مرکز دانش صنعت تاسیسات

۲۰ سال قبل در تاريخ اول ارديبهشت، كاركنان نيروگاه هسته اي چرنوبيل در اتحاد شوروي سابق آزمايشي را با توان كم با يكي از دو راكتور RBMK نيروگاه انجام دادند، اما نمي دانستند كارشان راكتور را به شكل خطرناكي بي ثبات مي كند. قدرت آن به شدت افزايش يافت و باعث تخريب هسته و انفجار شيميايي بزرگي شد. براساس برآورد سازمان بهداشت جهاني، بين ۴۰ تا ۵۰ نفر از كاركنان نيروگاه و اورژانس بر اثر پرتوزايي از بين رفتند. آلودگي و پرتوزايي گسترده از تبعات اين حادثه بود.

فاجعه چرنوبيل مقطع مهمي در روند توليد انرژي هسته اي محسوب مي شود، به خصوص از نظر نگرش مردم به اين نوع از انرژي. به علاوه اين حادثه نشان داد صنعت هسته اي شوروي با قوانين نامناسب اداره مي شده، تربيت نيروي انساني آن مناسب نبود و طراحي راكتورهاي آن ضعيف بود. در حال حاضر يك نيروگاه در ليتواني و سه نيروگاه در روسيه هنوز از راكتورهاي RBMK استفاده مي كنند، اما پس از چرنوبيل نقص طراحي آن اصلاح شد. با اين حال، نيروگاه ليتواني قرار است در سال ۲۰۰۹ به درخواست اتحاديه اروپا تعطيل شود.
اما حالا به نظر مي رسد ورق به نفع انرژي هسته اي برگشته است. كشورها با مشكلاتي مانند تبخير آب و هوا، افزايش بهاي انرژي و نزديك شدن دوره كاري بسياري از نيروگاه هاي هسته اي روبه رو هستند. مثلاً در انگليس پنج نيروگاه از نه نيروگاه نسل اول ماگنوكس در پي حوادثي كه پس از پايان عمر آنها رخ داد، تعطيل شده اند. اين نيروگاه ها در دهه ۱۹۶۰ ساخته شدند. بقيه ۲۳ نيروگاه هسته اي كه عمدتاً از راكتورهاي پيشرفته نسل دوم AGR (خنك شونده با گاز) استفاده مي كنند، تا سال ۲۰۲۳ تعطيل خواهند شد. از سال ۱۹۹۰ كه تنها راكتور آبي فشاري PWR انگليس وارد مدار شد، نيروگاه هسته اي ديگري در اين كشور افتتاح نشده است. با توجه به آنكه نيروگاه هاي هسته اي ۲۰ درصد كل نياز كشور را تأمين مي كند، با تعطيلي اين تاسيسات چه اتفاقي رخ خواهد داد؟ آيا انگليس مي تواند توليد دي اكسيدكربن را كاهش دهد و منابع عرضه برق بدون استفاده از انرژي هسته اي را متنوع كند؟ آيا مهم است كه انگليس تا سال ۲۰۲۰ حدود ۷۵ درصد از انرژي اوليه خود را وارد خواهد كرد. دولت انگليس اخيراً گزارشي در مورد نيازهاي اين كشور به انرژي منتشر كرد.
در اين گزارش چهار هدف معين شده است: كاهش توليد دي اكسيدكربن، حصول اطمينان از عرضه انرژي، تحقق رشد اقتصادي پايدار و حصول اطمينان از اينكه تمام خانه ها به اندازه كافي و با قيمت مناسب گرمايش مي شود. قرار است بررسي جامع تري در تابستان به نخست وزير ارائه شود.
طراحي هاي جديد
در اين حال چندين كشور ديگر دست به اقدام زده اند. فنلاند سفارش ساخت راكتور اروپايي فشاري آبي EPR را داده است كه قرار است در اولكيلوتو نصب شود. اين راكتور توسط شركت دولتي فرانسوي آروا و زيمنس آلمان در دست ساخت است. براساس برنامه، اين راكتور در سال ۲۰۰۹ افتتاح خواهد شد. سه شركت در آمريكا اعلام كرده اند هر كدام قصد دارند براي ساخت دو نيروگاه پيشرفته غيرفعال ۱۰۰۰-AP تقاضا بدهند. فرانسه، تايوان و چين نيز نيروگاه هاي جديدي را طراحي كرده اند يا در دست ساخت دارند.
