دانلود مقاله انرژی هسته ای

مقدمه : شناخت اورانیوم به عنوان یک منبع برای تولید الکتریسیته بیش از سه دهه است که مورد توجه فیزیک دان ها قرار گرفته است.شناسایی این ماده وکلا انرژی هسته ای تحولی عظیم در زندگی بشر به وجود آورد.

انرژی هسته ای نسبت به سوخت های فسیلی برتری هایی دارد، که سبب ارزشمندی آن می شود.از مهم ترین این مزایا می توان نداشتن آلودگی هوایی ناشی از مصرف آن را نام برد.

دراین پروژه سعی شده در حداقل زمان ،حداکثر اطلاعات را در اختیار مخاطب قرار دهیم.

انرژی هسته ای نحوه آزاد شدن انرژی: اگر بتوانیم هسته را به طریقی به دو تکه تقسیم کنیم، تکه ها در اثر نیروی دافعه الکتریکی خیلی سریع از هم فاصله گرفته و انرژی جنبشی فوق العاده ای پیدا می‌کنند.

در کنار این تکه ها ذرات دیگری مثل نوترون و اشعه‌های گاما و بتا نیز تولیدمی‌شود.

که تمامی آنهادر اثربرهم کنش ذراتبا مواد اطراف سرانجام به انرژی گرمایی تبدیل می شوند.

سوخت راکتورهای هسته ای : ماده‌ای که به عنوان سوخت در راکتورهای هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد باید شکاف پذیر باشد یا به طریقی شکاف پذیر شود.

اورانیوم 235 شکاف پذیر است ولی اکثر هسته‌های اورانیوم در سوخت از انواع اورانیوم 238 است.

این اورانیوم بر اثر واکنشهایی که به ترتیب با تولید پرتوهای گاما و بتا به پلوتنیوم 239 تبدیل می شود پلوتونیوم هم مثل اورانیوم 235 شکافت پذیر است.میزان اورانیومی که از صخره‌ها شسته می‌شود و از طریق رودخانه‌ها به دریا حمل می‌شود، به اندازه‌ای است که می تواند 25 برابر کل مصرف برق کنونی جهان را تامین کند.

با استفاده از این نوع موضوع ، بر اساس استخراج اورانیوم از آب دریاها قادر خواهند بود تمام انرژی مورد نیاز بشررا برای همیشه تامین کنند، بی آنکه قیمت برق به علت هزینه سوخت خام آن حتی به اندازه یک درصد هم افزایش یابد .

و اکنون در پایان جایی است برای تقدیر و تشکر از محضر استادان ارجمند و نیز مسئولین و مربیان دلسوز و همچنین عوامل وابسته به این پروژه.

امید است که توانسته باشیم پاسخی شایسته به زحمات گرانبهای آن بزرگواران داده باشیم.

اورانیوم خصوصیت های قابل توجه: اورانیوم هنگام عمل پالایش به رنگ سفید مایل به نقره ای فلزی با خاصیت رادیو اکتیوی ضعیف یباشد که کمی از فولادنرم تر است.

این فلز چکش خاررسانای جریان الکتریسیته و کمی Paramagnetic میباشد.

چگالی اورانیوم 65% بیشتر از چگالی سرب میباشد.

.

اورانیوم استخراج شده از معادن میتواند به صورت شیمیایی به دی اکسید اورانیوم و دیگر گونه های قابل استفاده در صنعت تبدیل شود.

اورانیوم طبیعی ازایزوتوپ U-238, U-235, U-234 تشکیل شده است که U-238 فراوان ترین آنها (99.3%) میباشد.

اورانیوم در طبیعت سه گونه دارد: آلفا (Orthohombic) که تا دمای 667.7 درجه پایدار است.

بتا (Tetragonal) که از دمای 667.7 تا 774.8 درجه پایدار است.

گاما (Body-centered cubic) که از دمای 774.8 درجه تا نقطه ذوب پایدار است.

( این رساناترین و چکش خوارترین گونه اورانیوم میباشد.) ترکیبات : تترا فلوروئید اورانیوم UF4که به نمک سبز معروف است یک محصول میانی هگزافلورید اورانیوم میباشد.

هگزا فلورید اورانیوم UF6 جامد است که در دمای بالای 56 درجه سانتیگراد بخار میشود.

UF6 ترکیب اورانیوم است که برای دو فرایند غنی سازی Gaseous Diffusion و Centrifuge استفاده میشود.

و در صنعت با نام ساده Hex خوانده میشود.

Yellowcake اورانیوم غلیظ شده است.

نام این عنصر بدلیل رنگ و شکل آن در هنگام تولید میباشد اگرچه تولید امروزه Yellowcake بیشتر به رنگ سبز مایل به سیاه میگراید تا زرد.

