مجله اینترنتی کهلیک مجله ای برای تمامی سلیقه ها (سبک زندگی، سرگرمی، سلامتی، آشپزی، گردشگری، علمی، آموزشی و ...)

انرژی هسته ای

۱۳۹۴/۱۰/۱۶ 495 بازدید
انرژی هسته ای
کد مطلب : 110717

مقدمه :
انرژي هسته اي
استفاده اصلي از انرژي هسته‌اي، توليد انرژي الكتريسته است. اين راهي ساده و كارآمد براي جوشاندن آب و ايجاد بخار براي راه‌اندازي توربين‌هاي مولد است. بدون راكتورهاي موجود در نيروگاه‌هاي هسته‌اي، اين نيروگاه‌ها شبيه ديگر نيروگاه‌ها زغال‌سنگي و سوختي مي‌شود. انرژي هسته‌اي بهترين كاربرد براي توليد مقياس متوسط يا بزرگي از انرژي الكتريكي به‌طور مداوم است. سوخت اينگونه ايستگاه‌ها را اوانيوم تشكيل مي‌دهد.
چرخه سوخت هسته‌اي تعدادي عمليات صنعتي است كه توليد الكتريسته را با اورانيوم در راكتورهاي هسته‌اي ممكن مي‌كند.
اورانيوم عنصري نسبتاً معمولي و عادي است كه در تمام دنيا يافت مي‌شود. اين عنصر به‌صورت معدني در بعضي از كشورها وجود دارد كه حتماً بايد قبل از مصرف به صورت سوخت در راكتورهاي هسته‌اي، فرآوري شود.الكتريسته با استفاده از گرماي توليد شده در راكتورهاي هسته‌اي و با ايجاد بخار براي به‌كار انداختن توربين‌هايي كه به مولد متصل‌اند توليد مي‌شود.سوختي كه از راكتور خارج شده، بعداز اين كه به پايان عمر مفيد خود رسيد مي‌تواند به عنوان سوختي جديد استفاده شود.فعاليت‌هاي مختلفي كه با توليد الكتريسيته از واكنش‌هاي هسته‌اي همراهند مرتبط به چرخه‌ سوخت هسته‌اي هستند. چرخه سوختي انرژي هسته‌اي با اورانيوم آغاز مي‌شود و با انهدام پسمانده‌هاي هسته‌اي پايان مي‌يابد. دوبار عمل‌آوري سوخت‌هاي خرج شده به مرحله‌هاي چرخه سوخت هسته‌اي شكلي صحيح مي‌دهد.

اورانيوم
اورانيوم فلزي راديواكتيو و پرتوزاست كه در سراسر پوسته سخت زمين موجود است. اين فلز حدوداً 500 بار از طلا فراوان‌تر و به اندازه قوطي حلبي معمولي و عادي است. اورانيوم اكنون به اندازه‌اي در صخره‌ها و خاك و زمين وجود دارد كه در آب رودخانه‌ها، درياها و اقيانوس‌ها موجود است. براي مثال اين فلز با غلظتي در حدود 4 قسمت در هر ميليون (ppm4) در گرانيت وجود دارد كه 60 درصد از كره زمين را شامل مي‌شود، در كودها با غلظتي بالغ بر ppm400 و در ته‌مانده زغال‌سنگ با غلظتي بيش از ppm100 موجود است. اكثر راديو اكتيويته مربوط به اورانيوم در طبيعت در حقيقت ناشي از معدن‌هاي ديگري است كه با عمليات راديواكتيو به وجود آمده‌اند و در هنگام استخراج از معدن و آسياب كردن به جا مانده‌اند.
چند منطقه در سراسر دنيا وجود دارد كه غلظت اورانيوم موجود در آنها به قدر كافي است كه استخراج آن براي استفاده از نظر اقتصادي به صرفه و امكان‌پذير است. اين نوع مواد غليظ، سنگ معدن يا كانه ناميده مي‌شوند.
- چرخه سوخت هسته‌اي (شكل هندسي) (عكس)

استخراج اورانيوم
هر دو نوع حفاري و تكنيك‌هاي موقعيتي براي كشف كردن اورانيوم به كار مي‌روند، حفاري ممكن است به صورت زيرزميني يا چال‌هاي باز و روي زمين انجام شود.

در كل، حفاري‌هاي روزميني در جاهايي استفاده مي‌شود كه ذخيره معدني نزديك به سطح زمين و حفاري‌هاي زيرزميني براي ذخيره‌هاي معدني عميق‌تر به كار مي‌رود. به‌طور نمونه براي حفاري روزميني بيشتر از 120 متر عمق، نياز به گودال‌هاي بزرگي بر سطح زمين است؛ اندازه گودال‌ها بايد بزرگتر از اندازه ذخيره معدني باشد تا زماني كه ديواره‌هاي گودال محكم شوند تا مانع ريزش آنها شود. در نتيجه، تعداد موادي كه بايد به بيرون از معدن انتقال داده شود تا به كانه دسترسي پيدا كند زياد است.

حفاري‌هاي زيرزميني داراي خرابي و اخلال‌هاي كمتري در سطح زمين هستند و تعداد موادي كه بايد براي دسترسي به سنگ معدن يا كانه به بيرون از معدن انتقال داده شوند به‌طور قابل ملاحظه‌اي كمتر از حفاري نوع روزميني است.

مقدار زيادي از اورانيوم جهاني از (ISL) (In Sitaleding) مي‌آيد. جايي كه آب‌هاي اكسيژنه زيرزميني در معدن‌هاي كانه‌اي پرمنفذ به گردش مي‌افتند تا اورانيوم موجود در معدن را در خود حل كنند و آن را به سطح زمين آورند. (ISL) شايد با اسيد رقيق يا با محلول‌هاي قليايي همراه باشد تا اورانيوم را محلول نگهدارد، سپس اورانيوم در كارخانه‌هاي آسياب‌سازي اورانيوم، از محلول خود جدا مي‌شود.
در نتيجه انتخاب روش حفاري براي ته‌نشين كردن اورانيوم بستگي به جنس ديواره معدن كانه سنگ، امنيت و ملاحظات اقتصادي دارد.
در غالب معدن‌هاي زيرزميني اورانيوم، پيشگيري‌هاي مخصوصي كه شامل افزايش تهويه هوا مي‌شود، لازم است تا از پرتوافشاني جلوگيري شود.

آسياب كردن اورانيوم
محل آسياب كردن معمولاً به معدن استخراج اورانيوم نزديك است. بيشتر امكانات استخراجي شامل يك آسياب مي‌شود. هرچه جايي كه معدن‌ها قرار دارند به هم نزديك‌تر باشند يك آسياب مي‌تواند عمل آسياب‌سازي چند معدن را انجام دهد. عمل آسياب‌سازي اكسيد اورانيوم غليظي توليد مي‌كند كه از آسياب حمل مي‌شود. گاهي اوقات به اين اكسيدها كيك زرد مي‌گويند كه شامل 80 درصد اورانيوم مي‌باشد. سنگ معدن اصل شايد داراي چيزي در حدود 1/0 درصد اورانيوم باشد.
در يك آسياب، اورانيوم با عمل سنگ‌شويي از سنگ‌هاي معدني خرد شده جدا مي‌شود كه يا با اسيد قوي و يا با محلول قليايي قوي حل مي‌شود و به صورت محلول در مي‌آيد. سپس اورانيوم با ته‌نشين كردن از محلول جدا مي‌شود و بعداز خشك كردن و معمولاً حرارت دادن به صورت اشباع شده و غليظ در استوانه‌هاي 200 ليتري بسته‌بندي مي‌شود.
باقيمانده سنگ معدن كه بيشتر شامل مواد پرتوزا و سنگ معدن مي‌شود در محلي معين به دور از محيط معدن در امكانات مهندسي نگهداري مي‌شود. (معمولاً در گودال‌هايي روي زمين).
پس‌مانده‌هاي داراي مواد راديواكتيو عمري طولاني دارند و غلظت آنها كم خاصيتي سمي دارند. هرچند مقدار كلي عناصر پرتوزا كمتر از سنگ معدن اصلي است و نيمه عمر آنها كوتاه خواهد بود اما اين مواد بايد از محيط زيست دور بمانند.

تبديل و تغيير
محلول آسياب شده اورانيوم مستقيماً قابل استفاده به‌عنوان سوخت در راكتورهاي هسته‌اي نيست. پردازش اضافي به غني‌سازي اورانيوم مربوط است كه براي تمام راكتورها لازم است.
اين عمل اورانيوم را به نوع گازي تبديل مي‌كند و راه به‌دست آوردن آن تبديل كردن به هگزا فلوريد (Hexa Fluoride) است كه در دماي نسبتاً پايين گاز است.
در وسيله‌اي تبديل‌گر، اورانيوم به اورانيوم دي‌اكسيد تبديل مي‌شود كه در راكتورهايي كه نياز به اورانيوم غني شده ندارند استفاده مي‌شود.
بيشتر آنها بعداز آن كه به هگزافلوريد تبديل شدند براي غني‌سازي در كارخانه آماده هستند و در كانتينرهايي كه از جنس فلز مقاوم و محكم است حمل مي‌شوند. خطر اصلي اين طبقه از چرخه سوختي اثر هيدروژن فلوريد (Hydrogen Fluoride) است.
از آنجائیکه انرژی هسته ای انتشار دی اکسید کربن را کاهش می دهد، به احتمال بسیار زیاد بهترین و امن ترین منبع تامین الکتریسیته در آینده خواهد بود. اما در این میان لازم است پیش از هر کاری سطح دانش عمومی مردم نسبت به عواقب ناشی از استفاده از سوخت های فسیلی بالاتر رود.
انرژی هسته ای نقش بسزایی در کاهش صدور دی اکسید کربن دارد و می تواند در آینده منبعی برای تولید الکتریسته به شمار رود. اما پیش از هر چیز این تکنولوژی باید در نبرد با افکار عمومی پیروز شود.

طبق تحقیقات به عمل آمده توسط IEA، انرژی هسته ای در مقایسه با منابع دیگر انرژی، دو مزیت مهم را داراست، عدم انتشار گازهای گلخانه ای و استفاده از اورانیوم به عنوان تنها منبع مورد نیاز، از مهمترین مزایای آن است.







































مزاياي انرژي هسته اي

يكي از مهمترين مزاياي نيروي هسته اي اين است كه مانع از بروز مشكلات محيطي متنوع ناشي از سوختهاي فسيلي، يعني زغال سنگ، نفت و گاز مي شود. اين مشكلات محيطي، احتمالا" از ساير زمينه هاي فعاليتهاي انساني فراتر مي رود.مشكلاتي كه از عموميت بيشتري برخوردارند عبارتند از: گرم شدن جهاني، كه هواي زمين را متغير ميكند، باران اسيد، كه جنگها را ويران كرده و ماهي ها را نابود ميكند؛ آلودگي هوا، كه هزاران نفر را هر ساله به كام مرگ مي كشاند و به اشكال مختلفي كيفيت زندگي ما را تنزل مي دهد ؛ اثرات مخرب حفر معدن براي زغال سنگ، و ريختگي نفت كه مضرات بسيار زيادي بر سيستم هاي اكولوژيك دارد.
گرم شدن جهاني:
سوختن سوختهاي فسيلي، مقادير قابل توجهي دي اكسيد كربن، مثلا" 7/3 تن براي هر تن زغال سنگ سوخته شده، توليد ميكند و دي اكسيد كربن موجود در جو، گرما را محصور ميكند و باعث افزايش دماي زمين مي شود. برآورد ميزان افزايش دما و نتايج آن، متفاوت است، اما، بالاخره اين اثرات، اهميت زيادي دارند. كشاورزي، به وضعيت آب و هوا، بسيار حساس است، و در نتيجه شديدا" تحت تأثير قرار خواهد گرفت و در نتيجه، تغيير در محصولاتي كه نمي توان آنها را در مناطق مختلف پرورش داد، ضرورت مي يابد. دام، تحت تأثير مشكلات توليد مثل، بيماريها و كنترل آفات، قرار ميگيرد. به موازات تغيير منطقه رشد براي هرگونه از درختان، به جنگلها، فشار زيادي وارد ميكند و جمعيت حشرات، الگوهاي بيماريها، رقابت با گياهان ديگر، و عوامل مؤثر بر آتش سوزيها، تغيير مي يابد. سرانجام، يخچالهاي در حال ذوب، باعث بالا رفتن سطح آب دريا مي شوند. اين عمل باعث از بين رفتن زمينهاي غني، افزايش فراواني و شدت خسارات ناشي از تندبادها و نفوذ آب شور به زمين ها ميشود كه اثرات مهمي بر زندگي آبزيان (از جمله پرورش صدف) مي گذارد و در نتيجه، منجر به كمبود ذخائر آب شهري و آلودگي آبهاي زيرزميني مي شود. تأثيرات تغيير مسير طوفانها، بارندگي و الگوهاي وزش باد، هم مهم تلقي ميگردند.
مبحث گرم شدن جهاني، موضوع برخي از كنفرانسهاي بين المللي سطح بالا بوده و در آنها به دنبال رسيدن به يك توافق غيررسمي براي كاهش انتشار دي اكسيد كربن بوده اند كه طبق برآوردهاي انجام شده به كارگيري آن، حدود صدها ميليون دلار در هر سال براي اقتصاد برخي كشورها، هزينه در بر دارد.
باران اسيد:
سوختن سوختهاي فسيلي، مقادير زيادي دي اكسيد سولفور و گازهاي اكسيد نيتروژن آزاد ميكند كه در تركيب با رطوبت هوا، اسيدهايي توليد مي كند كه همراه باران، فرود مي آيند. اين تأثيرات، پيچيده و نتايج مربوط به آنها، قابل بحث است، اما شواهد كافي، مبني بر اينكه، در برخي موارد، باران اسيدي، درياچه ها را براي ماهيها، غيرقابل زينت ميكند و به جنگلها، آسيبهاي جدي مي رساند، وجود دارد.برخي از مهمترين مشكلات ناشي از باران اسيدي، سياسي هستند. برون فشاني كارخانه هاي نيروي زغال سوز در مركزآمريكاي غربي، دليل باران اسيد در شرق كانادا بوده و اين يك مبحث مهم سياسي در كانادا شده و از دلايل مهم مشكلات در روابط آمريكا – كانادا به شمار ميرود. اين وضعيت مشابه وضعيت اروپاست كه در آنجا برون فشاني هاي ناشي از سوخت زغال در بريتانيا، به درياچه ها و جنلگهاي اسكانديناوي و آلمان آسيب مي رساند.
آلودگي هوا:
در حاليكه گرم شدن جهان، فقط باعث اختلال اقتصادي مي شود و باران اسيدي فقط ماهيها و درختها را از بين مي برد، آلودگي هوا، منجر به مرگ مردم و بيمارهاي رنج آور ميگردد. تحقيقات گسترده اي به منظور پي بردن به فرايندهاي دخيل در اين مسئله و ارتباط بين اجزاء موثر در آن، انجام گرفته اما موفقيت چنداني نداشته اند. البته تأثيراتي كه بسياري از اجزاء دي اكسيد سولفور، اكسيدهاي نيتروژن، مونوكسيد كربن، ذرات ريز هيدروكربنها، اوزون، تركيبات آلي پايدار و فلزات سمي بر سلامت انسان دارند، تا حد زيادي شناخته شده اند، اما احتمالا"، اين تأثير ناشي از تركيب چند مورد از اينهاست. اين واقعيت كه اين تأثير در طول چند سال يا دهه، عميق تر مي شود مسئله را پيچيده تر مي كند و باعث بيماري و تاحدي ضعف مي شود كه منجر به مرگ مي شود، اما به طور واضح، به آلودگي هوا، ربط داده نمي شود. البته شواهد نشان ميدهند كه چيزي حدود 30000 مرگ در هر سال در آمريكا، از آلودگي هواي ناشي از برون فشاني حاصل سوختن سوخت هاي فسيلي كارخانه ها، رخ ميدهد. جايگزين كردن نيروي هسته اي به جاي اين سوختها، از اين مرگها، جلوگيري خواهد كرد و اگر از برق بيشتر براي حمل و نقل استفاده شود (مثلا" با ماشينهاي برقي)، نجات جان انسانها، آمار بيشتري خواهد داشت. بيماري انسان، بخش مهمي از تاواني است كه ما براي استفاده از سوختهاي فسيلي، مي پردازيم. خسارات اقتصادي ناشي از غيبت كارگران و يا كاهش كارايي حاصل از بيماري هم، مورد توجه مي باشند.
آلودگي هوا، باعث تغيير رنگ و يا و ارد آوردن خسارات به ساختمانها، كثيف شدن لباسها و در كل، ايجاد يك محيط كثيف مي شود كه تأثيرات بسيار ناخوشايندي بر كيفيت زندگي ما ميگذارد.
حفرمعادن زغال سنگ:
شصت درصد از زغال سنگ برخي كشورها از جمله آمريكا از طريق حفاري عميق به دست مي آيد كه برداشتن بالغ بر 200 فوت خاك را در بر دارد. قوانين و تلاشهاي خوبي براي احياي زمين انجام گرفته اما نتيجه مطلوبي در بر نداشته واغلب به زمين صدمات جدي وارد مي شود. چهل درصد باقيمانده زغال سنگ از معدنهاي زيرزميني به دست مي آيد و اين درصد، رو به افزايش است. نفوذ اسيد از اين معدنها به نهرهاي آب، باعث نابودي ماهيها و غيرقابل استفاده شدن آب براي آشاميدن، شنا يا بسياري از كاربردهاي صنعتي مي شود.
ريختگي نفت:
ريختن 40 هزار تني نفت در ساحل آلاسكا در سال 1989 حتي بعد از ده سال پاكسازي با هزينه چند ميليارد دلاري، هنوز هم اثرات بلند مدتي بر اكولوژي منطقه دارد. البته، ريختن هاي نفتي وسيعتري هم وجود داشته است، از جمله ريختن 305 هزار تني در ساحل توباگودر 1979 و يك ريختن 237000 تني كه بسياري از سواحل فرانسه در سال 1978 را ويران كرد.از تانكرهاي آمريكايي، به طور متوسط در هر سال چند صد هزار تن نفت سرريز مي شود. در هر نقطه زماني، صدها ميليون تن نفت توسط كشتيها حمل مي شود كه ريختن هاي اتفاقي را اجتناب ناپذير مي كند از يك چاه مكزيكي كه سرپوشيده است، در سال 1979، 700000 تن نفت به خليج مكزيك سرازير شده كه خسارات فراواني براي زندگي در برداشت.
منابع سوختي:
يكي ديگر از مزاياي نيروي هسته اي، ماهيت سوخت مصرفي آن است. نفت و گاز، سوختهاي اصلي براي گرمايش و حمل و نقل هستند و در اين موارد، جايگزين كردن سوخت ديگري به جاي آنها، مشكل است. ذخاير جهاني اين سوختها كم است، به حدي كه شايد براي مصرف كمتر از 100 كافي باشد، و احتمالا" قبل از اينكه ذخاير به پايان برسند، هزينه ها شديدا" افزايش خواهند يافت. از زغال سنگ مي توان براي توليد ذخاير بيشتر نفت و گاز، استفاده نمود اما موجودي آن هم اندك است. زغال سنگ، نفت و گاز، ماده خام اصلي براي تهيه پلاستيك و مواد شيميايي آلي هستند كه بدون آنها، جامعه تكنولوژيك، شديدا" با مشكل مواجه خواهد بود. بنابر اين، دلايل زيادي براي حفظ ذخاير سوختهاي فسلي وجود دارد. از طرف ديگر، اورانيم براي سوخت هسته اي، براي اهداف ديگر، ارزش چنداني ندارد، و در رآكتورهاي بارآور، به حد كافي براي تأمين نيازهاي انرژي جهاني براي ميلياردها سال، بدون افزايش قيمت الكتريسته و حداكثر تا يك درصد، وجود دارد.
مسائل مربوط به دفع ضايعات:
مدتهاست كه ما تحت آماج حملات تبليغاتي دربارة خطرهاي احتمالي ضايعات راديو اكتيو طولاني مدت رآكتورهاي هسته اي قرار گرفته ايم. اما اين ضايعات، مزيت بسيار مهم كم حجم بودن و مظروف شدن آسان براي دفن در اعماق زيرزمين را دارند. نتايج يك تحقيق كه در جدول يك نشان داده شده، تصريح ميكند كه ضايعات حاصل از سوختن زغال سنگ، از جمله آنهايي كه درون زمين به پايان مي رسند، بسيار خطرناكتر هستند.اينها شامل سرطان زاهاي شيميايي مثل بريليوم، كادميوم، آرسنيك، نيكل و كروميم مي شوند كه برخلاف ضايعات هسته اي، تا ابد، پايدار مي مانند. آنها شامل اورانيم هم مي شوند كه به عنوان يك ناخالص در زغال سنگ وجود دارد، در سطوح بالايي زمين پايان مي يابد و به عنوان يك منبع براي برون فشاني هاي تصادفي، عمل ميكند. در مقابل، نيروي هسته اي، اورانيم مصرف ميكند و بنابراين از مرگ حاصل از تماس با گاز راندون، ممانعت ميكند كه اين قضيه درجدول با علامت منفي نشان داده شده است.
بمبهاي هسته اي:
بحثهاي زيادي در مورد رابطه بين نيروي هسته اي و بمبهاي هسته اي، مطرح شده است، اگر چه اين رابطه در واقع بسيار ضعيف است. براي كشورها، راههاي آسانتر، سريعتر و ارزانتري براي توليد سلاحهاي هسته اي نسبت به استفاد از يك برنامه ريزي هسته اي وجود دارد. تمام مراكز سلاحهاي هسته اي بمبهايشان را مستقل از تاسيسات توليد برق، مي سازند و هر كشوري كه تمايل شديدي به داشتن سلاح هسته اي داشته باشد هم همين كار را ميكند. در اينجا، مشكل، اجتناب از ساختن سلاهاي هسته اي نيست، بلكه ايجاد زمينه براي عدم استفاده از آنهاست. يكي از صحنه هاي احتمالي براي استفاده از آنها، درجنگ بر سر نفت خواهد بود، چرا كه ذخاير جهاني در طول قرن 21، به سطح بي ثباتي رسيده است. منابع نفتي محدود هستند و عمدتا" در سرزمين ناپايدار سياسي خاورميانه قرار دارند، به همين دليل رقابت بر سر آن، شديد خواهد بود. جنگ خليج فارس در سال 1991، پيش درآمد جنگهاي جدي تر بود. به هر حال، الكتريسته مي تواند براي گرمايش، جايگزين نفت شود و ئيدروژن را به عنوان جايگزين نفت در حمل و نقل، توليد كند. بنابر اين، نيروي هسته اي، مزيت رفع نياز به نفت را دارد و به اين وسيله، يكي از دلايل مهم احتمالي براي استفاده از بمبهاي هسته اي را منتفي ميكند.
خطرات تصادفي:
عموم مردم شديدا" از حوادث رآكتوري، وحشت دارند و هميشه بر اثرات بدترين حادثه اي كه در يك تحقيق مورد ارزيابي قرار گرفته، اشاره ميكنند و هرگز توجهي به درجة احتمال چنين حادثه اي نمي كنند. در واقع، اغلب گفته مي شود كه احتمال، مهم نيست، آنچه مهم است، بدترين حادثة ممكن است. براي مواجهه با خطر حادثه به صورت صادقانه، بايد فهميد كه در نظر گرفتن احتمال، ضروري است. چرا كه چيزي تحت عنوان بدترين حادثه ممكن وجود ندارد – هر حادثه فرضي را مي توان با تعديل شرايط، عليرغم وجود احتمال كمتر، بدتر كرد. به عنوان مثال، از يكي از كاميونهاي بيشمارحمل گازوئيل كه در خيابانهاي ما تردد ميكنند، ممكن است در اثر يك تصادف، سوختي بريزد كه منجر به آتش سوزي شود كه كل شهر را ويران كند و ميليونها نفر را به كام مرگ بفرستند. اين حادثه نياز به جمع يكسري عوامل غير محتمل، مانند منجمد شدن لوله هاي آب براي فرو نشاندن آتش، بسته شدن خيابان براي عبور ماشينهاي آتش نشاني به دليل حوادث ديگر، لوله هاي گاز غير استاندارد كه گرماي آتش باعث نشت آنها مي شود، يك باد بسيار شديد كه آتش را به همه جهات مي كشاند، يك تغيير دماي شديد بعد از اينكه شهر طعمه حريق شده و باعث نزديك شدن دود به سطح زمين، مي شود، پلها و تونلهايي كه به دلايل مختلف راه فرار را بسته اند، خطا در اندرز دادن به مردم و غيره. وجود هر يك از اين وضعيتها، غيرمحتمل است، و درنتيجه تركيب تعداد زيادي از آنها و وقوع آنها به صورت متوالي بسيار غيرمحتمل است، اما غيرممكن نيست. اگر كسي فكر كند كه اين بدترين حادثه ممكن است، بايد احتمال حريقي را در نظر بگيرد كه به شهرهاي ديگر هم سرايت ميكند، و دليل آن اين است كه اين شهرها، بدون حفاظت رها شده اند، چرا كه آتش نشانهاي اين شهرها، به كمك شهر اول شتافته اند.
به عنوان يك مثال براي رقيب اصلي نيروي هسته اي، ( سوخت زغالي)، اين احتمال را در نظر بگيريد كه موادشيميايي مغناطيسي فراوان حاصل از آن، باعث رشد ويروسي شود كه انشان را به نابودي ميكشاند، ويروسي مانندHIV كه ميتواند مثل يك ويروس آنفولانزا به سرعت در همه جا پخش شود. پس چيزي به عنوان بدترين حادثه ممكن وجود ندارد و احتمال را بايد در نظر گرفت.
اين يكي ديگر از مزاياي مهم براي نيروي هسته اي است. اينكه احتمالات مشخص شده اند و درواقع بسيار كوچك هستند. بهترين راه نشان دادن اين مزيت، مقايسه خطرات نيروي هسته اي با ساير خطرات است اين به صورت درجة احتمال جان باختگي، كه ايجاد ميكنند، در جدول 2 نشان داده شده است.توجه داشته باشيد كه درصد بسيار زيادي از آلودگي هوا، به خاطر كارخانه هاي سوخت فسيلي است و ويراني سد، عمدتا" مربوط به توليد الكتريسته مي باشد. نفت و گاز طبيعي در آتش سوزيها سهيم هستند و گاز، يك عامل مهم در خفگي است. يكي از عوامل مهم خطرات مصرف انرژي، حفظ انرژي است كه باعث مي شود ما از ماشينهاي كوچكتر استفاده كنيم، كه اين خطراتي دارد كه در جدول شماره 2 مشخص است و در خانه هاي كوچكتر زندگي كنيم كه آلودگي هواي داخلي را افزايش مي دهد، اين نوع آلودگي امروزه مهمتر از آلودگي خارجي است. يكي از نمونه هاي اين مسئله، افزايش راندون در خانه هاست كه صدها برابر بيشتر از نيروي هسته اي، راديواكتيو دارد. از جدول شماره 2، ميتوان ديد كه حوادث هسته اي، مسئله مهمي نيستند و احتمال بسيار كم وقوع آنها يكي از مزاياي بزرگ نيروي هسته اي است. اين مزيت را شايد بتوان واضح تر نشان داد اگر بگوييم خطري كه يك آمريكايي متوسط را توسط يك برنامه نيروي هسته اي بسيار بزرگ تهديد ميكند، با خطر يك سيگاري معمولي كه در هر 15 سال يك سيگار اضافه ميكشد، يا خطر يك فرد چاق كه وزنش 12% اونس افزايش مي يابد و يا خطر افزايش سرعت مجاز بزرگ راههاي آمريكا از 55 به 006/55 مايل در هر ساعت، برابر است:






























