تفاوت نیروگاه هسته ای و بمب هسته ای

تفاوت نیروگاه هسته ای و بمب هسته ای چیست؟
در بمب هسته ای، واکنش زنجیره ای کنترل نمی شود و این همان چیزی است که سلاح های هسته ای را بسیار وحشتناک و ویرانگر می کند.

کل واکنش زنجیره ای در کسری از ثانیه اتفاق می افتد و یک اتم به دو، چهار، هشت، شانزده و… اتم تقسیم می شود و در یک چشم بر هم زدن مقدار زیادی انرژی آزاد خواهد شد.

در نیروگاه هسته ای واکنش های زنجیره ای بسیار دقیق کنترل می شود تا سرعت نسبتاً آهسته ای داشته باشد. بدین ترتیب، انرژی به طور مداوم و طی سا ل ها یا دهه ها آزاد می شود.

هیچ واکنش زنجیره ای افسارگسیخته و کنترل نشده ای در نیروگاه هسته ای وجود ندارد.

نیروگاه هسته ای چگونه کار می کند؟
بسیار خوب، تا حالا دریافته ایم که چگونه از یک اتم انرژی بگیریم، اما انرژی که دریافت می کنیم، چندان مفید نیست، زیرا فقط مقدار زیادی گرما است!

چگونه می توانیم آن را به چیزی بسیار مفیدتر، یعنی برق تبدیل کنیم؟ یک نیروگاه هسته ای تقریباً مانند یک نیروگاه معمولی کار می کند، اما بیشتر از سوختن زغال سنگ، نفت، گاز یا سوخت های دیگر انرژی گرمایی تولید می کند.

گرمای تولیدی برای جوشاندن آب برای تولید بخار استفاده می شود که یک یا چند توربین بخار غول پیکر را که به ژنراتورهای مولد برق متصل است، می چرخاند.

نحوه کار نیروگاه هسته ای به صورت زیر است:

ابتدا، سوخت اورانیوم در راکتور (یک گنبد غول پیکر بتنی که در صورت منفجر شدن تقویت می شود) بارگیری می شود. در قلب (هسته) راکتور، اتم ها از هم جدا شده و انرژی گرما را آزاد می کنند، در واکنش هسته ای با کنترل دقیق، نوترون تولید می کنند و سایر اتم ها را نیز می شکنند.

میله های کنترل ساخته شده از موادی مانند کادمیوم و بور را می توان در راکتور بالا برد یا پایین آورد تا نوترون ها را خیس کرده و واکنش زنجیره ای را کُند یا تُند کند.

آب از طریق راکتور پمپاژ می شود تا انرژی گرمایی حاصل از واکنش زنجیره ای را جمع کند. به طور مداوم در اطراف یک حلقه بسته جریان دارد که راکتور را با یک مبدل حرارتی متصل می کند.

درون مبدل حرارتی، آب راکتور انرژی خود را به آب خنک تری که در یک حلقه بسته دیگر جریان دارد می دهد و آن را به بخار تبدیل می کند. استفاده از دو حلقه آب جدا و مبدل حرارتی کمک می کند تا آب آلوده به رادیواکتیویته در یک مکان دور از تجهیزات نیروگاه باشد.

بخار مبدل حرارتی به یک توربین منتقل می شود. وقتی بخار از کنار پره های توربین می گذرد، آن ها را با سرعت زیادی به حرکت در می آورد.

توربین در حال چرخش به یک ژنراتور برق متصل است و باعث چرخش آن می شود.

ژنراتور برق تولید می کند و برق به شبکه منتقل می شود.

آیا ممکن است نیروگاه هسته ای مانند بمب هسته ای منفجر شود؟
نقاشی رنگ روغن زیر اثر «چارلز بتینگر» (Charles Bittinger) و مربوط به انفجار هسته ای ناشی از آزمایش هسته ای در «آتول بیکینی» (Bikini Atoll) اقیانوس آرام در دهه 1950 است.

