ساخت فناوری پیشران هسته‌ای کلید خورد

پیشران هسته‌ای چیست

پیشران، بخش محرک یک موتور است که با توجه به محل استفاده یا سوخت مصرفی آن طبقه‌بندی می‌شود. پیشران‌های هسته‌ای از سوخت‌های هسته‌ای غنی‌شده استفاده می‌کنند. پیشران هسته‌ای مورد استفاده در انواع کشتی‌ها و زیردریایی‌ها پیشران هسته‌ای دریایی نام دارد. سوخت‌های شیمیایی سنگین هستند و فضای زیادی را در کشتی‌ها و زیردریایی‌ها اشغال می‌کنند. از سوی دیگر، عمل سوختگیری باید با فواصل زمانی کم انجام شود و کشتی یا زیردریایی نمی‌تواند مسافت زیادی از محل سوختگیری فاصله بگیرد. مدت زمان زیر آب ماندن زیردریایی و سرعت آن هم با سوخت‌های فسیلی بسیار محدود می‌شود.

اهمیت کشتی‌های اتمی برای اقتصاد ایران

حدود 90 درصد تجارت کشورمان از طریق دریا انجام می‌گیرد و تقریبا همه نفت ایران با کشتی‌های نفتکش منتقل می‌شود. کشتی‌های باری و نفتکش ایرانی هر سال مسافت‌های زیادی می‌پیمایند. مسافت بندرعباس، مهم‌ترین بندر تجاری ایران تا بندر شانگهای در چین، 11 هزار کیلومتر است.

بنابراین، اگر سوخت هسته‌ای جایگزین سوخت فسیلی شود، می‌توان بازدهی سفرهای تجاری را به حداکثر رساند. ولی صبر کنید؛ آمار نشان می‌دهد که تاکنون فقط چهار کشتی اتمی تجاری در دنیا ساخته شده که در حال حاضر، فقط یکی از آنها مشغول فعالیت است. به نظر می‌رسد، تلاش کشورهای توسعه‌یافته بیشتر بر استفاده نظامی از فناوری هسته‌ای در دریا متمرکز است.

سال 1369/ 1990 تعداد کشتی‌های اتمی نظامی از تعداد نیروگاه‌های اتمی در سراسر دنیا بیشتر بوده، اما چرا کشورهای توسعه یافته تاکنون به‌صورت جدی استفاده از کشتی‌های تجاری اتمی را آغاز نکرده‌اند؟ نگاهی به طرز کار و نقاط قوت و ضعف کشتی‌های اتمی، پاسخ این سوال را روشن می‌کند.

پیشران هسته‌ای دریایی چیست و چگونه کار می‌کند

پیشران هسته‌ای دریایی، نیروی محرکه یک کشتی را تامین می‌کند. این وسیله با گرمای تامین شده توسط یک نیروگاه هسته‌ای کار می‌کند. نیروگاه هسته‌ای آب را به نقطه جوش می‌رساند و بخار آب توربین‌های بخار و توربوژنراتورها را به حرکت درمی‌آورد و از نیروی حاصل برای راه‌اندازی پیشران اتمی استفاده می‌شود.

کشتی یا زیردریایی اتمی یک نیروگاه هسته‌ای کوچک دارد که به دو قسمت مجزا تقسیم می‌شود. این کار، یک شبکه امن ایجاد می‌کند تا اگر یک قسمت نیروگاه از کار افتاد، قسمت دیگر بتواند کشتی را پیش ببرد. از آب برای انتقال گرمای ایجاد شده توسط نیروگاه به ژنراتورهای بخار استفاده می‌شود. آب در فشار معمولی در 100 درجه سانتی‌گراد به نقطه جوش می‌رسد ولی آب نیروگاه تحت فشار قرار می‌گیرد تا نقطه جوش آن بالاتر برود و انرژی بیشتری در خود ذخیره کند. برای انتقال آب داغ، دو سری پمپ در هر طرف نیروگاه قرار دارد.

بخار آب از آب دریای نمک‌زدایی شده تامین می‌شود. بخار از چندین دستگاه خشک‌کننده عبور می‌کند و سرانجام بخار خشک فوق داغ به دریچه اصلی می‌رسد.