تاريخچه بمب اتم
هانري بكرل نخستين كسي بود كه متوجه پرتودهي عجيب سنگ معدن اورانيم گرديدبس ازان در سال 1909 ميلادي ارنست رادرفوردهسته اتم را كشف كردوي همچنين نشان دادكه پرتوهاي راديواكتيودر ميدان مغناطيسي به سه دسته تقيسيم مي شود( پرتوهاي الفا وبتا وگاما)بعدها دانشمندان دريافتند كه منشاء اين پرتوها درون هسته اتم اورانيم مي باشد.
در سال 1938 با انجام ازمايشاتي توسط دو دانشمند ا لماني بنامهاي ا توها ن و فريتس شتراسمن فيزيك هسته اي پاي به مرحله تازه اي نهاد اين فيزيكدانان با بمباران هسته اتم اورانيم بوسيله نوترونها به عناصر راديواكتيوي دست يافتندكه جرم اتمي كوچكتري نسبت به اورانيم داشت او براي توصيف علت ايجاد اين عناصرليزه ميتنرو اتو فريش پديده شكافت هسته رادر اورانيم تو ضيح دادندودر اينجا بود كه نا قوس شوم اختراع بمب اتمي به صدا در امد.

U235 + n -> fission + 2 or 3 n + 200 MeV

زيرا همانطور كه مي دانيد هر فروپاشي هسته اورانيم0 ميتوانست تا 200 مگاولت انرژي ازاد كند وبديهي بود اگر هسته هاي بيشتري فرو پاشيده مي شد انرژي فراواني حاصل مي گرديد. بعدها فيزيكدانان ديگري نيز در اين محدوده به تحقيق مي پرداختند يكي ازانان انريكو فرمي بود( 1954 - 1901) كه بخاطر تحقيقاتش در سال 1938 موفق به دريافت جايزه نوبل گرديد. در سال 1939 يعني قبل از شروع جنگ جهاني دوم در بين فيزيكدانان اين بيم وجود داشت كه المانيهابه كمك فيزيكدانان نابغه اي مانند هايزنبرگ ودستيارانش بتوانند با استفاده از دانش شكافت هسته اي بمب اتمي بسازندبه همين دليل از البرت انيشتين خواستند كه نامه اي به فرانكلين روزولت رئيس جمهوروقت امريكا بنويسددر ان نامه تاريخي از امكان ساخت بمبي صحبت شد كه هر گز هايزنبرگ ان را نساخت. چنين شدكه دولتمردان امريكا براي پيشدستي برالمان پروژه مانهتن را براه انداختندو از انريكو فرمي دعوت به عمل اوردند تا مقدمات ساخت بمب اتمي را فراهم سازد سه سال بعددر دوم دسامبر 1942 در ساعت 3 بعد از ظهر نخستين راكتور اتمي دنيا در دانشگاه شيكاگو امريكا ساخته شد. سپس در 16 ژوئيه 1945 نخستين ازمايش بمب اتمي در صحراي الامو گرودو نيو مكزيكو انجام شد. سه هفته بعد هيروشيمادرساعت 8:15 صبح در تاريخ 6 اگوست 1945 بوسيله بمب اورانيمي بمباران گردييد و ناكازاكي در 9 اگوست سال 1945 در ساعت حدود 11:15 بوسيله بمب پلوتونيمي بمباران شدند كه طي ان بمبارانها صدها هزار نفر فورا جان باختند. انريكو فرمي (صف جلو نفر اول سمت چپ) و همكارانش در شيكاگو پس از ساخت نخستين راكتور هسته اي جهان به اميد انكه از راكتور هسته اي تنها در اهداف صلح اميز استفاده شود و دنيا عاري از سلاحهاي اتمي گردد
ليزه ميتنر مادر انرژي اتمي
ليزه در سال 1878 در يك خانواده هشت نفري بدنيا امد وي سومين فرزند خانواده بود باو جود تمامي مشكلاتي كه بر سر راه وي بخاطر زن بودنش بود در سال 1901 وارد دانشگاه وين شد و تحت نظارت بولتزمن كه يكي از فيزيكدانان بنام دنيا بود فيزيك را اموخت . ليزه توانست در سال 1907 به درجه دكتر نايل گردد و سپس راهي برلين گرديد تا در دانشگاهي كه ماكس پلا نك رياست بخش فيزيك ان را بر عهده داشت به مطالعه و تحقيق بپردازد بيشتر كارهاي تحقيقاتي وي در همين دانشگاه بود وي هيچگونه علاقه اي به سياست نداشت و لي به علت دخالتهاي روزن افزون ارتش نازي مجبور به ترك برلين گرديد ودر سال 1938 به يك انستيتو در استكهلم رفت . ليزه ميتنر به همراه همكارش اتو فريش اولين كساني بودند كه شكافت هسته را توضيح دادند انان در سال 1939 در مجله طبيعت مقاله معروف خود را در مورد شكافت هسته اي دادند وبدين ترتيب راه را براي استفاده از انرژي گشودند به همين دليل پس از جنگ جهاني دوم به ميتنر لقب مادر بمب اتمي داده شد ولي چون وي نمي خواست از كشفش بعنوان بمبي هولناك استفاده گردد بهتر است به ليزه لقب مادر انرژي اتمي داده شود.
بهبود انرژی
رویهمرفته ظرفیت تولید انرژی هسته ای از 368 گیگا وات در سال 2005 به 416 گیگاوات در سال 2030 خواهد رسید، اما این نرخ رشد پایین تر از میزان تقاضا خواهد بود.
تحت سناریوهای متفاوتی که تا به امروز با در نظر گرفتن سیاست های مسالمت آمیز دولتها از جانب IEA مطرح شده، انرژی هسته ای می تواند در نتیجه افزایش مقدار انرژی ترکیبی و کاهش میزان انتشار تا سال 2006 به 519 گیگاوات افزایش یابد.
IEA در این باره می گوید "انرژی هسته ای نگرانی های مربوط به تولید الکتریسیته ، تغییرات آب و هوایی و افزایش وابستگی به صادرات گاز را برطرف خواهد نمود."تقریبآ تمام فعالیت های بشری ایجاد موادی می کند که دیگر مورد نیاز نیست و باید با مدیریت صحیح جمع آوری شوند و از محیط زندگی دور شوند. این موضوع شامل جمع آوری زباله های منزل و پسماندهای کارخانه جات شده و تا زباله های اتمی و ... ادامه دارد.
اما زباله های اتمی به دلیل تشعشعاتی که دارند باید بطور خاص تحت نظر باشند و طی مراحل پیچیده از محیط دور شده و دفن شوند. واقعیت آن است که هنوز دانشمندان در حال بررسی روشهایی هستند که توسط آنها بتوانند در پروسه از بین بردن زباله های اتمی کمترین آسیب را به طبیعت وارد آورده، ریسک استفاده از این انرژی را کاهش دهند.
زباله های اتمی یا رادیواکتیو عمومآ پس از استفاده از مواد رادیواکتیو در نیروگاه ها، مصارف پزشکی و صنعتی و ... بدست می آید که معمولآ آنها را با توجه به میزان تشعشع به سه دست سطح پایین، متوسط و بالا (Low, Intermediat & High Level) تقسیم می کنند. این تقسیم بندی بر اساس قوانین بین المللی صورت گرفته و برای هر کدام از این دسته ها شرایط خاص جمع آوری و دفن تدبیر شده است.
Low-Leve : زباله های سطح پایین از نوع بی خطرترین مواد رادیواکتیو هستند که مدت زمان بسیار کوتاهی توانایی تشعشع دارند. لباس کارکنان درگیر با این مواد، ابزار و تجهیزات کاری آنها، فیلترها و ... از این دسته مواد هستند. این نوع از زباله ها نیازی به محافظت های مخصوص (Shield کردن) ندارند، اما آنگونه هم نیستند که مانند زباله های عادی با آنها برخورد شود. آنها معمولآ سوزانده می شوند و در عمق کم دریا یا خشکی دفن می شوند.
Intermediate-Leve : این دسته از زباله ها شامل موادی مانند پسابهای شیمایی، روکش فلزی سوختها و بسیاری از مواد زائد نیروگاههای اتمی هستند. این نوع مواد دارای عمر کوتاه تشعشع هستند اما لازم است که توسط پوشش های مخصوص محافظت یا Shield شوند، چرا که در عمر محدود خود تشعشع قابل توجه دارند، لذا این مواد را معمولآ در میان بلوک های بتون قرار می دهند و در مکانهای مخصوص انبار می کنند.
High-Leve : از نمونه این نوع از زباله ها می توان دقیقآ به تفاله های سوخت هسته ای رآکتورها اشاره کرد، که شرایط نگهداری بسیار سخت تر و پر هزینه تری دارند. آنها باید با پوشش های مخصوص، محافظت یا Shield شوند و سپس در دماهای زیر صفر در انبارهایی در عمق حد اقل 1.5 کیلومتری زمین نگهداری شوند. اما با وجود آنکه در نوشته های قبل کم و بیش راجع به موضوع تشعشع صحبت کردیم، بهتر است قبل از ادامه بحث، کمی بیشتر راجع به این موضوع صحبت کنیم.











