته ای تا سال 2025 و تا سال 2035 برای پشتیبانی از اولین واکنش همجوشی هسته ای کنترل شده است . پروژه جانشین، DEMO ، اولین نیروگاه همجوشی هسته‌ای در جهان را ایجاد می‌کند که از آن امکان استخراج برق وجود خواهد داشت. نیروگاه همجوشی هسته ای از سال 2050 به بعد آماده خواهد شد.

نابودی ذرات-ضد ذره هنوز با بهره برداری از آن برای تولید برق فاصله دارد، حتی اگر در حال حاضر در پزشکی تشخیصی از طریق توموگرافی انتشار پوزیترون (PET) استفاده شود.

اصول فیزیکی

در فیزیک و شیمی هسته‌ای ، واکنش‌های هسته‌ای به تمام واکنش‌هایی گفته می‌شود که شامل دگرگونی‌هایی در هسته اتم‌ها می‌شود . آنها شامل شکافت هسته ای، همجوشی هسته ای، واپاشی رادیواکتیو و نابودی ذره-ضد ذره می شوند.

شکافت هسته ای

شکافت هسته ای یک واکنش تجزیه است که شامل شکستن هسته یک اتم است که از مقدار معینی از ذرات زیر اتمی تشکیل شده است تا قطعاتی متشکل از مقدار کمتری از ذرات به دست آید. این واکنش از یک نوترون برای برخورد به هسته اتم سنگینی مانند اورانیوم 235 استفاده می کند که به دو قطعه تقسیم می شود و دو یا سه نوترون دیگر آزاد می کند (به طور متوسط ​​2.5) که انرژی جنبشی بالایی دارند. این نوترون‌ها می‌توانند به دیگر هسته‌های اورانیوم 235 ضربه بزنند و در نتیجه یک واکنش زنجیره‌ای ایجاد کنند .

مجموع جرم دو قطعه حاصل و نوترون های ساطع شده اندکی کمتر از جرم هسته اصلی و نوترونی است که آن را شکافته است: جرم گم شده به انرژی تبدیل شده است. هنگامی که یک هسته اورانیوم 235 از هم جدا می شود، حدود 0.1٪ از جرم هسته به انرژی شکافت تبدیل می شود که حدودا200  مگا ولت برای همان مقدار انرژی تولید شده، 1 گرم اورانیوم مصرفی معادل 2800 کیلوگرم زغال سنگ است، بدون تولید گازهای گلخانه ای معمولی از احتراق زغال سنگ.

اتم هایی که می توانند واکنش شکافت هسته ای را حفظ کنند، سوخت هسته ای نامیده می شوند و به آنها شکافت پذیر می گویند . پرمصرف‌ترین سوخت‌های هسته‌ای اورانیوم 235 و پلوتونیوم 239 هستند که به طیفی از عناصر شیمیایی با جرم اتمی بین 95 تا 135 تجزیه می‌شوند و از آنها به عنوان محصولات شکافت یاد می‌شود . بیشتر سوخت‌های هسته‌ای می‌توانند به آرامی شکافت خود به خودی را تجربه کنند و در طول دوره‌های مختلف از هزاره‌ها تا قرن‌ها تجزیه می‌شوند . با این حال، در یک راکتور هسته ای یا سلاح هسته ای، اکثریت قریب به اتفاق رویدادهای شکافت توسط بمباران نوترونی ایجاد می شود که بسیار سریع اتفاق می افتد.

همجوشی هسته ای

همجوشی هسته ای واکنشی است که در آن دو یا چند هسته اتمی با هم ترکیب می شوند و هسته سنگین تری را تشکیل می دهند. برای اینکه این واکنش رخ دهد، اتم ها باید با سرعت بسیار بالایی برخورد کنند. این بدان معناست که انرژی جنبشی و در نتیجه دمای آنها باید بسیار بالا باشد. در کیهان ، این شرایط در ستارگان اتفاق می‌افتد : همجوشی هسته‌ای فرآیند فیزیکی است که باعث درخشش آن‌ها می‌شود و به آنها اجازه می‌دهد تا گرما ببخشند.

اگر بخواهید مخلوطی از دوتریوم – تریتیوم در هلیوم را به طور مصنوعی ذوب کنید، دمایی که باید به آن برسید حدود 100 میلیون درجه است. در این دماها، اتم‌ها تمایل به تفکیک دارند و مخلوطی از یون‌ها به نام پلاسما را تشکیل می‌دهند. در چنین دماهای بالا، مشکل اصلی محدود کردن پلاسما است و از آنجایی که هیچ کشتی در طبیعت وجود ندارد که بتواند آن شرایط را تحمل کند، باید از محصور شدن مغناطیسی استفاده شود. این مفهوم پشت ITER و توکامک آن است.

در هسته خورشید میانگین دمای 14 میلیون درجه است، اما واکنش های همجوشی هسته ای هنوز به دلیل فشار زیاد ناشی از گرانش انجام می شود . همچنین در خورشید اتم های دخیل در همجوشی عمدتاً هیدروژن، دوتریوم و تریتیوم هستند، حتی اگر در ستارگان دیگر بتوان همجوشی اتم های سنگین تر را مشاهده کرد. ستاره شناسان از این ویژگی برای تعیین سن ستارگان استفاده می کنند: یک ستاره جوان هیدروژن یا هلیوم را در هسته خود ذوب می کند، در حالی که یک ستاره قدیمی از کربن ، نیتروژن یا اکسیژن استفاده می کند. این فرضیه زیربنای توضیح تولید اتم هایی مانند آهن است که در ابتدا در جهان وجود نداشتند.