Yellowcake تقریبا 70 تا 90 درصد اکسید اورانیوم دارد.

غنی سازی اورانیوم 1.غنی سازی اورانیوم با دیفوزیون گازی : گراهان در سال 1864 پدیده ای را کشف کرد که در آن سرعت متوسط مولکولهای ‏گاز با معکوس جرم مولکولی گاز متناسب بود.

از این پدیده که به نام دیفوزیون ‏گازی مشهور است برای غنی سازی اورانیوم استفاده می کنند.

در عمل اورانیوم ‏هکزا فلوراید طبیعی گازی شکل را از ستون هایی که جدار آنها از اجسام متخلخل ‏‏(خلل و فرج دار) درست شده است عبور می دهند.

سوراخهای موجود در جسم ‏متخلخل باید قدری بیشتر از شعاع اتمی یعنی در حدود 2.5 آنگسترم (-7‏25x10 سانتیمتر) باشد.

ضریب جداسازی متناسب با اختلاف جرم مولکول ها است.

روش غنی سازی ‏اورانیوم تقریباً مطابق همین اصولی است که در اینجا گفته شد.

با وجود این ‏می توان به خوبی حدس زد که پرخرج ترین مرحله تهیه سوخت اتمی همین ‏مرحله غنی سازی ایزوتوپ ها است زیرا از هر هزاران کیلو سنگ معدن اورانیوم ‏‏140 کیلوگرم اورانیوم طبیعی به دست می آید که فقط یک کیلوگرم اورانیوم 235 ‏خالص در آن وجود دارد.

‏ 2.غنی سازی اورانیوم از طریق میدان مغناطیسی : یکی از روش های غنی سازی اورانیم استفاده از میدان مغناطیسی بسیار قوی می باشد.

در این روش ابتدا اورانیم هگزا فلوئورید را حرارت می دهند تا تبخیر شود.

از طریق تبخیر، اتم های اورانیم و فلوئورید از هم تفکیک می شوند.

در این حالت، اتم های اورانیم را به میدان مغناطیسی بسیار قوی هدایت می کنند.

میدان مغناطیسی بر هسته های باردار اورانیم نیرو وارد می کند ( این نیرو به نیروی لورنتس معروف می باشد)، و اتم های اورانیم را از مسیر مستقیم خود منحرف می کند.

اما هسته های سنگین اورانیم (اورانیم238) نسبت به هسته های سبک تر(اورانیم 235) انحراف کمتری دارند، و درنتیجه از این طریق می توان اورانیم 235 را از اورانیم طبیعی تفکیک کرد.

کاربرد های اورانیوم غنی شده : شرایطی ایجاد کرده اند که نسبت اورانیوم 235 به اورانیوم 238 را به 5 درصد می ‏رساند.

برای این کار و تخلیص کامل اورانیوم از سانتریفوژهای بسیار قوی استفاده ‏می کنند.برای ساختن نیروگاه اتمی، اورانیوم طبیعی و یا اورانیوم غنی شده بین 1 تا 5 ‏درصد کافی است.

برای تهیه بمب اتمی حداقل 5 تا 6 کیلوگرم اورانیوم 235 صددرصد خالص نیاز ‏است.

در صنایع نظامی از این روش استفاده نمی شود و بمب های اتمی را از ‏پلوتونیوم 239 که سنتز و تخلیص شیمیایی آن بسیار ساده تر است تهیه ‏می کنند.

نحوه تولید سوخت پلوتونیوم رادیواکتیو: این عنصر ناپایدار را در نیروگاه های بسیار قوی می سازند که تعداد نوترون های ‏موجود در آنها از صدها هزار میلیارد نوترون در ثانیه در سانتی متر مربع تجاوز ‏می کند.

عملاً کلیه بمب های اتمی موجود در زراد خانه های جهان از این عنصر ‏درست می شود.‏ روش ساخت این عنصر در داخل نیروگاه های هسته ای به این صورت که ‏ایزوتوپ های اورانیوم 238 شکست پذیر نیستند ولی جاذب نوترون کم انرژی ‏‏(نوترون حرارتی) هستند.

تعدادی از نوترون های حاصل از شکست اورانیوم 235 را ‏جذب می کنند و تبدیل به اورانیوم 239 می شوند.

این ایزوتوپ از اورانیوم بسیار ‏ناپایدار است و در کمتر از ده ساعت تمام اتم های به وجود آمده تخریب ‏می شوند.

در درون هسته پایدار اورانیوم 239 یکی از نوترون ها خودبه خود به ‏پروتون و یک الکترون تبدیل می شود.

بنابراین تعداد پروتون ها یکی اضافه شده و عنصر جدید را که 93 پروتون دارد ‏نپتونیم می نامند که این عنصر نیز ناپایدار است که یکی از نوترون های آن خود به ‏خود به پروتون تبدیل شده و در نتیجه به تعداد پروتون ها یکی اضافه شده و عنصر ‏جدید پلوتونیم را که 94 پروتون دارد ایجاد می کنند.