تشعشع رادیواکتیو چیست؟
تشعشعات رادیواکتیو را در واقع می توان انتشار بی اختیار انرژی از برخی مواد یا بهتر بگوییم اتمهای ناپایدار دانست.
بسیاری از اتمهایی که در طبیعت وجود دارند و مواد اطراف ما را تشکیل می دهند از اتمهای با ثبات تشکیل شده اند، بگونه ای که چنانچه شرایط محیطی آنها تغییر نکند، آن مواد تا ابد به همان حالت می مانند. اما برخی از اتمها نیز وجود دارند که نمی توانند وضعیت خود را ثابت نگهدارند و به تاچار برای رسیدن به حالت تعادل شکسته می شوند و به اتمهای دیگری تبدیل می شوند. این اتمها در مرحل شکست از خود انرژی آزاد می کنند (به صورت اشعه یا ذره)، به موادی که از اینگونه اتمها تشکیل می شود مواد رادیواکتیو گفته می شوند. تشعشعات آنها هم تشعشعات رادیواکتیو نامیده می شود.
اورانیوم، توریوم یا پتاسیوم از جمله این مواد هستند که به اتم های سبکتر تبدیل می شوند. انرژی آزاد شده طی این پروسه تبدیل شامل امواج پر انرژی و نیز ذراتی است که با سرعت زیاد حرکت می کنند، هیچکدام از این ذرات یا امواج قابل دید نیستند.
لازم به ذکر است که برخی از اتم های عادی مانند کربن یا رادون با وجود پایدار بودن، دارای ایزوتوپ های ناپایدار هستند. این مواد بالقوه می توانند تشعشعات رادیواکتیو داشته باشند.
تشعشع در مواد رادیواکتیو بصورت طبیعی رخ می دهد و مدت زمانی که لازم است تا نیمی از اتمهای بی ثبات تبدیل به اتمهای پایدار شوند را نیم عمر آن ماده رادیواکتیو گفته میشود. نیمه عمر مواد رادیو اکتیو می تواند از چند میلی ثانیه تا چند صد هزار سال باشد.
انرژی بسیار زیاد
همانطور که مشخص است ذخیر کردن و از بین بردن مواد رادیواکتیو سطح بالا نیاز به مدیریت و تکنولوژی بالا دارد، اما مشخص ترین و ساده ترین کار ایزوله کردن به منظور جلوگیری از انتشار تشعشع و نیز سرد کردن آنها است. از زمان دست یابی به روشهای صحیحی ذخیره و دفن اولین زباله های اتمی، بیش از 40 سال است که می گذرد و کشورها ناچار هستند که همچنان آنها را در شرایط خاص نگهداری کنند.
حدود 30 گرم از یک زباله اتمی سطح بالا می تواند حدود 8000 کیلووات ساعت انرژی تولید کند. این مقدار انرژی معادل چیزی حدود 8 تن ذعال سیاه با کیفیت بسیار بالا است. بنابراین مشاهده می کنید که حتی زباله های مواد رادیواکتیو تا چه حد می تواند حاوی انرژی باشند که اگر درست مهار نشود، خطر ساز خواهد بود.
دفن اورانیوم مصرف شده
پس از استفاده از اورانیوم برای تولید انرژی در رآکتور هسته ای، این سوخت دیگر قابل استفاده نیست و باید به روشی بازیافت یا دفن شود، که به دلیل تشعشع زیاد کار ساده ای نیست. روش کار این است که معمولآ سوخت مصرف شده را در حوضچه هایی برای سرد شدن اولیه نگهداری می کنند، به این ترتیب علاوه بر سرد شدن تا حدی از شدت تشعشع آنها کاسته می شود. این حوضچه ها به گونه ای ساخته شده اند که اجازه وارد کردن آسیب به طبیعت را از این مواد می گیرند، درواقع می توان برای مدتهای طولانی این زباله ها را در این حوضچه ها نگهداری کرد اما به دلایل بسیاری از جمله موارد اقتصادی این کار ممکن نیست. لذا باید روی سوخت فرآیندهایی انجام بگیرد تا بتوان آنرا در انبارهایی که از آنها نام بردیم ذخیره کرد. این فرآیندها شامل فعالیت هایی است که توسط آنها اورانیوم و پلوتونیوم (پلوتونیوم به دلیل سادگی عملیات fission بیشتر در ساخت سلاح های اتمی بکار برده می شود) از سایر مواد جدا می شوند. برای اینکار میله های سوختی را خرد کرده و آنها را در ظروف اسید قرار می دهند، اورانیوم و پلوتونیوم بازیافت شده به ابتدای چرخه سوخت باز میگردند تا قابل استفاده شوند و مازاد تفاله های سوختی را برای دفن آماده می کنند.




دانستنيهاي بمب اتم
بمب اتمي سلاحي است كه نيروي آن از انرژي اتمي و بر اثر شكاف هسته (فيسيون ) اتمهاي پلوتونيوم يا اورانيوم ايجاد مي شود .در فرآيند شكافت هسه اي ، اتمهاي ناپايدار شكافته و به اتمهاي سبكتر تبديل مي شوند . نخستين بمب از اين نوع ، در سال 1945 م در ايالات نيو مكزيكو در ايالات متحده آمريكا آزمايش شد . اين بمب ، انفجاري با قدرت 19 كيلو تن ايجاد كرد ( يك كيلو تن برابر است با انرژي اتمي آزاد شده 190 تن ماده منفجره تي . ان . تي ) انفجار بمب اتمي موج بسيار نيرومند پرتوهاي شديد نوراني ، تشعشعات نفوذ كننده اشعه گاما و نوترونها و پخش شدن مواد راديو اكتيو را همراه دارد . انفجار بمب اتمي چندين هزار ميليارد كالري حرارت را در چند ميليونيوم ثانيه ايجاد مي كند . اين دماي چند ميليون درجه اي با فشار بسيار زياد تا فاصله 1200 متري از مركز انفجار به افراد بدون پوشش حفاظتي صدمه مي زند و سبب مرگ و بيماري انسان و جانوران مي شود . همچنين زمين ، هوا آب و همه چيز را به مواد راديو اكتيو آلوده مي كندبمب هاي اتمي شامل نيروهاي قوي و ضعيفي اند كه اين نيروها هسته يك اتم را به ويژه اتم هايي كه هسته هاي ناپايداري دارند، در جاي خود نگه مي دارند. اساسا دو شيوه بنيادي براي آزادسازي انرژي از يك اتم وجود دارد: 1- شكافت هسته اي: مي توان هسته يك اتم را با يك نوترون به دو جزء كوچك تر تقسيم كرد. اين همان شيوه اي است كه در مورد ايزوتوپ هاي اورانيوم (يعني اورانيوم 235 و اورانيوم 233) به كار مي رود.

براي توليد يك بمب اتمي موارد زير نياز است:
يك منبع سوخت كه قابليت شكافت يا همجوشي را داشته باشد.
دستگاهي كه همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.
راهي كه به كمك آن بتوان بيشتر سوخت را پيش از آنكه انفجار رخ دهد دچار شكافت يا همجوشي كرد. در اولين بمب هاي اتمي از روش شكافت استفاده مي شد. اما امروزه بمب هاي همجوشي از فرآيند همجوشي به عنوان ماشه آغازگر استفاده مي كنند.بمب هاي شكافتي (فيزيوني): يك بمب شكافتي از ماده اي مانند اورانيوم 235 براي خلق يك انفجار هسته اي استفاده مي كند. اورانيوم 235 ويژگي منحصر به فردي دارد كه آن را براي توليد هم انرژي هسته اي و هم بمب هسته اي مناسب مي كند. اورانيوم 235 يكي از نادر موادي است كه مي تواند زير شكافت القايي قرار بگيرد.اگر يك نوترون آزاد به هسته اورانيوم 235 برود،هسته بي درنگ نوترون را جذب كرده و بي ثبات شده در يك چشم به هم زدن شكسته مي شود. اين باعث پديد آمدن دو اتم سبك تر و آزادسازي دو يا سه عدد نوترون مي شود كه تعداد اين نوترون ها بستگي به چگونگي شكسته شدن هسته اتم اوليه اورانيوم 235 دارد دواتم جديد به محض اينكه در وضعيت جديد تثبيت شدند از خود پرتو گاما ساطع ميكنند درباره اين نحوه شكافت القايي 3نكته وجود دارد كه موضوع را جالب مي كند.
الف-احتمال اينكه اتم اورانيوم 235 نوتروني را كه به سمتش است، جذب كند، بسيار بالا است. در بمبي كه به خوبي كار مي كند، بيش از يك نوترون از هر فرآيند فيزيون به دست مي آيد كه خود اين نوترون ها سبب وقوع فرآيندهاي شكافت بعدي اند. اين وضعيت اصطلاحا «وراي آستانه بحران» ناميده مي شود.
ب- فرآيند جذب نوترون و شكسته شدن متعاقب آن بسيار سريع و در حد پيكو ثانيه (12-10 ثانيه) رخ مي دهد.
ج- حجم عظيم و خارق العاده اي از انرژي به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شكسته شدن هسته آزاد مي شود. انرژي آزاد شده از يك فرآيند شكافت به اين علت است كه محصولات شكافت و نوترون ها وزن كمتري از اتم اورانيوم 235 دارند. اين تفاوت وزن نمايان گر تبديل ماده به انرژي است كه به واسطه فرمول معروف mc2= E محاسبه مي شود. حدود نيم كيلوگرم اورانيوم غني شده به كار رفته در يك بمب هسته اي برابر با چندين ميليون گالن بنزين است. نيم كيلوگرم اورانيوم غني شده انداز ه اي معادل يك توپ تنيس دارد. در حالي كه يك ميليون گالن بنزين در مكعبي كه هر ضلع آن 17 متر (ارتفاع يك ساختمان 5 طبقه) است، جا ميگيرد.حالا بهتر مي توان انرژي آزاد شده از مقدار كمي اورانيوم 235 را متصور شد.براي اينكه اين ويژگي هاي اروانيوم 235 به كار آيد بايد اورانيوم را غني كرد. اورانيوم به كار رفته در سلاح هاي هسته اي حداقل بايد شامل نود درصد اورانيوم 235 باشد.در يك بمب شكافتي،سوخت به كار رفته را بايد در توده هايي كه وضعيت «زير آستانه بحران» دارند، نگه داشت. اين كار براي جلوگيري از انفجار نارس و زودهنگام ضروري است. تعريف توده اي كه در وضعيت «آستانه بحران» قرار داد چنين است:حداقل توده از يك ماده با قابليت شكافت كه براي رسيدن به واكنش شكافت هسته اي لازم است.اين جداسازي مشكلات زيادي رابراي طراحي يك بمب شكافتي با خود به همراه مي آورد كه بايد حل شود.
1 - دو يا بيشتر از دو توده «زير آستانه بحران» براي تشكيل توده «وراي آستانه بحران» بايد در كنار هم آورده شوند كه در اين صورت موقع انفجار به نوترون بيش از آنچه كه هست براي رسيدن به يك واكنش شكافتي، نياز پيدا خواهد شد.
2 - نوترون هاي آزاد بايد در يك توده «وراي آستانه بحران» القا شوند تا شكافت آغاز شود.
3 - براي جلوگيري از ناكامي بمب بايد هر مقدار ماده كه ممكن است پيش از انفجار وارد مرحله شكافت شود براي تبديل توده هاي «زير آستانه بحران» به توده هايي «وراي آستانه بحران» از دو تكنيك «چكاندن ماشه» و «انفجار از درون» استفاده مي شود.تكنيك «چكاندن ماشه» ساده ترين راه براي آوردن توده هاي «زير بحران» به همديگر است. بدين صورت كه يك تفنگ توده اي را به توده ديگر شليك مي كند. يك كره تشكيل شده از اورانيوم 235 به دور يك مولد نوترون ساخته مي شود. گلوله اي از اورانيوم 235 در يك انتهاي تيوپ درازي كه پشت آن مواد منفجره جاسازي شده، قرار داده مي شود.كره ياد شده در انتهاي ديگر تيوپ قرار مي گيرد. يك حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را براي انفجار چاشني و بروز حوادث زير تشخيص مي دهد:

1 - انفجار مواد منفجره و در نتيجه شليك گلوله در تيوپ
2 - برخورد گلوله به كره و مولد و در نتيجه آغاز واكنش شكافت
3 - انفجار بمب

در «پسر بچه» بمبي كه در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر هيروشيما انداخته شد، تكنيك «چكاندن ماشه» به كار رفته بود. اين بمب 5/14 كيلو تن برابر با 500/14 تن TNT بازده و 5/1 درصد كارآيي داشت. يعني پيش از انفجار تنها 5/1 درصد ازماده مورد نظر شكافت پيدا كرد. در همان ابتداي «پروژه منهتن»، برنامه سري آمريكا در توليد بمب اتمي، دانشمندان فهميدند كه فشردن توده ها به همديگر و به يك كره با استفاده از انفجار دروني مي تواند راه مناسبي براي رسيدن به توده «وراي آستانه بحران» باشد. البته اين تفكر مشكلات زيادي به همراه داشت. به خصوص اين مسئله مطرح شد كه چگونه مي توان يك موج شوك را به طور يكنواخت، مستقيما طي كره مورد نظر، هدايت و كنترل كرد؟افراد تيم پروژه «منهتن» اين مشكلات را حل كردند. بدين صورت، تكنيك «انفجار از درون» خلق شد. دستگاه انفجار دروني شامل يك كره از جنس اورانيوم 235 و يك بخش به عنوان هسته است كه از پولوتونيوم 239 تشكيل شده و با مواد منفجره احاطه شده است. وقتي چاشني بمب به كار بيفتد حوادث زير رخ مي دهند:

1 - انفجار مواد منفجره موج شوك ايجاد مي كند.
2 - موج شوك بخش هسته را فشرده مي كند.
3 - فرآيند شكافت شروع مي شود.
4 - بمب منفجر مي شود.





بمب هسته اي چگونه كار مي‌كند؟
شما احتمالاً در كتابهاي تاريخ خوانده‌ايد كه بمب هسته‌اي در جنگ جهاني دوم توسط آمريكا عليه ژاپن بكار رفت و ممكن است فيلم‌هايي را ديده باشيد كه در آنها بمب‌هاي هسته‌اي منفجر مي‌شوند. درحاليكه در اخبار مي‌شنويد، برخي كشورها راجع به خلع سلاح اتمي با يكديگر گفتگو مي‌كنند، كشورهايي مثل هند و پاكستان سلاح‌هاي اتمي خود را توسعه مي‌دهند.

ما ديده‌ايم كه اين وسايل چه نيروي مخرب خارق‌العاده‌اي دارند، ولي آنها واقعاً چگونه كار مي‌كنند؟ در اين بخش خواهيد آموخت كه بمب هسته‌اي چگونه توليد مي‌شود و پس از يك انفجار هسته‌اي چه اتفاقي مي‌افتد؟

فيزيك هسته‌اي

انرژي هسته‌اي به 2 روش توليد مي‌شود:
1- شكافت هسته‌اي: در اين روش هسته يك اتم توسط يك نوترون به دو بخش كوچكتر تقسيم مي‌شود. در اين روش غالباً از عنصر اورانيوم استفاده مي‌شود.
2- گداخت هسته‌اي: در اين روش كه در سطح خورشيد هم اجرا مي‌شود، معمولاً هيدروژن‌ها با برخورد به يكديگر تبديل به هليوم مي‌شوند و در اين تبديل، انرژي بسيار زيادي بصورت نور و گرما توليد ميشود. .
در شكل زير نمونه اي از شكافت هسته اتم اورانيوم نمايش داده شده است:
و در شكل زير گداخت هسته‌اي اتم‌هاي هيدروژن و تبديل آنها به هليوم 3 و الكترون آزاد نمايش داده شده است:
طراحي بمب‌هاي هسته‌اي:
براي توليد بمب هسته‌اي، به يك سوخت شكافت‌پذير يا گداخت‌پذير، يك وسيله راه‌انداز و روشي كه اجازه دهد تا قبل از اينكه بمب خاموش شود، كل سوخت شكافته يا گداخته شود نياز است.
بمب‌هاي اوليه با روش شكافت هسته‌اي و بمب‌هاي قويتر بعدي با روش گداخت هسته‌اي توليد شدند. ما در اين بخش دو نمونه از بمب هاي ساخته شده را بررسي مي كنيم:


بمب‌ شكافت هسته‌اي :

1- بمب‌ هسته‌اي (پسر كوچك) كه روي شهر هيروشيما و در سال 1945 منفجر شد.
2- بمب هسته‌اي (مرد چاق) كه روي شهر ناكازاكي و در سال 1945 منفجر شد.

بمب گداخت هسته‌اي : 1- بمب گداخت هسته‌اي كه در ايسلند بصورت آزمايشي در سال 1952 منفجر شد.

بمب‌هاي شكافت هسته‌اي:

بمب‌هاي شكافت هسته‌اي از يك عنصر شبيه اورانيوم 235 براي انفجار هسته‌اي استفاده مي‌كنند. اين عنصر از معدود عناصري است كه جهت ايجاد انرژي بمب هسته‌اي استفاده مي‌شود. اين عنصر خاصيت جالبي دارد: هرگاه يك نوترون آزاد با هسته اين عنصر برخورد كند ، هسته به سرعت نوترون را جذب مي‌كند و اتم به سرعت متلاشي مي‌شود. نوترون‌هاي آزاد شده از متلاشي شدن اتم ، هسته‌هاي ديگر را متلاشي مي‌كنند.
زمان برخورد و متلاشي شدن اين هسته‌ها بسيار كوتاه است (كمتر از ميلياردم ثانيه ! ) هنگامي كه يك هسته متلاشي مي‌شود، مقدار زيادي گرما و تشعشع گاما آزاد مي‌كند.
مقدار انرژي موجود در يك پوند اورانيوم معادل يك ميليون گالن بنزين است!

در طراحي بمب‌هاي شكافت هسته‌اي، اغلب از دو شيوه استفاده مي‌شود:

روش رها كردن گلوله:

در اين روش يك گلوله حاوي اورانيوم 235 بالاي يك گوي حاوي اورانيوم (حول دستگاه مولد نوترون) قرار دارد.

هنگامي كه اين بمب به زمين اصابت مي‌كند، رويدادهاي زير اتفاق مي‌افتد:

1- مواد منفجره پشت گلوله منفجر مي‌شوند و گلوله به پائين مي‌افتد.

2- گلوله به كره برخورد مي‌كند و واكنش شكافت هسته‌اي رخ مي‌دهد.

3- بمب منفجر مي‌شود.

در بمب هيروشيما از اين روش استفاده شده بود. نحوه انفجار اين بمب در شكل زير نمايش داده شده است:

روش انفجار از داخل:


در اين روش كه انفجار در داخل گوي صورت مي‌گيرد، پلونيم 239 قابل انفجار توسط يك گوي حاوي اورانيوم 238 احاطه شده است.

هنگامي كه مواد منفجره داخلي آتش گرفت رويدادهاي زير اتفاق مي‌افتد:

1- مواد منفجره روشن مي‌شوند و يك موج ضربه‌اي ايجاد مي‌كنند.

2- موج ضربه‌اي، پلوتونيم را به داخل كره مي‌فرستد.

3- هسته مركزي منفجر مي‌شود و واكنش شكافت هسته‌اي رخ مي‌دهد.

4- بمب منفجر مي‌شود.

بمبي كه در ناكازاكي منفجر شد، از اين شيوه استفاده كرده بود. نحوه انفجار اين بمب، در شكل زير نمايش داده شده است.

بمب‌ گداخت هسته‌اي: بمب‌هاي شكافت هسته‌اي، چندان قوي نبودند!

بمب‌هاي گداخت هسته‌اي ، بمب هاي حرارتي هم ناميده مي‌شوند و در ضمن بازدهي و قدرت تخريب بيشتري هم دارند. دوتريوم و تريتيوم كه سوخت اين نوع بمب به شمار مي‌روند، هردو به شكل گاز هستند و بنابراين امكان ذخيره‌سازي آنها مشكل است. اين عناصر بايد در دماي بالا، تحت فشار زياد قرار گيرند تا عمل همجوشي هسته‌اي در آنها صورت بگيرد. در اين شيوه ايجاد يك انفجار شكافت هسته‌اي در داخل، حرارت و فشار زيادي توليد مي‌كند و انفجار گداخت هسته‌اي شكل مي‌گيرد.در طراحي بمبي كه در ايسلند بصورت آزمايشي منفجر شد، از اين شيوه استفاده شده بود. در شكل زير نحوه انفجار نمايش داده شده است.

