7: انرژی هسته ای
- Page ID
- 215795
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)حتی قبل از تولید بمب اتمی، دانشمندان و مهندسان شروع به فکر کردن در مورد امکان استفاده از انرژی آزاد شده توسط فرآیند شکافت برای تولید انرژی الکتریکی کرده بودند. در ایالات متحده، تنها 19.7 درصد از انرژی الکتریکی در سال 2016 توسط این انرژی هسته ای تولید شده است. این نسبت در برخی از کشورهای دیگر، به ویژه فرانسه و اسلواکی بیشتر است. متاسفانه تولید انرژی از شکافت اتمی بسیار گران تر از آن چیزی است که پیش از این انتظار می رفت. حتی در این روزها که قیمت های بالای سوخت های فسیلی وجود دارد، هنوز هم به سختی رقابتی است.
- 7.1: به اشتراک گذاری و نظارت بر فناوری هسته ای
- سازمان ملل متحد آژانس بین المللی انرژی اتمی (IAEA) را در سال 1957 تاسیس کرد. این گروه به عنوان دیده بان هسته ای جهان عمل می کند و سه هدف برای نظارت دارد: کمک به همه کشورهای عضو با استفاده صلح آمیز از فن آوری هسته ای بازرسی تاسیسات هسته ای برای اطمینان از عدم ساخت سلاح ها ارائه اطلاعات در مورد ایمنی مواد هسته ای.
- 7.2: تولید برق
- اگر سرعت وقوع شکافت را کنترل کنیم، می توان از واکنش های شکافت در تولید برق استفاده کرد. اکثریت قریب به اتفاق تمام سیستم های تولید برق همه از یک طراحی منطقی ساده پیروی می کنند.
- 7.3: قدرت دادن به ایالات متحده
- تولید برق می تواند یکی از دو منبع انرژی اولیه را شامل شود. به عنوان مثال، یک کشور از منابع غیر قابل تجدید مانند گاز طبیعی، نفت، زغال سنگ یا انرژی هسته ای برای تامین برق خانه ها و صنعت استفاده می کند. علاوه بر این، یک منطقه ممکن است انتخاب کند که منابع انرژی تجدید پذیر را برای پاسخگویی به نیازهای مصرف کنندگان خود ترکیب کند. نمونه هایی از این موارد شامل زیست توده، انرژی آبی، زمین گرمایی، باد و انرژی خورشیدی است.
- 7.4: تولید برق با استفاده از شکافت
- در سال 2017، نود و نه راکتور هسته ای در حال کار در ایالات متحده وجود داشت. اکثر این راکتورها در سمت شرقی کشور قرار دارند. هر سایت راکتور بین یک تا سه راکتور را در خود جای داده است. متوسط سن این راکتورهای هسته ای تقریبا سی و شش سال است. هر سال، واحدهای راکتور به دقت برای ایمنی بازرسی می شوند. علاوه بر این، راکتورهایی که نمی توانند اقدامات ایمنی را برآورده کنند یا قادر به ارتقا نیستند، در حالت خاموش قرار می گیرند.
- 7.5: راکتورهای انرژی هسته ای تجاری ایالات متحده
- در سال 2017، نود و نه راکتور هسته ای فعال در ایالات متحده وجود داشت. اکثر این راکتورها در سمت شرقی کشور قرار دارند. هر سایت راکتور بین یک تا سه راکتور را در خود جای داده است. متوسط سن این راکتورهای هسته ای تقریبا سی و شش سال است. هر سال، واحدهای راکتور به دقت برای ایمنی بازرسی می شوند. همچنین رآکتورهایی که نمیتوانند اقدامات ایمنی را رعایت کنند یا قادر به ارتقا نباشند، در حالت خاموش قرار میگیرند.