این کار حدودا در مدت یک هفته ‏صورت می گیرد.

ایزوتوپهای اورانیوم ایزوتوپ های عناصر: اتم های یک عنصر از اجتماع ذرات بنیادی به نام پرتون ، نوترون و الکترون تشکیل یافته اند .

‏تعداد نوترون ها در اتم های مختلف یک عنصر همواره یکسان نیستند بنابراین اتم های مختلف یک عنصر را ایزوتوپ می گویند.

ایزوتوپ های اورانیوم:‏ عنصر اورانیوم، چهار ایزوتوپ دارد که فقط دو ایزوتوپ آن به علت داشتن نیمه عمر نسبتاً بالا ، در طبیعت و در ‏سنگ معدن یافت می شوند.

این دو ایزوتوپ عبارتند از اورانیوم 235 و 238 که در هر دو 92 پروتون ‏وجود دارد ولی اولی 143 و دومی 146 نوترون دارد.

‏ عنصر اورانیوم، چهار ایزوتوپ دارد که فقط دو ایزوتوپ آن به علت داشتن نیمه عمر نسبتاً بالا ، در طبیعت و در ‏سنگ معدن یافت می شوند.

‏ شکافت هسته های اورانیوم: ایزوتوپ اورانیوم 235 شکافت پذیر است و در نیروگاه های اتمی از این خاصیت استفاده می شود و حرارت ‏ایجاد شده در اثر این شکست تبدیل به انرژی الکتریکی می شود.به ازای هر اتم شکسته شده ‏ Mev ‎‏200 ‏انرژی آزاد شده و به دو تکه تقسیم و تعدادی نوترون حاصل می شود که می توانند اتم های دیگر را بشکنند.

کاربرد ایزوتوپ های اورانیوم: - در راکتورهای هسته ای به عنوان سوخت به کار می روند.‏ - در نیروگاه های هسته ای برای تولید انرژی الکتریکی به کار برده می شود.‏ - در ساخت انواع مهمات هسته ای از جمله بمبهای هسته ای ، بمب هیدروژنی و ...

کاربرد دارند.‏ - در درمان بیماریهای سرطانی ، تومورهای مغزی و غیره به کار می گیرند.

بمب اتم بمب اتمی چیست؟

بمب اتمی در اصل یک راکتور هسته‌ای ‌کنترل نشده است که در آن یک واکنش هسته‌ای بسیار وسیع در مدت یک میلیونیم ثانیه در سراسر ماده صورت می‌گیرد.بنابراین ، این واکنش با راکتور هسته‌ای کنترل شده تفاوت دارد.

در راکتور هسته‌ای کنترل شده ، شرایط به گونه‌ای سامان یافته است که انرژی حاصل از شکافت بسیار کندتر و با سرعت ثابت رها می‌شود.در این راکتور ، ماده شکافت پذیر به گونه‌ای با مواد دیگر آمیخته می‌شود که به طور متوسط ، فقط یک نوترون گسیل یافته از عمل شکافت موجب شکافت هسته دیگر می‌شود، و واکنش زنجیری به این طریق فقط تداوم خود را حفظ می‌کند.

اما در یک بمب اتمی ، ماده شکافت‌پذیر خالص است.

عناصر اصلی سازنده: برای ساخت بمب اتم از pu289 و u235 استفاده می‌شود.

هر دو این عناصر می‌توانند یک واکنش زنجیری کنترل نشده سریع ایجاد کنند.

تنها یک بمب اتمی که از u235 ساخته شده بود، شهر هیروشیما در ژاپن را در 6 آگوست سال 1945 میلادی ویران کرد.

بمب دیگری که از u239 در ساختن آن به کار رفته بود ، سه روز بعد شهر ناکازاکی کشور ژاپن را با خاک یکسان ساخت.

عواقب ناشی از بمب اتم: در انفجار بمب اتمی مقدار قابل توجهی محصولات شکافت رادیواکتیو پراکنده می‌شوند.

این مواد به وسیله باد از یک بخش جهان به نقاط دیگر آن منتقل می‌شوند و به وسیله باران و برف از جو زمین فرو می‌ریزند.

بعضی از این مواد رادیو اکتیو طول عمر زیادی دارند، لذا به وسیله مواد غذایی گیاهی جذب شده و توسط مردم و حیوانات خورده می‌شوند.

معلوم شده است که این گونه مواد رادیواکتیو آثار ژنتیکی و همچنین آثار جسمانی زیان آوری دارند.

یکی از فراوانترین محصولات حاصل از شکافت u235 یا pu239 ، که از لحاظ شیمیایی شبیه Ga4020 است.