کشتی‌های روسی، آمریکایی و انگلیسی از توربین‌های بخار برای تامین نیروی مورد نیاز موتور پیشران استفاده می‌کنند؛ در حالی که کشتی‌های فرانسوی و چینی از توربین بخار برای تولید برق استفاده می‌کنند و در مرحله بعد، برق تولیدی برای تامین نیروی پیشران مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بیشتر زیردریایی‌ها فقط یک رآکتور دارند، ولی زیردریایی‌های روسی از دو رآکتور بهره می‌برند. ناوهای هواپیمابر آمریکایی معمولا دو رآکتور دارند در حالی که ناو آمریکایی یو ـ اس ـ اس انترپرایز از هشت رآکتور استفاده می‌کرد. اکثر رآکتورهای دریایی از نوع رآکتور آب فشرده هستند، ولی آمریکا و روسیه ناوهای جنگی با رآکتور سریع خنک‌شونده فلز مایع هم تولید کرده‌اند.

تفاوت نیروگاه‌های اتمی زمینی با نیروگاه‌های دریایی داخل کشتی‌ها و زیردریایی‌ها

1 ـ نیروگاه‌های زمینی تا 1600 مگاوات برق تولید می‌کنند درحالی‌که برق تولیدی یک رآکتور پیشران دریایی از چند صد مگاوات برق فراتر نمی‌رود.

2 ـ رآکتورهای دریایی به دلیل اشغال فضای کمتر، باید کوچک باشند و در واحد فضا نیروی بیشتری تولید کنند. به عبارت دیگر، اجزای این رآکتورها باید فشار بیشتری را نسبت به رآکتورهای زمینی تحمل کنند. سیستم مکانیکی آنها نیز باید بتواند در شرایط نامساعد دریا بخوبی و بدون نقص کار کند.

3 ـ با توجه به این‌که سیستم دائم در حال حرکت است، سازوکار خاموش کردن رآکتور نمی‌تواند مانند رآکتورهای زمینی براساس جاذبه فعال شود و محور کنترل را در جایگاه خود رها کند.

4 ـ خوردگی ناشی از آب شور دریا هم یکی دیگر از موانعی است که نگهداری سیستم را با اشکال مواجه می‌کند.

5ـ سوخت یک رآکتور درحال حرکت در دریا از درجه غنی‌سازی بیشتری برخوردار است (یعنی تمرکز اورانیوم 235 آن از اورانیوم 238 بیشتر است). البته بعضی کشتی‌ها و زیردریایی‌ها با اورانیوم کمتر غنی شده کار می‌کنند و احتیاج به سوختگیری سریع‌تر دارند، ولی اکثر این پیشران‌ها با اورانیوم 20 درصد تا 96 درصد کار می‌کنند که اورانیوم 96 درصد مخصوص زیردریایی‌های جدید آمریکایی است. این درصد از غنی‌سازی باعث می‌شود، هسته رآکتور صدای بسیار کمی تولید کند که برای یک زیردریایی مزیت بسیار بزرگی محسوب می‌شود. اورانیوم با درصد غنای بالا بازدهی موتور را نیز افزایش می‌دهد و بر عمر آن می‌افزاید، ولی قیمت آن بسیار بالاتر است و خطرات بیشتری را متوجه محیط‌زیست می‌کند.

6 ـ نیروگاه اتمی دریایی باید بسیار قابل اعتماد باشد و به حداقل تعمیرات و نگهداری نیاز داشته باشد، زیرا تا هزاران کیلومتر از مقصد دور می‌شود.

7 ـ‌ یکی دیگر از چالش‌های مهم بر سر راه تولید پیشران‌های هسته‌ای در دریا طراحی میله‌های سوخت با مقاومت بسیار بالا در برابر آسیب‌های ناشی از تشعشعات هسته‌ای است. این میله‌ها ممکن است در طول زمان ترک بردارند و حباب‌های گاز درون آنها تشکیل شود. سوخت به کار رفته در رآکتورهای دریایی آلیاژ فلزی زیرکونیوم است، ولی در رآکتورهای زمینی معمولا از اکسید اورانیوم استفاده می‌شود.

تاریخچه استفاده از پیشران‌های هسته‌ای در کشتی‌ها، ناوهای جنگی و زیردریایی‌ها

آمریکا در دهه 1320/ 1940 برای اولین‌بار روی طراحی، توسعه و تولید رآکتورهای اتمی در کشتی‌ها و زیردریایی‌ها کار کرد. اولین نمونه طراحی شده از این رآکتورها سال 1332/ 1953 در آزمایشگاه ملی رآکتور در آیداهو با موفقیت آزمایش شد.

زیردریایی:

ـ اولین زیردریایی اتمی، یواس‌اس ناتیلوس ساخت آمریکا بود که در 1334/ 1955 به آب انداخته شد. شوروی هم سال 1337/ 1958 اولین زیردریایی اتمی خود را به دریا انداخت. نیروی اتمی، انقلابی در صنعت زیردریایی ایجاد کرد، چرا که تا قبل از آن زیردریایی‌ها می‌توانستند برای مدت محدود و با سرعت محدود زیر سطح آب حرکت کنند، ولی استفاده از انرژی اتمی، مدت زیر آب ماندن آنها را به طور نامحدود افزایش داد و سرعت زیردریایی ها را با سرعت کشتی‌ها برابر کرد.

