انرژی هسته ای |مقالات|

[Babak_King]

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.

[Kolubive]

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.

پي نوشت:
* محقق مركز اتمي فرانسه _ دكتراي دولتي فرانسه در شيمي فيزيك اتمي



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.

[mahdy2021]

اين سوالو خود من بود قبل از اينكه بپرسم به جواب رسيدم

ولي گفتم شايد اين مقاله اشتباه باشه نظر شما چيه؟؟؟


__________________________________________________ _____

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 در شكل فوق مي بينيد 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

[saviss]

تاحدودی درسته وفقط باید این نکته رو اضافه کرد که اینشتین نقش بسیار مهمی در ساخت این بمب داشت(البته نه این بمب بلکه کلا استفاده از انرژی هسته ای)وهمون فرمول معروفe=mc2راه رو برای ساخت بمب هسته ای وبقیه استفاده ها بازکردجالبه که مطابق این فرمول اگر تمام جرم یه مورچه تبدیل به انرژی بشه میتونه اب یه استخررو به جوش بیاره
که خدارا شکر هنوز کسی نتونسته تموم جرم مورچه رو تبدیل به انرژی کنه!!!
دربمب های هسته ای این فلزات سنگین رادیو اکتیو و اونهم ایزوتوپ های خاصیشون قادرند با عبور از جرم بحرانی یا بمباران نوترونی مقدار انرژی عظیمی رو آزاد کنن
نقش اینشتین اعلام و اثبات ومحاسبه این انرژی بود
نکته:درفرمول بالا جرم برحسب گرم وسرعت نور برحسب متر برثانیه هست

[mahdy2021]

Little Boy ؛ بمب اورانيومي با قدرت 9000Ton TNT كه بر روي هيروشيما انداخته شد و تصوير واقعه ي دردناك... .


Fat Man ؛ بمب پلوتونيومي با قدرت 000'10 تن TNT كه بر روي ناكازاكي منفجر شد و ... .
فريد جان من شنيدم بر خلاف پيش بيني قدرت انفجار كه از لحاظ نظري بايد فت من قويتر باشه در عمل ليتل بوي قويتر عمل كرده بود درسته؟

[R e Z a]

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

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.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
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.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
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.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
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.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

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.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

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

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

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.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

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.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[saeed666]

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.


[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

Gaseous Diffusion
در روش Gaseous Diffusion، گاز هگزافلوراید اورانیوم (UF6) را با سرعت از صفحات خاصی که حالت فیلتر 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 فیلتر 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 می شود. 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

[khaiyam]

اولين مقاله درباهر كيك زرد هست
-------------------------------------------------------

[saeed666]

انفجار هسته اي

تعريف انفجار

انفجار اعم از عادي يا هسته اي عبارتست از رهايي مقدار زيادي انرژي در مدت زماني بسيار كوتاه و در فضاي محدود .

ساختار انفجاري هسته اي

در انفجار هسته اي حرارت و فشار حاصل از اندازه اي است كه جرم بمب و همه مواد موجود در فضاي مزبور را در آن واحد زمان بصورت توده اي از گاز داغ ، ملتهب و فشرده در آورده و تشكيل گوي آتشين كه در حدود چند ميليون درجه حرارت است مي دهد اين گوي آتشين بلافاصله انبساط كرده و به لايه هاي بالاي جو صعود مي كند.انبساط سريع گوي آتشين فشار اطراف خود را بالا برده و موج انفجاري بسيار شديدي و يا موج ضربه فوق العاده اي در زمين يا آب يا در زير زمين ايجاد مي كند كه اثر تخريبي انفجار مربوط به آنها ست .

مشخصات انفجاري هسته اي

- در نزديكي انفجار سرعت موج از يك كيلومتر درثانيه يعني هزارها كيلومتر در ساعت بيشتر است .

- قسمت عمده اي از انرژي انفجار بصورت حرارت و نور آزاد مي شود كه در منطقه وسيعي ايجاد آتش سوزي نموده و حتي در فاصله هاي دورتر سبب سوختگي در پوست بدن موجودات زنده اي كه در معرض آنها قرارگرفته باشند مي گردد .

- مقدار زياري اشعه نامرئي هسته اي به نام تشعشع هسته اي اوليه بوجود مي آيد كه قدرت نفوذي فوق العاده اي داشته و بر حسب شدت تشعشع آنها آثار بيولوژيكي تشعشعات هسته اي وخيم يا كشنده در موجودات زنده بوجود مي آورند .

- مواد حاصل از انفجار هاي هسته اي به شدت راديو اكتيو بوده ومنطقه وسيعي را بطوري الوده مي سازد كه بر حسب نزديكي يا دوري از مركز انفجار تامدتي غير قابل سكونت خواهند بود مانند هيروشيماي ژاپن .

- در انفجارهاي معمولي درجه حرارت در مركز انفجار به حدود 5000 درجه سانتيگراد درمورد انفجارهاي هسته اي به ده ها ميليون درجه مي رسد .

حوزه انفجارهسته اي

قطر كره آتشين از بمب هسته اي يك مگاتني در يك هزارم ثانيه به حدود 150 متر رسيده ودر هر ثانيه به حداكثر اندازه خود كه حدود 2000 متر است مي رسد و پس از يك دقيقه نسبتا سرد شده و روشنايي خود را از دست مي دهد اين زماني است كه انفجار 7 كيلو متر صعود كرده است براي تصور ميزان درخشندگي آن كافيست اشاره كنيم كه :

- از فاصله يكصد كيلومتري از نور خورشيد در وسط روز درخشنده تر است .

- در پاره اي از آزمايش ها كه در طبقات بالاي جو انجام گرفته نور حاصله از فاصله 1000 كيلومتري محسوم بوده است كه تحت بعضي شرايط اين نور مي تواند موجب كوري موقتي يا سوختگي دائمي شبكيه چشم شود .

- در موقع آزمايشات هسته اي در معرض بودن تصادفي اشخاص موجب سوختگي شبكيه چشم درمسافت 10 مايلي در سلاح 20 كيلو تني شده است .

- گوي آتشين همانطور كه به سرعت بزرگ شده و صعود مي كند تغيير شكل داده و پهن تر مي شود ضمناً هوا و خاك و عناصر ديگر را از پايين به داخل خود مي مكد و به همين ترتيب دنباله اي از غبار تشكيل مي شود كه گوي آتشين را به زمين وصل مي كند كره آتشين بتدريج سرد شده و بصورت ابري متلاطم در مي آيد كه ابتدا سرخ رنگ بوده و بعد سفيد مي شود در اين حال با دنباله خود شكل قارچي به خود مي گيرد .

تخريب بعد از انفجار هسته اي

- چنانچه انفجار در سطح زمين يا نزديكي آن اتفاق بيافتد مقدار زيادي خاك و شن و مواد مختلف بخار شده و همراه با گوي آتشين بالا مي روند يك صدم انرژي سلاح مگاتني در تر كش سطحي كافي است كه 4000 تن خاك و شن و سنگ را بخار نمايد اين مواد كه بدين ترتيب به داخل گوي آتشين كشيده شده با مواد راديو اكتيو مخلوط مي شوند و ابر اتمي قارچ شكل انفجارات اتمي را شكل مي دهند ذرات اين باد بتدريج به زمين بازگشته و يا در اثر برف و باران به زمين ريخته خواهد شد اين عمل ريزش اتمي ناميده شده و منبع تشعشعات باقيه خواهند بود .

- در انفجارهاي زير آبي مقدار زيادي آب بخار خواهد شد يك صدم انرژي سلاح يك مگاتني كافيست كه 20000 تن آب را بخار كند .

- انفجار زير زميني اتمي ايجاد تكانهايي مانند زمين لرزه مي نمايد در اثر اين لرزش و جابه جاشدن قسمتي از سطح زمين خرابي بوجود مي آيد اما انرژي يك زلزله قوي با انرژي يك ميليون بمب اتمي برابر است!

تقسيم بندي انرژي انفجار سلاح اتمي

مجموع انرژي حاصله كه به نام قدرت بمب ناميده مي شود به سه اثر اوليه تقسيم مي شود . گرچه تقسيم بندي انرژي تا اندازه اي به نوع سلاح و سوختنش وشرايط انفجار بستگي دارد ولي بطور كلي بصورت زير تقسيم بندي مي شود .

- 50% انرژي به توسط موج انفجاري يا موج ضربه حمل مي شود .

- 35% انرژي را تشعشع حرارتي و امواج نوراني در خود دارند .

- 15% انرژي را تشعشع هسته اي ( 5% تشعشع ابتدايي 10% تشعشع باقيه ) دارد.


منبع : دانشنامه رشد و هوپا

[alex_pk]

سلام دوستان
من یه مقاله(پروژه)در مورد انرژی هسته ای لازم دارم...
اگه کسی داره لطف کنه برای من بزاره...البته اگه میشه متن رو همین جا بذارین و بصورت پی دی اف نذارین چون من اینجا اجازه دانلود ندارم.
(برای آزمایشگاه فیزیک میخوام...10 نمره داره...10نمره دیگش هم عملیه)

====================
یه پروژه دیگه هم لازم دارم که شامل چند بخشه:
ماده و پاد ماده_از آغاز تا کنون_(این از همه مهمتره) مربوط به پایان نامه استادمون میشه که گفته ما براش پیدا کنیم 5 نمره داره
فیزیک پلاسما
فیزیک اتمی
فیزیک الکتریسیته

هر کدومش رو لطف کنید ممنون میشم.
(اگر هم نداشتید به سلیقه خودتون یه تحقیق در مورد فیزیک برای من بذارین)

خیلی ممنون

[Meisam]

سلام ...
===============++++===============
مقاله ای درباره كيك زرد
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
===============++++===============
مقاله اي درباره انرژي هسته ای
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
===============++++===============
مقاله اي درباره مفاهیم انرژی هسته ای
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
===============++++===============
مقاله اي درباره راکتور های هسته ای
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
===============++++===============


ممـنــون :)
مـیـثــم

[Hidden-H]

سلام...
اينم يه سري مقالات ديگه كه جايي پيدا نمي شه:

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[saeed666]

خواص اشعه راديواكتيو

عناصر راديواكتيو معمولا سه نوع ذره يا اشعه از خود صادر مي‌كنند كه شامل ذره آلفا ، ذره بتا و اشعه گاما است. با قرار دادن اشعه راديواكتيو تحت تاثير ميدان مغناطيسي متوجه شده‌اند كه ذره آلفا داراي بار مثبت ، بتا داراي بار منفي و اشعه گاما بدون بار است.

خواص ذره آلفا

جنس ذره آلفا ، هسته اتم هليوم است كه از دو نوترون و دو پروتون تشكيل يافته است. جرم آن حدود 4 برابر جرم پروتون و بار الكتريكي آن 2+ و علامت اختصاري آن (4,2)He است. برد ذره آلفا به عنصر مادر ، انرژي اوليه و جنس محيط بستگي دارد. مثلا برد ذره آلفا صادره از راديوم در هوا تقريبا 4.8 سانتيمتر مي‌باشد. ذره آلفا به علت داشتن 2 بار مثبت هنگامي كه از نزديكي يك اتم عبور مي كند، ممكن است تحت تاثير ميدان الكتروستاتيكي خود ، الكترون مدار خارجي آن اتم را خارج سازد و يا به عبارت ديگر اتم را يونيزه كند. همچنين ذره آلفا قادر است محل الكترون را تغيير دهد، يعني الكترون تحت تاثير ميدان الكتريكي ذره آلفا از مدار پايين تري به مدار بالاتر صعود مي‌كند و در نتيجه اتم به حالت برانگيخته در مي‌آيد. قابليت نفوذ ذره آلفا بسيار كم است.

خواص ذره بتا

جنس ذره بتاي منفي ، از جنس الكترون مي‌باشد، بار الكتريكي آن 1- و علامت آن بتاي منفي است. برد ذره بتا در هوا در حدود چند سانتيمتر تا حدود يك متر است. البته برد اين ذره نيز به انرژي اوليه (عنصر مادر) و جنس محيط بستگي دارد. برخلاف ذره آلفا ، ذره بتا از نظر حفاظت يك خطر خارجي محسوب مي‌شود. خاصيت يون سازي اين ذره به مراتب كمتر از ذره آلفا است، يعني بطور متوسط در حدود 100 مرتبه كمتر از ذره آلفا مي‌باشد. ذره بتا مي‌تواند در اتمها ايجاد برانگيختگي كند، ولي اين خاصيت نيز در ذره بتا، به مراتب كمتر از ذره آلفا است. قدرت نفوذ ذره بتا بطور متوسط 100 برابر بيشتر از ذره آلفا است. طيف ذره بتا تك انرژي نيست، بلكه يك طيف پيوسته است كه تمام مقادير انرژي از 0 تا انرژي ماكزيمم را دارا مي‌باشد. اين ذره همان پوزتيرون است كه ضد ماده الكترون مي‌باشد. جرم آن با جرم الكترون برابر بوده و داراي باري مخالف با بار الكترون است و علامت اختصاري آن حرف بتاي مثبت است.

خواص اشعه گاما

جنس اشعه گاما از جنس امواج الكترومغناطيسي مي‌باشد، يعني از جنس نور است. ولي با طول موج بسيار كوتاه كه طول موج آن از 1 تا 0.01 آنگستروم تغيير مي‌كند. جرم آن در مقياس اتمي صفر ، سرعت آن برابر سرعت نور ، بار الكتريكي آن صفر و علامت اختصاري آن حرف گاما مي‌باشد. انرژي اشعه گاما از 10 كيلو الكترون ولت تا 10 مگا الكترون ولت تغيير مي‌كند. برد آنها بسيار زياد است. مثلا در هوا چندين متر است. خاصيت ايجاد يونيزاسيون و برانگيختگي در اشعه گاما نيز وجود دارد. ولي به مراتب كمتر از ذرات آلفا و بتا است. مثلا اگر قدرت يونيزاسيون متوسط اشعه گاما را يك فرض كنيم، قدرت يونيزاسيون متوسط ذره بتا 100 و ذره آلفا 104 خواهد بود. قدرت نفوذ اين اشعه به مراتب بيشتر از ذرات بتا و آلفا است. طيف انرژي اشعه گاما ، همانند ذرات آلفا تك انرژي است. يعني تمام فوتونهاي گاماي حاصل از يك عنصر راديواكتيو داراي انرژي يكساني هستند.


منبع : هوپا و رشد

[Monica]

با شنیدن نام دستگاه سونوگرافی یا همان فرستنده امواج ماورای صوت، اولین چیزی كه به خاطر شنونده می‌رسد تصویرهای محوی از جنین است كه از مادری باردار گرفته شدند، اما كاربرد امواج ماورای صوت به همین جا ختم نمی‌شود.

به گزارش پایگاه‌اینترنتی دویچه‌وله (رادیو آلمان)، مدتهاست محققان تلاش می‌كنند از این امواج در سایر زمینه‌ها استفاده كنند، از جمله ضدعفونی كردن و از بین بردن باكتری‌ها و تركیبات مضر شیمیایی به كمك امواج ماورای صوت. از نظر پروفسور "تیموتی میسون" (‪ (Timothy Mason‬كه در دانشگاه "كاونتری" (‪ (Coventry‬در انگلیس تدریس می‌كند، امواج ماورای صوت حاوی انرژی هستند كه به صورت هدفمند بر روی واكنش‌های شیمیایی تاثیر می‌گذارند.
وی می‌گوید: این نوع صوت، طول موجی از صداست كه در صوت‌های مخصوص سگ كاربرد دارد، چرا كه دارای فركانس بسیار بالایی است كه انسان قادر به شنیدن آن نیست. این امواج هنگامی كه هدفمند مورد استفاده قرار گیرند، می‌توانند انرژی بسیار زیادی را منتقل كنند.
به كمك دستگاه‌های سونوگرافی، امواج درون رگ تابیده می‌شود. طول موج بالای این امواج، آب موجود در رگ را جوش می‌آورد و سبب تشكیل حباب‌های بسیار ریزی می‌شود كه دوام زیادی ندارند و به سرعت می‌تركند و تركیدن حباب ها انرژی زیادی آزاد می‌كند.
انرژی زیاد به معنای آن است كه در فضای بسیار كوچك درون رگی حرارت تا ‪ ۶‬هزار درجه سانتی گراد بالا می‌رود، یعنی دمایی به اندازه دمای سطح رویی خورشید.
بالا رفتن دما تا این حد و تركیدن حباب‌ها فشاری ‪ ۵۰۰‬برابر فشار اتمسفر تولید می‌كند، فشاری كه كه تنها یك چشم بر هم زدن دوام دارد.
البته می‌توان این حباب‌ها را به نوعی ریزبمب تشبیه كرد، چرا كه آزاد شدن این میزان انرژی، بر مولكول‌های اطراف حباب تاثیر می‌گذارد. تیموتی میسون در این‌باره می‌گوید: تصور كنید این انرژی كنار یك تركیب شیمیایی مثلا كنار یك مولكول مضر آزاد شود. هیچ پیوند شیمیایی نمی‌تواند در این شرایط پایدار بماند، در نتیجه در پی ضربه ناگهانی ناشی از تركیدن یك حباب كوچك تجزیه می‌شود."
علاوه بر آن، میكرو حباب ها، مولكول‌های آب را به رادیكال آزاد تبدیل می‌كنند و رادیكال‌های آزاد از نظر شیمیایی ذرات مضری هستند كه مولكولهای اطرافشان را تحت تاثیر قرار می‌دهند.
پروفسور "نایس" (‪ (Uwe Neis‬از دانشگاه صنعتی "هامبورگ هاربورگ" (‪ (Hamburg-Harburg‬می‌گوید: "با این روش می‌توان باكتری‌ها و یا سایر موجودات ذره‌بینی را كه معمولا در آب موجودند بدون مصرف مواد شیمیایی ضدعفونی‌كننده مانند كلر از بین برد. یعنی ضدعفونی با امواج ماورای صوت.
پروفسور نایس و همكارانش در آزمایشگاه دانشگاه هامبورگ - هاربورگ، آب آلوده را از لوله‌ای كه به درون آن امواج ماورای صوت تابیده می‌شود عبور می‌دهند و از آن سوی لوله، آب ضدعفونی شده تحویل می‌گیرند.
البته این روش ضدعفونی در حال حاضر بسیار گران است و علاوه بر آن، هزینه برق مصرفی با دستگاه فرستنده امواج را نیز باید در نظر گرفت. با وجود این گروه پروفسور نایس در حال تكمیل روشی است كه به خصوص برای شناگران حساس به كلر استخرهای شنا جالب خواهد بود.
پروفسور نایس در این‌باره می‌گوید: دیواره‌های استخرهای شنا باید مرتب تمیز شوند و برای این منظور مكنده‌های تمیزكننده مخصوصی وجود دارد. از ما پرسیده شد كه آیا می‌توان آنها را با امواج ماورای صوت تركیب كرد، به طوری كه بتوان هم زمان دیواره استخر را تمیز و آب آن را ضدعفونی كرد؟ البته ما در حال حاضر راه عملی قطعی پیدا نكردیم، اما مشغولیم."
اما تركیب امواج ماورای صوت و تركیبات شیمیایی داستان دیگری است، روشی كه در آن هسته اتم هدف قرار می‌گیرد و ذوب هسته، انرژی فوق‌العاده زیادی آزاد خواهد كرد. در سال ‪ ۲۰۰۲‬یك محقق آمریكایی به نام "روسی تالیارخان" (‪Taleyarkhan‬ ‪ (Rusi‬این روش را امتحان كرد.
او سعی كرد با فرستادن امواج ماورای صوت درون استون، محلولی كه برای پاك كردن لاك ناخن از آن استفاده می‌شود، اتم‌های استون را تجزیه كند. از نظر تئوری تركیدن حباب‌های تولید شده در محلول می‌تواند هسته اتم‌های استون را ذوب كند.
ذوب هسته اتم همانی است كه انرژی هسته‌ای تولید می‌كند. اكنون تصور كنید با كمك یك فرستنده امواج ماواری صوت و یك ظرف استون بتوان تمام انرژی مورد نیاز شهر را تامین كرد!
اما ذوب اتمی كه در حال حاضر در راكتورهای اتمی صورت می‌گیرد نیازمند افزایش دما تا حدود ‪ ۱۰۰‬میلیون درجه سانتیگراد است. این نوع آزمایش‌ها تا تولید انرژی هسته‌ای هنوز فاصله بسیاری دارند.
اما بسیاری امیدوارند كه روزی بتوان به همین سادگی و بدون نیاز به راكتورهای پرهزینه اتمی، انرژی هسته‌ای تولید كرد.

[saeed666]

چگونه يك بمب هسته اي جديد بسازيم !!!


اين يك مقاله بسيار مفيد است . پيشنهاد ميكنم حتما سر بزنيد :

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[Mahdi Hero]

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 هسته 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 كند .
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.
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. 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.
1 - 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:
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.
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.

[Mahdi Hero]

تعريف انفجار
انفجار اعم از عادي يا هسته اي عبارتست از رهايي مقدار زيادي انرژي در مدت زماني بسيار كوتاه و در فضاي محدود .

ساختار انفجاري هسته اي
در انفجار هسته اي حرارت و فشار حاصل از اندازه اي است كه جرم بمب و همه مواد موجود در فضاي مزبور را در آن واحد زمان بصورت توده اي از گاز داغ ، ملتهب و فشرده در آورده و تشكيل گوي آتشين كه در حدود چند ميليون درجه حرارت است مي دهد اين گوي آتشين بلافاصله انبساط كرده و به لايه هاي بالاي جو صعود مي كند.انبساط سريع گوي آتشين فشار اطراف خود را بالا برده و موج انفجاري بسيار شديدي و يا موج ضربه فوق العاده اي در زمين يا آب يا در زير زمين ايجاد مي كند كه اثر تخريبي انفجار مربوط به آنها ست .

مشخصات انفجاري هسته اي
- در نزديكي انفجار سرعت موج از يك كيلومتر درثانيه يعني هزارها كيلومتر در ساعت بيشتر است .
- قسمت عمده اي از انرژي انفجار بصورت حرارت و نور آزاد مي شود كه در منطقه وسيعي ايجاد آتش سوزي نموده و حتي در فاصله هاي دورتر سبب سوختگي در پوست بدن موجودات زنده اي كه در معرض آنها قرارگرفته باشند مي گردد .
- مقدار زياري اشعه نامرئي هسته اي به نام تشعشع هسته اي اوليه بوجود مي آيد كه قدرت نفوذي فوق العاده اي داشته و بر حسب شدت تشعشع آنها آثار بيولوژيكي تشعشعات هسته اي وخيم يا كشنده در موجودات زنده بوجود مي آورند .
- مواد حاصل از انفجار هاي هسته اي به شدت راديو اكتيو بوده ومنطقه وسيعي را بطوري الوده مي سازد كه بر حسب نزديكي يا دوري از مركز انفجار تامدتي غير قابل سكونت خواهند بود مانند هيروشيماي ژاپن .
- در انفجارهاي معمولي درجه حرارت در مركز انفجار به حدود 5000 درجه سانتيگراد درمورد انفجارهاي هسته اي به ده ها ميليون درجه مي رسد .

حوزه انفجارهسته اي
قطر كره آتشين از بمب هسته اي يك مگاتني در يك هزارم ثانيه به حدود 150 متر رسيده ودر هر ثانيه به حداكثر اندازه خود كه حدود 2000 متر است مي رسد و پس از يك دقيقه نسبتا سرد شده و روشنايي خود را از دست مي دهد اين زماني است كه انفجار 7 كيلو متر صعود كرده است براي تصور ميزان درخشندگي آن كافيست اشاره كنيم كه :
- از فاصله يكصد كيلومتري از نور خورشيد در وسط روز درخشنده تر است .
- در پاره اي از آزمايش ها كه در طبقات بالاي جو انجام گرفته نور حاصله از فاصله 1000 كيلومتري محسوم بوده است كه تحت بعضي شرايط اين نور مي تواند موجب كوري موقتي يا سوختگي دائمي شبكيه چشم شود .
- در موقع آزمايشات هسته اي در معرض بودن تصادفي اشخاص موجب سوختگي شبكيه چشم درمسافت 10 مايلي در سلاح 20 كيلو تني شده است .
- گوي آتشين همانطور كه به سرعت بزرگ شده و صعود مي كند تغيير شكل داده و پهن تر مي شود ضمناً هوا و خاك و عناصر ديگر را از پايين به داخل خود مي مكد و به همين ترتيب دنباله اي از غبار تشكيل مي شود كه گوي آتشين را به زمين وصل مي كند كره آتشين بتدريج سرد شده و بصورت ابري متلاطم در مي آيد كه ابتدا سرخ رنگ بوده و بعد سفيد مي شود در اين حال با دنباله خود شكل قارچي به خود مي گيرد .

تخريب بعد از انفجار هسته اي
- چنانچه انفجار در سطح زمين يا نزديكي آن اتفاق بيافتد مقدار زيادي خاك و شن و مواد مختلف بخار شده و همراه با گوي آتشين بالا مي روند يك صدم انرژي سلاح مگاتني در تر كش سطحي كافي است كه 4000 تن خاك و شن و سنگ را بخار نمايد اين مواد كه بدين ترتيب به داخل گوي آتشين كشيده شده با مواد راديو اكتيو مخلوط مي شوند و ابر اتمي قارچ شكل انفجارات اتمي را شكل مي دهند ذرات اين باد بتدريج به زمين بازگشته و يا در اثر برف و باران به زمين ريخته خواهد شد اين عمل ريزش اتمي ناميده شده و منبع تشعشعات باقيه خواهند بود .
- در انفجارهاي زير آبي مقدار زيادي آب بخار خواهد شد يك صدم انرژي سلاح يك مگاتني كافيست كه 20000 تن آب را بخار كند .
- انفجار زير زميني اتمي ايجاد تكانهايي مانند زمين لرزه مي نمايد در اثر اين لرزش و جابه جاشدن قسمتي از سطح زمين خرابي بوجود مي آيد اما انرژي يك زلزله قوي با انرژي يك ميليون بمب اتمي برابر است!

تقسيم بندي انرژي انفجار سلاح اتمي
مجموع انرژي حاصله كه به نام قدرت بمب ناميده مي شود به سه اثر اوليه تقسيم مي شود . گرچه تقسيم بندي انرژي تا اندازه اي به نوع سلاح و سوختنش وشرايط انفجار بستگي دارد ولي بطور كلي بصورت زير تقسيم بندي مي شود .
- 50% انرژي به توسط موج انفجاري يا موج ضربه حمل مي شود.
- 35% انرژي را تشعشع حرارتي و امواج نوراني در خود دارند .
- 15% انرژي را تشعشع هسته اي ( 5% تشعشع ابتدايي 10% تشعشع باقيه ) دارد.

[soleares]

بمب اتمی نام رایج وسایل انفجاری است که در آن‌ها از انرژی آزاد شده در فرآیند شکافت هسته‌ای، یاگداخت هسته‌ای برای تخریب استفاده می‌شود. بمب های اتمی که برمبنای گداخت کار می کنند نسل نوین بمب اتمی هستند و قدرتی بسیار بیشتر از بمب های شکافتی دارند. مبنای آزاد شدن انرژی در هر دو نوع بمب اتمی تبدیل ماده به انرژی (E = mc2)است اما در بمب های گداختی جرم بیشتری از ماده به انرژی تبدیل می شود.

نخستین بمب اتمی که بمبی پلوتونیومی(از نوع شکافتی) بود در سال ۱۹۴5م در جریان جنگ جهانی دوم در آمریکا ساخته و در شانزدهم ژوئیهء1945م در صحرای آلاموگوردو در نیو مکزیکوی امریکا آزمایش شد. آمریکا تنها کشوری است که از بمب اتمی (شکافتی-اورانیومی در هیروشیما وشکافتی - پلوتونیومی در ناگازاکی) استفاده نظامی کرده است. شوروی در سال ۱۹۴۹ دارای بمب اتمی شد.


اختراع این سلاح،ریشه طولانی در تاریخ علم فیزیک و شیمی دارد اما استفاده از دانش به دست آمده، برای ساخت بمب اتمی بیشتر به روبرت اوپنهایمر و ادوارد تلر نسبت داده می شود.


نکاتی در مورد بمب‌ اتمی
منطقه انفجار بمب‌های هسته‌ای به پنج قسمت تقسیم می‌شود:1- منطقه تبخیر 2- منطقه تخریب کلی 3- منطقه آسیب شدید گرمایی 4- منطقه آسیب شدید انفجاری 5- منطقه آسیب شدید باد وآتش. در منطقه تبخیر درجه حرارتی معادل سیصد میلیون درجه سانتیگراد بوجود می‌‌آید و هر چیزی، از فلز گرفته تا انسان وحیوان، در این درجه حرارت آتش نمیگیرد بلکه بخار می‌شود.

آثار زیانبار این انفجار حتی تا شعاع پنجاه کیلومتری وجود دارد و موج انفجار آن که حامل انرژی زیادی است می‌‌تواند میلیون‌ها دلار تجهیزات الکترونیکی پیشرفته نظیر ماهواره‌ها و یا سیستم‌های مخابراتی را به مشتی آهن پاره تبدیل کند و همه آنها را از کار بیندازد.

اینها همه آثار ظاهری و فوری بمب‌های هسته‌ای است . پس از انفجار تا سال‌های طولانی تشعشعات زیانبار رادیواکتیو مانع ادامه حیات موجودات زنده در محل‌های نزدیک به انفجار می‌شود.

پرتو رادیو اکتیو از پرتوهای آلفا، بتا، گاما و تابش نوترونی تشکیل شده است. نوع آلفای آن بسیار خطرناک است ولی توان نفوذ اندکی دارد. این پرتو در بافت زنده تنها کمتر از 100 میکرون نفوذ می کند اما برای آن ویرانگر است. پرتوی گاما از دیوار و سنگ نیز عبور می‌کند.هر 9میلی متر سرب یا هر 25 متر هوا شدت تابش ان را نصف می کند. این پرتو نیز با توجه به فرکانس بسیار بالا، انرژی بالایی که دارد اگر به بدن انسان برخورد کند از ساختار سلولی آن عبور کرده و در مسیر حرکت خود باعث تخریب ماده دزوکسی ریبو نوکلوئیک اسید یا همان DNA و سرانجام زمینه را برای پیدایش انواع سرطان ها، سندرم‌ها ونقایص غیر قابل درمان دیگر فراهم می‌‌کند وحتی این نقایص به نسل‌های آینده نیز منتقل خواهد شد. برای جلوگیری از نفوذ تابش گامابه حدود 10 سانتیمتر دیواره سربی نیاز است.

[Mohammad Hosseyn]

نويسنده: حسام الدين قهرماني - دانشجوي رشته برق قدرت

اين روزها در مجلات,روزنامه ها,تلويزيون وغيره از همه چيز ميشنويم ولي بيشتر از همه فعاليت هاي صلح آميزوغير صلح آميز هسته اي است كه ذهنمان را مشغول ميسازد.در اينجا سعي بر آن است كه مطالب حتي الامكان به صورت عامه فهم وبه گونه اي كه حق مطلب ادا شود,براي شما توضيحاتي پيرامون بمب هاي هسته اي ,تشعشعات هسته اي ونيروگاههاي هسته اي عنوان شود.

قبل از اينكه به اصل موضوع بپردازيم خدمت دوستان خوبم بايد عرض كنم كه اين مطالب ممكن است براي عده اي از دوستان بسيار پيش پا افتاده وساده باشه به هر حال شما به بزرگي خودتون ببخشيد و اينو هم در نظر بگيريد كه مخاطب هاي اين وبلاگ ممكنه از هر قشري باشند پس ما هم مجبوريم كه ملاحظه حال اونا رو هم بكنيم....

و اما اصل موضوع....

ميدانيم كه دنياي اطرافمان از 92 عنصر موجود در طبيعت ساخته شده است. به اين شكل كه عناصر از اتم ها ساخته شده اند وتشكيل مولكول آن عنصر را ميدهند و اگر اين مولكولها در كنار يكديگرقرار گيرند ماده بوجود مي آيد. بسياري از مواد از عناصر مختلف تشكيل شده اند بنابراين اتم هاي مختلفي در آنها وجود دارد. لازم به ذكر است قطر اتم 10 به توان منفي ده متر ميباشد واندازه هسته در مركز اتم0001/0 بزرگي اتم كوچكتر است و يا به عبارتي دقيقتر قطر كامل هسته به طور ميانگين 10به توان منفي 15 متر ميباشد.

ابتدا به تشريح ساختمان اتم ميپردازيم:

در داخل هر اتم سه ذره وجود دارد:الكترون با بار منفي , پروتون با بار مثبت و نوترون خنثي. بارهاي همنام يكديگر را دفع و بارهاي غير همنام يكديگر را جذب ميكنند بجز نوترون كه هيچ عكس العملي ندارد.

هسته اتم هر عنصر از پروتون و نوترون تشكيل شده است كه مجموع تعداد آنها را عدد اتمي آن عنصر ,وبه آنها نوكلئون ميگويند. لازم به ذكر است جرم نوترون 675/1ضربدر 10 به توان منفي 27 كيلوگرم ,وجرم پروتون 673/1ضربدر 10 به توان منفي 27 ميباشد.

پروتون هاي تشكيل دهنده هسته اتم چون داراي بار مثبت هستند پس طبيعي است كه يكديگر را دفع كنند براي جلوگيري از اين اتفاق نوترون ها مانند چسبي از متلاشي شدن هسته جلوگيري ميكنند.الكترون ها نيز در مدارات بيضي شكل و نامنظم در اطراف هسته با سرعت بسيار زياد در حال گردشند وهر چه اين الكترون ها به لايه والانس نزديكتر ميشوند تعلق آنها به هسته كاهش ميابد(بر اساس مدل اتمي بور).

اما اگر بخواهيم علمي تر بحث كنيم بايد بگوئيم تقريبا سه نيرو در هسته هر اتم وجود داردكه يكي از آنها سعي در انهدام هسته و دو تاي ديگر سعي در پايداري هسته دارند. اولي نيروي كولني يا همان دافعه پروتوني ميباشد , دومي نيروي گرانش ناشي از جاذبه بين ذرات جرم دار است وسومي كه مهمترين دليل جلوگيري از متلاشي شدن هسته ميباشد همان نيروي هسته اي است. دقت كنيد نيروي كولني بسيار ناچيز است و نميتواند به تنهايي هسته را متلاشي كند و نيروي گرانش ذرات نيز بسيار كم ميباشد و توانايي در تعادل نگه داشتن هسته را ندارد,در واقع اين نيروي هسته اي است كه اتم را در تعادل نگه داشته و از واپاشيده شدن نوكلئون ها جلوگيري ميكند. براي توضيح اين نيرو بايد گفت اگر فاصله بين پروتون و نوترون از 5 ضربدر 10 به توان منفي 15 متر(5فمتو متر) بيشتر شود نيروي هسته اي وجود ندارد , بر عكس اگر اين فاصله از مقدار ياد شده كمتر شود نيروي هسته اي بيشترميشود بدين طريق هسته از متلاشي شدن نجات ميابد.

سال 1905 در يك آپارتمان كوچك در شماره 49 خيابان كرامر گاسه در برلين (منزل مسكوني اينشتين)اتفاق بزرگي افتاد ; كسي چه ميدانست با كشف فرمول معروف نسبيت خاص E=mc2 ميتوان جان هزاران نفر را در هيروشيما و ناكازاكي گرفت و يا اينكه براي ميليون ها نفر در سرار جهان برق و انرژي توليد كرد ؟!

فرمول E=mc2 به ما ميگويد كه اندازه انرژي آزاد شده برابر است با تغييرات جرم جسم تبديل شده در مجذور سرعت نور. به اين معني كه اگر ما جسمي به جرم مثلا يك كيلوگرم را با سرعتي نزديك به سرعت نور به حركت درآوريم انرژي معادل 9ضربدر10به توان 16 ژول خواهيم داشت كه رقم بسيار وحشتناكي است ولي واقعيت اين است كه چنين چيزي غير ممكن است !!! چرا ؟

چون بر اساس همان فرمول نسبيت حركت با سرعت نور براي اجسام غير ممكن است. براي درك بهتر موضوع فرمول را به شكل ديگري مينويسيم : m=E/C2 اگر C2 ثابت فرض شود به روشني پيداست كه انرژي و جرم نسبت مستقيم با يكديگر دارند ,حال اگر ما بخواهيم جسمي به جرم m را با سرعت نور © به حركت درآوريم طبيعتا بايد به آن انرژي بدهيم و از آنجا كه m و E با يكديگر نسبت مستقيم دارند پس هر چه انرژي بيشتر شود m نيز بزرگتر ميشود ودر واقع قسمت اعظم انرژي صرف ازدياد جرم ميشود تا سرعت دادن به جسم . پس تقريبا به بي نهايت انرژي نياز داريم واين همان چيزي است كه حركت با سرعت نور را براي اجسام غير ممكن ميكند.

قبل از اينكه توضيحات بيشتري داده شود لازم است كمي هم در مورد راههاي آزاد كردن انرژي هسته اي بگوئيم.

به طور كلي انرژي موجود در هسته به دو روش آزاد ميشود :

1 - روش شكافت هسته اي كه در آن يك اتم سنگين مانند اورانيوم تبديل به دو اتم سبكتر ميشود . ويا به عبارتي ديگر وقتي كه هسته اي سنگين به دو يا چند هسته با جرم متوسط تجزيه ميشود ميگويند شكافت هسته اي رخ داده است و وقتي هسته اي با عدد اتمي زياد شكافته شود , مقداري از جرم آن ناپديد وبه انرژي تبديل ميشود(طبق قانون نسبيت).

2 - روش همجوشي (گداخت هسته اي) ; كه در آن دو اتم سبك مانند هيد روژن تبديل به يك اتم سنگين مانند هليم ميشود. درست همانند اتفاقي كه در حال حاضر در خورشيد مي افتد, كه در هر دو حالت انرژي قابل توجهي آزاد مي شود.

در حال حاضر اكثر بمب هاي هسته اي ونيروگاههاي هسته اي بروش شكافت هسته عمل ميكنند .

حال دوباره به توضيحات مربوط اتم بر ميگرديم . در اينجا لازم است نكاتي را در مورد پايداري و ناپايداري توضيخ دهيم...

اگرما 13 پروتون را با 14 نوترون تركيب كنيم هسته اي خواهيم داشت كه اگر 13 الكترون در اطراف آن گردش كنند يك اتم آلومينيوم را ميسازند .حال اگر ميلياردها عدد از اين اتم ها را در كنار هم قرار دهيم آلومينيوم را مي سازيم(AL27) كه با آن انواع وسايل نظير قوطي ها و درب وپنجره ها و غيره... را ميتوان ساخت.

حال اگر همين آلومينيوم را در شيشه اي قرار دهيم ! وچند ميليون سال به عقب برگرديم اين آلومينيوم هيچ تغييري نخواهد كرد ,پس آلومينيوم عنصري پايدار است . تا حدود يك قرن پيش تصور بر اين بودكه تمام عناصر پايدار هستند. مساله مهم ديگر اينكه بسياري از اتم ها در اشكال متفاوتي ديده مي شوند . براي مثال : مس دو شكل پايدار دارد , مس 63 ومس 65 كه به اين دو نوع ايزوتوپ گفته مي شود .هر دوي آنها 29 پروتون دارند اما چون در عدد اتمي 2 واحد فرق دارند به سادگي مي توان فهميد كه تعداد نوترون هاي اولي 34 وديگري 36 است وهر دوي آنها پايدار هستند.در حدود يك قرن پيش دانشمندان متوجه شدند گه همه عناصر ايزوتوپ هايي دارند كه راديواكتيو هستند.مثلا : هيدروژن را در نظر بگيريد , در مورد اين عنصر سه ايزوتوپ شناخته شده است.

1 - هيدروژن معمولي يا نرمال (H1) در هسته اتم حود يك پروتون دارد وبدون هيچ نوتروني. البته واضح است چون نيازي نيست تا خاصيت چسبانندگي خود را نشان دهد چرا كه پروتون ديگري وجود ندارد.

2 - هيدروژن دوتريم كه يك پروتون ويك نوترون دارد و در طبيعت بسيار نادر است. اگرچه عمل آن بسيار شبيه هيدروژن نوع اول است براي مثال ميتوان از آن آب ساخت اما ميزان بالاي آن سمي است.

هر دو ايزوتوپ ياد شده پايدار هستند اما ايزوتوپ ديگري از هيدروژن وجود دارد كه ناپايدار است !

3 - ايزوتوپ سوم هيدروژن (تريتيوم) كه شامل دو نوترون و يك پروتون است. همان طور كه قبلا گفته شد اين نوع هيدروژن ناپايدار است . يعني اگر مجددا ظرفي برداريم واين بار درون آن را با اين نوع از هيدروژن پر كنيم و يك ميليون سال به عقب برگرديم متوجه ميشويم كه ديگر هيدروژني نداريم و همه آن به هليم 3 تبديل شده است (2 پروتون و يك نوترون) واين ها همه توضيحاتي ساده در مورد پايداري و ناپايداري بود.

در يك پاراگراف ساده ميتوان گفت كه هر چه هسته اتم سنگين تر شود تعداد ايزوتوپ ها بيشتر ميشود و هر چه تعداد ايزوتوپ ها بيشتر شود امكان بوجود آمدن هسته هاي ناپايدار نيز بيشتر خواهد شد و در نتيجه احتمال وجود نوع راديواكتيو نيز بيشتر ميشود.

در طبيعت عناصر خاصي را ميتوان يافت كه همه ايزوتوپ هايشان راديو اكتيو باشند.براي مثال دو عنصر سنگين طبيعت كه در بمب ها ونيروگاههاي هسته اي از آنها استفاده مي شود را نام ميبريم : اورانيوم و پلوتونيوم.

اورانيوم به طور طبيعي فلزي است سخت,سنگين,نقره اي و راديواكتيو,با عدد اتمي 92.سالهاي زيادي از آن به عنوان رنگ دهنده لعاب سفال يا تهيه رنگهاي اوليه در عكاسي استفاده ميشد و خاصيت راديواكتيو آن تا سال 1866 ناشناخته ماند و قابليت آن براي استفاده به عنوان منبع انرژي تا اواسط قرن بيستم مخفي بود.

خصوصيات فيزيكي اورانيوم

اورانيوم طبيعي (كه بشكل اكسيد اورانيوم است) شامل3/99% از ايزوتوپ اورانيوم 238 و7/0% اورانيوم 235است. كه نوع 235 آن قابل شكافت است و مناسب براي بمب ها ونيروگاههاي هسته اي است. اين عنصر از نظر فراواني در ميان عناصر طبيعي پوسته در رده 48 قراردارد. از نظر تراكم و چگالي بايد گفت 6/1 مرتبه متراكم تر از سرب است.وهمين تراكم باعث سنگين تر شدن آن مي شود.براي مثال اگر يك گالن شير وزني حدود 4 كيلوگرم داشته باشد ,يك گالن اورانيوم 75 كيلوگرم وزن دارد!!!

انواع اورانيوم

اورانيوم با غناي پايين كه ميزان اورانيوم 235 آن كمتر از 25% ولي بيشتر از7/0% است كه سوخت بيشتر راكتورهاي تجاري بين 3 تا 5 درصد اورانيوم 235 است.

اورانيوم با غناي بالا كه در اينجا بيشتر از 25% وحتي در مواردي آن را تا98% نيز غني ميكنند و مناسب براي كاربردهاي نظامي وساخت بمب هاي هسته اي است.

و اما منظور از غني سازي اورانيوم چيست؟

بطوربسيار خلاصه غني سازي عبارت است از انجام عملي كه بواسطه آن مقدار اورانيوم 235 بيشتر شود و مقدار اورانيوم 238 كمتر. كه پس از جمع آوري اورانيوم 238 ,آن را زباله اتمي مي نامند.

غني سازي اورانيوم به روشهاي مختلفي انجام مي شود كه چند مورد از آن را خدمت شما يادآور مي شويم: 1-استفاده از اصل انتشار گازها 2-استفاده از روش -------- 3-استفاده از ميدانهاي مغناطيسي 4- استفاده از دستگاه سانتريفوژ كه در حال حاضر روش چهارم متداولترين,باصرفه ترين و مطمئن ترين روش به شمار ميآيد.

در اواخر سال 1938 هان,مايتنر و اشتراسمن به اكتشافي دست يافتند كه دنيا را تحت تاثير قرار داد ,آنها متوجه شدند كه ميتوان كاري كرد كه هسته هاي اورانيوم 235 شكسته شوند.

فرض كنيد كه نوتروني در اطراف يك هسته اورانيوم 235 آزادانه در حال حركت است,اين هسته تمايل زيادي دارد كه نوترون كند را به درون خود بكشاند وآن راجذب كند.هسته اورانيوم پس از گير اندازي اين نوترون,ديگر هسته اي پايدار نيست وناگهان از هم شكافته مي شود اين هسته در طي فرآيند شكافت به دو يا چند هسته با جرم كوچكتر ,يعني به صورت هسته هاي عناصر نزديك به مركز جدول تناوبي تجزيه مي شود.به طور كلي در فرآيند شكافت اگر يك نوترون به هسته اصابت كند به طور ميانگين 5/?نوترون در اثر شكافت آزاد مي شود حال اگر ما تعداد نوترون هاي آزاد شده را 3 عدد فرض كنيم و مدت زمان لازم براي تحقق هر شكافت 01/0 ثانيه باشدمقدار اورانيوم مصرف شده در طي زمان يك ثانيه در حدود 10به توان 23 كيلوگرم خواهد بود !!! واضح است كه واكنش زنجيره اي شكافت ميتواند مقادير قابل توجهي از اورانيوم را در مدت زمان ناچيزي به انرزي تبديل كند.با توجه به توضيحات داده شده به وضوح مشخص است كه ما نيازي به توليد مستمر نوترون نداريم بلكه با اصابت اولين نوترون به هسته وآزاد شدن نوترون هاي ناشي از فرآيند شكافت ما ميتوانيم نوترون مورد نياز خود را بدست آوريم كه مسلما اين تعداد نوترون بسيار بيشتر از نياز ما خواهد بود. لازم به ذكر است كه به حداقل مقدار اورانيومي كه براي فرآيند شكافت لازم است جرم بحراني يا مقدار بحراني مي گويند واز به هم پيوستن دو يا چند جرم بحراني يك ابر جرم بحراني حاصل مي شود.

حال اگر بخواهيم واكنش زنجيره اي ادامه پيدا كند,حفظ يك اندازه بحراني براي ماده اوليه اورانيوم ضرورت دارد .در صورتي كه مقدار اورانيوم را خيلي كمتر از جرم بحراني بگيريم ,بيشتر نوترون هاي توليدي فرار خواهند كرد زيرا اين فرار به عواملي چون : شكل فيزيكي اورانيوم و جرم آن وابسته است و در نتيجه واكنش متوقف مي شود. از سوي ديگر اگر مقدار اورانيوم را فوق العاده زياد بگيريم مثلا به اندازه يك ابر جرم بحراني,تمام نوترون هاي توليدي در واكنش هاي بعدي شركت خواهند كرد وانرژي آزاد شده در يك فاصله زماني كوتاه آنچنان زياد خواهد شد كه نتيجه اي جز انفجار نخواهد داشت!! بين اين دو حالت يك خط فاصل وجود دارد:اگر بزرگي كره اورانيومي شكل را درست برابر اندازه بحراني بگيريم آنگاه از هر شكافت فقط يك نوترون براي شركت در شكافت بعدي باقي مي ماند در اين صورت واكنش با آهنگ ثابتي ادامه مي يابد. از خاصيت حالت سوم براي توجيح عملكرد نيروگاههاي هسته اي استفاده مي كنند. حال اگر به اندازه كافي اورانيوم 235 در اختيار داشته باشيم به آساني مي توانيم يك بمب ساده بسازيم !!!!! به اين شكل كه دو نيم كره از اورانيوم 235 را كه هر كدام به اندازه جرم بحراني است در دو انتهاي يك استوانه قرار ميدهيم و اين دو قطعه را بوسيله ساز وكاري كه خود طراحي كرده ايم ناگهان به يكديگر متصل مي كنيم كه در اين حالت ابر جرم بحراني تشكيل مي شود,حال اگر توسط دستگاه نوترون ساز نوتروني به هسته نزديك كنيم وقوع انفجار حتمي است!!

در عمل براي آنكه انفجاري بزرگ و موثر حاصل شود ريزه كاري هاي زيادي را بايد رعايت كرد.

در هر حال براي توضيح عملكرد نيروگاههاي هسته اي لازم به ذكر است راكتورهاي هسته اي را چنان طراحي ميكنند كه در آنها واكنش شكافت در شرايطي نزديك به حالت بحراني تحقق يابد. قلب راكتور اساسا متشكل است از سوخت(در اين مورد اورانيوم 235) كه در استوانه هاي مخصوص در بسته اي جا سازي شده اند. اين استوانه ها در ماده اي كه كند كننده ناميده مي شوند غوطه ورشده اند.كند كننده به منظور كند سازي و باز تاباندن نوترونهايي كه در واكنش شكافت توليد ميشوند مورد استفاده قرار ميگيرد كه متداول ترين آنها عبارتند از:آب,آب سنگين وكربن. كه در اينجااگر در آب معمولي (H2O) به جاي ايزوتوپ هيدروژن معمولي از ايزوتوپ هيدروژن دوتريم استفاده شود آب سنگين بدست مي آيد.

سرعت واكنش را نيز مي توان به كمك چند ميله كنترل كرد كه اين ميله ها در قلب راكتور قرار مي گيرند. اين ميله ها معمولا از ماده اي مانند كادميوم كه نوترون ها را بخوبي جذب ميكند ساخته مي شوند. براي آنكه آهنگ واكنش افزايش يابد ميله ها را تا حدودي از قلب راكتور بيرون مي آورند ,براي كاستن از سرعت واكنش و يا متوقف ساختن آن,ميله ها را بيشتر در قلب راكتور فرو ميبرند.در نهايت واكنش صورت گرفته در راكتور به صورت گرماي بسيار زيادي ظاهر مي شود بنابراين طبيعي است كه راكتور ها همانند يك كوره عمل كنند وسوختش به جاي گاز,نفت ويا ذغال سنگ ,اورانيوم 235 باشد. گرماي توليد شده را به كمك جريان سيالي كه از قلب راكتور ميگذرد به محفظه مبادله كننده گرما كه در آن آب وجود دارد منتقل ميكنند و درآنجا آب داخل مبادله كننده را تبخير ميكنند ;بخار متراكم شده پس از به گردش درآوردن توربين ژنراتورهاي مولد برق,مجددا به داخل محفظه مبادله كننده باز ميگردد.البته سيال گرم شده چون از قلب راكتور مي گذرد و درآنجا در معرض تابش پرتوهاي راديواكتيو قرار ميگيرد مستلزم مراقبت هاي ويژه است.

و اما نكاتي جالب در مورد بمب هاي هسته اي

منطقه انفجار بمب هاي هسته اي به پنج قسمت تقسيم ميشود:1- منطقه تبخير 2- منطقه تخريب كلي 3- منطقه آسيب شديد گرمايي 4- منطقه آسيب شديد انفجاري 5- منطقه آسيب شديد باد وآتش . كه در منطقه تبخير درجه حرارتي معادل سيصد ميليون درجه سانتيگراد !!! بوجود مي آيد و اگر هر چيزي از فلز گرفته تا انسان وحيوان در اين درجه حرارت قرار بگير آتش نميگيرد بلكه بخار مي شود!!!!

اثرات زيانبار اين انفجار حتي تا شعاع پنجاه كيلومتري وجود دارد و موج انفجار آن كه حامل انرژي زيادي است مي تواند ميليون ها دلار از تجهيزات الكترونيكي پيشرفته نظير: ماهواره ها و يا سيستم هاي مخابراتي را به مشتي آهن پاره تبديل كند و همه آنها را از كار بيندازد.

اينها همه اثرات ظاهري بمب هاي هسته اي بود پس از انفجار تا سال هاي طولاني تشعشعات زيانبار راديواكتيو مانع ادامه حيات موجودات زنده در محل هاي نزديك به انفجار مي شود.