بنابراین وقتی که sr90 حاصل از ریزش های رادیواکتیو وارد بدن می‌شود، به ماده استخوانی بدن راه می‌یابد.

این عنصر می‌تواند با گسیل ذرات بتا با انرژی Mev0.54 نابود می‌شوند، که می‌تواند به سلولها آسیب رسانده و موجب بروز انواع بیماریها از قبیل تومور استخوان ، لوکمیا و ...

، به خصوص در کودکان در حال رشد ، می‌شود.

رادیواکتیویته Radioactive خطرات ناشی از تابش های رادیواکتیو: سه نوع تابش رادیواکتیو وجود دارد که ذرات آلفا از چهار ذره اتمی ، یعنی دو پروتون و دو نوترون تشکیل می شوند.

این ذرات ضعیف ترین نوع تابش رادیواکتیو هستند.

و بار الکتریکی مثبت دارند.

مسیر آنها را می توان با صفحه کاغذ مسدود کرد.

ذرات بتا قدرتمند و از ذرات اتمی که الکترون خوانده می شوند و بار منفی دارند تشکیل می شوند.

که آلومینیوم مسیر آن را مسدود می کند.پرتوهای گاما از همه قدرتمند ترند.

آن ها امواج الکترومغناطیسی اند و فاقد بارالکتریکی می باشند.

اما پرتوهای گاما را فقط لایه ضخیمی از سرب متوقف می سازد.

تابش رادیواکتیو می تواند وارد بافت های زنده شود و به آن ها صدمه بزند.

بنابراین اطراف آن باید کنترل شود.این تابش را با وسیله ای به نام شمارنده گایگر – مولر ، که نام آن از مخترعانش اقتباس شده است ، می توان اندازه گرفت.

وقتی تابش رادیواکتیو وارد این شمارنده می شود ، گاز موجود در آن حامل الکتریسیته می شود.

مقدار بار را می توان روی صفحه ای قرائت کرد یا از طریق یک بلند گو به صورت صداهای تیک تیک خاصی شنید.

کاربردها: بسیاری از ایزوتوپ ها رادیواکتیو هستند یعنی ذرات با فرکانس بالا را از هسته (مرکز) اتم های خود ساطع می کنند.

از آنها می توان برای دنبال کردن مسیر مواد متحرکی که از دید پنهان هستند ، مانند جریان خون در بدن یک بیمار در بیمارستان ، استفاده کرد.

در جریان خون: مقدار کمی از یک ایزوتوپ رادیواکتیو به درون جریان خون بیمار تزریق می شود.

سپس مسیر آن توسط آشکار سازهای خاصی که فعالیت رادیواکتیویته را مشخص می کنند دنبال می شود.

این اطلاعات به یک کامپیوتر داده می شود که صفحه آن هرگونه اختلالی مانند انعقاد خون در رگها را نشان می دهد.

با استفاده از روشی مشابه در جریان مایعات در تاسیسات شیمیایی نیز می توان استفاده کرد.

در فرسودگی ماشین آلات : مقادیر اندکی از ایزوتوپ ها رادیواکتیو به بخش های فلزی ماشین آلات مانند یاتاقان ها و رینگ پیسون ها اضافه می شود ، سپس سرعت فرسودگی با اندازه گرفتن رادیواکتیویته روغنی که برای روغن کاری این بخش ها به کار رفته است محاسبه می شود.

اندازه گیری رادیو اکتیویته : تابش رادیواکتیو می تواند وارد بافت های زنده شود و به آنها صدمه بزند ، بنابراین باید از آن حفاظت شود.این تابش را با وسیله ای به نام شمارنده گایگر ـ مولر می توان اندازه گرفت که در قسمت قبل به طرز کار آن اشاره شده است.

راکتورهای هسته ای انواع راکتورهای هسته ای دیدکلی: راکتورها در اصل سیستم هایی هستند که واکنش های هسته ای مثل شکافت هسته‌ای در آنها صورت می گیرد.

و انرژی تولیدشده در آنها تحت کنترل در می آید.

به عنوان مثال خورشید یک راکتور هسته ای طبیعی است که در آن عناصر سبک هسته ای به هم جوش می خورند (همجوشی هسته ای) و تولید انرژی می کنند.انواع راکتورها را از لحاظ عملکردشان در زیر می آوریم.

راکتورهای حرارتی (کند) Termal Reactor: راکتورهای حرارتی خودش به دو دسته تقسیم می شود: راکتورحرارتی با کند کننده و خنک کننده آب راکتور حرارتی با خنک کننده گازی AGR در راکتورهای حرارتی از نوترون کند شده که نوترون حرارتی نامیده می شود، برای شکافت هسته‌ای استفاده می شود اما در راکتورهای تند از نوترون سریع استفاده می شود.

