تحقیق بررسی سوخت هسته ای و فرآیند آن در 56 صفحه ورد قابل ویرایش 

پسماندهای هسته‌ای

]علی رغم سابقه به وضوح ایمن در طول نیم قرن گذشته، امروزه یکی از بحث برانگیزترین جنبه های چرخه سوخت هسته ای مسئله مدیریت و دفع پسماندهای پرتوز است[.

P1 مشکل ترین مسئله، پسماندهای سطح بالا هستند، و دو سیاست مختلف برای مدیریت آنها وجود دارد:

      ·        بازفرآوری سوخت مصرف شده برای جدا کردن آنها (که با شیشه ای کردن و دفع کردن آنها ادامه می یابد) یا

      ·        دفع مستقیم سوخت مصرف شده دارای پرتوزایی سطح بالا به صورت پسماند.

]پسماندهای هسته ای اصلی در سوخت راکتور سفالی محفوظ باقی می مانند[.

P2 همانطور که در فصل‌های 3و4 به طور خلاصه گفته شد، “سوزاندن” سوخت در قلب راکتور محصولات شکافتی تولید می کند به مانند ایزوتوپ های مختلف باریم، استرونسیم، نریم، ید، کریپتون و گرنون (Ba، Sr، Cs، I، Kr، Xe). بیشترین ایزوتوپ‌های شکل گرفته به صورت محصولات شکافت در سوخت به شدت پرتوزا هستند و متعاقباً عمرشان کوتاه است.

P3 علاوه بر این اتم های کوچکتر به وجود آمده از شکافت سوخت، ایزوتوپ‌های ترااورانومی مختلفی هم با جذب نوترون تشکیل می شوند. از جمله اینها پلوتونیوم- 239، پلوتونیوم- 240 و پلوتونیوم- 241[1]، به علاوه محصولات دیگری هستند که از جذب نوترون توسط u-2381 در قلب راکتور و سپس تلاشی بتا به عمل می آیند. همه اینها پرتوزا هستند و به غیر از پلوتونیوم شکافت پذیر که “می‌سوزد”، در سوخت مصرف شده ای که از راکتور برداشته می شود باقی می مانند. ایزوتوپ های ترا اورانیوم و دیگر اکتنیدها[2] بیشترین قسمت از پسماندهای سطح بالای با طول عمر زیاد را شکل می دهند.

P4 در حالی که چرخه سوخت هسته ای صلح آمیز، پسماندهای مختلفی تولید می‌کند، این پسماندها “آلودگی” به شمار نمی آیند، زیرا در عمل همه آنها نگهداری و مدیریت می شوند، در غیر این صورت است که خطرناک خواهند بود. در حقیقت توان هسته ای تنها صنعت تولید انرژی است که مسئولیت کامل همه پسماندهایش را برعهده گرفته و هزینه آن را به طور کامل بر قیمت تولیداتش اضافه می کند. وانگهی هم اکنون مهارت های به دست آمده در مدیریت پسماندهای غیر نظامی در حال شروع به اعمال شدن به پسماندهای نظامی است که یک مشکل محیط زیستی جدی در چند نقطه جهان ایجاد کرده است.

]پسماندهای پرتوزا مواد گوناگونی را شامل می شوند که از جهت محافظت مردم و محیط زیست اقدامات متفاوتی را طلب می کنند. مدیریت و دفع آنها از نظر فن آوری سر راست است[.

P5 این پسماندها براساس مقدار و نوع پرتوزایی موجود در آنها معمولاً به سه دسته تحت عنوان های پسماندهای سطح پایین سطح متوسط و سطح بالا دسته بندی می‌شوند.

P6 عامل دیگر در مدیریت پسماندها مدت زمانی است که آنها ممکن است خطرناک باقی بمانند. این زمان به نوع ایزوتوپ های پرتوزای موجود در آنها و به خصوص مشخصه نیمه عمر هر یک از این ایزوتوپ ها بستگی دارد. نیمه عمر مدت زمانی است که طی می شود تا یک ایزوتوپ پرتوزا نیمی از پرتوزائیش را از دست بدهد. پس از چهار نیمه عمر سطح پرتوزایی به  مقدار اولیه آن و پس از هشت نیمه عمر به  آن می رسد.