- 7.6: بودجه و صدور مجوز برای راکتورهای هسته ای تجاری ایالات متحده
- در حالی که راکتورهای هسته ای یک منبع باور نکردنی از انرژی بدون کربن هستند، مهم است که هزینه های مختلف و صدور مجوز مورد نیاز برای موفقیت چنین پروژه زیربنایی در مقیاس بزرگ را از ابتدا تا انتها ذکر کنیم. بزرگترین مانع در تامین مالی پروژه های هسته ای ناشی از هزینه های اولیه ساخت و ساز مورد نیاز برای جمع آوری این پروژه های زیربنایی است. تمام هزینه های اولیه تحت مسئولیت مالک پروژه قرار می گیرد، که می تواند یک تعهد عظیم باشد. قبل از صاحبان با
- 7.7: انرژی کارولینای جنوبی
- نیروگاه هستهای اوکانی در شهر سنکا، کارولینای جنوبی قرار دارد. این مرکز متعلق به شرکت Duke Energy است و توسط آن اداره می شود. این سه راکتور در اوایل دهه 1970 ساخته و سپس راه اندازی شد و هزینه تقریبی ساخت این سه واحد 1.96 میلیارد دلار (2007) بود. هر یک از این سه واحد 846 مگاوات (106 وات) انرژی در سال تولید می کند. در مجموع، ایستگاه هسته ای Oconee دارای حداکثر ظرفیت خروجی 2500 مگاوات انرژی در سال است.
- 7.8: حادثه هسته ای تری مایل آیلند
- حادثه ای که در جزیره تری مایل (Three Mile Island) رخ داد، ساخت و ساز نیروگاه های هسته ای جدید در ایالات متحده را متوقف کرد. بسیاری از شهروندان به طور کلی از انرژی هسته ای هراس داشتند و از انواع دیگر منابع انرژی حمایت می کردند.
- 7.9: فاجعه هسته ای چرنوبیل
- فاجعه چرنوبیل یک حادثه هستهای بود که در ۲۶ آوریل ۱۹۸۶ در نیروگاه هستهای چرنوبیل رخ داد. این بدترین فاجعه نیروگاه هسته ای در تاریخ محسوب می شود. ذوب شدن هسته ای در یکی از راکتورها باعث آتش سوزی شد که منجر به انتشار توده ای از مواد رادیواکتیو شد که در نهایت در سراسر اروپا گسترش یافت.
- 7.10: فاجعه هسته ای فوکوشیما
- در سال 2011، نیروگاه هسته ای فوکوشیما دایچی در ژاپن در اثر زلزله 9 ریشتری و سونامی ناشی از آن به شدت آسیب دید. سه راکتور در آن زمان به طور خودکار خاموش شدند، اما سونامی به سرعت ژنراتورهای اضطراری را پر کرد و برق پمپ هایی را که آب خنک کننده را از طریق راکتورها گردش می دادند قطع کرد. بخار با دمای بالا در راکتورها گاز هیدروژن تولید کرد که منفجر شد. در نتیجه مواد رادیواکتیو از عروق مهار آزاد شد.
- 7.11: حمل و نقل و ذخیره زباله های هسته ای
- مانند سایر فرایندهای صنعتی، تولید برق از انرژی هسته ای یا ساخت سلاح های هسته ای زباله ایجاد می کند. این ضایعات رادیواکتیو و شیمیایی سمی ناشی از استخراج و پردازش اورانیوم و همچنین از ذخیره یا پردازش مجدد سوخت راکتور مصرف شده است.
- 7.13: انواع اضافی راکتورهای هسته ای
- از سال 2017، ایالات متحده تنها از راکتورهای حرارتی آب سبک (LW) استفاده می کرد. شکافت هر دو راکتور آب جوش (BWR) و آب تحت فشار (PWR) را تأمین می کرد. برای اهداف تحقیقاتی، ایالات متحده از آب سنگین، تعدیل کننده گرافیت و راکتورهای نوترونی سریع استفاده می کند. ایالات متحده از راکتورهای گرافیت تعدیل شده یا خنک شده با فلز مایع برای اهداف تجاری استفاده نمی کند.
ابر قارچی ناشی از بمباران اتمی شهر ناکازاکی ژاپن در 9 اوت 1945، حدود 11 مایل (18 کیلومتر) بالاتر از مرکز بمب قرار گرفت. دامنه عمومی.