فایل سوخت هسته اي و فرآيند آن
دسته بندي :
کالاهای دیجیتال »
رشته فیزیک (آموزش_و_پژوهش)
پسماندهاي هسته‌اي
]علي رغم سابقه به وضوح ايمن در طول نيم قرن گذشته، امروزه يكي از بحث
برانگيزترين جنبه هاي چرخه سوخت هسته اي مسئله مديريت و دفع پسماندهاي پرتوز است[.
P1 مشكل ترين مسئله، پسماندهاي سطح بالا هستند، و دو سياست مختلف
براي مديريت آنها وجود دارد:
·
بازفرآوري سوخت مصرف شده براي جدا كردن آنها (كه با شيشه اي كردن و دفع
كردن آنها ادامه مي يابد) يا
·
دفع مستقيم سوخت مصرف شده داراي پرتوزايي سطح بالا به صورت پسماند.
]پسماندهاي هسته اي اصلي در سوخت راكتور سفالي محفوظ باقي مي مانند[.
P2 همانطور كه در فصل‌هاي 3و4 به طور خلاصه گفته شد، “سوزاندن” سوخت
در قلب راكتور محصولات شكافتي توليد مي كند به مانند ايزوتوپ هاي مختلف باريم،
استرونسيم، نريم، يد، كريپتون و گرنون (Ba، Sr،
Cs، I، Kr، Xe).
بيشترين ايزوتوپ‌هاي شكل گرفته به صورت محصولات شكافت در سوخت به شدت پرتوزا هستند
و متعاقباً عمرشان كوتاه است.
P3 علاوه بر اين اتم هاي كوچكتر به وجود آمده از شكافت سوخت، ايزوتوپ‌هاي
ترااورانومي مختلفي هم با جذب نوترون تشكيل مي شوند. از جمله اينها پلوتونيوم- 239، پلوتونيوم- 240 و پلوتونيوم- 241، به علاوه محصولات ديگري هستند كه از جذب نوترون توسط u-2381 در قلب راكتور و
سپس تلاشي بتا به عمل مي آيند. همه اينها پرتوزا هستند و به غير از پلوتونيوم
شكافت پذير كه “مي‌سوزد”، در سوخت مصرف شده اي كه از راكتور برداشته مي شود باقي
مي مانند. ايزوتوپ هاي ترا اورانيوم و ديگر اكتنيدها
بيشترين قسمت از پسماندهاي سطح بالاي با طول عمر زياد را شكل مي دهند.
P4 در حالي كه چرخه سوخت هسته اي صلح آميز، پسماندهاي مختلفي توليد
مي‌كند، اين پسماندها “آلودگي” به شمار نمي آيند، زيرا در عمل همه آنها نگهداري و
مديريت مي شوند، در غير اين صورت است كه خطرناك خواهند بود. در حقيقت توان هسته اي
تنها صنعت توليد انرژي است كه مسئوليت كامل همه پسماندهايش را برعهده گرفته و
هزينه آن را به طور كامل بر قيمت توليداتش اضافه مي كند. وانگهي هم اكنون مهارت
هاي به دست آمده در مديريت پسماندهاي غير نظامي در حال شروع به اعمال شدن به
پسماندهاي نظامي است كه يك مشكل محيط زيستي جدي در چند نقطه جهان ايجاد كرده است.
]پسماندهاي پرتوزا مواد گوناگوني را شامل مي شوند كه از جهت محافظت مردم و
محيط زيست اقدامات متفاوتي را طلب مي كنند. مديريت و دفع آنها از نظر فن آوري سر
راست است[.
P5 اين پسماندها براساس مقدار و نوع پرتوزايي موجود در آنها معمولاً
به سه دسته تحت عنوان هاي پسماندهاي سطح پايين سطح متوسط و سطح بالا دسته بندي مي‌شوند.
P6 عامل ديگر در مديريت پسماندها مدت زماني است كه آنها ممكن است
خطرناك باقي بمانند. اين زمان به نوع ايزوتوپ هاي پرتوزاي موجود در آنها و به خصوص
مشخصه نيمه عمر هر يك از اين ايزوتوپ ها بستگي دارد. نيمه عمر مدت زماني است كه طي
مي شود تا يك ايزوتوپ پرتوزا نيمي از پرتوزائيش را از دست بدهد. پس از چهار نيمه
عمر سطح پرتوزايي به 
مقدار اوليه آن و پس از هشت نيمه عمر به 
آن مي رسد.
P7 ايزوتوپ هاي پرتوزاي مختلف نيمه عمرهايي دارند كه از كسري از
ثانيه تا دقيقه‌ها، ساعات يا روزها، حتي تا ميليون ها سال گسترده شده اند.
پرتوزايي با گذشت زمان، همانطور كه اين ايزوتوپ ها به ايزوتوپ هاي پايدار غير
پرتوزا تلاش مي كنند كم مي شود.
P8 آهنگ تلاشي يك ايزوتوپ با عكس نيمه عمرش متناسب است. يك نيمه عمر
كوتاه به معناي تلاشي سريع است. بنابراين، براي هر نوع پرتوزايي، شدت پرتوزايي
بالاتر در يك مقدار ماده داده شده مستلزم كوتاه‌تر بودن نيمه عمر است.
