مقدمه
از مهمترين منابع استفاده صلح آميز از انرژي اتمي ، ساخت راکتورهاي هسته‌اي جهت توليد برق مي‌باشد. راکتور هسته‌اي وسيله‌اي است که در آن فرآيند شکافت هسته‌اي بصورت کنترل شده انجام مي‌گيرد. در طي اين فرآيند انرژي زياد آزاد مي‌گردد به نحوي که مثلا در اثر شکافت نيم کيلوگرم اورانيوم انرژي معادل بيش از 1500 تن زغال سنگ بدست مي‌آيد. هم اکنون در سراسر جهان ، راکتورهاي متعددي در حال کار وجود دارند که بسياري از آنها براي توليد قدرت و به منظور تبديل آن به انرژي الکتريکي ، پاره‌اي براي راندن کشتيها و زيردريائيها ، برخي براي توليد راديو ايزوتوپوپها و تحقيقات علمي و گونه‌هايي نيز براي مقاصد آزمايشي و آموزشي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. در راکتورهاي هسته‌اي که براي نيروگاههاي اتمي طراحي شده‌اند (راکتورهاي قدرت) ، اتمهاي اورانيوم و پلوتونيم توسط نوترونها شکافته مي‌شوند و انرژي آزاد شده گرماي لازم را براي توليد بخار ايجاد کرده و بخار حاصله براي چرخاندن توربينهاي مولد برق بکار گرفته مي‌شوند.
به لحاظ تاريخي اولين راکتور اتمي در آمريکا بوسيله شرکت "وستينگهاوس" و به منظور استفاده در زير دريائيها ساخته شد. ساخت اين راکتور پايه اصلي و استخوان بندي تکنولوژي فعلي نيروگاههاي اتمي PWR را تشکيل داد. سپس شرکت جنرال الکتريک موفق به ساخت راکتورهايي از نوع BWR گرديد. اما اولين راکتوري که اختصاصا جهت توليد برق طراحي شده ، توسط شوروي و در ژوئن 1954در "آبنينسک" نزديک مسکو احداث گرديد که بيشتر جنبه نمايشي داشت. توليد الکتريسيته از راکتورهاي اتمي در مقياس صنعتي در سال 1956 در انگلستان آغاز گرديد.
تا سال 1965 روند ساخت نيروگاههاي اتمي از رشد محدودي برخوردار بود، اما طي دو دهه 1966 تا 1985 جهش زيادي در ساخت نيروگاههاي اتمي بوجود آمده است. اين جهش طي سالهاي 1972 تا 1976 که بطور متوسط هر سال 30 نيروگاه شروع به ساخت مي‌کردند بسيار زياد و قابل توجه است. يک دليل آن شوک نفتي اوايل دهه 1970 مي‌باشد که کشورهاي مختلف را بر آن داشت تا جهت تأمين انرژي مورد نياز خود بطور زايد الوصفي به انرژي هسته‌اي روي آورند. پس از دوره جهش فوق يعني از سال 1986 تا کنون روند ساخت نيروگاهها به شدت کاهش يافته ، بطوريکه بطور متوسط ساليانه 4 راکتور اتمي شروع به ساخت مي‌شوند.
انواع راکتور اتمي
راکتورهاي اتمي را معمولا برحسب خنک کننده ، کند کننده ، نوع و درجه غناي سوخت در آن طبقه بندي مي‌کنند. معروفترين راکتورهاي اتمي ، راکتورهايي هستند که از آب سبک به عنوان خنک کننده و کند کننده و اورانيوم غني شده (2 تا 4 درصد 235U) به عنوان سوخت استفاده مي‌کنند. اين راکتورها عموما تحت عنوان راکتورهاي آب سبک (LWR) شناخته مي‌شوند. راکتورهاي PWR ، BWR و WWER از اين دسته‌اند. نوع ديگر ، راکتورهايي هستند که از گاز به عنوان خنک کننده ، گرافيت به عنوان کند کننده و اورانيوم طبيعي يا کم غني شده به عنوان سوخت استفاده مي‌کنند. اين راکتورها به گاز - گرافيت معروفند. راکتورهاي GCR ، AGR و HTGR از اين نوع مي‌باشند.
راکتور PHWR راکتوري است که از آب سنگين به عنوان کند کننده و خنک کننده و از اورانيوم طبيعي به عنوان سوخت استفاده مي‌کند. نوع کانادايي اين راکتور به CANDU موسوم بوده و از کارايي خوبي برخوردار مي‌باشد. مابقي راکتورها مثل FBR (راکتوري که از مخلوط اورانيوم و پلوتونيوم به عنوان سوخت و سديم مايع به عنوان خنک کننده استفاده کرده و فاقد کند کننده مي‌باشد) LWGR (راکتوري که از آب سبک به عنوان خنک کننده و از گرافيت به عنوان کند کننده استفاده مي‌کند) از فراواني کمتري برخوردار مي‌باشند. در حال حاضر ، راکتورهاي PWR و پس از آن به ترتيب PHWR ، WWER ، BWR فراوانترين راکتورهاي قدرت در حال کار جهان مي‌باشند.