فرآیند همجوشی هسته‌ای که هسته‌های سبک‌تر از آهن -56 یا نیکل -62 تولید می‌کند، به طور کلی انرژی آزاد می‌کند، در حالی که همجوشی هسته‌های سنگین‌تر انرژی کمتری نسبت به همجوشی آزاد می‌کند و بنابراین واکنش حاصل گرماگیر است . این بدان معناست که عناصر سبکتر، مانند هیدروژن و هلیوم، معمولاً ذوب‌پذیرتر هستند . در حالی که عناصر سنگین تر، مانند اورانیوم ، توریم و پلوتونیوم ، شکافت پذیرتر هستند . رویداد اخترفیزیکی شدید یک ابرنواختر می تواند انرژی کافی برای ترکیب هسته ها به عناصر سنگین تر از آهن تولید کند.

درصد جرم تبدیل شده به انرژی، که به عنوان انرژی همجوشی تعریف می شود ، حدود 1٪ است.

واپاشی رادیواکتیو 

منظور ما از واپاشی رادیواکتیو مجموعه ای از فرآیندهای فیزیکی است که از طریق آن هسته های اتمی ناپایدار تمایل دارند انرژی اضافی خود را از طریق انتشار تشعشع از دست دهند. ماده ای که حاوی هسته های ناپایدار باشد رادیواکتیو در نظر گرفته می شود. رایج ترین انواع پوسیدگی ، واپاشی α ، فروپاشی β ، و فروپاشی γ نامیده می شوند . واپاشی رادیواکتیو یک فرآیند تصادفی در سطح اتم‌های منفرد است و طبق نظریه کوانتومی ، پیش‌بینی اینکه یک اتم خاص چه زمانی واپاشی می‌کند، مهم نیست که اتم چقدر طولانی است، غیرممکن است. [38] [39] [40]با این حال، برای تعداد قابل توجهی از اتم‌های یکسان، سرعت واپاشی کلی را می‌توان به صورت ثابت فروپاشی یا نیمه عمر بیان کرد . نیمه عمر اتم های رادیواکتیو دارای طیف وسیعی از مقیاس های زمانی است. از تقریباً آنی تا بسیار طولانی تر از سن کیهان .

• در واپاشی α، اتم های ناپایدار ذرات α را منتشر می کنند تا انرژی درونی خود را کاهش دهند . این ذرات از 2 پروتون و 2 نوترون تشکیل شده اند و در واقع هسته اتم های هلیوم هستند. معمولاً برای استفاده از این روش از تجزیه اتم های سنگین مانند اورانیوم 238 استفاده می شود که به توریم 234 تجزیه می شود. این نوع فروپاشی به این دلیل رخ می دهد که انرژی اتصال نوکلئون ها با افزایش اندازه هسته کاهش می یابد. با این حال، به طور استثنایی، بریلیم-8 به دو ذره آلفا تجزیه می شود. واپاشی آلفا تا حد زیادی رایج ترین شکل فروپاشی خوشه ای است که در آن اتم مادر استنوکلئون ها را خارج می کند و محصول کاملاً مشخص دیگری را پشت سر می گذارد. به طور کلی، لایه ای از سلول های مرده که اپیدرم یا حتی یک ورق کاغذ را تشکیل می دهند برای محافظت از خود در برابر این نوع تشعشع کافی است.
• در واپاشی β، اتم‌های ناپایدار ذرات β را ساطع می‌کنند که منجر به ایزوبار پایدارتر می‌شود ، اتمی با تعداد نوکلئون یکسان، اما پایدارتر. عملا واپاشی β شامل تبدیل یک نوترون به پروتون (واپاشی β – ) یا برعکس (واپاشی β + ) است. این تبدیل با انتشار ذرات باردار β مانند الکترون یا پوزیترون و نوترینو یا پادنوترینو همراه است . نه ذره β و نه ضد ذره مرتبط با آن در هسته وجود ندارند، بلکه در اثر فروپاشی ایجاد می شوند. واپاشی β نتیجه نیروی هسته ای ضعیف است، که با زمان پوسیدگی نسبتا طولانی مشخص می شود. نمونه ای از اتمی که از طریق این نوع فروپاشی تثبیت می شود، کربن 14 است که به نیتروژن -14 پایدارتر تبدیل می شود. ثابت فروپاشی این واکنش 5730 سال است. برای محافظت از خود در برابر این نوع تشعشعات، به یک لایه فلزی نازک نیاز دارید.
• در واپاشی γ، اتم‌های ناپایدار می‌توانند ذرات α یا ذرات β ساطع کنند و هسته‌های اتمی ناپایدار را تولید کنند که برای تثبیت به نوع دوم فروپاشی نیاز دارند. این واپاشی دوم از طریق گسیل یک فوتون پرانرژی که در میدان پرتوهای γ سقوط می کند رخ می دهد . نمونه ای از اتمی که این واپاشی را دنبال می کند کبالت-60 است که از طریق واپاشی β به نیکل-60* تبدیل می شود که از طریق گسیل پرتوهای γ به نیکل-60 تبدیل می شود. نوشته نیکل-60* نشان می دهد که اتم به صورت الکترونیکی برانگیخته شده است . برای محافظت از خود در برابر این نوع تشعشعات به دیوارهای ضخیم بتن مسلح یا سرب نیاز دارید: اتم های سنگین مانند سرب این فرکانس های امواج الکترومغناطیسی را به خوبی جذب می کنند. مواد، به ویژه مواد آلی، کاملاً در برابر این نوع تشعشعات نفوذپذیر هستند و به همین دلیل خطری عظیم برای سلامت موجودات زنده دارند.

انواع دیگر فروپاشی شکافت خود به خود ، انتشار نوترون ، انتشار پروتون ، جذب الکترون یا فروپاشی خوشه‌ای هستند که مکانیسم‌های واپاشی اضافی دارند. به طور کلی عناصر شیمیایی پایدار و ناپایدار در کیهان وجود دارند که به آنها رادیونوکلئید می گویند . رادیونوکلئیدها برای تثبیت، بسته به جرم یا حجمشان مسیرهای مختلفی را دنبال می کنند. برای فهرستی از رادیونوکلئیدها به فهرست نوکلیدها یا جدول نوکلیدها مراجعه کنید .

