اکتورهای هسته ای قدرت
در تاریخ کوتاه راکتورهای قدرت ، انواع مختلی از راکتور به منظور تولید بخار پیشنهاد شده است. در این فصل بحث منحصر به آن دسته از دستگاه‏های هسته ای مولد بخار می شود که در حال حاضر از آن ها استفاده می شود و یا در آینده از آن ها استفاده خواهد شد. به علت محدودیت منابع اورانیوم 235 صنعت هسته ای بدون شک متوجه راکتورهای زاینده می شود. راکتورهای موجود که ماده شکاف پذیر تولید نمی کنند به عنوان دستگاه های واسطه به کار روند تا اینکه بتوان راکتورهای زاینده را وارد بازار کرد. راکتور های هسته ای قدرت نقش تولید انرژی را به عهده دارند. [3]
امروزه ، گرمای تولید شده در راکتور های هسته ای قدرت ، بیشتر برای تولید انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده های دیگر می تواند شامل تولید گرمای مورد نیاز برای فرآیند های صنعتی ، نمک زدایی( شیرین سازی ) آب دریا ، تأمین حرارت منطقه ای در شهر های بزرگ و کوچک ، حرکت کشتی ها و مخصوصاً در زیر دریایی ها باشد.
انواع راکتور های قدرت
معمولا” راکتورهای قدرت را بصورت های مختلفی دسته بندی می کنند. که این دسته بندی ها می تواند بر اساس ، نوع عملکرد راکتور ، نوع خنک کننده ، نوع کند کننده ، نوع سوخت و …….. باشد.
بر اساس نوع خنک کننده می توان راکتورهای قدرت را بصورت زیر دسته بندی کرد : [3]
1) راکتور های آب سبک تحت فشار 3
2) راکتور های آب سبک جوشان 4
3) راکتور های خنک شونده با گاز5
4) راکتور های خنک شونده با آب سبک وکند کننده گرافیکی 6
5) راکتور های آب سنگین تحت فشار7
6) راکتور های زاینده سریع با فلز مایع8
7)راکتور های خنک شونده با مواد آلی9
راکتورهای آب سبک
اولین راکتور قدرت که در ایالات متحده به صورت تجارتی وارد بازار شد راکتورهای حرارتی بودند که در آنها آب سبک به عنوان کند کننده ، بازتابنده و خنک کننده استفاده می شد. به طوری که اشاره شد آب دارای خاصیت کند کنندگی عالی می باشد. به علاوه خواص ترمو دینامیکی آن به خوبی شناخته شده و به آسانی با هزینه کم تهیه می شود . از طرف دیگر بخار آب دارای فشار زیاد است. این بدان معنی است که راکتورهای با آب سبک ( LWR ) باید در فشارهای زیاد کار کنند. در حال حاضر دو نوع راکتور آب سبک مورد استفاده می باشد. راکتورهای آب تحت فشار (PWR) و راکتورهای آب جوشان (BWR) . هر دو نوع راکتور در ایالات متحده مورد استفاده می باشند و هر دو نوع راکتور، انرژی به قیمت ارزانتر از نیروگاه های فسیلی به وجود می آورند.
راکتور آب تحت فشار
این نوع راکتور اولین راکتوری است که به طور تجارتی در ایالات متحده توسعه و تکامل یافته است. این نوع راکتور نیز در کشتی ها و نیروی دریائی در سرتاسر دنیا به عنوان مولد نیرو به کار می رود.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

شکل(1-2 ) مقطع قلب راکتور از نوع تحت فشار را نشان می دهد. به طوری که در شکل نشان داده شده است آب با درجه حدود ? 550 وارد محفظه ی فشار می شود ، سپس از اطراف قلب به طرف پائین جریان پیدا کرده که می تواند به عنوان بازتابنده به کار رود ، بعد از داخل قلب به طرف بالا رفته در آنجا داغ می شود و بالاخره با درجه حرارت حدود ? 600 از محفظه خارج می شود. فشار آب در داخل یک راکتور PWR نوعی ، بین 2000 تا psia 2500 می باشد. در این فشار آب حداقل به مقدار زیاد به جوش نمی آید.