آيا مي‌دانيد که
• انرژي گرمايي توليد شده از واکنشهاي هسته‌اي در مقايسه با گرماي حاصل از سوختن زغال سنگ در چه مرتبه بزرگي قرار دارد؟
• منابع توليد انرژي هسته‌اي که بر اثر سيلابها و رودخانه از صخره شسته شده و به بستر دريا مي‌رود، چقدر برق مي‌تواند توليد کند؟
• کشورهايي که بيشترين استفاده را از انرژي هسته‌اي را مي‌برند، کدامند؟ و ... .
نحوه آزاد شدن انرژي هسته‌اي
مي‌دانيم که هسته از پروتون (با بار مثبت) و نوترون (بدون بار الکتريکي) تشکيل شده است. بنابراين بار الکتريکي آن مثبت است. اگر بتوانيم هسته را به طريقي به دو تکه تقسيم کنيم، تکه‌ها در اثر نيروي دافعه الکتريکي خيلي سريع از هم فاصله گرفته و انرژي جنبشي فوق العاده‌اي پيدا مي‌کنند. در کنار اين تکه‌ها ذرات ديگري مثل نوترون و اشعه‌هاي گاما و بتا نيز توليد مي‌شود. انرژي جنبشي تکه‌ها و انرژي ذرات و پرتوهاي بوجود آمده ، در اثر برهمکنش ذرات با مواد اطراف ، سرانجام به انرژي گرمايي تبديل مي‌شود. مثلا در واکنش هسته‌اي که در طي آن 235U به دو تکه تبديل مي‌شود، انرژي کلي معادل با 200MeV را آزاد مي‌کند. اين مقدار انرژي مي‌تواند حدود 20 ميليارد کيلوگالري گرما را در ازاي هر کيلوگرم سوخت توليد کند. اين مقدار گرما 2800000 بار برگتر از حدود 7000 کيلوگالري گرمايي است که از سوختن هر کيلوگرم زغال سنگ حاصل مي‌شود.
کاربرد حرارتي انرژي هسته‌اي
گرماي حاصل از واکنش هسته‌اي در محيط راکتور هسته‌اي توليد و پرداخته مي‌شود. بعبارتي در طي مراحلي در راکتور اين گرما پس از مهارشدن انرژي آزاد شده واکنش هسته‌اي توليد و پس از خنک سازي کافي با آهنگ مناسبي به خارج منتقل مي‌شود. گرماي حاصله آبي را که در مرحله خنک سازي بعنوان خنک کننده بکار مي‌رود را به بخار آب تبديل مي‌کند. بخار آب توليد شده ، همانند آنچه در توليد برق از زعال سنگ ، نفت يا گاز متداول است، بسوي توربين فرستاده مي‌شود تا با راه اندازي مولد ، توان الکتريکي مورد نياز را توليد کند. در واقع ، راکتور همراه با مولد بخار ، جانشين ديگ بخار در نيروگاه‌هاي معمولي شده است.
سوخت راکتورهاي هسته‌اي
ماده‌اي که به عنوان سوخت در راکتورهاي هسته‌اي مورد استفاده قرار مي‌گيرد بايد شکاف پذير باشد يا به طريقي شکاف پذير شود.235U شکاف پذير است ولي اکثر هسته‌هاي اورانيوم در سوخت از انواع 238U است. اين اورانيوم بر اثر واکنشهايي که به ترتيب با توليد پرتوهاي گاما و بتا به 239Pu تبديل مي‌شود. پلوتونيوم هم مثل 235U شکافت پذير است. به علت پلوتونيوم اضافي که در سطح جهان وجود دارد نخستين مخلوطهاي مورد استفاده آنهايي هستند که مصرف در آنها منحصر به پلوتونيوم است.
ميزان اورانيومي که از صخره‌ها شسته مي‌شود و از طريق رودخانه‌ها به دريا حمل مي‌شود، به اندازه‌اي است که مي‌تواند 25 برابر کل مصرف برق کنوني جهان را تأمين کند. با استفاده از اين نوع موضوع ، راکتورهاي زاينده‌اي که بر اساس استخراج اورانيوم از آب درياها راه اندازي شوند قادر خواهند بود تمام انرژي مورد نياز بشر را براي هميشه تأمين کنند، بي آنکه قيمت برق به علت هزينه سوخت خام آن حتي به اندازه يک درصد هم افزايش يابد.
