تصویر ماهواره ای از نیروگاه فوکوشیما دایچی در شانزدهم مارچ ۲۰۱۱ بعد از اینکه زمین لرزه ای به بزرگی ۸٫۹ و در پی آن سونامی رخ داد که منجر به زنجیره ای از فجایع در این نیروگاه شد.

 نیروگاه اتمی بر مرزی بین بزرگترین آرزوهای بشری و عمیق ترین نگرانی های بشری ا برای آینده قرار گرفته است.از سویی انرژی اتمی انرژی پاکی را ارائه می دهد که ما را از دست قید و بندهای سوخت فسیلی رها می کند. از سویی دیگر تصاویری از فاجعه را نشان می دهد: مانند زلزله و سونامی که در ژاپن رخ داد و موجب آسیب به نیروگاهی شد که باعث انتشار جریان رادیواکتیو به بیرون از خود شد  یا منطقه ای خالی از سکنه دراطراف تابوت بتونی چرنوبیل.اما در درون نیروگاه انرژی هسته ای چه اتفاقی می افتد که این چنین دوگانه عمل می کند ؟ پریز برق خانه خود را تصور کنید که برای استفاده از هر وسیله برقی به برق محتاج اید برقی که از فرسنگ ها دورتر در نیروگاه انرژی هسته ای تولید شده است. با ژنراتوری مواجه اید که به وسیله توربینی کار می کند. قبل از آن، فورانی از بخار است که توربین را می چرخاند و در نهایت دسته ای از اورانیوم رادیواکتیو است که آب را گرم می کند تا آب به بخار تبدیل شود. پس به هسته اصلی رآکتور هسته ای خوش آمدید.آب در رآکتور به عنوان خنک کننده ای برای مواد رادیواکتیو نیزعمل می کند که از گرم شدن بیش از حد و ذوب آن جلوگیری می کند. در مارچ ۲۰۱۱، ناظران در اقصی نقاط جهان به خوبی دیدند که بعد از قوی ترین زمین لرزه ثبت شده و متعاقب آن سونامی که منجر به آسیب جدی به نیروگاه فوکوشیما دایچی و چندین واحد رآکتور هسته ای آن شد ده ها هزار نفر از شهروندان ژاپنی ساکن مناطق اطراف امکانات هسته ای فرار کردند. در این میان، آب از هسته رآکتور نشت کرد که کنترل دمای داخلی رآکتور آن را غیرممکن کرد که منجر به گرم شدن بیش از حد و ذوب جزیی هسته ای آن شد.اول مارچ ۲۰۱۱، ۴۴۳ رآکتور هسته ای در ۴۷ کشور مختلف در روی کره خاکی ما در حال کار بودند. در سال ۲۰۰۹ محاسبه شده  است که انرژی اتمی ۱۴ درصد از تولید برق جهان را برعهده دارد. اگر این تحلیل را به تفکیک در مورد کشورها بررسی کنیم شاهد رشد چشمگیری در این زمینه هستیم که کشور لیتوانی ۷۶٫۲ درصد و کشور فرانسه ۷۵٫۵ درصد از برق خود را از طریق انرژی هسته ای تامین می کنند. در ایالات متحده ۱۰۴ نیروگاه هسته ای ۲۰ درصد کل برق را تامین می کنند که بعضی ایالت ها بهره بیشتری از این خوان می برند.