شکل 1-2) برشی از یک قلب راکتور آب تحت فشار[4]
از آنجا که آب در داخل راکتور به جوش نمی آید ، بخار برای توربین باید در خارج از راکتور تولید شود. تولید بخار در ناحیه داغ دستگاه های مولد بخار که دستگاه های انتقال حرارت تحت فشار می باشند تولید می شود. یک نوع مولد بخار معمولی در شکل(1-3) نشان داده شده است . آب خنک کننده تحت فشار داغ که از راکتور خارج می شود از پائین وارد مبدل حرارتی می شود و در داخل هزاران لوله U شکل وارونه به طرف بالا و پائین جریان پیدا می کند. سطوح خارجی این لوله ها با آب کم فشار و خنک تری که از چگالنده بر می گردد در تماس می باشد. حرارت آب داغ داخل لوله ها باعث به جوش آوردن آب و ایجاد بخار می شود. قسمت پائین دستگاه مولد بخار که در آن آب به جوش می آید دستگاه تبخیر نامیده می شود.
شکل 1-3) مولد بخار راکتور آب تحت فشار [4]
بخار مرطوب حاصل در دستگاه تبخیر در داخل دستگاه به طرف بالا حرکت کرده وارد قسمتی به نام طبل بخار می شود. بخار قبل از وارد شدن به توربین ها از دستگاه های جدا کننده رطوبت مختلف عبور می کند. نیروگاه های بزرگ راکتورهای تحت فشار دارای تا چهار مولد بخار می باشند و بخار با درجه حرارت ? 560 و فشارpsia 900 تولید می کنند . با این روش راندمان یک نیروگاه تحت فشار بین
32-33 درصد است.
از آنجا که آب مایع غیر قابل تراکمی است ، لذا تغییر جزئی در حجم خنک کننده منجر به تغییر فاحشی در فشار می شود که ممکن است اثر تخریبی زیادی روی دستگاه ها داشته باشد مثلا اگر به دلائلی حجم خنک کننده کاهش یابد موجب کاهش فشار شده درنتیجه قسمتی از آب در راکتور تبخیر می شود که این پدیده به نوبه خود باعث ذوب شدن بعضی از میله های سوخت می شود . برای جلوگیری از وقوع چنین حادثه ای در راکتور آب تحت فشار از دستگاه تنظیم کننده ی فشار1 استفاده می شود. دستگاه تنظیم کننده ی فشار مطابق شکل( 1-4 ) از یک محفظه تشکیل شده که حاوی بخار در قسمت فوقانی و آب در قسمت تحتانی است. در بالای محفظه یک دریچه پخش فشار و در پائین آن یک گرم کن قرار دارد که هر دو در نتیجه تغییر فشار به کار می افتد و یا از کار می ایستند و دستگاه به طریق زیر عمل می کند. مثلا فرض کنیم در نتیجه کاهش بار نیروگاه قدرت خروجی توربین کاهش می یابد. این امر باعث ازدیاد موقت درجه حرارت متوسط خنک کننده راکتور شده در نتیجه باعث جوشش آب در قلب و سپس افزایش حجم بخار خنک کننده می شود. این عمل باعث افزایش فشار بخار می شود در نتیجه مقداری بخار از دریچه بخار خارج می شود تا فشار مجددا به حالت قبلی برگردد. آب سرد از یکی از شاخه های خنک کننده به قسمت فوقانی دستگاه فشار پاشیده شده موجب تبدیل مقداری بخار به مایع می‏گردد. این عمل ، فشار را کاهش داده و از ازدیاد فشار جلوگیری به عمل می آورد. اگر بار الکتریکی افزایش یابد ، حجم خنک کننده کم شده و سطح آب در دستگاه فشار پائین می افتد. در این لحظه کاهش فشار باعث جاری شدن مقداری آب به داخل دستگاه فشار شده و از تغییر فشار جلوگیری میکند. در این موقع کاهش فشار، گرم کن ها را به کار انداخته کاهش فشار را نیز جبران می کند.[4]
شکل 1-4) دستگاه فشارنده راکتور تحت فشار[5]
قسمت های اصلی یک دستگاه تغذیه بخار یک راکتور تحت فشار در شکل(1-5) نشان داده شده است. دستگاه خنک کننده دارای چهار تلمبه برای چهار مدار بسته است لکن فقط از یک دستگاه فشار برای کل آنها استفاده می شود.
سوخت راکتورهای تحت فشار اکسید اورانیوم UO2 کمی غنی شده است (2 تا 4 درصد وزنی) که ماده سرامیکی سیاه رنگی است. اکسید اورانیوم به صورت قرص های استوانه ای محدب شکل کوچکی به قطر نیم اینچ و طول نیم اینچ قرار دارد. قرص ها در داخل استوانه غیر قابل نفوذ فولادی زنگ نزن یا زیر کالوی10 به طول 12 فوت قرار دارند.
در درجه حرارت کار قرص های سوخت انبساط پیدا می کنند و فضای خالی بین آن ها پر می شود.