اثر بمب‌هاي هسته‌اي:

انفجار يك بمب هسته‌اي روي يك شهر پرجمعيت خسارات وسيعي به بار مي آورد . درجه خسارت به فاصله از مركز انفجار بمب كه كانون انفجار ناميده مي‌شود بستگي دارد.

زيانهاي ناشي از انفجار بمب هسته‌اي عبارتند از :

- موج شديد گرما كه همه چيز را مي‌سوزاند.

- فشار موج ضربه‌اي كه ساختمان‌ها و تاسيسات را كاملاً تخريب مي‌كند.

- تشعشعات راديواكتيويته كه باعث سرطان مي‌شود.

- بارش راديواكتيو (ابري از ذرات راديواكتيو كه بصورت غبار و توده سنگ‌هاي متراكم به زمين برمي‌گردد)
دركانون زلزله، همه‌چيز تحت دماي 300 ميليون درجه سانتي‌گراد تبخير مي‌شود! در خارج از كانون زلزله، اغلب تلفات به خاطر سوزش ايجادشده توسط گرماست و بخاطر فشار حاصل از موج انفجار ساختمانها و تاسيسات خراب مي‌شوند. در بلندمدت، ابرهاي راديواكتيو توسط باد در مناطق دور ريزش مي‌كند و باعث آلوده شدن موجودات، آب و محيط زندگي مي‌‌شود.
دانشمندان با بررسي اثرات مواد راديواكتيو روي بازماندگان بمباران ناكازاكي و هيروشيما دريافتند كه اين مواد باعث: ايجاد تهوع، آب‌مرواريد چشم، ريزش مو و كم‌شدن توليد خون در بدن مي‌شود. در موارد حادتر، مواد راديواكتيو باعث ايجاد سرطان و نازايي هم مي‌شوند. سلاح‌هاي اتمي داراي نيروي مخرب باورنكردني هستند، به همين دليل دولتها سعي دارند تا بر دستيابي صحيح به اين تكنولوژي نظارت داشته باشند تا ديگر اتفاقي بدتر از انفجارهاي ناكازاكي و هيروشيما رخ ندهد.

چگونه يك بمب هسته اي بسازيم ؟
بمب هاي اتمي شامل نيروهاي قوي و ضعيفي اند كه اين نيروها هسته يك اتم را به ويژه اتم هايي كه هسته هاي ناپايداري دارند، در جاي خود نگه مي دارند. اساسا دو شيوه بنيادي براي آزادسازي انرژي از يك اتم وجود دارد:

1- شكافت هسته اي: مي توان هسته يك اتم را با يك نوترون به دو جزء كوچك تر تقسيم كرد. اين همان شيوه اي است كه در مورد ايزوتوپ هاي اورانيوم (يعني اورانيوم 235 و اورانيوم 233) به كار مي رود. - همجوشي هسته اي: مي توان با استفاده از دو اتم كوچك تر كه معمولا هيدروژن يا ايزوتوپ هاي هيدروژن (مانند دوتريوم و تريتيوم) هستند، يك اتم بزرگ تر مثل هليوم يا ايزوتوپ هاي آن را تشكيل داد. اين همان شيوه اي است كه در خورشيد براي توليد انرژي به كار مي رود. در هر دو شيوه ياد شده ميزان عظيمي انرژي گرمايي و تشعشع به دست مي آيد.

براي توليد يك بمب اتمي موارد زير نياز است:
-يك منبع سوخت كه قابليت شكافت يا همجوشي را داشته باشد.
-دستگاهي كه همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.
-راهي كه به كمك آن بتوان بيشتر سوخت را پيش از آنكه انفجار رخ دهد دچار شكافت يا همجوشي كرد.
در اولين بمب هاي اتمي از روش شكافت استفاده مي شد. اما امروزه بمب هاي همجوشي از فرآيند همجوشي به عنوان ماشه آغازگر استفاده مي كنندبمب هاي شكافتي (فيزيوني): يك بمب شكافتي از ماده اي مانند اورانيوم 235 براي خلق يك انفجار هسته اي استفاده مي كند. اورانيوم 235 ويژگي منحصر به فردي دارد كه آن را براي توليد هم انرژي هسته اي و هم بمب هسته اي مناسب مي كند. اورانيوم 235 يكي از نادر موادي است كه مي تواند زير شكافت القايي قرار بگيرد.اگر يك نوترون آزاد به هسته اورانيوم 235 برود،هسته بي درنگ نوترون را جذب كرده و بي ثبات شده در يك چشم به هم زدن شكسته مي شود. اين باعث پديد آمدن دو اتم سبك تر و آزادسازي دو يا سه عدد نوترون مي شود كه تعداد اين نوترون ها بستگي به چگونگي شكسته شدن هسته اتم اوليه اورانيوم 235 دارد. دو اتم جديد به محض اينكه در وضعيت جديد تثبيت شدند از خود پرتو گاما ساطع مي كنند. درباره اين نحوه شكافت القايي سه نكته وجود دارد كه موضوع را جالب مي كند.

- احتمال اينكه اتم اورانيوم 235 نوتروني را كه به سمتش است، جذب كند، بسيار بالا است. در بمبي كه به خوبي كار مي كند، بيش از يك نوترون از هر فرآيند فيزيون به دست مي آيد كه خود اين نوترون ها سبب وقوع فرآيندهاي شكافت بعدي اند. اين وضعيت اصطلاحا «وراي آستانه بحران» ناميده مي شود.
2 - فرآيند جذب نوترون و شكسته شدن متعاقب آن بسيار سريع و در حد پيكو ثانيه (12-10 ثانيه) رخ مي دهد.
3 - حجم عظيم و خارق العاده اي از انرژي به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شكسته شدن هسته آزاد مي شود.

انرژي آزاد شده از يك فرآيند شكافت به اين علت است كه محصولات شكافت و نوترون ها وزن كمتري از اتم اورانيوم 235 دارند. اين تفاوت وزن نمايان گر تبديل ماده به انرژي است كه به واسطه فرمول معروف mc2= E محاسبه مي شود. حدود نيم كيلوگرم اورانيوم غني شده به كار رفته در يك بمب هسته اي برابر با چندين ميليون گالن بنزين است. نيم كيلوگرم اورانيوم غني شده انداز ه اي معادل يك توپ تنيس دارد. در حالي كه يك ميليون گالن بنزين در مكعبي كه هر ضلع آن 17 متر (ارتفاع يك ساختمان 5 طبقه) است، جا مي گيرد. حالا بهتر مي توان انرژي آزاد شده از مقدار كمي اورانيوم 235 را متصور شد.براي اينكه اين ويژگي هاي اروانيوم 235 به كار آيد بايد اورانيوم را غني كرد. اورانيوم به كار رفته در سلاح هاي هسته اي حداقل بايد شامل نود درصد اورانيوم 235 باشد.در يك بمب شكافتي، سوخت به كار رفته را بايد در توده هايي كه وضعيت «زير آستانه بحران» دارند، نگه داشت. اين كار براي جلوگيري از انفجار نارس و زودهنگام ضروري است. تعريف توده اي كه در وضعيت «آستانه بحران» قرار داد چنين است: حداقل توده از يك ماده با قابليت شكافت كه براي رسيدن به واكنش شكافت هسته اي لازم است. اين جداسازي مشكلات زيادي را براي طراحي يك بمب شكافتي با خود به همراه مي آورد كه بايد حل شود.
1 - دو يا بيشتر از دو توده «زير آستانه بحران» براي تشكيل توده «وراي آستانه بحران» بايد در كنار هم آورده شوند كه در اين صورت موقع انفجار به نوترون بيش از آنچه كه هست براي رسيدن به يك واكنش شكافتي، نياز پيدا خواهد شد.
2 - نوترون هاي آزاد بايد در يك توده «وراي آستانه بحران» القا شوند تا شكافت آغاز شود.
3 - براي جلوگيري از ناكامي بمب بايد هر مقدار ماده كه ممكن است پيش از انفجار وارد مرحله شكافت شود براي تبديل توده هاي «زير آستانه بحران» به توده هايي «وراي آستانه بحران» از دو تكنيك «چكاندن ماشه» و «انفجار از درون» استفاده مي شود.تكنيك «چكاندن ماشه» ساده ترين راه براي آوردن توده هاي «زير بحران» به همديگر است. بدين صورت كه يك تفنگ توده اي را به توده ديگر شليك مي كند. يك كره تشكيل شده از اورانيوم 235 به دور يك مولد نوترون ساخته مي شود. گلوله اي از اورانيوم 235 در يك انتهاي تيوپ درازي كه پشت آن مواد منفجره جاسازي شده، قرار داده مي شود.كره ياد شده در انتهاي ديگر تيوپ قرار مي گيرد. يك حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را براي انفجار چاشني و بروز حوادث زير تشخيص مي دهد:
1 - انفجار مواد منفجره و در نتيجه شليك گلوله در تيوپ
2 - برخورد گلوله به كره و مولد و در نتيجه آغاز واكنش شكافت
3- انفجار بمب
در «پسر بچه» بمبي كه در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر هيروشيما انداخته شد، تكنيك «چكاندن ماشه» به كار رفته بود. اين بمب 5/14 كيلو تن برابر با 500/14 تن TNT بازده و 5/1 درصد كارآيي داشت. يعني پيش از انفجار تنها 5/1 درصد ازماده مورد نظر شكافت پيدا كرد. در همان ابتداي «پروژه منهتن»، برنامه سري آمريكا در توليد بمب اتمي، دانشمندان فهميدند كه فشردن توده ها به همديگر و به يك كره با استفاده از انفجار دروني مي تواند راه مناسبي براي رسيدن به توده «وراي آستانه بحران» باشد. البته اين تفكر مشكلات زيادي به همراه داشت. به خصوص اين مسئله مطرح شد كه چگونه مي توان يك موج شوك را به طور يكنواخت، مستقيما طي كره مورد نظر، هدايت و كنترل كرد؟افراد تيم پروژه «منهتن» اين مشكلات را حل كردند. بدين صورت، تكنيك «انفجار از درون» خلق شد. دستگاه انفجار دروني شامل يك كره از جنس اورانيوم 235 و يك بخش به عنوان هسته است كه از پولوتونيوم 239 تشكيل شده و با مواد منفجره احاطه شده است. وقتي چاشني بمب به كار بيفتد حوادث زير رخ مي دهند:

- نفجار مواد منفجره موج شوك ايجاد مي كند.
2 - موج شوك بخش هسته را فشرده مي كند.
3 - فرآيند شكافت شروع مي شود.
4 - بمب منفجر مي شود.
در «مرد گنده» بمبي كه در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر ناكازاكي انداخته شد، تكنيك «انفجار از درون» به كار رفته بود. بازده اين بمب 23 كيلو تن و كارآيي آن 17درصد بود.شكافت معمولا در 560 ميلياردم ثانيه رخ مي دهد.

بمب هاي همجوشي: بمب هاي همجوشي كار مي كردند ولي كارآيي بالايي نداشتند. بمب هاي همجوشي كه بمب هاي «ترمونوكلئار» هم ناميده مي شوند، بازده و كارآيي به مراتب بالاتري دارند. براي توليد بمب همجوشي بايد مشكلات زير حل شود:دوتريوم و تريتيوم مواد به كار رفته در سوخت همجوشي هر دو گازند و ذخيره كردنشان دشوار است. تريتيوم هم كمياب است و هم نيمه عمر كوتاهي دارد بنابراين سوخت بمب بايد همواره تكميل و پر شود.دوتريوم و تريتيوم بايد به شدت در دماي بالا براي آغاز واكنش همجوشي فشرده شوند. در نهايت «استانسيلا اولام» دريافت كه بيشتر پرتو به دست آمده از يك واكنش فيزيون، اشعه X است كه اين اشعه X مي تواند با ايجاد درجه حرارت بالا و فشار زياد مقدمات همجوشي را آماده كند.

بنابراين با به كارگيري بمب شكافتي در بمب همجوشي مشكلات بسياري حل شد. در يك بمب همجوشي حوادث زير رخ مي دهند:

1 - بمب شكافتي با انفجار دروني ايجاد اشعه X مي كند.

2 - اشعه X درون بمب و در نتيجه سپر جلوگيري كننده از انفجار نارس را گرم مي كند.

3 - گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن آن مي شود. اين كار باعث ورود فشار به درون ليتيوم - دوتريوم مي شود.

4 - ليتيوم - دوتريوم 30 برابر بيشتر از قبل تحت فشار قرار مي گيرند.

5 - امواج شوك فشاري واكنش شكافتي را در ميله پولوتونيومي آغاز مي كند.

6 - ميله در حال شكافت از خود پرتو، گرما و نوترون مي دهد.

7 - نوترون ها به سوي ليتيوم - دوتريوم رفته و با چسبيدن به ليتيوم ايجاد تريتيوم مي كند.

8 - تركيبي از دما و فشار براي وقوع واكنش همجوشي تريتيوم - دوتريوم ودوتريوم - دوتريوم و ايجاد پرتو، گرما و نوترون بيشتر، بسيار مناسب است.

9 - نوترون هاي آزاد شده از واكنش هاي همجوشي باعث القاي شكافت در قطعات اورانيوم 238 كه در سپر مورد نظر به كار رفته بود، مي شود.

10 - شكافت قطعات اروانيومي ايجاد گرما و پرتو بيشتر مي كند.

11 - بمب منفجر شود.
از آنجائیکه انرژی هسته ای انتشار دی اکسید کربن را کاهش می دهد، به احتمال بسیار زیاد بهترین و امن ترین منبع تامین الکتریسیته در آینده خواهد بود. اما در این میان لازم است پیش از هر کاری سطح دانش عمومی مردم نسبت به عواقب ناشی از استفاده از سوخت های فسیلی بالاتر رود.
انرژی هسته ای نقش بسزایی در کاهش صدور دی اکسید کربن دارد و می تواند در آینده منبعی برای تولید الکتریسته به شمار رود. اما پیش از هر چیز این تکنولوژی باید در نبرد با افکار عمومی پیروز شود.

طبق تحقیقات به عمل آمده توسط IEA، انرژی هسته ای در مقایسه با منابع دیگر انرژی، دو مزیت مهم را داراست، عدم انتشار گازهای گلخانه ای و استفاده از اورانیوم به عنوان تنها منبع مورد نیاز، از مهمترین مزایای آن است.


ساختار نيروگاه هاي اتمي جهان و نيز شرح مختصري درباره طرز غني سازي اورانيوم
مطالبي در مورد ساختار نيروگاه هاي اتمي جهان و نيز شرح مختصري درباره طرز غني سازي اورانيوم و يا سنتز عنصر پلوتونيوم :

برحسب نظريه اتمي عنصر عبارت است از يك جسم خالص ساده كه با روش هاي شيميايي نمي توان آن را تفكيك كرد. از تركيب عناصر با يكديگر اجسام مركب به وجود مي آيند. تعداد عناصر شناخته شده در طبيعت حدود ۹۲ عنصر است.

هيدروژن اولين و ساده ترين عنصر و پس از آن هليم، كربن، ازت، اكسيژن و... فلزات روي، مس، آهن، نيكل و... و بالاخره آخرين عنصر طبيعي به شماره ۹۲، عنصر اورانيوم است. بشر توانسته است به طور مصنوعي و به كمك واكنش هاي هسته اي در راكتورهاي اتمي و يا به كمك شتاب دهنده هاي قوي بيش از ۲۰ عنصر ديگر بسازد كه تمام آن ها ناپايدارند و عمر كوتاه دارند و به سرعت با انتشار پرتوهايي تخريب مي شوند. اتم هاي يك عنصر از اجتماع ذرات بنيادي به نام پرتون، نوترون و الكترون تشكيل يافته اند. پروتون بار مثبت و الكترون بار منفي و نوترون فاقد بار است.

تعداد پروتون ها نام و محل قرار گرفتن عنصر را در جدول تناوبي (جدول مندليف) مشخص مي كند. اتم هيدروژن يك پروتون دارد و در خانه شماره ۱ جدول و اتم هليم در خانه شماره ۲، اتم سديم در خانه شماره ۱۱ و... و اتم اورانيوم در خانه شماره ۹۲ قرار دارد. يعني داراي ۹۲ پروتون است.

ايزوتوپ هاي اورانيوم

تعداد نوترون ها در اتم هاي مختلف يك عنصر همواره يكسان نيست كه براي مشخص كردن آنها از كلمه ايزوتوپ استفاده مي شود.بنابراين اتم هاي مختلف يك عنصر را ايزوتوپ مي گويند. مثلاً عنصر هيدروژن سه ايزوتوپ دارد: هيدروژن معمولي كه فقط يك پروتون دارد و فاقد نوترون است. هيدروژن سنگين يك پروتون و يك نوترون دارد كه به آن دوتريم گويند و نهايتاً تريتيم كه از دو نوترون و يك پروتون تشكيل شده و ناپايدار است و طي زمان تجزيه مي شود.ايزوتوپ سنگين هيدروژن يعني دوتريم در نيروگاه هاي اتمي كاربرد دارد و از الكتروليز آب به دست مي آيد. در جنگ دوم جهاني آلماني ها براي ساختن نيروگاه اتمي و تهيه بمب اتمي در سوئد و نروژ مقادير بسيار زيادي آب سنگين تهيه كرده بودند كه انگليسي ها متوجه منظور آلماني ها شده و مخازن و دستگاه هاي الكتروليز آنها را نابود كردند.
غالب عناصر ايزوتوپ دارند از آن جمله عنصر اورانيوم، چهار ايزوتوپ دارد كه فقط دو ايزوتوپ آن به علت داشتن نيمه عمر نسبتاً بالا در طبيعت و در سنگ معدن يافت مي شوند. اين دو ايزوتوپ عبارتند از اورانيوم ۲۳۵ و اورانيوم ۲۳۸ كه در هر دو ۹۲ پروتون وجود دارد ولي اولي ۱۴۳ و دومي ۱۴۶ نوترون دارد. اختلاف اين دو فقط وجود ۳ نوترون اضافي در ايزوتوپ سنگين است ولي از نظر خواص شيميايي اين دو ايزوتوپ كاملاً يكسان هستند و براي جداسازي آنها از يكديگر حتماً بايد از خواص فيزيكي آنها يعني اختلاف جرم ايزوتوپ ها استفاده كرد. ايزوتوپ اورانيوم ۲۳۵ شكست پذير است و در نيروگاه هاي اتمي از اين خاصيت استفاده مي شود و حرارت ايجاد شده در اثر اين شكست را تبديل به انرژي الكتريكي مي نمايند. در واقع ورود يك نوترون به درون هسته اين اتم سبب شكست آن شده و به ازاي هر اتم شكسته شده ۲۰۰ ميليون الكترون ولت انرژي و دو تكه شكست و تعدادي نوترون حاصل مي شود كه مي توانند اتم هاي ديگر را بشكنند. بنابراين در برخي از نيروگاه ها ترجيح مي دهند تا حدي اين ايزوتوپ را در مخلوط طبيعي دو ايزوتوپ غني كنند و بدين ترتيب مسئله غني سازي اورانيوم مطرح مي شود.

ساختار نيروگاه اتمي

به طور خلاصه چگونگي كاركرد نيروگاه هاي اتمي را بيان كرده و ساختمان دروني آنها را مورد بررسي قرار مي دهيم.

