نیروگاه حرارتی
از اواخر قرن نوزدهم بشر برای
تولید الکتریسیته از نیروگاههای حرارتی استفاده میکند. در این نیروگاهها ابتدا
زغال سنگ مصرف میشد و بعدها فرآوردههای سنگین نفتی مورد استفاده قرار گرفت. اساس کار این نیروگاهها بر گرم کردن آب تا حالت بخار است و سپس بخارهای تولید شده توربینهای تولید کننده الکتریسیته را به حرکت در میآورند. عیب این نوع نیروگاهها تولید گاز کربنیک فراوان و اکسیدهای ازت و گوگرد و غیره است که در
جو زمین رها شده و محیط زیست را آلوده میکنند.
دانشمندان بر این باورند که در اثر افزایش این گازها در جو زمین
اثر گلخانهای بوجود آمده و دمای
کره زمین در حال افزایش است. در کنفرانسهای متعددی که درباره همین افزایش گازها و بویژه گرم شدن کره زمین در نقاط مختلف جهان برگزار شد (لندن ، ریو دوژانیرو و در کیوتو) غالب کشورهای جهان جز ایالات متحده آمریکا موافق با کم کردن تولید این گازها بر روی کره زمین بودند و تا کنون تنها به علت مخالفت آمریکا موافقتی جهانی حاصل نشده است.
نیروگاههای آبی
در مناطقی از جهان که رودخانههای پر آب دارند به کمک سد آبها را در پس ارتفاعی محدود کرده و از ریزش آب بر روی پرههای توربین
انرژی الکتریکی تولید میکنند. کشورهای شمال اروپا قسمت اعظم
الکتریسیته خود را از آبشارها و یا سدهایی که ایجاد کردهاند بدست میآورند. در کشور فرانسه حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد الکتریسیته را از همین سدهای آبی بدست میآورند. متأسفانه در کشور ما چون کوهها لخت (بدون درخت) هستند، غالب سدهای ساخته شده بر روی رودخانهها در اثر ریزش کوهها پر شده و بعد از مدتی غیر قابل استفاده میشوند.
نیروگاههای اتمی
در دهه اول و دوم قرن بیستم
نظریههای نسبیت انیشتین امکان
تبدیل جرم به انرژی را به بشر آموخت (فرمول مشهور انیشتین
E = mc2). متأسفانه اولین کاربرد این نظریه منجر به تولید
بمبهای اتمی در سال ۱۹۴۵ توسط آمریکا شد که شهرهای هیروشیما و ناکازاکی در ژاپن را به تلی از خاک تبدیل کردند و چند صد هزار نفر افراد عادی را کشتند و تا سالهای متمادی افراد باقی مانده که آلوده به
مواد رادیواکتیو شده بودند به تدریج در پی سرطانهای مختلف با درد و رنج فراوان از دنیا رفتند. بعد از این مرحله غیر انسانی از کاربرد فرمول انیشتین ، دانشمندان راه مهار کردن بمبهای اتمی را یافته و از آن پس نیروگاههای اتمی متکی بر پدیده شکست اتمهای اورانیم (تبدیل بخشی از جرم آنها به انرژی) برای تولید الکتریسیته ساخته شد.
اتمهای سنگین نظیر ایزوتوپ
235U و یا ایزوتوپ
239Pu در اثر ورود یک
نوترون شکسته میشود و در اثر این شکست ، ۲۰۰ میلیون الکترون ولت انرژی آزاد شده و دو تکه حاصل از شکست که اتمهای سبکتر از اورانیم هستند تولید میشود. اتمهای بوجود آمده در پی این شکست غالباً رادیواکتیو بوده و با نشر پرتوهای پر انرژی و خطرناک و با
نیم عمر نسبتاً طولانی در طی زمان تجزیه میشوند. این پدیده را شکست اتمها (Fision) گویند که بر روی اتمهای بسیار سنگین اتفاق میافتد.
در این فرآیند همراه با شکست اتم ، تعدادی نوترون بوجود میآید که میتواند اتمهای دیگر را بشکند، لذا باید نوترونهای اضافی را از درون
راکتور خارج کرد و این کار به کمک میلههای کنترل کننده در داخل راکتور انجام میگیرد و این عمل را مهار کردن راکتور گویند، که مانع از انفجار زنجیرهای اتمهای اورانیوم میگردد.