نابودی ذره-ضد ذره

در فیزیک، نابودی پدیده ای است که زمانی رخ می دهد که یک ذره با پاد ذره خود برخورد کند . در این حالت هر دو جرم با توجه به فرمول معروف آلبرت انیشتین ، E=mc 2 ، لغو شده و به انرژی تبدیل می‌شوند . اساساً 1 گرم ماده ای که توسط 1 گرم پادماده از بین می رود تولید می کند1.8 × 10 14  J انرژی، قابل مقایسه با 10 برابر انرژی آزاد شده توسط بمب اتمی Little Boy . برای همان مقدار ماده استفاده شده (1 گرم)، احتراق روغن تولید می کند4.2 × 10 4  J و از همجوشی هیدروژن برای تشکیل هلیوم می شود1.3 × 1012  J , اساساً نابودی 40 میلیارد بار پرانرژی تر از سوختن نفت و حدود 100 برابر پرانرژی تر از همجوشی هسته ای است .

اگرچه این فرآیندی است که شامل ذرات غیرهسته‌ای مانند الکترون و پوزیترون نیز می‌شود، اما می‌تواند شامل پروتون‌ها، نوترون‌ها و پادذرات نسبی آنها ( ضد پروتون و ضد نوترون ) نیز باشد و بنابراین یکی از واکنش‌های هسته‌ای است.

نیروگاه های هسته ای

نیروگاه های هسته ای نیروگاه های حرارتی هستند که با بهره برداری از انرژی حرارتی حاصل از شکافت هسته ای، برق تولید می کنند . یک نیروگاه شکافت هسته ای به طور کلی از یک راکتور هسته ای (که در آن واکنش های هسته ای که تولید گرما به صورت کنترل شده انجام می دهد [41] )، یک سیستم خنک کننده (که گرما را از داخل راکتور خارج می کند)، یک توربین بخار که گرما را تبدیل می کند، تشکیل شده است. به انرژی مکانیکی و یک ژنراتور الکتریکی که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. [42]

هنگامی که یک نوترون به هسته اتم اورانیوم 235 یا پلوتونیوم برخورد می کند ، باعث می شود که هسته به دو هسته کوچکتر تقسیم شود. چنین شکافتی انرژی را به شکل گرما و نوترون‌های بیشتری آزاد می‌کند که به نوبه خود می‌تواند به هسته‌های دیگر اورانیوم یا پلوتونیوم برخورد کند و باعث واکنش‌های شکافت جدید شود و در نتیجه منجر به به اصطلاح واکنش زنجیره‌ای شود . در اکثر راکتورهای تجاری، سرعت واکنش توسط میله های تعدیل کنترل می شودکه نوترون های اضافی را جذب می کنند. قابلیت کنترل راکتورهای هسته‌ای به این واقعیت بستگی دارد که بخش کوچکی از نوترون‌های حاصل از شکافت «تأخیر» هستند. تأخیر بین شکافت و آزاد شدن نوترون ها، تغییرات در سرعت واکنش را کند می کند و به حرکت میله های کنترل برای تنظیم سرعت واکنش زمان می دهد.

پرمصرف ترین سوخت هسته ای اورانیوم غنی شده است (یعنی با درصد اورانیوم 235 بالاتر از اورانیوم طبیعی)، اما پلوتونیوم 239 نیز می تواند در سوخت MOX استفاده شود .

چرخه سوخت

منابع اورانیوم

اورانیوم یک عنصر نسبتاً رایج در پوسته زمین است که تقریباً به اندازه قلع یا ژرمانیوم و تقریباً 40 برابر بیشتر از نقره رایج است . [44] اورانیوم به عنوان یک عنصر کمیاب در بسیاری از سنگ‌ها، خشکی و آب اقیانوس‌ها وجود دارد ، اما عموماً تنها در جایی که غلظت‌های بالایی داشته باشد، از نظر اقتصادی استخراج می‌شود. استخراج اورانیوم می تواند به صورت زیرزمینی، روباز و یا با لیچینگ باشددر موقعیت. تعداد فزاینده‌ای از معادن با بازده بالاتر، عملیات زیرزمینی از راه دور هستند، مانند معدن رودخانه مک آرتور در کانادا، که به تنهایی 13 درصد از تولید جهانی را تشکیل می‌دهد. از سال 2011، منابع شناخته شده اورانیوم جهانی، قابل استخراج با سقف دلخواه 130 دلار در هر کیلوگرم، برای دوام 70 تا 100 سال کافی بود. [45] [46] [47] در سال 2007، OECD، با فرض مصرف در آن دوره، در مجموع 670 سال استخراج مقرون به صرفه برای تمام منابع متعارف و سنگ معدن فسفات برآورد کرد. [48]