ـ سال 1339/ 1960 زیردریایی یواس‌اس تریتون برای نشان دادن این توانایی زیردریایی‌ها کره زمین را دور زد.

ـ سال 1341/ 1962 نیروی دریایی ایالات متحده 26 زیردریایی اتمی فعال و 30 زیردریایی اتمی در دست ساخت داشت. ایالات متحده فناوری زیردریایی اتمی را در اختیار انگلستان قرار داد، درحالی‌که فرانسه، شوروی، هند و چین به طور مستقل در حال پیشبرد برنامه‌های زیردریایی اتمی خود بودند.

ـ بزرگ‌ترین زیردریایی‌های اتمی که تا امروز ساخته شده، زیردریایی‌های کلاس تایفون روسیه است که 26هزار و 500 تن وزن دارند. کوچک‌ترین ناوهای جنگی اتمی هم با وزن 2700 تن در اختیار فرانسه است.

کشتی‌های تجاری

ـ کشتی آمریکایی ان‌اس ساوانا که سال 1341/ 1962 ساخته شد، کشتی بسیار کوچکی بود که استفاده از آن صرفه اقتصادی نداشت و صرفا برای نشان دادن استفاده صلح‌آمیز از انرژی اتمی ساخته شده بود.

ـ کشتی آلمانی اوتوهان‌، یک کشتی باری ـ تحقیقاتی بود که یک میلیون و 200هزار کیلومتر را در 10 سال و در 126 سفر دریایی بدون هیچ‌گونه مشکل فنی طی کرد ولی استفاده از آن از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبود و پیشران آن از اتمی به دیزلی تغییر یافت.

ـ کشتی ژاپنی موتسو با مشکلات فنی و سیاسی مواجه شد. رآکتور آن، تشعشع زیادی پراکنده می‌کرد و ماهیگیران علیه فعالیت آن اعتراض کردند.

این سه کشتی از اورانیوم با غلظت پایین استفاده می‌کردند.

ـ سومورپوت یک کشتی روسی است که از سال 1391/ 2012 تنها کشتی تجاری در حال کار محسوب می‌شود و از اورانیوم 30 تا 90 درصد استفاده می‌کند.

کشتی‌های یخ‌شکن

ـ این کشتی‌ها برای حرکت در نواحی قطبی شمال روسیه ساخته شدند و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه هستند. کشتی یخ‌شکن لنین اولین یخ‌شکن اتمی جهان بود که سال 1338/ 1959 شروع به کار کرد و برای 30 سال به فعالیت خود ادامه داد تا این‌که سال 1349/ 1970 رآکتورهای جدید روی آن نصب شد.

ـ پس از موفقیت یخ‌شکن لنین، یخ‌شکن‌های بزرگ‌تر 23هزار و 500 تنی کلاس آرکتیکا ساخته شد و در 1975 مورد بهره‌برداری قرار گرفت. ان‌اس آرکتیکا اولین کشتی یخ‌شکن بود که به قطب شمال رسید.

ـ روسیه در نظر دارد، برای مناطق دورافتاده شرق این کشور نیروگاه‌های هسته‌ای شناور بسازد و آن‌ها را با کشتی‌های یخ‌شکن به آن نواحی ارسال کند. این کشور از بعضی ناوهای نیروی دریایی خود برای تامین برق شهری و صنعتی شرق و سیبری استفاده کرده است.

بیمه

بیمه کشتی‌های اتمی با بیمه کشتی‌های معمولی بسیار متفاوت است. پیامدهای یک سانحه برای این کشتی‌ها می‌تواند از مرزهای یک کشور فراتر رود و جبران ضرر و زیان ایجاد شده خارج از توانایی شرکت‌های بیمه باشد. یک توافق ویژه بین‌المللی در سال 1341/ 1962 مطرح شد (معاهده بروکسل برای مسئولان کشتی‌های اتمی) که طبق آن هر کشوری که کشتی اتمی با پرچم آن دچار سانحه شده باشد، مسئول جبران همه ضرر و زیان‌های ایجاد شده است. این معاهده هیچ‌گاه به تصویب نهایی همه کشورها نرسید چون کشورهای امضاکننده در باره شمول این قانون برای ناوهای جنگی به توافق نرسیدند.

مسعود توکلی

جام‌جم