از آغاز نیمه دوم قرن بیستم ساخت نیروگاههای اتمی یا برای تولید الکتریسیته و یا برای تولید رادیو عنصر پلوتونیم که در
بمب اتم و
هیدروژنی کاربرد دارد، شروع شد و ساخت این نیروگاهها تا قبل از حوادث مهمی نظیر تری میل آیلند در آمریکا در سال ۱۹۷۹ میلادی و چرنوبیل در اتحاد جماهیر شوروی سابق در سال ۱۹۸۶ همچنان ادامه داشت و تعداد نیروگاههای اتمی تا سال ۱۹۹۰ میلادی از رقم ۴۳۷ تجاوز میکرد. بعد از این دو حادثه مهم تا مدتی ساخت نیروگاهها متوقف شد. در سال ۱۹۹۰ مقدار انرژی تولید شده در نیروگاههای صنعتی جهان از مرز ۳۰۰ هزار مگاوات تجاوز میکرد.
ولی در سالهای اخیر گویا حوادث فوق فراموش شده و گفتگو درباره تأسیس نیروگاههای اتمی جدید بین دولتها و صنعتگران از یکسو و دانشمندان و مدافعان محیط زیست آغاز شده است. بدیهی است اغلب دانشمندان و مدافعان محیط زیست مخالف با این روش تولید انرژی هستند و محاسبات آنها نشان میدهد که اگر قرار باشد تمام جهانیان از نیروگاه اتمی استفاده کنند. از یکسو احتمالاً تولید
پلوتونیوم از کنترل آژانس جهانی کنترل انرژی هستهای خارج خواهد شد و امکان دارد هر دیکتاتور غیر معقول و نا آشنا با مفاهیم علمی تعادل محیط زیست، دارای این سلاح خطرناک شود.
از سوی دیگر افزایش مواد زاید این نیروگاهها که غالباً رادیو ایزوتوپهای
137Cs و
90Sr و
239Pu است، سیاره زمین را مبدل به جهنمی غیر قابل سکونت خواهد کرد. با وجود این ، اخیراً ایالات متحده آمریکا مسائل فوق را فراموش کرده و برنامه ساخت نیروگاههای اتمی را مورد مطالعه قرار داده است. در کشورهای اروپایی نیز صنایع مربوطه و بویژه شرکتهای تولید کننده برق دولتهای متبوع خود را برای تأسیس نیروگاههای اتمی تحت فشار قرار دادهاند. ولی در این کشورها با مقاومت شدید مدافعان محیط زیست روبرو شدهاند. اما در کشورهای آسیایی ، در حال حاضر ۲۲ نیروگاه اتمی در دست ساخت است: تایوان ، چین ، هندوستان ، کره جنوبی ، ژاپن ، کره شمالی ایران و در کشورهای کمونیستی سابق ده نیروگاه در حال ساخت است: اوکـراین روسیه ، اسلواکی و رومانی.
مواد زاید نیروگاههای موجود و در حال بهره برداری از ۳۰۰ هزار تن در سال تجاوز میکند و تا سال ۲۰۲۰ که ۳۳ نیروگاه در حال ساخت کنونی است به بهره برداری خواهند رسید، مواد زاید رادیواکتیو و خطرناک از مرز ۵۰۰ هزار تن در سال تجاوز خواهد کرد. اگر اروپائیها و آمریکا و کانادا نیز ساخت نیروگاههای اتمی را شروع کنند، مواد زاید و رادیواکتیو جهان از حد میلیون تن در سال تجاوز خواهد کرد. باید توجه داشت که برای از بین رفتن ۹۹ درصد
رادیو اکتیویته این مواد باید حداقل ۳۰۰ سال صبر کرد.
نیروگاه متکی بر پدیده همجوشی هستهها
از اواسط قرن بیستم دانشمندان با جدیت فراوان مشغول پژوهش و آزمایش بر روی پدیده
همجوشی هستههای سبک هستند. در آغاز نیمه دوم قرن بیستم کشورهای غربی (آمریکا ، فرانسه و انگلستان و ...) و اتحاد جماهیر شوروی سابق ، از این پدیده برای مصارف نظامی و تولید
بمب هیدروژنی استفاده کرده و به علت ارزان بودن فرآوردههای نفتی ، کشورهای پیشرفته کمک مالی چندانی به دانشمندان برای یافتن وسیله کنترل بمب هیدروژنی نکردند و اکنون که قسمت اعظم ذخایر نفت و گاز مصرف شده ، به فکر ساخت نیروگاهی بر اساس پدیده پیوست اتمها افتادهاند که در آغاز به آن اشاره شد و در زیر اصول آن تشریح میشود.