راکتورهای آب سبک سوخت را نسبتاً ناکارآمد می سوزانند و فقط از اورانیوم 235 استفاده می کنند که یک ایزوتوپ بسیار نادر است. [49] پردازش مجدد می تواند زباله ها را قابل استفاده مجدد کند و راکتورهای مدرن می توانند نسبت به راکتورهای قدیمی تر از نظر منابع کارآمدتر باشند . [49] با چرخه سوخت راکتور سریع خالص با مصرف تمام اورانیوم و اکتینیدها ( که در حال حاضر خطرناک ترین مواد در ضایعات هسته ای هستند)، مقدار تخمینی اورانیوم در منابع مجاز و سنگ معدن فسفات برای حدود 160000 سال با قیمت 60 تا 100 دلار بر کیلوگرم [50]با این حال، بازفرآوری گران و احتمالاً خطرناک است و می تواند برای تولید سلاح های هسته ای استفاده شود. [51] [52] [53] [54] یک تحلیل نشان داد که قیمت اورانیوم ممکن است بین سال‌های 2035 تا 2100 دو مرتبه افزایش یابد و ممکن است تا پایان قرن کمبود اورانیوم وجود داشته باشد. [55] یک مطالعه در سال 2017 توسط محققان MIT و WHOI نشان داد که “با نرخ فعلی مصرف، ذخایر معمولی جهانی اورانیوم زمین (تقریباً 7.6 میلیون تن) می‌تواند در مدت کمی بیش از یک سال کاهش یابد. [56]عرضه محدود اورانیوم 235 می تواند از توسعه قابل توجهی با فناوری های فعلی جلوگیری کند. اگرچه راه‌های مختلفی برای کاهش وابستگی به این منابع در حال بررسی است، [57] [58] [59] فناوری‌های هسته‌ای جدید برای کاهش تغییرات آب و هوایی یا رقابت با انرژی‌های تجدیدپذیر غیرقابل دسترس تلقی می‌شوند، همچنین گران‌تر هستند و نیاز به تحقیق و توسعه دارند. . یک مطالعه نشان داد که مشخص نیست که آیا منابع شناسایی شده به موقع برای تامین سوخت مستمر تاسیسات هسته ای توسعه یافته توسعه می یابند [60] و اشکال مختلف استخراج می تواند با موانع اکولوژیکی و اقتصادی در تضاد باشد. [61] [62]محققان همچنین وابستگی قابل توجهی به انرژی هسته ای وارداتی را گزارش می دهند. [63]

با این حال، منابع اورانیوم غیرمتعارف نیز وجود دارد. اورانیوم به طور طبیعی در آب دریا با غلظت تقریباً 3 میکروگرم در لیتر وجود دارد، [64] [65] [66] با در نظر گرفتن 4.4 میلیارد تن اورانیوم که در هر لحظه در آب دریا وجود دارد. [67] در سال 2014 پیشنهاد شد که اگر این فرآیند در مقیاس وسیع اجرا شود، تولید سوخت از آب دریا مقرون به صرفه خواهد بود. [68] مانند سوخت‌های فسیلی، در بازه‌های زمانی زمین‌شناسی، اورانیوم استخراج‌شده از آب دریا در مقیاس بزرگ هم با فرسایش رودخانه و هم با فرآیند طبیعی حل شدن اورانیوم از سطح کف اقیانوس دوباره پر می‌شود. هر دو مکانیسم حفظ می کنندتعادل حلالیت غلظت آب دریا در سطح پایدار [67] برخی از مفسران استدلال می‌کنند که این نکته به نفع در نظر گرفتن انرژی هسته‌ای در میان منابع انرژی تجدیدپذیر است . [69]

زباله های هسته ای

ضایعات رادیواکتیو ( یا زباله های هسته ای) در طول فعالیت عادی نیروگاه های هسته ای و در حین از کار انداختن آنها تولید می شود. دو دسته کلی زباله وجود دارد که به سطح پایین و سطح بالا تقسیم می شوند. [71] مورد اول دارای رادیواکتیویته پایین است و شامل موارد آلوده است که تهدید کمی دارند. زباله های سطح بالا عمدتاً سوخت مصرف شده از راکتورهای هسته ای هستند که بسیار رادیواکتیو هستند و قبل از ذخیره سازی ایمن یا پردازش مجدد باید خنک شوند . [71]

زباله های سطح بالا

بزرگترین دسته زباله های رادیواکتیو سوخت هسته ای مصرف شده است که زباله های سطح بالا محسوب می شود. برای راکتورهای آب سبک یا LWRها، سوخت مصرف شده معمولاً 95٪ اورانیوم، 4٪ محصولات شکافت ، و حدود 1٪ اکتینوئیدهای فرااورانی (عمدتا پلوتونیوم ، نپتونیوم و آمریکیوم ) است. [72] پلوتونیوم و سایر فرااورانیک ها مسئول بیشتر رادیواکتیویته بلند مدت هستند، در حالی که محصولات شکافت مسئول بیشتر رادیواکتیویته کوتاه مدت هستند. [73]

زباله های سطح بالا نیاز به تصفیه، مدیریت و جداسازی از محیط خارجی دارند. این عملیات به دلیل این واقعیت که این مواد به طور بالقوه برای دوره های بسیار طولانی خطرناک باقی می مانند، چالش هایی را ایجاد می کنند. این به دلیل محصولات شکافت طولانی مدت مانند تکنسیوم-99 است (میانگین طول عمر220000  سال ) و ید-129 (عمر 15.7 میلیون سال)، که بر اکثریت قریب به اتفاق اصطلاحات از نظر رادیواکتیویته غالب است، پس از اینکه محصولات شکافت رادیواکتیوتر و کوتاه مدت به عناصر پایدار تجزیه می شوند، که حدود 300 طول می کشد. سال ها. با توجه به کاهش تصاعدی رادیواکتیویته در طول زمان، فعالیت سوخت هسته ای مصرف شده پس از 100 سال 99.5٪ کاهش می یابد. پس از حدودپس از 100000  سال ، سوخت مصرف شده کمتر از سنگ معدن اورانیوم طبیعی رادیواکتیو می شود. رایج‌ترین روش‌ها برای جداسازی زباله‌های با عمر طولانی از بیوسفر شامل جداسازی و تغییر شکل ، تیمارهای هم‌زمان یا ذخیره‌سازی در مخازن عمیق زمین‌شناسی است.