راديو اكتيو از سه پرتو آلفا,بتا و گاما تشكيل شده است كه نوع گاماي آن از همه خطرناك تر است و با توجه به فركانس بسيار بالا ,جرم و انرژي بالايي كه دارد اگر به بدن انسان برخورد كند از ساختار سلولي آن عبور كرده و در مسير حركت خود باعث تخريب ماده دزوكسي ريبو نوكلوئيك اسيد يا همان DNA و سرانجام زمينه را براي پيدايش انواع سرطان ها,سندرم ها ونقايص غير قابل درمان ديگر فراهم مي كند وحتي اين نقايص به نسلهاي آينده نيز منتقل خواهد شد.

و اما كاربرد تشعشعات راديواكتيو چيست؟

بسياري از محصولات توليدي واكنش شكافت هسته اي شديدا ناپايدارند و در نتيجه ,قلب راكتور محتوي مقادير زيادي نوترون پر انرژي ,پرتوهاي گاما,ذرات بتا وهمچنين ذرات ديگر است. هر جسمي كه در راكتور گذاشته شود ,تحت بمباران اين همه تابشهاي متنوع قرار ميگيرد. يكي از موارد استعمال تابش راكتور توليد پلوتونيوم 239 است .اين ايزوتوپ كه نيمه عمري در حدود24000سال دارد به مقدار كمي در زمين يافت مي شود . پلوتونيوم 239 از لحاظ قابليت شكافت خاصيتي مشابه اورانيوم دارد.براي توليد پلوتونيوم239,ابتدا اورانيوم 238 را در قلب راكتور قرار مي دهند كه در نتيجه واكنش هايي كه صورت مي گيرد ,اورانيوم239 بوجود مي آيد.اورانيوم 239 ايزوتوپي ناپايدار است كه با نيمه عمري در حدود 24 دقيقه,از طريق گسيل ذره بتا ,به نپتونيوم 239 تبديل مي شود . نپتونيوم 239 نيز با نيمه عمر 2/4 روز و گسيل ذره بتا واپاشيده و به محصول نهايي يعني پلوتونيوم 239 تبديل مي شود.در اين حالت پلوتونيوم239 همچنان با مقاديري اورانيوم 238 آميخته است اما اين آميزه چون از دو عنصر مختلف تشكيل شده است ,بروش شيميايي قابل جدا سازي است.امروزه با استفاده از تابش راكتور صدها ايزوتوپ مفيد ميتوان توليد كردكه بسياري از اين ايزوتوپ هاي مصنوعي را در پزشكي بكار ميبريم. در پايان بايد بگوئيم اثرات زيانبار انفجار هاي اتمي و تشعشعات ناشي از آن باعث آلودگي آبهاي زير زميني ,زمين هاي كشاورزي و حتي محصولات كشاورزي مي شود ولي با همه اين مضرات اورانيوم عنصري است ارزشمند;زيرا در كنار همه سواستفاده ها مي توان از آن به نحوي احسن و مطابق با معيارهاي بشر دوستانه استفاده نمود. فراموش نكنيد از اورانيوم و پلوتونيوم مي توان استفاده هاي صلح آميز نيز داشت چرا كه از انرژي يك كيلوگرم اورانيوم 235 مي توان چهل هزار كيلو وات ساعت ! الكتريسيته توليد كرد كه معادل مصرف ده تن ذغال سنگ يا 50000گالن نفت است!!!!!!!!

به نقل ار سي پي اچ


منبع :hessam-ghahramani-el.blogfa.com

[Master]

احسان عمادى

•چرا اورانيوم و پلوتونيوم؟
ايزوتوپ معمول اورانيوم (اورانيوم ۲۳۸) براى ساخت سلاح اتمى مناسب نيست. چرا كه با شليك نوترونى به هسته اين ايزوتوپ، احتمال به دام افتادن نوترون و تشكيل اورانيوم ۲۳۹ از احتمال شكافت هسته اى بسيار بيشتر است. درحالى كه در اورانيوم ۲۳۵ امكان شكافت هسته اى بيشتر است. اما فقط ۷/۰ درصد اورانيوم موجود در طبيعت، ايزوتوپ ۲۳۵ است. به همين خاطر براى تهيه مقدار مورد نياز اورانيوم ۲۳۵ براى ساخت بمب، به مقدار زيادى از اورانيوم طبيعى نياز است. در عين حال ايزوتوپ هاى ۲۳۵ و ۲۳۹ اورانيوم به روش هاى شيميايى قابل جداسازى نيستند؛ چرا كه از لحاظ شيميايى يكسانند. بنابراين دانشمندان پروژه منهتن قبل از ساختن بمب بايد مسئله ديگرى را حل مى كردند؛ جداسازى ايزوتوپ هاى اورانيوم به روش هاى غيرشيميايى. پژوهش ها همچنين نشان مى داد كه پلوتونيوم ۲۳۹ قابليت شكافت هسته اى بالايى دارد. گرچه پلوتونيوم ۲۳۹ يك عنصر طبيعى نيست و بايد ساخته شود. رآكتورهاى هنفورد در واشينگتن به همين منظور ساخته شده اند.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

• «پسربچه»:(Little boy) يك بمب شليكى
طرح «پسربچه» شامل تفنگى است كه توده اى از اورانيوم ۲۳۵ را به سمت توده ديگرى از اين ايزوتوپ شليك مى كند. به اين ترتيب يك جرم فوق بحرانى توليد مى شود. نكته اساسى كه حتماً بايد رعايت شود اين است كه اين توده ها بايد در زمانى كوتاه تر از حدفاصل بين شكافت هاى خود به خودى در كنار هم نگه داشته شوند. به محض اينكه دو توده اورانيوم در كنار هم قرار گرفتند، ناگهان چاشنى توده اى از نوترون ها را توليد مى كند و زنجيره واكنش ها آغاز مى شود. با ادامه اين زنجيره، انرژى مدام افزايش مى يابد تا بمب به سادگى و خودبه خود منفجر شود.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

1- در دنباله پليسه بردارى
۲- مخروط دم
۳- لوله هاى ورود هوا
۴- چاشنى فشار هوا
۵- محفظه پوشش محافظ سربى
۶- بازوى چاشنى
۷- سرانفجارى
۸- چاشنى انفجارى معمول
۹- اورانيوم ۲۳۵ (گلوله)
۱۰- سيلندر توپ
۱۱- اورانيوم ۲۳۵ (هدف) با مخزن
(منعكس كننده نوترون درست اين بالا است)
۱۲- ميله هاى كنترل فاصله
۱۳- فيوزها
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]



• «مرد چاق»(Fat man) : بمب انفجار درونى
شكافت خودبه خودى پلوتونيوم ۲۳۹ آنقدر سريع است كه بمب تفنگى (پسربچه) نمى تواند دو توده پلوتونيوم را در زمانى كوتاه تر از حد فاصل شكافت ها كنار هم نگه دارد. بنابراين براى پلوتونيوم بايد نوع ديگرى از بمب طراحى شود. قبل از سواركردن بمب، چند نوترون سرگردان رها مى شوند تا زنجيره واكنش پيش رس را آغاز كنند. اين زنجيره موجب كاهش عظيم انرژى منتشر شده مى شود. «ست ندرمى ير» (دانشمندى از لس آلاموس) ايده استفاده از چاشنى هاى انفجارى را براى كمپرس بسيار سريع كره پلوتونيوم مطرح كرد و بسط داد. با اين روش كره پلوتونيوم به چگالى مناسب بحرانى مى رسد و انفجار هسته اى رخ مى دهد.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


1- :AN 219 فيوز تخريب
۲- :Archie آنتن رادار
۳- صفحه باترى ها
۴- واحد :Xسيستم جرقه زن كنار چاشنى
۵- لولا براى ثابت نگه داشتن دو بخش بيفوى بمب
۶- لنز پنج ضلعى با قابليت انفجار بالا
۷- لنز شش ضلعى با قابليت انفجار زياد
۸- چتر نجات كاليفرنيا دنباله (آلومينيوم)
۹- حفاظ دور، قطر داخلى cm ۱۴۰
۱۰- مخروط هايى كه كل كره را در بر مى گيرند
۱۱- لنزهاى انفجارى
۱۲- ماده هسته اى
۱۳- صفحه رادارها، سوئيچ هاى هوا و تايمرها
۱۴- جمع كننده لوله هوا

• بمب انفجار داخلى: بمب كثيف
انفجار درونى كه در واقع عكس انفجار بيرونى است ماده و انرژى را چگال و متمركز مى كند. ويرانى ساختمان بر اثر انفجار بيرونى باعث مى شود كه ساختمان روى خودش آوار شود. اصطلاحاً گفته مى شود كه «ساختمان از درون منفجر شده است.» انفجار درونى، آوار شدن از داخل است. درست مقابل انفجار بيرونى، يك كره توخالى پلوتونيوم مى تواند با چاشنى كروى انفجارى خارجى، از درون منفجر شده و به عنوان ماشه يك بمب شكافت هسته اى به كار رود. اين بمب هم به نوبه خود مى تواند يك ماشه انفجار داخلى براى يك جور هم جوشى باشد. در بحث كاويتاسيون انفجار درونى يك فرآيند مكثى است كه ذرات را مجبور به حركت به سمت داخل مى كند (نه حركت به سمت خارج كه مربوط به انفجار بيرونى است) اين حركت مركزگراى درونى، از يك مسير مستقيم به سمت مركز (مسير شعاعى) پيروى نمى كند، بلكه با چرخش روى يك مسير مارپيچى حركتش را انجام مى دهد. اين حركت چرخشى ورتكس نام دارد. در كاويتاسيون به خاطر فشار كم، حباب هاى كوچكى از بخار آب در يك سمت پروانه تشكيل مى شود. با تخريب اين حباب ها، موج هاى ناگهانى محلى شديدى به وجود مى آيد كه سر و صدا توليد مى كند و منجر به شكست محلى در سطح پروانه مى شود. ادامه اين روند سايش ماده را به دنبال دارد. مشخصه اصلى ورتكس اين است كه خارج آن كند و مركز آن تند حركت مى كند. در ورتكس، آب «از درون منفجر مى شود» ذرات معلقى كه از آب سنگين ترند به مركز جريان كشيده مى شوند، مقاومت اصطكاكى كاهش مى يابد و سرعت جريان زياد مى شود.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
*

مراحل انفجار داخلى


۱ ماده منفجر ه اى كه ماده شكافت پذير را در برگرفته است، مشتعل مى شود. ۲ يك موج ناگهانى تراكمى به سمت داخل شروع به حركت مى كند. سرعت اين موج ناگهانى از سرعت صوت بيشتر است و سبب افزايش قابل توجه شار مى رود. موج در يك لحظه به تمام نقاط روى سطح كروى ماده شكافت پذير در هسته بمب حمله مى كند، فرآيند تراكم آغاز مى شود. ۳ با افزايش چگالى هسته، جرم به حالت بحرانى و سپس فوق بحرانى مى رود كه در آن زنجيره واكنش ها به صورت نهايى زياد مى شود. ۴ اكنون پخش شدن چاشنى به رها شدن نوترون هاى زياد منجر مى شود. به همين دليل خيلى از توليدات اوليه باى پس مى شوند.۵ زنجيره واكنش ها همچنان ادامه مى يابد. تا زمانى كه انرژى توليد شده در درون بمب به قدرى بزرگ شود كه فشار درونى (ناشى از انرژى شكافت) به مقدارى بيش از فشار انفجار داخلى و ناشى از موج ناگهانى برسد.۶ با از هم جدا كردن بمب، انرژى منتشر شده در فرآيند شكافت، به اطراف انتقال مى يابد.


[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

•بمب هيدروژنى
بازده هيدروژنى به وسيله مقدار ليتيوم دوترايد (deuteride) و نيز مواد شكافت پذير اضافه كنترل مى شود. براى تامين نوترون هاى اضافه فرآيند هم جوشى (fusion) معمولاً اورانيوم ۲۳۸ در بخش هاى مختلف بمب به كار مى رود. اين ماده شكافت پذير اضافه (اورانيوم ۲۳۸) در عين حال تشعشعات اتمى باكيفيت بالا نيز توليد مى كند.


[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
بمب نوترونى

بمب نوترونى يك بمب هيدروژنى است. بمب نوترونى به كلى با ساير سلاح هاى اتمى استاندارد تفاوت دارد. چرا كه اثرهاى مهلك بمب كه از تشعشعات مضر مى آيد، به خاطر نوترون هايى است كه خودش رها مى كند. اين بمب همچنين به نام «سلاح تشعشع افزوده» (enhanced- radiation weapon) شناخته مى شود.اثرات تشعشع افزوده در بمب نوترونى بدين صورت است كه آثار حرارتى و تخريبى اين بمب نسبت به ساير سلاح هاى اتمى كمتر است. به همين دليل ساختارهاى فيزيكى مثل ساختمان ها و مراكز صنعتى كمتر خسارت مى بينند و بمب بيشترين آسيب را به انسان وارد مى كند. از آنجا كه اثرات تشعشع نوترون با افزايش فاصله به شدت كاهش مى يابد اثر بمب در مناطق نزديك به آن و مراكز دور از آن به وضوح تفاوت دارد. اين ويژگى كاملاً مطلوب كشورهاى عضو پيمان آتلانتيك شمالى (ناتو) است، چرا كه آنها مى خواهند آمادگى نبرد در مناطق پرازدحام را داشته باشند درحالى كه انواع ديگر انفجارهاى هسته اى، زندگى شهرى و دارايى ها را به خطر مى اندازند بمب نوترونى فقط با زنده ها سر و كار دارد.

روزنامه شرق

[Mahdi Hero]

واکنشگاه هسته‌ای یا رآکتور اتمی دستگاهی برای انجام واکنشهای هسته‌ای بصورت تنظیم شده و تحت کنترل است. این دستگاه در اندازه‌های آزمایشگاهی، برای تولید ایزوتوپهای ویژه مواد پرتوزا (رادیواکتیو) و همینطور پرتو-داروها برای مصارف پزشکی و آزمایشگاهی، و در اندازه‌های صنعتی برای تولید برق ساخته می‌شوند. واکنشهای هسته‌ای به دو صورت شکافت و همجوشی، بسته به نوع مواد پرتوزا استفاده شده انجام میگیرند. واکنشگاه‌ها بسته به اینکه چه نوع کاربردی داشته باشند از یکی از این دو نوع واکنش بهره می‌گیرند. در واکنشگاه دو میله ماده پرتوزا یکی به‌عنوان سوخت و دیگری به‌عنوان آغازگر بکار می‌رود. میزان این دو ماده بسته به نوع واکنش، اندازه واکنشگاه و نوع فراورده نهایی بدقت محاسبه و کنترل می‌شود. در واکنشگاه هسته‌ای همیشه دو عنصر پرتوزا به یک یا چند عنصر پرتوزا دیگر تبدیل می‌شوند که این عناصر بدست آمده یا مورد مصرف صنعتی یا پزشکی دارند و یا بصورت پسماند هسته‌ای نابود می‌شوند. حاصل این فرایند مقادیر زیادی انرژی است که بصورت امواج اتمی والکترومغناطیس آزاد می‌گردد. این امواج شامل ذرات نوترینو، آلفا، بتا، پرتو گاما، امواج نوری و فروسرخ است که باید بطور کامل کنترل شوند. امواج آلفا، بتا و گامای تولیدی توسط واکنش هسته‌ای به‌عنوان محرک برای ایجاد واکنشهای هسته‌ای دیگر در رآکتورهای مجاور برای تولید ایزوتوپهای ویژه بکار میروند. انرژی گرمایشی حاصل از این واکنش و تبدیل این عناصر پرتوزا در واکنشگاه‌های صنعتی برای تولید بخار آب و تولید برق بکار می‌رود. برای نمونه انرژی حاصل از واکنش یک گرم اورانیوم معادل انرژی گرمایشی یک میلیون لیتر نفت خام است. قابل تصور است که این میزان انرژی با توجه به سطح پایداری ماده پرتوزا در واکنشهای هسته‌ای تا چه میزان مقرون به صرفه خواهد بود.
با این حال مشکلات استخراج، آماده سازی، نگهداری و ترابری مواد پرتوزای بکار رفته در واکنشگاه‌های تولید برق و دشواری‌های زیستبومی که این واکنشگاه‌ها ایجاد می‌کنند باعث عدم افزایش گرایش بشر به تولید برق از طریق این انرژی شده است. باید توجه داشت که میزان تابش در اطراف واکنشگاه‌های هسته‌ای به اندازه‌ای بالاست که امکان زیست برای موجودات زنده در پیرامون واکنشگاه‌ها وجود ندارد. به همین دلیل برای هریک از رآکتورهای هسته‌ای پوششهای بسیار ضخیمی از بتن همراه با فلزات سنگین برای جلوگیری از نشت امواج الکترومغناطیس به بیرون ساخته می‌شود. بدون این پوششها تا کیلومترها پیرامون واکنشگاه، سکونت‌پذیر برای موجودات زنده نخواهد بود. مشکلاتی که نشت مواد پرتوزا از واکنشگاه نیروگاه اتمی چرنوبیل در دهه ۸۰ میلادی بوجود آورد خود گواهی بر این مدعاست.

کاربرد تابش‌های پرتوزا
بسیاری از محصولات تولیدی واکنش شکافت هسته‌ای شدیدا ناپایدارند و در نتیجه، قلب راکتور محتوی مقادیر زیادی نوترون پر انرژی، پرتوهای گاما، ذرات بتا وهمچنین ذرات دیگر است. هر جسمی که در راکتور گذاشته شود، تحت بمباران این همه تابشهای متنوع قرار می‌گیرد. یکی از موارد استعمال تابش راکتور تولید پلوتaaونیوم ۲۳۹ است .این ایزوتوپ که نیمه عمری در حدود ۲۴۰۰۰ سال دارد به مقدار کمی در زمین یافت می‌شود. پلوتونیوم ۲۳۹ از لحاظ قابلیت شکافت خاصیتی مشابه اورانیوم دارد. برای تولید پلوتونیوم ۲۳۹، ابتدا اورانیوم ۲۳۸ را در قلب راکتور قرار می‌‌دهند که در نتیجه واکنش‌هایی که صورت می‌‌گیرد اورانیوم ۲۳۹ بوجود می‌‌آید. اورانیوم ۲۳۹ ایزوتوپی ناپایدار است که با نیمه عمری در حدود ۲۴ دقیقه، از طریق گسیل ذره بتا، به نپتونیوم ۲۳۹ تبدیل می‌شود. نپتونیوم ۲۳۹ نیز با نیمه عمر ۲/۴ روز و گسیل ذره بتا واپاشیده و به محصول نهایی یعنی پلوتونیوم ۲۳۹ تبدیل می‌شود. در این حالت پلوتونیوم ۲۳۹ همچنان با مقادیری اورانیوم ۲۳۸ آمیخته است اما این آمیزه چون از دو عنصر مختلف تشکیل شده است، بروش شیمیایی قابل جدا سازی است. امروزه با استفاده از تابش راکتور صدها ایزوتوپ مفید می‌توان تولید کرد که بسیاری از این ایزوتوپ‌های مصنوعی را در پزشکی بکار میبریم. آثار زیانبار انفجارهای اتمی و تشعشعات ناشی از آن باعث آلودگی آبهای زیرزمینی، زمین‌های کشاورزی و حتی محصولات کشاورزی می‌شود ولی با همه این مضرات اورانیوم عنصری است ارزشمند، زیرا در کنار همه سواستفاده‌ها می‌‌توان از آن به نحوی احسن و مطابق با معیارهای بشر دوستانه استفاده نمود. فراموش نکنید از اورانیوم و پلوتونیوم می‌‌توان استفاده‌های صلح آمیز نیز داشت چرا که از انرژی یک کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ می‌‌توان چهل هزار کیلو وات ساعت الکتریسیته تولید کرد که معادل مصرف ده تن ذغال سنگ یا ۵۰۰۰۰ گالن نفت است.

[Mohammad Hosseyn]

تاريخچه بمب اتم

قبه دود يك بمب اتمي

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 در شكل فوق مي بينيد 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.

منبع : khayam.persianblog.com

منابع 2:
سايتهاي
monkeytime
nuclearfiels
ssciencemaster
كتاب فيزيك پيشدانشگاهي سكسل
مقاله روت لوين سيم در اينتر نت

[Mohammad Hosseyn]

از بمب اتم بيشتر بدانيم
هانري بكرل نخستين كسي بود كه متوجه پرتودهي عجيب سنگ معدن اورانيم گرديد پس از ان در سال 1909 ميلادي ارنست رادرفورد هسته اتم را كشف كرد. وي همچنين نشان دادكه پرتوهاي راديواكتيو در ميدان مغناطيسي به سه دسته تقيسيم مي شود( پرتوهاي الفا و بتا وگاما) بعدها دانشمندان دريافتند كه منشاء اين پرتوها درون هسته اتم اورانيم مي باشددر سال 1938 با انجام ازمايشاتي توسط دو دانشمند الماني بنامهاي اتوهان 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 يافتند كه جرم اتمي كوچكتري نسبت به اورانيم داشت و در اينجا بود كه نا قوس شوم اختراع بمب اتمي به صدا در امد. زيرا هر فروپاشي هسته اورانيم 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 از انان 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 جمهور وقت امريكا بنويسد در 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 هيروشيما درساعت 8:15 صبح در تاريخ 6 اگوست 1945 بوسيله بمب اورانيمي بمباران گردييد و ناكازاكي در 9 اگوست سال 1945 بمباران شدند كه طي ان صدها هزار نفر فورا جان باختند.

بمبهاي هسته اي چگونه ساخته ميشوند؟

بمبهاي هسته اي به دو شكل ساخته مي شوند. بمبهاي شكافتي (اتمي) و بمبهاي همجوشي (هيدروژني). در حاليكه جزئيات اين بمبها محرمانه است ولي نكات اساسي آنها قابل دسترس است. سوخت در يك بمب شكافتي مشتمل بر اورانيوم 235 و پلوتونيم 239 ي تقريبا خالص است كه هر دو هسته هاي شكافت پذيري دارند. يك تكه ي كوچك از چنين ماده اي نمي تواند منفجر شود زيرا تعداد بسيار زيادي از نوترونها فرار مي كنند. ولي در يك جرم به قدر كافي بزرگ (بحراني) واكنش زنجيره اي صورت مي گيرد. يك نوترون اوليه ي اتفاقي باعث شروع شكافت خواهد شد... يك بمب نوعي تقريبا 10 به توان 24 نوترون در كمتر از ده به توان 7- ثانيه آزاد مي كند كه باعث گرماي بسيار شديد مي شود. همجوشي فرق دارد. همجوشي وقتي رخ مي دهد كه دو هسته ي سبك را آنقدر به هم نزديك كنيم كه در حوزه ي عمل جاذبه ي متقابل نيروي هسته اي قوي قرار گيرند. از آن به بعد به شدت هم را جذب مي كنند و اتمي سنگين تر توليد مي كنند و مقداري انرژي آزاد مي كنند. همجوشي را مي توان در محيط پلاسمايي بوجود آورد و اخيرا با ليزر هم اين كار را مي كنند. در اين همجوشي قرصهاي كوچكي از دوتريم و ترتيم (عناصري سبك كه همخانواده ي هيدروژنند) را بوسيله فوجهاي ليزري پرقدرت گرم مي كنند. اگر توان ليزرها كم باشد انفجارهاي كوچكي در اين قرصهاي كوچك رخ مي دهد. اما اگر قدرت بالا باشد و در زمان كوتاه اثر كنند همجوشي رخ مي دهد. توان اين نوع ليزرها بيش از توان نيروي برق آمريكاست. پس تهيه اش بسيار سخت است .

اختراع بمب اتم

در طول جنگ جهانى دوم شاهد نوآورى تسليحاتى از جانب دولتهاى درگير در جنگ مى‏باشيم، سه دولت عمده‏اى كه داراى مراكز تحقيقات استراتژيك و لابراتورهاى معظم تحقيقاتى بودند، عبارتند بودند از ژاپن، آلمان، آمريكا. ژاپن به دنبال توسعه سلاح‏هاى شيميايى بود كه در اين زمينه موفقيت چنداني به دست نمى‏آورد.آلمان‏ها داراى مركز تحقيقاتى «پينامون» بودند كه موفق به اختراع سلاحى نو در تابستان 1940 مى‏شوند، اين سلاح موشك بود كه در طول جنگ آلمان‏ها عليه انگلستان از خاك فرانسه ي اشغال شده به كار مى‏بردند. اولين موشكها در تابستان 1940 بود كه با پشت سر گذاشتن كانال مانش به خاك انگلستان اصابت مى‏كرد. تا مدت‏ها انلگيسيها اختراع چنين سلاحى را باور نمى‏كردند. مخترع موشك «فون براون» آلمانى بود و اولين موشك‏ها VI و VII نام داشتند. اما در رابطه با تحقيقات مربوط به شكافتن هسته اتم، على رغم تبليغات متفقين كه به بزرگ نمايى خطر اتمى آلمان مى‏پرداختند، نازى‏ها در اين خصوص موفقيتى به دست نياورده و پس از شكست آلمان مشخص مى‏شود كه آنها در مرحله ابتدايى ساخت بمب اتم قرار داشتند.

مركز سوم، آمريكا بود. آمريكا با استفاده از امتياز منحصر به فرد دور بودن از صحنه جنگ و مصونيت از بمباران و ويرانى، در سال 1943 پروژه مانهتن را در صحراى لوس آلاموس (Los Alamos) در ايالت نيومكزيكو، شكل مي دهد. رياست اين پروژه اتمى، با پروفسور «اوپن هايمر» بود و دانشمندان غير اروپايى مانند «فرمى» و ... در اين پروژه نقش داشتند. رياست اين پروژه با يك ژنرال سه ستاره، به نام «گروز» بود كه به طور مرتب، واشنگتن را از پيشرفت كار مطلع مى‏ساخت. يكي از ويژگي هاي پروژه مانهتن، هزينه بسيار بالاي آن بود (25 ميليارد دلار) كه در زمان جنگ هيچ دولتى چنين بودجه‏اى را نداشت. سرانجام در حالى كه در 8 مى 1945 آلمان تسليم مى‏شود و جنگ اروپا به پايان مى‏رسد، فاتحين كنفرانس پوتست دام را به منظور تعيين سرنوشت آلمان تشكيل مى‏دهند، پوتست دام يك منطقه ييلاقى در نزديك برلين بود كه با توجه به اينكه برلين آنقدر ويران شده بود، حتي ساختمان درخوري در اين شهر نبود كه در آن اجلاس برگزار شود. در بين كنفرانس، هرى ترومن، رئيس جمهور آمريكا، تلگراف رمزى، تحت عنوان «نوزاد متولد شد»، دال بر به ثمر رسيدن پروژه مانهتن دريافت مى‏كند. اين پروژه موفق به ساخت اولين بمبى مى‏شود كه در 16 ژوئيه 1945 مورد تست قرار مى‏گيرد. اوپن هايمر و ديگران، در بونكرى تجمع كرده بودند و آزمايش را مورد بررسى قرار مى‏دهند كه ظاهرا همانجا اوپن هايمر پشيمان مى‏شود. در اواخر جولاى، رئيس جمهور آمريكا، دستور به كار بردن اين سلاح جديد را عليه ژاپن براى تاريخ بعد از 2 اوت صادر مى‏كند؛ 5 شهر ژاپن به ترتيب اولويت براى واشنگتن در ليست قرار مى‏گيرند: توكيو، كيوتو، هيروشيما، ناگويا، ناكازاكى.


منبع :وبلاگهاي كلاس فيزيك - فيزيك گاليله - فراز هايي ازفيزيك و ملاصدرا

[Mohammad Hosseyn]

ساختار نيروگاه هاي اتمي جهان

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 92 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 92، 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 20 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 1 جدول و اتم هليم در خانه شماره 2، اتم سديم در خانه شماره 11 و... و اتم اورانيوم در خانه شماره 92 قرار دارد. يعني داراي 92 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 235 و اورانيوم 238 كه در هر دو 92 پروتون وجود دارد ولي اولي 143 و دومي 146 نوترون دارد. اختلاف اين دو فقط وجود 3 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 235 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 200 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 15 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 28 مارس 1979 و فاجعه چرنوبيل (Tchernobyl) در روسيه در 26 آوريل 1986، 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:

1- 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 235 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 100 اتم شكسته شده 247 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 200 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 10 تن اورانيوم طبيعي است قدرتي معادل با 100 مگاوات خواهد داشت و به طور متوسط 105 گرم اورانيوم 235 در روز در اين نيروگاه شكسته مي شود و همان طور كه قبلاً گفته شد در اثر جذب نوترون به وسيله ايزوتوپ اورانيوم 238 اورانيوم 239 به وجود مي آمد كه بعد از دو بار انتشار پرتوهاي بتا (يا الكترون) به پلوتونيم 239 تبديل مي شود كه خود مانند اورانيوم 235 شكست پذير است. در اين عمل 70 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.

2- 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.

3- 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.

4- 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.

غني سازي اورانيم

سنگ معدن اورانيوم موجود در طبيعت از دو ايزوتوپ 235 به مقدار 7/0 درصد و اورانيوم 238 به مقدار 3/99 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 1864 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 5/2 انگشترم (000000025/0 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 140 كيلوگرم اورانيوم طبيعي به دست مي آيد كه فقط يك كيلوگرم اورانيوم 235 خالص در آن وجود دارد. براي تهيه و تغليظ اورانيوم تا حد 5 درصد حداقل 2000 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 01/0 درصد تغيير پيدا كند. در نهايت موقعي كه نسبت اورانيوم 235 به اورانيوم 238 به 5 درصد رسيد بايد براي تخليص كامل از سانتريفوژهاي بسيار قوي استفاده نمود. براي ساختن نيروگاه اتمي، اورانيوم طبيعي و يا اورانيوم غني شده بين 1 تا 5 درصد كافي است. ولي براي تهيه بمب اتمي حداقل 5 تا 6 كيلوگرم اورانيوم 235 صددرصد خالص نياز است.

عملا در صنايع نظامي از اين روش استفاده نمي شود و بمب هاي اتمي را از پلوتونيوم 239 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 238 شكست پذير نيستند ولي جاذب نوترون كم انرژي (نوترون حرارتي هستند. تعدادي از نوترون هاي حاصل از شكست اورانيوم 235 را جذب مي كنند و تبديل به اورانيوم 239 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 239 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 93 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 94 پروتون دارد را پلوتونيم مي نامند. اين تجربه طي چندين روز انجام مي گيرد.


منبع :روزنامه شرق & mollasadra

[Mohammad Hosseyn]

چرخه سوخت هسته اى و اجزاى تشكيل دهنده آن

انرژى هسته اى با توجه به ويژگى هاى حيرت انگيزش در آزادسازى حجم بالايى از انرژى در قبال از ميان رفتن مقادير ناچيزى از جرم، به عنوان جايگزين سوخت هاى پيرفسيلى كه ناجوانمردانه در حال بلعيده شدن هستند، مطرح شده است. ايران نيز با وجود منابع گسترده نفت و گاز به دليل كاربردهاى بهترى كه سوخت هاى فسيلى نسبت به سوزانده شدن در كوره ها و براى توليد حرارت دارند، براى دستيابى به اين نوع از انرژى تلاش هايى را از سال هاى دور داشته است و در سال هاى پس از انقلاب همواره مورد اتهام واقع شده كه هدف اصلى اش نه فناورى صلح آميز كه رسيدن به فناورى تسليحات هسته اى است.

در اين گفتار پيش از آن كه وارد مباحث متداول ديپلماتيك شويم نگاهى خواهيم انداخت به چرخه سوخت هسته اى و اجزاى تشكيل دهنده آن، همچنين مرز ميان كاربرد صلح آميز و تسليحاتى را نشان خواهيم داد.چرخه سوخت هسته اى شامل مراحل استخراج، آسياب، تبديل، غنى سازى، ساخت سوخت باز توليد و راكتور هسته اى است و به يك معنا كشورى كه در چرخه بالا به حد كاملى از خودكفايى و توسعه رسيده باشد با فناورى توليد سلاح هاى هسته اى فاصله چندانى ندارد.

استخراج

در فناورى هسته اى، خواه صلح آميز باشد يا نظامى، ماده بنيادى موردنياز، اورانيوم است. اورانيوم از معادن زيرزمينى و همچنين حفارى هاى روباز قابل استحصال است. اين ماده به رغم آن كه در تمام جهان قابل دستيابى است اما سنگ معدن تغليظ شده آن به مقدار بسيار كمى قابل دستيابى است.

زمانى كه اتم هاى مشخصى از اورانيوم در يك واكنش زنجيره اى دنباله دار كه به دفعات متعدد تكرار شده، شكافته مى شود، مقادير متنابهى انرژى آزاد مى شود، به اين فرآيند شكافت هسته اى مى گويند. فرآيند شكاف در يك نيروگاه هسته اى به آهستگى و در يك سلاح هسته اى با سرعت بسيار روى مى دهد اما در هر دو حالت بايد به دقت كنترل شوند. مناسب ترين حالت اورانيوم براى شكافت هسته اى ايزوتوپ هاى خاصى از اورانيوم 235 (يا پلوتونيوم 239) است. ايزوتوپ ها، اتم هاى يكسان با تعداد نوترون هاى متفاوت هستند. به هرحال اورانيوم 235 به دليل تمايل باطنى به شكافت در واكنش هاى زنجيرى و توليد انرژى حرارتى به عنوان «ايزوتوپ شكافت» شناخته شده است. هنگامى كه اتم اورانيوم 235 شكافته مى شود دو يا سه نوترون آزاد مى كند اين نوترون ها با ساير اتم هاى اورانيوم 235 برخورد كرده و باعث شكاف آنها و توليد نوترون هاى جديد مى شود.براى روى دادن يك واكنش هسته اى به تعداد كافى از اتم هاى اورانيوم 235 براى امكان ادامه يافتن اين واكنش ها به صورت زنجيرى و البته خودكار نيازمنديم. اين جرم مورد نياز به عنوان «جرم بحرانى» شناخته مى شود.بايد توجه داشت كه هر 1000 اتم طبيعى اورانيوم شامل تنها حدود هفت اتم اورانيوم 235 بوده و 993 اتم ديگر از نوع اورانيوم 238 هستند كه اصولاً كاربردى در فرآيندهاى هسته اى ندارند.

تبديل اورانيوم

سنگ معدن اورانيوم استخراج شده در آسياب خرد و ريز شده و به پودر بسيار ريزى تبديل مى شود. پس از آن طى فرآيند شيميايى خاصى خالص سازى شده و به صورت يك حالت جامد به هم پيوسته كه از آن به عنوان «كيك زرد» (yellow cake) ياد مى شود، درمى آيد. كيك زرد شامل 70 درصد اورانيوم بوده و داراى خواص پرتوزايى (radioactive) است.

هدف پايه اى دانشمندان هسته اى از فرآيند غنى سازى افزايش ميزان اتم هاى اورانيوم 235 است كه براى اين هدف اورانيوم بايد اول به گاز تبديل شود. با گرم كردن اورانيوم تا دماى 64 درجه سانتيگرادى حالت جامد به گاز هگزا فلوئوريد اورانيوم (UFG) تبديل مى شود. هگزافلوئوريد اورانيوم خورنده و پرتوزا است و بايد با دقت جابه جا شود، لوله ها و پمپ ها در كارخانه هاى تبديل كننده به صورت ويژه اى از آلياژ آلومينيوم و نيكل ساخته مى شوند. گاز توليدى همچنين بايد از نفت و روغن هاى گريس به جهت جلوگيرى از واكنش هاى ناخواسته شيميايى دور نگه داشته شود.

غنى سازى

هدف غنى سازى مشخصاً افزايش ميزان اورانيوم 235 _ ايزوتوپ شكافت _ است. اورانيوم مورد نياز در مصارف صلح آميز نظير راكتورهاى هسته اى نيروگاه ها بايد شامل دو تا سه درصد اورانيوم 235 باشد اما اورانيوم مورد نياز در تسليحات اتمى بايد شامل بيش از نود درصد اورانيوم 235 باشد.شيوه متداول غنى سازى اورانيوم سانتريفوژ كردن گاز است. در اين روش هگزافلوئوريد اورانيوم در يك محفظه استوانه اى با سرعت بالا در شرايط گريز از مركز قرار مى گيرد. اين كار باعث جدا شدن ايزوتوپ هاى با جرم حجمى بالاتر از اورانيوم 235 مى شود (اورانيوم 238). اورانيوم 238 در طى فرآيند گريز از مركز به سمت پائين محفظه كشيده شده و خارج مى شود، اتم هاى سبك تر اورانيوم 235 از بخش ميانى محفظه جمع آورى و جدا مى شود. اورانيوم 235 تجميع شده پس از آن به محفظه هاى گريز از مركز بعدى هدايت مى شود. اين فرآيند بارها در ميان زنجيرى از دستگاه هاى گريز از مركز در كنار هم چيده شده تكرار مى شود تا خالص ترين ميزان اورانيوم بسته به كاربرد آن به دست آيد.از اورانيوم غنى شده در دو نوع سلاح هسته اى استفاده مى شود يا به صورت مستقيم در بمب هاى اورانيومى و يا طى چند مرحله در بمب هاى پلوتونيومى مورد استفاده قرار مى گيرد.

بمب اورانيومى

هدف نهايى طراحان بمب هاى هسته اى رسيدن به يك جرم «فوق بحرانى» است كه باعث ايجاد يك سرى واكنش هاى زنجيره اى به همراه توليد حجم بالايى از حرارت مى شود. در يكى از ساده ترين نوع طراحى اين بمب ها يك جرم زير بحرانى كوچك تر به جرم بزرگ ترى شليك مى شود و جرم ايجاد شده باعث ايجاد يك جرم فوق بحرانى و به تبع آن يك سرى واكنش هاى زنجيره اى و يك انفجار هسته اى مى شود.كل اين فرآيند در كمتر از يك دقيقه رخ مى دهد. براى ساخت سوخت براى يك بمب اورانيومى هگزافلوئوريد اورانيوم فوق غنى شده در ابتدا به اكسيد اورانيوم و سپس به شمش فلزى اورانيوم تبديل مى شود. ميزان انرژى آزاد شده ناشى از شكافت هسته اى را به كمك يك فناورى تقويتى افزايش مى دهند. اين فناورى شامل كنترل و به كارگيرى خواص همجوشى يا گداخت هسته اى است.در همجوشى هسته اى ما شاهد به هم پيوستن ايزوتوپ هايى از هيدروژن و پس از آن تشكيل يك اتم هليوم هستيم. به دنبال اين واكنش مقادير قابل توجهى گرما و فشار آزاد مى شود. از سوى ديگر همجوشى هسته اى سبب توليد نوترون هاى بيشتر و تغذيه واكنش شكافت شده و انفجار بزرگ ترى را ترتيب مى دهد.

برخى تجهيزات اين فناورى تقويتى به عنوان بمب هيدروژنى و سلاح هاى هسته اى _ حرارتى (Thermonuclear) شناخته مى شوند.

راكتورهاى هسته اى

راكتورها داراى كاربردهاى كاملاً دوگانه هستند. در مصارف صلح آميز با بهره گيرى از حرارت توليدى در شكافت هسته اى كار مى كنند. اين حرارت جهت گرم كردن آب، تبديل آن به بخار و استفاده از بخار براى حركت توربين ها بهره گرفته مى شود. همچنين اگر قصد ساخت بمب هاى پلوتونيومى در كار باشد نيز اورانيوم غنى شده را به راكتورهاى هسته اى منتقل مى كنند.در نوع خاصى از راكتورهاى هسته اى از اورانيوم غنى شده به شكل قرص هايى به اندازه يك سكه و ارتفاع يك اينچ بهره مى گيرند. اين قرص ها به صورت كپسول هاى ميله اى شكل صورت بندى شده و درون يك محفظه عايق، تحت فشار قرار داده مى شوند.

در بسيارى از نيروگاه هاى هسته اى اين ميله ها جهت خنك شدن درون آب غوطه ور هستند. روش هاى ديگر خنك كننده نيز نظير استفاده از دى اكسيدكربن يا فلز مايع هستند. براى كاركرد مناسب يك راكتور _ مثلاً توليد حرارت با كمك واكنش شكافت _ هسته اورانيومى بايد داراى جرم فوق بحرانى باشد، اين بدين معناست كه مقدار كافى و مناسبى از اورانيوم غنى شده جهت شكل گيرى يك واكنش زنجيرى خود به خود پيش رونده موردنياز است.براى تنظيم و كنترل فرآيند شكافت ميله هاى كنترل كننده از جنس موادى نظير گرافيت با قابليت جذب نوترون هاى درون راكتور وارد محفظه مى شوند. اين ميله ها با جذب نوترون ها باعث كاهش شدت فرآيند شكافت مى شوند.

در حال حاضر بيش از چهارصد نيروگاه هسته اى در جهان وجود دارند و 17 درصد الكتريسيته جهان را توليد مى كنند. راكتورها همچنين در كشتى ها و زيردريايى ها كاربرد دارند.

بازپردازش

بازپردازش يك عمليات شيميايى است كه سوخت كاركردى را از زباله هاى اتمى جدا مى كند.در اين عمليات ميله سوخت مصرف شده، غلاف بيرونى فلزى خود را در قبال حل شدن در اسيدنيتريك داغ از دست مى دهد.محصولات اين عمليات كه در راكتور مورد استفاده دوباره قرار مى گيرد، شامل 96 درصد اورانيوم، سه درصد زباله اتمى به شدت پرتوزا و يك درصد پلوتونيوم است.همه راكتورهاى هسته اى پلوتونيوم توليد مى كنند اما انواع نظامى آنها به صورت كاملاً بهينه ترى نسبت به ساير انواع راكتور اين كار را انجام مى دهند. يك واحد بازپردازش و يك راكتور جهت توليد مقدار كافى پلوتونيوم مى توانند به صورت نامحسوسى در يك ساختمان عادى جاسازى شوند.اين مسئله باعث مى شود استخراج پلوتونيوم با كمك بازپردازش به گزينه اى جذاب براى هر كشورى كه به دنبال برنامه هاى غيرقانونى سلاح هاى اتمى است، تبديل شود.

بمب پلوتونيوم

پلوتونيوم مزيت هاى متعددى نسبت به اورانيوم به عنوان جزيى از سلاح هاى اتمى دارد. تنها حدود چهار كيلوگرم پلوتونيوم براى ساخت يك بمب موردنياز است، همچنين براى توليد 12 كيلوگرم پلوتونيوم در هر سال تنها به يك واحد كوچك بازپردازش نياز است. يك كلاهك هسته اى شامل يك كره پلوتونيوم، احاطه شده توسط پوسته اى از فلز، مثلاً بريليوم، است كه نوترون ها را به فرآيند شكاف بازمى گرداند. اين مسئله باعث مى شود مقدار كمترى پلوتونيوم براى رسيدن به جرم بحرانى و ايجاد يك واكنش شكافت زنجيره اى مورد نياز باشد. به هرحال يك گروه تروريستى براى دسترسى به پلوتونيوم از راكتورهاى هسته اى غيرنظامى داراى مشكلات كمترى نسبت به دسترسى به اورانيوم غنى شده جهت ايجاد يك انفجار هسته اى هستند.كارشناسان معتقدند كه بمب هاى عمل آورى شده پلوتونيوم مى تواند با تخصصى كمتر از آنچه كه توسط فرقه «آئوم» در حمله با گاز اعصاب به مترو توكيو(1995) به كار گرفته شد، طراحى و جمع آورى شود.

يك انفجار هسته اى از اين نوع مى تواند با نيروى معادل يكصد تنى TNT منفجر شود؛ بيست بار قوى تر از بزرگ ترين حمله تروريستى تاريخ!

منبع :[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[Mohammad Hosseyn]

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:

o يك منبع سوخت كه قابليت شكافت يا همجوشي را داشته باشد.

o دستگاهي كه همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.

o 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. 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.

منبع : روزنامه شرق

Mollasadra

[Mohammad Hosseyn]

سرن بزرگترين مركز تحقيقات فيزيك هسته اي جهان
منبع: پايگاه اينترنتي ارديبهشتگان
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])

مطمئناً همه شما با عبارت www يا همان دبليو دبليو دبليو معروف! آشنا هستيد.wwwمهمترين مشخصهhttp يا همان پروتكل جابجائي ابرلينكها(hyper text transfer protocol) در شبكه جهاني ارتباطات و فناوري جابجائي اطلاعات هست.فكر كنم براي شما جالب باشد كه بدانيد براي اولين بار اين مشخصه مهم در يك مركز تحقيقات فيزيك بكار برده شد. سرن (CERN)همان مركزي هست كه براي اولين بار براي ارتباط بين پژوهشگران و دانشمندان خود در سال1990ميلادي،www را ابداع كرد.همچنين بد نيست بدانيد كه آخرين نمونه پيشرفت همين مركز تحقيقاتي فيزيك هم در زمينه اينترنت و فناوري اطلاعات بوده كه ميتوان به شكسته شدن ركورد انتقال اطلاعات توسط اينترنت اشاره كرد كه آنهم در سرن به انجام رسيد!![ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

و اما سرن چيست؟ كجاست؟
سرن(CERN) بزرگترين مجموعه آزمايشگاهي دنيا در زمينه فيزيك ذرات بنيادي و فيزيك هسته اي است.اين مجموعه عظيم و منحصر بفرد در حاشيه شهر ژنو سوئيس در شهر ميرين و در مرز مشترك فرانسه و سوئيس واقع شده است.سرن در 29 سپتامبر سال 1954 ميلادي توسط سازمان اروپائي تحقيقات هسته اي شكل گرفته و در طي اين مدت نزديك53 سال توانسته نقش بسيار موثري در رشد و توسعه علم فيزيك داشته باشد.تحقيقات و آزمايشها و پژوهشهاي انجام شده در اين مركز و كسب جوايز متعدد توسط دانشمندان و پژوهشگران فعال اين مركز معتبر علمي دنيا(از جمله6 جايزه نوبل) خود نشان از اهميت سرن در عرصه تبادلات علمي دنيا دارد.



دولت سوئيس بعنوان پايه گذار اصلي سرن (به همراه 11 كشور اروپائي ديگر)در پنجاهمين سال تاسيس سرن و بعنوان هديه، مركزى به نام «جهان علم و نوآورى» را كه يك مركز شبكه اى جديد و نيز مكانى براى بازديد علاقه مندان است، به اين سازمان اهدا كرد.
در اين مركز تحقيقات فيزيك هسته اي و ذرات بنيادي كه مهمترين هدف آن "كشف رازهاى مبداء جهان"تعريف شده است هم اينك بيش از 3000 فيزيكدان و مهندس بعنوان كاركنان مقيم در زمينه هاي مختلف نظري و آزمايشگاهي مشغول بكار هستند.در سرن همچنين بيش از 6500 دانشمند از 500دانشگاه از 80كشور دنيا بصورت بازديدهاي كوتاه مدت به سرن مي آيند كه خود نشان از همكاري بزرگ و بي نظير علمي دانشمندان و پژوهشگران عرصه علمي جهان دارد. به گفته «چارلز كلايبر» وزير علوم و پژوهش هاى سوئيس، در50 سال گذشته سازمان اروپايى تحقيقات هسته اى كانون همايش و ملاقات دانشمندان مختلف جهان با ريشه هايى از تمامى ملت ها، فرهنگ ها، مذاهب و اقوام بوده است. كلايبر در مراسم جشن پنجاهمين سالگرد تاسيس «سرن» گفت: "در اين مركز مناقشات و دشمنى هاى سياسى به هيچ وجه راه ندارد و حكمفرمايى همين روحيه باعث شده است اين سازمان بتواند در چگونگى شكل گيرى تفكر انسان نسبت به طبيعت و آغاز جهان كمك هاى قابل ملاحظه اى داشته باشد".
به جز سوئيس 11كشور اروپائي ديگر كه در تاسيس پروژه سرن همكاري داشتند عبارت بودند از:
بلژيك،دانمارك،آلمان،فرانس ه،يونان،بريتانياي كبير،ايتاليا،يوگسلاوي،هلن د،نروژ و سوئد.
و البته بعدها نيزكشورهاي اطريش (۱۹۵۹)، اسپانيا (۱۹۶۱-۱۹۶۸ و بعد ۱۹۸۳)، پرتغال (۱۹۸۶)، فنلاند (۱۹۹۱)، لهستان (۱۹۹۱)، مجارستان (۱۹۹۲)، جمهوري چك (۱۹۹۳)، اسلوواكي (۱۹۹۳) و سرانجام بلغارستان (۱۹۹۹) به عضويت آن درآمدند.
اين كشورها اعضاي اصلي اداره كننده سرن هستند و از لحاظ اداري-مالي تامين كننده عمده هزينه هاي مالي سرن هستند.اين كشورها ساليانه حداقل مبلغي بالغ بر 5ميليون يورو پرداخت ميكنند كه صد البته بسياري از اين كشورها علاوه بر مبلغ حداقل فوق جهت هزينه هاي بسياري از پروژه هاي سرن بصورت مستقيم و غير مستقيم مبالغ ديگري در نظر ميگيرند مثل آلمان و ايتاليا تاكنون فقط براي يكي از پروژه هاي سرن به اسم (LHC) تاكنون بيش از300ميليون يورو هزينه كرده اند.
محض اطلاع:
بزرگترين برنامه كنوني سرن،علاوه بر تحقيقات گوناگون در زمينه فيزيك هسته اي و ذرات بنيادي،اجراي پروزه بزرگ LHC (Large Hadron Collider) يا همان" ابرتصادم گر هادرونى"است كه بعنوان بزرگترين پروژه تحقيقاتي جهان شناخته ميشود. ابرتصادم گر هادرون يك شتاب دهنده ذرات با انرژى و پيچيدگى بى نظير و بى سابقه است كه نتيجه آن همكارى و مشاركت جهانى براى آشكارسازى بخش جديد پنهانى از حقيقت است.
دسته دوم از كشورهاي مشاركت كننده در سرن،شش كشور آمريكا،روسيه،ژاپن،تركيه،ه ند و اسرائيل هستند كه بعنوان ناظر در سازمان تحقيقات هسته اي سرن حضور دارند.اين كشورها هم سهم و مشاركت فعالي در انجام پروژه هاي تحقيقاتي سرن و همچنين در تامين هزينه هاي مالي و تجهيزات سرن دارند.براي مثال تاكنون ايالات متحده رقمي بالغ بر يك ميليارد دلار براي پروژه LHC هزينه كرده است.
و اما دسته سوم از كشورهاي مشاركت كننده در سرن،كشورهاي غير عضو سازمان اروپائي تحقيقات هسته اي هستند كه در برنامه هاي مختلف تحقيقاتي سرن مشاركت دارند.اين دسته كه شامل 26كشور است عبارتند از:
الجزاير،آرژانتين،ارمنستان ،آذربايجان،بلاروس،برزيل،چ ين،كانادا،كرواسي،قبرس،است وني، گرجستان، ايسلند،
ايرلند،مكزيك،مراكش ،پاكستان، پرو، روماني، صربستان ،اسلوني،آفريقاي جنوبي،كره جنوبي،تايوان،اوكراين و ايران.
اين كشورها بسته به توانائي هاي علمي و تحقيقاتي خود مي توانند در پروژه هاي آزمايشگاهي و نظري سرن شركت مي كنند.در حقيقت،عمده ترين بهره اين كشورها از همكاري با سرن،تماس نزديك و خارج از محدوديت هاي متداول (سياسي) با تكنولوژي نوين و كسب مستقيم و بي واسطه دانش علمي و فني است.