طي سال هاي گذشته اغلب كشورها به استفاده از اين نوع انرژي هسته اي تمايل داشتند و حتي دولت ايران ۱۵ نيروگاه اتمي به كشورهاي آمريكا، فرانسه و آلمان سفارش داده بود. ولي خوشبختانه بعد از وقوع دو حادثه مهم تري ميل آيلند (Three Mile Island) در ۲۸ مارس ۱۹۷۹ و فاجعه چرنوبيل (Tchernobyl) در روسيه در ۲۶ آوريل ۱۹۸۶، نظر افكار عمومي نسبت به كاربرد اتم براي توليد انرژي تغيير كرد و ترس و وحشت از جنگ اتمي و به خصوص امكان تهيه بمب اتمي در جهان سوم، كشورهاي غربي را موقتاً مجبور به تجديدنظر در برنامه هاي اتمي خود كرد.نيروگاه اتمي در واقع يك بمب اتمي است كه به كمك ميله هاي مهاركننده و خروج دماي دروني به وسيله مواد خنك كننده مثل آب و گاز، تحت كنترل درآمده است. اگر روزي اين ميله ها و يا پمپ هاي انتقال دهنده مواد خنك كننده وظيفه خود را درست انجام ندهند، سوانح متعددي به وجود مي آيد و حتي ممكن است نيروگاه نيز منفجر شود، مانند فاجعه نيروگاه چرنوبيل شوروي. يك نيروگاه اتمي متشكل از مواد مختلفي است كه همه آنها نقش اساسي و مهم در تعادل و ادامه حيات آن را دارند. اين مواد عبارت اند از:

۱ _ ماده سوخت متشكل از اورانيوم طبيعي، اورانيوم غني شده، اورانيوم و پلوتونيم است.

عمل سوختن اورانيوم در داخل نيروگاه اتمي متفاوت از سوختن زغال يا هر نوع سوخت فسيلي ديگر است. در اين پديده با ورود يك نوترون كم انرژي به داخل هسته ايزوتوپ اورانيوم ۲۳۵ عمل شكست انجام مي گيرد و انرژي فراواني توليد مي كند. بعد از ورود نوترون به درون هسته اتم، ناپايداري در هسته به وجود آمده و بعد از لحظه بسيار كوتاهي هسته اتم شكسته شده و تبديل به دوتكه شكست و تعدادي نوترون مي شود. تعداد متوسط نوترون ها به ازاي هر ۱۰۰ اتم شكسته شده ۲۴۷ عدد است و اين نوترون ها اتم هاي ديگر را مي شكنند و اگر كنترلي در مهار كردن تعداد آنها نباشد واكنش شكست در داخل توده اورانيوم به صورت زنجيره اي انجام مي شود كه در زماني بسيار كوتاه منجر به انفجار شديدي خواهد شد.در واقع ورود نوترون به درون هسته اتم اورانيوم و شكسته شدن آن توام با انتشار انرژي معادل با ۲۰۰ ميليون الكترون ولت است اين مقدار انرژي در سطح اتمي بسيار ناچيز ولي در مورد يك گرم از اورانيوم در حدود صدها هزار مگاوات است. كه اگر به صورت زنجيره اي انجام شود، در كمتر از هزارم ثانيه مشابه بمب اتمي عمل خواهد كرد.
اما اگر تعداد شكست ها را در توده اورانيوم و طي زمان محدود كرده به نحوي كه به ازاي هر شكست، اتم بعدي شكست حاصل كند شرايط يك نيروگاه اتمي به وجود مي آيد. به عنوان مثال نيروگاهي كه داراي ۱۰ تن اورانيوم طبيعي است قدرتي معادل با ۱۰۰ مگاوات خواهد داشت و به طور متوسط ۱۰۵ گرم اورانيوم ۲۳۵ در روز در اين نيروگاه شكسته مي شود و همان طور كه قبلاً گفته شد در اثر جذب نوترون به وسيله ايزوتوپ اورانيوم ۲۳۸ اورانيوم ۲۳۹ به وجود مي آمد كه بعد از دو بار انتشار پرتوهاي بتا (يا الكترون) به پلوتونيم ۲۳۹ تبديل مي شود كه خود مانند اورانيوم ۲۳۵ شكست پذير است. در اين عمل ۷۰ گرم پلوتونيم حاصل مي شود. ولي اگر نيروگاه سورژنراتور باشد و تعداد نوترون هاي موجود در نيروگاه زياد باشند مقدار جذب به مراتب بيشتر از اين خواهد بودو مقدار پلوتونيم هاي به وجود آمده از مقدار آنهايي كه شكسته مي شوند بيشتر خواهند بود. در چنين حالتي بعد از پياده كردن ميله هاي سوخت مي توان پلوتونيم به وجود آمده را از اورانيوم و فرآورده هاي شكست را به كمك واكنش هاي شيميايي بسيار ساده جدا و به منظور تهيه بمب اتمي ذخيره كرد.

۲ _ نرم كننده ها موادي هستند كه برخورد نوترون هاي حاصل از شكست با آنها الزامي است و براي كم كردن انرژي اين نوترون ها به كار مي روند. زيرا احتمال واكنش شكست پي در پي به ازاي نوترون هاي كم انرژي بيشتر مي شود. آب سنگين (D2O) يا زغال سنگ (گرافيت) به عنوان نرم كننده نوترون به كار برده مي شوند.

۳ _ ميله هاي مهاركننده: اين ميله ها از مواد جاذب نوترون درست شده اند و وجود آنها در داخل رآكتور اتمي الزامي است و مانع افزايش ناگهاني تعداد نوترون ها در قلب رآكتور مي شوند. اگر اين ميله ها كار اصلي خود را انجام ندهند، در زماني كمتر از چند هزارم ثانيه قدرت رآكتور چند برابر شده و حالت انفجاري يا ديورژانس رآكتور پيش مي آيد. اين ميله ها مي توانند از جنس عنصر كادميم و يا بور باشند.

۴ _ مواد خنك كننده يا انتقال دهنده انرژي حرارتي: اين مواد انرژي حاصل از شكست اورانيوم را به خارج از رآكتور انتقال داده و توربين هاي مولد برق را به حركت در مي آورند و پس از خنك شدن مجدداً به داخل رآكتور برمي گردند. البته مواد در مدار بسته و محدودي عمل مي كنند و با خارج از محيط رآكتور تماسي ندارند. اين مواد مي توانند گاز CO2 ، آب، آب سنگين، هليم گازي و يا سديم مذاب باشند.
----------------
غنی سازی اورانيم
سنگ معدن اورانيوم موجود در طبيعت از دو ايزوتوپ ۲۳۵ به مقدار ۷/۰ درصد و اورانيوم ۲۳۸ به مقدار ۳/۹۹ درصد تشكيل شده است. سنگ معدن را ابتدا در اسيد حل كرده و بعد از تخليص فلز، اورانيوم را به صورت تركيب با اتم فلئور (F) و به صورت مولكول اورانيوم هكزا فلورايد UF6 تبديل مي كنند كه به حالت گازي است. سرعت متوسط مولكول هاي گازي با جرم مولكولي گاز نسبت عكس دارد اين پديده را گراهان در سال ۱۸۶۴ كشف كرد. از اين پديده كه به نام ديفوزيون گازي مشهور است براي غني سازي اورانيوم استفاده مي كنند.در عمل اورانيوم هكزا فلورايد طبيعي گازي شكل را از ستون هايي كه جدار آنها از اجسام متخلخل (خلل و فرج دار) درست شده است عبور مي دهند. منافذ موجود در جسم متخلخل بايد قدري بيشتر از شعاع اتمي يعني در حدود ۵/۲ انگشترم (۰۰۰۰۰۰۰۲۵/۰ سانتيمتر) باشد. ضريب جداسازي متناسب با اختلاف جرم مولكول ها است.روش غني سازي اورانيوم تقريباً مطابق همين اصولي است كه در اينجا گفته شد. با وجود اين مي توان به خوبي حدس زد كه پرخرج ترين مرحله تهيه سوخت اتمي همين مرحله غني سازي ايزوتوپ ها است زيرا از هر هزاران كيلو سنگ معدن اورانيوم ۱۴۰ كيلوگرم اورانيوم طبيعي به دست مي آيد كه فقط يك كيلوگرم اورانيوم ۲۳۵ خالص در آن وجود دارد. براي تهيه و تغليظ اورانيوم تا حد ۵ درصد حداقل ۲۰۰۰ برج از اجسام خلل و فرج دار با ابعاد نسبتاً بزرگ و پي درپي لازم است تا نسبت ايزوتوپ ها تا از برخي به برج ديگر به مقدار ۰۱/۰ درصد تغيير پيدا كند. در نهايت موقعي كه نسبت اورانيوم ۲۳۵ به اورانيوم ۲۳۸ به ۵ درصد رسيد بايد براي تخليص كامل از سانتريفوژهاي بسيار قوي استفاده نمود. براي ساختن نيروگاه اتمي، اورانيوم طبيعي و يا اورانيوم غني شده بين ۱ تا ۵ درصد كافي است. ولي براي تهيه بمب اتمي حداقل ۵ تا ۶ كيلوگرم اورانيوم ۲۳۵ صددرصد خالص نياز است. عملا در صنايع نظامي از اين روش استفاده نمي شود و بمب هاي اتمي را از پلوتونيوم ۲۳۹ كه سنتز و تخليص شيميايي آن بسيار ساده تر است تهيه مي كنند. عنصر اخير را در نيروگاه هاي بسيار قوي مي سازند كه تعداد نوترون هاي موجود در آنها از صدها هزار ميليارد نوترون در ثانيه در سانتيمتر مربع تجاوز مي كند. عملاً كليه بمب هاي اتمي موجود در زراد خانه هاي جهان از اين عنصر درست مي شود.روش ساخت اين عنصر در داخل نيروگاه هاي اتمي به صورت زير است: ايزوتوپ هاي اورانيوم ۲۳۸ شكست پذير نيستند ولي جاذب نوترون كم انرژي (نوترون حرارتي هستند. تعدادي از نوترون هاي حاصل از شكست اورانيوم ۲۳۵ را جذب مي كنند و تبديل به اورانيوم ۲۳۹ مي شوند. اين ايزوتوپ از اورانيوم بسيار ناپايدار است و در كمتر از ده ساعت تمام اتم هاي به وجود آمده تخريب مي شوند. در درون هسته پايدار اورانيوم ۲۳۹ يكي از نوترون ها خودبه خود به پروتون و يك الكترون تبديل مي شود.بنابراين تعداد پروتون ها يكي اضافه شده و عنصر جديد را كه ۹۳ پروتون دارد نپتونيم مي نامند كه اين عنصر نيز ناپايدار است و يكي از نوترون هاي آن خود به خود به پروتون تبديل مي شود و در نتيجه به تعداد پروتون ها يكي اضافه شده و عنصر جديد كه ۹۴ پروتون دارد را پلوتونيم مي نامند. اين تجربه طي چندين روز انجام مي گيرد.











































چرخه سوخت هسته ای: از استخراج اورانيوم تا توليد انرژی
مقدمه: استخراج اورانيوم از معدن
اورانيوم که ماده خام اصلی مورد نياز برای توليد انرژی در برنامه های صلح آميز يا نظامی هسته ای است، از طريق استخراج از معادن زيرزمينی يا سر باز بدست می آيد. اگر چه اين عنصر بطور طبيعی در سرتاسر جهان يافت ميشود اما تنها حجم کوچکی از آن بصورت متراکم در معادن موجود است.هنگامی که هسته اتم اورانيوم در يک واکنش زنجيره ای شکافته شود مقداری انرژی آزاد خواهد شد.برای شکافت هسته اتم اورانيوم، يک نوترون به هسته آن شليک ميشود و در نتيجه اين فرايند، اتم مذکور به دو اتم کوچکتر تجزيه شده و تعدادی نوترون جديد نيز آزاد ميشود که هرکدام به نوبه خود ميتوانند هسته های جديدی را در يک فرايند زنجيره ای تجزيه کنند. مجموع جرم اتمهای کوچکتری که از تجزيه اتم اورانيوم بدست می آيد از کل جرم اوليه اين اتم کمتر است و اين بدان معناست که مقداری از جرم اوليه که ظاهرا ناپديد شده در واقع به انرژی تبديل شده است، و اين انرژی با استفاده از رابطه E=MC۲ يعنی رابطه جرم و انرژی که آلبرت اينشتين نخستين بار آنرا کشف کرد قابل محاسبه است.اورانيوم به صورت دو ايزوتوپ مختلف در طبيعت يافت ميشود. يعنی اورانيوم U۲۳۵ يا U۲۳۸ که هر دو دارای تعداد پروتون يکسانی بوده و تنها تفاوتشان در سه نوترون اضافه ای است که در هسته U۲۳۸ وجود دارد. اعداد ۲۳۵ و ۲۳۸ بيانگر مجموع تعداد پروتونها و نوترونها در هسته هر کدام از اين دو ايزوتوپ است.

کشورهای اصلی توليد کننده اورانيوم :
استراليا
چين
کانادا
قزاقستان
ناميبيا
نيجر
روسيه
ازبکستان

برای بدست آوردن بالاترين بازدهی در فرايند زنجيره ای شکافت هسته بايد از اورانيوم ۲۳۵ استفاده کرد که هسته آن به سادگی شکافته ميشود. هنگامی که اين نوع اورانيوم به اتمهای کوچکتر تجزيه ميشود علاوه بر آزاد شدن مقداری انرژی حرارتی دو يا سه نوترون جديد نيز رها ميشود که در صورت برخورد با اتمهای جديد اورانيوم بازهم انرژی حرارتی بيشتر و نوترونهای جديد آزاد ميشود.اما بدليل "نيمه عمر" کوتاه اورانيوم ۲۳۵ و فروپاشی سريع آن، اين ايزوتوپ در طبيعت بسيار نادر است بطوری که از هر ۱۰۰۰ اتم اورانيوم موجود در طبيعت تنها هفت اتم از نوع U۲۳۵ بوده و مابقی از نوع سنگينتر U۲۳۸ است.
فراوری:
سنگ معدن اورانيوم بعد از استخراج، در آسيابهائی خرد و به گردی نرم تبديل ميشود. گرد بدست آمده سپس در يک فرايند شيميائی به ماده جامد زرد رنگی تبديل ميشود که به کيک زرد موسوم است. کيک زرد دارای خاصيت راديو اکتيويته است و ۶۰ تا ۷۰ درصد آنرا اورانيوم تشکيل ميدهد. دانشمندان هسته ای برای دست يابی هرچه بيشتر به ايزوتوپ نادر U۲۳۵ که در توليد انرژی هسته ای نقشی کليدی دارد، از روشی موسوم به غنی سازی استفاده می کنند. برای اين کار، دانشمندان ابتدا کيک زرد را طی فرايندی شيميائی به ماده جامدی به نام هگزافلوئوريد اورانيوم تبديل ميکنند که بعد از حرارت داده شدن در دمای حدود ۶۴ درجه سانتيگراد به گاز تبديل ميشود. کيک زرد دارای خاصيت راديو اکتيويته است و ۶۰ تا ۷۰ درصد آنرا اورانيوم تشکيل ميدهد .هگزافلوئوريد اورانيوم که در صنعت با نام ساده هگز شناخته ميشود ماده شيميائی خورنده ايست که بايد آنرا با احتياط نگهداری و جابجا کرد. به همين دليل پمپها و لوله هائی که برای انتقال اين گاز در تاسيسات فراوری اورانيوم بکار ميروند بايد از آلومينيوم و آلياژهای نيکل ساخته شوند. همچنين به منظور پيشگيری از هرگونه واکنش شيميايی برگشت ناپذير بايد اين گاز را دور از معرض روغن و مواد چرب کننده ديگر نگهداری کرد.

غنی سازی:
هدف از غنی سازی توليد اورانيومی است که دارای درصد بالايی از ايزوتوپ U۲۳۵ باشد.
اورانيوم مورد استفاده در راکتورهای اتمی بايد به حدی غنی شود که حاوی ۲ تا ۳ درصد اورانيوم ۲۳۵ باشد، در حالی که اورانيومی که در ساخت بمب اتمی بکار ميرود حداقل بايد حاوی ۹۰ درصد اورانيوم ۲۳۵ باشد. يکی از روشهای معمول غنی سازی استفاده از دستگاههای سانتريفوژ گاز است.
سانتريفوژ از اتاقکی سيلندری شکل تشکيل شده که با سرعت بسيار زياد حول محور خود می چرخد. هنگامی که گاز هگزا فلوئوريد اورانيوم به داخل اين سيلندر دميده شود نيروی گريز از مرکز ناشی از چرخش آن باعث ميشود که مولکولهای سبکتری که حاوی اورانيوم ۲۳۵ است در مرکز سيلندر متمرکز شوند و مولکولهای سنگينتری که حاوی اورانيوم ۲۳۸ هستند در پايين سيلندر انباشته شوند.اورانيوم ۲۳۵ غنی شده ای که از اين طريق بدست می آيد سپس به داخل سانتريفوژ ديگری دميده ميشود تا درجه خلوص آن باز هم بالاتر رود. اين عمل بارها و بارها توسط سانتريفوژهای متعددی که بطور سری به يکديگر متصل ميشوند تکرار ميشود تا جايی که اورانيوم ۲۳۵ با درصد خلوص مورد نياز بدست آيد.
آنچه که پس از جدا سازی اورانيوم ۲۳۵ باقی ميماند به نام اورانيوم خالی يا فقير شده شناخته ميشود که اساسا از اورانيوم ۲۳۸ تشکيل يافته است. اورانيوم خالی فلز بسيار سنگينی است که اندکی خاصيت راديو اکتيويته دارد و از آن برای ساخت گلوله های توپ ضد زره پوش و اجزای برخی جنگ افزار های ديگر از جمله منعکس کننده نوترونی در بمب اتمی استفاده ميشود. يک شيوه ديگر غنی سازی روشی موسوم به ديفيوژن يا روش انتشاری است. دراين روش گاز هگزافلوئوريد اورانيوم به داخل ستونهايی که جدار آنها از اجسام متخلخل تشکيل شده دميده ميشود. سوراخهای موجود در جسم متخلخل بايد قدری از قطر مولکول هگزافلوئوريد اورانيوم بزرگتر باشد.در نتيجه اين کار مولکولهای سبکتر حاوی اورانيوم ۲۳۵ با سرعت بيشتری در اين ستونها منتشر شده و تفکيک ميشوند. اين روش غنی سازی نيز بايد مانند روش سانتريفوژ بارها و باره تکرار شود.
راکتور هسته ای:
راکتور هسته ای وسيله ايست که در آن فرايند شکافت هسته ای بصورت کنترل شده انجام ميگيرد. انرژی حرارتی بدست آمده از اين طريق را می توان برای بخار کردن آب و به گردش درآوردن توربين های بخار ژنراتورهای الکتريکی مورد استفاده قرار داد.
اورانيوم غنی شده ، معمولا به صورت قرصهائی که سطح مقطعشان به اندازه يک سکه معمولی و ضخامتشان در حدود دو و نيم سانتيمتر است در راکتورها به مصرف ميرسند. اين قرصها روی هم قرار داده شده و ميله هايی را تشکيل ميدهند که به ميله سوخت موسوم است. ميله های سوخت سپس در بسته های چندتائی دسته بندی شده و تحت فشار و در محيطی عايقبندی شده نگهداری ميشوند.
در بسياری از نيروگاهها برای جلوگيری از گرم شدن بسته های سوخت در داخل راکتور، اين بسته ها را داخل آب سرد فرو می برند. در نيروگاههای ديگر برای خنک نگه داشتن هسته راکتور ، يعنی جائی که فرايند شکافت هسته ای در آن رخ ميدهد ، از فلز مايع (سديم) يا گاز دی اکسيد کربن استفاده می شود.
1- هسته راکتور
2-پمپ خنک کننده
3- ميله های سوخت
4- مولد بخار
5- هدايت بخار به داخل توربين مولد برق

برای توليد انرژی گرمائی از طريق فرايند شکافت هسته ای ، اورانيومی که در هسته راکتور قرار داده ميشود بايد از جرم بحرانی بيشتر (فوق بحرانی) باشد. يعنی اورانيوم مورد استفاده بايد به حدی غنی شده باشد که امکان آغاز يک واکنش زنجيره ای مداوم وجود داشته باشد. برای تنظيم و کنترل فرايند شکافت هسته ای در يک راکتور از ميله های کنترلی که معمولا از جنس کادميوم است استفاده ميشود. اين ميله ها با جذب نوترونهای آزاد در داخل راکتور از تسريع واکنشهای زنجيره ای جلوگيری ميکند. زيرا با کاهش تعداد نوترونها ، تعداد واکنشهای زنجيره ای نيز کاهش ميابد. حدودا ۴۰۰ نيروگاه هسته ای در سرتاسر جهان فعال هستند که تقريبا ۱۷ درصد کل برق مصرفی در جهان را تامين ميکنند. از جمله کاربردهای ديگر راکتورهای هسته ای، توليد نيروی محرکه لازم برای جابجايی ناوها و زيردريايی های اتمی است.