در شکافت اورانیوم 235 نوترون کند یا حرارتی در اثر واکنش 2 الی 3 نوترون سریع ایجاد می شود.

حتما این نوترون های سریع باید کند شوند.

بنابراین درراکتورهای حرارتی از کند کننده و خنک کننده استفاده می شود در حالی که در راکتورهای سریع ماده کندکننده لازم نیست اما ماده خنک کننده لازم است.

در راکتورهای PWR و BWR کند کننده و خنک کننده آب می باشد یک تیپ از راکتورهای کانادایی وجود دارد که در آن از آب سنگین یا دوتریوم استفاده می شود در عوض از اورانیوم غنی شده 1درصد استفاده می شود.

در راکتور AGR کند کننده زغال و خنک کننده گاز می باشد.

در این راکتور نوترون ها با یک برخورد کند نمی شوند بلکه ممکن است بارها برخورد کنند تا کند شوند.

برای تولید 1000 مگا وات انرژی روزانه حدود 1 کیلوگرم اورانیوم 235 مصرف می شود.

راکتور های سریع (تند) Fast Reactor : خود به دو دسته تقسیم می شوند: راکتورهای سریع LMFR راکتورهای سریع BFR راکتورهای LMFR: در راکتورهای LMFR ماده کند کننده لازم نیست ولی خنک کننده فلز مذاب سدیم است.

در این راکتور پلوتنیوم 239 به عنوان سوخت استفاده می شود وخیلی پیشرفته است.در راکتورهای BFRاورانیوم 238به عنوان سوخت استفاده می شود.درواقع این راکتورهدف تولید پلوتنیوم یا اورانیوم233از اورانیوم طبیعی دراطراف راکتور یک لایه می گذارند برای این که هم حفاظ باشدوهم در اثر برخورد نوترون های سریع به اورانیوم آن را به پلوتنیوم تبدیل کند که پس از مدتی دیوارها را خراب کرده وپلوتنیوم را استخراج می کند.

پلوتونیوم تولید شده برای مصارف صنعتی یا بمب های هسته ای یا به عنوان سوخت نیروگاههای هسته ای بکار می رود.که ماده ای خیلی گران قیمت و با ارزش می باشد، با این حال خیلی خطرناک هم هست.

زباله های رادیو اکتیو دید کلی: مشکل مربوط به راکتورهای شکافتی آن است که مقدار زیادی انرژی به صورت زباله‌های رادیواکتیو باقی می‌ماند.وجود زباله‌های واجد تابش برای بشر خطری جدی است.می‌توان در ظرف فولادی ضد زنگ این زباله‌ها را به مایع تبدیل کرد اما چون اتم‌های انرژی‌دار آن ها گرما ایجاد می‌کنند ،از این رو یک سیستم خنک کننده دائمی ضرورت پیدا می‌کند.

گازهایی نیز تولید می‌شوند که در صورت نشت خطرناک هستند.

روش های دفع زباله های هسته ای : می‌توان زباله‌ها را در تابوت هایی در اعماق اقیانوس ها دفن کرد.

اما این خطر وجود دارد که بر اثر فعالیت های شدید دریایی از آنجا فرار کرده یا شکسته شوند.

می‌توان زباله‌های هسته‌ای را توسط موشک در درون فضا پخش کرد.

اما این عمل هم با اعتراضاتی مواجه شد، و نیز شبهه‌هایی وجود دارد که در صورت شکست پرتاب موشک‌ها ، امکان آلودگی کره زمین وجود دارد.

استفاده از تشت هیدرولیکی روش دیگر می‌باشد.یعنی حفره‌هایی در سنگ‌ها ایجاد کرد.

و با استفاده از فشار هیدرولیکی سنگ رسی را به صورت افقی قطع می‌کنند.

سپس زباله‌های رادیواکتیو مانند لایه‌ای در داخل ساندویچی در داخل مایع سیمانی پخش می‌شوند.

یکی دیگر از پیشنهادهای محتمل ، استفاده از معدن نمک است.

دفع نهایی به هر طریق که صورت گیرد.

روش آماده سازی برتر زباله‌ها این است که آنها را در سرامیک هایی که عناصر رادیواکتیو از آنها قابل نشت هستند ، به صورت متبلور در آورند.

زباله هسته ای مشکلات ناشی از زباله هسته ای: -خطر واپاشی رادیواکتیوی - فراوانی زباله هسته ای - زباله های گازی - آب های زیر زمینی راه حل چیست ؟

اصل قضیه این است که زباله‌ها را هر چه ممکن است از محیط زندگی خود دور کنیم.

طرحهای خیالی از این قبیل که زباله‌های هسته‌ای را با موشک به خورشید یا فضای بسیار دور حمل کنیم یا آنها را در اقیانوس های عمیق دفن کنیم.

