به گزارش خبرگزاری ایمنا، با گسترش بیوقفه بحران انرژی در سطح جهانی و تشدید روند تغییرات اقلیمی، نیاز به منابعی پاک، پایدار و کمانتشار بیش از هر زمان دیگری احساس میشود. در این میان، سوختهای هستهای بهعنوان گزینهای کمکربن و با بازدهی بسیار بالا مورد توجه فراوان قرار گرفتهاند. رویکردهای هستهای در دو شاخه اصلیِ شکافت و همجوشی طبقهبندی میشوند؛ از یک سو واکنش شکافت هستهای اورانیوم -۲۳۵ و پلوتونیوم -۲۳۹ در راکتورهای امروزی گرمای عظیمی تولید میکند و از سوی دیگر واکنش همجوشی ایزوتوپهای هیدروژن، یعنی دوتریوم و تریتیوم، میتواند انقلابی در صنعت انرژی پدید آورد. هر دوی این دستاوردها در کنار تولید مقدار قابلتوجه برق، آثاری فراتر از تأمین انرژی الکتریکی دارند که از کاهش چشمگیر انتشار گازهای گلخانهای تا بهبود امنیت انرژی در سطح ملی و بینالمللی را شامل میشود.
اورانیوم -۲۳۵ یکی از مهمترین سوختهای شکافتپذیر در صنعت هستهای است که کمتر از یک درصد محتوای اورانیوم طبیعی را تشکیل میدهد. با این حال، از طریق فرایند غنیسازی، سهم این ایزوتوپ افزایش یافته و سپس در میلههای سوخت راکتورها بهکار گرفته میشود. میزان انرژی آزاد شده از شکافت هر کیلوگرم اورانیوم -۲۳۵ معادل میلیونها برابر انرژی سوختهای فسیلی است و هیچگونه انتشار مستقیم دیاکسیدکربن ندارد. علاوه بر اورانیوم -۲۳۵، پلوتونیوم -۲۳۹ با بازیافت سوخت مصرفشده در راکتورهای شکافت تولید میشود؛ ایزوتوپی که بهعنوان سوخت ثانویه کارآمد به افزایش طول عمر چرخه سوخت و کاهش حجم پسماندهای رادیواکتیو کمک میکند. استفاده بهینه از این دو ایزوتوپ میتواند علاوه بر بهبود بازدهی راکتورها، در کاهش هزینههای سوخت و مدیریت پسماند نیز اثرگذار باشد.
در حوزه همجوشی هستهای، تمرکز اصلی بر روی دو ایزوتوپ دوتریوم و تریتیوم است؛ ایزوتوپهایی از هیدروژن که با ترکیب یکدیگر تحت شرایط دمای فوقالعاده بالا و درون میدانهای مغناطیسی قوی، انرژی فوقالعادهای آزاد میکنند. مهمترین مزیت همجوشی نسبت به شکافت، تولید بسیار محدود پسماند رادیواکتیو با طول عمر کوتاه است و دسترسی به منابع سوخت آن نیز تقریباً نامحدود محسوب میشود. هرچند فناوری همجوشی در مرحله تحقیق و توسعه قرار دارد و چالشهای فنی، اقتصادی و زیرساختی متعددی پیشرو دارد، اما امید برای بهرهبرداری صنعتی از آن هر روز افزایش مییابد. افزون بر دوتریوم و تریتیوم، هلیوم -۳ بهعنوان ایزوتوپ نادر هلیوم نیز پتانسیل بالایی در همجوشی دارد؛ این ایزوتوپ توانایی تولید انرژی پاک را با حداقل پسماند رادیواکتیو ارائه میدهد، اما تأمین و استخراج آن هنوز نیازمند پیشرفتهای تکنیکی و سرمایهگذاری کلان است.
چشمانداز پیشِرو نشان میدهد که تلفیق شکافت و همجوشی هستهای میتواند ستون فقرات تأمین انرژی پاک و پایدار را در دهههای آینده تشکیل دهد. توسعه راکتورهای نسل جدید با سوختهای اورانیوم -۲۳۵ و پلوتونیوم -۲۳۹ و حمایت از پروژههای تحقیقاتی همجوشی، بستری برای کاهش اتکا به سوختهای فسیلی فراهم میآورد و به کاهش انتشار دیاکسیدکربن کمک میکند. در کنار این فناوریها، مدیریت هوشمند چرخه سوخت، بازیافت پسماند و ایمنی جامع در طراحی راکتورها کلید جلوگیری از خطرات زیستمحیطی و افزایش مقبولیت اجتماعی است. سرمایهگذاری در زیرساختهای هستهای، تشویق صنایع دانشبنیان و تقویت همکاریهای بینالمللی در زمینه تحقیق و توسعه میتواند امنیت انرژی کشورها را تضمین کرده و در عین حال گامی مهم در جهت مقابله با تغییرات اقلیمی بردارد. در نهایت، انتخاب و مدیریت خردمندانه سوختهای هستهای، راه را برای دستیابی به آیندهای کمخطر، عاری از گازهای گلخانهای و مملو از انرژی مطمئن و پایدار هموار خواهد ساخت.