مزيتهاي انرژي هسته‌اي بر ساير انرژيها
بر خلاف آنچه که رسانه‌هاي گروهي در مورد خطرات مربوط به حوادث راکتورها و دفن پسماندهاي پرتوزا مطرح مي‌کند از نظر آماري مرگ ناشي ازخطرات تکنولوژي هسته‌اي از 1 درصد مرگهاي ناشي از سوختن زغال سنگ جهت توليد برق کمتر است. در سرتاسر جهان تعداد نيروگاههاي هسته‌اي فعال بيش از 419 مي‌باشد که قادر به توليد بيش از 322 هزار مگاوات توان الکتريکي هستند. بالاي 70 درصد اين نيروگاه‌ها در کشور فرانسه و بالاي 20 درصد آنها در کشور آمريکا قرار دارد.
سهم برق هسته‌اي در توليد برق کشورها
کشورهاي مختلف در توليد برق هسته‌اي روند گوناگوني داشته‌اند. به عنوان مثال کشور انگلستان که تا سال 1965 پيشرو در ساخت نيروگاه اتمي بود، پس از آن تاريخ ، ساخت نيروگاه اتمي در اين کشور کاهش يافت، اما برعکس در آمريکا به اوج خود رسيد. کشور آمريکا که تا اواخر دهه 1960 تنها 17 نيروگاه اتمي داشت، در طول دهه هاي 1970و 1980 بيش از 90 نيروگاه اتمي ديگر ساخت. اين مسئله نشان دهنده افزايش شديد تقاضاي انرژي در آمريکاست. هزينه توليد برق هسته‌اي در مقايسه با توليد برق از منابع ديگر انرژي در آمريکا کاملا قابل رقابت مي‌باشد.
هم اکنون فرانسه با داشتن سهم 75 درصدي برق هسته‌اي از کل توليد برق خود در صدر کشورهاي جهان قرار دارد. پس از آن به ترتيب ليتواني (73 درصد) ، بلژيک (57 درصد) ، بلغارستان و اسلواکي (47 درصد) و سوئد (48.6 درصد) مي‌باشند. آمريکا نيز حدود 20 درصد از توليد برق خود را به برق هسته‌اي اختصاص داده است. گرچه ساخت نيروگاههاي هسته‌اي و توليد برق هسته‌اي در جهان از رشد انفجاري اواخر دهه 1960 تا اواسط 1980 برخوردار نيست، اما کشورهاي مختلف همچنان درصدد تأمين انرژي مورد نياز خود از طريق انرژي هسته‌اي مي‌باشند.
طبق پيش بينيهاي به عمل آمده روند استفاده از برق هسته‌اي تا دهه‌هاي آينده همچنان روند صعودي خواهد داشت. در اين زمينه ، منطقه آسيا و اروپاي شرقي به ترتيب مناطق اصلي جهان در ساخت نيروگاه هسته‌اي خواهند بود. در اين راستا ، ژاپن با ساخت نيروگاههاي اتمي با ظرفيت بيش از 25000 مگا وات در صدر کشورها قرار دارد. پس از آن چين ، کره جنوبي ، قزاقستان ، روماني ، هند و روسيه جاي دارند. استفاده از انرژي هسته‌اي در کشورهاي کاندا ، آرژانتين ، فرانسه ، آلمان ، آفريقاي جنوبي ، سوئيس و آمريکا تقريبا روند ثابتي را طي دو دهه آينده طي خواهد کرد.
ديدگاههاي اقتصادي و زيست محيطي برق هسته‌اي
جمهوري اسلامي ايران در فرآيند توسعه پايدار خود به تکنولوژي هسته‌اي چه از لحاظ تأمين نيرو و ايجاد جايگزيني مناسب در عرصه انرژي و چه از نظر ديگر بهره برداريهاي صلح آميز آن در زمينه‌هاي صنعت ، کشاورزي ، پزشکي و خدمات نياز مبرم دارد که تحقق اين رسالت مهم به عهده سازمان انرژي اتمي ايران مي‌باشد. بديهي است در زمينه کاربرد انرژي هسته‌اي به منظور تأمين قسمتي از برق مورد نياز کشور قيود و فاکتورهاي بسيار مهمي از جمله مسايل اقتصادي و زيست محيطي مطرح مي‌گردند.
ديدگاه اقتصادي استفاده از برق هسته‌اي

امروزه کشورهاي بسياري بويژه کشورهاي اروپايي سهم قابل توجهي از برق مورد نياز خود را از انرژي هسته‌اي تأمين مي‌نمايند. بطوري که آمار نشان مي‌دهد از مجموع نيروگاههاي هسته‌اي نصب شده جهت تأمين برق در جهان به ترتيب 35 درصد به اروپاي غربي ، 33 درصد به آمريکاي شمالي ، 16.5 درصد به خاور دور ، 13درصد به اروپاي شرقي و نهايتا فقط 0.74 درصد به آسياي ميانه اختصاص دارد. بدون شک در توجيه ضرورت ايجاد تنوع در سيستم عرضه انرژي کشورهاي مذکور ، انرژي هسته‌اي به عنوان يک گزينه مطمئن اقتصادي مطرح است.