شکاف هسته ای: قلب رآکتور

بر خلاف انرژی کهکشانی که از آن با عنوان هسته ای یاد می شود نیروگاه وابسته به انرژی اتمی متفاوت از نیروگاه زغال سنگ نیست. در هر دو آب گرم تحت فشار به بخار تبدیل می شود و ژنراتور توربینی را می چرخاند. تفاوت کلیدی بین دو نیروگاه روش گرم کردن آب است.در حالی که نیروگاه های پیشین که از سوخت های فسیلی استفاده می کنند در نیروگاه های هسته ای برای گرم کردن از شکاف هسته ای بهره بده می شود. هنگامی که یک اتم به دو اتم شکافته می شود انرژی آزاد می کند. شکاف هسته ای به طور طبیعی هر روز رخ می دهد. برای نمونه اورانیوم به طور مداوم متحمل شکاف خودبخودی با سرعت آهسته ای می باشد. این دلیل تابش تششع از عنصر است و دلیلی برای اینکه از این انتخاب طبیعی برای شکاف القایی در نیروگاه انرژی هسته ای بهره برداری شود.اورانیوم عنصر متداولی در زمین است و از زمانی که سیاره ما شکل گرفته است وجود داشته است. در حالی که چندین نوع اورانیوم وجود دارد اورانیوم ۲۳۵ (U-235) مهمترین عنصر ایزوتوپ دار برای تولید انرژی هسته ای و بمب های هسته ای است.اورانیوم ۲۳۵ به طور طبیعی با تششع آلفا رو به زوال است. ذره آلفا یا ویران می شود یا دو نوترون و دو پروتون باهم باند می شوند. عناصر کمی می توانند تحت شکاف القایی قرار بگیرند. نوترون آزاد باعث برانگیختن هسته اورانیوم ۲۳۵ می شود و هسته اورانیوم نوترون آزد را جذب می کند و برانگیخته و ناپایدار می شود و فورا شکافته می شود.

فرآیند برخورد نوترون با اورانیوم

درون نیروگاه هسته ای

به منظور اینکه شکاف هسته ای به انرژی الکتریکی تبدیل شود نیروگاه هسته ای باید انرژی آزاد شده توسط اورانیوم غنی شده را کنترل کند و امکان دهد تا آب را تا آنجا گرم کند تا به بخار تبدیل شود.اورانیوم غنی شده نوعا قرصی با ۲٫۵ سانتی متر طول است که هر یک تقریبا قطر مشابهی با یک سکه دارد. بعد قرص ها در میله هایی طویل آرایش یافته اند و میله ها باهم در دسته هایی جمع آوری می شوند. این دسته ها درون ظرفی در آب قرار داده می شوند. آب به عنوان خنک کننده عمل می کند. اورانیوم سرانجام گرم شده و ذوب می شود.برای اجتناب از گرم شدن بیش از حد، میله های شاهد از موادی ساخته شده اند که نوترون ها را جذب می کنند که به دسته اورانیومی وارد شده اند که از مکانیسمی استفاده می کنند که میله های شاهد را بالا یا پایین تر نسبت به میله اورانیومی قرار می دهند. بالا یا پایین بردن میله های شاهد به کاربران این امکان را می دهد تا سرعت واکنش هسته ای را کنترل کنند. هنگامی که کاربر می خواهد هسته اورانیوم گرمای بیشتری تولید کند، میله های شاهد بالاتر از دسته اورانیومی برده می شوند (بنابراین نوترون های کمتری را جذب می کنند). برای کاهش گرما آنها را نسبت به دسته اورانیوم پایین تر قرار می دهند. میله ها می توانند همچنین به طور کامل نسبت به دسته اورانیومی پایین تر قرار گیرند تا رآکتور در واقعه به دلیل حادثه یا تغییر سوخت خاموش شود.دسته اورانیومی به عنوان منبع گرمایی با انرژی فوق العاده بالا عمل می کند. آب را گرم می کند و به بخار تبدیل می کند. بخار توربین را به حرکت درمی آورد و ژنراتور را می چرخاند تا انرژی را تولید کند. بشر انبساط آب به بخار را برای صدهاسال مهار کرده است.در بعضی نیروگاه های هسته ای بخار از رآکتور از طریق رابط ثانویه ای مانند مبدل حدواسط گرمایی عمل می کند تا در زنجیره ای دیگر آب به بخار تبدیل شود و توربین را به حرکت درآورد. مزیت این طراحی این است که آب یا بخار رادیواکتیو هرگز با توربین در تماس نیست. همچنین در بعضی رآکتورها ماده خنک کننده موجود در تماس با هسته رآکتور گاز (دی اکسید کربن) یا فلز مایع (سدیم، پتاسیم) است: این مواد به رآکتورها امکان می دهند تا هسته آن با دمای بالاتری کار کنند.

کارخانه انرژی هسته ای