بعد از عضويت رسمي ايران در سرن در سال2001 ميلادي و همكاري با سرن در زمينه پروژه بزرگ LHC و ساخت و تامين قطعاتي از اين پروژه هم اينك هفت پژوهشگر و سه دانشجو دوره دكترا در زمينه فيزيك ذرات بنيادي در سرن مشغول پژوهش و تحقيقات هستند و همچنين قرار است دو دانشجوي ديگردوره دكترا به اين جمع اضافه شود.لازم به ذكر است كه مشاركت انفرادي فيزيكدانان ايراني در سرن به قبل از سال2000 بر مي گردد.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
پيش از اين درباره شتابدهنده خوشه هاي پروتوني LHC با محيطي بالغ بر 27 كيلومتر به مختصر گفته شد كه بزرگترين پروژه تحقيقاتي جهان به شمار ميرود.هدف از پروژه LHC ساخت دو پر انرژي پروتوني با انرژي بيش از Tev 7 است كه با برخورد دادن اين دو پرتو و آشكارسازي ذرات حاصل از اين برهمكنش آنها ساختار دروني مواد و ذرات بنيادي سازنده آنها شناخته شود.پروژه LHC با بودجه اي بالغ بر شش ميليارد دلار از سال1995 شروع شده و راه اندازي آن و شروع آزمايشهاي مربوطه براي انتهاي سال 2007 پيش بيني شده است. بد نيست بدانيد كه هزينه ساختماني كه اين شتابدهنده در آن نصب مي شود بالغ بر 500 ميليون فرانك سوئيس است و پيش بيني مي شود كه هزينه نهائي آن بعد از انجام تمام مقدمات و آزمايشات در نهايت بالغ بر 10ميليارد يورو شود.جزئيات بيشتر از ساختار و نحوه كار LHC موضوعي نيست كه ما بدنبال آن باشيم بلكه ميخواهيم نقش و فعاليت ايران را در ساخت اين پروژه عظيم تحقيقاتي جهان مورد بررسي قرار دهيم.
(دوستان علاقمند به LHC در صورت تمايل ميتوانند با ارسال ايميل اطلاعات تكميلي را دريافت كنند)
قبل از هر چيزي لازم است بدانيد كه براي پروژه LHC،چهار آزمايش بزرگ با آشكارسازهاي بسيار زياد طراحي شده است كه در چهار محل تلاقي دو پرتو پروتوني قرارگرفته اند.اين آزمايشها عبارتند از:
LHCB-ALICE-CMS-ATLAS
هر كدام از اين آزمايش هاي چهارگانه شامل مجموعه عظيمي از آشكارسازهاست كه كار ساخت آنها توسط مراكز تحقيقاتي مختلف و دانشگاهها و شركت هاي بزرگ صنعتي در سراسر جهان در حال اجراست.
آزمايش CMS (Compact Muon Solenoid) يكي از چهار آزمايش بزرگ پروژه LHC است.همكاري ايران در اين آزمايش در اولين قدم با ساخت قسمتي مكانيكي از آزمايش CMS با عنوان"ميز نگهدارنده اين آشكار ساز HF و محفظه استوانه اي پوشاننده آن"و با نظارت مهندسان سرن و با انتقال دانش فني مربوطه به شركت هپكو اراك بعنوان مجري اين آزمايش به انجام رسيد. اين ميز بايد بتواند قطعاتي به وزن حدود 200 تا 300 تن را تحمل كند كه اجزاي آن با فاصله ميليمتري از يكديگر باز و بسته مي شوند. اين ميز در حقيقت يك دستگاه مكانيكي با تولرانس بسيار بالا به شمار مي رود كه هزينه ساخت آن نيز برعهده ايران است.(مبلغي بالغ بر 600 ميليون تومان) دكتر محمد محمدي، متخصص فيزيك ذرات بنيادي و سرپرست گروه سازنده شتاب دهنده سرن در ژنو، كه از طرف دانشگاه فلوريدا اين مأموريت را عهده دار شده است در اين زمينه مي گويد:«براي ايران، موضوع اصلي فعاليت هاي پژوهشي از اين قبيل، دستيابي به منافع اقتصادي آني نيست، بلكه منفعت اصلي، دستاوردهاي علمي است كه از طريق مشاركت در يك پروژه علمي بين المللي، آن هم در بالاترين سطح پژوهش در حوزه فيزيك ذرات بنيادي نصيب كشورمان مي شود.»
همچنين براي آزمايش CMS چهار لايه مختلف از آشكارسازهاي RPC در دو قسمت انتهائي استوانه آن در نظر گرفته شده است كه بايد سه لايه آن براي سال2007 ميلادي و لايه چهارم براي آزمايش سال2010 آماده باشند.در ساخت PRC هايCMS چهار كشور ايتاليا،كره جنوبي،چين و پاكستان همكاري ميكنند.در مورد ساخت لايه چهارم PRC هايCMS هم اكنون كشورهاي هند،ايران،كره و پاكستان مشغول بررسي براي قبول مسئوليت هستند و در نهايت با همكاري كشور ايتاليا انجام خواهد شد.در صورت موفقيت ايران در كسب مسئوليت ساخت RPCهاي لايه چهارمCMS در داخل كشور،اين پروژه اولين مشاركت آزمايشگاهي ايران در يك آزمايشگاه بزرگ بين المللي خواهد بود.
در انتها لازم به يادآوري است كه بدنبال مشاركت موفقيت آميز ابتدائي ايران در CMS پروژه تور(grid) را نيز به موارد همكاري ايران و سرن نيز ميتوان اضافه كرد.در باب معرفي مختصري از پروژه تور(grid) بايد گفت كه همانطور كه وب براي به اشتراك گذاردن اطلاعات در اينترنت است،تور يك سرويس نرم افزاري براي به اشتراك گذاردن توان محاسباتي و فضاي ذخيره داده ها بين كامپيوترهاي متصل به اينترنت است و هدف نهائي از آن ايجاد يك شبكه وسيع جهاني محاسباتي و اطلاعاتي است.
توجه:
(دوستان علاقمند به كسب اطلاعات بيشتر در زمينه تور(grid) ميتوانند با ارسال ايميل اطلاعات تكميلي را دريافت نمايند)

در اين نوشتار سعي شد تا حد امكان از روي آوردن به مباحث تخصصي فيزيك ذرات بنيادي و همچنين فيزيك هسته اي و مبحث شتابدهنده ها و معرفي آنها پرهيز شود و هدف اصلي نويسنده معرفي خوانندگان و كاربران عزيز با سرن بعنوان بزرگترين مجموعه تحقيقاتي و آزمايشگاهي جهان در زمينه فيزيك ذرات بنيادي و همچنين پروژه هاي آن و نقش و همكاري ايران در انجام اين مهم بود.اميدوارم كه اين مقاله مورد مفيد واقع شده باشد.
در تهيه اين نوشتار از منابع مطالعاتي و پايگاههاي اطلاع رساني ويكي پديا،روزنامه شرق،سايت رسمي مركز تحقيقاتي سرن،پايگاه اينترنتي و خبرنامه داخلي مركز تحقيقات فيزيك نظري ايران(IPM) استفاده شده است.

پي نوشت:
طبق شنيده ها و شواهد موجود؛با توجه به رخدادها و فرايندهاي سياسي كه در طول اين چند ماه اخير و بعد از تصويب قطعنامه ضد ايراني چند ماه پيش شوراي امنيت مبني بر ]فعلاً!![تحريم علمي و تكنولوژيكي ايران در زمينه مباحث هسته اي و موشكي؛فرايند همكاري ايران و سرن در هاله اي از ابهام قرار گرفته است.متاسفانه به دليل شرايط خاص سياسي و اجماع جامعه جهاني بر عليه سياستها و ديپلماسي اخير ايران ،جامعه علمي كشور بخصوص دانشمندان و پژوهشگران فيزيك(هسته اي و ذرات بنيادي) و همچنين دانشمندان عرصه هوافضا بنا به شواهد بيشترين ضربه را متحمل شده اند.

[FARID KHAN]

نقش انرژي هسته‌اي در منابع متنوع انرژي آينده
تهران ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])،خبرگزاري جمهوري اسلامي ‪۸۶/۰۱/۲۰‬ [/URL]
[URL="[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]"]علمي (javascript:history.back();). انرژي ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]). هسته‌اي ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]).
گزارش از: مريم مولوي
چشم انداز انرژي در چند دهه آينده چالش‌هاي مهمي پيش رو دارد و مساله انرژي به يكي از مهمترين نگرانيهاي بشر در قرن جديد تبديل شده است.
مصرف انرژي در جهان بطور فزاينده‌اي روبه افزايش است. بيشتر شدن جمعيت جهان و روند رشد اقتصادي كشورها، نيازهاي انرژي را افزايش داده است.
درحال حاضر ايجاد تنوع در منابع تامين انرژي به منظور دستيابي به توسعه پايدار مورد توجه همگان قرار گرفته است.
نفت و زغال سنگ مهم‌ترين منابع تامين‌كننده انرژي جهان در جهان محسوب مي‌شوند. اما اين منابع فسيلي كه از آنها به عنوان منابع تجديد ناپذير ياد مي‌شود، ديگر به آساني گذشته قابل بهره‌برداري نيست.
ميانگين افزايش مصرف انرژي پنج تا ده درصد برآورد شده است. اين در حالي است كه با سرعت مصرف امروزي، ذخاير نفت و گاز تا ‪ ۷۰‬سال ديگر به پايان مي‌رسد.
وضعيت منابع زغال سنگ نيز شبيه نفت و گاز است، هر چند برخي برآوردها نشان مي‌دهد ذخاير آن تا پايان قرن دوام خواهد آورد، اما گراني و نيز آلودگي ناشي از مصرف اين سوخت در تامين انرژي نگراني‌هايي را مطرح كرده است.
ساير منابع انرژي مانند خورشيد، آب و باد كه از آنها به عنوان انرژي پاك ياد مي‌شود، علاوه بر آنكه نيازمند شرايط محيطي خاصي است، گران تمام مي‌شود و به سرمايه‌گذاري سنگيني نياز دارد.
انرژي باد اگر چه رايگان است، اما نمي‌توان به پايداري آن اطمينان داشت. انرژي خورشيد نيز به سرمايه‌گذاري هنگفتي نياز دارد و در زمان حاضر استفاده گسترده از آن چندان مقرون به صرفه نيست.
برق خورشيدي كه هزينه توليد آن هشت برابر انرژي حاصل از سوختهاي فسيلي است، كمتر از يك درصد انرژي مصرفي جهان را تامين مي‌كند.
بازدهي منابع انرژي تجديدپذير در كاهش هزينه‌ها و توانايي رقابت با سوختهاي فسيلي اهميت زيادي دارد.
درحال حاضر در جهان ‪ ۴۳۸‬نيروگاه اتمي فعال وجود دارد كه ‪ ۱۷‬درصد برق دنيا را تامين مي‌كنند. در كشورهاي سازمان توسعه و همكاري اقتصادي (‪(OECD‬ اين نسبت به ‪ ۲۳‬درصد مي‌رسد.
انرژي حاصل از يك اتم هسته اورانيوم با انرژي ده ميليون اتم كربن سوختهاي فسيلي برابري مي‌كند. ميزان مصرف سوخت در هرسال براي يك نيروگاه هزار مگاواتي هسته‌اي، بيست تن و براي يك نيروگاه زغالي دوميليون تن و براي يك نيروگاه نفتي، ‪ ۲۵۰‬ميليون ليتر نفت است.
اكسيژن مورد نياز براي توليد هزار مگاوات برق، در يك نيروگاه زغالي، سه ميليون و ‪ ۸۰۰‬هزار تن ولي براي نيروگاه هسته‌اي صفر است.
به ازاي توليد اين ميزان برق، در يك نيروگاه زغالي پنج ميليون و ‪۳۰۰‬ هزارتن دي اكسيد كربن توليد مي‌شود، در حالي كه اين رقم در مورد يك نيروگاه هسته‌اي صفر است.
"لويس اشاواري" مديركل سازمان انرژي هسته‌اي ‪ NEA(‬بازوي تحقيقات هسته‌اي سازمان توسعه و همكاري اقتصادي) مي‌گويد شمار بسياري از
سياستگذاران مسئله امنيت انرژي و نيز حفاظت از محيط زيست را براي ملتهاي خود مطرح مي‌كنند.
منبع اصلي مورد نياز براي انرژي هسته‌اي اورانيم است كه بيش از نيمي از آن در كشورهاي صنعتي سازمان توسعه و همكاري اقتصادي ‪ OECD‬توليد مي‌شود.
اشاواري با توجه به دو مسئله امنيت انرژي و گرم شدن زمين، روي آوردن سياست‌گذاران به انرژي هسته‌اي به خاطر مصلحت آيندگان را كاملا منطقي مي‌داند.
چين طي ‪ ۲۰‬تا ‪ ۲۵‬سال ديگر ‪ ۳۰‬نيروگاه جديد خواهد ساخت. قرار است ‪ ۱۵‬تا ‪ ۲۰‬نيروگاه هسته‌اي نيز در آمريكا ساخته شود. ساخت ‪ ۶‬تا ‪ ۱۰‬راكتور در انگليس تحت بررسي است. فنلاند و فرانسه هم ساخت نيروگاهاي جديد را آغاز كرده‌اند و برخي كشورها مانند آلمان نيز به فكر تجديدنظر در سياست پايان استفاده از انرژي هسته‌اي افتاده‌اند.
ژاپن و كره جنوبي هيچگاه برنامه‌هاي هسته‌اي خود را متوقف نكرده‌اند.
در مورد روسيه و هند هم كه تجربه هسته‌اي دارند، اين انتظار كه بخواهند ظرفيت خود را براي تامين برق مورد نياز براي رشد اقتصادي افزايش دهند كاملا واقع‌بينانه است.
با وجود اجراي طرحهاي جديد، سهم انرژي هسته‌اي به نسبت توليد كل برق جهان در ‪ ۲۰‬سال آينده ثابت مي‌ماند كه علت آن افزايش تقاضا است.
با توجه به ادامه روند رشد اقتصادي كشورها پيش بيني مي‌شود تقاضا براي انرژي تا سال ‪ ۲۰۵۰‬نسبت به سال ‪ ۲۰۰۰‬دو برابر شود.
در هيچ منطقه‌اي از جهان مانند شرق آسيا روند افزايش توليد انرژي هسته‌اي براي تامين تقاضاي فزاينده به انرژي مشهود نيست.
به گفته مديركل انجمن جهاني انرژي هسته‌اي، براي توقف فاجعه زيست محيطي ناشي از انتشار گازهاي گلخانه‌اي و افزايش دماي زمين كه مي‌تواند سبب مرگ ميلياردها نفر شود، تعداد نيروگاه‌هاي هسته‌اي جهان بايد ‪ ۲۰‬برابر شود.
در كشورهاي توسعه يافته اكنون حدود ‪ ۱/۴‬ميليارد نفر يا به عبارتي ‪ ۲۰‬درصد جمعيت جهان، تقريبا ‪ ۸۰‬درصد از منابع انرژي جهان را مصرف مي‌كنند كه اين انرژي بيشتر از سوزاندن نفت و زغال سنگ توليد مي‌شود كه با توليد گازهاي گلخانه‌اي همراه است.
انرژي هسته‌اي از ميان منابع گوناگون انرژي تجديدناپذير كه آلايندگي را به همراه دارند و منابع انرژي تجديدپذير كه هنوز سهم چنداني در توليد انرژي نيافته‌اند ارزانترين، سالمترين و بهترين منبع انرژي محسوب مي‌شود.
گرم شدن هواي زمين و افزايش بهاي سوخت‌هاي فسيلي باعث شده است انرژي هسته‌اي در برنامه توسعه بسياري از كشورها گنجانده شود.
نقش تاريخي انرژي در توسعه بشر
حدود نيم ميليون سال پيش انسان طرز ساختن آتش را فراگرفت. او توانست با جمع‌آوري و سوزاندن چوب خود را گرم كند، غذا بپزد و ابزارهاي ساده و ابتدايي بسازد. هزاران سال بعد مصريها اصول دريانوردي را كشف كردند و بعدها چرخ آبي ابداع شد. در تمامي اين فعاليتها از اشكال گوناگون انرژي به شكل زيستي، خورشيدي و هيدروليك استفاده شده است.
انرژي كه به معناي توانايي انجام دادن كار است، براي تامين نيازهاي اوليه انساني، افزايش طول عمر و بالا بردن سطح زندگي ضروري است.
انسان در طول هزاران سال از زندگي ابتدايي كه به انرژي حاصل غذايي كه جمع‌آوري مي‌كرد وابسته بود و به مرور به انسان شكارچي تبديل شد كه غذاي بيشتري دراختيار داشت و از آتش براي گرم كردن و پختن غذاي استفاده مي‌كرد و سپس در اين جريان تحول، به كشاورز ساده‌اي بدل گرديد كه از حيوانات اهلي به عنوان منبع انرژي براي كار استفاده مي‌كرد.
اولين گامها در استفاده از انرژي مكانيكي با مهار نيروي آب و باد برداشته شد. بعدها انقلاب صنعتي با كمك نيروي بخار و زغال سنگ بنيان‌هاي جامعه فناوري امروزي را بنا نهاد و پيشرفتهاي مهمي مانند ساخت موتور احتراق دروني و توليد انبوه برق بدست آمد.
مصرف انرژي اكنون در مقايسه با دوران قبل از انقلاب صنعتي كه در اواخر قرن هجدهم در اروپا اتفاق افتاد، صد برابر شده است.
امروزه در كشورهاي صنعتي مصرف سرانه انرژي ‪ ۱۵۰‬تا ‪ ۳۵۰‬گيگاژول است كه بخش فزاينده‌اي از آن به صورت الكتريسيته مصرف مي‌شود. (يك گيگاژول ‪۱۰‬ به توان ‪ ۹‬ژول است.)
جمعيت
.......
تنها يك چهارم جمعيت جهان كه ساكن كشورهاي صنعتي هستند، سه چهارم انرژي مصرفي در سراسر جهان را مصرف مي‌كنند.
پيش بيني شده است رشد جمعيت تا آينده نزديك همچنان با سرعت ادامه خواهد داشت و جمعيت جهان از ‪ ۶‬ميليارد نفر در حال حاضر تا ‪ ۲۵‬سال آينده به ‪ ۸‬ميليارد نفر و احتمالا تا اواخر قرن حاضر به ‪ ۱۰‬ميليارد نفر افزايش خواهد يافت. بيشترين ميزان رشد جمعيت متعلق به كشورهاي در حال توسعه خواهد بود كه همين حالا هم بيش از سه چهارم جمعيت جهان را در خود جاي داده‌اند.
حتي اگر كشورهاي پيشرفته سياستهاي انرژي كارآمدتري براي جلوگيري از افزايش مصرف انرژي اتخاذ كنند، افزايش جمعيت جهان تاثير چشمگيري بر تقاضا براي انرژي خواهد گذاشت و تا سال ‪ ۲۰۵۰‬ميلادي تقاضا براي انرژي به دو برابر خواهد رسيد.
انرژي را مي‌توان در دو مقوله اوليه و ثانويه مورد توجه قرار داد.
انرژي اوليه انرژي به شكل منابع طبيعي مانند چوب، زغال سنگ، نفت، گاز طبيعي، اورانيم، باد، انرژي آب، و خورشيد است.
انرژي ثانويه اشكال قابل استفاده‌تر انرژي مانند الكتريسيته و بنزين است كه انرژي اوليه به آن تبديل مي‌شود.
انرژي اوليه به دو صورت انرژي تجديدپذير و يا انرژي تجديدناپذير است.
منابع انرژي تجديدپذير شامل خورشيد، باد، و انرژي امواج ، توده زيستي (مانند چوب، و محصولاتي مانند شكر) انرژي حرارت مركزي زمين و انرژي آب است.
منابع انرژي تجديدناپذير شامل سوختهاي فسيلي (زغال سنگ، نفت، گاز طبيعي) كه به همراه اورانيم بيش از ‪ ۸۰‬درصد نيازهاي انرژي امروزه ما را تامين مي‌كنند.
دسترسي به انرژي
.................
درحال حاضر كمبود انرژي اوليه وجود ندارد. خورشيد هر روز پرتوهاي انرژي بخش خود را به زمين مي‌فرستد. اين انرژي به اشكال گوناگوني در بادها، امواج، درختان و گياهان كه اشعه خورشيد را به توده زيستي گياهي تبديل مي‌كند ديده مي‌شود. علاوه بر آن مقادير عظيمي انرژي در مواد پوسته زمين يعني سوختهاي فسيلي وجود دارد كه انرژي خورشيد را در خود ذخيره مي‌كنند. اورانيم يك منبع انرژي است كه ميلياردها سال پيش و قبل از تشكيل منظومه شمسي در زمين محبوس بوده است.
چالش امروز جهان رهايي از وابستگي شديد به سوختهاي فسيلي و استفاده بيشتر از منابع انرژي غيركربني است. نگراني در خصوص پيامدهاي گرم شدن كره زمين يك دليل مهم اين چالش است.
سوخت‌هاي فسيلي
................
زغال سنگ اولين سوخت فسيلي بود كه كاربرد گسترده‌اي در صنعت يافت و استانداردهاي زندگي مردم را بهبود بخشيد. نفت يك منبع انرژي مناسب است.
نفت بخاطر دسترسي آسان و قيمت پايين نقش مهمي در رشد اقتصادي بسياري از كشورها در قرن گذشته داشته است. نفت در صنعت حمل و نقل نقش حياتي دارد.
گاز طبيعي نيز كاربرد وسيعي در كنار زغال سنگ و نفت به عنوان يك سوخت چندكاربردي پيدا كرده است.
چنانچه منابع انرژي مناسب براي توليد برق را مد نظر قرار دهيم مشاهده مي‌كنيم ‪ ۴۰‬درصد انرژي مصرفي اوليه صرف توليد برق مي‌شود و با رشد ‪۲/۷‬ درصدي در سال تقاضا براي برق در سراسر جهان دو برابر تقاضاي انرژي خواهد بود.
قابليتها و محدوديتهاي هر يك از منابع انرژي الكتريكي
.................................................. .
هيدروالكتريك: كارخانجات توليد هيدروالكتريك بدون آلوده كردن هوا برق توليد مي‌كنند. مهار انرژي آب غالبا با ساخت سدهاي بزرگ بر روي درياچه‌ها انجام مي‌شود. هيدروالكتريسيته امروزه ‪ ۱۸‬درصد برق مصرفي جهان را تامين مي‌كند. در بسياري از كشورها بيشتر مكانهاي مناسب احداث سد مورد استفاده قرار گرفته و امكان توسعه اين منبع انرژي چندان فراهم نيست.
ساير منابع انرژي تجديد پذير قابليت بيشتري براي افزايش مصرف دارند اما ويژگيهايي دارند كه مانع از آن مي‌شود نقش مهمي در تامين نيازهاي الكتريسته بازي كند.
انرژي خورشيدي داراي جاذبه منطقي قابل توجهي دارد. اما اين انرژي براي توليد برق قابليت محدودي دارد بسيار متناوب و بسيار پراكنده است. توليد انرژي خورشيدي در شب و درصورت پوشش ابر در آسمان مختل مي‌شود اين امر باعث مي‌شود بخش كوچكي از ظرفيت نيروگاه برق خورشيدي مورد استفاده قرار گيرد. همچنين مشكل كاهش شدت پرتوها و ضرورت تبديل پرتوهاي ضعيف به برق كم بازده (كمتر از ‪ ۲۰‬درصد) وجود دارد. هرچند اين مسئله موضوع تحقيقات بسياري در دهه‌هاي گذشته بوده است.
امكان ذخيره انرژي حاصل از خورشيد در مقياس كوچك و با هزينه نسبتا بالا وجود دارد. در مقياس وسيع توليد انرژي خورشيدي بايد با پشتيباني ساير منابع الكتريسيته همراه باشد. هرچند نمي‌توان اين واقعيت را رد كرد كه آفتاب رايگان است، اما هزينه‌هاي انرژي و مواد براي تبديل ، نگهداري، و ذخيره بسيار بالا است. نقش اصلي انرژي خورشيدي در آينده در گرم كردن مستقيم خواهد بود.
باد نيز همانند خورشيد رايگان است و بطور فزاينده‌اي براي توليد الكتريسيته مهار مي‌شود. درحال حاضر ظرفيت انرژي باد در سراسر جهان حدود ‪ ۲۰‬هزار مگاوات است. اما براي تامين نيازهاي الكتريسيته در مورد باد نيز كه هميشه نمي‌وزد مسائل مشابه پشتيباني مانند انرژي خورشيدي مطرح است.
با اين حال هزينه‌ها كاهش يافته و در برخي نيروگاههاي جديد در آمريكا با هزينه‌ها در منابع متعارف برابري است.
انرژي درون زمين از گرماي طبيعي زير سطح زمين بدست مي‌آيد. در جاهايي كه امكان مهار بخار داغ زيرزميني و آوردن آن به سطح زمين وجود دارد امكان توليد برق نيز ميسر است. منابع انرژي درون زمين در برخي نقاط زمين قابل استفاده است و حدود ‪ ۸‬هزار مگاوات برق توليد مي‌شود.
چشم اندازهايي در ديگر نقاط وجود دارد كه مي‌توان آب را با تلمبه به قسمتهاي بسيار گرم پوسته زمين هدايت كرد و از آن براي توليد برق استفاده نمود.
توده زيستي : بيشتر محصولات كشاورزي و جنگلها از نظر فني قابليت تبديل به برخي اشكال انرژي را دارند، حتي اگر هدف اصلي توليد محصول، تامين غذا باشد. درحال حاضر برخي "مزارع انرژي" وجود دارد كه محصولات منحصرا براي توليد انرژي كشت مي‌شوند. اين مزارع با ساير محصولات بر سر آب، كود و خاك رقابت دارند. به همين خاطر بايد بين غذا و سوخت يكي انتخاب شود. توده زيستي منبع انرژي مفيد و روزافزون بخصوص براي جوامع روستايي در كشورهاي جهان سوم است و زائدات آلي و گياهان آبي براي توليد متان يا "بيوگاز" قابل استفاده است. با اين حال اين منبع انرژي نقش بسيار كوچكي در تامين نيازهاي انرژي دارد.
با ورود به قرن جديد تنها منابع انرژي دردسترس براي توليد اقتصادي برق انبوه احتمالا گاز، زغال سنگ و انرژي هسته‌اي خواهد بود.
استفاده از نفت براي توليد برق بسيار گران تمام مي‌شود. علاوه برآن نفت از مزيت مهم يك سوخت قابل حمل براي صنعت حمل و نقل برخوردار است.
نفت براي كاربردهاي خاص مانند حمل و نقل و در صنعت پتروشيمي استفاده مي‌شود.
گاز همانند نفت است ارزش آن بيشتر از آن است كه براي مصارفي مانند توليد انبوه برق به هدر رود. اما بعد از شوك قيمتهاي نفتي در دهه ‪ ۱۹۷۰‬به دنبال اكتشافات گسترده ذخاير عظيم گاز طبيعي در بسياري از نقاط جهان كشف شد و امروزه كاربرد گسترده‌اي در نيروگاههاي برق يافته است.
خاصيت اصلي گاز، قابليت لوله‌كشي بي‌خطر و كم هزينه آن براي مصارف صنعتي و خانگي و توليد گرما با بازده بسيار بالا است.
زغال سنگ منبع فراواني است كه توليد جهاني آن به ‪ ۳/۵‬ميليارد تن در سال مي‌رسد و بيشتر آن براي توليد برق مصرف مي‌شود. زغال سنگ ‪ ۳۸‬درصد برق جهان را تامين مي‌كند درحالي كه سهم اورانيوم ‪ ۱۶‬درصد است. در كشورهاي عضو سازمان توسعه و همكاري اقتصادي (‪ (OECD‬اين رقم به ترتيب ‪ ۳۸‬درصد و ‪۲۴‬ درصد است.
اورانيوم ماده‌اي است كه به وفور يافت مي‌شود و در صورت وجود تقاضا، با كمك فناوريهاي موجود مي‌توان توليد آن را ‪ ۶۰‬برابر كرد.
توليد جهاني معادن اورانيوم حدود ‪ ۳۵‬هزار تن در سال است اما بخش زيادي از بازار، از محل منابع ثانويه شامل مواد سلاحهاي هسته‌اي برچيده شده تامين مي‌شود. عملا تمامي اين توليدات براي توليد برق مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
تبديل انرژي : ارزش گرمايي سوخت‌هاي گوناگون
------------------------------------------------------------ هيزم ‪ ۱۶‬مگاژول در هر كيلوگرم
زغال سنگ قهوه‌اي ‪ ۹‬مگاژول در هر كيلوگرم
زغال سنگ سياه(نامرغوب) ‪ ۱۳‬تا ‪۲۰‬
زغال سنگ سياه ‪ ۲۴‬تا ‪۳۰‬
گاز طبيعي ‪ ۳۹‬مگاژول در هر مترمكعب
نفت خام ‪ ۴۵‬تا ‪ ۴۶‬مگاژول در هر كيلوگرم
اورانيوم(در راكتور آب سبك) ‪ ۵۰۰‬هزار مگاژول در هر كيلوگرم ------------------------------------------------------------- از نظر تئوري ذخاير جهاني زغال سنگ براي توليد برق مورد نياز بيش از صد سال كافي است. اما احتمال مي‌رود مقادير بيشتري از زغال سنگ‌هاي استخراجي در آينده به سوختهاي باارزش‌تر مايع تبديل شود و بنابراين براي توليد برق استفاده نگردد. مشكلات زيست محيطي و نيز مشكلات مرتبط با افزايش استخراج و مصرف زغال سنگ نيز وجود دارد.
تفاوت ارزش گرمايي اورانيوم در مقايسه با زغال سنگ و ساير سوختها حائز اهميت است (هر چند هر دو در نيروگاه بازده حرارتي ‪ ۳۳‬درصد مورد استفاده قرار مي‌گيرند). يك نيروگاه برق يك ميليون كيلوواتي ساليانه حدود ‪ ۳/۱‬ميليون تن زغال سنگ سياه يا حدود ‪ ۲۴‬تن اورانيوم (مانند ‪ (UO2‬غني شده تا چهار درصد از ايزوتوپ مفيد (‪ (u-235‬مصرف مي‌كند. اين ميزان نيازمند استخراج بيش از ‪ ۲۰۰‬تن اورانيوم طبيعي است كه از ‪ ۲۵‬تا ‪ ۱۰۰‬هزار تن سنگ معدن اورانيوم بازيابي مي‌شود.
زائدات
............
اين ميزان متفاوت سوخت مصرفي مقدار زائدات متفاوتي نيز به دنبال دارد.
فعاليت يك نيروگاه هسته‌اي هزار مگاواتي در سال ‪ ۲۷‬تن سوخت مستعمل باقي مي‌گذارد كه به شدت راديواكتيو است و گرماي بسيار زيادي توليد مي‌كند.
بخش اعظم اين سوخت استفاده شده، باز فراوري مي‌شود بطوري كه ‪۹۷‬ درصد از ‪ ۲۷‬تن سوخت اوليه بازيابي مي‌گردد. ‪ ۳‬درصد باقيمانده (حدود ‪۷۰۰‬ كيلوگرم) زباله راديواكتيو سطح بالا است كه بالقوه خطرناك بوده و لازم است براي مدت زمان طولاني از محيط زيست مجزا نگهداري شود. اما اين مقدار كم را به آساني مي‌توان كنترل كرد.
حتي در جايي كه سوخت مصرف شده مجددا فراوري نشود مقدار ساليانه ‪ ۲۷‬تن در مقايسه با مقدار زائدات يك نيروگاه برق زغال سنگ هم حجم آن جزئي و ناچيز است.
نيروگاه زغال سنگ هزار مگاواتي ساليانه حدود ‪ ۷‬ميليون تن دي اكسيدكربن توليد مي‌كند. اين ميزان علاوه بر ‪ ۲۰۰‬هزار تن دي اكسيدسولفور است كه در بسياري از موارد يك منبع مهم آلاينده جوي است. ديگر زائدات حاصل از مصرف زغال سنگ شامل مقادير زيادي پسماند (حدود ‪ ۲۰۰‬هزار تن در سال) حاوي فلزات سمي مانند آرسنيك، كادميم و جيوه، مواد آلي سرطانزا و موتاسيون زا (موادي كه باعث بروز سرطان و تغييرات ژنتيكي مي‌شوند) و نيز مواد راديواكتيو طبيعي است.
اين زائدات معمولي اگر مهار نشوند حتي در فواصل بسيار زياد از نيروگاه مي‌توانند به سلامت انسان و محيط زيست آسيب برسانند. بطور مثال در نقاطي باران اسيدي ناشي از انتشار دي اكسيدسولفور مرزهاي ملي را طي كرده و خسارات سنگيني به درياچه ها، رودخانه ها، جنگلها در مناطق بسيار دورتر وارد آورده است.
هر شيوه توليد برق خطرهاي زيست محيطي و زائداتي به همراه دارد. صنعت هسته‌اي از اين نظر كه تنها صنعت توليد برق است كه مسئوليت كامل دفع زائدات و تامين هزينه‌هاي كامل آن را به عهده دارد صنعت منحصر بفردي است.
امروزه انرژي هسته‌اي ساليانه از انتشار حدود ‪ ۲/۴‬ميليارد تن دي اكسيد كربن جلوگيري مي‌كند. ( درمقايسه با بيش از ‪ ۷‬ميليارد تن دي اكسيدكربن حاصل از توليد برق از سوخت‌هاي فسيلي)
مسائل اقتصادي
...................
تفاوت نيازهاي سوخت بين نيروگاه برق هسته‌اي و زغال سنگ بر اقتصادي بودن آنها تاثير مي‌گذارد. هزينه سوخت يك نيروگاه برق هسته‌اي بسيار كمتر از نيروگاه برق زغال سنگ است كه همين نكته هزينه هنگفت اوليه ساخت يك نيروگاه هسته‌اي را جبران مي‌كند. در نتيجه از نظر عملي برق حاصل از راكتورهاي هسته‌اي در بسياري از مناطق با برق حاصل از زغال سنگ حتي با درنظر گرفتن مديريت و دفع زباله‌هاي هسته‌اي و تعطيلي راكتورها رقابت مي‌كند.
با افزايش قيمت گاز و آلايندگي زغال سنگ ، انرژي هسته‌اي بطور فراينده‌اي مورد توجه قرار گرفته است.
توليد برق - تنوع در منابع توليد انرژي
......................................
براي بيشتر كشورها سوالاتي كه بايد به آنها پاسخ داده شود عبارتند از: نيازهاي برق ما چيست؟ اشكال توليد برقي در دسترس ما كدام است؟ چه تركيب انرژي نيازهاي ما را با حداكثر ايمني تامين مي‌كند و كمترين آسيب را به مردم و محيط ما وارد مي‌كند؟
در اواسط ‪ ، ۲۰۰۱‬در ‪ ۳۱‬كشور كوچك و بزرگ با عقايد سياسي و رشد صنعتي متفاوت برق هسته‌اي در تركيب انرژي آنها وجود داشت. بلژيك، چين، فرانسه، آلمان ، مجارستان، هند، ژاپن، روسيه، سوييس، انگليس، آمريكا از جمله كشورهايي هستند كه برنامه‌هاي مهم انرژي هسته‌اي دارند.
در سال ‪ ۲۰۰۰‬ميزان توليد برق حاصل از انرژي هسته‌اي با كل توليد برق جهان در سال ‪ ۱۹۶۱‬از تمام منابع برابري مي‌كرد (‪ ۲۴۳۸‬ميليارد كيلووات ساعت).
هيچ كشوري نمي‌خواهد فقط به يك منبع انرژي واحد وابسته باشد.
براي بسياري از كشورها مسئله استفاده از زغال سنگ يا انرژي هسته‌اي به عنوان منبع اصلي برق مطرح نيست بلكه تركيبي از منابع متنوع انرژي مدنظر است كه تا حد امكان از منابع تجديدپذير بهره گرفته شده است.
يك فيزيكدان هندي به نام دكتر هومي بابها مي‌گويد: "هيچ انرژي پرهزينه‌تر از نداشتن انرژي نيست."

[***Spring***]

دانش - همشهري آنلاين:
شكافت هسته‌اي (nuclear fission) واكنشي است كه در آن يك هسته بزرگ اتمي به هسته‌هاي كوچكتر شكسته مي‌شود و مقدار زيادي انرژي آزاد مي‌كند.

هسته‌هاي ‌‌ اتم‌هاي برخي از عناصر خودبخود دچار تلاشي مي‌شود، اما تنها هسته‌هاي اتم‌هاي عناصر معيني مانند اورانيوم- 235 و پلوتونيوم- 239 مي‌تواند دچار يك واكنش زنجيره‌اي شكافت هسته‌اي شود و در نتيجه در نيروگاه‌هاي هسته‌اي براي توليد انرژي به كار رود.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

علت اين است كه اين هسته‌ها هنگامي كه متلاشي مي‌شوند، تعداد زيادي ذره نوتروني آزاد مي‌كنند كه خود اين نوترون‌ها با برخورد به هسته‌هاي ساير اتم‌ها آنها را متلاشي مي‌كنند و اين امر خود به آزادي نوترون‌هاي بيشتر منجر مي‌‌‌شود. به اين ترتيب فرايند شكافت هسته‌اي مي‌تواند ادامه يابد و مرتبا انرژي آزاد شود.
اورانيوم- 235 سوخت مرجح براي همه رآكتورهاي هسته‌اي تجارتي است.

سوخت اورانيوم در مركز رآكتور قرار داده مي‌شود و معمولا با يك ماده تعديل‌كننده، كه سرعت حركت نوترون‌ها را كاهش مي‌دهد، احاطه مي‌شود.

كاهش سرعت نوترون‌ها با اين هدف صورت مي‌گيرد كه احتمال القاي شكافت هسته‌اي بوسيله آنها را افزايش دهد.

هنگامي كه واكنش زنجيره‌اي شكافت هسته‌اي به وجود آيد، گرماي حاصل از آن براي به جوش آوردن آب و چرخاندن يك توربين بخار به كار مي‌رود كه الكتريسته توليد مي‌كند.
اين واكنش زنجيره‌اي را مي‌‌توان با وارد كردن ميله‌هاي كنترل‌كننده كه حاوي مواد جاذب نوترون هستند، به درون رآكتور كند يا حتي به كلي متوقف كرد.

منبع :

برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید


.

[***Spring***]

تحقيق‌و‌ توليد - همشهری آنلاین:
کيک زرد يا Yellowcake که به نام اورانيا (Urania) هم شناخته مي‌شود در واقع خاک معدني اورانيوم است که پس از گذراندن مراحل تصفيه و پردازش‌هاي لازم از سنگ معدني آن تهيه مي‌شود.

تهيه اين ماده به منزله رسيدن به بخش مياني مراحل مختلف تصفيه سنگ معدن اورانيوم است و بايد توجه داشت که فاصله بسيار زيادي براي استفاده در بمب اتمي دارد.

روش تهيه کيک زرد کاملاً به نوع سنگ معدن به دست آمده بستگي دارد، اما به‌طور معمول با آسياب کردن و پردازش‌هاي شيميايي بر روي سنگ معدن اورانيوم، پودر زبر و زردرنگي به دست مي‌آيد که قابليت حل شدن در آب را ندارد و حدود 80 درصد غلظت اکسيد اورانيوم آن خواهد بود. اين پودر در دمايي معادل 2878 درجه سانتيگراد ذوب مي‌شود.

روش تهيه کیک زرد

ابتدا سنگ معدن با دستگاه هاي مخصوصي خرد و آسياب مي شود، پس از آن براي جداسازي اورانيم و بالابردن خلوص خاک سنگ، آن را در حمامي از اسيد سولفوريک، آلکالاين و يا پراکسيد مي‌خوابانند؛ اين عمل براي به دست آوردن اورانيوم خالص تر صورت مي‌شود.

سپس اين محصول به دست آمده را خشک و ----- مي‌کنند و نتيجه آن چيزي خواهد شد که به «کيک زرد» معروف است.

امروزه روش‌هاي جديدي براي تهيه اين پودر اورانيوم وجود دارد که محصول آنها بيش از آن که زرد باشد به قهوه‌اي و سياه نزديک است، در واقع رنگ ماده به دست آمده به ميزان وجود ناخالصي‌ها در اين پودر بستگي دارد.

نهادن اين نام بر روي اين محصول به گذشته بر مي‌گردد که کيفيت روش‌هاي خالص‌سازي سنگ معدن مناسب نبود و ماده به دست آمده، زرد رنگ بود.

مواد تشکيل‌دهنده کيک زرد

بخش اصلی کيک زرد (معادل 70-90 درصد وزني) شامل اکسيدهاي اورانيوم با فرمول شيميايي U3O8 و يا ساير اکسيدهاست و بقيه آن از ديگر موادي تشکيل شده‌است که مهم‌ترين آنها عبارتند از:

هيدراکسيد اورانيوم با فرمول شيمايي UO2(OH)2 يا UO2)2(OH)2) که در صنايع ساخت شيشه و سراميک استفاده مي‌شود. اين ماده تشعشع راديواکتيو دارد و بايد با شرايط خاصي نگهداري و حمل شود.
سولفات اورانيوم با فرمول شيميايي (U02S04) که ماده‌اي بي‌بو با رنگ زرد ليمويي‌است.
اکسيد اورانيوم زرد (يا اورانيت سديم) با فرمول شيميايي Na2O (UO3)2.6H2O که ماده‌اي با رنگ زرد - نارنجي است.
پراکسيد اورانيوم با فرمول شيميايي UO4·nH2O با رنگ زرد کم‌رنگ.يکي از کاربردهاي کيک زرد، تهيه هگزا فلورايد اورانيوم است. اين گاز در وضع عادي حدود هفت صدم درصد شامل ايزوتوپ 235 و بقيه آن ايزوتوپ 238 است. در مرحله غني‌سازي درصد U-235 به حدود 5.3 يا حتي بيشتر افزايش داده مي‌شود.

کاربردهای کیک زرد

کيک زرد عموماً براي تهيه سوخت رآکتورهاي هسته‌اي به کار برده مي‌شود، در واقع اين ماده است که پس از پردازش‌هايي به UO2 تبديل و براي استفاده در ميله‌هاي سوختي به کار برده مي‌شود.

اين ماده همچنين مي‌تواند براي غني‌سازي به گاز هگزا فلورايد اورانيوم يا UF6 تبديل شود، چون در اين صورت مي‌توان چگالي ايزوتوپ‌هاي اورانيوم 235 را در آن افزايش داد.

در هر صورت کيک زرد در اغلب کشورهايي که معادن طبيعي اورانيوم دارند تهيه مي‌شود و توليد اين ماده مشکل خاصي ندارد و به‌طور متوسط ساليانه 64 هزار تن از اين ماده در جهان توليد مي‌شود.

کانادا، يکي از توليدکنندگان اين ماده است، اين کشور معادني دارد که خلوص سنگ اورانيوم آنها به 20 درصد هم مي‌رسد.

در آسيا نيز کشوري مانند قزاقستان صنايع بزرگ توليد اين پودر را دارد. قيمت اين پودر در بازارهاي بين المللي، هر کيلوگرم حدود 25 دلار است.

منبع :

برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید


.

[Mohammad Hosseyn]

ضرورت انرژي هسته‌اي

كاربرد روز افزون انرژي يكي از مظاهر مهم زندگي جديد است. مقدار انرژي مصرفي در ايلات متحده ، كه يك كشور صنعتي پيشرفته است بين سالهاي 1920 تا 1970 با ضريبي حدود 40 افزايش يافته است. اين بدان معني است كه در طول اين 50 سال ، مقدار مصرف انرژي تقريبا هر 10 سال دو برابر شده است. با آنكه هنوز زغال سنگ و نفت وجود دارد. آشكار شده است كه حتي با كوشش‌هاي بيشتر براي استفاده محتاطانه و صرفه جويانه از انرژي ، بازهم منابع انرژي جديدي لازم است، انرژي حاصل از شكافت هسته (و در دو مدت ، از همجوشي) مي تواند اين نياز را مرتفع سازد.

آيا بحران انرژي حل ميشود؟

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.



منبع : دانشنامه رشد

[Mohammad Hosseyn]

بور و هايزنبرگ از بمب چه گفتند؟








بور و هايزنبرگ دو فيزيكدان برجسته قرن بيستم، در سپتامبر ۱۹۴۱ درست در بحبوحه جنگ جهانى دوم ملاقاتى داشتند كه به يكى از بحث انگيزترين رويدادهاى تاريخ علم بدل شده است. اهميت آن ديدار به دليل حرف هايى است كه اين دو دانشمند از انرژى هسته اى و همين طور سلاح هسته اى زده اند. سال ها بعد از آن ملاقات و بعد از جنگ، فيزيكدانان ديگر و مورخين علم ادعاهاى عجيبى در مورد آن ملاقات مطرح كردند. حرف هايى از اين دست كه هايزنبرگ قصد داشته از بور اطلاعات بگيرد، يا اينكه بور اطلاعات هايزنبرگ را در اختيار آمريكايى ها قرار داده است. اين مقاله سعى دارد ضمن بررسى اين ملاقات نگاهى به رويدادهاى آن سال ها و چگونگى ساخته شدن سلاح هسته اى بيندازد.

هايزنبرگ شاگرد ممتاز
ورنر هايزنبرگ فيزيكدان آلمانى و برنده نوبل فيزيك يكى از برجسته ترين فيزيكدانان قرن بيستم است و نيلز بور دانماركى كه او نيز برنده نوبل فيزيك شد از شاگرد آلمانى اش مشهورتر است. سابقه آشنايى اين دو فيزيكدان به سال هاى دهه ۲۰ و هنگام شكل گيرى مكانيك كوانتومى بازمى گردد. هايزنبرگ پس از پايان دوران دكترا در آلمان به دانمارك رفت تا در موسسه اى در كپنهاگ دستيار بور شود. در آن سال ها كپنهاگ به مركز فيزيك مدرن تبديل شد و دانشمندان زيادى در آنجا گرد آمدند تا مكانيك كوانتومى را كامل كنند. نام هاى بزرگى چون ماكس بورن، ولفگانگ پاولى، پل ديراك و... به آن موسسه رفت و آمد داشتند اما در راس آنها بور و هايزنبرگ قرار داشتند. هايزنبرگ جوان خيلى زود به نتايج خوبى رسيد و فرمول بندى ماتريسى خود از مكانيك كوانتومى را ارائه داد و همچنين اصل عدم قطعيت خود را مطرح كرد. بعد از اين سال ها هايزنبرگ به آلمان بازگشت و در دانشگاه لايپزيگ مشغول تدريس شد و بور نيز در كپنهاگ ماند. پس از آن نيز هايزنبرگ به دانشگاه برلين رفت. همزمان با آن قدرت نازى ها در آلمان شدت مى يافت. موج مهاجرت دانشمندان و فيزيكدانان همكار هايزنبرگ شروع شده بود، خيلى هايشان به دليل ترس از يهودى بودن آلمان را ترك مى كردند. اما هايزنبرگ كشورش را ترك نكرد. او شخصيتى احساساتى داشت و با وجود مخالفت با سياست هاى رايش سوم، حس وطن پرستى اش اجازه مهاجرت را به او نمى داد. شروع دوران جديد براى او به معنى سازش بود: «در آغاز هر درس انسان ناچار بود دستش را بلند كند و سلام نازى بدهد. اما آيا من حتى پيش از به قدرت رسيدن هيتلر دستم را بلند نمى كردم
و براى دوستانم تكان نمى دادم؟ آيا به راستى اين يك سازش غيرشرافتمندانه محسوب مى شد؟ انسان مجبور بود همه نامه هاى رسمى با جمله هايل هيتلر را امضا كند. سازشى اينجا، سازشى آنجا و بالاخره كجا بايد خط فاصل را مى كشيديم؟ اما براى سازش بايد حساب پس مى داديم و شايد هم بدتر از آن.» او عقيده داشت مردم بايد سعى كنند از فاجعه جلوگيرى كنند نه اينكه از آن فرار كنند. هايزنبرگ كه در تابستان ۱۹۳۹ براى سخنرانى و همچنين ديدن همكارانش به آمريكا سفر كرده بود، از جانب آنها تشويق به ماندن شد. او در خاطراتش نوشته است:«آنها اصلاً نمى توانستند بفهمند كه آدمى عقل به سرش باشد و به كشورى برگردد كه به شكست آن يقين كامل دارد.» هايزنبرگ با يك كشتى تقريباً خالى كه گواه از درستى استدلالات همكارانش داشت، درست قبل از شروع جنگ به كشورش بازگشت.
با شروع جنگ هايزنبرگ و ديگر همكارانش به خدمت فراخوانده شدند و كارى كه از آنها انتظار داشتند استفاده فنى از انرژى اتمى بود. به اين ترتيب هايزنبرگ و ديگر فيزيكدانان آلمانى كه در آن كشور مانده بودند عضو اجبارى باشگاه اورانيوم شدند. همان طور كه هايزنبرگ در خاطراتش ذكر مى كند، در آن زمان اعتقاد داشت كه استفاده از انرژى اتمى زمان زيادى مى برد. او ادعا مى كرد كه ساختن رآكتور بسيار آسان تر و كم هزينه تر از ساختن بمب اتمى است. «جدا كردن دو ايزوتوپ سنگين مثل اورانيوم ۲۳۵ و اورانيوم ۲۳۸ با اختلاف جرمى كمى كه دارند و توليد آنها به ميزانى كه دست كم چند كيلوگرم اورانيوم ۲۳۵ از آن به دست آيد، كار فنى غول آسايى است. اما در رآكتور اتمى تنها چيزى كه نياز داريم چند تن اورانيوم بسيار خالص به اضافه گرافيت يا آب سنگين است. اين كار به تلاش كمترى، در حدود يك صدم يا حتى يك هزارم، نياز دارد.» هايزنبرگ در قسمت هايى از خاطراتش ذكر مى كند كه اصلاً قصد كمك به ساختن سلاح هسته اى را نداشته و بيشتر به دنبال راه هاى صلح آميز استفاده از اين انرژى جديد بوده است. او مى گويد هدفش به تعويق انداختن عملى شدن مطالعات نظرى شان بوده است. «گرچه ما مى دانستيم كه ساختن بمب اتمى امكانپذير است و روش دقيق ساخت آن را هم مى شناختيم، اما اشكالات فنى اين كار را از آنچه بود بزرگتر مى پنداشتيم. بنابراين با كمال خوشحالى مى توانستيم گزارش صادقانه اى از آخرين تحولات به مقامات ارائه دهيم و مطمئن باشيم كه هيچ گونه اقدام جدى براى ساختن بمب اتمى در آلمان صورت نخواهد گرفت.»

بور، استاد شگفت زده



در سپتامبر ۱۹۴۳ نيلز بور فهميد كه گشتاپو در آلمان قصد دستگيرى او را دارد. چند هفته بعد، در ۲۹ سپتامبر، او، همسرش و برخى ديگر كه اميدى براى فرار از دانمارك داشتند با قايقى مخفيانه به سوئد گريختند. در روز ۶ اكتبر نيروهاى انگليسى بور را به تنهايى به اسكاتلند فرستادند كه از آنجا به لندن رفت. بور در لندن با جان اندرسون شيمى- فيزيكدانى كه مدير پروژه بمب اتمى انگليس بود ملاقات كرد و اندرسون خلاصه اى از برنامه انگليسى- آمريكايى بمب را براى فيزيكدان دانماركى توضيح داد. بنا به گفته آيگه، پسر بور كه يك هفته بعد به پدرش در انگلستان پيوست و در تمام طول جنگ دستيار او بود؛ بور از روند پيشرفت برنامه انگليسى- آمريكايى شديداً غافلگير شده بود. شايد شوكه شدن توصيف بهترى از وضعيت او باشد.
غافلگيرى بور دو دليل داشت. در طول دهه ۳۰ ميلادى وقتى كه فيزيك هسته اى در حال پيشرفت بود، بور در موقعيت هاى زيادى گفته بود كه فكر مى كند هر استفاده عملى از انرژى هسته اى غيرممكن است. اما وقتى در بهار ۱۹۳۹ جزئيات مهمى مربوط به شكافت هسته اورانيوم را فهميد، آن ديدگاه تغيير كرد. در دسامبر ۱۹۳۸ شيمى- فيزيكدانان آلمانى، اوتو هان و فريتس اشتراسمن كشف كردند كه اورانيوم اگر با نوترون بمباران شود قابل شكافت است. ليزمايتنر دستيار اوتو هان حدس زده بود كه هسته هاى اورانيوم در آزمايش ها دوپاره مى شوند و بنابراين نام «شكافت» را بر روى اين فرايند گذاشته بودند. در آزمايش ها از اورانيوم طبيعى استفاده مى شد كه ۹۹ درصد آن اورانيوم ۲۳۸ است و تقريباً ۷۰ درصد از يك درصد باقى مانده اورانيوم ۲۳۵ است كه هسته آن ۳ نوترون كمتر از ايزوتوپ ديگر دارد. ايزوتوپ ها از لحاظ شيميايى تمايزناپذير هستند. آنچه بور فهميد اين بود كه به خاطر تفاوت هاى ساختارى تنها ايزوتوپ هاى كمياب ۲۳۵ در آزمايش هان- اشتراسمن شكافته مى شوند. او نتيجه گرفت كه ساختن سلاح هسته اى تقريباً غيرممكن است، زيرا مستلزم جداسازى ايزوتوپ ها است كه كارى بسيار مشكل است. بور در دسامبر ۱۹۳۹ در يك سخنرانى ادعا كرد، با وسايل تكنيكى حاضر خالص سازى ايزوتوپ هاى كمياب براى تحقق واكنش زنجيره اى غيرممكن است. بنابراين زياد عجيب نيست كه چرا بور چهار سال بعد با فهميدن آنچه متفقين قصد انجامش را داشتند شوكه شد.