بمب هیدروژنی
بمب هیدروژنی در واقع یک بمب اتمی است که در مرکز آن ایزوتوپهای سنگین هیدروژن (دوتریم D و تریتیم T و یا فلز بسیار سبک لیتیم Li) را قرار دادهاند. بمب اتمی به عنوان چاشنی شروع کننده واکنش است. با انفجار بمب اتمی دمایی معادل دهها میلیون درجه (K 10000000) در مرکز توده سوخت ایجاد میشود، همین دمای بالا سبب تحریک اتمهای سبک شده و آنها را با هم گداخت میدهد. در اثر گداخت و یا در واقع پیوست اتمهای سبک با یکدیگر انرژی بسیار زیادی تولید میشود.
این است که در موقع انفجار بمب هیدروژنی دو قارچ مشاهده میشود، قارچ اول مربوط به شکست اتمهای
اورانیوم یا پلوتونیوم است و قارچ دوم مربوط به پدیده پیوست اتمهای سبک با یکدیگر است که به مراتب از قارچ اول بزرگتر و مخربتر است. واکنشی که در خورشید اتفاق میافتد نتیجه پیوست اتمهای هیدروژن با یکدیگر است، دمای درونی خورشید دهها میلیون درجه است. دمای سطح خورشید ۶۰۰۰ درجه است).
در مرکز خورشید از پیوست اتمهای هیدروژن معمولی ایزوتوپهای دوتریم و تریتیم تولید میشود و سپس این ایزوتوپ به هم پیوسته شده و هسته اتم هلیوم را بوجود میآورند. این واکنشها انرژی زا هستند و در اثر واکنش اخیر 17.6 میلیون الکترون ولت انرژی تولید میشود. و این واکنشها همراه انفجار وحشتناک و مهیبی است که همواره در درون خورشید بطور زنجیرهای ادامه دارد و دلیل اینکه خورشید از هم متلاشی نمیشود، اثر نیروی گرانشی بر روی جرم بینهایت زیاد درون خورشید است.
وقتی که ذخیره هیدروژن خورشید تمام شود، زمان
مرگ خورشید فرا میرسد. (البته در ۵ تا ۶ میلیارد سال دیگر). در مقایسه نسبی اوزان ، در پدیده همجوشی ۴ برابر انرژی بیشتر از پدیده شکست اتمهای اورانیوم تولید میشود.
نیروگاه متکی بر پدیده همجوشی
در این پدیده همانطور که گفته شد اتمهای سبک با یکدیگر پیوست حاصل کرده و اتمی سنگینتر از خود بوجود میآورند، در واقع همان واکنشی است که در خورشید اتفاق میافتد ولی باید شرایط ایجاد آن را بدون کاربرد بمب اتمی بوجود آورد و بویژه باید آن را تحت کنترل درآورد. از دهه ۱۹۵۰ تا کنون دانشمندان سعی در بوجود آوردن دمایی در حدود میلیون درجه کرده تا واکنش پیوست را به نحو متوالی در این دما نگه دارند، دستگاهی که برای این کار ساختهاند توکاماک Tokamak نام دارد. تا کنون در آزمایشگاهها توانستهاند به مدت حداکثر ۴ دقیقه این واکنش را ایجاد و کنترل کنند.
در این دستگاه که در شکل نمایش داده شده است،
میدان مغناطیسی بسیار شدیدی ایجاد کرده و شدت جریان الکتریکی در حدود ۱۵ میلیون آمپر از آن عبور میکند(برق منزل شما 15 تا حداکثر ۹۰ آمپر است). در مرکز این دستگاه اتمهای سبک در اثر
میدان مغناطیسی و
الکتریکی ، حالت
پلاسما را خواهند داشت. (در روی زمین ما سه حالت از ماده را میشناسیم: جامد ، مایع و بخار ، ولی در داخل ستارگان یا خورشید ماده به صورت
پلاسما است، یعنی در این حالت هسته اتمها در دریایی از الکترونها غرق هستند.
در چنین حالتی اتمهای سبک آنقدر تحریک و نزدیک به هم شدهاند که در هم نفوذ میکنند و اتم جدیدی که
هلیوم است بوجود میآید. (ستارگان بسیار حجیمتر از خورشید دمای درونی بیش صدها میلیون و یا حتی میلیارد درجه است و در آنها اتمهای سنگینتر نظیر کربن ، ازت و اکسیژن باهم پیوست میکنند و عناصری مانند سلیسیوم و گوگرد و ... را بوجود میآورند.
مباحث مرتبط با عنوان
