1-3-1- راکتور

راکتور یک ساختار فلزی است که در آن سوخت هستهای، مادهی کند کننده نوترون و مادهی خنک‌کننده در کنار یکدیگر قرارگرفته‌اند. محدوده‌ی سوخت هسته‌ای یک راکتور که در آنجا واکنش هستهای رخ میدهد و انرژی گرمایی تولید می‌شود، قلب راکتور نام دارد. انرژی گرمایی تولیدشده در راکتور توسط ماده خنک‌کننده به یک مبدل گرمایی منتقل و در آنجا توسط بخارآب به توربین منتقل میشود. بخارآب بخشی از انرژی گرمایی خود را به پره‌های توربین منتقل کرده و محور توربین را به گردش درمی‌آورد. در شکل (1-1) اجزای یک راکتور (مشابه راکتور اتمی بوشهر) نشان داده شده است (www.articles.ir).
شکل 1-1- اجزای راکتور اتمی
راکتور هسته‌ای را یک ساختار بتنی به نام پوشش ایمنی احاطه کرده است تا در صورت بروز حادثه، از پخش مواد رادیواکتیو به محیط اطراف جلوگیری شود. در راکتورهای هستهای فرآیند شکافت هستهای به‌صورت کنترل‌شده انجام میگردد، به‌نحوی‌که مثلاً در اثر شکافت نیم کیلوگرم اورانیوم انرژی‌ای معادل 1500 تن زغال‌سنگ به دست میآید. در جهان راکتورهای مختلفی وجود دارند که بسیاری از آن‌ها برای تولید برق، برخی برای تولید رادیو ایزوتوپ‌ها و تحقیقات علمی و برخی آموزشی و تعدادی برای راندن کشتی‌ها و زیردریایی‌ها ساخته ‌شده است. ( کجوئیان جعفری، 1379 )