بنابراين ابعاد اقتصادي جايگزيني نيروگاههاي هسته‌اي با توجه به تحليل هزينه توليد (قيمت تمام شده) برق در سيستمهاي مختلف نيرو قابل تأمل و بررسي است. از اينرو در اغلب کشورها ، نيروگاههاي هسته‌اي با عملکرد مناسب اقتصادي خود از هر لحاظ با نيروگاههاي سوخت فسيلي قابل رقابت مي‌باشند. بهرحال طي چند دهه گذشته کاهش قيمت سوختهاي فسيلي در بازارهاي جهاني ، سبب افزايش هزينه‌هاي ساخت نيروگاههاي هسته‌اي به دليل تشديد مقررات و ضوابط ايمني ، طولانيتر شدن مدت ساخت و بالاخره باعث ايجاد مشکلات تأمين مالي لازم و بالا رفتن قيمت تمام شده هر واحد الکتريسيته در اين نيروگاهها شده است.
از يک طرف مشاهده مي‌شود که طي اين مدت حدود 40 درصد از هزينه‌هاي چرخه سوخت هسته‌اي کاهش يافته است و از سويي ديگر با توجه به پيشرفتهاي فني و تکنولوژي حاصل از طرحهاي استاندارد و برنامه ريزيهاي دقيق به منظور تأمين سرمايه اوليه مورد نياز مطمئن و به هنگام احداث چند واحد در يک سايت براي صرفه‌ جوييهاي ناشي از مقياس مربوط به تأسيسات و تسهيلات مشترک مورد نياز در هر نيروگاه ، همچنان مزيت نيروگاههاي اتمي از ديدگاه اقتصادي نسبت به نيروگاههاي با سوخت فسيلي در اغلب کشورها حفظ شده است.
ديدگاه زيست محيطي استفاده از برق هسته‌اي
افزايش روند روزافزون مصرف سوختهاي فسيلي طي دو دهه اخير و ايجاد انواع آلاينده‌هاي خطرناک و سمي و انتشار آن در محيط زيست انسان ، نگرانيهاي جدي و مهمي براي بشر در حال و آينده به دنبال دارد. بديهي است که اين روند به دليل اثرات مخرب و مرگبار آن در آينده تداوم چنداني نخواهد داشت. از اينرو به جهت افزايش خطرات و نگرانيها تدريجي در مورد اثرات مخرب انتشار گازهاي گلخانه‌اي ناشي از کاربرد فرآيند انرژيهاي فسيلي ، واضح است که از کاربرد انرژي هسته‌اي بعنوان يکي از رهيافتهاي زيست محيطي براي مقابله با افزايش دماي کره زمين و کاهش آلودگي محيط زيست ياد مي‌شود. همچنانکه آمار نشان مي‌دهد، در حال حاضر نيروگاههاي هسته‌اي جهان با ظرفيت نصب شده فعلي توانسته‌اند سالانه از انتشار 8 درصد از گازهاي دي اکسيد کربن در فضا جلوگيري کنند که در اين راستا تقريبا مشابه نقش نيروگاههاي آبي عمل کرده‌اند.
چنانچه ظرفيتهاي در دست بهره برداري فعلي توليد برق نيروگاههاي هسته‌اي ، از طريق نيروگاههاي با خوراک ذغال سنگ تأمين مي‌شد، سالانه بالغ بر 1800 ميليون تن دي اکسيد کربن ، چندين ميليون تن گازهاي خطرناک دي اکسيد گوگرد و نيتروژن ، حدود 70 ميليون تن خاکستر و معادل 90 هزار تن فلزات سنگين در فضا و محيط زيست انسان منتشر مي‌شد که مضرات آن غيرقابل انکار است. لذا در صورت رفع موانع و مسايل سياسي مربوط به گسترش انرژي هسته‌اي در جهان بويژه در کشورهاي در حال توسعه و جهان سوم ، اين انرژي در دهه‌هاي آينده نقش مهمي در کاهش آلودگي و انتشار گازهاي گلخانه‌اي ايفا خواهد نمود.
در حاليکه آلودگيهاي ناشي از نيروگاههاي فسيلي سبب وقوع حوادث و مشکلات بسيار زياد بر محيط زيست و انسانها مي‌شود، سوخت هسته‌اي گازهاي سمي و مضر توليد نمي‌کند و مشکل زباله‌هاي اتمي نيز تا حد قابل قبولي رفع شده است، چرا که در مورد مسايل پسمانداري با توجه به کم بودن حجم زباله‌هاي هسته‌اي و پيشرفتهاي علوم هسته‌اي بدست آمده در اين زمينه در دفن نهايي اين زباله‌ها در صخره‌هاي عميق زيرزميني با توجه به حفاظت و استتار ايمني کامل ، مشکلات موجود تا حدود زيادي از نظر فني حل شده است و طبيعتا در مورد کشور ما نيز تا زمان لازم براي دفع نهايي پسماندهاي هسته‌اي ، مسائل اجتماعي باقيمانده از نظر تکنولوژيکي کاملا مرتفع خواهد شد.