یکی از دلایل مخالفت بسیاری از مردم با انرژی هسته ای این است که فکر می کنند نیروگاه هسته ای مانند بمب های هسته ای است و هر لحظه ممکن است انفجاری رخ دهد و نابودی تمدن بشری را به دنبال داشته باشد.

درست است که نیروگاه هسته ای و بمب هسته ای هر دو مبتنی بر واکنش های هسته ای هستند که در آن اتم ها از هم جدا می شوند، اما این شباهت همین جا به پایان می رسد.

درجه های بسیار متفاوتی از اورانیوم در نیروگاه ها و بمب های هسته ای به کار می رود. بمب ها به اورانیوم 235 بسیار خالص (غنی شده) نیاز دارند که با حذف آلاینده ها از اورانیوم طبیعی ساخته می شود (به ویژه ایزوتوپ دیگر اورانیوم، یعنی اورانیوم 238).

تا زمانی که آلاینده ها از بین نروند، از بروز واکنش زنجیره ای هسته ای جلوگیری می کنند. نیروگاه ها، درصورتی که ماده دیگری به نام «کُندساز» (Moderator) به آن اضافه کنند، می توانند با اورانیوم با خلوص کمتر و بسیار معمولی کار کنند.

کندساز، که معمولاً از کربن یا آب ساخته می شود، به طور مؤثر اورانیوم با خلوص کمتر را «تبدیل» می کند، که این امر باعث می شود یک واکنش زنجیره ای اتفاق بیفتد.

اما اگر واکنش در داخل نیروگاه از کنترل خارج شود چه اتفاقی می افتد؟ اگر این اتفاق بیفتد، آنقدر انرژی آزاد می شود که راکتور بیش از حد گرم می شود و حتی ممکن است منفجر شود (البته یک انفجار نسبتاً کوچک و کاملاً معمولی، نه مانند یک بمب هسته ای وحشتناک).

در چنین شرایطی، کندساز می سوزد یا ذوب می شود، راکتور از بین می رود و واکنش هسته ای متوقف می شود. هیچ واکنش زنجیره ای مهارگسیخته ای وجود ندارد. بدترین وضعیت «فروگداخت» (Meltdown) نامیده می شود که در آن، راکتور ذوب می شود و یک قطره رادیواکتیو داغ تولید خواهد شد که به عمق زمین فرو می ریزد و منابع آبی را آلوده می کند.

انفجار عادی همچنین می تواند ابر ماده رادیواکتیو را به سمت آسمان پرتاب کند و باعث آلودگی هوا شود و منطقه وسیع در اطراف خود را آلوده کند.

اختلافات مهم دیگری نیز وجود دارد که از تبدیل نیروگاه های هسته ای به بمب های هسته ای جلوگیری می کند. به طور خاص، بمب های هسته ای باید کاملاً دقیق مونتاژ شوند (با نزدیک کردن مواد هسته ای به یکدیگر تا واکنش مناسب رخ دهد). این موارد در یک نیروگاه هسته ای انجام نمی شود.

نوع متفاوتی از نیروگاه هسته ای وجود دارد که «راکتور زاینده سریع» (Fast-breeder Reactor) نامیده می شود و با روشی متفاوت، در یک فرایندِ خودپایدارساز سوخت پلوتونیوم را تولید می کند.

واکنش زنجیره ای این راکتور بسیار نزدیک به آنچه است که در بمب هسته ای اتفاق می افتد. به همین دلیل است که یک راکتور زاینده سریع، از نظر تئوری می تواند از کنترل خارج شده و منجر به انفجار هسته ای شود.

در روزهای پس از انفجار انرژی هسته ای چرنوبیل در اوکراین در سال 1986، ابری از «فروریزه» (Fallout) رادیواکتیو در سراسر اروپا گسترش یافت. تصویر زیر ابر (ناحیه صورتی) را در دو، شش و ده روز پس از حادثه نشان می دهد.

توجه به این نکته مهم است که آنچه رخ داد یک انفجار معمولی بود که مواد رادیواکتیو را به هوا پرتاب می کرد و مشابهتی با بمب هسته ای نداشت.