1-4- تاریخچه نیروگاه‌های اتمی
اولین راکتور اتمی در آمریکا به‌وسیله شرکت « وستینگهاوس » و به‌منظور استفاده در زیردریایی‌ها ساخته شد. این راکتور پایه اصلی و استخوان‌بندی فنّاوری فعلی نیروگاه‌های اتمی PWR 3 را تشکیل داد. سپس شرکت جنرال الکتریک موفق به ساخت راکتورهایی از نوع BWR 4 گردید. اما اولین راکتوری که اختصاصاً جهت تولید برق طراحی شد در ژوئن 1954 شهر “آبنینسک” در نزدیکی مسکو در کشور شوروی سابق احداث گردید که بیشتر جنبه نمایشی داشت. تولید الکتریسیته از راکتورهای اتمی در مقیاس صنعتی در سال 1956 در انگلستان آغاز گردید. تا سال 1965 روند ساخت نیروگاه‌های اتمی از رشد محدودی برخوردار بود اما طی دو دهه 1966 تا 1985 جهش زیادی در ساخت نیروگاه‌های اتمی به وجود آمده است. این جهش طی سال‌های 1972 تا 1976 که به‌طور متوسط هرسال 30 نیروگاه ساخته شد، بسیار زیاد و قابل‌توجه است ( Henderson, 2000 ). شکل (1-2) توزیع نیروگاه های اتمی تولید برق را در سطح جهان نشان میدهد. ( www.wikipower.ir )
شکل 1-2- توزیع نیروگاه‌های اتمی تولید برق در جهان
نیروگاه اتمی بوشهر
در تاریخ آذر 1353 قرارداد اولیه طراحی و ساخت دو واحد نیروگاه بین سازمان انرژی اتمی ایران و شرکت کرافت ورک اونیون5 آلمان منعقد گردید، محل ساخت آن در تاریخ اردیبهشت 1354 در 18 کیلومتری جنوب بندر بوشهر بین دو روستای هلیله و بندرگاه انتخاب گردید، در تاریخ تیر 1355 کار ساختمانی آن آغاز شد و در تاریخ 14 تیر 1355 قرارداد به امضای نهایی رسید.
با پیروزی انقلاب اسلامی عملیات ساخت این نیروگاه متوقف و در طول جنگ تحمیلی تأسیسات موجود چندین بار موردحمله هوایی واقع گردید. در مرداد 1377 بار دیگر این قرارداد مورد بازبینی کلی قرار گرفت و ساخت نیروگاه به شرکت اتم استروی اکسپورت روسی محول گردید.
راکتور این نیروگاه از نوع آب سبک تحت‌فشار با قدرت تولید انرژی الکتریکی 1000 مگاوات است. برای سوخت این راکتور از اورانیوم 235 (به‌صورت اکسید اورانیوم) استفاده میشود که تا حدود 3 درصد غنی‌شده است. برق تولیدشده در این نیروگاه به‌وسیله خطوط انتقال 400 کیلوولتی به شبکه سراسری منتقل میشود. کلیه ساختمان‌ها و تجهیزات نیروگاه در زمینی به مساحت تقریبی 200 هکتار قرارگرفته است.
شکل 1-3- نیروگاه اتمی بوشهر
راکتور نیروگاه هسته‌ای بوشهر توان تولید Mw3000 انرژی گرمایی را داشته و متشکل از یک پوسته از جنس فولاد کربنی است که با فولاد ضدزنگ پوشش داده‌شده است و درون آن قلب راکتور6، سپر حرارتی و نوترونی7، نگه‌دارنده قلب8، محافظ کانال‌های هادی9 قرارگرفته و توسط درپوش راکتور10 بسته می‌شود. آب که به‌عنوان کند کننده نوترون و خنک‌کننده استفاده می‌شود، توسط پمپ‌های مدار اول با فشار bar157 و حرارت C˚291 از طریق 4 نازل خط سرد11 وارد راکتور می‌شود و پس از برداشت حرارت از قلب راکتور با حرارت C˚321 از طریق 4 نازل خط گرم12 به سمت مولدهای بخار هدایت‌شده، و در آنجا با تبادل حرارت با آب مدار دوم بخار تولید می‌شود.
منبع تولید گرما، سوخت هستهای از نوع دی‌اکسید اورانیوم غنی‌شده با غنای % 02/4، % 62/3، % 4/2، % 6/1 می‌باشد. سوخت هسته‌ای به‌صورت قرص‌های استوانه‌ای به قطر 57/7 و ارتفاع 12 میلی‌متر ساخته‌شده که درون میله‌های سوخت قرار دارد. ( حسینی، 1386 )
1. قلب راکتور هسته‌ای
2. میله‌های کنترل سرعت سوخت
3. دیگ بخار
4. توربین بخار
5. موتوربرق
6. لوله‌های انتقال و پمپ آب برای رادیاتور داخلی
7. پمپ و مسیر انتقال آب برای تولید بخار
8. سیستم خنک‌کننده نهایی شکل 1-4- طرح نیروگاه اتمی بوشهر (www.articles.ir)
9. آب‌های آزاد
تعداد 311 میله سوخت با آرایش شش‌ضلعی، یک مجتمع سوخت را می‌سازند و تعداد 163 مجتمع سوخت در کنار هم قلب راکتور را تشکیل می‌دهند. مکانیزم تولید گرما، واکنش هسته‌ای شکافت اورانیوم و تبدیل آن به پاره‌های شکافت سبک‌تر است که همراه با آزاد شدن انرژی و تولید نوترون برای ادامه این زنجیره است. کنترل واکنش هسته‌ای و درنتیجه کنترل راکتور به کمک اسیدبوریک محلول در آب، به همراه میله‌های کنترل که به محرک‌های سیستم کنترل و حفاظت متصل است، انجام می‌شود. ( حسینی، 1386 )
خنک‌کننده نیروگاه اتمی بوشهر
علیرغم پیچیدگی فناوری یک نیروگاه هسته‌ای از نوع نیروگاه بوشهر، فرآیند تولید انرژی الکتریکی در نیروگاه هسته‌ای را می‌توان به‌طور ساده به سه مرحله کاملاً مجزا تقسیم نمود که در سه مدار مستقل شامل مدار اول، مدار دوم و مدار خنک‌کننده انجام می‌پذیرد.
مدار اول
شکافت اورانیوم غنی‌شده در راکتور، منبع تولید انرژی به‌صورت گرمایی است. این انرژی گرمایی توسط آب مدار اول که در یک مسیر بسته (چهار حلقه) جریان دارد به مولدهای بخار منتقل می‌شود. مولد بخار یک مبدل حرارتی است که آب مدار اول درون لوله‌های U شکل فولادی آن جریان دارد و آب مدار دوم در یک چرخه کاملاً مجزا با گردش در اطراف این لوله‌ها، ضمن برداشت حرارت به بخار تبدیل میشود. آب مدار اول پس از خروج از مولد بخار توسط پمپ مدار اول برای برداشت مجدد گرما به راکتور بازگردانده می‌شود.
مدار دوم
در مدار دوم، بخار تولیدشده در مولد بخار به توربین هدایت شده و در آن جا به انرژی مکانیکی تبدیل میشود (چرخش توربین به طور مستقیم ژنراتور نیروگاه را به حرکت درآورده، که منجر به تولید انرژی الکتریکی میشود). سپس بخار خروجی از توربین، به وسیله چگالنده به آب تبدیل شده و مجدداً برای تکمیل و تکرار این چرخه به مولد بخار بازگردانده میشود.