از سوي ديگر بنظر مي‌رسد که بيشترين اعتراضات و مخالفتها در زمينه استفاده از انرژي اتمي بخاطر وقوع حوادث و انفجارات در برخي از نيروگاههاي هسته‌اي نظير حادثه اخير در نيروگاه چرنوبيل مي‌باشد، اين در حالي است که براساس مطالعات بعمل آمده احتمال وقوع حوادثي که منجر به مرگ عده‌اي زياد بشود نظير تصادف هوايي ، شکسته شدن سدها ، انفجارات زلزله ، طوفان ، سقوط سنگهاي آسماني و غيره ، بسيار بيشتر از وقايعي است که نيروگاههاي اتمي مي‌توانند باعث گردند.
به هر حال در مورد مزاياي نيروگاههاي هسته‌اي در مقايسه با نيروگاههاي فسيلي صرفنظر از مسايل اقتصادي علاوه بر اندک بودن زباله‌هاي آن مي‌توان به تميزتر بودن نيروگاههاي هسته‌اي و عدم آلايندگي محيط زيست به آلاينده‌هاي خطرناکي نظير SO2 ، NO2 ، CO ، CO2 پيشرفت تکنولوژي و استفاده هرچه بيشتر از اين علم جديد ، افزايش کارايي و کاربرد تکنولوژي هسته‌اي در ساير زمينه‌هاي صلح آميز در کنار نيروگاههاي هسته‌اي اشاره نمود.
مقايسه هزينه‌هاي اجتماعي توليد برق در نيروگاههاي فسيلي و اتمي
در مجموع ارزيابيهاي اقتصادي و مطالعات بعمل آمده در مورد مقايسه هزينه توليد (قيمت تمام شده) برق در نيروگاههاي رايج فسيلي کشور و نيروگاه اتمي نشان مي‌دهد که قيمت اين دو نوع منبع انرژي صرفنظر از هزينه‌هاي اجتماعي ، تقريبا نزديک به هم و قابل رقابت با يکديگر هستند. چنانچه قيمت مصرف انرژيهاي فسيلي براي نيروگاههاي کشور برمبناي قيمتهاي متعارف بين المللي منظور شوند و همچنين در شرايطي که نرخ تسعير هر دلار در کشور 8000 ريال تعيين گردد، هزينه توليد (قيمت تمام شده) هر کيلووات ساعت برق در نيروگاههاي فسيلي و اتمي بشرح زير مي باشد.
در تازه‌ترين مطالعه‌اي که براي تعيين هزينه‌هاي اجتماعي نيروگاههاي هسته‌اي در 5 کشور اروپايي بلژيک ، آلمان ، فرانسه ، هلند و انگلستان صورت گرفته است، ميزان هزينه‌هاي اجتماعي ناشي از نيروگاههاي هسته‌اي در مقايسه با نيروگاههاي فسيلي بسيار پائين است. در اين مطالعه هزينه‌هاي خارجي هر کيلووات ساعت برق توليدي در نيروگاههاي هسته‌اي در حدود 0.39 سنت( معادل 31.2 ريال) برآورده شده است. بنابراين در صورتيکه هزينه‌هاي اجتماعي توليد برق را در ارزيابيهاي اقتصادي نيروگاههاي فسيلي و هسته‌اي منظور نمائيم قطعا قيمت تمام شده هر کيلووات ساعت برق در نيروگاه هسته‌اي نسبت به فسيلي بطور قابل ملاحظه‌اي کاهش خواهد يافت.
به هر حال نيروگاههاي فسيلي و هسته‌اي هر کدام داراي مزايا و معايب خاص خود مي‌باشند و ايجاد هر يک متناسب با مقتضيات زماني و مکاني هر کشور خواهد بود و انتخاب نهايي و تصميم گيري در اين زمينه مي‌بايست با توجه به فاکتورهايي از قبيل عوامل تکنولوژيکي ، ارزشي ، سياسي ، اقتصادي و زيست محيطي توأما اتخاذ گردد. قدر مسلم ايجاد تنوع در سيستم عرضه و تأمين انرژي از استراتژيهاي بسيار مهم در زمينه توسعه سيستم پايدار انرژي در هر کشور محسوب مي شود. در اين راستا با توجه به بررسيهاي صورت گرفته ، شوراي انرژي اتمي کشور مصمم به ايجاد نيروگاههاي اتمي به ظرفيت کل 6000 مگاوات در سيستم عرضه انرژي کشور تا سال 1400 هجري شمسي مي‌باشد.