 بازفرآوری سوخت مصرف شده

]مهمترین دلیل برای بازفرآوری بیرون کشیدن اورانیوم و پلوتونیوم مصرف نشده از عناصر سوخت مصرف شده است. دلیل دوم کاهش حجم موادی است که به صورت پسماند سطح بالا دفع می شوند[.

P1 بازفرآوری از هدر رفتن مقدار قابل توجهی از منابع جلوگیری می کند زیرا بیشتر سوخت مصرف شده (اورانیومی با کمتر از 1% u-235 و اندکی پلوتونیوم) می‌تواند به صورت عناصر سوخت جدید بازیابی شود، که 30% اورانیوم طبیعی را که در غیر این صورت لازم بود ذخیره می کند. این اورانیوم و پلوتونیوم به سوخت اکسید مختلط تبدیل می شوند و یک منبع مهم هستند. سپس پسماندهای سطح بالای باقی مانده برای دفع‌شدن به صورت مواد جامدفشرده، پایدار و غیرقابل حلی تبدیل می‌شوند که دفعشان از مجموعه های حجیم سوخت مصرف شده آسان تر است.

P2 یک راکتور آب سبک 1000Mwe در حدود 25 تن سوخت مصرف شده در سال تولید می کند، تا به حال، پیش از 80000 تن از سوخت مصرف شده‌ی راکتورهای تولید برق تجاری بازفرآوری شده است و هم اکنون ظرفیت سالانه این کار حدود 5000 تن در سال است.

P3 مجموعه های سوخت مصرف شده ای که از یک راکتور خارج می شوند به شدت پرتوزا هستند و گرما تولید می کنند. به همین خاطر آنها در تانک‌هایی بزرگ یا حوضچه‌هایی از آب قرار داده، خنک می کنند و سه متر از آب روی آنها پرتوها را مهار می کند. آنها در این جا، که در محل راکتور یا در ایستگاه بازفرآوری است، چند سالی باقی می مانند تا سطح تابش آنها به طور چشمگیری کاسته شود. برای بیشتر انواع سوخت ها بازفرآوری در حدود 50 سال پس از تخلیه راکتور انجام می شود.

P4 سوخت مصرف شده ممکن است پس از خنک سازی اولیه، با استفاده از فلاسک‌های محافظ دار خاصی که تنها چند تن (مثلاً 6 تن) از سوخت مصرف شده را در خود جای داده اما حدود 100 تن وزن دارند، حمل و نقل شود. انتقال سوخت مصرف شده و دیگر پسماندهای سطح بالا به سختی مراقبت می شود.

P5 بازفرآوری سوخت اکسید مصرف شده مستلزم حل عناصر سوخت در اسید نیتریک است. سپس جداسازی شیمیایی اورانیوم و پلوتونیوم انجام می شود. Pu و u می توانند به ورودی چرخه سوخت بازگردانده شوند. (اورانیوم به مرحله تبدیل، پیش از غنی سازی دوباره و پلوتونیوم مستقیماً به مرحله ساخت سوخت). (در حقیقت به منظور بازیابی سوخت آنها اغلب در یک محل واحد هستند). مایع باقی مانده پس از بیرون کشیدن pu و u، پسماند سطح بالاست که شامل حدود 3% از سوخت مصرف شده است. این پسماند به شدت پرتوزاست و به تولید گرمای شدید ادامه می دهد.

P6 بازفرآوری‌های زیادی از دهه 1940، انجام شده است که عمدتاً برای مقاصد نظامی و به منظور بازیافت پلوتونیوم (از سوخت با سوزش burn up کم) برای جنگ افزارها، انجام شده است. در بریتانیا، حدود چهل سال است که عناصر سوخت فلزی حاصل از اولین نسل راکتورهای تجاری که با گاز خنک می شوند، در Sellafield بازفرآوری‌ می گردد. این کارخانه‌ی t/yr1500 با توجه به همراهی با رشد ایمنی، بهداشت و دیگر استانداردهای سامان دهی، با موفقیت توسعه داده شده است. از 1969 تا 1973 سوخت های اکسیدی هم در قسمتی از این کارخانه که به این منظور تغییر داده شده بازفرآوری‌ شدند. در 1994 یک کارخانه جدید بازفرآوری‌ اکسید حرارتی t /yr1200 ‏ (T HORP) برپا شد.