انرژی هسته ای |مقالات|

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؟

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:

دید کلی [ برای مشاهده لینک ، 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 ، 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:

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 ، 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 ، 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:

نقل قول:

---

نوشته شده توسط mahramasrar2 [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

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:

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196674810/BBC.Nuclear.Secrets.1of5.avi.001

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196674745/BBC.Nuclear.Secrets.1of5.avi.002

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196675169/BBC.Nuclear.Secrets.1of5.avi.003

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196674959/BBC.Nuclear.Secrets.1of5.avi.004

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196675299/BBC.Nuclear.Secrets.1of5.avi.005

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196674818/BBC.Nuclear.Secrets.1of5.avi.006

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196675672/BBC.Nuclear.Secrets.2of5.avi.001

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196675586/BBC.Nuclear.Secrets.2of5.avi.002

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196674663/BBC.Nuclear.Secrets.2of5.avi.003

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196674956/BBC.Nuclear.Secrets.2of5.avi.004

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196675342/BBC.Nuclear.Secrets.2of5.avi.005

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196674431/BBC.Nuclear.Secrets.2of5.avi.006

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196675387/BBC.Nuclear.Secrets.3of5.avi.001

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196675689/BBC.Nuclear.Secrets.3of5.avi.002

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196675510/BBC.Nuclear.Secrets.3of5.avi.003

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196675772/BBC.Nuclear.Secrets.3of5.avi.004

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196675701/BBC.Nuclear.Secrets.3of5.avi.005

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196673950/BBC.Nuclear.Secrets.3of5.avi.006

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196675690/BBC.Nuclear.Secrets.4of5.avi.001

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196675462/BBC.Nuclear.Secrets.4of5.avi.002

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196675713/BBC.Nuclear.Secrets.4of5.avi.003

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196675084/BBC.Nuclear.Secrets.4of5.avi.004

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196675057/BBC.Nuclear.Secrets.4of5.avi.005

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196674643/BBC.Nuclear.Secrets.4of5.avi.006

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196675237/BBC.Nuclear.Secrets.5of5.avi.001

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196674768/BBC.Nuclear.Secrets.5of5.avi.002

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196674632/BBC.Nuclear.Secrets.5of5.avi.003

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196675363/BBC.Nuclear.Secrets.5of5.avi.004

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196674734/BBC.Nuclear.Secrets.5of5.avi.005

---

کد:

---

http://rapidshare.com/files/196674427/BBC.Nuclear.Secrets.5of5.avi.006

---

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

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.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ادرسمه. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
ممنون میشم شما یا سایر دوستان اگه مقالاتی درارین برام بفرستین

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

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 ، 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.

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

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!!!!!!!!

نيروي الكتريكي موثر هسته و مدارهاي اتم

[ برای مشاهده لینک ، 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 :www.cph-theory.persiangig.com

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 :www.hupaa.com

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 ، 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 ، 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 ، 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 ، 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 ، 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 :www.hupaa.com

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

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

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

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

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.

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؟

نقل قول:

---

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؟!

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

نقل قول:

---

نوشته شده توسط turokpooria [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

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...

نقل قول:

---

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 + ... !!!

نقل قول:

---

نوشته شده توسط Haj_Amoo [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

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؟

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

نقل قول:

---

نوشته شده توسط turokpooria [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

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.

کد:

---

http://www.why100.info/article/20110316120514AAH7wEi.html

---

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.