ملاقات جنجالى





دليل ديگر غافلگيرى بور را مى توان در ملاقات او با فيزيكدان آلمانى ورنر هايزنبرگ در نيمه سپتامبر ۱۹۴۱ (تقريباً دو سال قبل از فرارش به انگليس) رديابى كرد. در آن زمان بيش از يك سال بود كه آلمانى ها دانمارك را اشغال و يك موسسه فرهنگى آلمانى را در كپنهاگ تاسيس كرده بودند كه كارهاى تبليغاتى انجام مى داد. از فعاليت هاى اين موسسه برنامه ريزى ملاقات هاى علمى بود و هايزنبرگ يكى از چندين دانشمندى بود كه با برنامه اين موسسه به كپنهاگ آمده بود. او كه پس از سال ها به كپنهاگ بازگشته بود يك هفته را در آنجا گذراند و از موسسه بور ديدن كرد. در طول يكى از اين بازديدها بود كه آن ملاقات تاريخى اتفاق افتاد. آنها چند ساعتى را بدون حضور هيچ كس با يكديگر صحبت كردند. به نظر نمى رسد كه هيچ كدام از آنها يادداشتى از جزئيات بحث برداشته باشند، بنابراين هيچكس كاملاً مطمئن نيست كه در آن جلسه چه حرف هايى گفته شد. بور بعد از آن ملاقات اين احساس را داشت كه هايزنبرگ بر روى سلاح اتمى كار مى كند. همان طور كه آيگه بور بعدها يادآورى مى كند: «هايزنبرگ اين بحث را مطرح كرد كه كاربردهاى نظامى انرژى هسته اى چيست. پدر من چندان تمايلى به اين كار نداشت و ترديدش را از مشكلات تكنيكى بزرگى كه وجود داشت بيان كرد. اما به نظر او هايزنبرگ فكر مى كرد امكان هاى جديد مى تواند پايان جنگ را تعيين كند، اگر جنگ كمى بيشتر طول بكشد.» حال دو سال بعد، بور براى اولين بار از برنامه سلاح هاى هسته اى متفقين آگاه شده بود. اما آلمانى ها در طول آن دو سال چه كارى انجام داده بودند؟ هيچ تعجبى ندارد كه بور در آن زمان شگفت زده شده باشد.
فهميدن اينكه «امكانات جديد» دقيقاً چه معنايى مى توانست داشته باشد جالب است و با بررسى تاريخ پيشرفت فيزيك هسته اى مى توان حدس هايى در اين زمينه زد. در اواسط دهه ۴۰ فيزيكدانان در هر دو طرف جنگ فهميدند به جز شكافت اورانيوم يك روش كاملاً متفاوت براى ساخت سلاح هسته اى وجود دارد؛ عنصرى كه بعدها پلوتونيوم نام گرفت. آن عنصر كمى سنگين تر از اورانيوم است و خواص شيميايى متفاوتى دارد، اما ساختار هسته اى آن به گونه اى است كه مانند اورانيوم قابل شكافت است. پلوتونيوم برخلاف اورانيوم به طور طبيعى وجود ندارد و بايد در يك رآكتور هسته اى با بمباران سوخت اورانيومى رآكتور به وسيله نوترون ها ساخته شود. با كشف اين فرآيند، به معناى قطعى به قسمتى از پروژه ساخت سلاح هسته اى تبديل شد. شكى نيست كه هايزنبرگ وقتى با بور ملاقات كرد اين واقعيت را به خوبى مى دانست. او حتى سمينارهايى را براى مقامات بلندپايه آلمانى ارائه كرده بود كه وجود چنين امكانى را توضيح مى داد. آيا اين چيزى بود كه او سعى داشت به بور بگويد و اگر اين طور بود، چرا؟ آيا هايزنبرگ مى خواست از طريق بور براى آمريكايى ها و متفقين پيغام بفرستد يا مى خواست از اطلاعات بور براى فهميدن اينكه آنها تا چه حد پيشرفت كرده اند استفاده كند؟ شايد هم مى خواست به متفقين بفهماند كه آلمان هيچ پيشرفتى نكرده است. بور چطور؟ آيا او چيزى از ملاقاتش با هايزنبرگ به آمريكايى ها گفت؟ تمامى اين سئوال ها و حدس ها و گمان ها هنوز سال ها بعد از آن ملاقات مطرح است و هنوز جواب قطعى و دقيقى براى آن وجود ندارد.

نقشه اى كه به لس آلاموس رسيد





يكى از داستان هاى جالب در مورد ملاقات بور و هايزنبرگ ماجراى طرحى است كه هايزنبرگ در طول ملاقات به بور داده است. معلوم نيست كه آيا هايزنبرگ آن شكل را در طول ملاقات كشيده است يا قبل از آن. با توجه به عادت فيزيكدانان هنگام ارتباط با يكديگر تصور بر اين است كه او شكل را همان موقع و براى توضيح ايده هايش كشيده است. در هر حال بايد به دنبال اين سئوال باشيم كه آن شكل چگونه در دسامبر ۱۹۴۳ راهش را به آزمايشگاه لس آلاموس باز كرد. آن شكل حاوى اطلاعات مهمى بود از اينكه آلمانى ها چگونه سلاح هسته اى را طراحى مى كردند. كسى كه از وجود اين شكل مطلع شد، جرمى برنشتاين فيزيكدان آمريكايى است كه به جز مقالات و كتاب هاى تكنيكى و تخصصى، سال ها يكى از نويسندگان اصلى مجله نيويوركر بود. او در سال ۱۹۷۷ طى يك سرى مصاحبه با هانس بته وجود آن طرح اسرارآميز را كشف كرد. بته كه در سال هاى جنگ عضوى از پروژه منهتن تحت نظر رابرت اپنهايمر بود، از وجود شكلى صحبت مى كرد كه نيلز بور هنگام سخنرانى در لس آلاموس به آنها نشان داد. بته در اين مصاحبه گفته است: «هايزنبرگ يك طرح به بور داده بود و بور بعدها اين طرح را براى ما در لس آلاموس آورد. آن شكل به وضوح طرحى از يك رآكتور بود، اما واكنش ما هنگام ديدن آن شكل اين بود كه آلمانى ها واقعاً ديوانه اند. حتماً مى خواهند رآكتور را روى لندن بيندازند!» تنها كمى بعد از جنگ بود كه دانشمندان حاضر در لس آلاموس فهميدند، آلمانى ها دقيقاً مى دانستند با رآكتور چه كار كنند. حداقل بايد گفت به طور نظرى اين را مى دانستند و به طور عملى به نتيجه نرسيده بودند وگرنه امروز به جاى هيروشيما و ناكازاكى بايد لندن را اولين قربانى سلاح هاى هسته اى مى دانستيم. قبل از انتشار اين مصاحبه ها از جرمى برنشتاين در نيويوركر هيچ كس چيزى از آن شكل نمى دانست و اين جريان داستان ملاقات بور- هايزنبرگ را از حدس و گمان خارج كرد. اما برنشتاين براى اطمينان از صحت حرف هاى بته با اشخاص ديگرى هم تماس گرفت. او به دنبال كسانى گشت كه آن زمان در لس آلاموس بودند، اما اپنهايمر مرده بود، بور مرده بود، بيشتر آنها مرده بودند. اما يك نفر هنوز زنده بود؛ ويكتور وايسكوف دوست نزديك رابرت اپنهايمر. او هم ادعا مى كرد كه طرح را نديده اما چيزهايى درباره آن شنيده است. ولى آيگه پسر بور به كلى وجود چنين چيزى را انكار مى كرد. برنشتاين سرانجام با تحقيق و مصاحبه با افراد مختلف به اين نتيجه رسيد كه هايزنبرگ خودش چيزى به بور نداده است، اما بور آن شكل را پس از صحبت هاى هايزنبرگ كشيده است. حتى حدس مى زنند كه بور چيزهايى را هم به آن طرح اضافه كرده باشد، كه حاصل پژوهش هاى خودش بعد از ملاقات بوده است. در هر حال چيزى كه همه تائيد كردند اين است كه آن شكل و نوشته هايش دست خط خود هايزنبرگ نبوده است. اما اصلاً چرا هايزنبرگ چنين صحبت هايى را مطرح كرده بود؟ آيا مى خواست بور نتايج مطالعات او را بررسى و تائيد كند؟ آيا مى خواست به بور نشان دهد كه آلمانى ها با مطالعه بر روى رآكتور به دنبال استفاده صلح آميز از انرژى هسته اى هستند؟ نيات هايزنبرگ هنوز در ابهام است و شايد هيچ گاه روشن نشود، چرا كه حتى خود او در خاطراتش كه در كتاب«مرزهاى فيزيك» (در فارسى «جزء و كل») نوشته است، چيز زيادى از آن ملاقات بحث انگيز مطرح نكرده است. تنها به وحشت بور از شنيدن نام سلاح هسته اى اشاره كرده است و اينكه بور توجه زيادى به موانع فنى مورد اشاره هايزنبرگ نكرده است.

نامه ها و نمايشنامه ها




گويا موضوع ملاقات بور و هايزنبرگ آنقدر جذاب بوده است كه به دنياى هنر نيز كشيده شود. «كپنهاگ» نام نمايشنامه اى است كه مايكل فريان در حدود سال ۹۸ نوشته و به روى صحنه برده است. اين نمايشنامه داستان آن ملاقات را با سه شخصيت اصلى كه روح هايزنبرگ، بور و همسر بور هستند به تصوير مى كشد. اما همه چيز از روى حدس و گمان است و در واقع هيچ كس از يك نمايشنامه نويس انتظار تحقيقات مستند را ندارد. مورخان براى يافتن منابع مستند بايد بيشتر از اينها صبر مى كردند، قرار بود خانواده بور نامه هاى وى را در سال ،۲۰۱۲ پنجاه سال پس از مرگ بور، منتشر كنند. اما اين همه ابهام و حتى اتهام به بور باعث شد كه آنها تصميم بگيرند اين كار را ده سال زودتر انجام دهند، براى همين آن نامه ها در سال ۲۰۰۲ منتشر شدند. قبل از آن تمام چيزى كه مورخان علم مى دانستند بر پايه حرف هاى مبهم و گاه متناقض بور و هايزنبرگ بود كه از منابع دست دوم به دست آمده بود. بور در آن نامه ها به دفعات تاكيد مى كند كه خاطره شفافى از ملاقات با هايزنبرگ دارد و يادداشت هاى بسيار دقيقى از آنچه هايزنبرگ گفته بود برداشته است. او ادعا مى كند كه هايزنبرگ متقاعد شده بود كه اگر جنگ با پيروزى آلمان پايان نيابد، بايد تصميم به استفاده از بمب اتم بگيرد. بور مى گويد برخلاف حرف هاى بعدى هايزنبرگ سكوتش در طول صحبت به خاطر شوكه شدنش از اين نبود كه فهميده بود شكافت از لحاظ تكنيكى امكانپذير است، بلكه به اين خاطر بود كه قبلاً نفهميده بود آلمانى ها بر روى بمب كار مى كنند و در مورد متفقين هم تا سال ۱۹۴۳ كه به انگلستان فرار كردند اين را نمى دانست. بور مدعى است هايزنبرگ به دانمارك رفته بود تا بور و ديگر فيزيكدانان دانماركى را متقاعد كند تا با آلمانى ها در پروژه باشگاه اورانيوم همكارى كنند. اما اين اسناد را بايد با دقت و احتياط بيشترى بررسى كرد، چرا كه حداقل ۱۶ سال پس از پايان جنگ نوشته شده اند و ادعاى بور براى يادآورى دقيق و شفاف شايد زياد قابل اعتماد نباشد. پس هنوز هم اين سئوال مهم پابرجا است: «هدف هايزنبرگ از آن ملاقات چه بوده است؟»





منبع : /cph-theory.persiangig.com

[hlpmostafa]

دید کلی

وقتی که صحبت از مفهوم انرژی به میان می‌آید، نمونه‌های آشنای انرژی مثل انرژی گرمایی ، نور و یا انرژی مکانیکی و الکتریکی در شهودمان مرور می‌شود. اگر ما انرژی هسته‌ای و امکاناتی که این انرژی در اختیارش قرار می‌دهد، آشنا ‌شویم، شیفته آن خواهیم شد.




[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]



آیا می‌دانید که

انرژی گرمایی تولید شده از واکنشهای هسته‌ای در مقایسه با گرمای حاصل از سوختن زغال سنگ در چه مرتبه بزرگی قرار دارد؟

منابع تولید انرژی هسته‌ای که بر اثر سیلابها و رودخانه از صخره شسته شده و به بستر دریا می‌رود، چقدر برق می‌تواند تولید کند؟


کشورهایی که بیشترین استفاده را از انرژی هسته‌ای را می‌برند، کدامند؟ و ... .
نحوه آزاد شدن انرژی هسته‌ای

می‌دانیم که هسته از پروتون (با بار مثبت) و نوترون (بدون بار الکتریکی) تشکیل شده است. بنابراین بار الکتریکی آن مثبت است. اگر بتوانیم هسته را به طریقی به دو تکه تقسیم کنیم، تکه‌ها در اثر نیروی دافعه الکتریکی خیلی سریع از هم فاصله گرفته و انرژی جنبشی فوق العاده‌ای پیدا می‌کنند. در کنار این تکه‌ها ذرات دیگری مثل نوترون و اشعه‌های گاما و بتا نیز تولید می‌شود. انرژی جنبشی تکه‌ها و انرژی ذرات و پرتوهای بوجود آمده ، در اثر برهمکنش ذرات با مواد اطراف ، سرانجام به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود. مثلا در واکنش هسته‌ای که در طی آن 235U به دو تکه تبدیل می‌شود، انرژی کلی معادل با 200MeV را آزاد می‌کند. این مقدار انرژی می‌تواند حدود 20 میلیارد کیلوگالری گرما را در ازای هر کیلوگرم سوخت تولید کند. این مقدار گرما 2800000 بار برگتر از حدود 7000 کیلوگالری گرمایی است که از سوختن هر کیلوگرم زغال سنگ حاصل می‌شود.



[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] کاربرد حرارتی انرژی هسته‌ای

گرمای حاصل از واکنش هسته‌ای در محیط راکتور هسته‌ای تولید و پرداخته می‌شود. بعبارتی در طی مراحلی در راکتور این گرما پس از مهارشدن انرژی آزاد شده واکنش هسته‌ای تولید و پس از خنک سازی کافی با آهنگ مناسبی به خارج منتقل می‌شود. گرمای حاصله آبی را که در مرحله خنک سازی بعنوان خنک کننده بکار می‌رود را به بخار آب تبدیل می‌کند. بخار آب تولید شده ، همانند آنچه در تولید برق از زعال سنگ ، نفت یا گاز متداول است، بسوی توربین فرستاده می‌شود تا با راه اندازی مولد ، توان الکتریکی مورد نیاز را تولید کند. در واقع ، راکتور همراه با مولد بخار ، جانشین دیگ بخار در نیروگاه‌های معمولی شده است.
سوخت راکتورهای هسته‌ای

ماده‌ای که به عنوان سوخت در راکتورهای هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد باید شکاف پذیر باشد یا به طریقی شکاف پذیر شود.235U شکاف پذیر است ولی اکثر هسته‌های اورانیوم در سوخت از انواع 238U است. این اورانیوم بر اثر واکنشهایی که به ترتیب با تولید پرتوهای گاما و بتا به 239Pu تبدیل می‌شود. پلوتونیوم هم مثل 235U شکافت پذیر است. به علت پلوتونیوم اضافی که در سطح جهان وجود دارد نخستین مخلوطهای مورد استفاده آنهایی هستند که مصرف در آنها منحصر به پلوتونیوم است.

میزان اورانیومی که از صخره‌ها شسته می‌شود و از طریق رودخانه‌ها به دریا حمل می‌شود، به اندازه‌ای است که می‌تواند 25 برابر کل مصرف برق کنونی جهان را تأمین کند. با استفاده از این نوع موضوع ، راکتورهای زاینده‌ای که بر اساس استخراج اورانیوم از آب دریاها راه اندازی شوند قادر خواهند بود تمام انرژی مورد نیاز بشر را برای همیشه تأمین کنند، بی آنکه قیمت برق به علت هزینه سوخت خام آن حتی به اندازه یک درصد هم افزایش یابد.
مزیتهای انرژی هسته‌ای بر سایر انرژیها


[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


بر خلاف آنچه که رسانه‌های گروهی در مورد خطرات مربوط به حوادث راکتورها و دفن پسماندهای پرتوزا مطرح می‌کند از نظر آماری مرگ ناشی ازخطرات تکنولوژی هسته‌ای از 1 درصد مرگهای ناشی از سوختن زغال سنگ جهت تولید برق کمتر است. در سرتاسر جهان تعداد نیروگاههای هسته‌ای فعال بیش از 419 می‌باشد که قادر به تولید بیش از 322 هزار مگاوات توان الکتریکی هستند. بالای 70 درصد این نیروگاه‌ها در کشور فرانسه و بالای 20 درصد آنها در کشور آمریکا قرار دارد.
راکتور


با وجود تنوع در راکتور‌ها ، تقریبا همه آنها از اجزای یکسانی تشکیل شده‌اند. این اجزا شامل سوخت ، پوشش برای سوخت ، کند کننده نوترونهای حاصله از شکافت ، خنک کننده‌ای برای حمل انرژی حرارتی حاصله از فرآیند شکافت ماده کنترل کننده برای کنترل نمودن میزان شکافت می‌باشد.

سوخت هسته‌ای


سوخت راکتورهای هسته‌ای باید به گونه‌ای باشد که متحمل شکافت حاصله از نوترون بشود. پنج نوکلئید شکافت پذیر وجود دارند که در حال حاضر در راکتورها بکار می‌روند. 232Th ، 233U ، 235U ، 238U ، 239Pu . برخی از این نوکلئیدها برای شکافت حاصله از نوترونهای حرارتی و برخی نیز برای شکافت حاصل از نوترونهای سریع می‌باشند. تفاوت بین سوخت یک خاصیت در دسته‌بندی راکتورها است.

در کنار قابلیت شکافت ، سوخت بکار رفته در راکتور هسته‌ای باید بتواند نیازهای دیگری را نیز تأمین کند. سوخت باید از نظر مکانیکی قوی ، از نظر شیمیایی پایدار و در مقابل تخریب تشعشعی مقاوم باشد، تا تحت تغییرات فیزیکی و شیمیایی محیط راکتور قرار نگیرد. هدایت حرارتی ماده باید بالا باشد بطوری که بتواند حرارت را خیلی راحت جابجا کند. همچنین امکان بدست آوردن ، ساخت راحت ، هزینه نسبتا پایین و خطرناک نبودن از نظر شیمیایی از دیگر فایده‌های سوخت است.




غلاف سوخت راکتور


سوختهای هسته‌ای مستقیما در داخل راکتور قرار داده نمی‌شوند، بلکه همواره بصورت پوشیده شده مورد استفاده قرار می‌گیرند. پوشش یا غلاف سوخت ، کند کننده و یا خنک کننده از آن جدا می‌سازد. این امر از خوردگی سوخت محافظت کرده و از گسترش محصولات شکافت حاصل از سوخت پرتو دیده به محیط اطراف جلوگیری می‌کند. همچنین این غلاف می‌تواند پشتیبان ساختاری سوخت بوده و در انتقال حرارت به آن کمک کند. ماده غلاف همانند خود سوخت باید دارای خواص خوب حرارتی و مکانیکی بوده و از نظر شیمیایی نسبت به برهمکنش با سوخت و مواد محیط پایدار باشد. همچنین لازم است غلاف دارای سطح مقطع پایینی نسبت به بر همکنشهای هسته‌ای حاصل از نوترون بوده و در مقابل تشعشع مقاوم باشد.

مواد کند کننده نوترون


یک کند کننده ماده‌ای است که برای کند یا حرارتی کردن نوترونهای سریع بکار می‌رود. هسته‌هایی که دارای جرمی نزدیک به جرم نوترون هستند بهترین کند کننده می‌باشند. کند کننده برای آنکه بتواند در راکتور مورد استفاده قرار گیرد بایستی سطح مقطع جذبی پایینی نسبت به نوترون باشد. با توجه به خواص اشاره شده برای کند کننده ، چند ماده هستند که می‌توان از آنها استفاده کرد. هیدروژن ، دوتریم ، بریلیوم و کربن چند نمونه از کند کننده‌ها می‌باشند. از آنجا که بریلیوم سمی است، این ماده خیلی کم به عنوان کند کننده در راکتور مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین ایزوتوپهای هیدروژن ، به شکل آب و آب سنگین و کربن ، به شکل گرافیت به عنوان مواد کند کننده استفاده می‌شوند.

خنک کننده‌ها


گرمای حاصله از شکافت در محیط راکتور یا باید از سوخت زدوده شود و یا در نهایت این گرما بقدری زیاد شود که میله‌های سوخت را ذوب کند. حرارتی که از سوخت گرفته می‌شود ممکن است در راکتور قدرت برای تولید برق بکار رود. از ویژگیهایی که ماده خنک کننده باید داشته باشد، هدایت حرارتی آن است تا اینکه بتواند در انتقال حرارت مؤثر باشد. همچنین پایداری شیمیایی و سطح مقطع جذب پایین‌تر از نوترون دو خاصیت عمده ماده خنک کننده است. نکته دیگری که باید به آن اشاره شود این است که این ماده نباید در اثر واکنشهای گاما دهنده رادیواکتیو شوند.

از مایعات و گازها به عنوان خنک کننده استفاده شده‌ است، مانند گازهای دی اکسید کربن و هلیوم. هلیوم ایده‌آل است ولی پر هزینه بوده و تهیه مقادیر زیاد آن مشکل است. خنک کننده‌های مایع شامل آب ، آب سنگین و فلزات مایع هستند. از آنجا که برای جلوگیری از جوشیدن آب فشار زیادی لازم است خنک کننده ایده‌آلی نیست.



مواد کنترل کننده شکافت


برای دستیابی به فرآیند شکافت کنترل شده و یا متوقف کردن یک سیستم شکافت پس از شروع ، لازم است که موادی قابل دسترس باشند که بتوانند نوترونهای اضافی را جذب کنند. مواد جاذب نوترون بر خلاف مواد دیگر مورد استفاده در محیط راکتور باید سطح مقطع جذب بالایی نسبت به نوترون داشته باشند. مواد زیادی وجود دارند که سطح مقطع جذب آنها نسبت به نوترون بالاست، ولی ماده مورد استفاده باید دارای چند خاصیت مکانیکی و شیمیایی باشد که برای این کار مفید واقع شود.

انواع راکتورها


راکتورها بر حسب نوع فرآیند شکافت به راکتورهای حرارتی ، ریع و میانی (واسطه) ، بر حسب مصرف سوخت به راکتورهای سوزاننده ، مبدل و زاینده ، بر حسب نوع سوخت به راکتورهای اورانیوم طبیعی ، راکتورهای اورانیوم غنی شده با 235U (راکتور مخلوطی Be) ، بر حسب خنک کننده به راکتورهای گاز (CO2مایع (آب ، فلز) ، بر حسب فاز سوخت کند کننده‌ها به راکتورهای همگن ، ناهمگن و بالاخره بر حسب کاربرد به راکتورهای قدرت ، تولید نوکلید و تحقیقاتی تقسیم می‌شوند.

کاربردهای راکتورهای هسته‌ای


راکتورها انواع مختلف دارند برخی از آنها در تحقیقات ، بعضی از آنها برای تولید رادیو ایزتوپهای پر انرژی برخی برای راندن کشتیها و برخی برای تولید برق بکار می‌روند.


دوگروه اصلی راکتورهای هسته‌ای بر اساس تقسیم بندی کاربرد آنها. راکتورهای قدرت و راکتورهای تحقیقاتی هستند. راکتورهای قدرت مولد برق بوده و راکتورهای تحقیقاتی برای تحقیقات هسته‌ای پایه ، مطالعات کاربردی تجزیه‌ای و تولید ایزوتوپها مورد استفاده قرار می گیرند.
کاربردها
استفاده از نیروی هسته‌ای از 40 سال پیش آغاز شد و اینک این نیرو همان اندازه از برق جهان را تأمین می‌کند که 40 سال پیش بوسیله تمام منابع انرژی تأمین می‌شد. حدود دو سوم از جمعیت جهان در کشورهایی زندگی می‌کنند که نیروگاههای هسته‌ای آنها در زمینه تولید برق و زیر ساختهای صنعتی نقش مکمل را ایفا می‌کنند. نیمی از مردم جهان در کشورهایی زندگی می‌کنند که نیروگاههای هسته‌ای در آنها در حال برنامه‌ریزی و یا در دست ساخت هستند.

به این ترتیب ، توسعه سریع نیروی هسته‌ای جهان مستلزم بروز هیچ تغییر بنیادینی نیست و تنها نیازمند تسریع راهبردهای موجود است. امروزه حدود 440 نیروگاه هسته‌ای در 31 کشور جهان برق تولید می‌کنند. بیش از 15 کشور از مجموع این تعداد در زمینه تأمین برق خود تا 25 درصد یا بیشتر ، متکی به نیروی هسته‌ای هستند. در اروپا و ژاپن سهم نیروی هسته‌ای در تأمین برق بیش از 30 درصد است، در آمریکا نیروی هسته‌ای 20 درصد از برق را تأمین می‌کند. در سرتاسر جهان ، دانشمندان بیش از 50 کشور از حدود 300 راکتور تحقیقاتی استفاده می‌کنند تا: درباره فناوریهای هسته‌ای تحقیق کرده و برای تشخیص بیماری و درمان سرطان ، رادیوایزوتوپ تولید کنند.

همچنین در اقیانوسهای جهان راکتورهای هسته‌ای نیروی محرکه بیش از 400 کشتی را بدون اینکه به خدمه آن و یا محیط زیست آسیبی برسانند، تأمین می‌کنند. دوره پس از جنگ سرد ، فعالیت جدیدی برای حذف مواد هسته‌ای از تسلیحات و تبدیل آن به سوخت هسته‌ای غیر نظامی آغاز شد. انرژی هسته‌ای کاربردهای زیاد در پزشکی در علوم و صنعت و کشاورزی و ... دارد. لازم به ذکر است انرژی هسته‌ای به تمامی انرژیهای دیگر قابل تبدیل است، ولی هیچ انرژی به انرژی هسته‌ای تبدیل نمی‌شود. موارد زیادی از کاربردهای انرژی هسته‌ای در زیر آورده می‌شود.
نیروگاه هسته‌ای


نیروگاه هسته‌ای (Nuclear Power Stotion) یک نیروگاه الکتریکی که از انرژی تولیدی شکست هسته اتم اورانیوم یا پلوتونیم استفاده می‌کند. 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 هسته‌ای اساسا گرما تولید می‌کند، از گرمای تولید شده راکتورهای هسته‌ای برای تولید بخار استفاده می‌شود. از بخار تولید شده برای به حرکت در آوردن توربینها و ژنراتورها که نهایتا برای تولید برق استفاده می‌شود.

بمبهای هسته‌ای


این نوع بمبها تا حالا قویترین بمبهای و مخربترینهای جهان محسوب می‌شود. دارندگان این نوع بمبها جزو قدرتهای هسته‌ای جهان محسوب می‌شود.

پیل برق هسته‌ای Nuelear Electric battery


پیل هسته‌ای یا اتمی دستگاه تبدیل کننده انرژی اتمی به جریان برق مستقیم است، ساده‌ترین پیلها) شامل دو صفحه است. یک پخش کننده بتای خالص مثل استرنیوم 90 و یک هادی مثل سیلسیوم.
جریان الکترونهای سریعی که بوسیله استرنیوم منتشر می‌شود ازمیان نیم هادی عبور کرده و در حین عبور تعداد زیادی الکترون اضافی را از نیم هادی جدا می‌کند که در هر حال صدها هزار مرتبه زیادتر از جریان الکتریکی حاصل از ایزوتوپ رادیواکتیو استرنیوم 90 می‌باشد.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
کاربردهای پزشکی


در پزشکی تشعشعات هسته‌ای کاربردهای زیادی دارند که اهم آنها عبارتند از:

رادیو گرافی
گاما اسکن
استرلیزه کردن هسته‌ای و میکروب زدایی وسایل پزشکی با پرتو‌های هسته‌ای
رادیو بیولوژی
کاربردهای کشاورزی


تشعشعات هسته‌ای کاربردهای زیادی در کشاورزی دارد که مهمترین آنها عبارتست از:

موتاسیون هسته‌ای ژنها در کشاورزی
کنترل حشرات با تشعشعات هسته‌ای
جلوگیری از جوانه زدن سیب زمینی با اشعه گاما
انبار کردن میوه‌ها
دیرینه شناسی (باستان شناسی) و صخره شناسی (زمین شناسی) که عمر یابی صخره‌ها با C14 در باستان شناسی خیلی مشهور است.
کاربردهای صنعتی


در صنعت کاربردهای 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
شکافت



در واکنشهای شکافت هسته‌ای مقادیر زیادی نیز انرژی آزاد می‌گردد (در حدود 200Mev)، اما مسئله مهمتر اینکه نتیجه شکستن هسته 235U ، آزادی دو نوترون است که می‌تواند دو هسته دیگر را شکسته و چهار نوترون را بوجود آورد. این چهار نوترون نیز چهار هسته 235U را می‌شکند. چهار هسته شکسته شده تولید هشت نوترون می‌کنند که قادر به شکستن همین تعداد هسته اورانیوم می‌باشند. سپس شکست هسته‌ای و آزاد شدن نوترونها بصورت زنجیروار به سرعت تکثیر و توسعه می‌یابد. در هر دوره تعداد نوترونها دو برابر می‌شود، در یک لحظه واکنش زنجیری خود بخودی شکست هسته‌ای شروع می‌گردد. در واکنشهای کنترل شده هسته‌ای تعداد شکست در واحد زمان و نیز مقدار انرژی بتدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه ثابت نگهداشته می‌شود.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
انرژی شکافت هسته‌ای


کشف انرژی هسته‌ای در جریان جنگ جهانی دوم صورت گرفت و اکنون برای شبکه برق بسیاری از کشورها هزاران کیلو وات تهیه می کند (نیرو گاه هسته ای). بحران انرژی بر اثر بالارفتن قیمت نفت در سال 1973 استفاده از انرژی شکافت هسته‌ای بیشتر وارد صحنه کرد. در حال حاضر ممالک اروپایی انرژی هسته‌ای را تنها انرژی می‌داند. که می‌تواند در اکثر موارد جایگزین نفت شود. استفاده از انرژی شکافت هسته‌ای که بر روی یک ماده قابل احتراق کانی که بصورت محدود پایه گذاری می‌شود. برای سایر کشورها خطرات بسیار دارد در حال حاضر تولید الکتریسته با استفاده از شکافت هسته‌ای کنترل شده به میزان زیادی توسعه یافته و مورد قبول واقع شده است. تولید انرژی هسته‌ای در کشورهای توسعه یافته بخش مهمی از طرح انرژی ملی را تشکیل می‌دهد.

انرژی بستگی هسته‌ای


می‌توان تصور کرد که جرم هسته ، M ، با جمع کردن Z (تعداد پروتونها) ضربدر جرم پروتون و N تعداد نوترونها ضربدر جرم نوترون بدست می‌آید.





M = Z×Mp + N×Mn



از طرف دیگر M همیشه کمتر از مجموع جرمهای تشکیل دهنده‌های منزوی هسته است. این اختلاف به توسط فرمول انیشتین توضیح داده می‌شود که رابطه بین جرم و انرژی هم ارزی جرم و انرژی را برقرار می‌سازد. اگر یک دستگاه مادی دارای جرم باشد در این صورت دارای انرژی کلی E است. E = M C2 که در آن C سرعت نور در خلا و M جرم کل هسته مرکب از نوکلئونها و E مقدار انرژیی است که در اثر فروپاشی جرم M تولید می‌شود. بنابر این اصول انرژی هسته‌ای بر آزاد سازی انرژی پیوندی هسته استوار است. هر سیستمی که دارای انرژی پیوندی بیشتر باشد پایدار می‌باشد. در واقع جرم مفقود شده در واکنشهای هسته‌ای طبق فرمول E = M C2 به انرژی تبدیل می‌شود. پس انرژی بستگی اختلاف جرم هسته و جرم نوکلئونهای تشکیل دهنده آن است، که معرف کاری است که باید انجام شود تا نوکلئونها از هم جدا شوند.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]مواد شکافتنی


مواد ناپایدار برای اینکه به پایداری برسند، انرژی گسیل می‌کنند تا به حالت پایدار برسد. معمولا عناصری شکافت پذیر هستند که جرم اتمی آنها بالای 150 باشد ،235U و 238U در معادن یافت می‌شود. 99.3 درصد اورانیوم معادن 238U می‌باشد.و تنها 7% آن 235U می‌باشد. از طرفی 235U با نوترونهای کند پیشرو واکنش نشان می‌دهد. 238Uتنها با نوترونهای تند کار می‌کند، البته خوب جواب نمی‌دهد. بنابر این در صنعت در نیروگاههای هسته‌ای 235U به عنوان سوخت محسوب می‌شود. ولی به دلایل اینکه در طبیعت کم یافت می‌شود. بایستی غنی سازی اورانیوم شود، یعنی اینکه از 7 درصد به 1 الی 3 درصد برسانند.

شکافت 235U


در این واکنش هسته‌ای وقتی نوترون کند بر روی 235U برخورد می کند به 236U تحریک شده تبدیل می‌شود. نهایتا تبدیل به باریوم و کریپتون و 3 تا نوترون تند و 177 Mev انرژی آزاد می‌شود. پس در واکنش اخیر به ازای هر نوکلئون حدود 1 Mev انرژی آزاد می‌شود. در واکنشهای شیمیایی مثل انفجار به ازای هر مولکول حدود 30 Mev انرژی ایجاد می‌شود. لازم به ذکر است در راکتورهای هسته‌ای که با نوترون کار می‌کند، طبق واکنشهای به عمل آمده 2 الی3 نوترون سریع تولید می‌شود. حتما این نوترونهای سریع باید کند شوند.

شوخت هسته ای
پلوتونیوم یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی 92 و جرم اتمی 239 که اولین بار طی واکنش کنترل شده شکست هسته اورانیوم تهیه ‏گردید. کاربردهای انرژی هسته ای به وسیله بشر با اورانیوم 235 شروع شد. که مهمترین سوخت هسته ای بوده و هست.‏


سوخت هسته ای اورانیوم:‏



اگر ایزوتوب اورانیوم 235 ( موجود در اورانیوم طبیعی ) قابل شکست نمی بود حتی با داشتن کوهی از اورانیوم طبیعی کسی ‏نمی توانست از انرژی نهانی آن استفاده نماید. این ایزوتوپ به وسیله نوترون هایی با هر مقدار انرژی به خوبی شکسته می شود.‏

فلز طبیعی اورانیوم محتوی مقادیر بسیار کمی از آن است. فقط 0.7 درصد باقیمانده درصد اورانیوم طبیعی شامل 99.3 ‏درصد اورانیوم 238 می باشد که فقط به وسیله نوترون های سریع شکسته می شود.‏

اورانیوم 238 به طور بسیار موثری نوترون های کند با انرژی یک تا ده الکترون ولت را جذب می کند.

سوخت هسته ای پلتونیوم:‏



اگر نوترون های پر انرزی حاصل از شکست اورانیوم 235 را به کمک کند کننده هایی از جمله گرافیت ، آب معمولی یا ‏آب سنگین یا مواد دیگر به این مقدار انرژی (1 تاev 10) کند کنیم، معجزه شروع می شود. هسته اورانیوم 238 چنین نوترون ‏های آهسته ای را جذب می کند. سپس تحریک و تجزیه شده و بالاخره به پلتیونیوم با نیم عمر 24.4 سال تبدیل می شود.

نکته قابل توجه این که اورانیوم 235 هم به وسیله نوترون های سریع و هم آهسته شکسته می شود. بدین ترتیب در حین ‏مصرف اورانیوم 235 در راکتور ، مقدار معینی اورانیوم 238 (غیر قابل شکست در عمل ) به پلتونیوم 239 ( قابل شکست ) ‏تبد یل می شود.

در روش فوق در طی مصرف تدریجی اورانیوم 235 (0.7 درصد) و پلتونیوم 239 که به طور غیر راکتور هسته ای ، ‏تبدیل مقدار قابل ملاحظه ای از اورانیوم 238 طبیعی به سوخت هسته ای مناسب ممکن می گردد.‏

پلتونیوم 238 خالص یک سم قوی است و به سادگی در هوا آتش می گیرد و در حین تجزیه ذرات آلفایی با انرژی حدود Mev‏ 5 آزاد می کند. ‏

ورود پلتونیوم بویژه در ارگانیسوم انسان یا حیوان خطرناک می باشد. زیرا نمی تواند به وسیله اعمال طبیعی از بدن خارج ‏شود. پلتونیوم در بدن ، به طور شدیدی اشعه گاما ساطع کرده و باعث بیماری های تشعشعی حاد و یا حتی مرگ می شود. ‏

کاربردهای سوخت هسته ای:



در راکتور هسته ای از این مواد جهت تامین انرژی گداخت هسته ای وشکافت هسته های سنگین استفاده می شود.‏

در نیروگاه هسته ای جهت تولید انرژی هسته ای و راه اندازی ژنراتورها ، موتورها و دیناموها به کار برده می شود.‏

در صنایع نظامی کاربرد وسیعی داشته و در ساخت مهمات و سلاحهای پرقدرت از جمله انواع چاشنی ها ، راکت ها ، نارنجک ها ، ‏زیر دریایی های هسته ای ، سفینه های فضایی ، موشکهای دور برد و بمب های هسته ای استفاده فراوان می شود.

چرخه ی سوخت هسته ای
انرژى هسته‌اى با توجه به ویژگىهاى حیرت انگیزش در آزاد سازى حجم بالایى از انرژى در قبال از میان رفتن مقادیر ناچیزى از جرم ، به عنوان جایگزین سوختهاى پیر فسیلى که ناجوانمردانه در حال بلعیده شدن هستند، مطرح شده است. ایران نیز با وجود منابع گسترده نفت و گاز به دلیل کاربردهاى بهترى که سوختهاى فسیلى نسبت به سوزانده شدن در کوره‌ها و براى تولید حرارت دارند، براى دستیابى به این نوع از انرژى تلاشهایى را از سالهاى دور داشته است و در سالهاى پس از انقلاب همواره مورد اتهام واقع شده که هدف اصلیش نه فناورى صلح آمیز که رسیدن به فناورى تسلیحات هسته‌اى است.

چرخه سوخت هسته‌اى شامل مراحل استخراج ، آسیاب ، تبدیل ، غنى سازى ، ساخت سوخت باز تولید و راکتور هسته‌اى است و به یک معنا کشورى که در چرخه بالا به حد کاملى از خودکفایى و توسعه رسیده باشد با فناورى تولید سلاحهاى هسته‌اى فاصله چندانى ندارد.
استخراج


در فناورى هسته‌اى ، خواه صلح آمیز باشد یا نظامى ، ماده بنیادى مورد نیاز، اورانیوم است. اورانیوم از معادن زیر زمینى و همچنین حفاریهاى روباز قابل استحصال است. این ماده به رغم آنکه در تمام جهان قابل دستیابى است، اما سنگ معدن تغلیظ شده آن به مقدار بسیار کمى قابل دستیابى است. زمانى که اتمهاى مشخصى از اورانیوم در یک واکنش زنجیره‌اى دنباله دار که به دفعات متعدد تکرار شده ، شکافته مى‌شود، مقادیر متنابهى انرژى آزاد مى‌شود، به این فرآیند شکافت هسته‌اى مى‌گویند.

فرآیند شکاف در یک نیروگاه هسته‌اى به آهستگى و در یک سلاح هسته‌اى با سرعت بسیار روى مى‌دهد، اما در هر دو حالت باید به دقت کنترل شوند. مناسبترین حالت اورانیوم براى شکافت هسته‌اى ایزوتوپهاى خاصى از 235U (یا 239Pu) است. ایزوتوپ ها ، اتمهاى یکسان با تعداد نوترونهاى متفاوت هستند. به هرحال 235U به دلیل تمایل باطنى به شکافت در واکنشهاى زنجیرى و تولید انرژى حرارتى به عنوان «ایزوتوپ شکافت» شناخته شده است.

هنگامى که اتم 235U شکافته مى‌شود دو یا سه نوترون آزاد مى‌کند. این نوترونها با سایر اتمهاى 235U برخورد کرده و باعث شکاف آنها و تولید نوترونهاى جدید مى‌شود. براى روى دادن یک واکنش هسته‌اى به تعداد کافى از اتمهاى 235U براى امکان ادامه یافتن این واکنشها بصورت زنجیرى و البته خودکار نیاز است. این جرم مورد نیاز به عنوان «جرم بحرانى» شناخته مى‌شود. باید توجه داشت که هر 1000 اتم طبیعى اورانیوم شامل تنها حدود هفت اتم 235U ، یعنی (0.7 درصد) بوده و 993 اتم دیگر از نوع 238U هستند که اصولا کاربردى در فرآیندهاى هسته‌اى ندارند.

تبدیل اورانیوم


سنگ معدن اورانیوم استخراج شده در آسیاب خرد و ریز شده و به پودر بسیار ریزى تبدیل مى‌شود. پس از آن طى فرآیند شیمیایى خاصى خالص سازى شده و بصورت یک حالت جامد به هم پیوسته که از آن به عنوان «کیک زرد» (yellow cake) یاد مى‌شود، درمى‌آید. کیک زرد شامل 70 درصد اورانیوم بوده و داراى خواص پرتوزایى (radioactive) است. هدف پایه‌اى دانشمندان هسته‌اى از فرآیند غنى سازى افزایش میزان اتمهاى 235U است که براى این هدف اورانیوم باید اول به گاز تبدیل شود.

با گرم کردن اورانیوم تا دماى 64 درجه سانتیگراد حالت جامد به گاز هگزا فلوئورید اورانیوم (UFG) تبدیل مى‌شود. هگزافلوئورید اورانیوم خورنده و پرتوزا است و باید با دقت جابجا شود، لوله‌ها و پمپها در کارخانه‌هاى تبدیل کننده بصورت ویژه‌اى از آلیاژ آلومینیوم و نیکل ساخته مى‌شوند. گاز تولیدى همچنین باید از نفت و روغنهاى گریس به جهت جلوگیرى از واکنشهاى ناخواسته شیمیایى دور نگه داشته شود.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]غنى سازى اورانیوم


هدف غنى سازى مشخصا افزایش میزان 235U _ ایزوتوپ شکافت _ است. اورانیوم مورد نیاز در مصارف صلح آمیز نظیر راکتورهاى هسته‌اى نیروگاهها باید شامل دو تا سه درصد 235U باشد، اما اورانیوم مورد نیاز در تسلیحات اتمى باید شامل بیش از نود درصد 235U باشد. شیوه متداول غنى سازى اورانیوم سانتریفوژ کردن گاز است. در این روش هگزافلوئورید اورانیوم در یک محفظه استوانه‌اى با سرعت بالا در شرایط گریز از مرکز قرار مى‌گیرد. این کار باعث جدا شدن ایزوتوپهاى با جرم حجمى بالاتر از 235U مى‌شود (238U). 238U در طى فرآیند گریز از مرکز به سمت پائین محفظه کشیده شده و خارج مى‌شود، اتمهاى سبکتر 235U از بخش میانى محفظه جمع آورى و جدا مى شود.

235U تجمع یافته پس از آن به محفظه‌هاى گریز از مرکز بعدى هدایت مى‌شود. این فرآیند بارها در میان زنجیرى از دستگاههاى گریز از مرکز در کنار هم چیده شده تکرار مى‌شود تا خالصترین میزان اورانیوم بسته به کاربرد آن به دست آید. از اورانیوم غنى شده در دو نوع سلاح هسته‌اى استفاده مى‌شود، یا بصورت مستقیم در بمبهاى اورانیومى و یا طى چند مرحله در بمبهاى پلوتونیومى مورد استفاده قرار مى گیرد.
بمب اورانیومى


هدف نهایى طراحان بمبهاى هسته‌اى رسیدن به یک جرم «فوق بحرانى» است که باعث ایجاد یک سرى واکنشهاى زنجیره‌اى به همراه تولید حجم بالایى از حرارت مى‌شود. در یکى از ساده‌ترین نوع طراحى این بمبها یک جرم زیر بحرانى کوچکتر به جرم بزرگترى شلیک مى‌شود و جرم ایجاد شده باعث ایجاد یک جرم فوق بحرانى و به تبع آن یک سرى واکنشهاى زنجیره‌اى و یک انفجار هسته‌اى مى‌شود. کل این فرآیند در کمتر از یک دقیقه رخ مى‌دهد. براى ساخت سوخت براى یک بمب اورانیومى هگزافلوئورید اورانیوم فوق غنى شده در ابتدا به اکسید اورانیوم و سپس به شمش فلزى اورانیوم تبدیل مى‌شود.

میزان انرژى آزاد شده ناشى از شکافت هسته‌اى را به کمک یک فناورى تقویتى افزایش مى‌دهند. این فناورى شامل کنترل و بکار گیرى خواص همجوشى یا گداخت هسته‌اى است. در همجوشى هسته‌اى شاهد بهم پیوستن ایزوتوپهایى از هیدروژن و پس از آن تشکیل یک اتم هلیوم هستیم. به دنبال این واکنش مقادیر قابل توجهى گرما و فشار آزاد مى شود. از سوى دیگر همجوشى هسته اى سبب تولید نوترونهاى بیشتر و تغذیه واکنش شکافت شده و انفجار بزرگترى را ترتیب مى‌دهد. برخى تجهیزات این فناورى تقویتى به عنوان بمب هیدروژنى و سلاحهاى هسته‌اى _ حرارتى (Thermonuclear) شناخته مى‌شوند.

راکتورهاى هسته‌اى


راکتورها داراى کاربردهاى کاملا دوگانه هستند. در مصارف صلح آمیز با بهره گیرى از حرارت تولیدى در شکافت هسته‌اى کار مى‌کنند. این حرارت جهت گرم کردن آب ، تبدیل آن به بخار و استفاده از بخار براى حرکت توربینها بهره گرفته مى‌شود. همچنین اگر قصد ساخت بمبهاى پلوتونیومى در کار باشد نیز اورانیوم غنى شده را به راکتورهاى هسته‌اى منتقل مى‌کنند. در نوع خاصى از راکتورهاى هسته‌اى از اورانیوم غنى شده به شکل قرصهایى به اندازه یک سکه و ارتفاع یک اینچ بهره مى‌گیرند. این قرصها بصورت کپسولهاى میله‌اى شکل صورت بندى شده و درون یک محفظه عایق ، تحت فشار قرار داده مى‌شوند.

در بسیارى از نیروگاههاى هسته‌اى این میله‌ها جهت خنک شدن درون آب غوطه‌ور هستند. روشهاى دیگر خنک کننده نیز نظیر استفاده از دى اکسیدکربن یا فلز مایع هستند. براى کارکرد مناسب یک راکتور (مثلا تولید حرارت با کمک واکنش شکافت) هسته اورانیومى باید داراى جرم فوق بحرانى باشد، این بدین معناست که مقدار کافى و مناسبى از اورانیوم غنى شده جهت شکل گیرى یک واکنش زنجیرى خود به خود پیش رونده موردنیاز است.

براى تنظیم و کنترل فرآیند شکافت میله‌هاى کنترل کننده از جنس موادى نظیر گرافیت با قابلیت جذب نوترونهاى درون راکتور وارد محفظه مى شوند. این میله‌ها با جذب نوترونها باعث کاهش شدت فرآیند شکافت مى‌شوند. در حال حاضر بیش از چهارصد نیروگاه هسته‌اى در جهان وجود دارند و 17 درصد الکتریسیته جهان را تولید مى کنند. راکتورها همچنین در کشتیها و زیردریاییها کاربرد دارند.

باز پردازش


باز پردازش یک عملیات شیمیایى است که سوخت کارکردى را از زباله‌هاى اتمى جدا مى‌کند. در این عملیات میله سوخت مصرف شده ، غلاف بیرونى فلزى خود را در قبال حل شدن در اسید نیتریک داغ از دست مى‌دهد. محصولات این عملیات که در راکتور مورد استفاده دوباره قرار مى‌گیرد، شامل 96 درصد اورانیوم ، سه درصد زباله اتمى به شدت پرتوزا و یک درصد پلوتونیوم است.

همه راکتورهاى هسته‌اى پلوتونیوم تولید مى‌کنند، اما انواع نظامى آنها بصورت کاملا بهینه‌ترى نسبت به سایر انواع راکتور این کار را انجام مى‌دهند. یک واحد باز پردازش و یک راکتور جهت تولید مقدار کافى پلوتونیوم مى‌توانند به صورت نامحسوسى در یک ساختمان عادى جاسازى شوند.این مسئله باعث مى شود استخراج پلوتونیوم با کمک باز پردازش به گزینه‌اى جذاب براى هر کشورى که به دنبال برنامه‌هاى غیرقانونى سلاحهاى اتمى است، تبدیل شود.

بمب پلوتونیومی


پلوتونیوم مزیتهاى متعددى نسبت به اورانیوم به عنوان جزیى از سلاحهاى اتمى دارد. تنها حدود چهار کیلوگرم پلوتونیوم براى ساخت یک بمب موردنیاز است، همچنین براى تولید 12 کیلوگرم پلوتونیوم در هر سال تنها به یک واحد کوچک باز پردازش نیاز است. یک کلاهک هسته‌اى شامل یک کره پلوتونیوم ، احاطه شده توسط پوسته‌اى از فلز، مثلا بریلیوم ، است که نوترونها را به فرآیند شکاف باز مى‌گرداند. این مسئله باعث مى‌شود مقدار کمترى پلوتونیوم براى رسیدن به جرم بحرانى و ایجاد یک واکنش شکافت زنجیره‌اى مورد نیاز باشد.

به هرحال یک گروه تروریستى براى دسترسى به پلوتونیوم از راکتورهاى هسته‌اى غیرنظامى داراى مشکلات کمترى نسبت به دسترسى به اورانیوم غنى شده جهت ایجاد یک انفجار هسته‌اى هستند. کارشناسان معتقدند که بمبهاى عمل آورى شده پلوتونیوم مى‌تواند با تخصصى کمتر از آنچه که توسط فرقه «آئوم» در حمله با گاز اعصاب به مترو توکیو (1995) بکار گرفته شد، طراحى و جمع آورى شود. یک انفجار هسته‌اى از این نوع مى‌تواند با نیروى معادل یکصد تنی TNT منفجر شود؛ بیست بار قویتر از بزرگترین حمله تروریستى تاریخ می‌باشد.

[hlpmostafa]

انرژی هسته ای به زبان ساده

به نظر عجيب مي رسد كه يك نيروگاه هسته اي نزديك نيروگاه بزرگ زغال سوز از توربينهاي بخاري براي حركت الترناتورها وتوليدالكتريسيته استفاده كند.در صورتي كه تنها تفاوت در نوع منبع توليد حرارت انهاست.در مركز هر نيروگاه هستهاي يك راكتور قرار دارد.راكتور ظرف بزرگي است كه در ان گرما به مقدار بسيار زياد در اثر واكنشهايي به نام شكافت هسته توليد مي شود.گرماي حاصل از شكافت هسته براي توليد بخار و حركت تور بينها به كار مي رود.

براي درك پديده شكافت هسته لازم است كه اطلاعاتي درباره خود اتم داشته باشيم.