بازفراوری:
برای بازيافت اورانيوم از سوخت هسته ای مصرف شده در راکتور از عمليات شيميايی موسوم به بازفراوری استفاده ميشود. در اين عمليات، ابتدا پوسته فلزی ميله های سوخت مصرف شده را جدا ميسازند و سپس آنها را در داخل اسيد نيتريک داغ حل ميکنند.
در نتيجه اين عمليات، ۱% پلوتونيوم ، ۳% مواد زائد به شدت راديو اکتيو و ۹۶% اورانيوم بدست می آيد که دوباره ميتوان آنرا در راکتور به مصرف رساند. راکتورهای نظامی اين کار را بطور بسيار موثرتری انجام ميدهند. راکتور و تاسيسات باز فراوری مورد نياز برای توليد پلوتونيوم را ميتوان بطور پنهانی در داخل ساختمانهای معمولی جاسازی کرد. به همين دليل، توليد پلوتونيوم به اين طريق، برای هر کشوری که بخواهد بطور مخفيانه تسليحات اتمی توليد کند گزينه جذابی خواهد بود.
بمب پلوتونيومی:
استفاده از پلوتونيوم به جای اورانيوم در ساخت بمب اتمی مزايای بسياری دارد. تنها چهار کيلوگرم پلوتونيوم برای ساخت بمب اتمی با قدرت انفجار ۲۰ کيلو تن کافی است. در عين حال با تاسيسات بازفراوری نسبتا کوچکی ميتوان چيزی حدود ۱۲ کيلوگرم پلوتونيوم در سال توليد کرد.

بمب پلوتونيومی
1- منبع يا مولد نوترونی
2- هسته پلوتونيومی
3- پوسته منعکس کننده (بريليوم)
4- ماده منفجره پرقدرت
5- چاشنی انفجاری

کلاهک هسته ای شامل گوی پلوتونيومی است که اطراف آنرا پوسته ای موسوم به منعکس کننده نوترونی فرا گرفته است. اين پوسته که معمولا از ترکيب بريليوم و پلونيوم ساخته ميشود، نوترونهای آزادی را که از فرايند شکافت هسته ای به بيرون ميگريزند، به داخل اين فرايند بازمی تاباند. استفاده از منعکس کننده نوترونی عملا جرم بحرانی را کاهش ميدهد و باعث ميشود که برای ايجاد واکنش زنجيره ای مداوم به پلوتونيوم کمتری نياز باشد. برای کشور يا گروه تروريستی که بخواهد بمب اتمی بسازد، توليد پلوتونيوم با کمک راکتورهای هسته ای غير نظامی از تهيه اورانيوم غنی شده آسانتر خواهد بود. کارشناسان معتقدند که دانش و فناوری لازم برای طراحی و ساخت يک بمب پلوتونيومی ابتدائی، از دانش و فنآوری که حمله کنندگان با گاز اعصاب به شبکه متروی توکيو در سال ۱۹۹۵ در اختيار داشتند پيشرفته تر نيست.
چنين بمب پلوتونيومی ميتواند با قدرتی معادل ۱۰۰ تن تی ان تی منفجر شود، يعنی ۲۰ مرتبه قويتر از قدرتمندترين بمبگزاری تروريستی که تا کنون در جهان رخ داده است.

بمب اورانيومی:
هدف طراحان بمبهای اتمی ايجاد يک جرم فوق بحرانی ( از اورانيوم يا پلوتونيوم) است که بتواند طی يک واکنش زنجيره ای مداوم و کنترل نشده، مقادير متنابهی انرژی حرارتی آزاد کند. يکی از ساده ترين شيوه های ساخت بمب اتمی استفاده از طرحی موسوم به "تفنگی" است که در آن گلوله کوچکی از اورانيوم که از جرم بحرانی کمتر بوده به سمت جرم بزرگتری از اورانيوم شليک ميشود بگونه ای که در اثر برخورد اين دو قطعه، جرم کلی فوق بحرانی شده و باعث آغاز واکنش زنجيره ای و انفجار هسته ای ميشود.
کل اين فرايند در کسر کوچکی از ثانيه رخ ميدهد.
جهت توليد سوخت مورد نياز بمب اتمی، هگزا فلوئوريد اورانيوم غنی شده را ابتدا به اکسيد اورانيوم و سپس به شمش فلزی اورانيوم تبديل ميکنند. انجام اين کار از طريق فرايندهای شيميائی و مهندسی نسبتا ساده ای امکان پذير است.
قدرت انفجار يک بمب اتمی معمولی حداکثر ۵۰ کيلو تن است، اما با کمک روش خاصی که متکی بر مهار خصوصيات جوش يا گداز هسته ای است ميتوان قدرت بمب را افزايش داد.
در فرايند گداز هسته ای ، هسته های ايزوتوپهای هيدروژن به يکديگر جوش خورده و هسته اتم هليوم را ايجاد ميکنند. اين فرايند هنگامی رخ ميدهد که هسته های اتمهای هيدروژن در معرض گرما و فشار شديد قرار بگيرند. انفجار بمب اتمی گرما و فشار شديد مورد نياز برای آغاز اين فرايند را فراهم ميکند. طی فرايند گداز هسته ای نوترونهای بيشتری رها ميشوند که با تغذيه واکنش زنجيره ای، انفجار شديدتری را بدنبال می آورند. اينگونه بمبهای اتمی تقويت شده به بمبهای هيدروژنی يا بمبهای اتمی حرارتی موسومند.





























فیزیک هسته ای

غنی سازی اورانیوم

سانتریفیوژ دستگاهی است که برای جدا سازی مواد از یکدیگر بر اساس وزن آنها استفاده می شود. این دستگاه مواد را با سرعت زیاد حول یک محور به گردش در می آورد و مواد متناسب با وزنی که دارند از محور فاصله می گیرند. در واقع در این روش برای جدا سازی مواد از یکدیگر از شتاب ناشی از نیروی گریز از مرکز استفاده می گردد، کاربرد عمومی این دستگاه برای جداسازی مایع از مایع و یا مایع از جامد است. سانتریفیوژ هایی که برای غنی سازی اورانیوم استفاده می شود حالت خاصی دارند که برای گاز تهیه شده اند که به آنها Hyper-Centrifuge گفته می شود. پیش از آنکه دانشمندان از این روش برای غنی سازی اورانیوم استفاده کنند از تکنولوژی خاصی بنام Gaseous Diffusion به معنی پخش و توزیع گازی استفاده می کردند.
Gaseous Diffusion
در روش Gaseous Diffusion، گاز هگزافلوراید اورانیوم (UF6) را با سرعت از صفحات خاصی که حالت ***** دارند عبور داده می شود و طی آن این صفحات می توانند به دلیل داشتن منافذ و خلل و فرج زیاد تا حدی می توانند اوانیوم 235 را از 238 جدا کنند. (به شکل بالا دقت کنید.در این روش با تکرار استفاده از این صفحات ***** مانند، بصورت آبشاری (Cascade)، میزان اورانیوم 235 را به مقدار دلخواه بالا می بردند. این روش اولین راهکارهای صنعتی برای غنی سازی اورانیوم بود که کابرد عملی پیدا کرد.

Gaseous Diffusion از جمله تکنولوژی هایی بود که ایالات متحده طی جنگ جهانی دوم در پروژه ای بنام منهتن (Manhattan) برای ساخت بمب هسته ای، با کمک انگلیس و کانادا به آن دست پیدا کرد.
نمونه ای از سانتریفیوژهای گازی آبشاری که برای غنی سازی اورانیوم از آنها استفاده میشود. Hyper-Centrifuge
اما در روش استفاده از سانتریفیوژ برای غنی سازی اورانیوم، تعداد بسیار زیادی از این دستگاهها بصورت سری و موازی بکار می برند تا با کمک آن بتوانند غلظت اورانیوم 235 را افزایش دهند.
گاز هگزافلوراید اورانیوم (UF6) در داخل سیلندرهای سانتریفیوژ تزریق می شود و با سرعت زیاد به گردش در آورده می گردد. گردش سریع سیلندر، نیروی گریز از مرکز بسیار قوی ای تولید می کند و طی آن مولکولهای سنگین تر (آنهایی که شامل ایزوتوپ اورانیوم 238 هستند) از مرکز محور گردش دور تر می گردند و برعکس آنها که مولکول های سبک تری دارند (حاوی ایزوتوپ اورانیوم 235) بیشتر حول محور سانتریفیوژ قرار می گیرند.
در این هنگام با استفاده از روشهای خاص گازی که حول محور جمع شده است جمع آوری شده به مرحله دیگر یعنی دستگاه سانتریفیوژ بعدی هدایت می گردد. میزان گاز هگزافلوراید اورانیوم شامل اورانیوم 235 ای که در این روش از یک واحد جداسازی بدست می آید به مراتب بیشتر از مقداری است که در روش قبلی (Gaseous Diffusion) بدست می آید، به همین علت است که امروزه در بیشتر نقاط جهان برای غنی سازی اورانیوم از این روش استفاده می کنند. بزرگترین دستگاههای آبشاری سانتریفیوژ در کشورهایی مانند فرانسه، آلمان، انگلستان و چین در حال غنی سازی اورانیوم هستد. این کشورها علاوه بر مصرف داخلی به صادرات اورانیوم غنی شده نیز می پردازند. کشور ژاپن هم دارای دستگاههای بزرگ سانتریفیوژ است اما تنها برای مصرف داخلی اورانیوم غنی شده تولید می کند.
نياز براي منابع جديد انرژي در بحران انرژي كه ايالات متحده ، كشورهاي غربي و ژاپن در سالهاي 1974- 1973 با آن مواجه بودند شديدا احساس ميشد. اين كمبود ناشي از آن بود كه كشورهاي توليد كننده نفت در خاورميانه حمل نفت به بعضي از كشورهاي پيشرفته صنعتي را كاهش دادند. اين گونه رويدادها نظرها را بر روشهاي ديگر توليد انرژي متمركز كرد. از مصرف زغال سنگ كه آلودگي بيشتري دارد به انرژي خورشيدي ، و به نقش صنعت توان هسته‌اي در اقتصاد ما كشانيد.
ارمغان فناوري هسته‌اي
پيشرفت توان هسته‌اي در ايالات متحده از آنچه در پايان جنگ جهاني دوم انتظار مي رفت، كندتر بوده است. به دلايل گوناگون ، اداري و فني عمدتا در ارتباط با جنگ سرد با اتحاد شوروي ، كميسيون انرژي اتمي آمريكا ( (AAEC) كه امروزه مركز انرژي Department of Energy ناميده ميشود. تاكيدي بر پژوهش ، درباره سيستمهاي توان الكتريكي هسته‌اي نداشت تا آنكه در 1953 آيزنهاور به اين امر اقدام كرد. در طي سالهاي 1960 توان الكتريكي هسته‌اي از لحاظ اقتصادي با هيدروالكتريسيته و الكتريسيته حاصل از زغال سنگ و نفت رقابت آميز شد. در آغاز سال 1978، 65 راكتور هسته‌اي با ظرفيتي بيش از 47 ميليون كيلووات كه حدود 9% توليد توان كل الكتريكي ملي است در حال كار بود. با حدود 90 راكتور كه در دست ساختمان بود انتظار ميرفت كه بخش هسته‌اي محصول الكتريسيته امريكا در 1980 به حدود 17% و در 1985 به حدود 28% برسد. در مابقي جهان ، در آغاز 1978 ، حدود 130 راكتور توان هسته‌اي با ظرفيتي حدود 50 ميليون كيلووات در حال كار بود ، و انتظار ميرفت در سال 1995 تعداد آنها به حدود 325 راكتور برسد.
قدرت انرژي هسته‌اي
روش‌هاي استفاده از انرژي هسته‌اي كاملا تازه تكامل يافته‌اند، اما نخستين نتايج به دست آمده از به كارگيري اين روش‌ها مهم‌اند. بدون ترديد ، تكامل بيشتر روش‌هاي توليد و كاربرد انرژي هسته‌اي فرصت‌هاي بي سابقه جديدي را در پيش روي دانش ، فن و صنعت فراهم خواهد آورد. تجسم ميزان كامل اين فرصت‌ها در مرحله نوين دشوار است. آزادي انرژي هسته‌اي قدرت بيكراني را در اختيار انسان گذاشته است مشروط بر اين كه اين انرژي در راه هدف‌هاي صلح آميز به كار گرفته شود. بايد اين را نيز به خاطر داشت كه طراحي راكتور‌هاي هسته‌اي يكي از نتايج بسيار مهم ساختا دروني ماده است. تابش گسيلي از اتم‌ها و هسته‌هاي اتمي نامرئي و نا محسوس به نتيجه عملي كاملا مرئي ، يعني آزاد سازي و استفاده از انرژي هسته‌اي نهان در اورانيوم ، منتهي شده است. اين نتيجه به يقين اثبات ميكند كه نظرات علمي ما درباره اتم‌ها و هسته‌هاي اتمي درست‌اند، يعني واقعيت عيني طبيعت را باز تاب ميدهند.
اورانيوم چيست.
اشاره:
اورانيوم يکي از عناصر شيميايي جدول تناوبي است که نماد آن U وعدد اتمِي آن 92 مي باشد. اورانيوم که يک عنصر سنگين، سمي، فلزي، راديواکتيو و براق به رنگ سفيد مايل به نقره اي مي باشد به گروه آستيندها تعلق داشته و ايزوتوپ 235 آن براي سوخت راکتورهاي هسته اي وسلاحهاي هسته اي استفاده مي شود. معمولا اورانيوم در مقادير بسيار ناچيز درصخره ها، خاک، آب، گياهان و جانوران از جمله انسان يافت مي شود.
خصوصيتهاي قابل توجه
اورانيوم هنگام عمل پالايش به رنگ سفيد مايل به نقره اي فلزي با خاصيت راديو اکتيوي ضعيف مي باشد که کمي از فولاد نرم تر است. اين فلز چکش خوار ، رساناي جريان الکتريسيته و کمي PARAMAGNETIC مي باشد. چگالي اورانيوم 65% بيشتر از چگالي سرب ميباشد. اگر اورانيوم به خوبي جدا شود به شدت از آب سرد متاثر شده و در برابر هوا اکسيد ميشود. اورانيوم استخراج شده از معادن مي تواند به صورت شيميايي به دي اکسيد اورانيوم و ديگر گونه هاي قابل استفاده در صنعت تبديل شود.


اورانيوم در صنعت سه گونه دارد:
• آلفا (ORTHOHOMBIC) که تا دماي 667.7 درجه پايدار است.
• بتا (TETRAGONAL) که از دماي 667.7 تا 774.8 درجه پايدار است.
• گاما (BODY-CENTERED CUBIC) که از دماي 774.8 درجه تا نقطه ذوب پايدار است. ( اين رساناترين و چکش خوارترين گونه اورانيوم مي باشد.)
دو ايزوتوپ مهم ان U235 و U238 مي باشند که 235 Uمهمترين ايزوتوپ براي راکتورها و سلاحهاي هسته اي است. چرا که اين ايزوتوپ تنها ايزوتوپي است که در طبيعت وجود دارد و در هر مقدار ممکن توسط نوترونهاي حرارتي شکافته ميشود. ايزوتوپ U238 نيز از اين جهت مهم است که نوترونها را براي توليد ايزوتوپ راديو اکتيو جذب کرده و آن را به ايزوتوپ PU239 پلوتونيوم تجزيه مي کند. ايزوتوپ مصنوعي U233 نيز شکافته شده و توسط بمباران نوتروني THORIUM232 بوجود مي آيد.
اورانيوم اولين عنصر يافته شده بود که مي توانست شکافته شود. براي نمونه با بمباران آرام نوتروني ايزوتوپ U235 آن به ايزوتوپ کوتاه عمر U236 تبديل شده و بلا فاصله به دو هسته کوچکتر تقسيم مي شود که اين عمل انرژي آزاد کرده و نوترونهاي بيشتري توليد مي کند. اگر اين نوترونها توسط هسته U235 ديگري جذب شوند عملکرد حلقه هسته اي دوباره اتفاق مي افتد و اگر چيزي براي جذب نوترونها وجود نداشته باشد به حالت انفجاري در مي آيند. اولين بمب اتمي با اين اصل جواب داد «شکاف هسته اي » نام دقيقتر براي اين بمبها و بمب هاي هيدروژني« آميزش هسته اي» سلاحهاي هسته اي مي باشد.
کاربردها:
فلز اورانيوم بسيار سنگين و پرچگالي مي باشد.اورانيوم خالي توسط بعضي از ارتشها براي ساخت محافظ براي تانکها و ساخت قسمتهايي از موشکها و ادوات جنگي استفاده مي شود. ارتشها همچنين از اورانيوم غني شده براي سوخت ناوگان خود و زيردريايي ها و همچنين سلاحهاي هسته اي استفاده مي کند. سوخت استفاده شده در راکتورهاي ناوگان ايالات متحده معمولا اورانيوم U235 غني شده مي باشد. اورانيوم موجود در سلاحهاي هسته اي به شدت غني مي شوند که اين مقدار بصورت تقريبي 90% مي باشد.
مهمترين کاربرد اورانيوم در بخش غير نظامي تامين سوخت دستگاههاي توليد نيروي هسته اي است که در آنها سوخت U235 به ميزان 2الي3% غني مي شود. اورانيوم تخليه شده در هليکوپترها و هواپيماها به عنوان وزن متقابل بر هر بار استفاده مي شود.
ديگر کاربردهاي اين عنصر عبارتند از :
• لعاب ظروف سفالي از مقدار کمي اورانيوم طبيعي تشکيل شده است (که داخل فرايند غني سازي نمي شود) که اين عنصر براي اضافه کردن رنگ با آن اضافه مي شود.
• نيمه عمر طولاني ايزوتوپ اورانيوم 238 آن را براي تخمين سن سنگهاي آتشفشاني مناسب مي سازد.
• U235 در راکتورهاي هسته اي BREEDER به پلوتونيوم تبديل مي شود. و پلوتونيوم نيز در ساخت بمبهاي هيدروژني مورد استفاده قرار مي گيرد.
• استات اورانيوم در شيمي تحليلي کاربرد دارد.
• برخي از لوازم نوردهنده از اورانيوم و برخي در مواد شيميايي عکاسي مانند نيترات اورانيوم استفاده مي کنند.
• معمولا کودهاي فسفاتي حاوي مقدار زيادي اورانيوم طبيعي ميباشند. چراکه مواد کاني که آنها از آنجا گرفته شده اند حاوي مقدار زيادي اورانيوم مي باشند.
• فلز اورانيوم براي اهداف اشعه ايکس در ساخت اين اشعه با انرژي بالا استفاده مي شود.
• اين عنصر در وسايل INTERIAL GUIDANCE و GYRO COMPASS استفاده مي شود.
تاريخچه:
استفاده از اورانيوم به شکل اکسيدطبيعي آن به سال 79 ميلادي بر مي گردد يعني زماني که از اين عنصر براي اضافه کردن رنگ زرد به سفال لعابدار استفاده شد (شيشه زرد با يک در صد اورانيوم در نزديکي ناپل ايتاليا کشف شده است.)
کشف اين عنصر به شيميدان آلماني به نام مارتين هنريچ کلاپرس اختصاص داده شد که در سال 1789 اورانيوم را به صورت قسمتي از کاني که آن را PITCHBLENDE ناميد کشف شد. نام اين عنصر را بر اساس سياره اورانوس که هشت سال قبل از آن کشف شده بود برگزيدند.اين عنصر در سال 1841 به صورت فلز جداگانه توسط EUGNE MELCHIOR PELIGOT استفاده شد.
در سال 1896 HENRI BECQUEREL فيزيکدان فرانسوي براي اولين بار به خاصيت راديو اکتيويته آن پي برد.
در پروژه MANHATTAN نامهاي TUBALLOY و ORALLOY براي اورانيوم طبيعي و اورانيوم غني شده بکار برده شد. اين اسامي هنوز نيز براي اورانيوم غني شده و اورانيوم طبيعي بکار برده مي شوند.

