راکتورهای نوترونی حرارتی ، که در حال حاضر اکثر راکتورهای فعال را تشکیل می دهند، نمی توانند پلوتونیوم تولید شده توسط راکتورها را مصرف کنند. این امر عمر سوخت هسته ای را به چند سال محدود می کند. در برخی از کشورها، مانند ایالات متحده، سوخت مصرف شده به طور کامل به عنوان زباله های هسته ای طبقه بندی می شود. [82] در کشورهای دیگر، مانند فرانسه، بیشتر آن برای تولید سوخت بازیافتی، به نام سوخت اکسید مخلوط یا MOX، دوباره پردازش می‌شود. برای سوخت مصرف‌شده که تحت پردازش مجدد قرار نمی‌گیرد، مرتبط‌ترین ایزوتوپ‌ها عناصر ترانس اورانیک هستند که نیمه‌عمر متوسطی دارند که اکثریت آن پلوتونیوم است.24000 سال )  . برخی از طرح های پیشنهادی راکتور، مانند راکتور سریع یکپارچه یا راکتور نمک مذاب ، می توانند از پلوتونیوم و سایر اکتینیدهای تولید شده توسط راکتورهای آب سبک به عنوان سوخت استفاده کنند . این امکان جایگزینی امیدوارکننده برای مخازن زمین شناسی عمیق ارائه می دهد.

چرخه توریم محصولات شکافت مشابهی را تولید می کند، اگرچه نسبت بسیار کمتری از عناصر فرااورانیکی را از رویدادهای جذب نوترون در یک راکتور ایجاد می کند. توریم مصرف‌شده، اگرچه مدیریت آن دشوارتر از اورانیوم مصرف‌شده است، اما ممکن است خطرات تکثیر کمتری داشته باشد.

زباله های سطح پایین

صنعت هسته ای همچنین حجم زیادی از زباله های سطح پایین و کم رادیواکتیو را به شکل اقلام آلوده مانند لباس، ابزار دستی، رزین های تصفیه آب و (در زمان از کار انداختن) موادی که نیروگاه هسته ای از آنها تولید می کند، تولید می کند. خود راکتور ساخته شده است. زباله های سطح پایین را می توان در محل ذخیره کرد تا زمانی که سطح تشعشعات به اندازه کافی کم شود که به عنوان زباله های معمولی دفع شوند، یا می توان آنها را به محل دفع زباله های سطح پایین فرستاد.

تولید زباله های رادیواکتیو از منابع انرژی

در کشورهایی که از انرژی هسته‌ای استفاده می‌شود، زباله‌های رادیواکتیو کمتر از 1 درصد کل زباله‌های سمی با منشاء صنعتی را تشکیل می‌دهند که بیشتر آنها برای مدت طولانی خطرناک باقی می‌مانند. به طور کلی، انرژی هسته ای زباله کمتری در حجم نسبت به نیروگاه های مبتنی بر سوخت های فسیلی تولید می کند. نیروگاه های زغال سنگ ، به ویژه، مقادیر زیادی خاکستر سمی و خفیف رادیواکتیو را در نتیجه غلظت مواد رادیواکتیو طبیعی در زغال سنگ تولید می کنند. [89] گزارش 2008 از آزمایشگاه ملی اوک ریجبه این نتیجه رسیدند که انرژی حاصل از زغال سنگ در واقع مواد رادیواکتیو بیشتری را نسبت به نیروگاه های هسته ای در محیط آزاد می کند و دوز تشعشع موثر نیروگاه های زغال سنگ 100 برابر بیشتر از عملکرد نیروگاه های هسته ای است. اگرچه وزن خاکستر وزن زغال سنگ بسیار کمتر از سوخت هسته ای مصرف شده رادیواکتیو است، زغال سنگ خاکستر بسیار بیشتری را در واحد انرژی تولید شده تولید می کند. همچنین مستقیماً به عنوان خاکستر بادی در محیط منتشر می شود ، در حالی که نیروگاه های هسته ای دارای محافظ های مختلفی هستند که از محیط زیست در برابر انتشار مواد رادیواکتیو محافظت می کند.

حجم زباله های هسته ای در مقایسه با انرژی تولید شده اندک است. به عنوان مثال، نیروگاه هسته ای یانکی روو که در طول عمر خود 44 میلیارد کیلووات ساعت برق تولید کرد، مقداری سوخت مصرف شده تولید کرد که در شانزده کشتی ذخیره شده بود. برخی برآوردها گزارش می دهند که برای تولید انرژی مورد نیاز برای کل زندگی یک فرد با استاندارد زندگی غربی (تقریباً3  گیگاوات ساعت )، حجم اورانیوم با غنای پایین برابر با یک قوطی مورد نیاز است که منجر به حجم مشابهی از سوخت مصرف شده می شود.

دفع زباله

میله های سوخت مصرف شده از یک نیروگاه هسته ای معمولی پس از ذخیره سازی موقت در یک استخر اختصاصی از کار انداختن ، اغلب در محل در انبار خشک ذخیره می شوند. در حال حاضر، زباله‌ها عمدتاً در سایت‌های راکتور ذخیره می‌شوند و بیش از 430 مکان در سراسر جهان وجود دارد که مواد رادیواکتیو می‌توانند و همچنان انباشته می‌شوند.

دفع زباله اغلب به عنوان مهمترین جنبه سیاسی در کل چرخه حیات یک نیروگاه هسته ای در نظر گرفته می شود. نمونه ای از ذخایر طبیعی، راکتور طبیعی Oklo در گابن است که 2 میلیارد سال است که زمین لغزش را تجربه نکرده است. کارشناسان استدلال می‌کنند که مخازن زیرزمینی متمرکز که به خوبی مدیریت، محافظت و نظارت می‌شوند، پیشرفت بزرگی خواهند بود. یک “اجماع بین المللی در مورد مطلوبیت ذخیره سازی زباله های هسته ای در مخازن عمیق زمین شناسی ” وجود دارد. با ظهور فن آوری های جدید، روش های دیگری مانند دفع حفاری افقی در مناطق غیرفعال زمین شناسی پیشنهاد شده است.

هیچ مخزن زیرزمینی در مقیاس تجاری برای زباله های سطح بالا عملیاتی نیست. با این حال، مخزن زمین شناسی Onkalo در نزدیکی نیروگاه هسته ای Olkiluoto در فنلاند در حال ساخت است .