اجسام از اتمهايي ساخته شده است . اتمها آن اندازه كوچكند كه نمي توان آنها را ديد. در يك قطره آب ميليونها اتم وجود دارد. مدتها دانشمندان بر اين باور بودند كه اتم كوچكترين جزئي است كه وجود دارد واژه اتم يك كلمه يوناني است به معني تجزيه ناپذير كه نمي توان آن را تقسيم كرد. بهرحال در سال 1905 آلبرت انيشتين نظريه مشهوري را اعلام كرد او گفت: كه اگر اتمي را بتوانيم به روشي تغيير دهيم و يا بشكافيم مقدار بسيار زيادي انرژي آزاد خواهد شد. اولين دانشمندي كه توانست اتم را بشكافد و موفق به اين كار شد ارنست رادرفورد بود. اين آزمايش مشهور در آزمايشگاه كاونديش در كمبريج در سال 1919 انجام شد. از اين پس رادرفورد و ديگر دانشمندان به تحقيق پرداختند تا ثابت كنند كه اتمها خود از ذره هاي كوچكتر و يا از ذرات بنيادي ساخته شده اند. ما اكنون مي دانيم كه قسمت عمده هر اتم را فضاي خالي تشكيل مي دهد در مركز هر اتم هسته قرار دارد. در اطراف هسته يك يا چند الكترون كوچك و مشابه همواره در مدارهايي دوران مي كنند. هسته ها از پروتونها و نوترونها ساخته شده اند. هيدروژن گاز بسيار سبك وزني است و اتمها ي آن ساده ترين اتمها ست. هر اتم هيدروژن از يك پروتون كه هسته اتم است و يك الكترون تشكيل شده است. در مقابل اورانيم فلز بسيار سنگيني است. هر اتم اورانيم داراي 92 پروتون و بيش از يكصد نوترون در هسته است و 92 الكترون در مدارهاي آن حركت مي كنند. اورانيم تنها ماده طبيعي است كه پديده شكافت در آن به آساني صورت مي گيرد. هنگامي كه يك نوترون به هسته يك اتم آن برخورد كند اين هسته به دو جزء تقريبا" مساوي تقسيم مي شود، اين اجزاء با سرعت زيادي تقسيم مي شوند و همزمان دو يا سه نوترون آزاد مي شود و باعث شكسته شدن اتمهاي ديگر اورانيم مي شوند. هنگامي كه اين نوترونها با هسته اتمها برخورد كنند شكافتهايي جديد صورت مي گيرد و مقدار بسيار زيادي گرماتوليد مي شود. اين عمل را واكنش زنجيري مي ناميم كه در نتيجه انرژي آزاد مي شود . همانطوري كه در پديده شكافت گرما توليد مي شود، راديو اكتيو نيز ظاهر مي گردد پرتوهاي مواد راديو اكتيو خطرناك و قابليت نفوذ زيادي دارند ورقه كلفت فولاد و ديواره هاي بتوني كه در مركز رآكتور به يكديگر متصل شده اند قرار مي دهند همانطور كه بايد بتوانيم ميزان حرارتي را در اجاق گاز كم و زياد كنيم لازم است كه بتوانيم شكاف هسته را نيز كنترل كنيم اين عمل نظارت و كنترل بوسيله ميله هايي از جنس بر يا كادميمم كه درون راكتور قرار مي گيرند انجام مي شود. اين ميله ها نوترونها را جذب مي كنند و سرعت واكنش زنجيري را كاهش مي دهند اگر دماي رآكتور بالا رود و گرماي بيش از حد توليد شود ميله ها كاملا" به طرف برده مي شوند و واكنشهاي رآكتور كاملا" متوقف مي گردد بايد بتوان گرماي حاصل از درون رآكتور را خارج كنيم و اين خيلي مهم است براي انجام اين كار مايع يا گازي را به درون رآكتور مي فرستيم گرماي حاصله مي تواند آب را در مبدلهاي حرارتي بجوش آورد عمل آن نظير آبگرمكن كوچك خانه شما است كه آب گرم حمام شما را تامين مي كند. در نيروگاهها مبدلهاي حرارتي آب را به جوش مي آورند و بخار حاصل از آن براي حركت توربين استفاده مي شود. توربين ها، آلترناتورها را به حركت در مي آورند و الكتريسيته توليد مي شود نظير همه نيروگاهها كه مواد زائدي از سوختهاي آنها حاصل مي شود رآكتورها نيز مواد زائدي توليد مي كنند و نظر به اينكه خاصيت راديو اكتيويته اين مواد براي سالهاي سال باقي مي ماند بايد با نهايت مراقبت آنها را جابجا كرد.

دانشندان اكنون روي اين برنامه كار مي كنند كه مواد زائد را بصور ت قالبهاي شيشه اي درآورند و جمع آوري و نگهداري كنند. دانشمندان اميدوارند كه در آينده واكنش همجوشي را جانشين واكنش شكافي نمايند. در واكنش هم جوشي اتمهاي سبك مانند هيدروژن با يكديگر تركيب مي شوند و مقدار بسيار زيادي انرژي توليد مي كنند، در اين نوع واكنش پس مانده بوجود نمي آيد. شايد روزي دانشمندان اين مسئله را حل كنند. هنگامي كه آنها توفيق اين كار را بيابند مردم جهان به يك منبع انرژي بي پايان دست خواهند يافت. اورانيم كمياب است و استخراج آن گران تمام مي شود وليكن هيچگاه كمبود هيدروژن نخواهيم داشت و تا زماني كه آب كه تركيبي از اكسيژن و هيدروژن است موجود باشد مشكلي از نظر هيدروژن نداريم.

[hlpmostafa]

شکافت هسته ای القا شده در اورانیوم


[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

سه نکته در شکافت القا شده اورانیوم 235 وجود دارد که آن را جالب توجه می‌کند:

الف: فرآیند جذب نوترون و شکسته شدن هسته بسیار سریع است. زمان این واکنش از مرتبه پیکو ثانیه است، یعنی 10-12 ثانیه یا یک میلیون میلیونیم ثانیه!

ب: زمانی که یک اتم شکسته می‌شود، مقدار بسیار زیادی انرژی آزاد می‌شود که باور نکردنی است. این انرژی به صورت گرما و تابش امواج الکترومغناطیسی آزاد می‌شود که بخش اعظم انرژی به صورت پرتوهای گاما و X است؛ البته دو اتمی که در نتیجه شکافت به وجود آمده اند ( کریپتون وباریم ) نیز تابش بتا و گاما ساطع می‌کنند. انرژی فراوان شکسته شدن هسته، از تفاوت جرم محصولات شکافت هسته ای و جرم هسته اولیه به دست می‌آید. مجموع جرم محصولات فرآیند شکافت جرم محصولات فرآیند شکافت از جرم هسته اولیه کمتر است و طبق معادله مشهور E=mc2، این مقدار انرژی به دست می‌آید.
در اثر شکافت هسته اتم u-235، انرژی زیادی از مرتبه 200meV ( بخوانید دویست مگا الکترون ولت ) آزاد می‌شود. هر الکترون ولت معادل 19-10 *602/1 ژول انرژی است، پس انرژی شکافت از مرتبه سی پیکوژول است ( 11-10 *3 ژول )؛ ولی اگر توان فرآیند شکافت را محاسبه کنیم، می‌بینیم که:
P=3*10-11J/10-12s=30vv
شاید توان 30 وات برای یک اتم خیلی چشمگیر نباشد ( که بسیار زیاد است )، ولی توجه داشته باشید که نیم کیلو گرم اورانیوم 235 شامل 1024 اتم است! این نیم کیلوگرم از یک توپ بیسبال هم کوچکتر است! اگر اورانیوم به مقدار کافی غنی شده باشد، انرژی حاصل از شکافت آن معادل انرژی حاصل از سوختن کامل 3780 متر مکعب گازوئیل است که فضایی معادل یک خانه شش طبقه را اشغال می‌کند. احتمالا اکنون می‌توانید تصوری از انرژی نهفته در مقدار اندکی اورانیوم داشته باشید. البته ذکر این نکته ضروری است که برای استفاده از این خصوصیات u-235، باید آن را غنی سازی کرد و درصد این ایزوتوپ را در سوخت افزایش داد. یک نمونه غنی شده اورانیوم باید حداقل 2 تا 3 درصد u-235 داشته باشد. غنی سازی 3 درصد برای استفاده در یک رآکتور هسته ای غیر نظامی کافی است، در حالی که اورانیوم مورد استفاده در تسلیحات هسته ای دارای غنی سازی بیش از 90 درصد است.

ج: احتمال آنکه u-235، نوترونی را که از کنارش عبور می‌کند جذب کند بسیار بالا است. همان طور که اشاره شد، در فرآیند شکافت هسته ای بسته به چگونگی شکسته شدن اتم بین 2 تا 3 نوترون آزاد می‌شود. اگر در محیط هیچ اورانیوم 235 دیگری وجود نداشته باشد، نوترونهای آزاد شده به صورت تابش های نوترونی در فضا پراکنده می‌شوند. ولی اگر این اتم بخصوص شکافته شده بخشی از یک جرم اورانیوم 235 باشد، یعنی اتمهای u-235 دیگری هم در اطراف وجود داشته باشند، آنگاه سه حالت ممکن است روی دهد.
1- اگر به طور متوسط، از هر شکافت دقیقا یک نوترون آزاد به هسته u-235 دیگری برخورد کند و موجب شکافت آن شود، گفته می‌شود که جرم اورانیوم، جرم بحرانی است. دریک دمای پایدار، جرم بحرانی احتمالی حتماً وجود خواهد داشت.
2- اگر به طور متوسط، کمتر از یک نوترون آزاد به هسته u-235 دیگری برخورد کند و موجب شکافت آن شود، گفته می‌شود که جرم اورانیوم، زیر بحرانی است. در چنین جرمی، شکافت القایی نهایتا متوقف می‌شود.
3- اگر به طور متوسط، بیش از یک نوترون آزاد به هسته u-235 دیگری برخورد کند و موجب شکافت آن شود، گفته می‌شود که جرم اورانیوم فوق بحرانی است. در این حالت واکنش شکافت از کنترل خارج می‌شود و دما به سرعت بالا می‌رود.
میزان غنی بودن اورانیوم ( مقدار u-235 موجود در سوخت ) و هم چنین شکل توده، بحرانی بودن اورانیوم را کنترل می‌کند. وفرض کنید اورانیوم به صورت ورق های بسیار نازک باشد، در این صورت اغلب نوترونهای آزاد به جای آنکه به اتمهای u-235 برخورد کنند، در فضا پخش می‌شوند. کره، بهترین شکل ممکن برای بحرانی شدن است. مقدار اورانیوم 235 که باید به صورت یک کره جمع شود تا واکنش به صورت بحرانی پیش رود 900 گرم است. این مقدار به جرم بحرانی معروف است. در مورد پلوتونیوم 239، جرم بحرانی 283 گرم است!


[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

سنگ اورانیوم

[hlpmostafa]

بمب کثیف چگونه کار می‌کند؟

بمب کثیف یا بمب پخش کننده مواد رادیواکتیو از نظر تئوری بسیار ساده است: یک ماده منفجره معمولی مانند Tnt که همراه با مواد رادیواکتیو در یک محفظه قرار گرفته اند. این بمب نسبت به یک بمب هسته ای بسیار ساده تر، ارزان تر و البته کم اثرتر است، والبته هنوز از قابلیت تخریب انفجاری و آسیب های تشعشعی برخوردار است.
مواد منفجره از طریق گاز بسیار داغی که به سرعت منبسط می‌شود، موجب آسیب های تخریبی فراوانی می‌شوند. ایده اصلی بمب کثیف هم این است که به جای آنکه از این قدرت انبساطی گاز در جهت تخریب استفاده شود، به عنوان پخش کننده مواد خطرناک رادیواکتیو در سطحی وسیع استفاده شود. هنگامی که انفجار پایان یافت، مواد رادیواکتیو به صورت ابری از غبار در فضا پخش می‌شود که همراه با وزش باد، در سطحی وسیع تر از محل انفجار پراکنده می‌شود. اثر تخریبی طولانی مدت بمب، تشعشع یونیزه کننده مواد رادیواکتیو است. اتمها را یونیزه کند و مجموعه ای از یونهای مثبت و منفی را درون سلولها ایجاد کند. این پدیده در بدن انسان بسیار خطرناک است، زیرا جریان الکتریکی ناشی از حرکت یونها می‌تواند واکنش شیمیایی غیر طبیعی را در سلولها آغاز کند. علاوه بر اینها، این یونها ممکن است مولکولهای Dna را که حاوی کدهای ژنتیکی انسان هستند، مورد حمله قرار داده و آن را بشکنند. سلولی که رشته Dna آن شکسته شد، یا می‌میرد و یا مولکول Dna خودش را به شکل دیگری ترمیم می‌کند که با شکل پیشین خود متفاوت است و به آن جهش ژنتیکی می‌گویند. اگر بسیاری از سلولها بمیرند، بدن دچار بیماری های مختلف می‌شود. ولی اگر Dna جهش کند، سلول ممکن است سرطانی شود و سرطان در بدن پخش شود. تابش رادیواکتیو هم چنین می‌تواند در کارکرد سلول اختلال ایجاد کند که منجر به بروز علایمی می‌شود که از آن به بیماری تشعشع یاد می‌شود. بیماری تشعشع می‌تواند مرگ آور باشد، ولی مبتلایان به آن می‌توانند با درمان های پیشرفته از آن نجات پیدا کنند، بخصوص اگر پیوند مغز استخوان روی آنها صورت پذیرد.
تابش یونیز کننده از ایزوتوپ های رادیواکتیو ( رادیو ایزوتوپ‌ها ) ساطع می‌شوند. ایزوتوپ های رادیواکتیو، اتمهایی با هسته ناپایدار هستند که با گذشت زمان دچار واپاشی می‌شوند؛ به عبارت دیگر، آرایش پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته اتم و الکترونها در اطراف اتم به شکلی تغییر می‌کند که موجب می‌شود خصوصیات اتم تغییر کند. این واپاشی رادیواکتیو، انرژی فراوانی را در قالب تشعشع های یونیزه کننده آزاد می‌کند.
ما همیشه مقادیر اندکی از این تشعشع های یونیزه کننده را دریافت می‌کنیم که منشأ آنها طبیعی است: پرتوهای کیهانی که از فضا می‌آیند، ایزوتوپ های رادیواکتیو طبیعی، دستگاههای تابش X و مواردی از این دست. البته این تشعشع های طبیعی هم می‌توانند عامل بروز سرطان شوند، ولی احتمال ابتلا بسیار اندک است. چون ما در برابر مقادیر بسیار اندک آنها قرار داریم.
انفجار یک بمب کثیف، سطح این تشعشع را فراتر از مقدار معمول خود می‌برد و متناسب با آن، احتمال ابتلا به سرطان و بیماری تشعشع را افزایش می‌دهد. یک بمب کثیف بلافاصله تعداد زیادی از انسانها را نمی کشد، بلکه موجب می‌شود تعداد زیادی از انسانها در چند نسل به دلیل ابتلا به بیماری های لاعلاج جان بدهند.
انواع بمب های کثیف

طرح های مختلفی برای ساختن یک بمب کثیف وجود دارد. انواع مختلف مواد انفجاری در مقادیر متنوع، بمب هایی در ابعاد مختلف و با قابلیت های انفجاری متنوع پدید می‌آورند و انواع و مقادیر مختلف مواد رادیواکتیو، می‌تواند موجب آلودگی مناطق مختلف تا اندازه های مختلف شود. برخی از این طرح‌ها عبارتند از:
• یک بمب کوچک که شامل یک تکه دینامیت و مقدار بسیار کمی ماده رادیواکتیو است.
• یک بمب متوسط، همانند یک خودروی کوچک که پر از مواد منفجره و مقدار بیشتری ماده رادیواکتیو است.
• یک بمب بزرگ، همانند یک کامیون پر از مواد منفجره و مقادیر زیاد مواد رادیواکتیو.
• به دست آوردن مواد منفجره معمولاً کار سختی نیست، ولی دست یابی به مواد رادیواکتیو کار بسیار سختی است، زیرا فقط در مرکزهای حفاظت شده و اماکن تحقیقاتی وجود دراند. با این حال برخی منابع در سراسر جهان وجود دارند که از حفاظت خوبی بهره مند نیستند و ممکن است در آینده خطر ساز شوند.
1- در بیمارستانها مقادیر بسیار اندکی از مواد رادیواکتیو وجود دارد که در پزشکی هسته ای کاربرد دارد، همانند سنریوم 137
2- در دانشگاهها، مقادیر اندکی از مواد رادیواکتیو وجود دارد که در تحقیقات علمی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
3- مراکز پرتوتابی غذایی، از تابش های رادیواکتیو کبالت 60 استفاده می‌کنند تا باکتری های مضر روی غذا را نابود کنند.
4- معادن طبیعی اورانیوم در سراسر جهان وجود دارند و برخی از آنها که در آفریقا واقع شده اند، از حفاظت چندانی برخورد نیستند. اورانیوم طبیعی رادیواکتیو است، ولی غلظت آن در حدی نیست که مستقیماً در تهیه بمب های هسته ای مورد استفاده قرار گیرد.
5- مقادیر نسبتاً زیادی از باتری های هسته ای مصرف شده در سطح کشورهای اتحاد جماهیر شوروی سابق پخش شده است این مولد های قابل حمل گرما الکتریکی از مقادیر قابل توجهی استرونسیوم 90 برخوردار هستند که ایزوتوپ رادیواکتیو بسیار قدرتمندی است.
6- سوخت های هسته ای مصرف شده در راکتورهای روسی قدیمی که معمولاً در زیر دریایی های قدیمی و از کار افتاده هسته ای یافت می‌شود.
7- برخی مواد با رادیواکتیویته بسیار پایین هم در برخی وسایل زندگی روزمره یافت می‌شوند که جمع آوری آنها، می‌تواند نوعی تهدید به شمار آید. همانند مواد رادیواکتیو به کار رفته در حسگرهای هشدار دهنده رود.
آسیب های ناشی از بمب کثیف

9- جدای از این که بدانیم بمب کثیف چگونه تهیه می‌شود و خطر دست یابی سودجویان به آن چقدر زیاد است، پرسش مهم این است که اگر کسی چنین بمبی را منفجر کند، چه اتفاقی روی می‌دهد؟ پاسخ دقیقی برای این پرسش موجود نیست. شما می‌توانید از ده متخصص در این زمینه بپرسید و ده پاسخ متفاوت دریافت کنید. تعیین دقیق اثرات یک بمب کثیف کار پیچیده ای است، چرا که عوامل بسیاری در این راه دخالت دارند؛ حتی وزش باد هم در تأثیرات چنین بمبی دخالت دارد!
یک بمب کثیف معمولی را در نظر می‌گیریم که بین 5/4 تا 23 کیلوگرم ماده منفجره در بر دارد و مقدار بسیار کمی از ماده رادیواکتیو رده پایین همانند کبالت 60 یا سزیوم 137 که در آزمایشگاههای یک دانشگاه می‌توان آنها را پیدا کرد. چنین بمبی قدرت تخریب وحشتناکی ندارد. هر گونه مرگ آنی یا تخریب اولیه فقط به خود ماده منفجره برمی گردد. البته ماده منفجره مواد رادیواکتیو را در فضا پخش می‌کند و احتمالاً سطحی به مساحت چند کیلومتر مربع را آلوده خواهد کرد. البته بمب هایی که از ضایعات رادیواکتیو نیروگاههای هسته ای یا ژنراتورهای هسته ای قابل حمل استفاده می‌کنند، آسیب های بیشتری وارد خواهند کرد، ولی کارکردن با این مواد به مراتب دشوارتر است؛ چرا که تابش این مواد به قدری شدید است که در طول زمان ساختن و حمل و نقل بمب، سازندگان را از پای در می‌آورد.
در شرایط انفجار یک بمب معمولی، اگر در طول یک روز از شر لباس های آلوده خلاص شویم، حمام بگیریم و منطقه را پاکسازی کنیم، احتمالاً هیچ مشکلی پیش نخواهد آمد. انفجار بمب میزان تابش رادیواکتیو را از حد مجاز بالاتر می‌برد، ولی مقدار آن خیلی نیست. بدن انسان می‌تواند در کوتاه مدت، به خوبی از عهده مقابله با این اثرات برآید. البته مردمی که خیلی به انفجار نزدیک بوده اند، احتمالاً به بیماری تشعشع مبتلا می‌شوند و نیاز به مراقبت های بیمارستانی دارند.
نگرانی اصلی در مورد تابش های بلند مدت است. بسیاری از ایزوتوپ های رادیواکتیو، با مواد دیگر بسیار خوب واکنش می‌دهند ( از جمله با بتن و فلزات ) و از این رو نمی توان بدون نابود کردن قطعات ساختمانی، تمامی مواد رادیواکتیو را پاکسازی کرد. حتی پس از آنکه گروههای پاکسازی بخش اعظم مواد مضر را جابجا کردند، باز هم بخش اندکی از این مواد باقی می‌مانند که می‌توانند تا سالها و بلکه دهها سال به تشعشع دهند. هر کس در چنین منطقه ای زندگی کند، به طور منظم و در دوره ای طولانی تحت اثر تابش های مضر قرار می‌گیرد و احتمالاً به سرطان مبتلا خواهد شد.
پرسشی که اکنون مطرح می‌شود، این است که آیا این مقدار اندک، می‌تواند خطر بسیار اندکی را متوجه مردم بکند، خطری به مراتب فراتر از عوامل فعلی ایجاد کننده سرطان؟ دانشمندان برای پاسخ به این پرسش، دو دسته می‌شوند: گروه نخست معتقد است که اگر دولت، چند هفته تا چند ماه را به پاکسازی منطقه بگذراند، آنگاه خطرات احتمالی قابل صرفنظر خواهد بود. اما گروه دوم، می‌گویند ممکن است شدت حمله بمب کثیف به قدری زیاد باشد که یک شهر را برای سالها و حتی دهها سال غیر قابل سکونت نماید.
این که کدامیک از این دو نظر درست است، چیزی است که نمی توان با قطعیت گفت. برای هر دو پاسخ نمونه هایی وجود دارد. هیروشیما و ناکازاکی که به دلیل انفجار بمب هسته ای در معرض تابش های شدید رادیواکتیو قرار گرفتند، ولی امروزه کاملاً ایمن هستند. از سوی دیگر، مناطقی در اطراف نیروگاه هسته ای چرنوبیل وجود دارند که به دلیل تابش شدید رادیواکتیو هنوز ناامن محسوب می‌شوند.

[hlpmostafa]

راکتور های هسته ای


مقدمه



شکافت هسته ای اتم اورانیم 235 در واقع در اثر نفوذ یک نوترون حرارتی به درون هسته یک اتم سنگین است که باعث شکافت آن به دوپاره از هسته های جدید و سبکتر می گردد. در ضمن در عمل شکافت به طور متوسط 2-3 نوترون ایجاد شده و مقداری انرژی تابشی گاما آزاد می گردد. انرژی سینتیک محصولات شکافت و نوترون ها به مواد اطراف خود از طریق برخورد و جذب پرتو به تولید گرما منجر خواهد شد. انرژی آزاد شده از هر شکافت حدود 11-10*3.2 ژول است در حالیکه تولید انرژی از منابع متعارف سوخت فسیلی که حاصل تشکیل یک مولکول دی اکسید کربن هست حدود
19-10*6.7 می باشد.
نوکلوییدهای غیر قابل شکافت هم در طی فرآیندهای بالا با دریافت و یا برخورد با یک نوترون با ایزوتوپ هایی به تعداد نوترون بالاتر تبدیل خواهد شد. بدین ترتیب رادیونوکلوئید های جدیدی خواهیم داشت که درمیان آنها پاره های شکافت مواد شکافت پذیر جدیدی مثل اورانیم235، پلوتونیم 239 وجود داشته و پلوتونیم 241 نیز به طور مصنوعی می تواند زایش پیدا کند.
این فرآیندهای فیزیکی در راکتورهای هسته ای اتفاق می افتد. درون میله های سوخت فرآیندهای شکافت و زایش در اثر واکنش زنجیره ای صورت می گیرد و واکنش با تولید نوترون به طور دائم ادامه می یابد.
راکتورهای هسته برای اهداف فراوانی طراحی و ساخته می شوند که بعضی از آنها عبارتند از:
- راکتورهای تولید حرارت و برق
- راکتورهای کِشنده
- راکتورهای تحقیقاتی
- راکتورهای تولید پلوتونیم
- راکتورهای اختصاصی برای مقاصدی همچون ساخت زیردریایی، فضا پیما، آب شیرین کن و...
ساختار عمومی راکتورهای هسته ای:



بخش مرکزی راکتور هسته ای جدا از آزمایشگاه ها، بخش های جانبی و خدماتی آن از یک ساختمان ویژه ای تشکیل شده است که ویژگی آن نه فقط به دلیل جادادن وسایل خاص راکتور، بلکه به لحاظ استحکام، ویژگی مصالح ساختمانی، ایزوله یا منزوی بودن از محیط زیست، مقاومت در مقابل زلزله، خوردگی و دسترسی به سرویس های مخصوص کاملاً استثنایی است.
یک راکتور هسته ای جدا از سازه های ساختمانی به طور کلی از قسمت های زیر تشکیل شده است:



1. مجموعه های سوخت
2. کند کننده ها
3. خنک کننده ها
4. سیستم های ایمنی
5.میله های کنترل
6. حفاظ های مختلف


[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
در اینجا به بحث مختصری درباره ی هرکدام از این قسمت ها پرداخته می شود:
1-مجموعه های سوخت



سوخت یک راکتور هسته ای را ممکن است شامل آنچه که در قلب راکتور به عنوان سوخت وجود دارد در نظر گرفت. به عبارت واقعی تر سوخت راکتور در چندین مجموعه سوخت و هر مجموعه متشکل از چندین میله سوخت و هر میله شامل تعداد معینی از قرص ها یا حبه های مواد شکافت پذیر هسته ای مثل اورانیم و یا در بعضی موارد پلوتونیم می باشد. میله های سوخت در راکتور به صورت صفحه ای(Plate) و غنای اورانیم 235 تا 95 درصد می رسد. هرمیله ی سوخت از غلاف زیر کالوی و شامل قطعاتی از قرص های دی اکسید اورانیم است. زیر کالوی 2 تا 4 یک آلیاژ زیر کونیم با عیار کمی از قلع، آهن، کرم و نیکل است؛ میله های سوخت ممکن است به صورت انفرادی در جاهای مخصوص خود گذاشته شود و یا ممکن است به صورت مجموعه های سوخت درون قلب راکتور به طور منظم قرارگیرند.
سوخت راکتور مخصوصاً راکتورها مخصوصا راکتورهای قدرت به طور اصولی یا از عناصری شامل اتم های قابل شکافت تامین می شوند و یا از اتم های ایزوتروپ عناصری که قابلیت تبدیل به اتم های قابل شکافت را دارند بنابراین اتم های قابل شکافت عبارتند از:
اورانیم 235 ، پلوتونیم 239 و اورانیم 233
اتم های مستعد با قابلیت تبدیل به اتم های قابل شکافت عبارتند از: اورانیم 238 و توریم 232
سوخت راکتورها از نظر فرآیندهای استفاده در راکتورها بر اساس استراتژی کشور ممکن است به یکی از سه روش زیر عمل گردد:
• یکبار استفاده از اورانیم و ارسال سوخت مصرف شده به انبار موقت و سپس دفن همیشگی آن
• استفاده چندباره از اورانیم و برقراری سیکل اورانیم-پلوتونیم با اعمال عملیات باز فرآوری روی آن
• استفاده از سیکل اورانیم-توریم به این معنی که توریم 232 ابتدا تبدیل به اورانیم 233 می شود و سپس این اورانیم به عنوان سوخت در راکتورها مورد استفاه قرار می گیرد.

2- کند کننده ها



کند کننده ماده ای است که برای کند کردن نوترون های سریع تا انرژی های حرارتی در راکتورهای هسته ای مورد استفاده قرار می گیرند. گاهی اوقات همین کندکننده ها عمل سرد کنندگی راکتور را هم انجام می دهد. موادی که می توانند به عنوان کننده مورد استفاده قرارگیرند عبارتند از: آب، آب سنگین، گرافیت و گاهی اوقات هم بریلیوم آب به دلیل داشتن هیدروژن که عنصری سبک است و نیز فراوانی و ارزانی آن مورد استفاده قرار می گیرد. به طور کلی هرچه ماده کندکننده دارای قابلیت کندکنندگی بهتری برای نوترون ها باشد درجه کمتری از سوخت غنی شده مورد نیاز خواهد بود. آب سنگین بهتر از گرانیت و گرانیت بهتر از آب دارای خاصیت کندکنندگی است، ولی تولید آب سنگین نسبتاً گران است و گرانیت هم تاثیرات نامطلوبی در نتیجه در نتیجه پرتوگیری از خود بروز می دهد.
مشخصات یک کند کننده خوب:
• نوترون ها نباید با کندکننده واکنش نشان دهد، چون در اینصورت بازدهی تولید نوترون کاهش یافته و راکتور به سمت خاموشی می رود.
• نوترون ها باید در محیط کندکننده ها در فاصله های کوتاهی پس از چند برخود کند شوند زیرا در غیر اینصورت، نوترون توسط اورانیم 238 گیر افتاده و موجب تشدید ناخالصی های کند کننده می شود که این وضعیت اقتصادی نیست.
• گرچه کند کننده ها باید ارزان باشند ولی در عین حال خواص ساختاری آنها باید رضایت بخش هم باشد.
• کندکننده باید با سایر مواد ساختاری راکتور سازگار باشد و نباید خواص خورندگی، سایندگی و یا تحت تاثیر پرتوهای رادیواکتیو قرار گیرد.
• کندکننده طی فرآیند دائمی بمباران های نوترونی نباید تحت تاثیرات و تغییرات نامطلوب فیزیکی یا شیمیایی قرار گیرد.
• یک کند کننده خوب باید به طور مؤثر نوترون های سریع حاصل از شکافت را به نوترون های حرارتی تبدیل کند.

3-خنک کننده ها:



خنک کننده برای انتقال حرارت از میله های سوخت به طور مستقیم مورد استفاده قرار می گیرد. این فقط در صورتی است که خنک کننده نقش کند کننده هم داشته باشد. در مواردی که ماده کند کننده دیگری مورد استفاده است در این صورت انتقال حرارت معمولا توسط خنک کننده مستقیماً از کندکننده و غیر مستقیم یا در بعضی موارد مستقیم از میله های سوخت انجام می پذیرد. اکثراً آب به عنوان سرد کننده مورد استفاده قرار می گیرد. به هر حال گاهی اوقات آب سنگین، فلزات مایع(سدیم و پتاسیم) یا حتی گازها(دی اکسیدکربن) هم ممکن است مورد استفاده واقع شوند. امروزه در اکثر راکتورهای تجاری آب به عنوان سردکننده مورد استفاده قرار می گیرد. در اینصورت آب علاوه بر نقش سرد کنندگی وظیفه کند کنندگی را نیز انجام می دهد.
خواص ایده آل برای یک خنک کننده:
• سطح مقطع جذب نوترونی کوچکی داشته باشد، در این صورت میزان تابش رادیواکتیویته در حین کارگردانی اپراتوری کاهش می یابد.
• فراوان و ارزان باشد.
• غیرخورنده یا خوردگی کمی داشته باشد، چون لوله ها و ساختارهای دیگر که با آن در تماس هستند باید سالم بمانند.
• ضریب انتقال حرارتی بالا داشته باشد. به این ترتیب حرارت به سهولت به سرد کننده انتقال یافته و جابجا خواهد شد.
• ویسکوزیته یا غلظت کم داشته باشد که سبب کاهش مصرف کمتر برق برای پمپ کردن آن می شود.
• دارای توانایی نگهداری درجه حرارت های بالا به صورت مایع، حتی اگر تحت فشار باشد.
خنک کننده هایی که در راکتورهای تحقیقاتی یا تجاری استفاده شده اند عبارتند از:
• آب سبک یا سنگین(اولی شامل دو اتم هیدروژن است و دومی شامل دو یا یک اتم دوتریم می باشد)
• فلز مایع (مثل سدیم، پتاسیم یا آلیاژی از ترکیب هر دو)
• مواد آلی مایع (مثل اتانول، پروپان، پنتان، هوا یا گاز دی اکسید کربن)

منبع:تبیان

[hlpmostafa]

نیروگاه های هسته ای


در همه رآکتورها، قلب رآکتور که دمای بسیار زیادی دارد باید خنک شود. در یک نیروگاه هسته ای، سیستم خنک ساز به نوعی طراحی می‌شود که از گرمای آزاد شده به بهترین شکل ممکن استفاده شود. در اغلب این سیستمها از آب استفاده می‌شود. اما آب نوعی کند کننده هم محسوب می‌شود و از این رو نمی تواند در رآکتورهای سریع مورد استفاده قرار گیرد. در رآکتورهای سریع از سدیم مذاب یا نمک های سدیم استفاده می‌شود و دمای عملیاتی خنک ساز بالاتر است. در رآکتورهایی که برای تبدیل مورد طراحی شده اند، به راحتی گرمای آزاد شده را در محیط آزاد می‌کنند.
در یک نیروگاه هسته ای، رآکتور کند منبع آب را گرم می‌کند و آن را به بخار تبدیل می‌کند. بخار آب توربین بخار را به حرکت در می‌آورد ، توربین نیز ژنراتور را می‌چرخاند و به این ترتیب انرژی تولید می‌شود. این آب و بخار آن در تماس مستقیم با راکتور هسته ای است و از این رو در معرض تابش های شدید رادیواکتیو قرار می‌گیرند. برای پیشگیری از هر گونه خطر مرتبط با این آب رادیواکتیو، در برخی رآکتورها بخار تولید شده را به یک مبدل حرارتی ثانویه وارد می‌کنند و از آن به عنوان یک منبع گرمایی در چرخه دومی از آب و بخار استفاده می‌کنند. بدین ترتیب آب و بخار رادیواکتیو هیچ تماسی با توربین نخواهند داشت.

انواع رآکتورهای گرمایی
در در رآکتورهای گرمایی علاوه برکند کننده، سوخت هسته ای ( ایزوتوپ قابل شکافت القایی)، مخزن بخار و لوله های منتقل کننده آن، دیواره های حفاظتی و تجهیزات کنترل و مشاهده سیستم رآکتور نیز وجود دارند. البته بسته به این که این رآکتورها از کانالهای سوخت فشرده شده، مخزن بزرگ بخار یا خنک کننده گازی استفاده کنند، می‌توان آنها را به سردسته تقسیم کرد.
الف - کانالهای تحت فشار در رآکتورهای RBMK و CANDU استفاده می‌شوند و می‌توان آنها را در حال کارکردن رآکتور، سوخت رسانی کرد.
ب - مخزن بخار پرفشار داغ، رایج ترین نوع رآکتور است و در اغلب نیروگاههای هسته ای و رآکتورهای دریایی ( کشتی، ناوهواپیمابر یا زیردریایی ) از آن استفاده می‌شود. این مخزن می‌تواند به عنوان لایه حفاظتی نیز عمل کند.
ج - خنک سازی گازی: در این رآکتورها به جای آب، از یک سیال گازی شکل برای خنک کردن رآکتور استفاده می‌شود. این گاز در یک چرخه گرمایی با منبع حرارتی راکتور قرار می‌گیرد و معمولاً از هلیوم برای آن استفاده می‌شود، هر چند که نیتروژن و دی اکسید کربن نیز کاربرد دارند. در برخی رآکتورهای جدید، رآکتور به قدری گرما تولید می‌کند که گاز خنک کن می‌تواند مستقیما یک توربین گازی را بچرخاند، در حالی که در طراحی های قدیمی تر گاز خنک کن را به یک مبدل حرارتی می‌فرستادند تا در یک چرخه دیگر، آب را به بخار تبدیل کند و بخار داغ، یک توربین بخار را بگرداند.

بقیه اجزای نیروگاه هسته ای
غیر از رآکتور که منبع گرمایی است، تفاوت اندکی بین نیروگاه هسته ای و یک نیروگاه حرارتی تولید برق با سوخت فسیلی وجود دارد.
مخزن بخار تحت فشار معمولا درون یک ساختمان بتونی تعبیه می‌شود که این ساختمان به عنوان یک سد حفاظتی در برابر تابش رادیواکتیو عمل می‌کند. این ساختمان هم درون یک مخزن بزرگتر فولادی قرار می‌گیرد. هسته رآکتور و تجهیزات مرتبط با آن درون این مخزن فولادی قرار گرفته اند و کارکنان می‌توانند راکتور را تخلیه یا سوخت رسانی کنند. وظیفه این مخزن فولادی، جلوگیری از نشت هر گونه گاز یا مایع رادیواکتیو از درون سیال است.
در نهایت این مخزن فولادی هم به وسیله یک ساختمان بتونی خارجی محافظت می‌شود. این ساختمان به قدری محکم است که در برابر اصابت یک هواپیمای جت مسافربری ( مشابه حادثه یازده سپتامبر ) هم تخریب نمی شود. وجود این ساختمان حفاظتی دوم برای جلوگیری از انتشار مواد رادیواکتیو در اثر هرگونه نشت از حفاظ اول ضروری است. در حادثه انفجار چرنوبیل، فقط یک ساختمان حفاظتی وجود داشت و همان موجب شد موادراکتیو در سطح اروپا پخش شود.

رآکتورهای هسته ای طبیعی
در طبیعت هم می‌توان نشانه هایی از رآکتور هسته ای پیدا کرد، البته به شرطی که تمام عوامل مورد نیاز به طور طبیعی در کنار هم قرار گرفته باشند. تنها نمونه شناخته شده یک رآکتور هسته ای طبیعی دو میلیارد سال پیش در منطقه اوکلو در کشور گابون ( قاره آفریقا ) فعالیتش را آغاز کرده است. البته دیگر چنین رآکتورهایی روی زمین شکل نمی گیرند، زیرا واپاشی رادیواکتیو این مواد ( به خصوص U-235 ) در این زمان طولانی 5/4 میلیارد ساله ( سن زمین )، فراوانی U-235 را در منابع طبیعی این رآکتورها بسیار کاهش داده است، به طوری که مقدار آن به پایین تر از حد مورد نیاز آغاز یک واکنش زنجیره ای رسیده است.
این رآکتورهای طبیعی زمانی شکل گرفتند که معادن غنی از اورانیوم به تدریج از آب زیرزمینی یا سطحی پر شدند. این آب به صورت کند کننده عمل کرد و واکنش های زنجیره ای شدیدی به وقوع پیوست. با افزایش دما، آب کند کننده بخار می‌شد و رآکتور خاموش شد. پس از مدتی، این بخارها به مایع تبدیل می‌شدند و دوباره رآکتور به راه می‌افتاد. این سیستم خودکار و بسته، یک رآکتور را کنترل می‌کرد و برای صدها هزار سال، این رآکتور را فعال نگاه می‌داشت.
مطالعه و بررسی این رآکتورهای هسته ای طبیعی بسیار ارزشمند است، زیرا می‌تواند به تحلیل چگونگی حرکت مواد رادیواکتیو در پوسته زمین کمک کند. اگر زمین شناسان بتوانند را از این حرکت‌ها را شناسایی کنند، می‌توانند راه حل های جدیدی برای دفن زباله های هسته ای پیدا کنند تا روزی خدای ناکرده، این ضایعات خطرناک به منابع آب سطح زمین نشت نکنند و فاجعه ای بشری به بار نیاورند.

انواع رآکتورهای گرمایی
الف - کند سازی با آب سبک:
a- رآکتور آب تحت فشار Pressurized Water Reactor(PWR)
b- رآکتور آب جوشان Boiling Water Reactor(BWR)
c- رآکتور D2G

ب- کند سازی با گرافیت:
a- ماگنوس Magnox
b- رآکتور پیشرفته با خنک کنندی گازی Advanced Gas-Coaled Reactor (AGR)
c- RBMK
d- PBMR

ج - کند کنندگی با آب سنگین:
a - SGHWR
b - CANDU

رآکتور آب تحت فشار، PWR
رآکتور PWR یکی از رایج ترین راکتورهای هسته ای است که از آب معمولی هم به عنوان کند ساز نوترونها و هم به عنوان خنک ساز استفاده می‌کند. در یک PWR، مدار خنک اولیه از آب تحت فشار استفاده می‌کند. آب تحت فشار، در دمایی بالاتر از آب معمولی به جوش می‌آید، از این دوچرخه خنک ساز اولیه را به گونه ای طراحی می‌کنند که آب با وجود آنکه دمایی بسیار بالا دارد، جوش نیاید و به بخار تبدیل نشود. این آب داغ و تحت فشار در یک مبدل حرارتی، گرما را به چرخه دوم منتقل میکند که یک نوع چرخه بخار است و از آب معمولی استفاده می‌کند. دراین چرخه آب جوش می‌آید و بخار داغ تشکیل می‌شود، بخار داغ یک توربین بخار را می‌چرخاند، توربین هم یک ژنراتور و در نهایت ژنراتور، انرژی الکتریکی تولید می‌کند.
PWR به دلیل دارابودن چرخه ثانویه با BWR تفاوت دارد. از گرمای تولیدی در PWR به عنوان سیستم گرم کننده درنواحی قطبی نیز استفاده شده است. این نوع رآکتور، رایج ترین نوع رآکتورهای هسته ای است و در حال حاضر، بیش از 230 عدد از آنها در نیروگاههای هسته ای تولید برق و صدها رآکتور دیگر برای تأمین انرژی تجهیزات دریایی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

خنک کننده
همان طور که می‌دانید، برخورد نوترونها با سوخت هسته ای درون میله های سوخت، موجب شکافت هسته اتمها می‌شود و این فرآیند هم به نوبه خود، گرما و نوترونهای بیشتری آزاد می‌کند. اگر این حرارت آزاد شده منتقل نشود، ممکن است میله های سوخت ذوب شوند و ساختار کنترلی رآکتور از بین برود ( و البته خطرهای مرگ آوری که به دنبال آن روی می‌دهند. ) در PWR، میله های سوخت به صورت یک دسته در ساختاری، ترسیمی قرار گرفته اند و آب از کف رآکتور به بالا جریان پیدا می‌کند. آب از میان این میله های سوخت عبور می‌کند و به شدت گرم می‌شود، به طوری که به دمای 325 درجه سانتی گراد می‌رسد. درمبدل حرارتی، این آب داغ موجب داغ شدن آب در چرخه دوم می‌شود و بخاری با دمای 270 درجه سانتی گراد تولید می‌کند تا توربین را بچرخاند.

کند کننده
نوترونهای حاصل از یک شکافت هسته ای بیش از آن حدی گرمند که بتوانند یک واکنش شکافت هسته ای را آغاز کنند. انرژی آنها را باید کاهش داد تا با محیط اطراف خود به تعادل گرمایی برسند. محیط اطراف نوترونها ( قلب رآکتور ) دمایی در حدود 450 درجه سانتی گراد دارد.
در یک PWR، نوترونها در پی برخورد با مولکولهای آب خنک ساز، انرژی جنبشی خود را از دست می‌دهند؛ به طوری که پس از 8 تا 10 برخورد ( البته به طور متوسط ) با محیط هم دما می‌شوند. در این حالت، احتمال جذب نوترونها از سوی هسته U-235 بسیار زیاد است ودر صورت جذب، بالافاصله هسته U-236 جدید دچار شکافت می‌شود.
مکانیسم حساسی که هر رآکتور هسته ای را کنترل می‌کند، سرعت آزاد سازی نوترونها در طول یک فرآیند شکافت است به طور متوسط از هر شکافت، دونوترون و مقدار زیادی انرژی آزاد می‌شود. نوترونهای آزاد شده اگر با هسته U-235 دیگری برخورد کنند، شکافت دیگری را سبب می‌شوند و در نهایت یک واکنش زنجیره ای روی می‌دهد. اگر تمام این نوترونها در یک لحظه آزاد شوند، تعدادشان به قدری زیاد می‌شود که باعث ذوب شدن راکتور خواهد شد. ( تعداد ذرات پر انرژی، دمای یک سیستم را تعیین می‌کند. معادله بوتنرمن، این ارتباط را توصیف می‌کند. ) خوشبختانه برخی از این نوترونها پس از یک بازه زمانی نه چندان کوتاه ( حدود یک دقیقه ) تولید می‌شوند و سبب می‌شوند دیگر عوامل کنترل کننده از این تاخیر زمانی استفاده کرده، اثر خود را داشته باشند.
یکی از مزیت های استفاه از آب در PWR، این است که اثر کند سازی آب با افزایش دما کاهش می‌یابد. در حالت عادی، آب در فشار 150 برابر فشار یک اتمسفر قرار دارد ( حدود 15 مگا پاسکال ) و در قلب رآکتور به دمای 325 درجه سانتی گراد می‌رسد. درست است که آب با فشار پانزده مگا پاکسال در این دما جوش نمی آید، ولی به شدت از خاصیت کند کنندگی اش کاسته می‌شود، بنابراین آهنگ واکنش شکافت هسته ای کاهش می‌یابد، حرارت کمتری تولید می‌شود و دما پایین می‌آید. دما که کاهش یابد، توان رآکتور افزایش می‌یابد و دما که افزایش یابد توان راکتور کاهش می‌یابد؛ پس خود سیستم PWR دارای یک سیستم خود تعادلی در رآکتور است و تضمین می‌کند توان رآکتور در کمترین میزان مورد نیاز برای تأمین گرمای سیستم بخار ثانویه است.
در اغلب رآکتورهای PWR، توان رآکتور را در دوره فعالیت معمولی با تغییرات غلظت بورون ( در شکل اسید بوریک ) در چرخه خنک کننده اولیه کنترل اولیه کنترل می‌کنند سرعت جریان خنک کننده اول در رآکتورهای PWR معمولی ثابت است. بورون یک جذب کننده قوی نوترون است و با افزایش یا کاهش غلظت آن، می‌توان شدت فعالیت راکتور را کاهش یا افزایش داد. برای این کار، یک سیستم کنترلی پیچیده شامل پمپ های فشار بالا که آب را در فشار 15 مگا پاسکال از چرخه خارج می‌کند، تجهیزات تغییر غلظت اسید بوریک و تزریق مجدد آب به چرخه خنک ساز مورد نیاز است.
یکی از اشکالات راکتورهای شکافت، این است که حتی پس از توقف واکنش شکافت، هنوز هم واپاشی های رادیواکتیوی انجام می‌شود و حرارت زیادی آزاد می‌شود که می‌تواند راکتور را ذوب کند. البته سیستم های حفاظتی و پشتیبانی متعددی برای جلوگیری از این واقعه وجود دارند، با این حال ممکن است در اثر پیچیدگی های این سیستم، برهمکنش های پیش بینی نشده یا خطاهای عملیاتی مرگ آفرینی در شرایط اضطراری روی دهند. در نهایت، هر رآکتور با یک حفاظ ساختمانی بتونی احاطه شده است که آخرین سد در برابر تشعشعات رادیواکتیو است.

رآکتور آب جوشان، BWR
در رآکتور آب جوشان، از آب سبک استفاده می‌شود. آب سبک، آبی است که در آن فقط هیدروژن معمولی وجود دارد. ) BWR اختلاف زیادی با رآکتور آب تحت فشار ندارد، غیر از اینکه در BWR فقط یک چرخه خنک کننده وجود دارد و آب مستقیما در قلب راکتور به جوش می‌آید. فشار آب در BWR کمتر از PWR است، به طوری که در بیشترین مقدار به 75 برابر فشار جو می‌رسد ( 5/7 مگا پاسکال ) و بدین ترتیب آب در دمای 285 درجه سانتی گراد به جوش می‌آید.
رآکتور BWR به شکلی طراحی شده که بین 12 تا 15 درصد آب درون قلب رآکتور به شکل بخار در قسمت بالای آن قرار می‌گیرد. بدین ترتیب عملکرد بخش بالایی و پایینی هسته رآکتور با هم تفاوت دارند. در بخش بالایی قلب رآکتور، کند سازی کمتری صورت می‌گیرد و در نتیجه بخش بالایی کمتر است.
در حالت کلی دو مکانیسم برای کنترل BWR وجود دارد: استفاده از میله های کنترل و تغییر جریان آب درون راکتور.
الف - بالا بردن یا پایین آوردن میله های کنترل، روش معمولی کنترل توان رآکتور در حالت راه اندازی رآکتور تا رسیدن به 70 درصد حداکثر توان است. میله های کنترل حاوی مواد جذب کننده نوترون هستند؛ در نتیجه پایین آوردن آنها موجب افزایش جذب نوترون در میله ها، کاهش جذب نوترون در سوخت و درنهایت کاهش آهنگ شکافت هسته ای و پایین آمدن توان رآکتور می‌شود. بالا بردن میله های سوخت دقیقاً نتیجه معکوس می‌دهد.
ب - تغییرات جریان آب درون رآکتور، زمانی برای کنترل رآکتور مورد استفاده قرار می‌گیرد که راکتور بین 70 تا صد درصد توان خود کار می‌کند. اگر جریان آب درون رآکتور افزایش یابد، حباب های بخار در حال جوش سریع تر از قلب راکتور خارج می‌شوند و آب درون قلب رآکتور بیشتر می‌شود. افزایش مقدار آب به معنی افزایش کندسازی نوترون و جذب بیشتر نوترونها از سوی سوخت است و این یعنی افزایش توان راکتور. با کاهش جریان آب درون رآکتور، حباب‌ها بیشتر در رآکتور باقی می‌مانند، سطح آب کاهش می‌یابد و به دنبال آن کندسازی نوترونها و جذب نوترون هم کاهش می‌یابد و در نهایت توان رآکتور کاهش می‌یابد.
بخار تولید شده در قلب رآکتور از شیرهای جدا کننده بخار و صفحات خشک کن ( برای جذب هر گونه قطرات آب داغ ) عبور می‌کند و مستقیماً به سمت توربین های بخار که بخشی از مدار رآکتور محسوب می‌شوند، می‌رود. آب اطراف رآکتور همواره در معرض تابش و آلودگی رادیواکتیو است و از آنجا که توربین هم در تماس مستقیم با این آب است، باید پوشش حفاظتی داشته باشد. اغلب آلودگی های درون آب عمر کوتاهی دارند ( مانند N16 که بخش اعظم آلودگی های آب را تشکیل می‌دهد و نیمه عمرش تنها 7 ثانیه است )، بنابراین مدت کوتاهی پس از خاموش شدن رآکتور می‌توان به قسمت توربین وارد شد.
در رآکتور BWR، افزایش نسبت بخار آب به آب مایع درون رآکتور موجب کاهش گرمای خروجی می‌شود. با این حال، یک افزایش ناگهانی در فشار بخار، سبب بروز یک کاهش ناگهانی در نسبت بخار به آب مایع درون رآکتور می‌شود که خود، سبب افزایش توان خروجی می‌شود. این شرایط و دیگر حالت های خطرساز، موجب شده است از سیستم کنترلی اسید بوریک ( بورون ) نیز استفاده شود، بدین شکل که در سیستم پشتیبان خاموش کننده اضطراری، محلول اسید بوریک با غلظت بالا به چرخه خنک کننده تزریق می‌شود. خوبی این سیستم این است که اسید اوریک، یک خورنده قوی است و معمولا در PWR سبب می‌شود تلفات ناشی از خوردگی قابل توجه باشد. در بدترین شرایط اضطراری که تمام سیستم های امنیتی از کار افتاد، هر رآکتور به وسیله یک ساختمان حفاظتی از محیط اطراف جدا شده است. در یک رآکتور BWR جدی، حدود 800 دسته واحد سوخت قرار می‌گیرد و در هر دسته بین 74 تا 100 میله سوخت قرار می‌گیرد. این چنین حدود 140 تن اورانیوم در قلب رآکتور ذخیره می‌شود.

• رآکتور D2G
رآکتور هسته ای D2G را می‌توان در تمام ناوهای دریایی ایالات متحده می‌توان پیدا کرد. D2G مخفف عبارت زیراست:
رآکتور ناو جنگی D=Destroyer-sized reactor
نس دوم 2=Second Geneation
ساخت جنرال الکتریک G= General - Electric built
بدین ترتیب، D2G را می‌توان مخفف این عبارت دانست: رآکتور هسته ای نسل دوم ویژه ناوهای جنگی ساخت جنرال الکتریک. این رآکتور برای تولید حداکثر 150 مگا وات انرژی الکتریکی و عمر مفید 15 سال مصرف معمولی طراحی شده است.
در این رآکتور، برای مخزن بخار دو رآکتور وجود دارد و طوری طراحی شده که بتوان هر دو اتاق توربین را با یک رآکتور به راه انداخت. اگر هر دو رآکتور فعال باشند، ناو به سرعت 32 گره می‌رسد. اگر یک رآکتور فعال باشد و توربین‌ها متصل به هم باشند، سرعت ناو به 25 تا 27 گره خواهد رسید و اگر فقط یک رآکتور فعال باشد ولی توربین‌ها جدا باشند، سرعت فقط 15 گره خواهد بود.

