بررسی سوخت هسته ای و فرایند آن

مقدمه

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 ۳و۴ 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- ۲۳۹، پلوتونیوم- ۲۴۰ و پلوتونیوم- ۲۴۱ ، 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  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.
P7 ایزوتوپ های پرتوزای مختلف نیمه عمرهایی دارند که از کسری از ثانیه تا دقیقه‌ها، ساعات یا روزها، حتی تا میلیون ها سال گسترده شده اند. پرتوزایی با گذشت زمان، همانطور که این ایزوتوپ ها به ایزوتوپ های پایدار غیر پرتوزا تلاش می کنند کم می شود.
P8 آهنگ تلاشی یک ایزوتوپ با عکس نیمه عمرش متناسب است. یک نیمه عمر کوتاه به معنای تلاشی سریع است. بنابراین، برای هر نوع پرتوزایی، شدت پرتوزایی بالاتر در یک مقدار ماده داده شده مستلزم کوتاه‌تر بودن نیمه عمر است.
P9 سه اصل کلی برای مدیریت پسماندهای پرتوزا بکار گرفته می شود:
•    تغلیظ و نگهداری concentrate-and-cantain
•    تضعیف و پراکنش dilute- and disparoe
•    تأخیر و تلاش delay-and-decay
P10 دو تای اول در مورد مدیریت پسماندهای غیر پرتوزا هم به کار می روند. پسماندها یا تغلیظ شده و سپس متروی می شوند، یا (برای مقادیر خیلی کم) تا سطح قابل قبولی تضعیف شده و سپس به محیط زیست باز گردانده می شوند. با این وجود تأخیر و تلاشی منحصر به مدیریت پسماندهای پرتوزاست و به این معنی است که پسماند ذخیره و اجازه داده می شود که پرتوزایی آن از طریق تلاشی طبیعی ایزوتوپ‌های موجود در آن کم شود.
]در چرخه سوخت هسته ای غیرنظامی توجگه اصلی بر پسماندهای سطح بالاست که حاوی محصولات شکافت و عناصر ترا اورانیومی تشکیل شده در قلب راکتور هستند[.