عمدتا به خاطر هزینه زیاد و خطرات احتمالی کنار گذاشته شده‌اند.

وزارت انرژی متعهد شده است که در سال 1998 انبارهای زیرزمینی دربسترهای نمکی ، رسی و صخره‌ای ایجاد کند.

بر طبق این طرح زباله‌ها نخست در محفظه‌های خاصی که در مقابل ضربه خوردگی مقاومت هزاران ساله دارند، قرار می‌گیرند سپس به انبارها منتقل می‌شوند.

دانشمندان بر این باورند که این بهترین راه موجود است.

دفن زباله های هسته ای: مرحله عملیاتی برای دفن زباله هسته‌ای بستگی به قدرت تشعشع و خطر حاصل از آنها دارد.

زباله هایی با اکتیویته پایین: پسماند یا زباله هسته‌ای از مرحله معدن کاری اورانیم و توریم شروع می‌گردد.قسمت اعظم پسماند با اکتیویته پائین و متوسط در طی کار عادی راکتیو تشکیل می‌گردد.

پس از اعمال شیمیایی مناسب در صورتی که زباله‌ها دارای اکتیویته پائین باشند در اعماق دریا در محل امنی دفن می‌شود.

زباله هایی با اکتیویته متوسط: در جایی که پسماند دارای اکتیویته متوسط و یا نسبتا بالا باشد، لازم است ابتدا حجم به وسیله مجهز در استخرهایی که بوسیله پلی اتیلن پوشش داده شده بارهای اکتیویته صفر در اتمسفر به یک بیستم رساند.

سپس محلول در شبکه فولادی بوسیله افزایش پسماند مخصوص در امثال آن به جامد تبدیل شده و شبکه‌های مهر شده در زیر زمین دفن می‌شود.

زباله هایی با اکتیویته بالا : هر جا که پسماندها با اکتیویته بالا باشند مانند آنهایی که در نیروگاه‌های هسته‌ای یا جایی که سوخت مصرف شده برای جدا سازی اورانیم و پلوتونیوم بازیابی می‌شوند دقیق دفع پسماند به کار می‌رود.

ابتدا میله‌های سوخت رادیواکتیو بالا یا داغ برای چندین ماه در زیر آب نگهداری می‌شوند تا خنک شده و اکتیویته آن ها فروپاشی نماید.سپس عملیات شیمیایی مشخص را برای جداسازی اورانیوم و پلوتونیوم به کار گرفته می‌شود.

مایع باقیمانده تا حجم کوچکی تبخیر می‌گردد و در ماتریسی از شیشه قرار می‌گیرد.

سپس این مواد به شبکه‌های فولادی ضد زنگ کوچک انتقال می‌یابد که در آنها کلسینه شده و در حرارت بالا در کوره‌های مخصوصی به شیشه تبدیل می‌شوند.

شبکه‌های مهر شده در نهایت در عمق زمین در گودالهای گنبدی که دیواره آنها با ورقه‌های فولادی ضد زنگ پوشانده شده‌اند دفن می‌شوند.

این مواد به مدت 25 سال در آنجا دفن می‌شوند که در این مدت کلیه مواد رادیواکتیو به جز آن هایی که نیم عمر بلند دارند به طور کامل فروپاشی می‌نمایند.

دفع دائمی : پس از گذشت دوره فوق پیشنهاد می‌شود که بسته‌های دفن شده را در محل های عمیق و صخره‌های سخت که از نظر زمین شناسی پایدار بوده و دور از جریان آب قرار دارند ، انتقال داد.قسمتی از میدان های طلای کولار ، یکی از انبارهای ممکن برای این کار هستند.

شکافت هسته ای تعریف شکافت هسته ای: اگر نوترون منفردی به یک قطعه ایزوتوپ اوارنیوم235 نفوذ کند در اثربرخورد به هسته اتم ، که به دو قسمت شکسته شده مقادیر زیادی انرژی در حدود (200Mev) آزاد می کند که نتیجه آن آزادی دو نوترون است که می تواند دو هسته دیگر را شکسته و چهار نوترون را به وجود آورد.این چهار نوترون نیز چهار هسته اورانیوم 235 را می شکند بنابراین چهار هسته شکسته شده تولید هشت نوترون می کنند که قادر به شکستن همین تعداد هسته اورانیوم می باشند.

سپس شکست هسته ای و آزاد شدن نوترون ها به صورت زنجیروار به سرعت ، تکثیر و توسعه می یابد.

در هر دوره تعداد نوترون ها دو برابر می شود.

انرژی بستگی هسته ای: می توان تصور کرد که جرم هسته M با جمع کردن Z تعداد پروتون ها ضربدر جرم پروتون و N تعداد نوترون ها ضربدر جرم نوترون بدست می آید.