[behnam_tr]

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 . ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])
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 . ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])

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 در حین عبور تعداد زیادی الکترون ها اضافی را از نیم هادی جدا می‌کند که در هر حال صدها هزار مرتبه زیادتر از جریان الکتریکی حاصل از ایزوتوپ رادیواکتیو استرنیوم 90 می باشد . ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])


کاربردهای پزشکی: [ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
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. ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])

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: ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])
• 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

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 گونه ای 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. ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])

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 لختههای وریدی
موارد دیگری چون تشخیص کم خونی ، کنترل رادیو داروهای خوراکی و تزریقی و ... ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])

کاربرد انرژی هسته ای در تولید برق : [ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
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.

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.
([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])


:11:موفق باشید. ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])
منبع ::[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])

[saeed-d]

بمب اتمی سلاحی است که نیروی آن از انرژی اتمی و بر اثر شکاف هسته (فیسیون ) اتمهای پلوتونیوم یا اورانیوم ایجاد می شود .در فرآیند شکافت هسته ای ، اتمهای ناپایدار شکافته و به اتمهای سبکتر تبدیل می شوند .
نخستین بمب از این نوع ، در سال ۱۹۴۵ م در ایالات نیو مکزیکو در ایالات متحده آمریکا آزمایش شد . این بمب ، انفجاری با قدرت ۱۹ کیلو تن ایجاد کرد ( یک کیلو تن برابر است با
انرژی اتمی آزاد شده ۱۹۰ تن ماده منفجره تی . ان . تی ) انفجار بمب اتمی موج بسیار نیرومند پرتوهای شدید نورانی ، تشعشعات نفوذ کننده اشعه گاما و نوترونها و پخش شدن مواد رادیو اکتیو را همراه دارد . انفجار بمب اتمی چندین هزار میلیارد کالری حرارت را در چند میلیونیوم ثانیه ایجاد می کند .
این دمای چند میلیون درجه ای با فشار بسیار زیاد تا فاصله ۱۲۰۰ متری از مرکز انفجار به افراد بدون پوشش حفاظتی صدمه می زند و سبب مرگ و بیماری انسان و جانوران می شود . همچنین زمین ، هوا آب و همه چیز را به مواد رادیو اکتیو آلوده می کند .
بمب های اتمی شامل نیروهای قوی و ضعیفی اند که این نیروها هسته یک اتم را به ویژه اتم هایی که هسته های ناپایداری دارند، در جای خود نگه می دارند. اساسا دو شیوه بنیادی برای آزادسازی انرژی از یک اتم وجود دارد:
۱) شکافت هسته ای: می توان هسته یک اتم را با یک نوترون به دو جزء کوچک تر تقسیم کرد. این همان شیوه ای است که در مورد ایزوتوپ های اورانیوم (یعنی اورانیوم ۲۳۵ و اورانیوم ۲۳۳) به کار می رود.
برای تولید یک بمب اتمی موارد زیر نیاز است:
ـ یک منبع سوخت که قابلیت شکافت یا همجوشی را داشته باشد.
ـ دستگاهی که همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.
راهی که به کمک آن بتوان بیشتر سوخت را پیش از آنکه انفجار رخ دهد دچار شکافت یا همجوشی کرد.
در اولین بمب های اتمی از روش شکافت استفاده می شد. اما امروزه بمب های همجوشی از فرآیند همجوشی به عنوان ماشه آغازگر استفاده می کنند.بمب های شکافتی (فیزیونی): یک بمب شکافتی از ماده ای مانند اورانیوم ۲۳۵ برای خلق یک انفجار هسته ای استفاده می کند. اورانیوم ۲۳۵ ویژگی منحصر به فردی دارد که آن را برای تولید هم انرژی هسته ای و هم بمب هسته ای مناسب می کند. اورانیوم ۲۳۵ یکی از نادر موادی است که می تواند زیر شکافت القایی قرار بگیرد.اگر یک نوترون آزاد به هسته اورانیوم ۲۳۵ برود،هسته بی درنگ نوترون را جذب کرده و بی ثبات شده در یک چشم به هم زدن شکسته می شود. این باعث پدید آمدن دو اتم سبک تر و آزادسازی دو یا سه عدد نوترون می شود که تعداد این نوترون ها بستگی به چگونگی شکسته شدن هسته اتم اولیه اورانیوم ۲۳۵ دارد. دو اتم جدید به محض اینکه در وضعیت جدید تثبیت شدند از خود پرتو گاما ساطع می کنند. درباره این نحوه شکافت القایی سه نکته وجود دارد که موضوع را جالب می کند.
۱) احتمال اینکه اتم اورانیوم ۲۳۵ نوترونی را که به سمتش است، جذب کند، بسیار بالا است. در بمبی که به خوبی کار می کند، بیش از یک نوترون از هر فرآیند فیزیون به دست می آید که خود این نوترون ها سبب وقوع فرآیندهای شکافت بعدی اند. این وضعیت اصطلاحا «ورای آستانه بحران» نامیده می شود.
۲) فرآیند جذب نوترون و شکسته شدن متعاقب آن بسیار سریع و در حد پیکو ثانیه (۱۲-۱۰ ثانیه) رخ می دهد.
۳) حجم عظیم و خارق العاده ای از انرژی به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شکسته شدن هسته آزاد می شود. انرژی آزاد شده از یک فرآیند شکافت به این علت است که محصولات شکافت و نوترون ها وزن کمتری از اتم اورانیوم ۲۳۵ دارند. این تفاوت وزن نمایان گر تبدیل ماده به انرژی است که به واسطه فرمول معروف mc۲= E محاسبه می شود. حدود نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شده به کار رفته در یک بمب هسته ای برابر با چندین میلیون گالن بنزین است. نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شده انداز ه ای معادل یک توپ تنیس دارد. در حالی که یک میلیون گالن بنزین در مکعبی که هر ضلع آن ۱۷ متر (ارتفاع یک ساختمان ۵ طبقه) است، جا می گیرد. حالا بهتر می توان انرژی آزاد شده از مقدار کمی اورانیوم ۲۳۵ را متصور شد.برای اینکه این ویژگی های اروانیوم ۲۳۵ به کار آید باید اورانیوم را غنی کرد. اورانیوم به کار رفته در سلاح های هسته ای حداقل باید شامل نود درصد اورانیوم ۲۳۵ باشد.در یک بمب شکافتی، سوخت به کار رفته را باید در توده هایی که وضعیت «زیر آستانه بحران» دارند، نگه داشت. این کار برای جلوگیری از انفجار نارس و زودهنگام ضروری است. تعریف توده ای که در وضعیت «آستانه بحران» قرار داد چنین است: حداقل توده از یک ماده با قابلیت شکافت که برای رسیدن به واکنش شکافت هسته ای لازم است. این جداسازی مشکلات زیادی را برای طراحی یک بمب شکافتی با خود به همراه می آورد که باید حل شود.
۱) دو یا بیشتر از دو توده «زیر آستانه بحران» برای تشکیل توده «ورای آستانه بحران» باید در کنار هم آورده شوند که در این صورت موقع انفجار به نوترون بیش از آنچه که هست برای رسیدن به یک واکنش شکافتی، نیاز پیدا خواهد شد.
۲) نوترون های آزاد باید در یک توده «ورای آستانه بحران» القا شوند تا شکافت آغاز شود.
۳) برای جلوگیری از ناکامی بمب باید هر مقدار ماده که ممکن است پیش از انفجار وارد مرحله شکافت شود برای تبدیل توده های «زیر آستانه بحران» به توده هایی «ورای آستانه بحران» از دو تکنیک «چکاندن ماشه» و «انفجار از درون» استفاده می شود.تکنیک «چکاندن ماشه» ساده ترین راه برای آوردن توده های «زیر بحران» به همدیگر است. بدین صورت که یک تفنگ توده ای را به توده دیگر شلیک می کند. یک کره تشکیل شده از اورانیوم ۲۳۵ به دور یک مولد نوترون ساخته می شود. گلوله ای از اورانیوم ۲۳۵ در یک انتهای تیوپ درازی که پشت آن مواد منفجره جاسازی شده، قرار داده می شود.کره یاد شده در انتهای دیگر تیوپ قرار می گیرد. یک حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را برای انفجار چاشنی و بروز حوادث زیر تشخیص می دهد:
۱) انفجار مواد منفجره و در نتیجه شلیک گلوله در تیوپ
۲) برخورد گلوله به کره و مولد و در نتیجه آغاز واکنش شکافت
۳) انفجار بمب
در «پسر بچه» بمبی که در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر هیروشیما انداخته شد، تکنیک «چکاندن ماشه» به کار رفته بود. این بمب ۵/۱۴ کیلو تن برابر با ۵۰۰/۱۴ تن TNT بازده و ۵/۱ درصد کارآیی داشت. یعنی پیش از انفجار تنها ۵/۱ درصد ازماده مورد نظر شکافت پیدا کرد.
در همان ابتدای «پروژه منهتن»، برنامه سری آمریکا در تولید بمب اتمی، دانشمندان فهمیدند که فشردن توده ها به همدیگر و به یک کره با استفاده از انفجار درونی می تواند راه مناسبی برای رسیدن به توده «ورای آستانه بحران» باشد. البته این تفکر مشکلات زیادی به همراه داشت. به خصوص این مسئله مطرح شد که چگونه می توان یک موج شوک را به طور یکنواخت، مستقیما طی کره مورد نظر، هدایت و کنترل کرد؟افراد تیم پروژه «منهتن» این مشکلات را حل کردند. بدین صورت، تکنیک «انفجار از درون» خلق شد. دستگاه انفجار درونی شامل یک کره از جنس اورانیوم ۲۳۵ و یک بخش به عنوان هسته است که از پولوتونیوم ۲۳۹ تشکیل شده و با مواد منفجره احاطه شده است. وقتی چاشنی بمب به کار بیفتد حوادث زیر رخ می دهند:
۱) انفجار مواد منفجره موج شوک ایجاد می کند.
۲) موج شوک بخش هسته را فشرده می کند.
۳) فرآیند شکافت شروع می شود.
۴) بمب منفجر می شود.
در «مرد گنده» بمبی که در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر ناکازاکی انداخته شد، تکنیک «انفجار از درون» به کار رفته بود. بازده این بمب ۲۳ کیلو تن و کارآیی آن ۱۷درصد بود.شکافت معمولا در ۵۶۰ میلیاردم ثانیه رخ می دهد.بمب های همجوشی: بمب های همجوشی کار می کردند ولی کارآیی بالایی نداشتند. بمب های همجوشی که بمب های «ترمونوکلئار» هم نامیده می شوند، بازده و کارآیی به مراتب بالاتری دارند. برای تولید بمب همجوشی باید مشکلات زیر حل شود:دوتریوم و تریتیوم مواد به کار رفته در سوخت همجوشی هر دو گازند و ذخیره کردنشان دشوار است. تریتیوم هم کمیاب است و هم نیمه عمر کوتاهی دارد بنابراین سوخت بمب باید همواره تکمیل و پر شود.دوتریوم و تریتیوم باید به شدت در دمای بالا برای آغاز واکنش همجوشی فشرده شوند. در نهایت «استانسیلا اولام» دریافت که بیشتر پرتو به دست آمده از یک واکنش فیزیون، اشعه X است که این اشعه X می تواند با ایجاد درجه حرارت بالا و فشار زیاد مقدمات همجوشی را آماده کند. بنابراین با به کارگیری بمب شکافتی در بمب همجوشی مشکلات بسیاری حل شد. در یک بمب همجوشی حوادث زیر رخ می دهند:
۱) بمب شکافتی با انفجار درونی ایجاد اشعه X می کند.
۲) اشعه X درون بمب و در نتیجه سپر جلوگیری کننده از انفجار نارس را گرم می کند.
۳) گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن آن می شود. این کار باعث ورود فشار به درون لیتیوم - دوتریوم می شود.
۴) لیتیوم - دوتریوم ۳۰ برابر بیشتر از قبل تحت فشار قرار می گیرند.
۵) امواج شوک فشاری واکنش شکافتی را در میله پولوتونیومی آغاز می کند.
۶) میله در حال شکافت از خود پرتو، گرما و نوترون می دهد.
۷) نوترون ها به سوی لیتیوم - دوتریوم رفته و با چسبیدن به لیتیوم ایجاد تریتیوم می کند.
۸) ترکیبی از دما و فشار برای وقوع واکنش همجوشی تریتیوم - دوتریوم ودوتریوم - دوتریوم و ایجاد پرتو، گرما و نوترون بیشتر، بسیار مناسب است.
۹) نوترون های آزاد شده از واکنش های همجوشی باعث القای شکافت در قطعات اورانیوم ۲۳۸ که در سپر مورد نظر به کار رفته بود، می شود.
۱۰) شکافت قطعات اروانیومی ایجاد گرما و پرتو بیشتر می کند.
۱۱) بمب منفجر شود.

[mahramasrar2]

سلام دوستان ببخشيد تاپيك قديمي رو مي يارم بلا !
جديدا bbc يك سري برنامه جالب پخش كرد به نام اسرار هسته اي nuclear serets
مي خواستم بدونم كسي ضبط كرده؟ يا لينكي از اين فيلم ها نداره؟

[y_tiz]

دید کلی

راکتورهای هسته‌ای دستگاه‌هایی هستند که در آنها شکافت هسته‌ای کنترل شده رخ می‌دهد. راکتورها برای تولید انرژی الکتریکی و نیز تولید نوترون‌ها بکار می‌روند. اندازه و طرح راکتور بر حسب کار آن متغیر است. فرآیند شکافت که یک نوترون بوسیله یک هسته سنگین (با جرم زیاد) جذب شده و به دنبال آن به دو هسته کوچکتر همراه با آزاد سازی انرژی و چند نوترون دیگر شکافته می‌شود.
تاریخچه


اولین انرژی کنترل شده ناشی از شکافت هسته در دسامبر 1942 بدست آمد. با رهبری فرمی ساخت و راه اندازی یک پیل از آجرهای گرافیتی ، اورانیوم و سوخت اکسید اورانیوم با موفقیت به نتیجه رسید. این پیل هسته‌ای ، در زیر میدان فوتبال دانشگاه شیکاگو ساخته شد و اولین راکتور هسته‌ای فعال بود.


ساختمان راکتور


با وجود تنوع در راکتور‌ها ، تقریبا همه آنها از اجزای یکسانی تشکیل شده‌اند. این اجزا شامل سوخت ، پوشش برای سوخت ، کند کننده نوترونهای حاصله از شکافت ، خنک کننده‌ای برای حمل انرژی حرارتی حاصله از فرآیند شکافت ماده کنترل کننده برای کنترل نمودن میزان شکافت می‌باشد.
سوخت هسته‌ای


سوخت راکتورهای هسته‌ای باید به گونه‌ای باشد که متحمل شکافت حاصله از نوترون بشود. پنج نوکلئید شکافت پذیر وجود دارند که در حال حاضر در راکتورها بکار می‌روند. 232Th ، 233U ، 235U ، 238U ، 239Pu . برخی از این نوکلئیدها برای شکافت حاصله از نوترونهای حرارتی و برخی نیز برای شکافت حاصل از نوترونهای سریع می‌باشند. تفاوت بین سوخت یک خاصیت در دسته‌بندی راکتورها است.

در کنار قابلیت شکافت ، سوخت بکار رفته در راکتور هسته‌ای باید بتواند نیازهای دیگری را نیز تأمین کند. سوخت باید از نظر مکانیکی قوی ، از نظر شیمیایی پایدار و در مقابل تخریب تشعشعی مقاوم باشد، تا تحت تغییرات فیزیکی و شیمیایی محیط راکتور قرار نگیرد. هدایت حرارتی ماده باید بالا باشد بطوری که بتواند حرارت را خیلی راحت جابجا کند. همچنین امکان بدست آوردن ، ساخت راحت ، هزینه نسبتا پایین و خطرناک نبودن از نظر شیمیایی از دیگر فایده‌های سوخت است.



غلاف سوخت راکتور


سوختهای هسته‌ای مستقیما در داخل راکتور قرار داده نمی‌شوند، بلکه همواره بصورت پوشیده شده مورد استفاده قرار می‌گیرند. پوشش یا غلاف سوخت ، کند کننده و یا خنک کننده از آن جدا می‌سازد. این امر از خوردگی سوخت محافظت کرده و از گسترش محصولات شکافت حاصل از سوخت پرتو دیده به محیط اطراف جلوگیری می‌کند. همچنین این غلاف می‌تواند پشتیبان ساختاری سوخت بوده و در انتقال حرارت به آن کمک کند. ماده غلاف همانند خود سوخت باید دارای خواص خوب حرارتی و مکانیکی بوده و از نظر شیمیایی نسبت به برهمکنش با سوخت و مواد محیط پایدار باشد. همچنین لازم است غلاف دارای سطح مقطع پایینی نسبت به بر همکنشهای هسته‌ای حاصل از نوترون بوده و در مقابل تشعشع مقاوم باشد.
مواد کند کننده نوترون


یک کند کننده ماده‌ای است که برای کند یا حرارتی کردن نوترونهای سریع بکار می‌رود. هسته‌هایی که دارای جرمی نزدیک به جرم نوترون هستند بهترین کند کننده می‌باشند. کند کننده برای آنکه بتواند در راکتور مورد استفاده قرار گیرد بایستی سطح مقطع جذبی پایینی نسبت به نوترون باشد. با توجه به خواص اشاره شده برای کند کننده ، چند ماده هستند که می‌توان از آنها استفاده کرد. هیدروژن ، دوتریم ، بریلیوم و کربن چند نمونه از کند کننده‌ها می‌باشند. از آنجا که بریلیوم سمی است، این ماده خیلی کم به عنوان کند کننده در راکتور مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین ایزوتوپهای هیدروژن ، به شکل آب و آب سنگین و کربن ، به شکل گرافیت به عنوان مواد کند کننده استفاده می‌شوند.
خنک کننده‌ها


گرمای حاصله از شکافت در محیط راکتور یا باید از سوخت زدوده شود و یا در نهایت این گرما بقدری زیاد شود که میله‌های سوخت را ذوب کند. حرارتی که از سوخت گرفته می‌شود ممکن است در راکتور قدرت برای تولید برق بکار رود. از ویژگیهایی که ماده خنک کننده باید داشته باشد، هدایت حرارتی آن است تا اینکه بتواند در انتقال حرارت مؤثر باشد. همچنین پایداری شیمیایی و سطح مقطع جذب پایین‌تر از نوترون دو خاصیت عمده ماده خنک کننده است. نکته دیگری که باید به آن اشاره شود این است که این ماده نباید در اثر واکنشهای گاما دهنده رادیواکتیو شوند.

از مایعات و گازها به عنوان خنک کننده استفاده شده‌ است، مانند گازهای دی اکسید کربن و هلیوم. هلیوم ایده‌آل است ولی پر هزینه بوده و تهیه مقادیر زیاد آن مشکل است. خنک کننده‌های مایع شامل آب ، آب سنگین و فلزات مایع هستند. از آنجا که برای جلوگیری از جوشیدن آب فشار زیادی لازم است خنک کننده ایده‌آلی نیست.


مواد کنترل کننده شکافت


برای دستیابی به فرآیند شکافت کنترل شده و یا متوقف کردن یک سیستم شکافت پس از شروع ، لازم است که موادی قابل دسترس باشند که بتوانند نوترونهای اضافی را جذب کنند. مواد جاذب نوترون بر خلاف مواد دیگر مورد استفاده در محیط راکتور باید سطح مقطع جذب بالایی نسبت به نوترون داشته باشند. مواد زیادی وجود دارند که سطح مقطع جذب آنها نسبت به نوترون بالاست، ولی ماده مورد استفاده باید دارای چند خاصیت مکانیکی و شیمیایی باشد که برای این کار مفید واقع شود.
انواع راکتورها


راکتورها بر حسب نوع فرآیند شکافت به راکتورهای حرارتی ، ریع و میانی (واسطه) ، بر حسب مصرف سوخت به راکتورهای سوزاننده ، مبدل و زاینده ، بر حسب نوع سوخت به راکتورهای اورانیوم طبیعی ، راکتورهای اورانیوم غنی شده با 235U (راکتور مخلوطی Be) ، بر حسب خنک کننده به راکتورهای گاز (CO2مایع (آب ، فلز) ، بر حسب فاز سوخت کند کننده‌ها به راکتورهای همگن ، ناهمگن و بالاخره بر حسب کاربرد به راکتورهای قدرت ، تولید نوکلید و تحقیقاتی تقسیم می‌شوند.
کاربردهای راکتورهای هسته‌ای


راکتورها انواع مختلف دارند برخی از آنها در تحقیقات ، بعضی از آنها برای تولید رادیو ایزتوپهای پر انرژی برخی برای راندن کشتیها و برخی برای تولید برق بکار می‌روند.


دوگروه اصلی راکتورهای هسته‌ای بر اساس تقسیم بندی کاربرد آنها. راکتورهای قدرت و راکتورهای تحقیقاتی هستند. راکتورهای قدرت مولد برق بوده و راکتورهای تحقیقاتی برای تحقیقات هسته‌ای پایه ، مطالعات کاربردی تجزیه‌ای و تولید ایزوتوپها مورد استفاده قرار می گیرند.

:5::18:

[y_tiz]

دید کلی[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]




استفاده از نیروی هسته‌ای از 40 سال پیش آغاز شد و اینک این نیرو همان اندازه از برق جهان را تأمین می‌کند که 40 سال پیش بوسیله تمام منابع انرژی تأمین می‌شد. حدود دو سوم از جمعیت جهان در کشورهایی زندگی می‌کنند که نیروگاههای هسته‌ای آنها در زمینه تولید برق و زیر ساختهای صنعتی نقش مکمل را ایفا می‌کنند. نیمی از مردم جهان در کشورهایی زندگی می‌کنند که نیروگاههای هسته‌ای در آنها در حال برنامه‌ریزی و یا در دست ساخت هستند.

به این ترتیب ، توسعه سریع نیروی هسته‌ای جهان مستلزم بروز هیچ تغییر بنیادینی نیست و تنها نیازمند تسریع راهبردهای موجود است. امروزه حدود 440 نیروگاه هسته‌ای در 31 کشور جهان برق تولید می‌کنند. بیش از 15 کشور از مجموع این تعداد در زمینه تأمین برق خود تا 25 درصد یا بیشتر ، متکی به نیروی هسته‌ای هستند. در اروپا و ژاپن سهم نیروی هسته‌ای در تأمین برق بیش از 30 درصد است، در آمریکا نیروی هسته‌ای 20 درصد از برق را تأمین می‌کند. در سرتاسر جهان ، دانشمندان بیش از 50 کشور از حدود 300 راکتور تحقیقاتی استفاده می‌کنند تا: درباره فناوریهای هسته‌ای تحقیق کرده و برای تشخیص بیماری و درمان سرطان ، رادیوایزوتوپ تولید کنند.

همچنین در اقیانوسهای جهان راکتورهای هسته‌ای نیروی محرکه بیش از 400 کشتی را بدون اینکه به خدمه آن و یا محیط زیست آسیبی برسانند، تأمین می‌کنند. دوره پس از جنگ سرد ، فعالیت جدیدی برای حذف مواد هسته‌ای از تسلیحات و تبدیل آن به سوخت هسته‌ای غیر نظامی آغاز شد. انرژی هسته‌ای کاربردهای زیاد در پزشکی در علوم و صنعت و کشاورزی و ... دارد. لازم به ذکر است انرژی هسته‌ای به تمامی انرژیهای دیگر قابل تبدیل است، ولی هیچ انرژی به انرژی هسته‌ای تبدیل نمی‌شود. موارد زیادی از کاربردهای انرژی هسته‌ای در زیر آورده می‌شود.
نیروگاه هسته‌ای


نیروگاه هسته‌ای (Nuclear Power Stotion) یک نیروگاه الکتریکی که از انرژی تولیدی شکست هسته اتم اورانیوم یا پلوتونیم استفاده می‌کند. 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 هسته‌ای اساسا گرما تولید می‌کند، از گرمای تولید شده راکتورهای هسته‌ای برای تولید بخار استفاده می‌شود. از بخار تولید شده برای به حرکت در آوردن توربینها و ژنراتورها که نهایتا برای تولید برق استفاده می‌شود.
بمبهای هسته‌ای


این نوع بمبها تا حالا قویترین بمبهای و مخربترینهای جهان محسوب می‌شود. دارندگان این نوع بمبها جزو قدرتهای هسته‌ای جهان محسوب می‌شود.

پیل برق هسته‌ای Nuelear Electric battery


پیل هسته‌ای یا اتمی دستگاه تبدیل کننده انرژی اتمی به جریان برق مستقیم است، ساده‌ترین پیلها) شامل دو صفحه است. یک پخش کننده بتای خالص مثل استرنیوم 90 و یک هادی مثل سیلسیوم.
جریان الکترونهای سریعی که بوسیله استرنیوم منتشر می‌شود ازمیان نیم هادی عبور کرده و در حین عبور تعداد زیادی الکترون اضافی را از نیم هادی جدا می‌کند که در هر حال صدها هزار مرتبه زیادتر از جریان الکتریکی حاصل از ایزوتوپ رادیواکتیو استرنیوم 90 می‌باشد.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] کاربردهای پزشکی


در پزشکی تشعشعات هسته‌ای کاربردهای زیادی دارند که اهم آنها عبارتند از:

رادیو گرافی
گاما اسکن
استرلیزه کردن هسته‌ای و میکروب زدایی وسایل پزشکی با پرتو‌های هسته‌ای
رادیو بیولوژی کاربردهای کشاورزی


تشعشعات هسته‌ای کاربردهای زیادی در کشاورزی دارد که مهمترین آنها عبارتست از:

موتاسیون هسته‌ای ژنها در کشاورزی
کنترل حشرات با تشعشعات هسته‌ای
جلوگیری از جوانه زدن سیب زمینی با اشعه گاما
انبار کردن میوه‌ها
دیرینه شناسی (باستان شناسی) و صخره شناسی (زمین شناسی) که عمر یابی صخره‌ها با C14 در باستان شناسی خیلی مشهور است. کاربردهای صنعتی


در صنعت کاربردهای 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
:3::4::32::33::34:

[y_tiz]

مقدمه

در واکنشهای شکافت هسته‌ای مقادیر زیادی نیز انرژی آزاد می‌گردد (در حدود 200Mev)، اما مسئله مهمتر اینکه نتیجه شکستن هسته 235U ، آزادی دو نوترون است که می‌تواند دو هسته دیگر را شکسته و چهار نوترون را بوجود آورد. این چهار نوترون نیز چهار هسته 235U را می‌شکند. چهار هسته شکسته شده تولید هشت نوترون می‌کنند که قادر به شکستن همین تعداد هسته اورانیوم می‌باشند. سپس شکست هسته‌ای و آزاد شدن نوترونها بصورت زنجیروار به سرعت تکثیر و توسعه می‌یابد. در هر دوره تعداد نوترونها دو برابر می‌شود، در یک لحظه واکنش زنجیری خود بخودی شکست هسته‌ای شروع می‌گردد. در واکنشهای کنترل شده هسته‌ای تعداد شکست در واحد زمان و نیز مقدار انرژی بتدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه ثابت نگهداشته می‌شود.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
انرژی شکافت هسته‌ای


کشف انرژی هسته‌ای در جریان جنگ جهانی دوم صورت گرفت و اکنون برای شبکه برق بسیاری از کشورها هزاران کیلو وات تهیه می کند (نیرو گاه هسته ای). بحران انرژی بر اثر بالارفتن قیمت نفت در سال 1973 استفاده از انرژی شکافت هسته‌ای بیشتر وارد صحنه کرد. در حال حاضر ممالک اروپایی انرژی هسته‌ای را تنها انرژی می‌داند. که می‌تواند در اکثر موارد جایگزین نفت شود. استفاده از انرژی شکافت هسته‌ای که بر روی یک ماده قابل احتراق کانی که بصورت محدود پایه گذاری می‌شود. برای سایر کشورها خطرات بسیار دارد در حال حاضر تولید الکتریسته با استفاده از شکافت هسته‌ای کنترل شده به میزان زیادی توسعه یافته و مورد قبول واقع شده است. تولید انرژی هسته‌ای در کشورهای توسعه یافته بخش مهمی از طرح انرژی ملی را تشکیل می‌دهد.
انرژی بستگی هسته‌ای


می‌توان تصور کرد که جرم هسته ، M ، با جمع کردن Z (تعداد پروتونها) ضربدر جرم پروتون و N تعداد نوترونها ضربدر جرم نوترون بدست می‌آید.




M = Z×Mp + N×Mn



از طرف دیگر M همیشه کمتر از مجموع جرمهای تشکیل دهنده‌های منزوی هسته است. این اختلاف به توسط فرمول انیشتین توضیح داده می‌شود که رابطه بین جرم و انرژی هم ارزی جرم و انرژی را برقرار می‌سازد. اگر یک دستگاه مادی دارای جرم باشد در این صورت دارای انرژی کلی E است. E = M C2 که در آن C سرعت نور در خلا و M جرم کل هسته مرکب از نوکلئونها و E مقدار انرژیی است که در اثر فروپاشی جرم M تولید می‌شود. بنابر این اصول انرژی هسته‌ای بر آزاد سازی انرژی پیوندی هسته استوار است. هر سیستمی که دارای انرژی پیوندی بیشتر باشد پایدار می‌باشد. در واقع جرم مفقود شده در واکنشهای هسته‌ای طبق فرمول E = M C2 به انرژی تبدیل می‌شود. پس انرژی بستگی اختلاف جرم هسته و جرم نوکلئونهای تشکیل دهنده آن است، که معرف کاری است که باید انجام شود تا نوکلئونها از هم جدا شوند. [ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]مواد شکافتنی


مواد ناپایدار برای اینکه به پایداری برسند، انرژی گسیل می‌کنند تا به حالت پایدار برسد. معمولا عناصری شکافت پذیر هستند که جرم اتمی آنها بالای 150 باشد ،235U و 238U در معادن یافت می‌شود. 99.3 درصد اورانیوم معادن 238U می‌باشد.و تنها 7% آن 235U می‌باشد. از طرفی 235U با نوترونهای کند پیشرو واکنش نشان می‌دهد. 238Uتنها با نوترونهای تند کار می‌کند، البته خوب جواب نمی‌دهد. بنابر این در صنعت در نیروگاههای هسته‌ای 235U به عنوان سوخت محسوب می‌شود. ولی به دلایل اینکه در طبیعت کم یافت می‌شود. بایستی غنی سازی اورانیوم شود، یعنی اینکه از 7 درصد به 1 الی 3 درصد برسانند.
شکافت 235U


در این واکنش هسته‌ای وقتی نوترون کند بر روی 235U برخورد می کند به 236U تحریک شده تبدیل می‌شود. نهایتا تبدیل به باریوم و کریپتون و 3 تا نوترون تند و 177 Mev انرژی آزاد می‌شود. پس در واکنش اخیر به ازای هر نوکلئون حدود 1 Mev انرژی آزاد می‌شود. در واکنشهای شیمیایی مثل انفجار به ازای هر مولکول حدود 30 Mev انرژی ایجاد می‌شود. لازم به ذکر است در راکتورهای هسته‌ای که با نوترون کار می‌کند، طبق واکنشهای به عمل آمده 2 الی3 نوترون سریع تولید می‌شود. حتما این نوترونهای سریع باید کند شوند.
:41:

[gggggds]

سلام دوستان ببخشيد تاپيك قديمي رو مي يارم بلا !
جديدا bbc يك سري برنامه جالب پخش كرد به نام اسرار هسته اي nuclear serets
مي خواستم بدونم كسي ضبط كرده؟ يا لينكي از اين فيلم ها نداره؟








[

BBC – Nuclear Secrets Series 1 (2007)
XviD | 608 x 336 | 60min | 500MB each
In a series of five spy thrillers Nuclear Secrets explores the key turning points in the race for nuclear supremacy. From the development of the A-Bomb, via the Cuban missile crisis to the spread of nuclear weapons to the Middle East and beyond each story is told through the eyes of the men who risked everything to proliferate their nuclear secrets and those who tried to stop them. Spies or whistleblowers? Patriots or traitors? Nuclear weapons and the actions of these men have transformed the face of war. And now the world could pay the price.
A series of five x one hour documentaries, the first film of five is The Spy from Moscow. Soviet Colonel, Oleg Penkovsky, spied in the build up to the Cuban Missile Crisis of 1962 – a conflict which brought us closer than ever to all-out nuclear war. The second itells the story of Klaus Fuchs, the superspy who helped give the secrets of the bomb to three different countries, launching the world on a path to nuclear proliferation.
1. The Spy from Moscow (aired on BBC 2 Mon 15 Jan 2007, 9 – 10pm)
Nuclear Secrets is a series of spy thrillers exploring the key turning-points in the race for nuclear supremacy. From the development of the A-bomb, via the Cuban missile crisis, to the spread of nuclear weapons to the Middle East and beyond, each story is told through the eyes of the men who risked everything to proliferate their nuclear secrets and those who tried to stop them. Nuclear weapons and the actions of these men have transformed the face of war – and now the world could pay the price.
Today’s offering – The Spy From Moscow – kicks off the series. Soviet Colonel Oleg Penkovsky was a spy in the build-up to the Cuban Missile Crisis in 1962 – a conflict which brought people closer than ever to all-out nuclear war.
Penkovsky was one of the highest-ranking Soviet officials ever to spy for the West, and he risked his life providing an unparalleled amount of information to MI6 and the CIA. At the height of the Cuban Missile Crisis, Kennedy could turn to technical evidence unknown to the rest of the world provided by “Agent Hero” – Penkovsky’s codename. One of the most effective spies in MI6’s history, Penkovsky soon realised the KGB were on his tail.
With unprecedented access to KGB archives, the film shows the surveillance footage taken by the KGB as they trailed Penkovsky across Moscow in meetings with his British handlers – Janet Chisholm, a British diplomat’s wife, and Greville Wynne, a British businessman. Declassified CIA transcripts reveal that as America was being targeted, so was Penkovsky. His dramatic story and tragic end is highly revealing of KGB operations at the height of the Cold War.
Once opened, the Pandora’s Box of nuclear secrets can never be closed.
2. Superspy (aired on BBC 2 Mon 22 Jan 2007, 9 – 10pm)
Viewers discover how one man’s mission started the Cold War in the second in a series of spy thrillers exploring the key turning-points in the race for nuclear supremacy. Superspy unearths how Klaus Fuchs stole the secrets of the Hiroshima bomb and gave these confidential details to the Soviet Union.
During the Second World War, German refugee Klaus was posted to the highest security weapons laboratory in America. His assignment was to help design the world’s first weapon of mass destruction. After joining Robert Oppenheimer’s team, he became an expert on plutonium and secretly plotted how to contact the Soviet spymasters. Under the eyes of the FBI, he slowly pieced together America’s atomic secrets and copied out his notes. Evading security, he smuggled out the complete blueprint of the Nagasaki A-bomb.
In January 1942, Klaus met up with a young mother – who was, in fact, a Soviet spy – and disclosed the classified information of how to construct an A-bomb. In the spring of 1945, he conducted a series of meetings with his Soviet courier, “Harry Gold”.
By 1949, the FBI were on the hunt for the traitor. Klaus escaped to England, where he started a job which placed him at the heart of the British nuclear establishment. While in the UK, he continued to sell secrets.
The superspy’s downfall came when he confessed all to MI5, whom he told: “It’s as though my mind has two compartments.” But the consequences of his actions led the world to fear nuclear Armageddon.
3. Superbomb (aired on BBC 2 Mon 29 Jan 2007, 9 – 10pm)
Two superpowers, one goal – the third of BBC Two’s spy thrillers exploring the race for nuclear supremacy follows the Soviet Union and USA as they struggle to control the most powerful force on the planet and create a “superbomb” that could unleash an explosion 1,000 times greater than Hiroshima.
In April 1946, nuclear scientist Edward Teller, who has become known as the father of the hydrogen bomb, arrived at Los Alamos Nuclear Laboratory to chair a secret conference on the most ambitious weapons project the world had ever seen: the creation of a “superbomb”. Having met initial opposition from his boss, the father of the atomic bomb, Robert Oppenheimer, Teller believed he could build the ultimate weapon.
In Kew Gardens in 1947, a secret rendezvous took place. Soviet Alexander Felisov met his contact who handed over intelligence regarding Teller’s H-bomb. Unknown to Teller, his weapons programme had been infiltrated by a Soviet husband-and-wife team – “the volunteers”.
By 1951, Teller had made the breakthrough he craved when he tested the H-Bomb in Eniwetok Atoll, in the Pacific. For 15 minutes, he waited anxiously to discover that the island had vanished and, in its place, was a crater, two miles wide.
While Teller triumphed in the US, the Soviets were desperate to develop a small bomb that could be dropped by a plane. Chief Scientist Andrei Sakharov was successful in developing this.
Teller discovered what the Soviets were doing and secretly joined the FBI as an informant; he accused his contemporary, Robert Oppenheimer, of not acting in the interests of the US and destroyed his reputation with a powerful testimony.
But it was too late. The Soviets now held the secret to wiping out any city in Europe. Doomsday was now just around the corner…
4. Va’anunu and the Bomb (aired on BBC 2 Mon 05 Feb 2007, 9 – 10pm)
Mordechai Vanunu was the man who was determined to tell the world about Israel’s nuclear capabilities and, by doing so, created a world scandal. Vanunu is the focus of tonight’s spy thriller in the series exploring the race for nuclear supremacy.
Vanunu worked as a nuclear technician between 1977 and 1985, separating plutonium from uranium at the top-secret Israeli nuclear facility. Disgusted by how Israel treated him, and with a growing awareness of the dangers of nuclear weapons, Vanunu collected evidence by taking 60 photos of the top-secret plutonium plant.
Fast forward to September 1986, when The Sunday Times brought Vanunu to London and kept him isolated while they verified his story about Israel’s nuclear plant.
After weeks of isolation in a hotel, he popped out for a newspaper. A beautiful blonde by the news stand caught his eye and he followed her until he plucked up the courage to speak to the mysterious woman. They agreed to meet several more times and Cindy, as she was known to him, bought tickets for them to take a short break in Rome. This, however, was to be Vanunu’s downfall. Cindy was, in fact, a secret agent for Mossad, the Israeli secret service. He was drugged and smuggled back to Israel where he was tried and jailed for 18 years.
He was released last year but was re-arrested for violating his conditions. While he remains a traitor to Israelis, he is heralded as a saviour for nuclear openness to many around the world.
5. The Terror Trader (aired on BBC 2 Fri 16 Feb 2007, 9 – 10pm)
The final episode in this series uncovers the man described as the father of the Pakistani bomb and the creator of the largest nuclear-smuggling ring ever known. It reveals a cat-and-mouse tale of an out-of-control nuclear scientist and Western intelligence.
In 1975, a young scientist copied top-secret blueprints from his Dutch Nuclear company. The thief in question was Dr AQ Khan, a Pakistani nuclear scientist who was working in the Netherlands. His job gave him access to the designs of the key nuclear process, Centrifuges. He flew to Pakistan over Christmas in 1975 with his family and wrote to his employers, stating that he had yellow fever. He never returned and went on to live a lavish lifestyle in Pakistan.
Dr Khan’s motivation was based by his fierce patriotism and his quest to ensure Pakistan was at the centre of nuclear supremacy. The president of Pakistan placed Khan in charge of his nuclear programme, project 706, and he used his network of contacts from Europe to start it up.
In 1998, Khan tested his bomb design and, for the first time, Pakistan revealed itself to the world as a nuclear power. Khan immediately became a national hero. With fame came wealth and the CIA discovered that Khan had acquired a large property empire. The CIA and MI6 were unclear what Khan was up to but, as time went on, the clues grew more alarming.
They set up a joint task force which eventually led to Dr Khan’s “nuclear bazaar”. The world saw for the first time the terrifying scale of Khan’s activities. The president of Pakistan placed him under house arrest, where he remains today.
Download:

برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

[زهرا]

سلام من یه مقاله در مورد انرژی هسته ای میخوام برای سنین 14سال ومقطع راهنمایی ممنون میشم اگه کمکم کنید.مثلادرموردتعریف انرژی هسته ای ومزایاوضررآن

[سیدسجادموسوی]

سلام
با تشکر ازشما
در مورد فیسیون مطالب علمی ویا مقالاتی در اختیار ندارین برام بفرستین.یا در هر زمینه ای از فیزیک هسته ای مقاله علمی اگه داشته باشید.
mousavisajad1361@gmail.com ادرسمه.[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
ممنون میشم شما یا سایر دوستان اگه مقالاتی درارین برام بفرستین

[goldenm]

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
هانری بکرل نخستین کسی بود که متوجه پرتودهی عجیب سنگ معدن اورانیم گردید پس از ان در سال 1909 میلادی ارنست رادرفورد هسته اتم را کشف کرد.

وی همچنین نشان دادکه پرتوهای رادیواکتیو در میدان مغناطیسی به سه دسته تقیسیم می شود( پرتوهای الفا و بتا وگاما) بعدها دانشمندان دریافتند که منشاء این پرتوها درون هسته اتم اورانیم می باشددر سال 1938 با انجام ازمایشاتی توسط دو دانشمند المانی بنامهای اتوهان و فریتس شتراسمن فیزیک هسته ای پای به مرحله تازه ای نهاد این فیزیکدانان با بمباران هسته اتم اورانیم بوسیله نوترونها به عناصر رادیواکتیوی دست یافتند که جرم اتمی کوچکتری نسبت به اورانیم داشت و در اینجا بود که نا قوس شوم اختراع بمب اتمی به صدا در امد.

زیرا هر فروپاشی هسته اورانیم میتوانست تا 200 مگاولت انرژی ازاد کند وبدیهی بود اگر هسته های بیشتری فرو پاشیده می شد انرژی فراوانی حاصل می گردید.

بعدها فیزیکدانان دیگری نیز در این محدوده به تحقیق می پرداختند یکی از انان انریکو فرمی بود( 1954 - 1901) که بخاطر تحقیقاتش در سال 1938 موفق به دریافت جایزه نوبل گردید.در سال 1939 یعنی قبل از شروع جنگ جهانی دوم در بین فیزیکدانان این بیم وجود داشت که المانیهابه کمک فیزیکدانان نابغه ای مانند هایزنبرگ ودستیارانش بتوانند با استفاده از دانش شکافت هسته ای بمب اتمی بسازندبه همین دلیل از البرت انیشتین خواستند که نامه ای به فرانکلین روزولت رئیس جمهور وقت امریکا بنویسد در ان نامه تاریخی از امکان ساخت بمبی صحبت شد که هر گز هایزنبرگ ان را نساخت.

چنین شدکه دولتمردان امریکا برای پیشدستی برالمان پروژه مانهتن را براه انداختندو از انریکو فرمی دعوت به عمل اوردند تا مقدمات ساخت بمب اتمی را فراهم سازد سه سال بعددر دوم دسامبر 1942 در ساعت 3 بعد از ظهر نخستین راکتور اتمی دنیا در دانشگاه شیکاگو امریکا ساخته شد.سپس در 16 ژوئیه 1945 نخستین ازمایش بمب اتمی در صحرای الامو گرودو نیو مکزیکو انجام شد.سه هفته بعد هیروشیما درساعت 8:15 صبح در تاریخ 6 اگوست 1945 بوسیله بمب اورانیمی بمباران گردیید و ناکازاکی در 9 اگوست سال 1945 بمباران شدند که طی ان صدها هزار نفر فورا جان باختند.

بمبهای هسته ای چگونه ساخته می شوند؟


بمبهای هسته ای به دو شکل ساخته می شوند. بمبهای شکافتی (اتمی) و بمبهای همجوشی (هیدروژنی). در حالیکه جزئیات این بمبها محرمانه است ولی نکات اساسی آنها قابل دسترس است. سوخت در یک بمب شکافتی مشتمل بر اورانیوم 235 و پلوتونیم 239 ی تقریبا خالص است که هر دو هسته های شکافت پذیری دارند. یک تکه ی کوچک از چنین ماده ای نمی تواند منفجر شود زیرا تعداد بسیار زیادی از نوترونها فرار می کنند.

ولی در یک جرم به قدر کافی بزرگ (بحرانی) واکنش زنجیره ای صورت می گیرد. یک نوترون اولیه ی اتفاقی باعث شروع شکافت خواهد شد... یک بمب نوعی تقریبا 10 به توان 24نوترون در کمتر از 10به توان 7- ثانیه آزاد می کند که باعث گرمای بسیار شدید می شود. همجوشی فرق دارد. همجوشی وقتی رخ می دهد که دو هسته ی سبک را آنقدر به هم نزدیک کنیم که در حوزه ی عمل جاذبه ی متقابل نیروی هسته ای قوی قرار گیرند.

از آن به بعد به شدت هم را جذب می کنند و اتمی سنگین تر تولید می کنند و مقداری انرژی آزاد می کنند. همجوشی را می توان در محیط پلاسمایی بوجود آورد و اخیرا با لیزر هم این کار را می کنند. در این همجوشی قرصهای کوچکی از دوتریم و ترتیم (عناصری سبک که همخانواده ی هیدروژنند) را بوسیله فوجهای لیزری پرقدرت گرم می کنند.

اگر توان لیزرها کم باشد انفجارهای کوچکی در این قرصهای کوچک رخ می دهد. اما اگر قدرت بالا باشد و در زمان کوتاه اثر کنند همجوشی رخ می دهد. توان این نوع لیزرها بیش از توان نیروی برق آمریکاست. پس تهیه اش بسیار سخت است .

اختراع بمب اتم

در طول جنگ جهانى دوم شاهد نوآورى تسلیحاتى از جانب دولتهاى درگیر در جنگ مى‏باشیم، سه دولت عمده‏اى که داراى مراکز تحقیقات استراتژیک و لابراتورهاى معظم تحقیقاتى بودند، عبارتند بودند از ژاپن، آلمان، آمریکا. ژاپن به دنبال توسعه سلاح‏هاى شیمیایى بود که در این زمینه موفقیت چندانی به دست نمى‏آورد.

آلمان‏ها داراى مرکز تحقیقاتى «پینامون» بودند که موفق به اختراع سلاحى نو در تابستان 1940 مى‏شوند، این سلاح موشک بود که در طول جنگ آلمان‏ها علیه انگلستان از خاک فرانسه ی اشغال شده به کار مى‏بردند. اولین موشکها در تابستان 1940 بود که با پشت سر گذاشتن کانال مانش به خاک انگلستان اصابت مى‏کرد. تا مدت‏ها انلگیسیها اختراع چنین سلاحى را باور نمى‏کردند.

مخترع موشک «فون براون» آلمانى بود و اولین موشک‏ها VI و VII نام داشتند. اما در رابطه با تحقیقات مربوط به شکافتن هسته اتم، على رغم تبلیغات متفقین که به بزرگ نمایى خطر اتمى آلمان مى‏پرداختند، نازى‏ها در این خصوص موفقیتى به دست نیاورده و پس از شکست آلمان مشخص مى‏شود که آنها در مرحله ابتدایى ساخت بمب اتم قرار داشتند.


مرکز سوم، آمریکا بود. آمریکا با استفاده از امتیاز منحصر به فرد دور بودن از صحنه جنگ و مصونیت از بمباران و ویرانى، در سال 1943 پروژه مانهتن را در صحراى لوس آلاموس (Los Alamos) در ایالت نیومکزیکو، شکل می دهد.

ریاست این پروژه اتمى، با پروفسور «اوپن هایمر» بود و دانشمندان غیر اروپایى مانند «فرمى» و ... در این پروژه نقش داشتند.

ریاست این پروژه با یک ژنرال سه ستاره، به نام «گروز» بود که به طور مرتب، واشنگتن را از پیشرفت کار مطلع مى‏ساخت. یکی از ویژگی های پروژه مانهتن، هزینه بسیار بالای آن بود (25 میلیارد دلار) که در زمان جنگ هیچ دولتى چنین بودجه‏اى را نداشت. سرانجام در حالى که در 8 مى 1945 آلمان تسلیم مى‏شود و جنگ اروپا به پایان مى‏رسد، فاتحین کنفرانس پوتست دام را به منظور تعیین سرنوشت آلمان تشکیل مى‏دهند، پوتست دام یک منطقه ییلاقى در نزدیک برلین بود که با توجه به اینکه برلین آنقدر ویران شده بود، حتی ساختمان درخوری در این شهر نبود که در آن اجلاس برگزار شود. در بین کنفرانس، هرى ترومن، رئیس جمهور آمریکا، تلگراف رمزى، تحت عنوان «نوزاد متولد شد»، دال بر به ثمر رسیدن پروژه مانهتن دریافت مى‏کند.

این پروژه موفق به ساخت اولین بمبى مى‏شود که در 16 ژوئیه 1945 مورد تست قرار مى‏گیرد. اوپن هایمر و دیگران، در بونکرى تجمع کرده بودند و آزمایش را مورد بررسى قرار مى‏دهند که ظاهرا همانجا اوپن هایمر پشیمان مى‏شود. در اواخر جولاى، رئیس جمهور آمریکا، دستور به کار بردن این سلاح جدید را علیه ژاپن براى تاریخ بعد از 2 اوت صادر مى‏کند؛ 5 شهر ژاپن به ترتیب اولویت براى واشنگتن در لیست قرار مى‏گیرند: توکیو، کیوتو، هیروشیما، ناگویا، ناکازاکى.

منبع ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])

[sajadhoosein]

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.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]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.



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.


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.

[sajadhoosein]

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.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] 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.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


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.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]بمب پلوتونيومی
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] 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.

[sajadhoosein]

نيروگاههاي هسته اي وبمب هاي هسته اي چگونه كار ميكنند؟


اين روزها در مجلات,روزنامه ها,تلويزيون وغيره از همه چيز ميشنويم ولي بيشتر از همه فعاليت هاي صلح آميزوغير صلح آميز هسته اي است كه ذهنمان را مشغول ميسازد.در اينجا سعي بر آن است كه مطالب حتي الامكان به صورت عامه فهم وبه گونه اي كه حق مطلب ادا شود,براي شما توضيحاتي پيرامون بمب هاي هسته اي ,تشعشعات هسته اي ونيروگاههاي هسته اي عنوان شود.

قبل از اينكه به اصل موضوع بپردازيم خدمت دوستان خوبم بايد عرض كنم كه اين مطالب ممكن است براي عده اي از دوستان بسيار پيش پا افتاده وساده باشه به هر حال شما به بزرگي خودتون ببخشيد و اينو هم در نظر بگيريد كه مخاطب هاي اين وبلاگ ممكنه از هر قشري باشند پس ما هم مجبوريم كه ملاحظه حال اونا رو هم بكنيم....

و اما اصل موضوع....

ميدانيم كه دنياي اطرافمان از 92 عنصر موجود در طبيعت ساخته شده است. به اين شكل كه عناصر از اتم ها ساخته شده اند وتشكيل مولكول آن عنصر را ميدهند و اگر اين مولكولها در كنار يكديگرقرار گيرند ماده بوجود مي آيد. بسياري از مواد از عناصر مختلف تشكيل شده اند بنابراين اتم هاي مختلفي در آنها وجود دارد. لازم به ذكر است قطر اتم 10 به توان منفي ده متر ميباشد واندازه هسته در مركز اتم0001/0 بزرگي اتم كوچكتر است و يا به عبارتي دقيقتر قطر كامل هسته به طور ميانگين 10به توان منفي 15 متر ميباشد.

ابتدا به تشريح ساختمان اتم ميپردازيم:

در داخل هر اتم سه ذره وجود دارد:الكترون با بار منفي , پروتون با بار مثبت و نوترون خنثي. بارهاي همنام يكديگر را دفع و بارهاي غير همنام يكديگر را جذب ميكنند بجز نوترون كه هيچ عكس العملي ندارد.