يك امتياز نيروگاه هاي نسل سوم مانند ۱۰۰۰-AP و EPR آن است كه داراي ويژگي هاي ايمني غيرفعال بيشتري به نسبت نيروگا ه هاي نسل اول و دوم هستند. منظور از اين ويژگي ها سامانه هايي است كه بيشتر از نيروهاي طبيعي مانند جاذبه، گردش طبيعي و گاز نيتروژن فشرده استفاده مي كنند نه انواع پمپ و شير. در نتيجه اين قبيل نيروگاه ها بسيار ساده تر از نيروگاه PWR متعارف است.به اعتقاد من، محتمل ترين نامزد براي نيروگاه هاي هسته اي جديد در انگليس- در صورت تصويب - راكتورهاي EPR يا ۱۰۰۰-AP ساخت وستينگهاوس است. هر دو نوع بر اساس فناوري PWR است. راكتور EPR 6/۱ گيگاوات برق توليد مي كند. توليد
AP -1000 حدود ۱۵/۱ گيگاوات است. گزينه ديگر راكتور پيشرفته كاندو ACR است كه در كانادا و چند كشور ديگر مورد استفاده است.
نسل آينده
دورنماي آينده هيجان انگيزتر است. در سال ،۲۰۰۰ وزارت انرژي آمريكا طرحي بين المللي را با عنوان نسل چهارم آغاز كرد كه هدف از آن طراحي نيروگاه هاي هسته اي جديد براي ساخت از سال ۲۰۳۰ است.
اين طرح شامل نه كشور آرژانتين، برزيل، كانادا، فرانسه، ژاپن، كره شمالي، كره جنوبي، آفريقاي جنوبي و سوئيس به علاوه انگليس است كه پارسال به آن ملحق شد. هدف از تحقيقات در زمينه نسل چهارم ساخت راكتورهايي است كه از لحاظ اقتصادي، توان رقابتي دارد، ايمن و با اصول محيط زيست سازگار است. هدف ديگر آن است كه اين راكتورها كاربرد نظامي نداشته است. اين كار مثلا با بازيافت فرمان پلوتونيم و زباله هاي متمادي صورت مي گيرد تا هر دو راكتور از بين برود.
حاصل ابتكار نسل چهارم تابه حال تدوين نقشه راه فناوري بوده است كه شش مفهوم سودمند راكتور را تدوين كرده است. از اين شش مورد، صنايع و دولت انگليس تصميم گرفته اند بر سه نوع متمركز شوند، يعني راكتور دماي بسيار بالاي فرانسه (VHTR)، راكتور سريع خنك شونده با گاز آمريكا (GFR) و راكتور سريع خنك شونده با سديم ژاپن (SFR).
هر كدام از اين مفاهيم مزيت خاص خود را دارد، اما به نظر مي رسد در اين مقطع اميدواركننده ترين نوع راكتور نسل چهارم، انواع مختلف راكتور دماي بالاست كه با هليم خنك مي شود و حاوي هسته گرافيت است. قرار است نيروگاه هاي نمايشي با اين راكتور در آفريقاي جنوبي و آمريكا ساخته شود. راكتورهاي آزمايشي از اين دست در ژاپن HTTR و چين HTR-۱ در حال فعاليت است.
انرژي هسته اي در انگليس
در انگليس هنوز دوازده نيروگاه هسته اي داير است و اين كشور با استفاده از راكتور PWR زيردريايي هسته اي مي سازد، اما ساخت نيروگاه هاي جديد مستلزم استفاده از دانش فني شركت هاي خارجي مانند آروا يا وستينگهاوس است كه اوايل سال جاري ميلادي به توشيبا فروخته شد. برخي از اجزاي اصلي مانند شناور فشار فولادي، توربين بخار بزرگ و ژنراتورهاي بخاري بايد در خارج از اين كشور ساخته شود. به هر حال بخش بيشتر ساخت نيروگاه هسته اي، به مهندسي عمران مربوط مي شود كه در آن انگليس نسبت به ساير كشورها برتري دارد. برآورد شده است اين كشور مي تواند ۵۰ درصد اجزاي نيروگاه هاي جديد را بسازد.
