امروزه انرژی هسته ای و نیروگاه هسته ای واژه های نام و آشنایی برای همه هستند.اخبار و بازتاب های فراوانی در طی سالهای اخیر در موارد شنیده ایم و تصمیماتی سیاستمداران داخلی و خارجی در این موضوع گرفته اند که زندگی اقتصادی و اجتماعی ما را تحت تاثیر خود قرار داده است.

انرژی هسته ای پدیده خیلی جدید هم نیست و بسیاری از کشور ها از جمله کشورهای پیشرفته بیش از چندین دهه هست که از این انرژی و فناوری استفاده میکنند.

نخستین نیروگاه هسته ای جهان در سال 1954 در کشور شوروی سابق تولید شد.و دو سال بعد از آن یعنی در سال 1956 اولین نیروگاه تجاری جهان در انگلستان ساخته شد که توان تولید 50 مگا وات برق را داشت.
شاید نام نیروگاه هسته ای خیلی ها را دچار اشتباه کند اما نیروگاه هسته ای هم مانند نیروگاه های سوخت فسیلی (زغال سنگ ،نفت و گاز) تنها هدفش تولید انرژی الکتریکی(برق) می باشد.

در ادامه بطور خلاصه به ساز و کار نیروگاه هسته ای می پردازیم.

ساز و کار نیروگاه هسته ای

در نیروگاهها کلا باید انرژی(گرما) آزاد شود و این انرژی آب را بخار کند و بخار با فشار توربین را بچرخاند و توربین ژنراتور الکتریکی را بچرخاند و ژنراتور برق تولید میکند.

تا اینجای کار مثل نیروگاه های فسیلی است.اما تفاوت اصلی نیروگاه فسیلی و هسته ای در منبع تولید انرژی است.
در نیروگاهای با سوخت فسیلی  از سوخت فسیلی استفاده می شود اما در نیروگاه های هسته ای سوخت مورد استفاده مواد شکافت پذیر رادیو اکتیو که معمولا اورانیوم هستند می باشد.مواد استفاده شده برای سوخت باید شکافت پذیر باشند و بتوانند زنجیره شکافت ایجاد کنند.یکی از موادی که بطور وسیع بعنوان سوخت استفاده می شود اورانیوم است.اما نه هر اورانیومی.

اورانیوم بطور طبیعی با ترکیبی از 2 ایزوتوپ خود وجود داردویعنی اورانیوم-238  و اورانیوم- 235 . اورانیوم 235 نسبت به اورانیوم 238 شکافت پذیر تر است و بسیار برای سوخت راکتور مناسب است. اما اورانیوم 235 تنها 7. % اورانیوم طبیعی را شامل می شود و بقیه یعنی 99.3 % اورانیوم 238 می باشد.
پس برای اینکه بتوان اورانیوم را قابل استفاده برای راکتور کرد باید در صد اورانیوم 235 را بالا ببریم.معمولا3 یا 4 درصد.که این خود کار پر هزینه و پر درسری است.

عملیات واکنش شکافت و تولید انرژی در نیروگاه در راکتور و در قلب راکتور انجام می شود.در این واکنش هر نوترون با اورانیوم 235 برخود کرده و اورانیوم به دوهسته سبکتر واپاشیده می شود و مقدار زیادی انرژی و 2 تا 5 نوترون  نیز آزاد می شوند.

این شکافت های زنجیره ای میتوانند بطور سریع ادامه پیدا کند و از کنترل خارج شود و در 1 لحظه کوتاه کل اورانیوم واپاشیده شود و انفجاری عظیم رخ دهد -کاری که در بمب هسته ای اتفاق می افتد- برای همین منظور باید زنجیره واپاشی را کنترل کرد . و برای این منظور از  میله های کنترل  استفاده می شود.کنندکننده ها معمولا آب.آب سنگین  گرافیت می باشد که هر کدام باید با سوخت مورد نظر سازگاری داشته باشد.

در کل هر راکتور از بخش های زیر ساخته شده  است:
سوخت: اورانیوم که البته آن را بصورت اکسید اورانیوم در می اورند و به شکل میله های سوخت می سازند
کند کننده: نوترون های آزاد شده از شکافت را کند می کنند تا برای واکنش آماده شوند آب . آب سنگین . گرافیت
میله های کنترل: میله هایی درون قلب راکتور که از موادی ساخته شده اند که توان جذب نوترون بالایی دارند  و هدفشان کنترل یا توقف آهنگ تولید نوترون می باشد..کادمیوم -هافنیوم-خنک کننده: معمولا آب یا گازمیله های فشارتولید کننده بخارحفاظ پس این انرژی بالا که از شکافت اورانیوم تولید میشود پس از فرایند های حساس و پیچیده آب را بخار می کند و بخار توربین و توربین ژنراتور را می چرخاند و برق تولید می شود.

البته در قلب راکتور واکنش هایی که اتفاق می افتد نیاز به توضیح بیشتر دارد و توضیحاتی که اینجا داده شد بصورت عمومی بود .برای مطالب تخصصی و فنی به منبع زیر مراجعه کنید.

introduction to nuclear engineering  by john r lamarsh  - anthony j baratta