مدار سوم ( مدار خنک کننده )
برای چگالش بخار خروجی از توربین، آب دریا به عنوان خنک کننده، در یک مدار کاملاً مجزا از مدار دوم توسط چهار عدد پمپ به چگالنده هدایت میشود و پس از برداشت گرما، از طریق یک کانال روباز به طول تقریبی 290 متر و به دنبال آن چهار تونل 1200 متری در زیر بستر دریا، در عمق 7 متری به دریا باز میگردد. ( حسینی، 1386 )

شکل 1-5- کانال رو باز و تونل آب خروجی مدار خنک کننده

نیروگاه اتمی بوشهر و محیط زیست
امروزه از انرژی هستهای به‌عنوان یکی از رهیافت‌های زیست‌محیطی برای مقابله با افزایش دمای کره زمین و کاهش آلودگی محیط‌زیست یاد می‌شود. در حال حاضر نیروگاه‌های هستهای جهان با ظرفیت نصب‌شده فعلی توانسته‌اند سالانه از انتشار 8 درصد از گازهای گلخانه‌ای در فضا جلوگیری کنند.
لازم به ذکر است در نیروگاه‌های اتمی تمامی خروجی‌ها (گازها و مایعات) به محیط اطراف ازنقطه‌نظر رادیواکتیو و شیمیایی کنترل می‌شود و ملزم به رعایت نُرم‌ها و استانداردهای لازم می‌باشند، به‌طوری‌که در مسیر خروجی آب و گاز به محیط اطراف فیلترهای مختلفی وجود دارد که در آن‌ها رادیواکتیو به‌صورت خودکار و پیوسته و همچنین به‌صورت دستی و دورهای کنترل می‌شوند و تا رادیواکتیو آن‌ها به حد مجاز قابل‌خروج نرسد، در محیط رهاسازی نمی‌شوند.

