انرژی هسته ای |مقالات|

[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 ، 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 ، 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!!

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.


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
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ،خبرگزاري جمهوري اسلامي ‪۸۶/۰۱/۲۰‬
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] . [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] . [ برای مشاهده لینک ، 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.



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

.