P9 سه اصل كلي براي مديريت پسماندهاي پرتوزا بكار گرفته مي شود:
·
تغليظ و نگهداري concentrate-and-cantain
·
تضعيف و پراكنش dilute- and disparoe
·
تأخير و تلاش delay-and-decay
P10 دو تاي اول در مورد مديريت پسماندهاي غير پرتوزا هم به كار مي
روند. پسماندها يا تغليظ شده و سپس متروي مي شوند، يا (براي مقادير خيلي كم) تا
سطح قابل قبولي تضعيف شده و سپس به محيط زيست باز گردانده مي شوند. با اين وجود
تأخير و تلاشي منحصر به مديريت پسماندهاي پرتوزاست و به اين معني است كه پسماند
ذخيره و اجازه داده مي شود كه پرتوزايي آن از طريق تلاشي طبيعي ايزوتوپ‌هاي موجود
در آن كم شود.
]در چرخه سوخت هسته اي غيرنظامي توجگه اصلي بر پسماندهاي سطح بالاست كه حاوي
محصولات شكافت و عناصر ترا اورانيومي تشكيل شده در قلب راكتور هستند[.
P11 پسماند سطح بالا: ممكن است
خود سوخت مصرف شده يا پسماند اصلي حاصل از باز پردازش آن باشد. در هر دو حال اين
حجم متوسطي دارد- در حدود 30-25 تن سوخت مصرف شده يا سه مترمكعب پسماند شيشه اي
شده در سال براي يك نمونه راكتور هسته اي بزرگ (1000 MWC، نوع آب سبك). اين حجم مي تواند به صورت موثر و اقتصادي ايزوله
شود. سطح پرتوزايي آن به سرعت كم مي شود. به عنوان نمونه، يك مجموعه سوخت راكتور
آب سبك تازه تخليه شده آن قدر پرتوزايي دارد كه چند صد كيلو وات گرما مي پراكند،
اما پس از يك سال اين مقدار به 5kw
و پس از پنج سال به يك كيلووات مي رسد. ظرف مدت 40 سال پرتوزايي آن به حدود يك
هزارم مقدار آن هنگام تخليه مي رسد.
P12 اگر سوخت مصرف شده بازفرآوري شود، %3 آن كه به صورت پسماند سطح
بالا ظاهر مي شود، عمدتاً مايع است و حاوي “خاكستر” اورانيوم سوخته شده است. اين
پسماند كه شامل محصولات شكافت به شدت پرتوزا و چند عنصر سنگين با پرتوزايي دراز
مدت است، مقدار قابل توجهي گرما توليد مي كند و بايد خنك شود. اين به صورت شيشه
بورو سيليكات (شبيه به
پيركتن) و به منظور پوشينه‌داري، ذخيره سازي ميان مدت، و دفع نهايي در اعماق زمين
شيشه اي مي شود. اين سياستي است كه توسط بريتانيا، فرانسه، آلمان، ژاپن، چين و هند
اتخاذ مي شود. (بخش هاي 5-2 و 5-3 را ببينيد)
P13 از طرف ديگر، اگر سوخت مصرف شده راكتور باز پردازش نشود، همه
ايزوتوپ هاي با پرتوزايي بالا و اكتنيدهاي دراز عمر در آن باقي مي‌مانند، و در اين
صورت همه مجموعه هاي سوخت به شكل پسماند سطح بالا رفتار مي كنند. گزينه دفع مستقيم
توسط امريكا، كانادا و سوئد دنبال مي شود، بخش 5-4 را بينيد.
P14 تعدادي از كشورها انتخابي بين بازپردازي و دفع مستقيم را گردن
نهاده اند.
P15 پسماندهاي سطح بالا تنها %3 حجم كل پسماندهاي پرتوزاي جهان را
تشكيل مي‌دهند، اما 95% كل پرتوزايي از آنهاست.
P16 علاوه بر پسماندهاي سطح بالاي حاصل از توليد توان هسته‌اي، هرگونه
استفاده از مواد پرتوزا در بيمارستان ها، آزمايشگاه ها و صنايع آنچه را كه (پسماندهاي
سطح- پايين) ناميده مي شود، توليد مي كند. رسيدگي كردن اينها خطرناك نيست اما
بايد با دقتي بيش از زباله‌هاي معمولي دفع شوند. پسماندهاي هسته اي از بيمارستان‌ها.
دانشگاهها و صنايع به علاوه صنايع توان هسته اي مي آيند، آنها مي توانند خاكستر
شوند و معمولاً دست آخر در محل هاي دفن زباله كم عمقي چال مي شوند. نشان داده شده
است كه اين روش موثري براي مديريت پسماند اين چنين مواد نسبتاً بي‌خطري است به
شرطي كه همه مواد بسيار سمي ابتدا جدا شده و جزء پسماندهاي سطح بالا قرار گيرد.
كشورهاي زيادي داراي مخازن پاياني فعال براي پسماندهاي سطح پايين هستند.
پسماندهاي سطح پايين تقريباً همان پرتوزايي را دارند كه سنگ معدن لورانيوم مرتبه
پايين دارد و هم آنها بالغ بر بيش از پنجاه برابر پسماندهاي سطح بالاي سالانه است.
در كل جهان اين پسماندها 90% كل حجم را تشكيل مي دهند اما فقط 1% پرتوزايي كل همه
پسماندهاي پرتوزا را دارند.