چشم انداز
ساير ديدگاههاي اقتصادي در مورد آينده انرژي هسته‌اي حاکي از آن است که براساس تحليل سطح تقاضا و منابع عرضه انرژي در جهان ، توجه به توسعه تکنولوژيهاي موجود و حقايقي نظير روند تهي شدن منابع فسيلي در دهه هاي آينده، مزيتهاي زيست محيطي انرژي اتمي و همچنين استناد به آمار و عملکرد اقتصادي و ضريب بالاي ايمني نيروگاههاي هسته اي، مضرات کمتر چرخه سوخت هسته اي نسبت به ساير گزينه هاي سوخت و پيشرفتهاي حاصله در زمينه نيروگاههاي زاينده و مهار انرژي گداخت هسته اي در طول نيم قرن آينده، بدون ترديد انرژي هسته اي يکي از حاملهاي قابل دسترس و مطمئن انرژي جهان در هزاره سوم ميلادي به شمار مي‌رود.
در اين راستا شوراي جهاني انرژي تا سال 2020 ميلادي ميزان افزايش عرضه انرژي هسته‌اي را نسبت به سطح فعلي حدود 2 برابر پيش بيني مي‌نمايد. با توجه به شرايط موجود چنانچه از لحاظ اقتصادي هزينه‌هاي فرصتي فروش نفت و گاز را با قيمتهاي متعارف بين المللي در محاسبات هزينه توليد (قيمت تمام شده) براي هر کيلووات برق توليدي منظور نمائيم و همچنين تورم و افزايش احتمالي قيمتهاي اين حاملها (بويژه طي مدت اخير) را براساس روند تدريجي به اتمام رسيدن منابع ذخاير نفت و گاز جهاني مد نظر قرار دهيم، يقينا در بين گزينه‌هاي انرژي موجود در جمهوري اسلامي ايران ، استفاده از حامل انرژي هسته‌اي نزديکترين فاصله ممکن را با قيمت تمام شده برق در نيروگاههاي فسيلي خواهد داشت.
دانستنيهاي بمب اتم

بمب اتمي سلاحي است كه نيروي آن از انرژي اتمي و بر اثر شكاف هسته (فيسيون ) اتمهاي پلوتونيوم يا اورانيوم ايجاد مي شود .در فرآيند شكافت هسته اي ، اتمهاي ناپايدار شكافته و به اتمهاي سبكتر تبديل مي شوند .
نخستين بمب از اين نوع ، در سال 1945 م در ايالات نيو مكزيكو در ايالات متحده آمريكا آزمايش شد . اين بمب ، انفجاري با قدرت 19 كيلو تن ايجاد كرد ( يك كيلو تن برابر است با
انرژي اتمي آزاد شده 190 تن ماده منفجره تي . ان . تي ) انفجار بمب اتمي موج بسيار نيرومند پرتوهاي شديد نوراني ، تشعشعات نفوذ كننده اشعه گاما و نوترونها و پخش شدن مواد راديو اكتيو را همراه دارد . انفجار بمب اتمي چندين هزار ميليارد كالري حرارت را در چند ميليونيوم ثانيه ايجاد مي كند .
اين دماي چند ميليون درجه اي با فشار بسيار زياد تا فاصله 1200 متري از مركز انفجار به افراد بدون پوشش حفاظتي صدمه مي زند و سبب مرگ و بيماري انسان و جانوران مي شود . همچنين زمين ، هوا آب و همه چيز را به مواد راديو اكتيو آلوده مي كند .
بمب هاي اتمي شامل نيروهاي قوي و ضعيفي اند كه اين نيروها هسته يك اتم را به ويژه اتم هايي كه هسته هاي ناپايداري دارند، در جاي خود نگه مي دارند. اساسا دو شيوه بنيادي براي آزادسازي انرژي از يك اتم وجود دارد: 1- شكافت هسته اي: مي توان هسته يك اتم را با يك نوترون به دو جزء كوچك تر تقسيم كرد. اين همان شيوه اي است كه در مورد ايزوتوپ هاي اورانيوم (يعني اورانيوم 235 و اورانيوم 233) به كار مي رود.
براي توليد يك بمب اتمي موارد زير نياز است:
يك منبع سوخت كه قابليت شكافت يا همجوشي را داشته باشد.
دستگاهي كه همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.
راهي كه به كمك آن بتوان بيشتر سوخت را پيش از آنكه انفجار رخ دهد دچار شكافت يا همجوشي كرد.