روش دیگر، ثابت شده است که فناوری‌های نانو برای مهار، تصفیه و حذف بعدی زباله‌های رادیواکتیو بسیار مؤثر هستند. به طور خاص، نانوجاذب‌ها از انواع مختلف برای گزینش پذیری بیشتر نسبت به رادیونوکلئیدهای خاص استفاده می‌شوند ، عامل‌دار و بهبود می‌یابند .

انتشار

انرژی هسته ای در سال 2020 ارائه شده است2553 تراوات ساعت برق، معادل  حدود 10 درصد تولید جهانی. انرژی هسته ای در 32 ایالت گسترده است که مجموعا میزبان 442 راکتور هسته ای برای ظرفیت نصب شده تقریباً هستند.393 گیگاوات  . _ [5] ایالات متحده آمریکا با 93 راکتور عملیاتی ، بزرگترین تولید کننده انرژی هسته ای در جهان است، [106] پس از فرانسه ، که با 56 راکتور فعال بیش از 70 درصد نیازهای ملی را با انرژی هسته ای برق پوشش می دهد. [107]

نیروگاه هسته ای نصب شده در سطح جهانی به طور پیوسته در حال رشد است، با 52 راکتور هسته ای در دست ساخت تا سال 2020، و 28 کشور ابراز علاقه کرده اند یا برنامه توسعه ملی انرژی هسته ای آژانس بین المللی انرژی اتمی را آغاز کرده اند . [108] بیشتر راکتورهای جدید در آسیا، به ویژه در چین در دست ساخت هستند. [109] در سال 2022، انرژی هسته‌ای در میان منابع انرژی که توسط طبقه‌بندی اتحادیه اروپا برای تامین مالی پایدار ترویج می‌شد، گنجانده شد. [110]

اقتصاد [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

هزینه انرژی هسته ای در مقایسه با سایر منابع انرژی را می توان از طریق هزینه تراز شده انرژی ، از هزینه سطح انرژی انگلیسی (LCOE)، که میانگین هزینه تولید یک کیلووات ساعت الکتریکی (کیلووات ساعت) توسط یک نوع خاص است، بیان کرد. کارخانه در طول کار در مورد نیروگاه های هسته ای حدود 70 درصد LCOE ناشی از هزینه های سرمایه ای ساخت نیروگاه با احتساب هزینه های مالی است، در عوض حدود 20 درصد به دلیل هزینه های سوخت هسته ای است ، در حالی که 10 درصد مابقی هزینه ها را پوشش می دهد. هزینه های عملیات، دفع زباله های رادیواکتیو وبرچیدن .

بنابراین، LCOE انرژی هسته‌ای به شدت به نرخ بهره برای ساخت نیروگاه‌ها وابسته است، اما نسبت به قیمت اورانیوم نسبتاً غیر حساس است ، شرایطی برخلاف مورد نیروگاه‌های ترموالکتریک سنتی که LCOE آنها اساساً به قیمت سوخت‌های فسیلی مورد استفاده بستگی دارد. با وجود در چرخه سوخت هسته ایهزینه ساخت آن بسیار زیاد است، هزینه سوخت هسته ای هنوز کمتر از هزینه سوخت های فسیلی به ازای هر کیلووات ساعت برق تولید شده است و این به دلیل محتوای انرژی بسیار زیاد سوخت هسته ای در مقایسه با سوخت فسیلی است. هزینه های عملیاتی نگه داشتن نیروگاه های هسته ای به دلیل پیچیدگی فنی و مسائل نظارتی که در طول عملیات نیروگاه ایجاد می شود، بیشتر از هزینه های کارخانه های سوخت فسیلی است. هزینه های برچیدن نیروگاه ها و دفع زباله در تعرفه های اعمال شده توسط شرکت های برق لحاظ می شود. با شروع قرن بیست و یکم ، هزینه انرژی هسته ای،کارخانه‌های زغال‌سنگ ، شروع به رشد کرده‌اند و این اساساً به دلیل معرفی سیستم‌های ایمنی بیشتر در نیروگاه‌ها است. با معرفی مالیات کربن ، انرژی هسته ای با داشتن ردپای کربن کم ، مزیت رقابتی را نسبت به سوخت های فسیلی به دست آورده است.

تاثیرات زیست محیطی

از آنجایی که انرژی هسته ای یک منبع انرژی کم کربن است و به سطح نسبتاً کوچکی نیاز دارد (برخلاف نیروگاه های فتوولتائیک)، می تواند تأثیرات زیست محیطی مثبتی داشته باشد. همچنین نیاز به منبع مهم و ثابت آب دارد و از طریق حفاری محیط را اصلاح می کند. اثرات منفی بالقوه خطر گسترش سلاح‌های هسته‌ای، خطرات مربوط به مدیریت زباله‌های رادیواکتیو، مانند آلودگی آب‌های زیرزمینی، خطرات حادثه و خطرات مربوط به حملات احتمالی به تأسیسات ذخیره‌سازی و بازفرآوری زباله یا نیروگاه های هسته ای با این حال، این خطرات در تاریخ به ندرت با چند بلایایی که اثرات زیست محیطی قابل توجهی داشته باشد تحقق یافته است.

