1. استخراج و آماده‌سازی سوخت هسته‌ای
اولین مرحله در تولید برق هسته‌ای، تهیه و آماده‌سازی سوخت هسته‌ای است. این سوخت معمولاً اورانیوم است که از معادن استخراج می‌شود. برای استفاده در نیروگاه‌های هسته‌ای، اورانیوم باید از حالت طبیعی به شکل غنی‌شده تبدیل شود.
استخراج اورانیوم: سنگ‌های حاوی اورانیوم از معادن استخراج و سپس برای فرآوری به کارخانه‌های تخصصی ارسال می‌شوند.
غنی‌سازی اورانیوم: در این مرحله، درصد ایزوتوپ قابل شکافت یعنی اورانیوم-235 افزایش می‌یابد. این فرآیند به کمک سانتریفیوژها یا روش‌های دیگر انجام می‌شود تا غلظت اورانیوم-235 از 0.7 درصد در حالت طبیعی به حدود 3 تا 5 درصد برسد.
2. ساخت میله‌های سوخت هسته‌ای
پس از غنی‌سازی، اورانیوم به صورت قرص‌های کوچک (پلت‌ها) در می‌آید و در میله‌های فلزی از جنس زیرکونیوم قرار می‌گیرد. این میله‌ها به صورت باندل‌های سوختی (Fuel Bundles) ساخته می‌شوند و آماده قرارگیری در قلب راکتور می‌گردند.
قرص‌های اورانیوم: هر قرص اورانیوم به اندازه یک سر انگشت کوچک است، اما انرژی بسیار زیادی در خود دارد.
باندل‌های سوختی: این باندل‌ها به صورت دسته‌های متعدد در قلب راکتور قرار می‌گیرند تا فرآیند شکافت هسته‌ای در آن‌ها آغاز شود.
3. شکافت هسته‌ای در قلب راکتور
مرحله اصلی تولید انرژی در نیروگاه هسته‌ای، فرآیند شکافت هسته‌ای در قلب راکتور است. در این فرآیند، هسته‌های اورانیوم-235 به وسیله نوترون‌های آزاد بمباران شده و به دو قسمت شکافته می‌شوند. این فرآیند مقدار زیادی انرژی به صورت حرارت آزاد می‌کند.
نوترون‌های کندکننده: در راکتور، برای کنترل فرآیند شکافت، از مواد کندکننده (مانند آب سبک، آب سنگین یا گرافیت) استفاده می‌شود که سرعت نوترون‌ها را کاهش می‌دهند.
کنترل واکنش: میله‌های کنترل که از مواد جاذب نوترون مانند بور یا کادمیم ساخته شده‌اند، برای تنظیم شدت واکنش شکافت و جلوگیری از افزایش ناگهانی انرژی استفاده می‌شوند.
4. انتقال حرارت به مولد بخار
حرارت تولید شده از شکافت هسته‌ای در راکتور، باعث گرم شدن آب یا مایع خنک‌کننده می‌شود. این مایع در سیستم‌های حلقه بسته قرار دارد و وظیفه دارد حرارت را از راکتور به مولد بخار (Steam Generator) انتقال دهد.
خنک‌کننده‌ها: بسته به نوع راکتور، آب تحت فشار (PWR)، آب سنگین (CANDU) یا دیگر مواد به عنوان خنک‌کننده استفاده می‌شوند.
تولید بخار: آب موجود در مولد بخار تحت تأثیر حرارت راکتور به بخار با فشار و دمای بالا تبدیل می‌شود. این بخار آماده انتقال به توربین‌ها است.
5. چرخش توربین‌ها و تولید برق
بخار تولید شده در مولد بخار، با فشار بالا به سمت توربین‌های نیروگاه هدایت می‌شود. این بخار به پره‌های توربین برخورد کرده و آن‌ها را به چرخش درمی‌آورد. چرخش توربین‌ها مستقیماً به ژنراتورهای برق متصل است و این چرخش مکانیکی باعث تولید برق می‌شود.
توربین‌ها: توربین‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که بتوانند از انرژی حرارتی بخار به صورت بهینه استفاده کنند و آن را به انرژی مکانیکی تبدیل نمایند.
ژنراتور: ژنراتور، چرخش مکانیکی توربین را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند و جریان برق تولید می‌شود.
6. سیستم خنک‌کننده و بازیافت بخار
پس از عبور بخار از توربین‌ها، بخار به کندانسور فرستاده می‌شود تا به حالت مایع (آب) بازگردد. این آب سرد شده دوباره به سیستم مولد بخار برمی‌گردد تا چرخه تولید برق تکرار شود. کندانسورها معمولاً با آب‌های سرد (مانند آب دریا یا رودخانه) عمل می‌کنند.
کندانسور: بخار از طریق کندانسور به آب تبدیل می‌شود تا در چرخه مجدد تولید برق استفاده شود.
مدار بسته: سیستم خنک‌کننده نیروگاه هسته‌ای به صورت مدار بسته کار می‌کند تا از هدر رفت آب جلوگیری شود.
7. توزیع برق به شبکه‌های برق‌رسانی
برقی که در ژنراتور تولید شده است، با ولتاژ بالا از طریق ترانسفورماتورها به شبکه‌های برق‌رسانی منتقل می‌شود. این برق برای استفاده در صنایع، خانه‌ها و مراکز مختلف توزیع می‌گردد.
ترانسفورماتور: برق تولید شده در نیروگاه باید توسط ترانسفورماتورها به ولتاژهای مناسب تبدیل شود تا امکان انتقال به مسافت‌های طولانی را داشته باشد.
8. مدیریت پسماندهای هسته‌ای
یکی از چالش‌های بزرگ نیروگاه‌های هسته‌ای، مدیریت پسماندهای هسته‌ای است. سوخت مصرف شده پس از مدت زمانی در راکتور از بین می‌رود و دیگر قابلیت استفاده ندارد. این پسماندها شامل مواد رادیواکتیو هستند که باید به دقت مدیریت و ذخیره شوند.
ذخیره‌سازی موقت: ابتدا پسماندهای هسته‌ای به استخرهای ذخیره‌سازی موقت فرستاده می‌شوند تا رادیواکتیویته آن‌ها کاهش یابد.
ذخیره‌سازی بلندمدت: سپس این پسماندها به محل‌های ذخیره‌سازی بلندمدت منتقل می‌شوند، جایی که می‌توانند به طور ایمن در زیر زمین نگهداری شوند.
نتیجه‌گیری
نیروگاه‌های هسته‌ای با استفاده از فناوری پیشرفته و کنترل دقیق، فرآیندهای پیچیده‌ای را برای تولید برق به کار می‌گیرند. از استخراج اورانیوم و غنی‌سازی آن گرفته تا شکافت هسته‌ای و مدیریت پسماندها، هر مرحله به دقت برنامه‌ریزی و نظارت می‌شود تا برق تولیدی با کارایی بالا و با کمترین خطرات زیست‌محیطی به دست آید. با وجود چالش‌های مربوط به مدیریت پسماندهای هسته‌ای، نیروگاه‌های هسته‌ای به عنوان یک منبع پایدار و کارآمد برای تولید برق در آینده باقی خواهند ماند.
ترجمه و جمع آوری:
واحد تحقیق و توسعه بارق، Baregh
بارق، مرجع آگهی ها و نیازمندی های صنعت برق
نیلسا