در اولين بمب هاي اتمي از روش شكافت استفاده مي شد. اما امروزه بمب هاي همجوشي از فرآيند همجوشي به عنوان ماشه آغازگر استفاده مي كنند.بمب هاي شكافتي (فيزيوني): يك بمب شكافتي از ماده اي مانند اورانيوم 235 براي خلق يك انفجار هسته اي استفاده مي كند. اورانيوم 235 ويژگي منحصر به فردي دارد كه آن را براي توليد هم انرژي هسته اي و هم بمب هسته اي مناسب مي كند. اورانيوم 235 يكي از نادر موادي است كه مي تواند زير شكافت القايي قرار بگيرد.اگر يك نوترون آزاد به هسته اورانيوم 235 برود،هسته بي درنگ نوترون را جذب كرده و بي ثبات شده در يك چشم به هم زدن شكسته مي شود. اين باعث پديد آمدن دو اتم سبك تر و آزادسازي دو يا سه عدد نوترون مي شود كه تعداد اين نوترون ها بستگي به چگونگي شكسته شدن هسته اتم اوليه اورانيوم 235 دارد. دو اتم جديد به محض اينكه در وضعيت جديد تثبيت شدند از خود پرتو گاما ساطع مي كنند. درباره اين نحوه شكافت القايي سه نكته وجود دارد كه موضوع را جالب مي كند.
1 - احتمال اينكه اتم اورانيوم 235 نوتروني را كه به سمتش است، جذب كند، بسيار بالا است. در بمبي كه به خوبي كار مي كند، بيش از يك نوترون از هر فرآيند فيزيون به دست مي آيد كه خود اين نوترون ها سبب وقوع فرآيندهاي شكافت بعدي اند. اين وضعيت اصطلاحا «وراي آستانه بحران» ناميده مي شود.
2 - فرآيند جذب نوترون و شكسته شدن متعاقب آن بسيار سريع و در حد پيكو ثانيه (12-10 ثانيه) رخ مي دهد.
3 - حجم عظيم و خارق العاده اي از انرژي به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شكسته شدن هسته آزاد مي شود. انرژي آزاد شده از يك فرآيند شكافت به اين علت است كه محصولات شكافت و نوترون ها وزن كمتري از اتم اورانيوم 235 دارند. اين تفاوت وزن نمايان گر تبديل ماده به انرژي است كه به واسطه فرمول معروف mc2= E محاسبه مي شود. حدود نيم كيلوگرم اورانيوم غني شده به كار رفته در يك بمب هسته اي برابر با چندين ميليون گالن بنزين است. نيم كيلوگرم اورانيوم غني شده انداز ه اي معادل يك توپ تنيس دارد. در حالي كه يك ميليون گالن بنزين در مكعبي كه هر ضلع آن 17 متر (ارتفاع يك ساختمان 5 طبقه) است، جا مي گيرد. حالا بهتر مي توان انرژي آزاد شده از مقدار كمي اورانيوم 235 را متصور شد.براي اينكه اين ويژگي هاي اروانيوم 235 به كار آيد بايد اورانيوم را غني كرد. اورانيوم به كار رفته در سلاح هاي هسته اي حداقل بايد شامل نود درصد اورانيوم 235 باشد.در يك بمب شكافتي، سوخت به كار رفته را بايد در توده هايي كه وضعيت «زير آستانه بحران» دارند، نگه داشت. اين كار براي جلوگيري از انفجار نارس و زودهنگام ضروري است. تعريف توده اي كه در وضعيت «آستانه بحران» قرار داد چنين است: حداقل توده از يك ماده با قابليت شكافت كه براي رسيدن به واكنش شكافت هسته اي لازم است. اين جداسازي مشكلات زيادي را براي طراحي يك بمب شكافتي با خود به همراه مي آورد كه بايد حل شود.
1 - دو يا بيشتر از دو توده «زير آستانه بحران» براي تشكيل توده «وراي آستانه بحران» بايد در كنار هم آورده شوند كه در اين صورت موقع انفجار به نوترون بيش از آنچه كه هست براي رسيدن به يك واكنش شكافتي، نياز پيدا خواهد شد.
2 - نوترون هاي آزاد بايد در يك توده «وراي آستانه بحران» القا شوند تا شكافت آغاز شود.
3 - براي جلوگيري از ناكامي بمب بايد هر مقدار ماده كه ممكن است پيش از انفجار وارد مرحله شكافت شود براي تبديل توده هاي «زير آستانه بحران» به توده هايي «وراي آستانه بحران» از دو تكنيك «چكاندن ماشه» و «انفجار از درون» استفاده مي شود.تكنيك «چكاندن ماشه» ساده ترين راه براي آوردن توده هاي «زير بحران» به همديگر است. بدين صورت كه يك تفنگ توده اي را به توده ديگر شليك مي كند. يك كره تشكيل شده از اورانيوم 235 به دور يك مولد نوترون ساخته مي شود. گلوله اي از اورانيوم 235 در يك انتهاي تيوپ درازي كه پشت آن مواد منفجره جاسازي شده، قرار داده مي شود.كره ياد شده در انتهاي ديگر تيوپ قرار مي گيرد. يك حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را براي انفجار چاشني و بروز حوادث زير تشخيص مي دهد:
1 - انفجار مواد منفجره و در نتيجه شليك گلوله در تيوپ
2 - برخورد گلوله به كره و مولد و در نتيجه آغاز واكنش شكافت
3 - انفجار بمب
در «پسر بچه» بمبي كه در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر هيروشيما انداخته شد، تكنيك «چكاندن ماشه» به كار رفته بود. اين بمب 5/14 كيلو تن برابر با 500/14 تن TNT بازده و 5/1 درصد كارآيي داشت. يعني پيش از انفجار تنها 5/1 درصد ازماده مورد نظر شكافت پيدا كرد.