هسته اتم هر عنصر از پروتون و نوترون تشكيل شده است كه مجموع تعداد آنها را عدد اتمي آن عنصر ,وبه آنها نوكلئون ميگويند. لازم به ذكر است جرم نوترون 675/1ضربدر 10 به توان منفي 27 كيلوگرم ,وجرم پروتون 673/1ضربدر 10 به توان منفي 27 ميباشد.

پروتون هاي تشكيل دهنده هسته اتم چون داراي بار مثبت هستند پس طبيعي است كه يكديگر را دفع كنند براي جلوگيري از اين اتفاق نوترون ها مانند چسبي از متلاشي شدن هسته جلوگيري ميكنند.الكترون ها نيز در مدارات بيضي شكل و نامنظم در اطراف هسته با سرعت بسيار زياد در حال گردشند وهر چه اين الكترون ها به لايه والانس نزديكتر ميشوند تعلق آنها به هسته كاهش ميابد(بر اساس مدل اتمي بور).

اما اگر بخواهيم علمي تر بحث كنيم بايد بگوئيم تقريبا سه نيرو در هسته هر اتم وجود داردكه يكي از آنها سعي در انهدام هسته و دو تاي ديگر سعي در پايداري هسته دارند. اولي نيروي كولني يا همان دافعه پروتوني ميباشد , دومي نيروي گرانش ناشي از جاذبه بين ذرات جرم دار است وسومي كه مهمترين دليل جلوگيري از متلاشي شدن هسته ميباشد همان نيروي هسته اي است. دقت كنيد نيروي كولني بسيار ناچيز است و نميتواند به تنهايي هسته را متلاشي كند و نيروي گرانش ذرات نيز بسيار كم ميباشد و توانايي در تعادل نگه داشتن هسته را ندارد,در واقع اين نيروي هسته اي است كه اتم را در تعادل نگه داشته و از واپاشيده شدن نوكلئون ها جلوگيري ميكند. براي توضيح اين نيرو بايد گفت اگر فاصله بين پروتون و نوترون از 5 ضربدر 10 به توان منفي 15 متر(5فمتو متر) بيشتر شود نيروي هسته اي وجود ندارد , بر عكس اگر اين فاصله از مقدار ياد شده كمتر شود نيروي هسته اي بيشترميشود بدين طريق هسته از متلاشي شدن نجات ميابد.

سال 1905 در يك آپارتمان كوچك در شماره 49 خيابان كرامر گاسه در برلين (منزل مسكوني اينشتين)اتفاق بزرگي افتاد ; كسي چه ميدانست با كشف فرمول معروف نسبيت خاص E=mc2 ميتوان جان هزاران نفر را در هيروشيما و ناكازاكي گرفت و يا اينكه براي ميليون ها نفر در سرار جهان برق و انرژي توليد كرد ؟!

فرمول E=mc2 به ما ميگويد كه اندازه انرژي آزاد شده برابر است با تغييرات جرم جسم تبديل شده در مجذور سرعت نور. به اين معني كه اگر ما جسمي به جرم مثلا يك كيلوگرم را با سرعتي نزديك به سرعت نور به حركت درآوريم انرژي معادل 9ضربدر10به توان 16 ژول خواهيم داشت كه رقم بسيار وحشتناكي است ولي واقعيت اين است كه چنين چيزي غير ممكن است !!! چرا ؟

چون بر اساس همان فرمول نسبيت حركت با سرعت نور براي اجسام غير ممكن است. براي درك بهتر موضوع فرمول را به شكل ديگري مينويسيم : m=E/C2 اگر C2 ثابت فرض شود به روشني پيداست كه انرژي و جرم نسبت مستقيم با يكديگر دارند ,حال اگر ما بخواهيم جسمي به جرم m را با سرعت نور © به حركت درآوريم طبيعتا بايد به آن انرژي بدهيم و از آنجا كه m و E با يكديگر نسبت مستقيم دارند پس هر چه انرژي بيشتر شود m نيز بزرگتر ميشود ودر واقع قسمت اعظم انرژي صرف ازدياد جرم ميشود تا سرعت دادن به جسم . پس تقريبا به بي نهايت انرژي نياز داريم واين همان چيزي است كه حركت با سرعت نور را براي اجسام غير ممكن ميكند.

قبل از اينكه توضيحات بيشتري داده شود لازم است كمي هم در مورد راههاي آزاد كردن انرژي هسته اي بگوئيم.

به طور كلي انرژي موجود در هسته به دو روش آزاد ميشود :

1 - روش شكافت هسته اي كه در آن يك اتم سنگين مانند اورانيوم تبديل به دو اتم سبكتر ميشود . ويا به عبارتي ديگر وقتي كه هسته اي سنگين به دو يا چند هسته با جرم متوسط تجزيه ميشود ميگويند شكافت هسته اي رخ داده است و وقتي هسته اي با عدد اتمي زياد شكافته شود , مقداري از جرم آن ناپديد وبه انرژي تبديل ميشود(طبق قانون نسبيت).

2 - روش همجوشي (گداخت هسته اي) ; كه در آن دو اتم سبك مانند هيد روژن تبديل به يك اتم سنگين مانند هليم ميشود. درست همانند اتفاقي كه در حال حاضر در خورشيد مي افتد, كه در هر دو حالت انرژي قابل توجهي آزاد مي شود.

در حال حاضر اكثر بمب هاي هسته اي ونيروگاههاي هسته اي بروش شكافت هسته عمل ميكنند .

حال دوباره به توضيحات مربوط اتم بر ميگرديم . در اينجا لازم است نكاتي را در مورد پايداري و ناپايداري توضيخ دهيم...

اگرما 13 پروتون را با 14 نوترون تركيب كنيم هسته اي خواهيم داشت كه اگر 13 الكترون در اطراف آن گردش كنند يك اتم آلومينيوم را ميسازند .حال اگر ميلياردها عدد از اين اتم ها را در كنار هم قرار دهيم آلومينيوم را مي سازيم(AL27) كه با آن انواع وسايل نظير قوطي ها و درب وپنجره ها و غيره... را ميتوان ساخت.

حال اگر همين آلومينيوم را در شيشه اي قرار دهيم ! وچند ميليون سال به عقب برگرديم اين آلومينيوم هيچ تغييري نخواهد كرد ,پس آلومينيوم عنصري پايدار است . تا حدود يك قرن پيش تصور بر اين بودكه تمام عناصر پايدار هستند. مساله مهم ديگر اينكه بسياري از اتم ها در اشكال متفاوتي ديده مي شوند . براي مثال : مس دو شكل پايدار دارد , مس 63 ومس 65 كه به اين دو نوع ايزوتوپ گفته مي شود .هر دوي آنها 29 پروتون دارند اما چون در عدد اتمي 2 واحد فرق دارند به سادگي مي توان فهميد كه تعداد نوترون هاي اولي 34 وديگري 36 است وهر دوي آنها پايدار هستند.در حدود يك قرن پيش دانشمندان متوجه شدند گه همه عناصر ايزوتوپ هايي دارند كه راديواكتيو هستند.مثلا : هيدروژن را در نظر بگيريد , در مورد اين عنصر سه ايزوتوپ شناخته شده است.

1 - هيدروژن معمولي يا نرمال (H1) در هسته اتم حود يك پروتون دارد وبدون هيچ نوتروني. البته واضح است چون نيازي نيست تا خاصيت چسبانندگي خود را نشان دهد چرا كه پروتون ديگري وجود ندارد.

2 - هيدروژن دوتريم كه يك پروتون ويك نوترون دارد و در طبيعت بسيار نادر است. اگرچه عمل آن بسيار شبيه هيدروژن نوع اول است براي مثال ميتوان از آن آب ساخت اما ميزان بالاي آن سمي است.

هر دو ايزوتوپ ياد شده پايدار هستند اما ايزوتوپ ديگري از هيدروژن وجود دارد كه ناپايدار است !

3 - ايزوتوپ سوم هيدروژن (تريتيوم) كه شامل دو نوترون و يك پروتون است. همان طور كه قبلا گفته شد اين نوع هيدروژن ناپايدار است . يعني اگر مجددا ظرفي برداريم واين بار درون آن را با اين نوع از هيدروژن پر كنيم و يك ميليون سال به عقب برگرديم متوجه ميشويم كه ديگر هيدروژني نداريم و همه آن به هليم 3 تبديل شده است (2 پروتون و يك نوترون) واين ها همه توضيحاتي ساده در مورد پايداري و ناپايداري بود.

در يك پاراگراف ساده ميتوان گفت كه هر چه هسته اتم سنگين تر شود تعداد ايزوتوپ ها بيشتر ميشود و هر چه تعداد ايزوتوپ ها بيشتر شود امكان بوجود آمدن هسته هاي ناپايدار نيز بيشتر خواهد شد و در نتيجه احتمال وجود نوع راديواكتيو نيز بيشتر ميشود.

در طبيعت عناصر خاصي را ميتوان يافت كه همه ايزوتوپ هايشان راديو اكتيو باشند.براي مثال دو عنصر سنگين طبيعت كه در بمب ها ونيروگاههاي هسته اي از آنها استفاده مي شود را نام ميبريم : اورانيوم و پلوتونيوم.

اورانيوم به طور طبيعي فلزي است سخت,سنگين,نقره اي و راديواكتيو,با عدد اتمي 92.سالهاي زيادي از آن به عنوان رنگ دهنده لعاب سفال يا تهيه رنگهاي اوليه در عكاسي استفاده ميشد و خاصيت راديواكتيو آن تا سال 1866 ناشناخته ماند و قابليت آن براي استفاده به عنوان منبع انرژي تا اواسط قرن بيستم مخفي بود.

خصوصيات فيزيكي اورانيوم

اورانيوم طبيعي (كه بشكل اكسيد اورانيوم است) شامل3/99% از ايزوتوپ اورانيوم 238 و7/0% اورانيوم 235است. كه نوع 235 آن قابل شكافت است و مناسب براي بمب ها ونيروگاههاي هسته اي است. اين عنصر از نظر فراواني در ميان عناصر طبيعي پوسته در رده 48 قراردارد. از نظر تراكم و چگالي بايد گفت 6/1 مرتبه متراكم تر از سرب است.وهمين تراكم باعث سنگين تر شدن آن مي شود.براي مثال اگر يك گالن شير وزني حدود 4 كيلوگرم داشته باشد ,يك گالن اورانيوم 75 كيلوگرم وزن دارد!!!

انواع اورانيوم

اورانيوم با غناي پايين كه ميزان اورانيوم 235 آن كمتر از 25% ولي بيشتر از7/0% است كه سوخت بيشتر راكتورهاي تجاري بين 3 تا 5 درصد اورانيوم 235 است.

اورانيوم با غناي بالا كه در اينجا بيشتر از 25% وحتي در مواردي آن را تا98% نيز غني ميكنند و مناسب براي كاربردهاي نظامي وساخت بمب هاي هسته اي است.

و اما منظور از غني سازي اورانيوم چيست؟

بطوربسيار خلاصه غني سازي عبارت است از انجام عملي كه بواسطه آن مقدار اورانيوم 235 بيشتر شود و مقدار اورانيوم 238 كمتر. كه پس از جمع آوري اورانيوم 238 ,آن را زباله اتمي مي نامند.

غني سازي اورانيوم به روشهاي مختلفي انجام مي شود كه چند مورد از آن را خدمت شما يادآور مي شويم: 1-استفاده از اصل انتشار گازها 2-استفاده از روش -------- 3-استفاده از ميدانهاي مغناطيسي 4- استفاده از دستگاه سانتريفوژ كه در حال حاضر روش چهارم متداولترين,باصرفه ترين و مطمئن ترين روش به شمار ميآيد.

در اواخر سال 1938 هان,مايتنر و اشتراسمن به اكتشافي دست يافتند كه دنيا را تحت تاثير قرار داد ,آنها متوجه شدند كه ميتوان كاري كرد كه هسته هاي اورانيوم 235 شكسته شوند.

فرض كنيد كه نوتروني در اطراف يك هسته اورانيوم 235 آزادانه در حال حركت است,اين هسته تمايل زيادي دارد كه نوترون كند را به درون خود بكشاند وآن راجذب كند.هسته اورانيوم پس از گير اندازي اين نوترون,ديگر هسته اي پايدار نيست وناگهان از هم شكافته مي شود اين هسته در طي فرآيند شكافت به دو يا چند هسته با جرم كوچكتر ,يعني به صورت هسته هاي عناصر نزديك به مركز جدول تناوبي تجزيه مي شود.به طور كلي در فرآيند شكافت اگر يك نوترون به هسته اصابت كند به طور ميانگين 5/?نوترون در اثر شكافت آزاد مي شود حال اگر ما تعداد نوترون هاي آزاد شده را 3 عدد فرض كنيم و مدت زمان لازم براي تحقق هر شكافت 01/0 ثانيه باشدمقدار اورانيوم مصرف شده در طي زمان يك ثانيه در حدود 10به توان 23 كيلوگرم خواهد بود !!! واضح است كه واكنش زنجيره اي شكافت ميتواند مقادير قابل توجهي از اورانيوم را در مدت زمان ناچيزي به انرزي تبديل كند.با توجه به توضيحات داده شده به وضوح مشخص است كه ما نيازي به توليد مستمر نوترون نداريم بلكه با اصابت اولين نوترون به هسته وآزاد شدن نوترون هاي ناشي از فرآيند شكافت ما ميتوانيم نوترون مورد نياز خود را بدست آوريم كه مسلما اين تعداد نوترون بسيار بيشتر از نياز ما خواهد بود. لازم به ذكر است كه به حداقل مقدار اورانيومي كه براي فرآيند شكافت لازم است جرم بحراني يا مقدار بحراني مي گويند واز به هم پيوستن دو يا چند جرم بحراني يك ابر جرم بحراني حاصل مي شود.

حال اگر بخواهيم واكنش زنجيره اي ادامه پيدا كند,حفظ يك اندازه بحراني براي ماده اوليه اورانيوم ضرورت دارد .در صورتي كه مقدار اورانيوم را خيلي كمتر از جرم بحراني بگيريم ,بيشتر نوترون هاي توليدي فرار خواهند كرد زيرا اين فرار به عواملي چون : شكل فيزيكي اورانيوم و جرم آن وابسته است و در نتيجه واكنش متوقف مي شود. از سوي ديگر اگر مقدار اورانيوم را فوق العاده زياد بگيريم مثلا به اندازه يك ابر جرم بحراني,تمام نوترون هاي توليدي در واكنش هاي بعدي شركت خواهند كرد وانرژي آزاد شده در يك فاصله زماني كوتاه آنچنان زياد خواهد شد كه نتيجه اي جز انفجار نخواهد داشت!! بين اين دو حالت يك خط فاصل وجود دارد:اگر بزرگي كره اورانيومي شكل را درست برابر اندازه بحراني بگيريم آنگاه از هر شكافت فقط يك نوترون براي شركت در شكافت بعدي باقي مي ماند در اين صورت واكنش با آهنگ ثابتي ادامه مي يابد. از خاصيت حالت سوم براي توجيح عملكرد نيروگاههاي هسته اي استفاده مي كنند. حال اگر به اندازه كافي اورانيوم 235 در اختيار داشته باشيم به آساني مي توانيم يك بمب ساده بسازيم !!!!! به اين شكل كه دو نيم كره از اورانيوم 235 را كه هر كدام به اندازه جرم بحراني است در دو انتهاي يك استوانه قرار ميدهيم و اين دو قطعه را بوسيله ساز وكاري كه خود طراحي كرده ايم ناگهان به يكديگر متصل مي كنيم كه در اين حالت ابر جرم بحراني تشكيل مي شود,حال اگر توسط دستگاه نوترون ساز نوتروني به هسته نزديك كنيم وقوع انفجار حتمي است!!

در عمل براي آنكه انفجاري بزرگ و موثر حاصل شود ريزه كاري هاي زيادي را بايد رعايت كرد.

در هر حال براي توضيح عملكرد نيروگاههاي هسته اي لازم به ذكر است راكتورهاي هسته اي را چنان طراحي ميكنند كه در آنها واكنش شكافت در شرايطي نزديك به حالت بحراني تحقق يابد. قلب راكتور اساسا متشكل است از سوخت(در اين مورد اورانيوم 235) كه در استوانه هاي مخصوص در بسته اي جا سازي شده اند. اين استوانه ها در ماده اي كه كند كننده ناميده مي شوند غوطه ورشده اند.كند كننده به منظور كند سازي و باز تاباندن نوترونهايي كه در واكنش شكافت توليد ميشوند مورد استفاده قرار ميگيرد كه متداول ترين آنها عبارتند از:آب,آب سنگين وكربن. كه در اينجااگر در آب معمولي (H2O) به جاي ايزوتوپ هيدروژن معمولي از ايزوتوپ هيدروژن دوتريم استفاده شود آب سنگين بدست مي آيد.

سرعت واكنش را نيز مي توان به كمك چند ميله كنترل كرد كه اين ميله ها در قلب راكتور قرار مي گيرند. اين ميله ها معمولا از ماده اي مانند كادميوم كه نوترون ها را بخوبي جذب ميكند ساخته مي شوند. براي آنكه آهنگ واكنش افزايش يابد ميله ها را تا حدودي از قلب راكتور بيرون مي آورند ,براي كاستن از سرعت واكنش و يا متوقف ساختن آن,ميله ها را بيشتر در قلب راكتور فرو ميبرند.در نهايت واكنش صورت گرفته در راكتور به صورت گرماي بسيار زيادي ظاهر مي شود بنابراين طبيعي است كه راكتور ها همانند يك كوره عمل كنند وسوختش به جاي گاز,نفت ويا ذغال سنگ ,اورانيوم 235 باشد. گرماي توليد شده را به كمك جريان سيالي كه از قلب راكتور ميگذرد به محفظه مبادله كننده گرما كه در آن آب وجود دارد منتقل ميكنند و درآنجا آب داخل مبادله كننده را تبخير ميكنند ;بخار متراكم شده پس از به گردش درآوردن توربين ژنراتورهاي مولد برق,مجددا به داخل محفظه مبادله كننده باز ميگردد.البته سيال گرم شده چون از قلب راكتور مي گذرد و درآنجا در معرض تابش پرتوهاي راديواكتيو قرار ميگيرد مستلزم مراقبت هاي ويژه است.

و اما نكاتي جالب در مورد بمب هاي هسته اي

منطقه انفجار بمب هاي هسته اي به پنج قسمت تقسيم ميشود:1- منطقه تبخير 2- منطقه تخريب كلي 3- منطقه آسيب شديد گرمايي 4- منطقه آسيب شديد انفجاري 5- منطقه آسيب شديد باد وآتش . كه در منطقه تبخير درجه حرارتي معادل سيصد ميليون درجه سانتيگراد !!! بوجود مي آيد و اگر هر چيزي از فلز گرفته تا انسان وحيوان در اين درجه حرارت قرار بگير آتش نميگيرد بلكه بخار مي شود!!!!

اثرات زيانبار اين انفجار حتي تا شعاع پنجاه كيلومتري وجود دارد و موج انفجار آن كه حامل انرژي زيادي است مي تواند ميليون ها دلار از تجهيزات الكترونيكي پيشرفته نظير: ماهواره ها و يا سيستم هاي مخابراتي را به مشتي آهن پاره تبديل كند و همه آنها را از كار بيندازد.

اينها همه اثرات ظاهري بمب هاي هسته اي بود پس از انفجار تا سال هاي طولاني تشعشعات زيانبار راديواكتيو مانع ادامه حيات موجودات زنده در محل هاي نزديك به انفجار مي شود.

راديو اكتيو از سه پرتو آلفا,بتا و گاما تشكيل شده است كه نوع گاماي آن از همه خطرناك تر است و با توجه به فركانس بسيار بالا ,جرم و انرژي بالايي كه دارد اگر به بدن انسان برخورد كند از ساختار سلولي آن عبور كرده و در مسير حركت خود باعث تخريب ماده دزوكسي ريبو نوكلوئيك اسيد يا همان DNA و سرانجام زمينه را براي پيدايش انواع سرطان ها,سندرم ها ونقايص غير قابل درمان ديگر فراهم مي كند وحتي اين نقايص به نسلهاي آينده نيز منتقل خواهد شد.

و اما كاربرد تشعشعات راديواكتيو چيست؟

بسياري از محصولات توليدي واكنش شكافت هسته اي شديدا ناپايدارند و در نتيجه ,قلب راكتور محتوي مقادير زيادي نوترون پر انرژي ,پرتوهاي گاما,ذرات بتا وهمچنين ذرات ديگر است. هر جسمي كه در راكتور گذاشته شود ,تحت بمباران اين همه تابشهاي متنوع قرار ميگيرد. يكي از موارد استعمال تابش راكتور توليد پلوتونيوم 239 است .اين ايزوتوپ كه نيمه عمري در حدود24000سال دارد به مقدار كمي در زمين يافت مي شود . پلوتونيوم 239 از لحاظ قابليت شكافت خاصيتي مشابه اورانيوم دارد.براي توليد پلوتونيوم239,ابتدا اورانيوم 238 را در قلب راكتور قرار مي دهند كه در نتيجه واكنش هايي كه صورت مي گيرد ,اورانيوم239 بوجود مي آيد.اورانيوم 239 ايزوتوپي ناپايدار است كه با نيمه عمري در حدود 24 دقيقه,از طريق گسيل ذره بتا ,به نپتونيوم 239 تبديل مي شود . نپتونيوم 239 نيز با نيمه عمر 2/4 روز و گسيل ذره بتا واپاشيده و به محصول نهايي يعني پلوتونيوم 239 تبديل مي شود.در اين حالت پلوتونيوم239 همچنان با مقاديري اورانيوم 238 آميخته است اما اين آميزه چون از دو عنصر مختلف تشكيل شده است ,بروش شيميايي قابل جدا سازي است.امروزه با استفاده از تابش راكتور صدها ايزوتوپ مفيد ميتوان توليد كردكه بسياري از اين ايزوتوپ هاي مصنوعي را در پزشكي بكار ميبريم. در پايان بايد بگوئيم اثرات زيانبار انفجار هاي اتمي و تشعشعات ناشي از آن باعث آلودگي آبهاي زير زميني ,زمين هاي كشاورزي و حتي محصولات كشاورزي مي شود ولي با همه اين مضرات اورانيوم عنصري است ارزشمند;زيرا در كنار همه سواستفاده ها مي توان از آن به نحوي احسن و مطابق با معيارهاي بشر دوستانه استفاده نمود. فراموش نكنيد از اورانيوم و پلوتونيوم مي توان استفاده هاي صلح آميز نيز داشت چرا كه از انرژي يك كيلوگرم اورانيوم 235 مي توان چهل هزار كيلو وات ساعت ! الكتريسيته توليد كرد كه معادل مصرف ده تن ذغال سنگ يا 50000گالن نفت است!!!!!!!!

[sajadhoosein]

نيروي الكتريكي موثر هسته و مدارهاي اتم



[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] حسين جوادي

نيروي الكتريكي موثر هسته، عبارت از نيروي الكتريكي است كه يك الكترون را به طرف هسته مي كشد. مثال اتم هيدروژن داراي يك پروتون و يك الكترون است. فرض كنيم نيروي الكتريكي كه از طرف هسته بر الكترون وارد مي شود برابر يك واحد باشد. اتم هليوم داراي دو پروتون و الكترون است. اما نيرويي الكتريكي كه بر هريك از الكترونهاي اتم هليوم وارد مي شود، برابر دو واحد نيست و بيروي الكتريكي موثري كه بر هر الكترون در اتم هليوم وارد مي شود تقريباً برابر 1.7 واحد است.

قاعده ي استالر

Staler's Rule

براي نخستين بار استالر روش ساده اي براي محاسبه نيروي الكتريكي موثر وارد به هر الكترون را ارائه داد. بنابر روش استالر نيروي الكتريكي هسته كه بر هر الكترون وارد مي شود، به اندازه ي S كاهش مي يابد و نيروي موثر هسته از رابطه ي زير به دست مي آيد.

Z*=Z-S.


كه در آن Z* , Z, S. به ترتيب نيروي الكتريكي موثر هسته، عدد اتمي و مقدار استالر ، يعني مقداري كه از نيروي الكتريكي واقعي كاهش مي يابد.

با توجه به روش استالر نخست بايد توجه كرد كه الكترون در كداميك از مدارات اصلي يا فرعي كه بصوررت زير داده مي شود، قرار دارد:

(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p)(5d)(5 f)...


در اين روش الكترونهاي سمت راست روي نيروي الكتريكي هسته كه بر يك الكترون وارد مي شود، تاثيري ندارند فرض كنيم مي خواهيم نيروي الكتريكي موثر بر الكتروني را كه در مدار n قرار دارد حساب كنيم در هر گروه، هر الكترون به اندازه ي 0.35 واحد از مقدار نيروي الكتريكي كه از طرف هسته اعمال مي شود، مي كاهند.

الكترونهاي گروه (s,p) n-1 به اندازه 0.85 واحد مي كاهند. الكترونهاي گروه n-2 به اندازه 1 واحد مي كاهند .

مثال: در اتم Sc كه شامل 21 پروتون است داريم:

S(4s) = 1 x (.35) + 9 x .85 + 10 x 1.0 = 18

So, Z*=21-18=3.

Example 2: As from a 3d perspective (Its nuclear has 33 protons);

S(3d)=20.3 and Z*=33-20.3=12.7


روش كلمنتي و رايموندي

Clementi and Raimondi

كلمنتي و رايموندي كار خود را روي نيروي الكتريكي موثر هسته در سال 1960 شروع كردند. در اين زمان اطلاعات زيادي در زمينه مدارات و مولكولها جمع آوري شده بود و كامپپوتر نيز اختراع شده بود كه در محاسبات بسيار مفيد بود. ايشان با استفاده از تابع موج روي اتمهاي مختلف از هيدروژن تا كريپتون كار كردند و يك روش رياضي براي محاسبه نيروي الكتريكي موثر هسته ارائه دادند. نتايج اين روش دقيق تر از روش استالر بود :

در روش كلمنتي

Atom : Sc,4s

Staler : Z*=3

Clementi : Z*=4.632



Atom : Sc,3d

Staler : Z*=12.7.

Clementi : Z*=17.378




توجه

قاعده ي استالر و روش كلمنتي بر مبناي آزمايش استوار است و و هيچگونه توضيح نظري ندارد كه چرا بايستي نيروي الكتريكي هسته براي رسيدن به الكترون در اتمهايي كه بيش از يك الكترون دارند، كاهش يابد.

اجازه بدهيد اين پديده را از ديدگاه نظريه سي. پي. اچ. بررسي كنيم. آيا نيرو تباه مي شود؟ اگر نيرو تباه نمي شود، پس چرا نيروي موثر هسته از يك مدار به مدار ديگر كاهش مي يابد؟ براي مقدار نيرويي كه كاهش مي يابد، چه اتفاقي مي افتد؟ آيا نيرو تبديل پذير است؟ نيرو به چه چيزي تبديل مي شود؟ هنگاميكه يك الكترون به طرف پروتون شتاب مي گيرد، انرژي الكترون افزايش مي يابد. سئوال اين است كه براي مقدار نيروي موجود در ميدان چه اتفاقي مي افتد؟

با توجه به نظريه سي. پي. اچ. نيرو و انرژي به يكديگر قابل تبديل هستند. اجازه بدهيد كاهش نيروي الكتريكي هسته را با استفاده از تبديل نيرو و انرژي به يكديگر توضيح دهيم.

كار كوانتومي است

در مورد قضيه كار انرژي W=DE برخوردي دوگانه وجود دارد. قسمت كار آن را با مكانيك كلاسيك مد نظر قرار مي دهند و كار را كميتي پيوسته در نظر مي گيرند، در حاليكه با انرژي آن برخوردي كوانتومي دارند. در واقع بايستي هر دو طرف رابطه را با ديد كوانتومي در نظر گرفت. در اين مورد مثالهاي زيادي مي توان ارائه داد كه با اين برخورد دوگانه در تناقض قرار خواهد گرفت. هنگاميكه يك فوتون در ميدان گرانشي سقوط مي كند، انرژي آن افزايش مي يابد. همچنانكه مي دانيم انرژي فوتون كوانتومي است، لذا كار انجام شده روي آن نيز بايد كوانتومي باشد. يك كوانتوم كار را بصورت زير تعريف مي كنيم:

Wq=FgLp


كه در آن Wq, Fg, Lp از چپ براست به ترتيب كوانتوم كار، كوانتوم نيروي گرانش و طول پلانك است. و در حالت كلي مقدار كار از رابطه ي زير به دست مي آيد :

W=nWq, n is an integer number. (n=...-2, -1, 0, 1, 2...)


با اين تعريف نيروي الكتريكي موثر هسته را بررسي مي كنيم.

نيروي الكتريكي موثر هسته

با توجه به نظريه سي. پي. اچ. هنگاميكه نيرو روي يك ذره/جسم كار انجام مي دهد، اگر كار متبت باشد، نيرو به انرژي تبديل مي شود و اگر كار منفي باشد، در اين صورت انرژي به نيرو تبديل مي شود.

فرض كنيم يك اتم با تعداد Z پروتون و نيدوي الكتريكي هسته Fz و نيروي الكتريكي موثر Fz* را روي يك الكترون اعمال مي كند. در طي زمانيكه نيروي الكتريكي مي خواهد به الكترون مورد نظر برسد، روي ساير الكترونهايي كه در مسير يا اطراف آن وجود دارند، كار انجام مي دهد. بنابراين مقدار Fw به انرژي تبديل مي شود، يعني E=W و به اندازه Fw از مقدار Fz كاسته خواهد شد و داريم Fz*=Fz - Fw با توجه به مدار بندي زير:

(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p)(5d)(5 f)...


و در نظر گرفتن شكل، نيروي الكتريكي هسته براي رسيدن به الكترون مورد نظر، روي الكترونهاي سمت راست مدار بندي، هيچگونه كاري انجام نميدهد.



منبع :[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[sajadhoosein]

نيروگاه ها - Power Stations



تهيه و ترجمه : مهندس حبيب كرمي پور

در دنيا 5 منبع انرژي ,كه تقريبا تمام برق دنيا را مهيا مي كنند , وجود دارد. آنها ذغال سنك, نفت خام, گاز طبيعي , نيروي آب و انرژي هسته اي هستند. تجهيزات هسته اي , ذغالي و نفتي از چرخه بخار براي برگرداندن گرما به انرژي الكتريكي : بر طبق ادامه متن : استفاده مي كنند.

نيروگاه بخاري از آب بسيار خالص در يك چرخه يا سيكل بسته استفاده مي كند. ابتدا آب در بويلرها براي توليد بخار در فشار و دماي بالا گرما داده مي شود كه عموما دماو فشارآن در يك نيروگاه مدرن به 150 اتمسفرو550 درجه سانتيگراد مي رسد. اين بخار تحت فشار زياد توربينها را ( كه آنها هم ژنراتورهاي الكتريكي را مي گردانند , و اين ژنراتورها با توربينها بطور مستقيم كوپل هستند ) مي گردانند يا اصطلاحا درايو مي كنند. ماكزيمم انرژي از طريق بخار به توربينها داده خواهد شد فقط اگر بعداً همان بخاراجازه يابد در يك فشار كم ( بطور ايده آل فشار خلاء) از توربينها خارج شود . اين مطلب مي تواند توسط ميعان بخار خروجي به آب بدست آيد.

سپس آب دوباره بداخل بويلرها پمپ مي شود و سيكل دوباره شروع مي گردد. در مرحله تقطير مقدرا زيادي از گرما مجبور است از سيستم استخراج شود. اين گرما در كندانسور كه يك شكل از تبادل كننده گرمايي است , برداشته مي شود. مقدار بيشتري از گرماي آب ناخالص وارد يك طرف كندانسور مي شود و آن را از طرف ديگر ترك مي كند بصورت آب گرم , داشتن گرماي به اندازه كافي استخراج شده از بخار داغ براي تقطير آن به آب. در هيچ نقطه اي نبايد دو سيستم آبي مخلوط شوند. در يك سايت ساحلي آب ناخالص داغ شده به سادگي به دريا برگشت داده مي شود در يك نقطه با فاصله كوتاه. يك نيروگاه 2 GW به حدود 60 تن آب دريا در هر ثانيه احتياج دارد. اين براي دريا مشكل نيست , اما در زمين تعداد كمي از سايتها مي توانند اينقدر آب را در يك سال ذخيره كنند. چاره ديگر بازيافت آب است. برجهاي خنك كن براي خنك كردن آب ناخالص استفاده مي شوند بطوريكه آن مي تواند به كندانسورها برگردانده بشود , بنابراين همان آب بطور متناوب بچرخش در مي آيد. يك برج خنك كن از روي ساحختار سيماني اش كه مانند يك دودكش خيلي پهن است شناخته شده است و بصورت مشابه نيز عمل مي كند. حجم زيادي از هوا داخل اطراف پايه ( در پايين و داخل و مركز لوله برج ) آن كشيده مي شود و ازميانه بالايي سرباز آن خارج ميشود. آب گرم و ناخالص به داخل مركز داخلي برج از تعداي آب پاش نرم ( آب پاش با سوراخهاي ريز ) پاشيده مي شود و هنگاميكه آن فرو ميريزد با بالارفتن هوا( توسط هواي بالا رونده ) خنك مي شود. سرانجام آب پس از خنك شدن در يك حوضچه در زير برج جمع مي شود. برج خنك كن وافعا يك تبدل دهنده كرمايي دوم , كه گرماي آب ناخالص را به هواي اتمسفر مي فرستد , است, اما نه مانند تبادل دهنده گرمايي اول , در اينجا دوسيال اجازه مي يابند با هم تماس داشته باشند و در نتيجه مقداري ار آب توسط تبخير كم مي شود.

برجهاي خنك كن هرگز قادر به كاهش دماي آب ناخالص تا پايينتر از دماي حدي هوا نيستند بطوريكه كارآيي كندانسور و ازآنجا كارآيي تمام نيروگاه در مقايسه با يك سايت ساحلي كاهش مي يابد. همچنين ساختمان برجهاي خنك كن قيمت كلي ساختمان و بناي نيروگاه را افزايش مي دهد.

احتياج براي خنك كردن آب يك فاكتور مهم در انتخاب سايت نيروگاهي زغالي , نفتي و هسته اي است. يك سايت كه مناسب است براي يك نيروگاه كه از يك نوع سوخت استفاده مي كند بناچار مناسب نيست براي يك نيروگاه كه ار نوع ديگري سوخت استفاده مي كند.

نيروگاه هاي ذغال- سوختي ( Coal-Fired Power Stations )

پيش از اين نيروگاه هاي سوخت ذغال سنگ نزديك باري كه آنها نامين ميكردند ساخته مي شدند. يك نيروگاه خروجي 2GW , درحدود 5 ميليون تن ذغال در سال مصرف ميكند. در بريتانيا : كه بيشتر ذغال نيروگاه توسط ريل حمل ميشود : , اين نشان ميدهد , يك مقدار متوسط در حدود 13 ترن در روز را كه هركدام 1000تن را حمل ميكنند . اين يعني اينكه نيروگاه هاي ذغال- سوختي به يك ريل متصل نياز دارند مگر اينكه نيروگاه درست در دهانه معدن ( بسيار نزديك به معدن ) ساخته شود.

نيروگاه هاي نفت- سوختي ( Oil-Fired Power Stations )

سوخت نفتي نيروگاه ميتواند مشتق بشود به نفت خام كه نفتي است هنگاميكه از چاه بيرون مي آيد, و نفت باقيمانده كه باقي مي ماند هنگاميكه بخشهاي قابل دسترس استخراج بشوند در تصفيه نفت. قيمت انتقال نفت توسط خطوط لوله كمتر از انتقال ذغال سنگ با ريل است, اما حتي همان نيروگاههاي سوخت نفت خام هم اغلب در نزديكي اسكله ها و لنگرگاه هاي با آب عميق كه براي تانكرهاي اندازه متوسط (تانكرهاي حمل و نقل سوخت) مناسب است , واقع ميشوند. نفت باقيمانده نيرگاههاي سوختي احتياج دارد در نزديكي تصفيه خانه كه آنها را تامين مي كند واقه شوند. اين بدليل است كه نفت باقيمانده بسيار چسبناك است و ميتواند فقط منتقل بشود در ميان خطوط لوله بطور اقتصادي اگر آن گرم نگه داشته بشود.

نيروگاه هاي هسته اي ( Nuclear Power Stations )

در مقابله با ذغال سنگ و نفت , ارزش انتقال سوخت هسته اي ناچيزاست بدليل مقداراستعمال خيلي كم. يك نيروگاه 1GW درحدود 41/2 تن اورانيوم در هرهفته نياز دارد. اين مقايسه ميشود بطور بسيار مطلوب با 50000نت سوخت كه در يك هفته در نيروگاه ذغال- سوختي سوزانده ميشد. نيروگاه هاي هسته اي در حال حاضر تقريبا آب خنك بيشتري درمقايسه با نيروگاه هاي ذغال- سوختي و نفت- سوختي استفاده ميكنند , بعلت كارايي و بازده پايين آنها. همه نيروگاه هاي هسته اي در بريتانيا , با يك چشم داشت, در ساحل واقع مي شوند و از آب خنك دريا استفاده ميكنند.

نيروگاه هاي برق- آبي ( Hydroelectric Power Stations )

نيروگاه هاي برق- آبي بايد جايي واقع شوند كه دهانه آب دردسترس هست , و نظربه اينكه اين اغلب در مناطق كوهستاني است , آنها ممكن است به خطوط انتقال طولاني براي حمل توان به نزديك ترين مركز يا پيوستن به شبكه نياز داشته باشند. همه طرحهاي برق- آبي به دو فاكتور اساسي وابسته هستند : يكي جريان آب و يكي اختلاف در سطح يا دهانه. نياز دهانه ممكن است فراهم بشود بين يك درياچه و يك دره باريك, يا توسط ساختن يك سد كوچك در يك رودخانه كه جريان را منحرف ميكند به سمت نيروگاه, يا توسط ساختن يك سد مرتفع در مقابل يك دره براي ساخت يك درياچه مجازي.

نيروگاههاي برق

تاثير خواص توليد و انتقال

چهار خاصيت منبع الكتريسيته وجود دارد كه يك تاثير عميق روي موضوعي كه منهدسي ميشود دارد. آنها بصورت زير هستند :

1- الكتريسيته, نه مانند گاز و آب, نميتواند ذخيره بشود و تهيه كننده كنترل كوچكي بر بار در هر زماني دارد. مهندسان كنترل تلاش مي كنند براي نگهداري خروجي ژنراتورها متناسب با با ر متصل شده در ولتاژ و فركانس مخصوص.

2- يك افزايش متناوب در تقاضا براي توان وجود دارد. اگرچه در بسياري از كشورهاي صنعتي سرعت افزايش در سالهلي اخير كاهش پيدا كرده است, حتي سرعت معتدل مستلزم كتسردگيها و افزايشات عظيم در سيستم هاي موجود است.

3- توزيع و طبيعت سوخت دردسترس. اين جنبه هست جالبتر هنگاميكه ذغال سنگ اسخراج ميشود در مناطقي كه لروما مراكز بار اصلي نيستند : توان برق-آبي معمولا دور از مراكز بار بزرگ است. مشكل فواصل انتقال و سايت كردن(انتخاب كردن محل براي نيروگاه) نيروگاه يك تجربه مبهم و مورد بحث در اقتصاد است. استفاده عظيم انرژي هسته اي بسوي اصلاح الگوي تغذيه موجود متمايل خواهد شد.

4- در سالهاي اخير ملاحظات منابع طبيعي و محيطي عمده اهميت و تاثير سايتينگ, هزينه ساختار,وعملكرد كارخانجات توليدي را بعهده گرفته است. همچنين طراحي تحت تاثير واقع ميشود بدليل تاخيرات در شروع پروژه ها بخاطر مراحل قانوني كه بايد طي شوند. از مهمترين خواص در زمان حاضر ضربه زيست محيطي كارخانجات هسته اي است, خصوصا راكتور افزاينده سريع پيشنهاد شده.

تبديل انرژي با بكارگيري بخار

احتراق ذغال يا نفت در بويلرها بخار را در بالاترين دما و فشار كه به توربينهاي بخاري ميرود توليد ميكند. نفت مزاياي اقتصادي دارد هنگاميكه آن ميتواند پمپ شود از تصفيه خانه به داخل خطوط لوله مستقيما بسمت بويلرهاي نيرگاه. استفاده ازنتيجه انرژي شكافت هسته اي بطور افزاينده در توليد برق دراد كسترش مي يابد: همچنين در اينجا اساس انرژي براي توليد بخار توربينها استفاده مي شود. نوع جريان- محوري توربين بطور مشترك با چندين سيلندر در يك شافت استفاده مي شود.

نيروگاه بخاري براساس سيكل رانكين عمل ميكند , كه آن(: سيكل رانكين) با سوپرهيتينگ: superheating , گرمايش تغيه آب : Feed-water heating و دوباره گرمايش بخار: steam reheating اصلاح شده است. كارايي گرمايي افزايش يافته, استفاده از بخار در بالاترين دما و فشار ممكن را نتيجه ميدهد. همچنين براي توربينها ساختار اقتصادي , اندازه بزرگ و هزينه كلي كم ميباشد. بعنوان يك نتيجه در حال حاضر توربوژنراتور500MW و بيشتر دارد استفاده ميشود. با استفاده از توربينهاي با ظرفيت 100MW و بيشتر , كارآيي توسط دوباره گرمايش بخار بعدازاينكه آن اندكي توسط يك گرم كننده خارجي منبسط شود, افزايش مي يابد. سپس بخار دوباره گرم شده بداخل توربين كه در مرحله نهايي بارگذاري منبسط مي شود , برگشت داده ميشود.

شكل1-2

- شكل ها در متن انگليسي مقاله مجود مي باشد

يك دياگرام از يك نيروگاه ذغال- سوختي در شكل 1-2 نشان داده شده است. در شكل 2-2 , جريان انرژي در يك نيروگاه بخاري مدرن نشان داده شده است. باوجود مزاياي دائم در طراحي بويلرها و در توسعه مواد بهبود يافته, طبيعت چرخه بخار آنچنان است كه كارآييها نسبتا كم هستند و مقادير وسيع گرما در مرحله ميعان ( در كندانسور ) بهدر مي رود. به هرحال مزيتهاي بزرگ در طراحي و مواد در سالهاي اخير كارآيي هاي دمايي و حرارتي نيروگاههاي ذغالي را در حدود 40 درصد افزايش داده است.

شكل2-2

در نيروگاه هاي ذغال- سوختي , ذغال سنگ به يك كارخانه جداسازي ذغال از سنگ حمل ميشود وخورد مي شود به و به ظرافت ساييده ميشود. سوخت ساييده و پودر شده به داخل بويلر دميده مي شود بطوريكه با هوا براي احتراق مخلوط مي شود. خروجي از توربين فشار ضعيف سرد ميشود براي شكل گرفت عمل معيان توسط عبور از ميان ميعان كننده(كندانسور) وسط مقادير زياد آب دريا يا رودخانه, درجاييكه امكان سرد كردن توسط برجهاي خنك كن وجود ندارد.

بويلرها در بستر جرياني

براي ذغالهاي نوعي , گازهاي احتراق شامل 2/0 - 3/0 درصد اكسيدسولفور بر حجم مي باشند. اگر سرعت جريان گاز در ميان بستر دانه اي يك بويلر نوع بزرگ افزايش مي يابد كشش گرانش متعادل مي شود توسط نيرري بسمت بالاي گاز و بستر سوخت روي خاصيت يك سيال مي رود. در يك پيمايش سايش اين گرماي خروجي و دما را افزايش ميدهد. خاكستر شكل گرفته جوش مي خورد و بصورت كلوخ در مي آيد و ته نشين مي شود بداخل صافي و به داخل چاه خاكستر برده مي شود. بستر به دماي خاكستر سوزي(زينتر كردن خاكستر) در حدود 1050 - 1200 درجه سانتيگراد محدود مي شود. احتراق ثانويه در بالاي بستر جاييكه كه گازCO به گازCO2 ميسوزد و H2S به SO2 تبديل مي شود , اتفاق مي افتد. اين نوع از بويلر دستخوش بهبود وسيعي مي شود و بدليل تراز آلودگي كم و كارآيي بهتر جذاب است.

تبديل انرژي با استفاده از آب

شايد قديمي ترين شكل تبديل انرژي استفاده از نيروي آب است. دريك نيروگاه برق-آبي انرژي با هزينه رايگان فراهم مي شود. اين چهره جذاب همواره تاحدي توسط هزينه كلي بسيار بالاي ساختار خنثي شده است, خصوصا از منظر كارهاي مهندسي عمران. بهرحال امروزه هزينه كلي به ازاي كيلووات نيروگاههاي برق-آبي با نوع بخاري نيروگاهها در مقايسه است. متاسفانه, شرايط جغرافيايي لازم براي توليد آبي بطور عادي يافت نمي شوند. در بيشتر كشورهاي توسعه يافته منابع برق-آبي در دوردست استفاده مي شوند.

يك راه حل براي استفاده مرسوم از انرژي آب , ذخيره پمپي است, كه آب را قادر مي سازد تا دروضعيتي كه متمايل به طرحهاي مرسوم نخواهد بود , استفاده بشود. بهره برداري از انرژي درجريانهاي جذرومد در كانالها مدتها موضوع بحث و تفكر بوده است. مشكلات فني و اقتصادي خيلي عظيم هستند و تعداد كمي محل وجود دارد كه طرح در آنها عملي باشد. يك تاسيسات كه از جريان جذرومد استفاده ميكند در دهانه رود لارنس در شمال فرانسه كه رنج ارتفاع جذرومد 2/9 متر است و جريان جذرومد 18000مترمكعب بر ثانيه تخمين زده مي شود, قرار دارد.

قبل از بحث در مورد انواع توربينها , يك توضيح خلاصه بر روشهاي كلي عملكرد نيروگاههاي برق-آبي داده خواهد شد. اختلاف عمودي بين مخزن بالايي و تراز توربينها باعنوان هد(head يا دهانه) شناخته ميشود. آب ريزان از ميان اين دهانه انرژي جنبشي كه پس از آن به تيغه هاي توربين مي رسد را ايجاد و تقويت مي كند.

در زير 3 نوع اصلي از تاسيسات آورده شده است :

1- دهانه بلند يا ذخيره بلند - منطقه ذخيره سازي يا منبع بصورت نرمال در بالاي 400 h ميريزد.

2- دهانه متوسط يا حوضچه اي - ذخيره در 200-400 h ميريزد.

3- حركت رودخانه اي( Run of River ) - مخزن در كمتر از 2 h ميريزد ارتفاع دهانه آن بين 3 تا 15 متر است. يك دياگرم براي نوع سوم در شكل 3-2 نشان داده شده است.

در ارتباط و هماهنگي با اين ارتفاعات و دهانه مختلف كه در بالا آورده شد , توربينها از انواع خاصي از توربين هستند. آنها بصورت زير هستند:

1- پيلتون. اين براي دهانه هاي بين 1840 - 184 متر استفاده مي شود و شامل يك سطل چرخ رتور با نازل جريان تعديل پذيراست.

2- فرانسيس. كه براي دهانه هاي بين 490- 37 متر استفاده مي شود و از انواع جريان مخلوط است.

3- كاپلن. كه براي نيروگاههاي جريان-رودخانه اي و حوضچه اي با دهانه هاي بالاي 61 متر استفاده مي شود. اين نوع اين نوع يك روتور محور- جرياني با گام تيغه هاي متغير ( تيغه هاي گام - متغير ) است.

شكل3-2

منحني هاي بازده براي هر توربين در شكل 4-2 نشان داده شده است. هنگاميكه كارآيي به دهانه آب كه دائما در نوسان است بستگي دارد, اغلب آب مصرفي در مترهاي مكعب به ازاي كيلووات ساعت استفاده مي شود و به دهانه آب ارتباط دارد. كارخانه برق-آبي توانايي شروع سريع را دارد و در زمان تعطيلي متضرر نمي شود. بناراين آن مزيتهاي بزرگي دراد براي توليد در برخورد با پيك بارها در كمترين هزينه, در عطف با نيروگاه حرارتي يا گرمايي. با استفاده از كنترل ازراه دور جايگاههاي آبي, زمان مورد نيلز از زمان راهنمايي و هدايت براي راه اندازي تا رسيدن به يك اتصال واقعي به شبكه قدرت ميتواند تا كمتر از 2 دقيقه كوتاه شود.

شكل4-2

توربينهاي گازي

استفاده از توربين گازي بعنوان يك محرك اصلي مزيتهاي خاصي را بر كارخانه بخار دارد , اگرچه با گردش نرمال آن از نظر اقتصادي درعملكرد كمتر اقتصادي است. مزيت اصلي در توانايي براي راه اندازي و بارگذاري سريع نهفته است. از اين رو توربين گازي براي استفاده بعنوان يك روش براي رسيدگي كردن به پيكهاي بار سيستم بكارمي آيد. يك استفاده بيشتر براي اين نوع از ماشين , استفاده بعنوان متعادل كننده يا جبران كننده سنكرونيزم براي كمك به ترازهاي ولتاژي ناخواسته و اتفاقي است. حتي در زمينه هاي اقتصادي بطور محتمل آن مفيد است در برخورد با پيك بارها توسط راه اندازي توربينهاي گازي از حالت سرد براي 2 دقيقه نسبت به گردش كارخانه يدكي ( اضافي ) بطور پيوسته.



منبع :[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[sajadhoosein]

همجوشي هسته اي



نوشته : مهرداد صميمي فر

به نام خداي متعال كه منزه است از شرك مشركان

از ديرباز آرزوي بشر دستيابي به منبعي از انرژي بوده كه علاوه بر آنكه بتواند مدت مديدي از آن استفاده كند توليد پسماندهاي خطر ناك نيز در پي نداشته باشد.اكنون در هزاره سوم ميلادي اين آرزوي به ظاهر دست نيافتني كم كم به واقعيت مي پيوندد.اكنون بشر خود را آماده مي كند تا با ساخت اولين رآكتور گرما هسته اي (همجوشي هسته اي)آرزوي نياكان خود را تحقق بخشد.سوختي پاك و ارزان به نام هيدروژن,انرژي توليدي اي سرشار و پسماندي بسيار پاك به نام هليوم.

اكنون مي پردازيم به واكنشهاي گرما هسته اي راهكارهاي استفاده از آن.

خورشيد و ستارگان:

سالهاست كه دانشمندان واكنشي را كه در خورشيد و ستارگان رخ داده و در آن انرژي توليد مي كند كشف كرده اند.اين واكنش عبارت است از تركيب (برخورد) هسته هاي چهار اتم هيدروژن معمولي و توليد يك هسته اتم هليوم.اما مشكلي سر راه اين نظريه است.

بالا ترين دمايي كه در خورشيد وجود دارد مربوط به مركز آن است كه برابر 15ضرب در 10 به توان6 مي باشد.در حالي كه در ستارگان بزرگتر اين دما به 20 ضرب در ده به توان 6 مي رسد.به همين خاطر تصور بر اين است كه آن واكنش معروف تركيب چهار اتم هيدروژن معمولي وتوليد يك اتم هليم در ساير ستارگان بزرگ نيست كه باعث توليد انرژي مي شود.بلكه احتمالا چرخه كربن در آنها به كمك آمده و كوره آنها را روشن نگه مي دارد.منظور از چرخه كربن آن چرخه اي نيست كه روي زمين اتفاق مي افتد.بلكه به اين صورت است كه ابتدا يك اتم هيدروژن معمولي با يك اتم كربنC12تركيب مي شود(همجوشي) و يك اتم N13 به علاوه يك واحد گاما را آزاد مي كند.بعد اين اتم با يك واپاشي به يك اتمC13به علاوه يك پوزيترون ويك نوترينو تبديل مي شود.بعد اينC13دوباره با يك اتم هيدروژن تركيب مي شود وN14و يك واحد گاما حاصل مي شود.دوباره در اثر تركيب اين نيتروژن با يك هيدروژن معمولي اتمO15و يك واحد گاما توليد مي شود.O15واپاشي كرده و N15به علاوه يك پوزيترون ويك نوترينو را بوجود مياورد.و دست آخر با تركيب N15با يك هيدروژن معموليC12به علاوه يك اتم هليوم بدست مي آيد.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
ديديد كه در اين چرخه C12نه مصرف شد و نه به وجود آمد بلكه فقط نقش كاتاليزور را داشت.اين واكنشها به ترتيب و پشت سر هم انجام مي شوند.و واكنش اصلي همان تبديل چهار اتم هيدروژن به يك اتم هليوم است.مزيت چرخه كربن اين است كه سرعت كار را خيلي بالا مي برد. ولي اشكالي كه دارد اين است كه در دماي حد اقل20 ضرب در ده به توان6 شروع مي شود.بنا بر اين احتمال زيادي ميرود كه در ستاره هاي بزرگتر چرخه كربن باعث توليد انرژي مي شود.