آلودگی حرارتی
به‌طورکلی آلودگی آب عبارت است از هر تغییر فیزیکی ، شیمیایی یا بیولوژیکی که به‌طور مضر بر سلامت، بقا یا فعالیت‌های ارگانیسم‌های زنده اثر بگذارد یا این‌که محیط‌زیست را به‌صورت نامطلوب تغییر دهد. بنابراین یکی از عواملی که ممکن است سبب ایجاد آلودگی شود تغییر درجه حرارت است . ظرفیت گرمایی بالای آب، از موجودات زنده در مقابل نوسانات دما حمایت می‌کند و سبب می‌شود در بسیاری از فرایندهای صنعتی از آب به‌عنوان واسطه‌ی انتقال گرما استفاده شود ( چالکش امیری، 1381 ). در محفظه بخار، آب تبدیل به بخار می‌شود یعنی تغییر فاز وجود دارد، اما در بسیاری از موارد برای خنک کردن جریان‌های داغ و یا کاهش دمای قطعات گرم نیز از آب استفاده می‌شود. در چنین کاربردهایی، آب‌ خنک‌کننده ورودی، پس از تبادل حرارت، بدون آن‌که تغییر فاز دهد دمایش افزایش می‌یابد و به‌وسیله‌ی لوله تخلیه به محیط آبی بازگشت داده می‌شود. به‌طوری‌که در طی سال‌های اخیر یکی از عوامل مهم در تغییر و افزایش درجه حرارت آب دریاها بودهاند و توانستهاند تغییرات منطقهای در اکوسیستم‌ها به وجود آورند و منجر به بروز پدیده‌ای به نام آلودگی حرارتی یا آلودگی گرمایی شوند. ( جوکار، 1386 )
محققین مختلف تعاریف گوناگونی از آلودگی حرارتی ارائه نموده‌اند. ( اکبری، 1391 )
آلودگی حرارتی هر نوع انتقال حرارت نامطلوب به محیط‌زیست است که میتواند آلودگی حرارتی آبی ( پساب حاصل از زیرآب محفظه‌های بخار ، پساب خروجی از سیستم‌های خنک‌کننده ) و یا آلودگی حرارتی گازی ( بخار یا هوای داغ خروجی از سیستم‌های خنک‌کننده و گاز خروجی از اگزوزها ) باشد.
آلودگی حرارتی عبارت است از تغییر دما در یک مجموعه‌ی آب که معمولاً به‌وسیله‌ی فعالیت‌های بشر ایجاد می‌شود. منظور از تغییر دما، افزایش یا کاهش دما است . علت عمومی آلودگی حرارتی، کاربرد آب به‌عنوان خنک‌کننده ( بخصوص در نیروگاه‌ها ) است. اما آلودگی حرارتی معمولاً به‌واسطه‌ی رهاسازی آب خیلی سرد از منابع آبی عمیقی که پشت سدهای بزرگ قرار دارد نیز ایجاد می‌شود که می‌تواند اجتماع زیست‌محیطی پایین رود را تغییر دهد.
گسترده‌ترین تعریف آلودگی حرارتی عبارت است از تنزل یا کاهش کیفیت آب به‌واسطه هر فرایندی که دمای آب یک مجموعه را تغییر دهد.
آلودگی حرارتی از دو جنبه حائز اهمیت است. اول به دلیل تغییرات فیزیکی و شیمیایی که در آب ایجاد میکند و دوم به دلیل اثرات آن بر محیط‌زیست و زندگی آبزیان.
بسیاری از فاکتورهای فیزیکی آب تابع دما هستند. با افزایش دما، چگالی و لزجت کاهش مییابد که این خود باعث می‌شود که بر طبق قانون استوکس سرعت ته‌نشین شدن جامدات و رسوب‌گذاری افزایش یابد.