انتشارات [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

انرژی هسته ای یکی از روش های پیشرو کم کربن برای تولید برق است. از نظر کل چرخه زندگی انتشار گازهای گلخانه ای به ازای هر واحد انرژی تولید شده، دارای مقادیری است که اگر کمتر از منابع انرژی تجدیدپذیر نباشد، قابل مقایسه است . [124] [125] بررسی سال 2014 از ادبیات ردپای کربن توسط هیئت بین دولتی تغییرات آب و هوایی (IPCC) گزارش داد که شدت انتشار در چرخه حیات “مجازی” انرژی هسته ای دارای مقدار متوسطی از12 گرم CO 2 eq/kWh که کمترین مقدار در بین تمام منابع انرژی تجاری در بار پایه است . [123] [126] این مقدار با زغال سنگ و گاز طبیعی در 820 و مقایسه شده است490 گرم CO 2 eq/kWh . [123] [126] از آغاز تجاری‌سازی آن در دهه 1970، انرژی هسته‌ای از انتشار تقریباً 64 میلیارد تن معادل CO2 که در نتیجه استفاده از سوخت‌های فسیلی در نیروگاه‌های حرارتی حاصل می‌شد، جلوگیری کرده است . [127]

تشعشع [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

در سطح جهانی، میانگین دوز از پس زمینه رادیواکتیویته طبیعی برابر است با2.4 میلی سیورت در سال (mSv/a). متفاوت از1 mSv/a e13 mSv/a بسته به زمین شناسی محل. به گفته کمیته UNSCEAR سازمان ملل متحد ، عملیات معمول نیروگاه های هسته ای، از جمله چرخه سوخت، این مقدار را افزایش می دهد.0.0002 mSv/a . میانگین دوز ناشی از گیاهان در حال بهره برداری توسط جمعیت های همسایه سازه کمتر از0.0001 mSv/ a [128] برای مقایسه، میانگین دوز دریافتی توسط کسانی که در آن زندگی می کنند50 مایل از یک نیروگاه زغال سنگ سه برابر بزرگتر است، الف0.0003 mSv/a . [129]

حادثه چرنوبیل منجر به میانگین دوز اولیه از 50 تا شد100 mSv در طول چند ساعت تا چند هفته، در حالی که میانگین جهانی قرار گرفتن در معرض تصادفات است0.002 mSv/a و به طور پیوسته از پیک اولیه کاهش می یابد0.04 mSv به ازای هر نفر به طور متوسط ​​در کل جمعیت نیمکره شمالی در سال 1986، سال حادثه، بود. [128]

امنیت [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

نیروگاه های هسته ای دارای سه ویژگی منحصر به فرد هستند که بر ایمنی آنها در مقایسه با سایر نیروگاه ها تأثیر می گذارد. اول اینکه مواد بسیار پرتوزا در یک راکتور هسته ای وجود دارند که انتشار آن در محیط می تواند خطرناک باشد. دوم، محصولات شکافت ، که بیشتر مواد بسیار پرتوزا در راکتور را تشکیل می‌دهند، حتی پس از توقف واکنش زنجیره‌ای شکافت، به تولید مقدار قابل توجهی گرمای واپاشی ادامه می‌دهند. اگر حرارت را نتوان از راکتور خارج کرد، میله های سوخت می توانند بیش از حد گرم شوند و مواد رادیواکتیو آزاد کنند. ثالثاً، یک حادثه بحرانی (افزایش سریع قدرت راکتور) در برخی از طراحی‌های راکتور ممکن است اگرواکنش زنجیره ای را نمی توان کنترل کرد. این سه ویژگی باید در طراحی راکتورهای هسته ای در نظر گرفته شود. [131]

همه راکتورهای مدرن به گونه ای طراحی شده اند که از افزایش کنترل نشده قدرت راکتور توسط مکانیسم های بازخورد طبیعی جلوگیری شود، مفهومی که به عنوان ضریب خالی منفی شناخته می شود. اگر دما یا مقدار بخار در راکتور افزایش یابد، سرعت شکافت کاهش می یابد. واکنش زنجیره ای را نیز می توان به صورت دستی با قرار دادن میله های کنترل در هسته راکتور متوقف کرد. سیستم‌های خنک‌کننده هسته اضطراری (ECCS ) می‌توانند در صورت خرابی سیستم‌های خنک‌کننده معمولی، گرمای واپاشی را از راکتور حذف کنند. [132]اگر ECCS نیز از کار بیفتد، انتشار مواد رادیواکتیو در محیط توسط موانع فیزیکی متعدد حتی در صورت وقوع حادثه محدود می شود. آخرین مانع فیزیکی ساختمان محفظه بزرگ است . [131]

با نرخ مرگ و میر 0.07 در هر تراوات ساعت، انرژی هسته ای امن ترین منبع انرژی به ازای هر واحد انرژی تولید شده از نظر مرگ و میر، هنگام در نظر گرفتن داده های تاریخی است. [133] انرژی تولید شده از زغال سنگ، نفت، گاز طبیعی و برق آبی باعث مرگ و میر بیشتر در واحد انرژی تولید شده به دلیل آلودگی هوا و حوادث انرژی شده است. این امر زمانی پیدا می‌شود که مرگ‌های فوری ناشی از سایر منابع انرژی با مرگ‌های سرطانی فوری و نهفته یا غیرمستقیم مورد انتظار ناشی از حوادث هسته‌ای مقایسه شود. [134] [135]هنگام مقایسه مرگ و میر مستقیم و غیرمستقیم (شامل مرگ و میر ناشی از معادن و آلودگی هوا) ناشی از سوخت‌های هسته‌ای و فسیلی، محاسبه شد که استفاده از انرژی هسته‌ای از حدود 1.8 میلیون مرگ بین سال‌های 1971 تا 2009 جلوگیری کرد، در حالی که نسبت انرژی را که در غیر این صورت ممکن بود کاهش داد. از سوخت های فسیلی تولید شده اند. [127] [136] پس از فاجعه هسته‌ای فوکوشیما در سال 2011 ، تخمین زده شد که اگر ژاپن هرگز انرژی هسته‌ای را قبول نمی‌کرد، حوادث و آلودگی ناشی از نیروگاه‌های زغال‌سنگ یا گاز باعث از دست رفتن سال‌های بیشتری از زندگی می‌شد. [137]