نيروگاه هسته اي ؛ خطر کمتر ، صرفه بيشتر

بحبوحه جنگ جهاني دوم بود ؛ زماني که ديگر سرنوشت جنگ در گرو ارتش بزرگتر ، تجهيزات بيشتر ، مهمات پيشرفته تر و نه حتي ، بمباران ها و کشتارهاي بيشتر ، نبود. آنچه اهميت فوق العاده اي يافته بود ، به ثمر رسيدن تلاش دانشمندان و کشف انرژي هسته اي بود. فيزيکدانان اتمي به رهبري هايزنبرگ در آلمان و فيزيکدانان امريکايي به رهبري فرمي در امريکا براي ايجاد واکنش زنجيره اي اورانيوم و کنترل آن بدون وقفه تلاش مي کردند. هدف آنها به کارگيري انرژي حاصل در توليد برق بود. سرانجام در دوم دسامبر 1942 گروه امريکايي توانست واکنش زنجيره اي اورانيوم را در رآکتوري در شيکاگو ، انجام دهد. تلاش آنان مبنا و اساس کار رآکتورها در سراسر جهان شد ، ولي جنگ افروزان با سوئاستفاده از اين انرژي نوين ، فاجعه هيروشيما و ناکازاکي را در تاريخ جهان ثبت کردند. پيدا کردن يک ماده کند کننده خوب ، مهمترين مشکل در ابتداي پروژه ساخت رآکتور بود ؛ ماده اي که نوترون هاي حاصل از شکافت اورانيوم را کند مي کند ، ولي جذب نکند. در رقابت بين امريکايي ها و آلماني ها ، اين فيزيکدانان امريکايي بودند که پيروز شدند ، آن هم يک دليل ساده داشت ؛ فيزيکدانان امريکايي با يک شيميدان مشورت کردند ، ولي آلماني ها حاضر به قبول چنين ننگي نبودند! آن زمان دو ماده مناسب شناخته شده بود ؛ گرافيت و آب سنگين.
ولي هر کدام يک مشکل داشت ، گرافيت به دليل ناخالصي ، نوترون ها را جذب مي کرد و آب سنگين هم به ميزان خيلي کم ، با نسبت يک به 10هزار در آب معمولي وجود داشت.
نتيجه مشورت امريکايي ها با يک شيميدان به تهيه گرافيت خالص منجر شد. ولي هايزنبرگ در يک کارخانه که توسط نازي ها در نروژ اشغال شده بود ، به سختي و با کندي آب سنگين جدا مي کرد ؛ چون انگليسي ها به نروژي ها گفته بودند که تهيه آب سنگين به نفع نازي هاست و آنها هم تا مي توانستند به بهترين نحو در توليد آب سنگين خرابکاري کردند! پس از جنگ جهاني دوم مشخص شد که برخلاف تبليغات نازي ها، آنها حتي به انجام اين واکنش نزديک هم نشده بودند. نيروگاه هاي مولد برق با منابع انرژي مختلفي کار مي کنند: انرژي باد، انرژي آب پشت سدها و انرژي سوختهاي فسيلي.
در کشور ما هر سه نوع نيروگاه وجود دارد، توربين هاي بادي منجيل ، نيروگاه حرارتي برق کرج و نيروگاه هاي آبي ديگر ، اما همان طور که مي دانيد، سالهاست براي راه اندازي نيروگاه هسته اي بوشهر تلاش مي کنيم ، مگر نيروگاه هسته اي چه مزيتي دارد؟ طبق آمار منتشر شده توسط سازمان انرژي اتمي ، اگر ما بتوانيم نيروگاه بوشهر را راه اندازي کنيم ، سالانه 190ميليون بشکه نفت خام با ارزش اقتصادي 5ميليارد دلار صرفه جويي خواهيم کرد. همچنين از توليد 157هزار تن دي اکسيد کربن ، 1150تن ذرات معلق در هوا ، 130تن گوگرد و 50تن اکسيد نيتروژن جلوگيري خواهيم کرد و از همه مهمتر 7000مگاوات به ظرفيت توليد برق کشور اضافه خواهد شد. مصرف کل انرژي هسته اي در جهان در سال 2001ميلادي معادل سوزاندن 601ميليون تن نفت خام بوده است.
امروزه 420نيروگاه هسته اي در جهان وجود دارد که سالانه حدود 410گيگاوات (هر گيگاوات 109وات است) برق توليد ميکند. تمامي کارخانه ها، ماشين آلات و نيروگاه هاي در حال کار، خطراتي را به همراه دارندو نکات ايمني در خصوص هر يک از آنها بايد اجرا شود. نيروگاه هاي هسته اي از اين لحاظ مستثنائ نيست ؛ ولي اغلب در زمينه پرخطر بودن اين نيروگاه ها مبالغه شده است.بخشي از آن به سبب فيلمهاي علمي تخيلي است که نيروي هسته اي را غولي غير قابل کنترل ، مخرب و سرکش معرفي کرده اند و بخش ديگر به دليل خاطرات بد مردم از انفجارهاي جنگ جهاني دوم است.که البته آنچه در جنگ جهاني دوم بيشتر باعث تخريب شد، بمب بود، نه نيروي هسته اي.البته اتفاقاتي که ممکن است در نيروگاه هاي هسته اي رخ بدهد، پيش بيني و راههاي پيشگيري و ضريب خطر آنها محاسبه شده است.
با رعايت نکات ايمني و کار بر اساس فناوري روز، نيروي هسته اي يکي از کم خطرترين و مقرون به صرفه ترين روش براي توليد برق است.آژانس انرژي اتمي تشکلي است که دو هدف عمده را دنبال مي کند؛ يکي نظارت بر اجرا و ساخت نيروگاه ها و تضمين رعايت موارد ايمني در آن هاست و ديگري جلوگيري از سوئاستفاده هاي ممکن از نيروگاه هاست چون کشورهاي داراي رآکتور مي توانند از مواد حاصل از رآکتور در توليد کلاهک هاي هسته اي و بمب هاي اتمي که اهدافي جنگ طلبانه و غير انساني است ، استفاده کنند. نظارت دقيق بر فعاليت هاي هسته اي تمام کشورها، امنيت جهان را تضمين مي کند. هر کشوري براي ساخت و راه اندازي رآکتور بايد از اين آژانس پروانه کار دريافت کند که شامل 25 تا 30 مجوز مختلف است.

اصول ايمني نيروگاه ها : براي به حداقل رساندن خطرات يک نيروگاه ، موارد زير بايد رعايت شود.
1- ساخت ديوارهاي چند لايه براي جلوگيري از خروج راديو اکتيو و ورود آن به محيط زندگي مردم.
2- مدارهاي خنک کننده قلب رآکتور که بايد بسيار دقيق طراحي شوند؛ چون بالا رفتن دما از يک اندازه مشخص ، مي تواند بسيار خطرناک باشد.
3- محفظه ايمني : يک ساختمان از بتون تحت فشار که با کابلهاي فولادي ساخته شده است.
4- تعيين دقيق محل ساخت رآکتور: نيروگاه ها اصولا در جايي دور از زندگي مردم ساخته مي شوند ؛ جايي که خطر زلزله و ديگر بلاياي طبيعي کم باشد بافت خاک آنجا قدرت تحمل نيروگاه را با تمامي تجهيزات آن داشته باشد و در مرور زمان نشست نکند. در مسير آبهاي زيرزميني نباشد تا حداقل راديو اکتيو وارد زندگي مردم شود.






























سوخت هسته اي چيست؟
وقتي صحبت از سوخت به ميان مي آيد ، اغلب ما تصوري از دود و آتش داريم.
سوختن به طور معمول به نوعي اکسيد شدن سريع مواد که همراه با ايجاد شعله و دود و همچنين انرژي است ، اطلاق مي شود اين نوع سوختن يک تغيير شيميايي و واکنشي در سطح اتمهاي مواد است ولي در يک سوختن هسته اي تغييرات در هسته اتمها صورت مي گيرد. اين سوختن شامل هيچ دود و آتشي نيست ، يک هسته سنگين (هسته اي که مجموع تعداد پروتون ها و نوترون هاي آن از 230بيشتر است) به دو هسته جديد سبک تر شکسته مي شود. شکسته شدن يک هسته سنگين به دو هسته سبک تر را شکافت مي گويند. شکافت به طور طبيعي و بدون هيچ عامل خارجي بسيار کم اتفاق مي افتد و قابل کنترل هم نيست.
براي اين که شکافت بسرعت انجام گيرد (تعداد زياد) که بتواند در رآکتورهاي هسته اي مفيد باشد، لازم است به هسته انرژي داده شود اين انرژي ، انرژي بحراني ناميده مي شود روشهاي دادن اين انرژي متفاوت است يکي از اين روشها تاباندن نوترون به هسته مواد قابل شکافت است.
يکي از اين مواد که قابليت شکافت دارند ، اورانيوم است اورانيوم با اعداد جرمي متفاوتي در طبيعت وجود دارد. (به مجموع تعداد پروتون ها و نوترون هاي هسته عدد جرمي و به تعداد پروتون هاي هسته عدد اتمي مي گويند). اورانيوم (235 و 233) و پلوتونيوم (239 و 241) مواد قابل شکافت هستند و اين رجحان را بر بقيه مواد مشابه دارند که با نوترون کم انرژي تري شکافت انجام مي دهند. آنچه که در رآکتورها رخ مي دهد ، به طور خلاصه اين گونه است :
يک هسته سنگين با دريافت يک نوترون به دو هسته سبک تر و چند نوترون شکسته مي شود و در اين فرآيند مقدار قابل توجهي انرژي آزاد مي گردد. نوترون هاي حاصل شده نيز به نوبه خود سبب شکسته شدن هسته هاي ديگر مي شود. به اين واکنش ، واکنش زنجيره اي مي گويند. در مقام مقايسه از سوزاندن جرم مشخصي از يک سوخت فسيلي ، انرژي در حد چند الکترون ولت به دست مي آيد و اگر همين جرم سوخت هسته اي مصرف کنيم ، حدود 200ميليون الکترون ولت انرژي داريم.
به هسته هاي سبک تر حاصل ، پاره هاي شکافت مي گويند. انرژي حاصل از شکافت يک گرم اورانيوم مي تواند يک بار 8 هزار تني را تا ارتفاع 1000 متري بالا ببرد يا 200 تن آب را به 100 درجه برساند يا 15 هزار لامپ 60 واتي را 24 ساعت روشن نگاه دارد که اغلب اين مواد راديو اکتيو بوده و براي محيطزيست و سلامت افراد بسيار خطرناک هستند. دفن و نابودي اين مواد، يکي از بزرگترين مشکلات کشورهاي داراي رآکتور است.
در اغلب رآکتورها ، سوخت به صورت ميله هاي جامد اکسيد اورانيوم است اين ميله هاي سوخت در غلاف مخصوصي نگه داشته مي شوند.

غني کردن اورانيوم يعني چه؟
ايزوتوپ هاي مختلفي از اورانيوم در طبيعت وجود دارد ، ولي آن چيزي که در رآکتور به کار مي آيد ، اورانيوم (235) است که با 238u و 233 u مخلوط است.
خواص اين ايزوتوپ ها به حدي به هم نزديک است که جدا کردن اين هسته ها به فناوري بسيار پيشرفته اي نياز دارد و در توان اغلب کشورها نيست.

اجزاي مختلف رآکتور هسته اي
رآکتور جايي است که عمل شکافت در آن به تعداد زياد ولي قابل کنترل اتفاق مي افتد و انرژي حاصل به مصارف مختلف مي رسد. کنترل در رآکتور به وسيله ميله هاي کنترل صورت مي گيرد که وظيفه آنها ، کنترل تعداد نوترون ها و در نتيجه کنترل تعداد شکافت هاست.
قلب رآکتور به محلي که ميله هاي سوخت در آن قرار دارند ، گفته مي شود و دماي آن بر اثر فيسيون بسيار بالا مي رود.