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

(1-2) v_t=(D^2 g)/18μ (ρ_s-ρ_f )
در فرمول (1-2)، v_t سرعت رسوب‌گذاری، D شعاع ذره، µ لزجت دینامیکی، g شتاب گرانش، ρ_s چگالی ذره جامد و ρ_f چگالی شاره است. (Shaker ,2005 )
همچنین با افزایش دما سرعت تبخیر طبق فرمول زیر افزایش می‌یابد. (Bigg ,2003 )
(1-3) E=c_E ρ_a u(q_s-q_a )
در فرمول (1-3)، E سرعت تبخیر ، c_E عدد بی‌بعد تقریباً برابر با 1.5×〖10〗^(-3) ، ρ_a چگالی هوا، u سرعت باد ، q_a رطوبت ویژه در 10 متری بالای سطح دریا و q_s رطوبت ویژه اشباع در سطح دریا جایی که هوا هم‌دمای سطح دریا است.
وقتی دمای سطح آب افزایش یابد، q_s افزایش‌یافته و درنتیجه E یعنی سرعت تبخیر زیاد میشود که با افزایش سرعت تبخیر، میزان شوری آب نیز افزایش خواهد یافت.
قابلیت انحلال گازها در آب به دمای آب بستگی دارد که این خود نقش اساسی در زندگی جانوران در آب ایفا میکند. بدون اکسیژن محلول کافی، بسیاری از انواع موجودات آبزی نمیتوانند به حیات خود ادامه دهند . اکسیژن محلول در آب در تجزیه مواد آلی موجود در آب نیز مؤثر است. به‌طوری‌که در بسیاری از موارد تلفات ماهی‌ها ناشی از کمبود اکسیژنی است که به دلیل مصرف اکسیژن در تجزیه‌ی بیولوژیکی مواد آلاینده ایجاد گردیده است.
همچنین حلالیت گازها متأثر از دما است و با افزایش دما کاهش مییابد. البته حلالیت اکسیژن در آب به فشار جزئی اکسیژن در اتمسفر و شوری آب نیز بستگی دارد. ( ماناهان، 1379 )
همچنین تغییرات دمای ناگهانی می‌تواند باعث کشته شدن برخی از موجودات آبزی شود. به‌طوری‌که گونه‌هایی که نمیتوانند حرکت کنند مثل گیاهان ریشه‌دار و صدف‌ها از بین خواهند رفت و گونه‌هایی که می‌توانند حرکت کنند مثل ماهی‌ها مهاجرت می‌کنند و ساختار اجتماع آبی دگرگون خواهد شد. برای مثال تنها جمعیت عظیم لاک‌پشت‌های دریایی در کالیفرنیا در قسمت جنوبی خلیج سان دیگو نزدیک محل تخلیه یک نیروگاه برق مشاهده‌شده است. (koh et al.,1974 )
یکی دیگر از آثار آلودگی حرارتی پدیده مرگ یا بی‌رنگ شدن مرجان‌ها است. (Systech Engineering Inc.,1997 )
آلودگی حرارتی سرعت متابولیسم موجودات آبزی را افزایش میدهد که باعث میشود غذای بیشتری مصرف کنند و کمبود منابع غذایی و کاهش سریع جمعیت آبزیان اتفاق بیفتد.
موجودات آبزی خود را با بازهی دمایی خاصی تطبیق داده‌اند که در اثر تغییر سریع دمای آب وقتی یک نیروگاه شروع به کار می‌کند و یا وقتی‌که برای تعمیر تعطیل میشود، دچار شک گرمایی شده و از بین میروند.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب(به صورت کاملا تصادفی و به صورت نمونه) 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-این مطالب صرفا برای دمو می باشد