M=ZxMp p+NxMn از طرف دیگر M همیشه کمتر از مجموع جرم های تشکیل دهنده های منزوی هسته است.

این اختلاف به توسط فرمول انشتین توضیح داده می شود که رابطه بین جرم و انرژی ( هم ارزی جرم و انرژی ) را برقرار می سازد.اگر یک دستگاه مادی دارای جرم باشد در این صورت دارای انرژی کلی E است.

2E=M C که در آن C سرعت نور در خلا و M جرم کل هسته مرکب از نوکلئون ها و E مقدار انرژیی است که در اثر فروپاشی جرم M تولید می شود.

بنابر این اصول انرژی هسته ای بر آزاد سازی انرژی پیوندی هسته ، استوار است.

هر سیستمی که دارای انرژی پیوندی بیشتر باشد پایدار می باشد.در واقع جرم مفقود شده در واکنش های هسته ای طبق فرمول 2E=M C به انرژی تبدیل می شود.

پس انرژی بستگی اختلاف جرم هسته و جرم نوکلئون های تشکیل دهنده آن است.

که معرف کاری است که باید انجام شود تا نوکلئون ها از هم جدا شوند.

مواد شکافتنی : معمولا عناصری شکافت پذیر هستند که جرم اتمی آنها بالای 150 باشد مانند: اورانیوم 238 و اورانیوم 235.

99.3 درصد اورانیوم ، معادن اورانیوم 238 می باشد که 7% آن اورانیوم 235 می باشد.

از طرفی اورانیوم 235 با نوترون های کند پیشرو ، واکنش نشان می دهد.

اورانیوم 238 تنها با نوترون های تند پیشرو کار می کند ، بنابراین در نیروگاه های هسته ای اورانیوم 235 به عنوان سوخت محسوب می شود ولی به دلایل کمبود این عنصر در طبیعت با غنی سازی اورانیوم آن را از 7% به 1الی 3% برسانند.

شکافت اورانیوم : در این واکنش هسته ای وقتی نوترون کند پیشرو به اورانیوم 235 برخورد می کند به اورانیوم 236 تحریک شده ، تبدیل می شود.

در نهایت تبدیل به باریم و کریپتون و 3 تا نوترون تند پیشرو و Mev 177 انرژی آزاد می شود.پس در واکنش اخیر به ازای هر نوکلئون حدود 1Mev انرژی آزاد می شود.در واکنش های شیمیایی مثل انفجار به ازای هر مولکول حدود Mev30 انرژی ایجاد می شود.

لازم به ذکر است که در راکتورهای هسته ای طبق واکنش های به عمل آمده 2 الی3 نوترون تند پیشرو تولید می شود حتما این نوترون های تند باید کند شوند.

کاربرد های انرژی هسته ای کاربردهای انرژی هسته ای : نیروگاه هسته ای : نیروگاه هسته ای (Nuclear Power Staion) یک نیروگاه الکتریکی است که از انرژی تولیدی شکست هسته اتم اورانیوم یا پلوتونیم استفاده می کند.چون شکست سوخت هسته ای در راکتورها اساساً با تولید گرما و بخار همراه است از بخار تولید شده برای به حرکت در آوردن توربین ها و ژنراتورها که در نهایت منجر به تولید برق می شود.

بمب های هسته ای : این نوع بمب ها تا حالا قویترین بمبها و مخرب ترین های جهان محسوب می شود.

پیل برق هسته ایNuclear Electric battery: پیل هسته ای 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 در حین عبور تعداد زیادی الکترون ها اضافی را از نیم هادی جدامی کند که در هر حال صدها هزار مرتبه زیادتر از جریان الکتریکی حاصل از ایزوتوپ رادیواکتیو استرنیوم 90 می باشد.

کاربرد های 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 های 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 در باستان شناسی و زمین شناسی نیز برای تعیین عمر صخره ها کاربرد دارد.

کاربرد های صنعتی : در صنعت کاربردها ی زیادی دارد از جمله مهمترین آنها عبارتند از: نشت یابی با اشعه دبی سنجی پرتویی (سنجش شدت تشعشعات ،نور وفیزیک امواج) سنجش پرتویی میزان سائیدگی قطعات در حین کار سنجش پرتویی میزان خوردگی قطعات چگالی سنج مواد معدنی با اشعه کشف عناصر نایاب در معادن اورانیوم آری سلاح نه!

نیروگاه هسته ای: واضح است که منابع انرژی الکتریکی که بشر از آنها برای تولید برق مصرفی خود استفاده می‌کند، سدهای آبی ، پیل‌های شیمیایی و موارد دیگر است.

اما همه این منابع انرژی با وجود اینکه تقریبا کم‌هزینه هستند، اما دارای معایب زیادی هستند.