محصور سازي

يك تعريف ساده و پايه اي از همجوشي عبارت است از فرو رفتن هسته هاي چند اتم سبكتر و تشكيل يك هسته سنگينتر.مثلا واكنش كلي همجوشي كه در خورشيد رخ ميدهد عبارت است از برخورد هسته هاي چهاراتم هيدروژن وتبديل آنها به يك اتم هليوم .

تا اينجا ساده به نظر ميرسد ولي مشكلي اساسي سر راه است;مي دانيدهسته ازذرات ريزي تشكيل شده است كه پروتون ونوترون جزءلاينفك آن هستند.نوترون بدون بار وپروتون بابارمثبت كه سايربارهاي مثبت رابه شدت ازخودميراند.مشكل مشخص شد؟ بله…اگرپروتونها(هسته هاي هيدروژن)يكديگررادفع ميكنندچگونه ميتوان آنهارادرهمجوشي شركت داد؟

همانطوركه حدس زديد راه حل اساسي آن است كه به اين پروتونهاآنقدرانرژي بدهيم كه انرژي جنبشي آنهابيشترازنيروي دافعه كولني آنهاشود و پروتونها بتوانند به اندازه كافي به هم نزديك شوند.حال چگونه اين انرژي جنبشي را توليد كنيم؟گرما راه حل خوبيست.در اثر افزايش دما جنب و جوش وبه عبارت ديگرانرژي جنبشي ذرات بيشتر و بيشتر ميشود به طوري كه تعداد برخوردها و شدت آنها بيشتر و بيشتر ميشود.به نظر شما آيا ديگر مشكلي وجود ندارد؟ خير,مسئله اساسيتري سر راه است.

يك سماور پر از آب را تصور كنيد.وقتي سماور را روشن مي كنيد با اين كار به آب درون سماور گرما ميدهيد(انرژي منتقل مي كنيد).در اثر اين انتقال انرژي دماي آب رفته رفته بالاتر مي رود و به عبارتي جنب و جوش مولكولهاي آب زياد مي شود.در اين حالت بين مولكولهاي آب برخوردهايي پديد مي آيد.هر مولكول كه از شعله(يا المنت يا هر چيز ديگري)مقداري انرژي دريافت كرده است آنقدر جنب و جوش مي كند تا بالاخره (به علت محدود بودن محيط سماور و آب)انرژي خود رابه ديگري بدهد.مولكول بعدي نيز به نوبه خود همين عمل را انجام ميدهد.بدين ترتيب رفته رفته انرژي منبع گرما در تمام آب پخش مي شود و دماي آب بالا ميرود.خوب يك سوال:آيا وقتي بدنه سماور را لمس مي كنيم هيچ گرمايي حس نمي كنيم؟…بله حس ميكنيم.دليلش هم كه روشن است.برخورد مولكولهاي پر انرژي آب با بدنه سماور و انتقال انرژي خود به آن.هدف ما از روشن كردن سماور گرم كردن آب بود نه سماور.اميدوارم تا اينجا پاسخ اولين مشكل اساسي بر سر راه همجوشي را دريافت كرده باشيد.بله اگر اگر با صرف هزينه و زحمت بالا سوخت را به دمايي معادل ميليونها درجه كلوين برسانيم آيا اين اتمها آنقدر صبر خواهند كرد تا با ديگر اتمها وارد واكنش شوند يا در اولين فرصت انرژي بالاي خود را به ديواره داده وآن را نا بود ميكند؟(...شما بوديد چه مي كرديد؟؟؟...).بنابر اين نياز به ((محصور سازي))داريم;يعني بايد به طريقي اجازه ندهيم كه اين گرما به ديواره منتقل شود.

رسيدن به دماي بالا:

شروع واكنش همجوشي به دماي بسيار بالايي نيازمند است.درست است كه دماي پانزده ميليون درجه دماي بسيار بالايست و تصور بوجود آوردنش روي زمين مشكل و كمي هم وحشتناك مي باشد ولي معمولا در زندگي روزمره دور و برمان دماهاي خيلي بالايي وجود دارند و ما از آنها غافليم.مثلا وقتي در اثر اتصالي سيمهاي برق داخل جعبه تقسيم ميسوزد وشما صداي جرقه آنرا ميشنويد و پس از بررسي متوجه مي شويد كه كاملا ذوب شده فقط به خاطر دماي وحشتناكي بوده كه آن تو به وجود آمده.شايد باور نكنيد ولي اين دما به حدود سي-چهل هزار درجه كلوين ميرسد.البته اين دما براي همجوشي حكم طفل ني سواري را دارد.يا اينكه مي توانيم با استفاده از ولتاژهاي بسيار بالا قوسهاي الكتريكي را از درون لوله هاي مويين عبور بدهيم.به اين ترتيب دماي هواي داخل لوله كه اكنون به پلاسما تبديل شده به نزديك چند ميليون درجه مي رسد.(كه باز هم براي همجوشي كم است).يكي از بهترين راهها استفاده از ليزر است.مي دانيد كه ليزرهايي با توانهاي بسيار بالا ساخته شده اند.مثلا نوعي از ليزر به نام ليزر نوا(NOVA)مي تواند در مدت كوتاهي انرژي اي معادل ده به توان پنج ژول توليد كند.اما بازهم در كنار هر مزيت معايبي هست.مثلا اين ليزر تبعا انرژي زيادي مصرف ميكند كه حتي با صرف نظر از آن مشكل ديگري هست كه ميگويد اگر انرژي توليدي ليزر در آن مدت كوتاه بايد تحويل داده بشود پس براي برقرار ماندن معيار لاوسن (حالا كه مدت زمان محصور سازي پايين آمده)بايد چگالي بالا تر برود.كه در اين مورد از تراكم و چگالي جامد هم بالا تر ميرود.

انواع واكنشها:

براي بهينه سازي كار رآكتورهاي همجوشي و افزايش توان خروجي آنها راههاي متعددي وجود دارد.يكي از اين راهها انتخاب نوع واكنشيست كه قرار است در رآكتور انجام بشود.

ظبق تصوير زير نوعي از واكنش همجوشي بصورتيست كه در آن دو هسته سبك با يكديگر واكنش داده و يك هسته سنگين تر را بوجود مياورند.يعني حاصل تركيب دو هسته دوتريم و توليد يك هسته ترتيم به علاوه يك هسته هيدروژن معموليست. اين واكنش انرژي ده مي باشد.چون تفاوت انرژي بستگي هسته سنگين تر وهسته هاي سبكتر مقداري منفيست.

در اين واكنش مقدار انرژي اي توليدي برابر4MeVمي باشد.

قبلا گفته شد كه بايد براي انجام همجوشي هسته ها به اندازه كافي به هم نزديك بشوند.اين مقدار كافي حدودا معادل3fmمي باشد.چون در اين فاصله ها انرژي پتانسيل الكترواسناتيكي دو دوترون در حدود 0.5MeVهست پس مي توانيم با اين مقدار انرژي دادن به يكي از دوترونها دافعه كولني بين دوترونها ر شكسته و واكنش را شروع كنيم كه بعد از انجام مقدار4.5MeVتوليد مي شود.(0.5MeVانرژي جنبشي به علاوه 4MeVانرژي آزاد شده)

همانطور كه مي بينيد بهترين گزينه واكنش سوم مي باشد
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
مي توانيم رآكتور خود را طوري طراحي كنيم كه دور ديواره بيروني آن ليتيم مايع تحت فشار جريان داشته باشد.اين ليتيم مايع گرماي توليدي اضافي را از واكنش گرفته و به آب منتقل مي كند و با تبديل آن به بخار باعث مي شود كه توربين و ژنراتور به حركت درآيند و برق توليد بشود.

اما چرا ليتيم؟

قبلا ديديد كه مقرون به صرفه ترين واكنش در رآكتور همجوشي واكنش دوتريم . ترتيم است.در اين واكنش ديديد كه يك نوترون پر انرژي توليد مي شد.اين مساله يعني نوترون زايي مي تواند سبب تضعيف بخشهايي از رآكتور شود.از طرفي براي محيط زيست و مخصوصا سلامتي كساني كه در اطراف رآكتور فعاليت مي كنند بسيار مضر است.اما اگر ليتيم را به عنوان خنك كننده داشته باشيم اين جريان ليتيم همچنين نقش مهم كند كنندگي را بازي خواهد كرد.به اين صورت كه با نوترون اضافي توليد شده در واكنش تركيب شده و سوخت گران قيمت و بسيار كمياب رآكتور رو كه همان ترتيم است توليد مي كند.واكنش دقيق آن به شكل زير است.البته در اين مورد بايد ضخامت ليتيم مايع در جريان حداقل يك متر باشد.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
انواع رآكتور:

توكامك يكي از انواع رآكتورهاي همجوشي هسته ايست كه عمل محصورسازي را به خوبي انجام ميدهد.طرح توكامك در دهه پنجاه ميلادي توسط روسها پيشنهاد شد.كلمه توكامك از كلمات "toroidalnaya", "kamera", and "magnitnaya" به معني " اتاقك مغناطيسي چنبره اي" گرفته شده است.

يكي از دلايل و توجيحاتي كه براي چنبره اي بودن محفظه هاي محصور سازي مي شود بيان كرد اين است كه : توپ پر مويي را تصور كنيد كه شما قصد داريد موهاي اين توپ را شانه بزنيد. شما هر طور و از هر طرف كه بخواهيد اين كار بكنيد هميشه دو طرف از موهاي توپ شانه نشده و نامنظم باقي مي ماند.حال به جاي توپ فرض كنيد كه يك كره مغناطيسي داريم .ميخواهيم كه بردارهاي ميدان در سراسر اطراف اين كره يكنواخت و منظم باشند(در واقع همه در يك جهت باشند).بنا به مثال اين كار غير ممكن بوده ونا منظمي در دو طرف كره باعث عدم پايداري محصور ساز مي شود.ولي در يك محصور ساز چنبره اي چنين مشكلي وجود ندارد و يكنواختي ميدان سراسر محصور ساز(توكامك)باعث پايداري آن مي شود.مهم ترين و حياتي ترين وظيفه يك ابزار همجوشي پايدار نگه داشتن پلاسما است.

اسفرومك نوع ديگري از رآكتورهاي همجوشي هسته ايست.

اسفرومك نوع ديگري از رآكتورهاي همجوشيست كه بر خلاف توكامك كه چنبره ايست شكلي كروي دارد.البته تفاوت اسفرومك با توكامك در اين است كه در مركز اسفرومك هيچ جسم مادي اي وجود ندارد.

اسفرومك متاسفانه با بي مهري مواجه شد و به اندازه توكامك مورد توجه واقع نشد.در حالي كه اسفرومك مدت زيادي بعد از توكامك اختراع شد.

در دهه گذشته اغلب تحقيقات در بخش انرژي همجوشي مغناطيسي روي توكامك چنبره اي شكل براي رسيدن به واكنشهاي همجوشي در سطح بالا متمركز شده است.

كار توكامك در ايالات متحده وخارج آن ادامه دارد ولي سازمان دانشمندان انرژي همجوشي در حال بازديد از اسفرومك هستند.

قسمت زيادي از علاقه تجديد شده به پروژه اسفرومك روي تحقيقات فعالي در لاورنس ليورمور در گروهي به نام SSPX (Sustained Spheromak Physics Experiment) متمركز شده است.SSPX در 14ژوئن 1999 در مراسمي با حضور نماينده اي از DOE و با همكاري دانشمنداني از Sandia و آزمايشگاه ملي لس آلاموس آغاز به كار كرد.SSPX يك سري از از آزمايشات است كه براي اين طراحي شده كه توانايي اسفرومك را در اين مورد كه اسفرومك چقدر اين كيفيت را داراست كه پلاسما هاي داغ سوخت همجوشي را درون خود داشته باشد مشخص كند .

به عقيده رهبر پروژه SSPX آقاي David Hill توكامك با دماي بالايي كه در آن قابل دسترسيست (بيشتر از 100ميليون درجه سلسيوس كه بارها بيشتر از دماي مركز خورشيد است)فعلا برنده جريان رهبري پروژه هاي همجوشي به حساب مي آيد.با اين حال ميدانهاي مغناطيسي توكامك بوسيله كويل (سيم پيچ) هاي بيروني بسيار بزرگ كه چنبره رآكتور را كاملا احاطه مي كنند توليد مي شوند.اين كويل هاي بسيار بزرگ هزينه بسيار زياد و بي نظمي و اختلالاتي در كار رآكتور خواهند داشت.

در حالي كه اسفرومك ها پلاسماي بسيار داغ را در يك سيستم ميدان مغناطيسي ساده و فشرده كه فقط از يك سري ساده از كويل هاي كوچك پايدار كننده استفاده ميكند بوجود مي آورد.ميدانهاي مغناطيسي قوي لازم درون پلاسما با چيزي كه دينام مغناطيسي ناميده مي شود توليد مي شوند.

انرژي ده كردن:

مي دانيد درنوعي از رآكتورهاي شكافت هسته اي بوجود آوردن زنجيره واكنشها بوسيله برخورد دادن يك نوترون پر انرژي با هسته يك اتم اورانيم235 انجام مي شود.به اين صورت كه وقتي كه اين نوترون وارد هسته اتم اورانيوم235 مي شود آن را به يك هسته اورانيم236 تبديل ميكند.از آنجا كه اين هسته ناپايدار است به سرعت واپاشي مي كرده و اتمهاي سبكتري به همراه سه نوترون پر انرژي ديگر را توليد مي كند.

توضيح كاملتر اينكه در هسته هاي سنگين پايدار مثل اورانيوم بين نيروهاي الكترواستاتيكي كه مايل هستند ذرات تشكيل دهنده اتم را از هم دور كنند و نيروي هسته اي كه آنها را كنار هم نگه ميدارد تعادل بسيار حساسي وجود دارد كه اين تعادل رو مي توانيم براحتي و به روشي كه گفته شد به هم زده و واكنش شكافت هسته اي را شروع كنيم.واكنش حاصل از يك اتم با توليد كردن سه نوترون پر انرژي ديگر باعث ميشود سه اتم اورانيم ديگر وارد واپاشي بشوند.به همين ترتيب واكنش اصطلاحا زنجيره اي ميشود.

قدر مسلم يك رآكتور همجوشي ايده آل رآكتوريست كه در آن واكنشهاي زنجيره اي داريم. در واقع هدف اساسي در راه ساخت رآكتور همجوشي هسته اي زنجيره اي كردن آن است.اگر قرار باشد كه ما در اين راه انرژي صرف كنيم تا يك مقدار كمتر از آن را بدست بياوريم مطمئنا اين واكنش نه زنجيره ايست نه مفيد.دانشمندان اين رشته مفهومي به نام گيرانش را تعريف كرده اند كه به معني اين است كه مقداري انرژي صرف شروع واكنش كنيم و انرژي بيشتر از سلسله واكنشها بگيريم.در واقع در شرايط گيرانش واكنش زنجيره اي ميشود.يعني نه تنها انرژي توليدي يك واكنش براي انجام واكنش بعد كافيست بلكه مقدار زيادي از آن هم اضافه است وميتواند در اختيار ما براي توليد برق قرار بگيرد.

اگر بخواهيم توكامك يا هر وسيله ديگر كه همجوشي در آن انجام مي شود توان مفيد داشته باشد يعني به ما انرژي بدهد بايد شرايط خاصي داشته باشد. براي آنكه احتمال برخورد ذرات(يونهاي) نامزد همجوشي بالا برود اولا بايد دماي خيلي بالايي درون آن توليد بشود و رآكتور هم بتواند بخوبي دماي بالا را تحمل كند.(اين دما در محدوده ده به توان هشت درجه كلوين مي باشد!)دوما رآكتور بايد اين توانايي را داشته باشد كه درونش چگالي زياد از يونها را وارد كرد و سوم اينكه زمان محصور سازي در آن طولاني باشد.

دماي بالا براي آن است كه بتوانيم تقريبا مطمئن باشيم كه مي توانيم از سد محكم پتانسيل كولني هسته ها بگذريم.چگالي زياد هم براي اين است كه هر چه بيشتر احتمال برخورد هاي كارا بالا برود.

در اين مسير قانوني وجود دارد كه نام آن معيار لاوسون است.به كمك اين معيار مي شود محاسبه كرد كه آيا شرايط طوري هست كه واكنش به گيرانش برسد يا نه.

معيار لاوسن = بايد: مقدار چگالي*مدت زمان محصور سازي > ده به توان20ذره در متر مكعب باشد تا اين واكنش به گيرانش برسد(البته بستگي مستقيم با دماي پلاسما دارد)

اما به طور دقيق تر:

براي رسيدن به شرايط مطلوب درواكنشهاي گرما هسته اي كه در آنها از سوخت دوتريم - ترتيم استفاده مي شود دماي پلاسما (T) بايد در محدوده يك الي سه ضرب در ده به توان هشت درجه كلوين و زمان محصورسازي(تي اي)(تي انديس E) بايد در حدود يك الي سه ثانيه و چگالي (n) بايد حوالي يك الي سه ضرب در ده به توان بيست ذره بر متر مكعب باشد.براي آغاز به كار رآكتور يعني براي رسيدن به كمينه دماي حدود ده به توان هشت كلوين بايد از وسيله گرما ساز كمكي استفاده كرد.بعد از محترق شدن سوخت مخلوط پلاسما باذرات آلفايي كه در اثر احتراق اوليه بوجود اومده اند گرم شده و مي توانيم دستگاه كمكي را از مدار خارج كنيم.از آن به بعد سرعت فعاليتهاي همجوشي با افزايش دادن چگالي پلاسما افزايش پيدا مي كند.با اين وجود افزايش چگالي به بالاي مرزهاي تعيين شده و مطمئن به معني به هم خوردن پايداري پلاسما و يا اينكه خاموش شدن رآكتور را در پي خواهد داشت يا فاجعه.به عبارت ديگه (در صورت افزايش چگالي پلاسما) براي پايدار كردن پلاسما زمان محصور سازي و دماي احتراق و صد البته حجم پلاسما و نقطه پايداري پلاسما با افزايش چگالي بالا تر رفته و شرايط را براي كار سخت تر مي كند.به حالت تعادل در آوردن اين ملزمات با شكل بندي رآكتور در كوچكترين اسپكت ريتو كه به شكل بندي مغناطيسي آن بستگي دارد مقدور ميشود.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
نسبت R به a را اسپكت ريتو مي گويند.

خروج پسماندها:

طبق شكل زير كه تصويري از سطح مقطع رآكتور مي باشد نحوه كنترل و خارج كردن پسماندهاي واكنش كه همان هليوم باشند را مشاهده مي كنيد.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
واقعيت:

ITERاسم مجموعه ايست كه اولين رآكتور همجوشي جهان را كه از نوع توكامك خواهد بود در فرانسه خواهند ساخت.اين مجموعه متشكل است از كشورهاي: روسيه اروپا ژاپن كانادا چين ايالات متحده و جمهوري كره. آنها در اين راه از فوق هادي ها براي قسمت هاي مغناطيسي رآكتور استفاده مي كنند.توان خروجي اين توكامك 410 مگا وات خواهد بود.


منبع :[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[sajadhoosein]

كوارك در طبيعت
قبل از كشف كوارك توسط موراي ژل مان تصور مي‌شد كه پروتونها و نوترونها مانند الكترونها غيرقابل‌تقسيم هستند، ولي اكنون مي‌دانيم نوكلئونها (پروتونها و نوترونها) تجزيه‌پذير بوده و از ذرات كوچكتري به نام كوارك تشكيل شده‌اند.

كوارك‌ها‌ هيچگاه در طبيعت به عنوان ذرات مستقل و آزاد وجود ندارند. مزون‌هاي ? از يك كوارك و يك ضد كوارك تشكيل مي‌شوند، كه آنتي كوارك (ضد كوارك) با يك خط تيره افقي (علامت منفي) بالاي حرف مربوطه مشخص مي‌گردد. چون اين مزون‌ها از ماده و ضد ماده تشكيل مي‌شوند، خيلي سريع فرو مي‌پاشند. ايجاد ذرات متشكل از 2 كوارك يا به عبارت ديگر مزون‌ها البته ممكن است، ولي اين ذرات پايدار نيستند. برعكس گروههايي سه‌تايي يا به زبان ديگر پروتونها و نوترونها ساختارهايي بسيار پايدار هستند.

انسان ، كره زمين و در واقع كهكشان راه شيري عملا از سه سنگ بناي اوليه ايجاد شده‌اند، كه عبارت از كوارك‌ها‌ي U و كوارك‌ها‌ي D و الكترونها مي‌باشند. كوارك‌ها‌ ، نوكلئونها را مي‌سازند و آنها به همديگر متصل شده، هسته اتمها را بوجود مي‌آورند. هسته‌ها و الكترونها در اتحاد با يكديگر اتمها را ايجاد مي‌كنند و اتمها نيز با پيوستن به يكديگر مولكولهاي كوچك و بزرگ از قبيل مولكولهاي آب يا سفيده تخم مرغ را مي‌سازند.

ميلياردها مولكول سلولهاي بدن ما را بوجود مي‌آورند و هر انسان در بدن خود ميلياردها سلول دارد. اما با تمام تفاوتهايي كه انسانها ، جانوران ، گياهان ، سيارات و يا ستارگان با يكديگر دارند، باز هم تمام آنها فقط از سه ذره زيربنايي ساخته شده‌اند، كه عبارتند از: كوارك‌ها‌ي U و كوارك‌ها‌ي D و الكترونها.

آيا كوارك ها‌ را مي‌توان مشاهده كرد؟

روشن است كه كوارك‌ها‌ را نمي‌توان مشاهده كرد، بلكه مي‌شود وجود آنها را مثل هسته اتمها ، از طريق آزمايشهاي فراوان پيچيده اثبات نمود. براي اين كار مشابه آنچه كه رادرفورد 75 سال پيش براي شناسايي هسته اتم ، انجام داد، عمل مي‌شود و پروتونها ، با الكترونهاي بسيار پرشتاب ، مورد اصابت قرار مي‌گيرند. بيشتر الكترونها در اين آزمايش ، به ندرت تغيير مسير مي‌دهند، ولي تعدادي از آنها كاملا از مدار خود خارج مي‌شوند، درست مثل اينكه به گلوله‌هاي سخت و كوچكي در داخل پروتونها ، برخورد كنند. اين گلوله‌هاي بسيار كوچك همان كوارك‌ها‌ هستند، كه در جستجويشان بوده‌ايم. يك بررسي دقيق ، نشان داده كه پروتون در مجموع از سه واحد سنگ بناي اوليه اين چنيني تشكيل شده است.

نيروهاي بنيادي اوليه

بين ذرات بنيادي چهار نيرو عمل مي‌كنند كه آنها را نيروهاي بنيادي يا اوليه مي‌نامند.

نيروي پرقدرت كوارك:

نيروي پرقدرت كوارك كه نيروي رنگ نيز ناميده مي‌شود، از جدا شدن بيش از حد كوارك‌ها‌ي داخل هسته از يكديگر و يا حتي از پرت شدن آنها به خارج جلوگيري مي‌كند. نيروي پرقدرت كوارك يا نيروي قوي ، از طريق ذرات مبادله كننده يا به اصطلاح گلوئون‌ها ، كه بين كوارك‌ها‌ در پرواز هستند، انتقال مي‌يابد. اين نيرو مانند چسب ، پيوستگي بين كواركها را تضمين مي‌كنند. نيروي هسته‌اي كه پروتونها و نوترونها را در هسته اتم به هم پيوسته نگاه مي‌دارد، در واقع نيروي بنيادي نيست، بلكه نيرويي است كه از نيروي رنگ كوارك‌ها‌ (يعني قويترين نيرويي كه به آن اشاره مي‌شود)، بدست مي‌آيد.

برهمكنش الكترومغناطيسي:

اين نيرو ، وقتي كه صحبت از بارهاي الكتريكي به ميان مي‌آيد، ظاهر مي‌شود. يك ذره داراي بارالكتريكي مثبت ، به وسيله يك ذره مثبت ديگر ، دفع و به سوي يك ذره داراي بار الكتريكي منفي ، جذب مي‌شود. اين نيرو توسط فوتونها يا ذرات نوري مبادله مي‌شود و در نتيجه اين ذرات نوري كه بين ذرات باردار در پرواز هستند، به يكديگر متصل مي‌شوند.

برهمكنش ضعيف هسته‌اي:

بسياري از ذرات ، نسبت به هيچ يك از دو نيروي ياد شده در بالا ، يعني نيروي قوي كوارك و نيروي الكترومغناطيسي واكنش نشان نمي‌دهند. از آن ميان ذراتي هستند كه فاقد بار الكتريكي و رنگ هستند. براي اين گونه ذرات يك نيروي بنيادي ديگر وجود دارد. كه در فاصله‌هاي خيلي خيلي كم خود را نشان مي‌دهد و بدون استثنا بر روي همه ذرات اثر مي‌گذارد. اين نيرو كه نيروي ضعيف نام دارد، توسط ويكون‌ها منتقل مي‌شود.

نيروي جاذبه يا گرانش:

اين نيرو تمام ذراتي را كه داراي جرم هستند، جذب مي‌كند، ولي در مقايسه با سه نيروي قبلي ، آن قدر ضعيف است، كه مي‌توان آن را ناديده گرفت. از آنجايي كه اين نيرو در فاصله‌هاي زياد كارگر است، در علم ستاره شناسي داراي اهميت مي‌باشد.



منبع : دانشنامه رشد

[sajadhoosein]

خواص اشعه راديواكتيو



عناصر راديواكتيو معمولا سه نوع ذره يا اشعه از خود صادر مي‌كنند كه شامل ذره آلفا ، ذره بتا و اشعه گاما است. با قرار دادن اشعه راديواكتيو تحت تاثير ميدان مغناطيسي متوجه شده‌اند كه ذره آلفا داراي بار مثبت ، بتا داراي بار منفي و اشعه گاما بدون بار است.

خواص ذره آلفا

جنس ذره آلفا ، هسته اتم هليوم است كه از دو نوترون و دو پروتون تشكيل يافته است. جرم آن حدود 4 برابر جرم پروتون و بار الكتريكي آن 2+ و علامت اختصاري آن (4,2)He است. برد ذره آلفا به عنصر مادر ، انرژي اوليه و جنس محيط بستگي دارد. مثلا برد ذره آلفا صادره از راديوم در هوا تقريبا 4.8 سانتيمتر مي‌باشد. ذره آلفا به علت داشتن 2 بار مثبت هنگامي كه از نزديكي يك اتم عبور مي كند، ممكن است تحت تاثير ميدان الكتروستاتيكي خود ، الكترون مدار خارجي آن اتم را خارج سازد و يا به عبارت ديگر اتم را يونيزه كند. همچنين ذره آلفا قادر است محل الكترون را تغيير دهد، يعني الكترون تحت تاثير ميدان الكتريكي ذره آلفا از مدار پايين تري به مدار بالاتر صعود مي‌كند و در نتيجه اتم به حالت برانگيخته در مي‌آيد. قابليت نفوذ ذره آلفا بسيار كم است.

خواص ذره بتا

جنس ذره بتاي منفي ، از جنس الكترون مي‌باشد، بار الكتريكي آن 1- و علامت آن بتاي منفي است. برد ذره بتا در هوا در حدود چند سانتيمتر تا حدود يك متر است. البته برد اين ذره نيز به انرژي اوليه (عنصر مادر) و جنس محيط بستگي دارد. برخلاف ذره آلفا ، ذره بتا از نظر حفاظت يك خطر خارجي محسوب مي‌شود. خاصيت يون سازي اين ذره به مراتب كمتر از ذره آلفا است، يعني بطور متوسط در حدود 100 مرتبه كمتر از ذره آلفا مي‌باشد. ذره بتا مي‌تواند در اتمها ايجاد برانگيختگي كند، ولي اين خاصيت نيز در ذره بتا، به مراتب كمتر از ذره آلفا است. قدرت نفوذ ذره بتا بطور متوسط 100 برابر بيشتر از ذره آلفا است. طيف ذره بتا تك انرژي نيست، بلكه يك طيف پيوسته است كه تمام مقادير انرژي از 0 تا انرژي ماكزيمم را دارا مي‌باشد. اين ذره همان پوزتيرون است كه ضد ماده الكترون مي‌باشد. جرم آن با جرم الكترون برابر بوده و داراي باري مخالف با بار الكترون است و علامت اختصاري آن حرف بتاي مثبت است.

خواص اشعه گاما

جنس اشعه گاما از جنس امواج الكترومغناطيسي مي‌باشد، يعني از جنس نور است. ولي با طول موج بسيار كوتاه كه طول موج آن از 1 تا 0.01 آنگستروم تغيير مي‌كند. جرم آن در مقياس اتمي صفر ، سرعت آن برابر سرعت نور ، بار الكتريكي آن صفر و علامت اختصاري آن حرف گاما مي‌باشد. انرژي اشعه گاما از 10 كيلو الكترون ولت تا 10 مگا الكترون ولت تغيير مي‌كند. برد آنها بسيار زياد است. مثلا در هوا چندين متر است. خاصيت ايجاد يونيزاسيون و برانگيختگي در اشعه گاما نيز وجود دارد. ولي به مراتب كمتر از ذرات آلفا و بتا است. مثلا اگر قدرت يونيزاسيون متوسط اشعه گاما را يك فرض كنيم، قدرت يونيزاسيون متوسط ذره بتا 100 و ذره آلفا 104 خواهد بود. قدرت نفوذ اين اشعه به مراتب بيشتر از ذرات بتا و آلفا است. طيف انرژي اشعه گاما ، همانند ذرات آلفا تك انرژي است. يعني تمام فوتونهاي گاماي حاصل از يك عنصر راديواكتيو داراي انرژي يكساني هستند.



منبع : دانشنامه رشد

[sajadhoosein]

فيزيك شتابدهنده



دستيابي به انرژي بالا يكي از آرزوهاي فيزيكدانان ، شيميدانان ، دانشمندان طب و ... و حتي با وجود امكان دست رسي به انرژي بالا هنوز هم تلاشها براي فراهم آوردن انرژيها بالاتر ادامه دارد زيرا انرژي بالا در شناخت و بررسي جهان ريز (مثل سيستمهاي اتمي) و جهان بزرگ (مثل كهكشانها) و در كشف پديده‌هاي موجود در اين جهانها با ايجاد تسهيلات فراوان موثر واقع مي شود. آيا در تشخيص فرد خاصي در انبوه جمعيت ، مثلا دانش آموزان يك دبستان ، از راه دور به زحمت افتاده ايد؟

براي اين تشخيص يا به داخل جمعيت مي رود يا در محل ايستادن خودتان از يك دوربين كمك مي گيرد. انرژي بالا نيز با وضع مشابهي به فيزيكدان يا شيميدان در كشف پديده‌هاي جديد كمك مي دهد. شتابدهنده‌ها دستگاههايي هستند كه از طريق شتاب دادن ذرات در ميدانهاي الكتريكي يا مغناطيسي به منظور دادن انرژي بالا به آنها بكار مي روند. اين ماشينها در كشف ذرات ريز اتمي فيزيكدانان و در تجزيه ساختار تركيبات شيميدانان را ياري رسانده و دانشمندان طب را براي مبارزه با بيماريها مسلح مي كند.

مكانيزمهاي شتاب دادن ذرات

سازنده‌هاي شتابدهنده به طرق گوناگوني موفق به شتاب دادن ذرات باردار شده اند. برخي از آنان از طريق اعمال ولتاژ مستقيم بين دو ترمينال براي شتاب ذرات باردار به سمت هدف استفاده كرده اند و برخي ديگر از طريق حمل بار با ابزار مكانيكي مثل تسمه و قرقره به محفظه‌اي كه شامل منبع يونهاي با بار هم‌نوع بار حمل شده به اين محفظه است، به شتاب ذرات باردار پرداخته اند. بعضي توانسته اند از طريق شتاب دادن كوچك متوالي ذرات باردار به انرژي بالا دست يابند.

وجود نواقصي در روشهاي مذكور سازنده‌ها را به استفاده از روشهاي پيشرفته براي شتاب ذرات واداشته است «شتابدهنده پيشرفته). يكي از اين روشها شتاب دادن ذرات باردار روي مسير مارپيچي دايروي به كمك ميدانهاي مغناطيسي بوده كه خود اين روش نيز در طي تكامل خود روش بهتري را سبب شده است مثلا در مسير مارپيچ دايروي براي رسيدن به ذرات با انرژي خيلي بالا لازم است كه طول اين مسير را طولاني كنند ولي استفاده از تغيير اندازه ميدان مغناطيسي و تغيير فركانس توانسته‌اند به جاي مسير مارپيچ دايروي ، ذرات باردار روي دايره‌هاي هم مركز شتاب بزرگي بدهند. علاوه براين‌ها با استفاده از مغناطيس‌هاي فوق هادي به جاي مغناطيس‌هاي معمولي قدم ديگري برداشته و در صدد ساختن شتاب دهنده‌هاي عظيم و كامل نهاده اند.

اجزاي شتابدهنده‌ها

شتاب دهنده‌ها از چهار جز درست شده اند. جز اول چشمه ذرات است كه ذرات باردار الكتريكي توليد مي كند، چرا كه بسياري از دستگاههاي شتابدهنده از ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي براي شتاب دادن استفاده مي كنند. چشمه‌ها ممكن است يون‌هاي منفي ، الكترونها ، يا يون‌هاي مشابه توليد كنند. از بين يونهاي مثبت مخصوصا پروتون‌ها و ذرات آلفا متداول مي باشد. يونها پس از توليد شدن بايد به داخل سيستم تزريق شوند. گاهي اين كار فرآيند ساده اي است كه در آن يون‌ها بوسيله الكترواستاتيك‌هاي ساده به داخل لوله شتابدهنده جذب مي شوند. در حالتهاي ديگر تزريق كننده خود يك شتابدهنده‌اي است كه شتاب دهنده بزرگتري را تغذيه مي كند. طريق شتاب دادن از دستگاهي به دستگاه ديگر متفاوت است. ولي همه آنها بر اساس ميدان‌هاي الكترومغناطيسي براي بوجود آوردن شتاب استوار هستند. در نهايت ذرات پايدار از ماشين شتابدهنده خارج شده و به سوي هدف هدايت شوند.

انواع شتابدهنده‌ها

شتاب دهنده‌ها از نظر اندازه و طرح بسيار متنوع هستند، از يك مولد نوترون كاك كرافت والتن گرفته كه بوسيله يك فرد قابل حمل است تا شتابدهنده SSL كه محيط دايره آن در حدود 54 مايل مي باشد.

شتابدهنده‌هاي كاك كرافت والتن

اين شتاب دهنده از ولتاژ مستقيم اعمال شده بين دو ترمينال براي شتاب دادن ذرات به سمت يك هدف استفاده مي كند. اين نوع شتابدهنده‌ها اكثرا بعنوان تزريق كننده براي سيستم‌هاي بزرگتر شتابدهنده بكار مي‌روند.

شتابدهنده وان دوگراف

در اين نوع شتاب دهنده تسمه اي از جنس يك ماده غير هادي بر روي دو قرقره قرار داده شده و قرقره ها بطور پيوسته چرخانده مي شوند. در كي انتها ، يك منبع ولتاژ ، بار مثبت را به روي تسمه مي پاشد. ذرات باردار مثبت ، بوسيله تسمه به قرقره كه در داخل يك گنبد فلزي ميان تهي قرار دارد، حمل مي شوند. بارهاي مثبت بوسيله نشانه اي متصل به گنبد از تسمه جدا شده و بر روي سطح كره توزيع مي گردند.

در داخل كره ميان تهي با بار مثبت يك منبع يوني وجود دارد كه مي تواند يونهاي مثبت توليد كند. بارهاي مثبت همديگر را دفع مي كنند. يونهاي مثبت دفع شده در يك لوله شتابدهنده تا پتانسيل زمينه به سمت پاين شتاب داده شود. هدف در انتهاي اين لوله باريكه قرار دارد. شتاب دهنده‌هاي وان دوگراف در كاربردهاي تجزيه اي جهت تجزيه بطريق فعال‌ سازي با ذره باردار ، نشر اشعه ايكس حاصله از ذره ، تجزيه بطريق فعالسازي با نوترون سريع و اسپكترومتري پراكندگي برگشتي رادرفورد بكار مي روند.

شتابدهنده‌هاي خطي

اولين شتاب دهنده از اين نوع شتابدهنده ليناك بوده كه هدف اصلي آن دادن شتاب‌هاي كوچك زياد به ذرات ، به جاي يك شتاب بزرگ است. در اين شتابدهنده ذرات از ميان يك سري از لوله‌هاي ميان تهي كه بر روي يك خط مستقيم ترتيب يافته اند شتاب داده مي شوند. يونهاي حاصله از چشمه در اولين لوله كه داراي بار مخالف است، جذب مي شوند. با رسيدن ذره به انتهاي لوله با تغيير علامت ولتاژ لوله ، ذره از اين لوله دفع شده و در لوله بعدي جذب مي گردد. تازماني كه ذرات انرژي دارند اين عمل ادامه پيدا مي كند. با عبور ذره از ميان هر لوله افزايش مي يابد. اين نوع شتابدهنده در فرآيندهاي تشعشعي صنعتي ، در تحقيقات فيزيك و براي درمان طبي تشعشعي استفاده مي شود.

سيكلوترون‌ها

در اين نوع شتابدهنده ذره به جاي اينكه روي مسير مستقيمي شتاب داده شود در يك مدار مارپيچي نيم دايره اي شتاب داده مي شود. سيكلوترون داراي يك چشمه يوني است كه بين دو صفحه نيم دايره ميان تهي قرار گرفته است. به اين صفحه ها «دي» گفته مي شود. ذرات بر اثر اعمال يك ميدان مغناطيسي در مسيري دايروي حركت مي كند و با عوض شدن علامت ولتاژ صفحه‌ها ذرات نسبت به مرحله قبلي در مسيري با شعاع بزرگتر قرار مي گيرند و انرژي بيشتري پيدا مي كنند.

سرانجام شعاع مسير مارپيچي ذرات كه بايد سيكلوترون آن را در حركت بعدي خود نگه دارد بسيار بزرگ شده و ذرات بصورت الكتريكي از داخل سيكلوترون به طرف هدف منحرف مي شود. سيكلوترونهاي ساده در حال حاضر بعنوان تزريق كننده براي سيستم‌هاي شتابدهنده بزرگتر بكار مي روند. همچنين از اين شتابدهنده‌ها در مقاصد پزشكي استفاده مي‌شود.

سنيكروترون‌ها

در اين نوع شتابدهنده‌ها از طريق تغيير ميدان مغناطيسي و فركانس امكان حركت ذرات در مدارها با شعاع ثابت به جاي مواد مارپيچي سيكلوترون فراهم مي شود. در اين شتابدهنده‌ها به جاي «دي» ها تنها يك لوله بسته انحنادار وجود دارد كه حاوي ذرات است. مغناطيس‌هاي به شكل C در تناوبهاي طول لوله جايگزين شده اند. ذرات بوسيله يك شتابدهنده كوچكتر به داخل حلقه تزريق شده و در داخل لوله بوسيله مغناطيس‌ها نگهداري مي شوند. شتاب ذرات بوسيله حفره‌هاي شتاب دهنده انجام مي گيرد. اين شتابدهنده براي شتاب الكترون‌ها و يون‌هاي مثبت بكار مي روند.



منبع : دانشنامه رشد

[sajadhoosein]

انفجار هسته اي



تعريف انفجار

انفجار اعم از عادي يا هسته اي عبارتست از رهايي مقدار زيادي انرژي در مدت زماني بسيار كوتاه و در فضاي محدود .

ساختار انفجاري هسته اي

در انفجار هسته اي حرارت و فشار حاصل از اندازه اي است كه جرم بمب و همه مواد موجود در فضاي مزبور را در آن واحد زمان بصورت توده اي از گاز داغ ، ملتهب و فشرده در آورده و تشكيل گوي آتشين كه در حدود چند ميليون درجه حرارت است مي دهد اين گوي آتشين بلافاصله انبساط كرده و به لايه هاي بالاي جو صعود مي كند.انبساط سريع گوي آتشين فشار اطراف خود را بالا برده و موج انفجاري بسيار شديدي و يا موج ضربه فوق العاده اي در زمين يا آب يا در زير زمين ايجاد مي كند كه اثر تخريبي انفجار مربوط به آنها ست .

مشخصات انفجاري هسته اي

- در نزديكي انفجار سرعت موج از يك كيلومتر درثانيه يعني هزارها كيلومتر در ساعت بيشتر است .

- قسمت عمده اي از انرژي انفجار بصورت حرارت و نور آزاد مي شود كه در منطقه وسيعي ايجاد آتش سوزي نموده و حتي در فاصله هاي دورتر سبب سوختگي در پوست بدن موجودات زنده اي كه در معرض آنها قرارگرفته باشند مي گردد .

- مقدار زياري اشعه نامرئي هسته اي به نام تشعشع هسته اي اوليه بوجود مي آيد كه قدرت نفوذي فوق العاده اي داشته و بر حسب شدت تشعشع آنها آثار بيولوژيكي تشعشعات هسته اي وخيم يا كشنده در موجودات زنده بوجود مي آورند .

- مواد حاصل از انفجار هاي هسته اي به شدت راديو اكتيو بوده ومنطقه وسيعي را بطوري الوده مي سازد كه بر حسب نزديكي يا دوري از مركز انفجار تامدتي غير قابل سكونت خواهند بود مانند هيروشيماي ژاپن .

- در انفجارهاي معمولي درجه حرارت در مركز انفجار به حدود 5000 درجه سانتيگراد درمورد انفجارهاي هسته اي به ده ها ميليون درجه مي رسد .

حوزه انفجارهسته اي

قطر كره آتشين از بمب هسته اي يك مگاتني در يك هزارم ثانيه به حدود 150 متر رسيده ودر هر ثانيه به حداكثر اندازه خود كه حدود 2000 متر است مي رسد و پس از يك دقيقه نسبتا سرد شده و روشنايي خود را از دست مي دهد اين زماني است كه انفجار 7 كيلو متر صعود كرده است براي تصور ميزان درخشندگي آن كافيست اشاره كنيم كه :

- از فاصله يكصد كيلومتري از نور خورشيد در وسط روز درخشنده تر است .

- در پاره اي از آزمايش ها كه در طبقات بالاي جو انجام گرفته نور حاصله از فاصله 1000 كيلومتري محسوم بوده است كه تحت بعضي شرايط اين نور مي تواند موجب كوري موقتي يا سوختگي دائمي شبكيه چشم شود .

- در موقع آزمايشات هسته اي در معرض بودن تصادفي اشخاص موجب سوختگي شبكيه چشم درمسافت 10 مايلي در سلاح 20 كيلو تني شده است .

- گوي آتشين همانطور كه به سرعت بزرگ شده و صعود مي كند تغيير شكل داده و پهن تر مي شود ضمناً هوا و خاك و عناصر ديگر را از پايين به داخل خود مي مكد و به همين ترتيب دنباله اي از غبار تشكيل مي شود كه گوي آتشين را به زمين وصل مي كند كره آتشين بتدريج سرد شده و بصورت ابري متلاطم در مي آيد كه ابتدا سرخ رنگ بوده و بعد سفيد مي شود در اين حال با دنباله خود شكل قارچي به خود مي گيرد .

تخريب بعد از انفجار هسته اي

- چنانچه انفجار در سطح زمين يا نزديكي آن اتفاق بيافتد مقدار زيادي خاك و شن و مواد مختلف بخار شده و همراه با گوي آتشين بالا مي روند يك صدم انرژي سلاح مگاتني در تر كش سطحي كافي است كه 4000 تن خاك و شن و سنگ را بخار نمايد اين مواد كه بدين ترتيب به داخل گوي آتشين كشيده شده با مواد راديو اكتيو مخلوط مي شوند و ابر اتمي قارچ شكل انفجارات اتمي را شكل مي دهند ذرات اين باد بتدريج به زمين بازگشته و يا در اثر برف و باران به زمين ريخته خواهد شد اين عمل ريزش اتمي ناميده شده و منبع تشعشعات باقيه خواهند بود .

- در انفجارهاي زير آبي مقدار زيادي آب بخار خواهد شد يك صدم انرژي سلاح يك مگاتني كافيست كه 20000 تن آب را بخار كند .

- انفجار زير زميني اتمي ايجاد تكانهايي مانند زمين لرزه مي نمايد در اثر اين لرزش و جابه جاشدن قسمتي از سطح زمين خرابي بوجود مي آيد اما انرژي يك زلزله قوي با انرژي يك ميليون بمب اتمي برابر است!

تقسيم بندي انرژي انفجار سلاح اتمي

مجموع انرژي حاصله كه به نام قدرت بمب ناميده مي شود به سه اثر اوليه تقسيم مي شود . گرچه تقسيم بندي انرژي تا اندازه اي به نوع سلاح و سوختنش وشرايط انفجار بستگي دارد ولي بطور كلي بصورت زير تقسيم بندي مي شود .

- 50% انرژي به توسط موج انفجاري يا موج ضربه حمل مي شود .

- 35% انرژي را تشعشع حرارتي و امواج نوراني در خود دارند .

- 15% انرژي را تشعشع هسته اي ( 5% تشعشع ابتدايي 10% تشعشع باقيه ) دارد.



منبع : دانشنامه رشد

[sajadhoosein]

اساس کار بمب هسته ای


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؟
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.
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.
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.
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.
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.

[turokpooria]

با سلام من نخواستم یه تاپیک جدید بزنم گفتم همین جا می نویسم چرا دولت ژاپن از بمب هلیوم(اگه درست گفته باشم) واسه کاهش دمای منطقه آسیب زده نمیکنه؟ منظورم اینه که آیا واسه راکتور خطر بوجود میاد؟

[Haj_Amoo]

با سلام من نخواستم یه تاپیک جدید بزنم گفتم همین جا می نویسم چرا دولت ژاپن از بمب هلیوم(اگه درست گفته باشم) واسه کاهش دمای منطقه آسیب زده نمیکنه؟ منظورم اینه که آیا واسه راکتور خطر بوجود میاد؟
بمب هلیوم دیگه چیه؟!

[turokpooria]

گفتم که نمیدونم بمب هلیوم بودنیتروژن بود یا چیزه دیگه ولی اینو میدونم که وقتی که کارخانه ی آمونیاک اهواز منفجر شده بود تا یک شعاعی رو منجمد کرده بود

[Soheil-Green]

گفتم که نمیدونم بمب هلیوم بودنیتروژن بود یا چیزه دیگه ولی اینو میدونم که وقتی که کارخانه ی آمونیاک اهواز منفجر شده بود تا یک شعاعی رو منجمد کرده بود
آهان فکر کنم منظور شما نیتروژن مایع هست که همه چیز رو منجمد میکنه...

[Haj_Amoo]

گفتم که نمیدونم بمب هلیوم بودنیتروژن بود یا چیزه دیگه ولی اینو میدونم که وقتی که کارخانه ی آمونیاک اهواز منفجر شده بود تا یک شعاعی رو منجمد کرده بود
مقدار عظیم هلیوم لازم رو از کجا تهیه کنن + با چه هزینه‏ای مایع‏اش کنن + با چه انتقالش بدن + با چی بریزنش روی نیروگاه + ... !!!

[turokpooria]

مقدار عظیم هلیوم لازم رو از کجا تهیه کنن + با چه هزینه‏ای مایع‏اش کنن + با چه انتقالش بدن + با چی بریزنش روی نیروگاه + ... !!!



بنظر شما انجام دادن این کارها مفید تره یا خطر تشعشات و یا انفجار راکتور؟

[amin666]

نیترو÷ن مایع به هر چی بخوره فورا دمای اون رو پایین میاره.البته بهتر بگم منجمد می کنه.البته ساختنش یه کم سخته.ولی شما مطمئن باش اگه با این روش امکان پذیر بود حتما این کار رو می کردن.اونا خودشون بیشتر می دونن چه کاری مفید تره.کلا فکر نمی کنم نیترو÷ن مایع به تشعشعات کاری داشته باشه!حالا اگه انفجار بود یه چیزی.هنوز منفجر نشده که.اگه منظورتون خنک کردن راکتوره که باز به نیترو÷ن مایع ربطی نداره.کلا سیستم خنک کنندگی راکتور پیچیده هسا و به این راحتی ها نیست.الان فکر کنم از کربن استفاده می شه.چند ده سال پیش فکر کنم از اب استفاده می شد

[taia]

بنظر شما انجام دادن این کارها مفید تره یا خطر تشعشات و یا انفجار راکتور؟

عذر می خوام که بعد از چندین روز پاسخ می دم به سوال، ولی به هر حال،
جدای از بحث اقتصادی این موضوع، مشکلات حمل و نقل، مشکل پمپاژ کردن مایع به داخل راکتور و همچنین مشکل نبود نیتروژن مایع کافی (با توجه به اینکه اینجا بحث چندین راکتور هست) در دسترس، و البته جدای از اینکه قطعا باید از فعل و انفعالات شیمیایی ممکن هم صرف نظر نکرد، یک بحث مهم این هست که استفاده از آب در خنک کردن راکتور در واقع رساندن دمای راکتور به یک دمای خاص هست، و هدف سرد کردن راکتور نیست، نیتروژن مایع راکتور را خنک نمی کند، بلکه در واقع راکتور را منجمد می کند، که خود این می تونه عواقب غیرقابل پیش بینی ایجاد کنه، مثال خیلی ساده و پیش پا افتاده ایجاد ترک در میله های حاوی سوخت اتمی هست که خود این می تونه منشا نشت مواد رادیواکتیو به بیرون از راکتور بشه.


برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

[wonderboy2]

خواص نیروهای هسته ای:
1- نیروهای هسته ای در فواصل کوتاهقویتر از نیروهای کولمبی هستند. چون نیروهای هسته ای می توانند بر دافعه کولمبی پروتون ها در هسته غلبه کند.
2- نیروهای هسته ای در فواصل بلندی که در حدود 10-10m باشند به حدی ضعیف می شوند که می‌توان از آن‌ها صرف‌نظر کرد.
3- بعضی ذرات تحت تأثیر نیرو‌های هسته ای قرار نمی‌گیرند. برای نمونه هیچ دلیلی از ساختار اتمی در دست نیست که نیرو‌ی هسته ای اثری بر روی الکترون داشته باشد.
4- به نظر می‌رسد که نیروی نوکلئون – نوکلئون تقریباً مستقل از نوع نوکلئون‌هاست.
5- نیروی نوکلئون – نوکلئون به موازی یا پاد موازی بودن اسپین نوکلئون‌ها بستگی دارد.
6- نیروی نوکلئون – نوکلئون شامل یک جمله دافعه نیز هست که نوکلئون ها را در فاصله معینی از یکدیگر نگه می‌دارد.
7- نیروی نوکلئون – نوکلئون دارای مؤلفه‌ی تانسوری یا غیر مرکزی است. این بخش از نیرو باعث ناپایستگی تکانه‌ی زاویه‌ای می‌شود. چون تکانه زاویه‌ای یکی از ثابت‌های حرکت در میدان نیروی مرکزی است.

---------- Post added at 12:53 PM ---------- Previous post was at 12:53 PM ----------

اشباع نیروهای هسته ای
این نیروها ناشی از مطالعه چگالی ماده هسته ای است. با افزودن نوکلئون‌ها به هسته چگالی مرکزی آن تقریباً ثابت می‌ماند و این نشان می‌دهد که هر نوکلئون اضافه شده فقط نیروی همسایگان مجاورش را حس میکند از این لحاظ هسته مانند یک بلورعمل می کند که در آن هر اتم در درجه اول با نزدیک‌ترین همسایگانش برهم‌کنش می کند. اتم های اضافی بلور را بزرگ‌تر می کنند، اما چگالی آن را تغییر نمی دهند.