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

اینجا کلیک کنید

علاوه بر مواردی که ذکر شد اثرات آلودگی حرارتی میتواند باعث افزایش نیتروژن آب و تغییر در دوره زندگی حشرات آبزی و افزایش سرعت رشد جلبک‌ها شود.
با توجه به اثری که کمیت دما و شوری در مواردی که ذکر شد دارد، به بررسی تغییرات دما و شوری در محل ورود پساب نیروگاه اتمی بوشهر به آب‌های ساحلی پرداخته خواهد شد.
1-8-1- تأثیرات آلودگی حرارتی
به‌طورکلی تمام موجودات زنده موجود در یک محیط خود را با شرایط موجود در آن محیط (مثل بازه دمایی موردنیازشان) وفق داده‌اند. موجودات آبزی نیز از این قاعده مستثنا نیستند. با افزایش دمای آب یک ناحیه (بیش‌ازحد تحمل جانداران موجود)، آن‌گونه از جانداران که قادر به حرکت نیستند، نظیر : گیاهان دریایی و نرم‌تنان صدف دار، خواهند مرد. ماهی‌ها و دیگر جاندارانی که قادر به تحرک سریع هستند به امید یافتن منطقه‌ای خنک‌تر، آن ناحیه را ترک میکنند.
واضح است که در یک دریاچه بسته این امکان وجود ندارد و این به معنی مرگ آن ماهی‌ها است. درنهایت موجودات دیگری که اغلب برای آن محیط ناخوشایند هستند واردشده و باعث برهم خوردن چرخه حیاتی و اکوسیستم آن ناحیه میشود.
آب‌های سرد به دلیل داشتن اکسیژن محلول در آب بیشتر، محیط‌های مناسب‌تری برای زندگی آبزیان میباشند. مثلاً ماهی قزل‌آلا و ماهی آزاد در آب گرم بیمار میشوند. در ضمن ارگانیزم‌های دیگری در آب گرم شروع به رشد و تکثیر می‌نمایند که متوالیا تأثیرات ناخوشایندی دارند : جلبک‌ها و نظیر آن‌ها در آب‌های گرم به‌سرعت رشد میکنند (که وجود آن‌ها در سطح آب مانع نفوذ اکسیژن و نور خورشید به آب شده و آلودگی آب را در پی دارد ). البته جلبک‌ها در آب گرم زودتر می‌میرند، اما مشکل با مرگ این نوع گیاهان حل نمیشود. باکتری‌هایی که آن‌ها را تجزیه میکنند به مقادیر زیادی اکسیژن نیاز دارند و این باعث میشود که مقادیر باقی‌مانده اکسیژن نیز از بین برود.
مرگ گیاهان آبزی موجود به همراه فرایند تجزیه شدن آن‌ها آن‌قدر در آب آلودگی ایجاد میکنند که ماهی‌هایی که میتوانستند در دمای بالا نیز زنده بمانند از بین میروند. ( شریعت و منوری، 1375 )
1-8-2- منابع تولید آلودگی حرارتی
آلودگی حرارتی اغلب با تخلیه فاضلاب‌های صنعتی همراه است. مهم‌ترین منابع آلاینده حرارتی، نیروگاه‌های برق ( فسیلی و هستهای )، آب‌شیرین‌کن‌ها، صنایع کاغذی و صنایعی هستند که دارای پسماندهای آلی بوده و بهوسیله اکسیداسیون مواد آلی، باعث آزاد شدن مقادیر زیادی حرارت میگردند. (جوکار ، 1386) اما مشکل گرم شدن رودخانه‌ها از مدیریت نامناسب سیلاب‌ها و آب باران در مناطق توسعه‌یافته، تغییر آب‌وهوای زمین ناشی از فعالیت‌های بشر و عدم حفاظت از پوشش گیاهی در مناطق ساحلی نیز ناشی میشود.
1-8-3- آلودگی آب و خاک در نیروگاه‌ها :
در نیروگاه‌ها، آب‌های مورداستفاده در بخش‌های مختلف به روش‌های گوناگون آلوده می‌شوند. این آلودگیها می‌تواند با رها شدن فاضلاب‌ها در آب‌های سطحی و یا نفوذ به آب‌های زیرزمینی موجب آلودگی در آن‌ها گردد. عمده آب استفاده‌شده در نیروگاه‌های حرارتی صرف خنک کردن می‌شود. این آب پس از جذب مقدار کافی حرارت و افزایش دمای آن به میزان 4 تا 8 درجه سانتی‏گراد به مبدأ خود بازمی‌گردد. آب‌خنک کننده تقریباً 60 تا 80 درصد انرژی سوخت را در قالب اتلاف حرارتی جذب می‌کند. نیروگاه‌هایی که با سیستم خنک‌کننده مداربسته طراحی نشده‌اند، برای تولید هر مگاوات ساعت الکتریسیته به 160 تا 220 مترمکعب آب نیاز دارند. نیروگاه‌ها، جدا از مصرف سیستم‌های آب خنک کننده شان، نیاز بسیار کمی به آب برای تغذیه و جبران بخار سیکل دارند. ( میزان مصرف آب ترمیمی در نیروگاه‌ها با برج تر حدود 2/3-7/2 مترمکعب بازاء هر مگاوات ‏ساعت و نیروگاه‌ها با برج خشک 200-170 لیتــر و سیکل‏هـای تـرکیبی معــادل 150-120 لیتـر بـازاء هر مگاوات‏ ساعت تولید می‏باشد ). ( جوکار، 1386 )

دسته بندی : پایان نامه

پاسخ دهید