اول اینکه مقدار انرژی الکتریکی حاصل از این منابع کم است، همچنین در مناطقی که از نظر آب در محرومیت هستند، تقریبا تولید برق از طریق احداث سد غیر ممکن است.

همچنین برای تولید برق به این روشها ، نیاز به سوختهای شیمیایی که جزو منابع تجدیدناپذیر انرژی محسوب می شوند ،وجود دارد بنابر این بهترین گزینه برای تولید انرژی الکتریکی کافی،استفاده از انرژی هسته ای است.

انرژی هسته ای دارای بازده فوق العاده زیادی نسبت به منابع دیگر انرژی برق می باشد.مشکل عمده فقط در تهیه تجهیزات ودستگاه های لازم برای غنی سازی اورانیوم واستفاده از آن برای تولید برق است.و امروزه این تکنولوژی بیشتر در اختیار کشورهای صنعتی قرار دارد.

تقریبا در تمام سیستمهای تولید توان هسته‌ای موجود ، راکتور هسته‌ای منبع گرما برای به کار انداختن توربینهای بخار است.

این توربینها مولدهای الکتریکی را درست به‌همان صورت به حرکت در می‌آورند که نیروگاههای نفت‌سوز یا زغال‌سوز عمل می‌کنند.

در یک نیروگاه هسته‌ای معمولی ماده شکافت‌پذیر به ‌جای زغال‌سنگ یا نفت به‌کار می‌رود و بنابراین یک منبع جدید انرژی به صورت الکتریسیته فراهم می‌آورد.

کاربردهای دیگر : کاربرد اورانیوم و تشعشعات رادیواکتیو تنها به تولید انرژی الکتریکی خلاصه نمی‌گردد.

به عنوان مثال ، در کشاورزی برای خشک‌کردن و بسته‌بندی میوه‌ها از آن استفاده می‌گردد.

اورانیوم آلت دست قدرت های بزرگ : بحث استفاده صلح‌آمیز از انرژی هسته‌ای و مساله ساخت و تکثیر سلاحهای هسته‌ای و کشتار جمعی به عنوان سخن روز محافل مطبوعاتی جهان شده‌ است و قدرتهای بزرگ نظیر آمریکا از این وسیله به عنوان حربه‌ای برای حمله به کشورهای دیگر استفاده می‌کنند.نمونه بارز این مساله کشورمان ایران است که چقدر مورد اتهام قرار می‌گیرد و با وجود اینکه هر ساله بازرسان آژانس بین‌المللی انرژی اتمی از آن بازدید کرده و صلح آمیز بودن آن را تایید می‌کنند، ولی هر از چند گاهی این مطلب در سرتیتر روزنامه‌های غربی قرار می‌گیرد که ایران در پی دست یافتن به تکنولوژی سلاحهای اتمی است.

اورانیوم در خدمت نابودی نسل بشر: قدرتهای بزرگ و کشورهای پیشرفته دنیا با اینکه در استفاده درست از اورانیوم برای خدمت به مردم خود سرمایه‌گذاری می‌کنند، اما همواره از قدرت فوق‌العاده تخریبی و کشتار آن نیز غافل نیستند و تقریبا در جهت استفاده منفی از این عنصر طبیعی نیز گام بر می‌دارند.

هرچند استفاده منفی و نادرست از اورانیوم عواقب بسیار دردناکی مانند حادثه هیروشیما و ناکازاکی برجای می‌گذارد، ولی بازهم هیچ حرکتی در جهت جلوگیری از این کار صورت نمی‌گیرد.درست است که ظاهرا سازمانهای بین‌المللی مانع آژانس بین‌المللی انرژی اتمی و توافق نامه‌های بین‌المللی مانند معاهده منع تولید و تکثیر سلاحهای کشتار جمعی بوجود آمده است، اما گویی تمام این موارد برای کشورهای دیگر است و قدرتهای بزرگ و حامیان آنها از تمام این موارد مستثنی هستند.

نتیجه : به هر حال امید است که بالاخره روزی انسان به این رشد عقلی برسد که تمام آفریده‌های خداوند برای آسایش و راحتی او خلق شده‌اند و این خود انسان است که به واسطه برخی مسایل به استفاده‌های نادرست از این منابع سرشار خدادادی اقدام می‌کند و چه بسا در این کار اقدام به ساخت ابزار و وسایلی می‌کند که زندگی خود او را تهدید می‌کند.

منابع و مآخذ : 1.مبانی فیزیک هسته ای مؤلفین: دکتر رحیم کوهی دکتر فرهاد رحیمی ( عضو هیئت علمی دانشگاه فردوسی مشهد 2.مجلات علمی www.ngdir.ir www.Hyper physics.phyastr.edu electron positron ennihilation دبیر ارجمند : جناب آقای عسکری تدوین گران : امید غلامحسنی – سید سعید شریعت پاییز85