مقامات انگليس مي دانند حفظ بنيان مهارتي هسته اي كشور بسيار با اهميت است. به همين علت طرحي با عنوان گزينه باز هسته اي را به اجرا درآورده اند. در اين برنامه كه با همكاري دانشگاه هاي بريستول، كارديف، ليدز، منچستر و شفيلد و امپريال كالج به اجرا درآمده است، هزينه تحقيقات در مورد راكتورهاي جديد تأمين مي شود و دانشجويان دوره دكتري و بعد از آن آموزش مي بينند. تحقيقات در مورد سامانه هاي نسل چهارم و راكتورهاي پيشرفته PWR در اين چارچوب قرار دارد. در صورت ساخت نيروگاه هاي جديد، موضوع مديريت زباله ها بايد مورد بررسي قرار بگيرد. در حال حاضر سازمان برچيدن هسته اي مسئول رسيدگي به زباله هاي پرتوزا از برنامه هاي هسته اي نظامي و غيرنظامي است. در سال ۲۰۰۳ دولت كميته مديريت زباله هاي پرتوزا را براي مشورت در مورد زباله هاي هسته اي در بلندمدت تشكيل داد.
اگر ما خواهان آميزه اي از عرضه برق ايمن، مطمئن و پاكيزه از نظر زيست محيطي هستيم، ساخت نيروگاه هاي جديد ضروري است، اما تا زماني كه مردم از ساخت نيروگاه هاي جديد حمايت و شركت ها سرمايه لازم را براي آن فراهم نكند، اين كار محقق نخواهد شد. از حرف تا عمل فاصله زيادي است.
فيزيك راكتورهاي هسته اي
بيشتر نيروگاه هاي هسته اي موجود از راكتورهاي آبي فشاري استفاده مي كنند. در اين نوع از راكتور، آب، حرارت را از هسته راكتور منتقل مي كند و باعث انجام شدن واكنش چرخه اي مي شود. دستگاهي در اين راكتور تعبيه شده است كه فشار را قدري بالاتر از حد اشباع حفظ مي كند تا آب به صورت مايع باقي بماند. هسته كه در داخل شناور فشاري فولادي قرار دارد، شامل محفظه هاي اكسيد اورانيوم با درجه غني سازي پايين است كه در ميله هاي با آلياژ زيركونيم نگهداري مي شود.
چندين چرخ به شناور متصل است كه آب داغ اوليه را به ژنراتور مي برد و در اين قسمت آب جوش ثانوي بخار توليد مي كند. آن گاه آب اوليه با چرخ به شناور فشار منتقل مي شود. سازه اي به مانند «جزيره راكتور» شناور و لوله هاي پيرامون و سامانه هاي ايمني آن را احاطه كرده است. دستگاه هاي بيرون از جزيره مانند ژنراتور توربين هاي بخاري تا حد زيادي شبيه سوخت فسيلي است.
اين توصيف مربوط به راكتور حرارتي است، اما در راكتورهاي سريع مانند راكتور سريع خنك شونده با گاز GFR و راكتور سريع خنك شونده با پتاسيم SFR سرعت نوترون ها كاهش نمي يابد و نوترون ها مي توانند زباله داراي عمر طولاني را در سوخت از بين ببرد.
نسل چهارم
نسل چهارم عنوان يك برنامه تحقيقاتي بين المللي در مورد انواع جديد راكتور هسته اي است كه ممكن است تا سال ۲۰۳۰ يا ۲۰۴۰ وارد مدار شود. انگليس در حال حاضر در سه طرح عمده در حال تحقيق مشاركت دارد.
* راكتور حرارتي دماي بسيار بالا بسيار ايمن است و برق و حرارت بسيار بالا را براي توليد هيدروژن فراهم مي كند. اين طرح از جانب فرانسه هدايت مي شود.
* راكتور سريع خنك كننده با گاز GFR كه از جانب آمريكا هدايت مي شود مزيت اين طرح آن است كه مي تواند زباله آكتينيد را بازيافت و عرضه انرژي را در درازمدت از طريق طولاني كردن مدت استفاده از ذخاير اورانيوم تامين كند.
*راكتور سريع خنك شونده با سديم كه توسط ژاپن هدايت مي شود داراي سه مزيت است: امكان پذيري فني يك مدل از آن ثابت شده است، اين راكتور مي تواند زباله اكتينيد را بازيافت و انرژي را در درازمدت عرضه كند.

* نويسنده استاد ايمني زيست محيطي در امپريال كالج در انگليس است.

منبع: همشهری