در سالهای اخیر و با تشدید بحران انرژی و ضرورت کاهش انتشار گازهای گلخانهای، سوختهای هستهای بیش از پیش بهعنوان منبعی مطمئن، پرتوان و کمانتشار مورد توجه قرار گرفتهاند. شناختهشدهترین کاربرد این سوختها در تولید برق، بهویژه در نیروگاههای هستهای است. در این نیروگاهها اورانیوم غنیشده یا پلوتونیوم بهصورت میلههای سوخت در قلب راکتور قرار میگیرد و از طریق واکنشهای شکافت هستهای، گرمای بسیار زیادی تولید میشود. این گرما موجب تبدیل آب به بخار میشود و بخار آب توربینها را بهحرکت درمیآورد تا با اتصال به ژنراتور، برق تولید شود. مزیت اصلی نیروگاههای هستهای در مقایسه با نیروگاههای سوخت فسیلی، نیاز به مقدار بسیار کمتر سوخت برای تولید همان مقدار انرژی، تولید زباله رادیواکتیو محدودتر و انتشار ناچیز گازهای گلخانهای است. از سوی دیگر، با افزایش قیمت منابع فسیلی و دشواریهای انتقال و ذخیرهسازی سوخت، بهرهگیری از راکتورهای هستهای بهعنوان راهکاری اقتصادی و پایدار برای تأمین برق مناطق پرجمعیت و شهرهای صنعتی مطرح شده است.
فراتر از تأمین برق شبکههای سراسری، انرژی هستهای نقش مهمی در حوزههای حملونقل دریایی و فضایی ایفا میکند. زیردریاییها و ناوهای دریایی نظامی با بهرهگیری از راکتورهای هستهای قادرند ماهها و حتی سالها بدون نیاز به سوختگیری سطحی در دریا بمانند، که این موضوع در مأموریتهای بلندمدت نظامی و تحقیقاتی اهمیت ویژهای دارد. همچنین در مأموریتهای فضایی، ژنراتورهای حرارتی رادیوایزوتوپ (RTG) با استفاده از فروپاشی پلوتونیوم -۲۳۸ گرما و برق تولید میکنند و میتوانند منابع انرژی ثابت و قابل اعتمادی برای فضاپیماها، کاوشگرها و ایستگاههای پژوهشی در محیطهای سرد و دور از خورشید فراهم آورند. علاوه بر این، یکی از کاربردهای حیاتی انرژی هستهای در تقویت امنیت آبی کشورهای ساحلی است؛ واحدهای نمکزدایی نیروگاههای هستهای با تأمین حرارت مورد نیاز فرایندهای تقطیر و تبخیر، میتوانند آب دریا را به آب قابل شرب تبدیل کرده و بحران کمآبی مناطق بیابانی و کمبارش را تا حد قابلتوجهی کاهش دهند.
در صنایع مختلف نیز ایزوتوپهای رادیواکتیو کاربردهای گستردهای یافتهاند که از بهبود کیفیت محصولات تا پایش فرایندهای تولیدی را دربرمیگیرد. در بخش پزشکی، رادیوداروها و دستگاههای تصویربرداری هستهای مانند PET و SPECT به تشخیص زودهنگام و دقیق بیماریها کمک میکنند و پرتو درمانی با ردیابهای پرتوی یونیزان، یکی از روشهای مؤثر در نابودی سلولهای سرطانی به شمار میرود. در کشاورزی و صنایع غذایی، تابش گاما برای ضدعفونی و افزایش ماندگاری محصولات به کار میرود؛ این روش بدون افزایش دمای مواد غذایی، باکتریها، قارچها و ویروسهای مضر را از بین میبرد و زمان ذخیرهسازی آنان را طولانیتر میکند. همچنین تکنیکهای موتاسیون هستهای در ایجاد گیاهان اصلاحشده با مقاومت بالا به آفات و تنشهای محیطی نقش کلیدی ایفا میکنند. از سوی دیگر، ایزوتوپهای ردیاب (Tracer) در خطوط لوله نفت، گاز و آب برای پیدا کردن نشتهای مخفی و بهینهسازی فرایندهای صنعتی و پتروشیمی استفاده میشوند که موجب صرفهجویی مالی و افزایش ایمنی میگردد.
چشمانداز آینده انرژی هستهای، تلفیق فناوریهای شکافت و همجوشی را نوید میدهد. در حوزه همجوشی هستهای، تحقیقات بر روی ایزوتوپهای دوتریوم و تریتیوم متمرکز است؛ این دو ایزوتوپ هیدروژنی در شرایط گرما و فشار بسیار بالا با ترکیب یکدیگر انرژی عظیمی آزاد میکنند و در عین حال تولید پسماند رادیواکتیو طولانیمدت ندارند. افزون بر این، هلیوم -۳ بهعنوان یک سوخت بالقوه در مطالعات همجوشی مورد توجه است؛ اگرچه استخراج آن دشوار است، اما باقابلیت تولید انرژی بسیار بالا و ضریب ایمنی بهتری همراه است. علاوه بر آن، گرمای جانبی واکنشهای شکافت و همجوشی میتواند در تولید هیدروژن پاک از طریق فرایند تجزیه آب (آبیگرمایی) به کار رود و هیدروژن بهدستآمده ضمن استفاده در پیلهای سوختی، بهعنوان ماده اولیه در صنایع شیمیایی به مصرف برسد. برای بهرهبرداری بهینه از این ظرفیتها، توسعه زیرساختهای تحقیقاتی، سرمایهگذاری در فناوریهای نوین، تقویت امنیت زنجیره تأمین سوخت هستهای و ارتقای استانداردهای ایمنی و مدیریت پسماندهای رادیواکتیو ضروری است. بدینترتیب، سوختهای هستهای نه تنها میتوانند به ستون فقرات تولید انرژی برق پاک تبدیل شوند، بلکه در صنایع متنوع و حوزههایی مانند تأمین آب و تولید هیدروژن سبز نیز نقش تعیینکنندهای ایفا خواهند کرد و ما را در مسیر دستیابی به آیندهای پایدار و کمخطر همراهی خواهند کرد.
نظر شما