اثرات شدید حوادث هسته ای اغلب به طور مستقیم به قرار گرفتن در معرض تشعشعات نسبت داده نمی شود، بلکه بیشتر به اثرات اجتماعی و روانی مربوط می شود. تخلیه و جابجایی طولانی مدت جمعیت آسیب دیده مشکلاتی را برای بسیاری از مردم به ویژه سالمندان و بیماران بیمارستانی ایجاد کرده است. [138] تخلیه اجباری از یک حادثه هسته ای می تواند منجر به انزوای اجتماعی، اضطراب، افسردگی، مشکلات پزشکی روان تنی، رفتار بی پروا و خودکشی شود. یک مطالعه کلی در سال 2005 در مورد پیامدهای فاجعه چرنوبیل به این نتیجه رسید که تأثیر سلامت روان بزرگترین نگرانی بهداشت عمومی ناشی از این حادثه است. [139] فرانک ان. فون هیپل، دانشمند آمریکایی، اظهار داشت کهرادیوفوبیا ، یعنی ترس نامتناسب از تشعشعات یونیزان، می تواند اثرات روانی طولانی مدتی بر جمعیت مناطق آلوده پس از فاجعه فوکوشیما داشته باشد. [140] در ژانویه 2015، تعداد افراد آواره در فوکوشیما تقریباً 119000 نفر بود که در ژوئن 2012 به اوج حدود 164000 نفر رسید. [141]

گسترش سلاح های هسته ای [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

اشاعه هسته‌ای به گسترش سلاح‌های هسته‌ای، مواد شکافت‌پذیر و فناوری هسته‌ای نظامی به کشورهایی اشاره دارد که قبلاً سلاح هسته‌ای ندارند. بسیاری از فناوری ها و مواد مرتبط با ایجاد یک برنامه انرژی هسته ای صلح آمیز (مانند تولید برق) نیز می توانند برای ساخت سلاح های هسته ای مورد استفاده قرار گیرند. به همین دلیل، انرژی هسته ای خطرات گسترش سلاح های هسته ای را به همراه دارد.

برنامه انرژی هسته ای می تواند راهی برای دستیابی به سلاح هسته ای شود. یک نمونه از آن نگرانی در مورد برنامه هسته ای ایران است. [144] تبدیل صنایع هسته ای غیرنظامی به صنایع با اهداف نظامی نقض معاهده منع گسترش سلاح های هسته ای است که 190 کشور طرف آن هستند. از آوریل 2012، سی و یک کشور دارای نیروگاه های هسته ای غیرنظامی بودند، [145] و 9 کشور از آنها دارای سلاح هسته ای بودند. اکثریت قریب به اتفاق این کشورها قبل از تاسیسات هسته ای تجاری سلاح تولید می کردند.

یک هدف کلیدی برای امنیت جهانی به حداقل رساندن خطرات تکثیر هسته ای مرتبط با گسترش انرژی هسته ای است. [144] مشارکت جهانی انرژی هسته‌ای تلاشی بین‌المللی برای ایجاد شبکه توزیعی بود که در آن کشورهای در حال توسعه نیازمند انرژی سوخت هسته‌ای را با قیمت ارزان دریافت می‌کردند ، در ازای دست کشیدن از توسعه برنامه غنی‌سازی اورانیوم خود.. کنسرسیوم غنی‌سازی اورانیوم با انتشار گازی یورودیف، مستقر در فرانسه، برنامه‌ای است که این مفهوم را با موفقیت پیاده‌سازی کرد، به موجب آن اسپانیا و سایر کشورهای کاشت نشده، سهمی از سوخت تولید شده در کارخانه غنی‌سازی تحت کنترل فرانسه را خریداری کردند، اما بدون انتقال فناوری. [146] ایران از سال 1974 یکی از شرکت‌کنندگان اولیه بوده و از طریق Sofidif سهامدار یورودیف است.

در گزارش سال 2009 سازمان ملل آمده است:

از سوی دیگر، رآکتورهای قدرت نیز می توانند زرادخانه سلاح های هسته ای را زمانی که مواد هسته ای درجه نظامی برای استفاده به عنوان سوخت در نیروگاه های غیرنظامی بازفرآوری می شوند، کاهش دهند. برنامه مگاتون به مگاوات تنها موفق ترین برنامه عدم اشاعه تا به امروز در نظر گرفته می شود. [142] تا سال 2005، این برنامه با رقیق کردن آن با اورانیوم طبیعی، 8 میلیارد دلار اورانیوم غنی شده نظامی را به اورانیوم با غنای پایین تبدیل کرده بود که به عنوان سوخت هسته ای برای راکتورهای شکافت تجاری مناسب است . این مربوط به از بین بردن 10000 سلاح هسته ای است. [148]برای حدود دو دهه، این ماده تقریباً 10٪ از کل برق مصرفی در ایالات متحده یا حدود نیمی از کل برق هسته ای ایالات متحده را تولید می کرد.7000 تراوات ساعت  برق تولید شده است . [149] در مجموع تخمین زده می شود که 17 میلیارد دلار هزینه داشته باشد، “معامله ای برای مالیات دهندگان ایالات متحده” و روسیه 12 میلیارد دلار از این معامله به دست آورد. [149] سود مهمی برای صنعت هسته ای روسیه، که پس از فروپاشی اقتصاد شوروی، پرداخت هزینه نگهداری و ایمنی اورانیوم و کلاهک های بسیار غنی شده فدراسیون روسیه را دشوار یافت. [150] برنامه مگاتون به مگاوات توسط طرفداران خلع سلاح هسته ای موفقیت بزرگی در نظر گرفته می شود.به عنوان نیروی محرکه اصلی کاهش چشمگیر تعداد سلاح های هسته ای در جهان از پایان جنگ سرد بوده است. [142] با این حال، بدون افزایش راکتورهای هسته‌ای و افزایش تقاضا برای سوخت شکافت‌پذیر، هزینه‌های انحلال و اختلاط، روسیه را از ادامه خلع سلاح باز داشته است. از سال 2013، به نظر نمی رسد روسیه علاقه ای به تمدید این برنامه داشته باشد. [151]