در همان ابتداي «پروژه منهتن»، برنامه سري آمريكا در توليد بمب اتمي، دانشمندان فهميدند كه فشردن توده ها به همديگر و به يك كره با استفاده از انفجار دروني مي تواند راه مناسبي براي رسيدن به توده «وراي آستانه بحران» باشد. البته اين تفكر مشكلات زيادي به همراه داشت. به خصوص اين مسئله مطرح شد كه چگونه مي توان يك موج شوك را به طور يكنواخت، مستقيما طي كره مورد نظر، هدايت و كنترل كرد؟افراد تيم پروژه «منهتن» اين مشكلات را حل كردند. بدين صورت، تكنيك «انفجار از درون» خلق شد. دستگاه انفجار دروني شامل يك كره از جنس اورانيوم 235 و يك بخش به عنوان هسته است كه از پولوتونيوم 239 تشكيل شده و با مواد منفجره احاطه شده است. وقتي چاشني بمب به كار بيفتد حوادث زير رخ مي دهند:
1 - انفجار مواد منفجره موج شوك ايجاد مي كند.
2 - موج شوك بخش هسته را فشرده مي كند.
3 - فرآيند شكافت شروع مي شود.
4 - بمب منفجر مي شود.
در «مرد گنده» بمبي كه در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر ناكازاكي انداخته شد، تكنيك «انفجار از درون» به كار رفته بود. بازده اين بمب 23 كيلو تن و كارآيي آن 17درصد بود.شكافت معمولا در 560 ميلياردم ثانيه رخ مي دهد.بمب هاي همجوشي: بمب هاي همجوشي كار مي كردند ولي كارآيي بالايي نداشتند. بمب هاي همجوشي كه بمب هاي «ترمونوكلئار» هم ناميده مي شوند، بازده و كارآيي به مراتب بالاتري دارند. براي توليد بمب همجوشي بايد مشكلات زير حل شود:دوتريوم و تريتيوم مواد به كار رفته در سوخت همجوشي هر دو گازند و ذخيره كردنشان دشوار است. تريتيوم هم كمياب است و هم نيمه عمر كوتاهي دارد بنابراين سوخت بمب بايد همواره تكميل و پر شود.دوتريوم و تريتيوم بايد به شدت در دماي بالا براي آغاز واكنش همجوشي فشرده شوند. در نهايت «استانسيلا اولام» دريافت كه بيشتر پرتو به دست آمده از يك واكنش فيزيون، اشعه X است كه اين اشعه X مي تواند با ايجاد درجه حرارت بالا و فشار زياد مقدمات همجوشي را آماده كند. بنابراين با به كارگيري بمب شكافتي در بمب همجوشي مشكلات بسياري حل شد. در يك بمب همجوشي حوادث زير رخ مي دهند:
1 - بمب شكافتي با انفجار دروني ايجاد اشعه X مي كند.
2 - اشعه X درون بمب و در نتيجه سپر جلوگيري كننده از انفجار نارس را گرم مي كند.
3 - گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن آن مي شود. اين كار باعث ورود فشار به درون ليتيوم - دوتريوم مي شود.
4 - ليتيوم - دوتريوم 30 برابر بيشتر از قبل تحت فشار قرار مي گيرند.
5 - امواج شوك فشاري واكنش شكافتي را در ميله پولوتونيومي آغاز مي كند.
6 - ميله در حال شكافت از خود پرتو، گرما و نوترون مي دهد.
7 - نوترون ها به سوي ليتيوم - دوتريوم رفته و با چسبيدن به ليتيوم ايجاد تريتيوم مي كند.
8 - تركيبي از دما و فشار براي وقوع واكنش همجوشي تريتيوم - دوتريوم ودوتريوم - دوتريوم و ايجاد پرتو، گرما و نوترون بيشتر، بسيار مناسب است.
9 - نوترون هاي آزاد شده از واكنش هاي همجوشي باعث القاي شكافت در قطعات اورانيوم 238 كه در سپر مورد نظر به كار رفته بود، مي شود.
10 - شكافت قطعات اروانيومي ايجاد گرما و پرتو بيشتر مي كند.
11 - بمب منفجر شود.

منابع :
برق هسته‌اي http://daneshnameh.roshd.ir
دانستنيهاي بمب اتم http://www.hupaa.com
بمب اتم babakmc2.blogfa.com