ایران و نیاز به برق هسته ای
یکی از مهم ترین موارد استفاده صلح آمیز از انرژی هسته ای ، تولید برق از طریق نیروگاههای اتمی است. با توم به پایان پذیر بودن منابع فسیلی و روند رو به رشد توسعه اجتماعی و اقتصادی ، استفاده از انرژی هسته ای برای تولید برق را امری ضروری و لازم می دانند و ساخت چند نیروگاه اتمی را دنبال مینماید. ایران هر ساله حدودا به هفت هزار مگاوات برق در سال نیاز دارد. نیروگاه اتمی بوشهر 1000 مگاوات برق را در صورت راه اندازی تامین می نماید. و احداث نیروگاههای دیگر برای رفع این نیازی ضروری است. برای تولید میزان برق حدود 190 میلیون بشکه نفت خام مصرف می شود. که در صورت تامین از طریق انرژی هسته ای سالیانه 5 میلیارد دلار صرفه جویی خواهد شد. رشد اقتصاد جهانی٬مهمترین محرک برای رشد تقاضای انرژی در جهان بوده است و از آنجا که کشورها برای رشد اقتصادی خود نیازمند انرژی هستند٬همواره مقادیر بیشتری از آن را مطالبه می کند. در این میان اگر چه نفت در سال های گذشته به عنوان یکی از مهمترین منابع انرژی در جهان مطرح بوده است٬اما محدودیت در منابع و فنا پذیری آن طی سال های آینده٬دولت ها را به سوی استفاده از انرژی های نو رهنمون کرده است. انرژی هسته ای در شمار یکی از این انرژیهای نو محسوب می شود و ایران بنابردلایل بسیار٬وارد کارزار تأمین انرژی شده است تا سهم مناسبی از منافع حاصل از انواع فعالیت های هسته ای را به دست آورد٬اما در این فرآیند پر فراز و نشیب٬بر اثر جوسازی ایالات متحده در سطح جهان بر ضد ایران و طولانی شدن روند آن دستیابی کشورمان به فناوری هسته ای دغدغه امنیتی را برای کشورهای دیگر فراهم کرده است.به طوری که فضای حاکم بر این فرایندکاملاً سیاسی شده و از برخی نیازهای اساسی به آن غفلت شده است.صاحب نظران اقتصادی بر این باورند که این چنین محدودیت هایی نباید باعث شود تا ایران از دستیابی به فناوری های جدید دنیای امروز غافل بماند.مصرف برق کشور در دو سال گذشته به طور متوسط بیش از 7%در سال رشد کرده است. با توجه به برنامه های توسعه کشور٬کلیه پیش بینی ها حکایت از آن دارد که این روند فزاینده همچنان ادامه خواهد داشت.از سوی دیگر٬به دلیل وضعیت اقلیمی کشور و محدودیت های ظرفیت های برق-آبی٬با وجود توسعه گسترده این منابع٬سهم تولید برق از سدها و منابع آبی کشور ظرف 40 سال گذشته از بیش از 25%به کمتر از 4% کاهش یافته و تولید برق کشور بیش از پیش به نیروگاه های بخاری و گازی و یا سیکل ترکیبی وابسته شده است. این مساًله نیز بسیار با اهمیت است که به دلیل محدودیت منابع غنی ذغال سنگ در کشورمان٬ذغال سنگ نیز سهمی در تولید برق ندارند و در آینده نیز نمی تواند سهم قابل توجهی در این زمینه داشته باشد٬از این رو تولید انرژی برق در نیروگاه های کشوردر قیاس با متوسط جهانی نیز بیش از حد به سوختهای هیدرو کربوری وابسته است.همچنین باید توجه داشت فرایند تبدیل انرژی اولیه هیدروکربوری به برق٬ راندمان نسبتاً پایین و اثار منفی زیست محیطی دارد٬بنابراین برای تأمین نیاز آینده کشور به نیروی برق٬روی آوردن به تولید برق هسته ای اجتناب ناپذیربه نظر می رسد و به همین دلیل حتی در دوران رژیم گذشته٬تولید برق هسته ای در برنامه های بلند مدت تأمین برق٬انرژی مورد نیاز کشور لحاظ شده است و متوقف کردن برنامه های یاد شده به معنای آسیب به فرایند رشد و توسعه اقتصادی کشور خواهد بود.
انرژی های فنا پذیر و آلوده ساز
اگر جامعه جهانی و بویژه دولت صنعتی غرب در ادعاهای خود در مباحث مربوط به جهانی شدن و الزام های آن صداقت دارند٬باید این صداقت را در همه امور نشان دهد. در زمینه منابع انرژی فسیلی٬با توجه به دو ویژگی مهم این منابع٬ نگرش و برنامهریزی یکپارچه اهمیت فراوانی دارد.این دو ویژگی عبارتند از:فنا ناپذیر بودن و آلوده ساز بودن این منابع اگر نگاه واقعاً جهانی باشد٬منابع محدود فسیلی متعلق به کل جامعه بشری است و پیامدهای زیست محیطی ناشی از مصرف بی رویۀ آن نیز گریبان کل جامعه بشری را می گیرد. بنابراین یک برنامه ریزی منطقی با نگرش های محدود ملی لازم است که در انتخاب ترکیب بهینه به استفاده از حامل های مختلف انرژی و منابع کل جامعۀ بشری توجه شود.در این چارچوب آیا منطقی خواهدبود که مثلاً در یک کشور٬بعضی از حامل های انرژی به صورت غیر اقتصادی استفاده شوند و این کشور به هر دلیل یا بهانه ای ٬ از بهینه کردن ترکیب انرژی خود بازداشته شود و یا در جایی که بهینه ملی یا بهینۀ جهانی در تعارض قرار می گیرند٬در فرایند جهانی شدن کدام را باید انتخاب کرد؟کشورهای صنعتی بعد از دهۀ70 تمام تلاش خود را برای به حداقل رساندن سهم نفت و گاز در سبد انرژی مصرفی خود داشته اند٬اما سهم این منابع هرگز به صفر نرسیده است و نخواهد رسید و بنابراین باید از منابع هیدرو کربوری در سطح جامعۀ بین المللی به صورت بهینه استفاده کرد.استفادۀ غیر بهینه یک کشور موجب محرومیت کل جامعه بشری خواهد شد٬بنابراین منطق جهانی ایجاب می کند که جامعه بشری در مقابل وادار کردن یک کشور به استفادۀ غیر بهینه از منابع انرژی خود موضع گیری کند.
با توجه به آنچه گفته شد٬نیاز ایران به برق هسته ای آشکارتر می شود و برای دستیابی ایران به این فناوری باید به هر گونه همکاری ایران با اتحادیه اروپایی در زمینۀ انرژی اتمی در چارچوب همکاری گسترده در زمینۀ کل مقوله انرژی ٬ توجه شود .
دامنۀ کاربرد فناوری هسته ای
یکی از حوزه های کاربرد انرژی هسته ای صنایع غذایی است. پرتو دهی مواد غذایی فرایندی است که طی آن اشعه یونیزان برای تازه نگهداشتن غذا و کشتن میکروب ها مورد استفاده قرار می گیرد. برخی پرتو دهی مواد غذایی را تحت عنوان روش پاستوریزاسیون سرد نامیده اند.زیرا در این روش به جای انرژی گرمایی٬انرژی اشعه برای از بین بردن میکروارگانیزم های بیماری زا به کار می رود. لیستر٬پاستور و دیگران ارتباط بین فساد مواد غذایی را با وسایل و ظروف آلوده که به شیوع بیماری منجر می شود٬مطرح کردند.پس از آن نه تنها تهیۀ غذا در زمان و مکان مورد نیاز بلکه جلوگیری از صدمه زدن به انسان نیز از اهداف مورد نظر بود. به کار گیری فرایند قرار دادن مواد غذایی در معرض انرژی اشعه تازگی ندارد. برای مثال قرن ها از انرژی خورشید برای حفظ گوشت٬میوه و سبزی و ماهی استفاده شده است. اخیراً تشعشع مایکروویو و مادون قرمز برای گرم کردن غذا به کار می روند. فناوری پرتودهی تاریخچۀ طولانی در مورد محصولات غیر غذایی دارد. این فناوری چند دهه برای اتصال متقاطع پلیمرهای مورد استفاده در لاستیک های اتومبیل ها٬عایق دار کردن سیم ها٬جوهرهای چاپ و محافظ های بسته بندی موادغذایی بکار رفته است؛همچنین به منظور استریل کردن حدوداً 50%همه مواد عرضه شده در وسایل پزشکی مانند بانداژها٬نخ بخیه و پارچه های جراحی استفاده می شود و در حال حاضر محصولات مورد مصرفی همچون مواد آرایشی٬پستانک بچه٬حلقه های لاستیکی مخصوص گاز گرفتن کودک و ... همگی با پرتو دهی استریل می شوند. از دیگر حوزه های کاربرد انرژی هسته ای٬صنعت است. رادیو ایزوتوپ ها٬ مواد رادیو اکتیوی که طبیعی اند یا بطور مصنوعی ساخته می شوند٬کاربرد وسیعی در ابزار٬اندازه گیری ها و دستگاه های تصویر برداری دارند. محور همه این کاربرد ها رادیو ایزوتوپ است. گر چه اشعه دیده نمی شود٬اما براحتی می تواند با ابزار نوری صحیح تشخیص داده شود. علوم فضایی نیز از این تکنولوژی بی بهره نمانده است فناوری فوق نقش بسیار مهمی در اکتشافات فضایی دارد. با مطالعه علوم هستهای و بکارگیری این دانش می توانیم ماهوار ها٬ایستگاه فضایی بین المللی و مسافران فضا را تقویت و حفاظت کنیم.از مهمترین کاربردهای انرژی هسته ای٬بکارگیری آن در علم پزشکی است. پزشکی هسته ای و رادیولوژی همگی تکنیک های پزشکی هستند که مستلزم استفاده از پرتودهی یا رادیواکتیویته برای تشخیص٬درمان و جلوگیری از بیماری اند. در حالیکه رادیولوژی تقریباً نزدیک به یک قرض است مورد استفاده قرار گرفته٬پزشکی هسته ای حدوداً 50 سال پیش آغاز شد؛وبالاخره یکی از حوزه های مهم استفاده از انرژی هسته ای تولید الکتریسیته است. انرژی از منابع طبیعی از جمله ذغال٬گاز٬نفت٬آب٬باد٬خورشید و در نهایت از منابع هسته ای ایجاد می شود. بخشی از این انرژی برای تولید برق استفاده می شود (دیگر بخش ها برای مثال شامل حمل ونقل می باشد) کارخانجات تولید برق گرما یا حرکت این منابع طبیعی را برای تولید برق بکار می برند٬ اما یکی از پاکیزه ترین روش ها از لحاظ محیطی برای تولید برق٬استفاده از انرژی هسته ای است؛ با این وصف جایگاه انرژی اتمی با جنبه های وسیع و سودمند کاربردی مشخص بوده و اهمیتی که در بهبود کیفیت زندگی بشر دارد و نقش آن در پیشرفت علمی٬صنعتی و اقتصادی جوامع روشن است.









































کاربردهای انرژی هسته ای
دید کلی :
انرژی هسته ای کاربرداری زیاد در پزشکی در علوم و صنعت و کشاورزی و... دارد. لازم به ذکر است انرژی هسته ای به تمامی انرژی های دیگر قابل تبدیل است ولی هیچ انرژی به انرژی هسته ای تبدیل نمی شود .موارد زیادی از کاربردهای انرژی هسته ای در زیر آورده می شود .
نیروگاه هسته ای :
نیروگاه هسته ای (Nuclear Power Station) یک نیروگاه الکتریکی که از انرژی تولیدی شکست هسته اتم اورانیوم یا پلوتونیم استفاده می کند. اولین جایگاه از این نوع در 27 ژوئن سال 1958 در شوروی سابق ساخته شد. که قدرت آن 5000 کیلو وات است. چون شکست سوخت هسته ای اساساً گرما تولید می کند از گرمای تولید شده رآکتور های هسته ای برای تولید بخار استفاده می شود از بخار تولید شده برای به حرکت در آوردن توربین ها و ژنراتور ها که نهایتاً برای تولید برق استفاده می شود .
بمب های هسته ای :
این نوع بمب ها تا حالا قویترین بمبهای و مخربترین های جهان محسوب می شود. دارندگان این نوع بمبهاجزو قدرت های هسته ای جهان محسوب می شود .
پیل برق هسته ای Nuelear Electric battery:
پیل هسته ای یا اتمی دستگاه تبدیل کننده انرژی اتمی به جریان برق مستقیم است ساده ترین پیل ها شامل دو صفحه است. یک پخش کننده بتای خالص مثل استرنیوم 90 و یک هادی مثل سیلسیوم.
جریان الکترون های سریعی که بوسیله استرنیوم منتشر می شود ازمیان نیم هادی عبور کرده و درحین عبور تعداد زیادی الکترون ها اضافی را از نیم هادی جدامی کند که در هر حال صدهاهزار مرتبه زیادتر از جریان الکتریکی حاصل از ایزوتوپ رادیواکتیو استرنیوم 90 میباشد .
کاربردهای پزشکی :
در پزشکی تشعشعات هسته ای کاربردهای زیادی دارند که اهم آنها عبارتند از:
• رادیو گرافی
• گامااسکن
• استرلیزه کردن هسته ای و میکروب زدایی وسایل پزشکی با پرتو های هسته ای
• رادیو بیولوژی
کاربرد انرژی هسته ای در بخش دامپزشکی و دامپروری :
تکنیکهای هسته ای در حوزه دامپزشکی موارد مصرفی چون تشخیص و درمان بیماریهای دامی ، تولید مثل دام ، اصلاح نژاد و دام ، تغذیه ، بهداشت و ایمن سازی محصولات دامی و خوراک دام دارد.
کاربرد انرژی هسته ای در دسترسی به منابع آب :
تکنیکهای هسته ای برای شناسایی حوزه های آب زیر زمینی هدایت آبهای سطحی و زیر زمینی ، کشف و کنترل نشت و ایمنی سدها مورد استفاده قرار میگیرد. در شیرین کردن آبهای شور نیز انرژی هستهای کاربرد دارد.
کاربردهای کشاورزی :
تشعشعات هسته ای کاربرد های زیادی در کشاورزی دارد که مهم ترین آنها عبارتست از:
• موتاسیون هسته ای ژن ها در کشاورزی
• کنترل حشرات با تشعشعات هسته ای
• جلوگیری از جوانه زدن سیب زمینی با اشعه گاما
• انبار کردن میوه ها
• دیرینه شناسی )باستان شناسی) و صخره شناسی )زمین شناسی) که عمر یابی صخره ها با C14 در باستان شناسی خیلی مشهور است.
کاربردهای صنعتی :
در صنعت کاربردها ی زیادی دارد از جمله مهمترین آنها عبارتند از:
• نشت یابی با اشعه
• دبی سنجی پرتویی(سنجش شدت تشعشعات ، نور و فیزیک امواج)
• سنجش پرتویی میزان سائیدگی قطعات در حین کار
• سنجش پرتویی میزان خوردگی قطعات
• چگالی سنج موادمعدنی با اشعه
• کشف عناصر نایاب در معادن
آنچه باید بدانیم :
تکنیکهای هسته ای بر کشف مینهای ضد نفر نیز کاربرد دارد. بنابرین ، دانش هسته ای با این قدرت و وسعتی که دارد، هر روز بر دامنه استفاده از فناوری هسته ای و بویژه انرژی هسته ای افزوده می شود. کاربرد انرژی در بخشهای مختلف به گونهای است که اگر کشوری فناوری هسته ای را نهادینه نماید، در بسیاری از حوزه‌های علمی و صنعتی ، ارتقای پیدا می کند و مسیر توسعه را با سرعت طی می نماید .
انرژی هسته ای در پزشکی هسته ای و امور بهداشتی :
در کشورهای پیشرفته صنعتی ، از انرژی هسته ای به صورت گسترده در پزشکی استفاده می گردد. با توجه به شیوع برخی از بیماریها از جمله سرطان ، ضرورت تقویت طب هسته ای در کشورهای در حال توسعه ، هر روز بیشتر می شود. موارد زیر از مصادیق تکنیکهای هسته ای در علم پزشکی است:
تهیه و تولید کیتهای رادیو دارویی جهت مراکز پزشکی هسته ای
تهیه و تولید رادیو دارویی جهت تشخیص بیماری تیرویید و درمان آنها
تهیه و تولید کیتهای هورمونی
تشخیص و درمان سرطان پروستات
تشخیص سرطان کولون ، روده کوچک و برخی سرطانهای سینه
تشخیص تومورهای سرطانی و بررسی تومورهای مغزی ، سینه و ناراحتی وریدی
تصویر برداری بیماریهای قلبی ، تشخیص عفونتها و التهاب مفصلی ، آمبولی و لخته های وریدی .موارد دیگری چون تشخیص کم خونی ، کنترل رادیو داروهای خوراکی و تزریقی و ...
برتری انرژی هسته ای بر سایر انرژیها :
علاوه بر صرفه اقتصادی دلایل زیر استفاده از انرژی هسته ای را ضروری مینماید. منابع فسیلی محدود بوده و متعلق به نسلهای آتی میباشد. استفاده از نفت خام در صنایع تبدیل پتروشیمی ارزش بیشتری دارد. تولید برق از طریق نیروگاه اتمی ، آلودگی نیروگاههای کنونی را ندارد. تولید هفت هزار مگاوات با مصرف 190 میلیون شبکه نفت خام ، هزارتن دیاکسید کربن ، 150 تن ذرات معلق در هوا ، 130 تن گوگرد و 50 تن اکسید نیتروژن را در محیط زیست پراکنده می کند، در حالی که نیروگاه اتمی چنین آلودگی را ندارد .
کاربردهای دیگر فیزیک هسته ای :
1- برای کشف مطلبی اگر احتیاج به تجزیه و تحلیل موادی باشد که هیچ گونه امکان کنترلی روی آن نیست چه کاری می‌توان انجام داد؟ مثلاً اگر بخواهیم مقداری خاک کفش مشخص مظنونی یا موی سر یک انسان و یا نفت خام یک کشتی را که مقداری از کالای خود را بطور غیر قانونی در جای دیگر فروخته است تجزیه و تحلیل نمایید، چه کاری می‌توانیم بکنیم؟ البته می‌توان از روش شیمیایی استفاده کرد؛ اما روش سریع و مطمئن تری هم وجود دارد. نمونه ای از ماده ای را که نیاز به تجزیه دارد برداشته و آن را با ایزوتوپ رادیواکتیو مخلوط می‌کنیم، نمونه رادیواکتیو شده را در یک راکتور تحقیقاتی به وسیله نوترون بمباران می‌کنیم. با جذب نوترون نمونه پایدار شده و اتمهای جسم مورد آزمایش نیز رادیواکتیو می‌شوند و تابش می‌کنند. مقدار تابش برای هر عنصر متفاوت است. بنابراین اگر ده عنصر مختلف در نمونه داشته باشیم، ده نوع تابش مختلف نیز خواهیم داشت. از روی این تابش‌ها می‌توان نوع و میزان عناصر تشکیل دهنده نمونه را مشخص کرد. از این روش می‌توان برای ردیابی آلودگی هوا و هم چنین آلودگی دریا توسط نفت کش‌ها استفاده کرد. با آزمایش 40 نوع نفت مختلف که در نقاط مختلف جهان استخراج می‌شوند دانشمندان به این نتیجه رسیدند که در تمام مواد نفتی هفت نوع عنصر مشترک وجود دارد. اما مقدار آنها در نفتی که در یک نقطه استخراج می‌شود با نفت نقطه دیگر دنیا متفاوت است .هنگامی که مواد نفتی در جایی مشاهده می‌شوند نمونه ای از آن به آزمایشگاه برده شده و در معرض تابش نوترونی قرار می‌گیرد و به این ترتیب عناصر مختلف آن و مقدار آنها مشخص می‌شودومیتوان به طور دقیق اعلام کردکه کدام کشتی مسئول آلوده سازی بوده ست.
یک روش ساده و سریع، برای تجزیه هوای آلوده نیز وجود دارد. ابتدا وسیله صافی هایی آلودگی هوا گرفته می‌شود. و سپس به وسیله همان روشی که در بالا توضیح داده شده نوع و مقدار عناصر زیان آور موجود درا آن مشخص می‌شود. با تهیه نقشه های برای آلودگی هوا مشابه نقشه های تغییرات جوی، می‌توان پیش گویی هایی در مورد آلودگی هوا انجام داد و اقدامات لازم را در رابطه با پاکیزه نگه داشتن هوا انجام داد .
2- یکی دیگر از کاربردهای تابش های هسته ای تصویر برداری است. همانطور که می‌دانید برای تصویر برداری از اجسام تیره ( کدر ) مثل بدن انسان از اشعه ایکس استفاده می‌شود. حالا اگر از اشعه ای پرانرژی تر از اشعه X استفاده کنیم، قابلیت نفوذ در عمق بیشتری را دارد و به این ترتیب از اجسام ضخیم تر نیز می‌توان عکس برداری کرد. اشعه گاما خیلی از اشعه X قوی تر است و می‌تواند در فلزات و اجسام تیره به قطر چند اینچ نفوذ کند و این امکان را برای مهندسین فراهم کند تا داخل ماشین آلات را ببینند .
3- ردیابی ایزوتوپ رادیواکتیو را تقریباً در تمام مراحل تأسیسات صنعتی پتروشیمی می‌توان مشاهده نمود. هنگام کشف و استخراج نفت، دانشمندان میله های رادیواکتیو را داخل چاههای آزمایشی فرو برده، سپس میزان انتشار تشعشع رادیواکتیو را در طبقات مختلف اندازه می‌گیرند زمین شناسان میزان بازتاب اشعه رادیواکتیو را ثبت نموده و یک تصویر واضح و دقیق از طبقات زیرین جهت حفاری بیشتر برای رسیدن به نفت در آن منطقه یا متوقف کردن کار به دست می‌آورند، در تأسیسات تصفیه و پالایش از ردیابی های ایزوتوپ های رادیواکتیو جهت دنبال کردن مواد پتروشیمی و آماده سازی آنها در قسمتهای مختلف استفاده می‌شود. در مرحله نهایی محصولات مواد نفتی تصفیه شده جهت تعیین درجه خالص بودن آنها با استفاده از ایزوتوپهای رادیواکتیو آزمایش می‌شوند در هنگام انتقال مواد نفتی در فاصله های زیاد، چون شرکتهای مختلف نفتی از لوله های نفت مشترک استفاده می‌کنند ردیابی ایزوتوپی مختلف جهت علامت گذاری ابتدای انتقال هر محموله نفتی به کار برده می‌شوند.







نتيجه گيري :
انرژي هسته اي در بسياري از زمينه ها به ما مي تواند كمك كند.نسبت به همه منابع انرژي برتري و مزيت دارد.
نيروي هسته اي در بسياري از زمينه ها، و از جمله مواردي كه قبلا" مشكل زا محسوب ميشد، ارجحيت دارد، از جمله اينكه آلودگي و تنزلات محيطي ناشي از سوختهاي فسيلي را ندارند.براي جهان داشتن يك ذخيره ابدي سوخت بدون تحت تأثير قرار دادن منابعي كه فقط براي ساير كاربردها استعمال مي شوند را تضمين ميكند، مشكلات مديريت سنگين ضايعات را حل ميكند، از جنگ هاي هسته اي جلوگيري ميكند و خطر حوادث را بسيار كاهش ميدهد.
-

نویسندگی در مجله اینترنتی کهلیک برای همه آزاد است، کافیست عضو شوید و دانسته هایتان را با سایرین به اشتراک بگذارید :

برای عضویت در مجله اینترنتی کهلیک کنید

دیدگاه ها(0)

دیدگاه خود را ثبت کنید: