فایل ورد کامل تحقیق جامع درباره انرژی هستهای؛ بررسی مبانی علمی، فناوریها و کاربردهای صنعتی و پزشکی
توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد
فایل ورد کامل تحقیق جامع درباره انرژی هستهای؛ بررسی مبانی علمی، فناوریها و کاربردهای صنعتی و پزشکی دارای ۶۳ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد فایل ورد کامل تحقیق جامع درباره انرژی هستهای؛ بررسی مبانی علمی، فناوریها و کاربردهای صنعتی و پزشکی کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
این پروژه توسط مرکز فایل ورد کامل تحقیق جامع درباره انرژی هستهای؛ بررسی مبانی علمی، فناوریها و کاربردهای صنعتی و پزشکی۲ ارائه میگردد
توجه : در صورت مشاهده بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل تحقیق جامع درباره انرژی هستهای؛ بررسی مبانی علمی، فناوریها و کاربردهای صنعتی و پزشکی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد
بخشی از متن فایل ورد کامل تحقیق جامع درباره انرژی هستهای؛ بررسی مبانی علمی، فناوریها و کاربردهای صنعتی و پزشکی :
انرژی هسته ای
مقدمه
انرژی یکی از مهمترین نیاز های جامعه امروزی است، از آنجایی که استحصال انرژی از منابع سوخت فسیلی برای بشر و محیط زیست او، به دلیل ایجاد گازهای گلخانه ای، زیان های جبران ناپذیری را به همراه دارد، این روزها جامعه بشری به دنبال جایگزین های نوینی از انرژی است. از مناسب ترین آنها می توان به انرژی هسته ای نهفته در هسته اتم ها اشاره کرد، که این انرژی بیش از ۵ دهه است که مورد بهره برداری قرار دارد.
استفاده از نیروی هستهای از ۵۰ سال پیش آغاز شد و اینک این نیرو همان اندازه از برق جهان را تأمین میکند که ۴۰ 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 ۴۴۰ نیروگاه هستهای در ۳۱ کشور جهان برق تولید میکنند. بیش از ۱۵ کشور از مجموع این تعداد در زمینه تأمین برق خود تا ۲۵ درصد یا بیشتر ، متکی به نیروی هستهای هستند. در اروپا و ژاپن سهم نیروی هستهای در تأمین برق بیش از ۳۰ درصد است، در آمریکا نیروی هستهای ۲۰ درصد از برق را تأمین میکند. در سرتاسر جهان ، دانشمندان بیش از ۵۰ کشور از حدود ۳۰۰ 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 ۴۰۰ کشتی را بدون اینکه به خدمه آن و یا محیط زیست آسیبی برسانند، تأمین میکنند.
منشا انرژی هستهای
“رونتگن” در ۱۸۹۵ پرتو ایکس نافذ حاصل از یک لوله تخلیه را کشف کرد و “بکرل” در ۱۸۹۶ پرتوهایی مشابه (که امروزه لاندا می نامیم) را با منشا کاملا متفاوت کشف کرد که منجر به کشف اورانیوم و پدیده ی پرتوزایی شد.
در ۱۹۰۵ “انیشتن” نتیجه گیری کرد که جرم هر جسمی با سرعت آن افزایش پیدا می کند و فرمول مشهور خود E = m c۲ راکه بیانگر هم ارزی جرم و انرژی است بیان نمود.
(کوری ها در ۱۸۹۸ عنصرپرتوزای رادیوم را جداسازی نمودند) در زمان انیشتین بررسی تجربی مقدور نبود و انیشتین نتوانست مفاهیم معادله خود را پیش بینی کند.
درسال ۱۹۳۸ زمانیکه شیمیدان آلمانی اتو هان (به آلمانی: Otto Hahn) و فریتزاسترسمن (به انگلیسی: Fritz Strassmann) فیزیکدان اتریشی لایز میتنر (به انگلیسی: Lise Meitner) و اتو رابرت فریش (به انگلیسی: Otto Robert Frisch) در حال آزمایش بر روی اورانیوم بمباران شده بودند متوجه شدند که نوترون شلیک شده میتواند نتیجهای باورنکردنی داشته باشد و هسته اورانیوم را به دو یا چند قسمت تقسیم کند.
بعدها دانشمندان زیادی (و در صدر آنها لیو زیلارد) دریافتند که پخش تعدادی نوترون در فضا هنگام یک شکافت هستهای میتواند واکنشی زنجیرهای را از این قابلیت به وجود آورد.
این کشف دانشمندان را در برخی کشورها (از جمله ایالات متحده، انگلستان، فرانسه، آلمان و اتحاد جماهیر شوروی) بر آن داشت تا از دولتهای خود برای ادامه تحقیقات در این زمینه درخواست پشتیبانی مالی کنند.
انرژی هستهای نخستین بار به وسیله انریکو فرمی در سال ۱۹۳۴ در یکی از آزمایشگاههای دانشگاه شیکاگو تولید شد. این اتفاق زمانی رخ داد که تیم او مشغول بمباران کردن هسته اورانیوم با نوترون بودند. این پروژه (که با نام Chicago Pile-1 شناخته شد) با فوریت تمام در ۲ دسامبر ۱۹۴۲ به بهرهبرداری رسید و بعدها به بخشی از پروژه منهتن تبدیل شد. طی این پروژه راکتورهای بزرگی را برای دستیابی به پلوتونیوم و استفاده از آن در سلاح هستهای در هانفورد واشینگتن راهاندازی کردند.
در نهایت در روز ۲۷ ژوئن ۱۹۵۴ اتحاد جماهیر شوروی اولین نیروگاه هسته ای ۵ مگا واتی را برای نخستین بار وارد شبکه برق سراسری خود نمود . اولین نیروگاه تجاری دنیا را انگلستان با توان ۵۰ مگاوات مورد بهر برداری قرار داد . بدین ترتبیب توجه بشر به سمت انرژی هسته ای جلب شده و باعث گردید فیزیک هسته ای و در نتیجه فناوری هسته ای شکل بگیرد و بعنوان شاخه ای نوین وارد فناوری های بشری شود.
در سال ۲۰۰۴ انرژی هستهای در تولید کل انرژی مصرفی جهان سهمی در حدود ۶۵، و در تولید انرژی الکتریکی سهمی در حدود ۱۵۷ داشتهاست که کشورهای ایالات متحده، فرانسه، و ژاپن در مجموع حدود ۵۷ از کل انرژی الکتریکی هستهای جهان را به خود اختصاص دادهاند. در سال ۲۰۰۷ آژانس بینالمللی انرژی هستهای از وجود ۴۳۹ راکتور هستهای در حال ساخت در ۳۱ کشور در سراسر جهان خبر داد.
ایالات متحده آمریکا با تولید حدود ۲۰ انرژی مورد نیاز خود از راکتورهای هستهای در میزان کل تولید انرژی هستهای جایگاه اول جهان را داراست، حال آن که فرانسه با تولید ۸۰ انرژی الکتریکی مورد نیاز خود در ۱۶ نیروگاه هستهای از نظر درصد دارای رتبه اول در جهان است. این درحالی است که در کل اروپا، انرژی هستهای ۳۰ برق مصرفی این قاره را تامین میکند. البته سیاستهای هستهای در کشورهای اروپایی با هم متفاوتند طوری که در کشورهایی نظیر ایرلند یا اتریش هیچ راکتور هستهای فعالی وجود ندارد.
براساس گزارش وزارت صنایع فرانسه ، هزینه یک نیروگاه هستهای ۱۴۰۰ مگا واتی معادل ۱۵.۴ میلیارد فرانک ، یک نیروگاه گاز سوز با همین ظرفیت ۴.۳ میلیارد فرانک و یک نیروگاه زغال سنگ سوز با ظرفیت مشابه ۹ میلیارد فرانک ارزش دارد. در مقابل ، این امتیاز برای گاز ارمغانی به همراه ندارد. زیرا هزینه تولید هر کیلو وات ساعت برق تا ۷۰ درصد به قیمت سوخت بستگی دارد.
بر اساس مطالعات انجام گرفته ، ۴۳ سال دیگر نفت ، ۶۶ سال دیگر گاز طبیعی و ۲۳۳ سال دیگر زغال سنگ تمام خواهد شد، اما هنوز میتوان ذخایر تازه کشف کرد. اورانیوم مورد نیاز تا ۶۰ سال دیگر وجود دارد.
پس از جنگ جهانی دوم دولت ایالات متحده که میترسید تحقیقات هستهای باعث انتشار دانش هستهای و در نتیجه سلاح هستهای شود کنترلهای سختگیرانهای در مورد تحقیقات هستهای اعمال کرد و به طور کلی بیشتر تحقیقات هستهای بر روی اهداف نظامی متمرکز شوند.تا سال ۲۰۰۷ آخرین راکتور هستهای مورد بهرهبرداری قرار گرفته در ایالات متحده راکتور Watts Bar 1 در تنسی بود که در ۱۹۹۶ به شبکه متصل شد و این مدرک محکمی بر موفقیت تلاشهای ضد گسترش نیروگاههای هستهای است. با این حال تلاشها در برابر گسترش نیروگاههای هستهای تنها در برخی کشورهای اروپایی، فیلیپین، نیوزیلند و ایالات متحده موفق بودهاست و در عین حال در این کشورها نیز این جنبشها نتوانستند تحقیقات هستهای را متوقف کنند و تحقیقات مربوط به انرژی هستهای کماکان ادامه دارد. برخی کارشناسان پیشبینی میکنند که نیاز روز افزون به منابع انرژی، افزایش قیمت سوخت و بحران افزایش دمای زمین در اثر استفاده از سوختهای فسیلی باعث شود که بقیه کشورها نیز به سوی استفاده از نیروگاههای هستهای روی آورند و همچنین باید یادآوری کرد که با پیشرفت تکنولوژی هستهای، امروزه امکان بروز فجایع هستهای بسیار کمتر شدهاست.
بر طبق پیشبینی اتحادیه جهانی هستهای در سال ۲۰۱۵ به طور متوسط هر ۵ روز یکبار یک نیروگاه هستهای در جهان افتتاح خواهد شد.
با تمام مخالفتها، بسیاری از کشورها در گسترش نیروگاههای هستهای ثابت قدم بودهاند از جمله این کشورها میتوان به ژاپن، چین، و هند اشاره کرد. در بسیاری از کشورهای دیگر جهان نیز طرحهای وسیعی برای گسترش استفاده از انرژی هستهای در حال تدوین است.
یکی از سازمانهایی که برای اولین بار شروع به توسعه دانش هستهای کرد نیروی دریایی ایالات متحده آمریکا بود که در نظر داشت از انرژی هستهای به عنوان سوخت زیردریاییها و ناوهای هواپیمابر استفاده کند. عملکرد مناسب این سازمان و پافشاری دریاسالار هیمن ریکوور باعث شد تا سر انجام اولین زیردریایی اتمی جهان با نام ناتیلوس (به انگلیسی: USS Nautilus) در دسامبر ۱۹۵۴ به آب انداخته شود.
پیشرفتهای صورت گرفته
با راهاندازی اولین نیروگاههای هستهای استفاده از این نیروگاهها شتاب گرفت به طوری که استفاده از برق هستهای از کمتر از ۱ گیگاوات در دهه ۱۹۶۰ به بیش از ۱۰۰ گیگاوات در دهه ۱۹۷۰ و نزدیک به ۳۰۰ گیگاوات در اواخر دهه ۱۹۸۰ رسید. البته در اواخر دهه ۱۹۸۰ از شتاب رشد استفاده از برق هستهای به شدت کاسته شد و به این ترتیب به حدود ۳۶۶ گیگاوات در سال ۲۰۰۵ رسید که بیشترین گسترش پس از دهه ۱۹۸۰ مربوط به جمهوری خلق چین است. باید به این نکته نیز اشاره کرد که بیش از دو سوم از طرحهای مربوط به احداث نیروگاه هستهای که شروع اجرای آنها پس از ۱۹۷۰ بود، لغو شدند. در طول دهههای ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ کاهش قیمت سوختهای فسیلی و افزایش قیمت ساخت یک نیروگاه هستهای از تمایل دولتها برای ساخت نیروگاه هستهای به شدت کاست. البته بحران سوخت ۱۹۷۳ باعث شد تا کشورهایی مانند فرانسه و ژاپن که از منابع نفت زیادی برخوردار نیستند به فکر ساخت نیروگاههای هستهای بیشتری بیفتند به طوری که این دو کشور به ترتیب ۸۰ و ۳۰ از انرژی الکتریکی حال حاضر خود را از این منابع تامین میکنند.در سی سال انتهایی قرن بیستم ترس از حوادث هستهای مانند فاجعه چرنوبیل در ۱۹۸۶، مشکلات مربوط به دفع زبالههای هستهای، بیماریهای ناشی از تشعشع هستهای و… باعث به وجود آمدن جنبشهایی برای مقابله با توسعه نیروگاههای هستهای شد و این خود از دلایل کاهش توسعه نیروگاههای هستهای در بسیاری از کشورها بود.
کاربردها
در سال ۲۰۰۷ انرژی معادل ۱۴% انرژی کل دنیا با استفاده از ۴۳۹ نیروگاه هسته ای در ۳۱ کشور تولید شده است و سهم فرانسه با تولیدبیش از ۷۹ % درصد انرژی الکتریکی خود از این طریق از سایرین بیشتر بود ه است . همانطور که گفته شد مهمترین استفاده از فناوری هسته ای ایجاد انرژی به کار رفته در جوامع است، اما علاوه بر این استفاده فناوری هسته ای استفاده های دیگری را ن یز دارد که از آن جمله می توان به پنج کاربرد اساسی دیگر نیز اشاره کرد :
• کشاورزی: از فناوری هسته ای در کاربرد های کشاورزی از قبیل جهش ژنی برای تولید گیاهان مقاوم در برابر آفات و و حشرات مضر و یا بالا بردن کیفیت محصولات دامی را می توان نامبرد .
• پزشکی: پزشکی هسته ای تا به آن حدی گسترش پیدا نموده که امروزه شاخه ای از فناوری به نام پزشکی هسته ای را به خود اختصاص داده است . به طور مثال از رادیو ایزوتوپ ها در تصویر برداری استفاده گسترده ای می گردد ، در این روش با استفاده از رادیو ایزوتوپ های کبالت – 60 ، تالیوم – 201 و چندین نوع دیگر از رادیو داروها اقدام به تصور برداری می کنند.
• صنایع : در صنایع کاربرد های گوناگونی برای این فناوری تعریف شده است که از آن جمله می توان آزمایش غیر مخرب جوش ، سختی سنجی ، ضخامت سنجی و یا نشت یابی را نامبرد .
• نظامی: با وجود آنکه پیمانی به نام پیمان عدم تکثیر سلاح های هسته ای N.P.T. بطور بین اللملی میان کشور های مختلف وجود دارد اما همچنان این کاربرد خانمان سوز در بین بسیار از کشورها مانند رژیم نا مشروع اسرائیل ،امریکا ،روسیه و… به طور گسترده ای مورد توجه است.
کاربرد انرژی هسته ای در دسترسی به منابع آب
تکنیکهای هسته ای برای شناسایی حوزه های آب زیر زمینی هدایت آبهای سطحی و زیر زمینی ، کشف و کنترل نشت و ایمنی سدها مورد استفاده قرار میگیرد. در شیرین کردن آبهای شور نیز انرژی هستهای کاربرد دارد.
محاسن و معایب انرژی هسته ای بر سایر انرژی ها
باید توجه داشت که قیمت تامین سوخت در یک نیروگاه هستهای نسبت به دیگر تجهیزات موجود نسبتاً اندک است و بنابراین چند برابر شدن قیمت اورانیوم تأثیر چندانی بر روی قیمت انرژی الکتریکی تولیدی نخواهد داشت.
برای مثال افزایش دو برابری در قیمت سوخت مصرفی یک نیروگاه هستهای آب سبک هزینه راکتورها را در حدود ۲۶ و هزینه برق تولیدی را در حدود ۷ افزایش میدهد در حالی که افزایش دوبرابری قیمت سوخت در یک نیروگاه گازی قیمت برق تولیدی را تا ۷۰ افزایش میدهد.
جوانب اقتصادی
یکی از مسائل نیروگاه هستهای هزینه ساخت آن است که شامل هزینه ساخت راکتور، هزینه مسائل امنیتی، هزینه ساخت مراکز معدنی، هزینه ساخت مراکز تبدیل مواد خام به سوخت هستهای، هزینه ساخت مراکز بازپروری هستهای و انبارهای هستهای برای دفن ضایعات هستهای است.
امنیت نیروگاههای هستهای
از خطرهایی که همواره بیم آن میرود، حمله احتمالی تروریستی به نیروگاههای هستهای است، چرا با انفجار نیروگاه محوطهای به شعاع ۲۰ کیلومتر بشدت آلوده میشود و هیچ موجود زندهای را باقی نمیگذارد و در اثرات تخریبی ژنتیکی تا ۱۰ نسل را بر روی محوطه بزرگتری در حدود شعاع ۴۰ کیلومتر باقی خواهد گذاشت
نگرانیهای زیست محیطی
مهمترین مسئلهای که مخالفان انرژی هستهای بیان میدارند امنیت محیط زیستی نیروگاه هستهای است زیرا با کوچکترین اشتباه فجایعی مانند فاجعه چرنوبیل قابلیت رخ دادن خواهند داشت.
حادثه اتمی چرنوبیل
حادثه اتمی چرنوبیل بدترین حادثه اتمی غیرنظامی تاریخ جهان است که در رآکتور شماره ۴ نیروگاه چرنوبیل اکراین در ۲۶ آوریل ۱۹۸۶ اتفاق افتاد. این راکتور از رآکتورهای RBMK بود.
علت وقوع حادثه
در ۲۵ و ۲۶ آوریل ۱۹۸۶متصدیان راکتور برای انجام آزمایشی سیستم ایمنی راکتور را غیر فعال کردند (کندکنندههای نوترون را از آن خارج کردند).نتیجه آن راکتوری بدون کندکننده مناسب و از کنترل خارج شدن آن بود. بدون توانایی در کنترل رآکتور، دمای آن به حدی رسید که بیشتر از حرارت خروجی طرح ریزی شده بود.در اولین گام یک منطقه انزوا در محدوده ۳۰ کیلومتری اطراف نیروگاه چرنوبیل تعیین شد. از ۲۷ آوریل سال ۱۹۸۶ حکومت اوکراین ساکنین شهرهای پریپیتت و چرنوبیل، و روستاهای داخل منطقه ۳۰ کیلومتری (حدود ۱۰۰ هزار نفر) را به خارج این محدوده انتقال داد.پنهان کردن اطلاعات مربوط به فاجعه چرنوبیل باعث شکل گیری و گسترش شایعات باور نکردنی پیرامون نتایج فاجعه شد. ریاست شوروی از پذیرش همکاری بین المللی برای انجام عملیات« امحا» نتایج فاجعه هسته ای امتناع کرد. تنها در سال ۱۹۸۹ بود که حکومت شوروی از آژانس انرژی اتمی به منظور ارزیابی کارشناسی عملیات «امحا»، درخواست کمک کرد.
حادثه اتمی تری مایل آیلند
حادثه اتمی تری مایل آیلند بد ترین حادثه اتمی آمریکا و دومین فاجعه راکتورهای هستهای دنیا (بعد از حادثه چرنوبیل) است که در ۲۸ مارس ۱۹۷۹ در تری مایل آیلند آمریکا اتفاق افتاد.
امتیاز و برتری انرژی هستهای
امتیاز و برتری انرژی هستهای در این است که حتی یک مولکول گاز کربنیک از راکتور هستهای به هوا نمیرود. در عوض اورانیوم مورد نیاز این راکتور باید با کامیونهایی که سوخت فسیلی (نفت) می سوزانند، حمل و نقل گردد. همچنین مراحلی که برای کار با اورانیوم انجام میشود، به سوخت نفتی نیازمند است. در مجموع هر کیلو وات ساعت برق هستهای حدود ۲۵ گرم گاز گلخانهای تولید میکند. هر کیلو وات ساعت برف زغال سنگ سوز ، ۶۵۰ تا ۱۲۵۰ گرم گاز کربینیک تولید میکند. همچنین برای تولید هر کیلو وات ساعت برق از نیروگاههای گاز سوز، ۴۵۰ تا ۶۵۰ گرم گاز کربنیک انتشار مییابد.
یک نیروگاه هستهای صد مگاواتی سالانه پانصد تن زباله با درجه رادیو اکتیو ضعیف ، دویست تن زباله با درجه رادیواکتیو متوسط و ۲۵ تن زباله با درجه رادیواکتیو شدید تولید میکند. در مقایسه ، یک نیروگاه برق زغال سنگ سوز ۳۵۰ هزار تن زباله سخت (زبالههای معدنی ، خاکستر و تفاله آهن) که صدها کیلو فلز سنگین نیز در میان آنها وجود دارد ، تولید میکند. البته پیشرفتهای فنی باید اجازه دهد که از این میزان زباله کاسته شود. با وجود این سوخت فسیلی از نظر تولید زباله پر بار هستند. اما گاز ، بجز گاز کربنیک ، تقریبا زباله یا تولید جانبی خطرناکی ندارد. رادیو اکتیویته نامرئی است، اما حتی ضعیفترین درجه رادیو اکنیویته که ممکن است برای محیط زیست مضر باشد، قابل ردیابی است. در نتیجه نیروگاههای هستهای را میتوان به خوبی کنترل کرد و در واقع کشف خطر آنها راحتتر از نیروگاههای گرمایی کلاسیک است.
طی مطالعات انجام گرفتته آسیبهای ناشی از سوختهای فسیلی با در نظر گرفتن آسیبهای مربوط به گازهای گلخانهای تقریبا تا دو برابر آسیبهای انرژی هستهای میباشد
انرژی هستهای با مصارف غیر نظامی تا به حال کمتر از انرژیهای فسیلی قربانی گرفته است. یک نیروگاه هستهای در شرایط فعالیت معمول و سالم مواد رادیواکتیو ساطع میکند. ولی میزان آسیب پذیری به مراتب کمتر از آزمایشهای رادیولوژیک و رادیواکتیویته طبیعی (رادون) است. سوختهای فسیلی نیز مقادیر زیادی از آلوده کنندههای خطرناک را در هوا میپراکند که مضرات زیادی داشته و در اکثر موارد کشنده نیز میباشد.
شکافت هستهای
طی سال های ۱۹۳۰″ انریکوفرمی “و همکاران وی در ایتالیا، تعدادی آزمایش با نوترون تازه کشف شده انجام دادند آن ها استدلال کردند که نبود بار نوترون آن را در نفوذ به هسته موثر می سازد. از جمله کشفیات فرمی، تمایل زیاد بسیاری از عناصر به کند کردن نوترون و تنوع رادیوایزوتوپ هایی بود که می توانست از گیراندازی نوترون تولید شود.
“برایت” و “وینکر” توضیح نظری فرآیندهای نوترون کند را در سال ۱۹۳۶ ارائه نمودند.
فرمی اندازه گیری های توزیع هر دو نوترون سریع و کند را انجام داد و رفتار آن ها را از لحاظ پراکندگی کشسان ،اثرات پیوند شیمیایی و حرکت گرمایی در مولکول های هدف توضیح داد.
تا این فاصله زمانی هنوز فرآیند شکافت شناسایی نگردید. تا اینکه در سال ۱۹۳۹ تا ۱۹۴۰ توسط فعالیت هان، اشتر اسمن و سپس فریش و… در انتها فرمی پدیده شکافت کشف شد.
کشف شکافت همراه با امکان انجام یک واکنش زنجیره ای با شدت انفجاری در برهه ای از زمان از اهمیت خاصی برخوردار بود زیرا جنگ جهانی دوم در ۱۹۳۹ شروع شده بود.
واکنشهای ذ نجیره ای خود تقویت شونده
در سال ۱۹۳۹ “بور” به آمریکا آمد و در کشفیات “انیشتن” و “هان” شریک شد. وی همچنین “فرمی” را در کنفرانسی در واشنگتن ملاقات کرد.
آنها برای اولین بار وجود واکنش ذنجیره ای خود تقویت شونده را مطرح کردند. در این فرآیند اتم ها را برای تولید مقدار زیادی انرژی شکافت می دهند. دیگر دانشمندان در سرار دنیا در حال باور این مسئله بودند که می توان از شکافت هسته برای تولید انرژی استفاده کرد. این زمانی ممکن بود که مقدار زیادی اورانیم بتوانند با یکدیگر تحت شرایط مناسب ترکیب شوند و واکنش ذنجیره ای خود تقویت شونده ای را بوجود آورند که جرم بحرانی نامیده می شود.
فرمی و همکارش در سال ۱۹۴۱ طرح اولین طرح راکتور زنجیره ای اورانیم را ارائه دادند. مدل آن ها شامل مقداری اورانیم بود که در محفظه ای از گرافیت جمع شده بود تا مدلی از مواد شکافت پذیر را بسازد. در اوایل سال ۱۹۴۲ دانشمندان به دعوت فرمی در شیکاگو برای ارئه نظریات خود گرد آمدند و در همان سال آمادگی ساخت اولین راکتور هسته ای را پیدا کردند و در استادیوم شهر شیکاگو طرح خود را که علاوه بر گرافیت و اورانیم دارای کادمیوم( عنصری که نوترون ها را می شکافد) به نمایش گذاشتند.
پیشرفت انرژی هسته ای برای مقاصد صلح آمیز
اولین راکتور هسته ای تنها یک شروع بود. اولین تحقیقات در این رشته که تحت پروژه سری به نام “منهتن” صورت گرفت، برای ساخت بمب اتمی برای جنگ جهانی دوم بود. هرچند دانشمندانی هم بودند که روی راکتورهای شکافنده مواد دارای قابلیت شکافت در واکنش زنجیره ای کار می کردند، و این به تولید مواد شکافت پذیر بیشتری منجر شد. بعد از ایالات متحده سرمایه گذاری بیشتری را در جهت پیشبرد این علم برای منافع غیر نظامی انجام داد و در اوایل سال ۱۹۵۱ راکتور زاینده ای ساخت که می توانست الکتریسیته تولید کند.
انرژی هسته ای در ایران
استفاده از انرژی هستهای در دوران سلطنت محمدرضا شاه پهلوی مطرح شد و با ایجاد سازمان انرژی اتمی ایران آغاز پروژه راکتور اتمی بوشهر و مشارکت مالی ایران در طرحهای فناوری سوخت اتمی فرانسه آغاز شد.
در سال ۱۹۷۴(۱۳۵۳)، سازمان انرژی اتمی ایران (A.F.O.I) تأسیس شد و دکتر اعتماد، به ریاست آن منصوب شد.
با پیروزی انقلاب ایران در سال ۱۳۵۷ این مقوله متوقف شد. جنگ ایران و عراق منجر به تغییر موضع کشورهای غربی که مخالف این انقلاب بودند شد و مساعدت آنها را برای تکمیل این پروژه غیر ممکن کرد. شرکت آلمانی کا.و.اوkvo)) که پیمانکار این پروژه بود هنگامی که تنها ۱۵%به تکمیل آن باقی مانده بود، از ادامه کار سرباز زد.
در بحبوحه جنگ ایران و عراق و کمبود شدید منابع نیرو در کشور، ایران با روی آوردن به اسپانیا و ژاپن کوشش در تکمیل پروژه بوشهر کرد که موفقیت آمیز نبود. سپس قراردادی با روسیه برای به انجام رساندن کار نیروگاه بوشهر امضا شد که کار آن هنوز ادامه دارد و چند بار زمان پایان پروژه به تعویق افتاده است. لازم به ذکر است که ایران در سال ۱۹۵۸، به عضویت آژانس بین المللی انرژی اتمی (I.A.E.A) درآمد.
ایران در سال ۱۹۶۸، پیمان عدم تکثیر سلاحهای هستهای (N.P.T) را پذیرفت و در سال ۱۹۷۰، آن را در مجلس شورای ملی به تصویب رساند.
اگر چه ایران از دیدگاه قوانین آژانس بین المللی انرژی اتمی و همچنین از نقطه نظر پیماننامه منع گسترش سلاحهای هستهای حق تحقیق و استفاده صلحآمیز از فنآوری هستهای را دارد، کشورهای غربی به رهبری آمریکا تلاش پیگیری را آغاز کردهاند که ایران را برای همیشه از هرگونه استفاه از فناوری انرژی هستهای منع کنند. در با وجود همه این تلاش ها در آوریل ۲۰۰۶،ایران اعلام کرد که موفق به غنیسازی اورانیوم به میزان ۳.۵ درصد شده است.
اورانیوم
میزان اورانیوم موجود در پوسته زمین نسبتاً زیاد است به طوری که با منابع فلزاتی همچون قلع و ژرمانیوم برابری میکند و تقریباً ۳۵ برابر میزان نقره موجود در پوسته زمین است. اورانیوم ماده تشکیل دهنده بسیاری از اجسام اطراف ما مانند سنگها و خاک است. طبق آمارگیری جهانی معادن شناخته شده جهان در حال حاضر برای تامین بیش از ۷۰ سال انرژی الکتریکی جهان کافی هستند. بهای متوسط اورانیوم در حال حاضر ۱۳۰ دلار آمریکا به ازای هر کیلوگرم است. به این ترتیب ثبات تامین سوخت هستهای از بسیاری از دیگر مواد معدنی بیشتر است.
اورانیوم طبیعی (که بشکل اکسید اورانیوم است) شامل۳/۹۹% از ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۸ و۷/۰% اورانیوم ۲۳۵است. که نوع ۲۳۵ آن قابل شکافت است و مناسب برای بمب ها ونیروگاههای هسته ای است. این عنصر از نظر فراوانی در میان عناصر طبیعی پوسته در رده ۴۸ قراردارد. از نظر تراکم و چگالی باید گفت ۶/۱ مرتبه متراکم تر از سرب است. وهمین تراکم باعث سنگین تر شدن آن می شود.برای مثال اگر یک گالن شیر وزنی حدود ۴ کیلوگرم داشته باشد ,یک گالن اورانیوم ۷۵ کیلوگرم وزن دارد!!!
استفاده از اورانیوم به شکل اکسیدطبیعی آن به سال ۷۹ میلادی بر می گردد یعنی زمانی که این عنصر برای اضافه کردن رنگ زرد به سفال لعابدار استفاده شد (شیشه زرد با یک در صد اورانیوم در نزدیکی ناپل ایتالیا کشف شده است.)
کشف این عنصر به شیمیدان آلمانی به نام مارتین هنریچ کلاپرس اختصاص داده شد که در سال ۱۷۸۹ اورانیوم را به صورت قسمتی از کانی که آن را، پیچ بلند(pitchblende) نامید کشف شد. نام این عنصر را بر اساس سیاره اورانوس که هشت سال قبل از آن کشف شده بود برگزیده شد .این عنصر در سال ۱۸۴۱ به صورت فلز جداگانه توسط ،ایگون ملچیورپلیگوت (eugne melchior peligot) استفاده شد.
در پروژه Manhattan نامهای Tuballoy و Oralloy برای اورانیوم طبیعی و اورانیوم غنی شده بکار برده شد. این اسامی هنوز نیز برای اورانیوم غنی شده و اورانیوم طبیعی بکار برده میشوند.
کشورهای اصلی تولید کننده اورانیوم
شامل کشورهای استرالیا، چین، کانادا، قزاقستان، نامیبیا، نیجر، روسیه و ازبکستان میباشد.
منابع اورانیم
بر اساس اطلاعات موجود در سال ۱۹۹۹بیش از ۹۰% تولید جهانی اورانیوم توسط ده کشور تامین گردیدند که این کشورها عبارتند از: استرالیا، کانادا، قزاقستان، نامیبیا، نیجر، فدراسیون روسیه، آفریقای جنوبی، اکرائین، آمریکا و ازبکستان که هر یک از این ممالک بیش از ۱۰۰۰ تن اورانیوم تولید و روانه بازار کردند. در این میان کانادا با ۲۵% تولید در صدرو استرالیا و نیجر با ۱۴.۸% و ۹% تولید جهانی درمرتبه دوم و سوم قرار دارند.. حدود ۵۰% تولید از معادن نزدیک به سطح زمین که کم هزینه می باشند بوده و ۳۲% از معادن واقع در عمق زمین که پر هزینه تر می باشد و مابقی نیاز از طرق سایر منابع تامین شده اند. در سالهای بعد تاکید بر استخراج اورانیوم از معادن نزدیک به سطح زمین دارای اهمیّت بیشتری گردیده و بخش اعظمی از معادن درعمق بدلیل پر هزینه بودن استخراج تعطیل شده اند.
در سالهای بین ۱۹۹۱ و ۱۹۹۹ معادل ۴۰% نیاز جهانی از طریق منابعی غیر از معادن و بطور مشخص از موجودی سوخت راکتورهای تعطیل شده تامین گردیدند. از سال ۱۹۹۵ یک منبع مهم دیگر تامین اورانیوم به عرصه آمد که امتیاز آن عمدتا در اختیار آمریکا و روسیه می باشد و آن استفاده از اورانیوم موجود در سلاحها و موشکهای هسته ای بود که در قالب پیمانهای خلع سلاح اتمی از زرادخانه های هسته ای خارج گردیدند و در حال حاضر نیز این منبع عظیم کماکان مورد بهره برداری این دو کشور بزرگ اتمی قرار دارند. از سوی دیگر تکنو لوژی استخراج اورانیوم و قیمت جهانی آن اهمیت فراوانی در استخراج و عرضه آن پیدا کرده است. برابر اطلاعات موجود، علیرغم وجود مقادیر قابل توجه این فلز در نقاط مختلف، تعدادی از کشورهای تولید کننده بدلیل هزینه بالای استخراج و همچنین عدم برخورداری از تکنولوژی پیشرفته در امر استخراج مراکز اکتشاف خود را تعطیل کرده اند و هم اکنون بدلایل فنی، مالی و مدیریتی عملا استخراج و عرضه اورانیوم جهت مقاصد تجاری در دست ممالک صنعتی بزرگ قرار دارند.
در حال حاضر ۲۴ کشور دارای معادن اورانیوم در نزد آژانس بین المللی انرژی اتمی ثبت شده اند که بغیر از چین، پاکستان و هندوستان مابقی گزارشات رسمی منابع و معادن اورانیوم خود را ارائه می دهند. ضروری است توجه شود که هزینه تولید ۱۳۰ دلار آمریکا برای هر کیلو اورانیوم زیاد محسوب و منابع با هزینه تولید کمتر که عبارت از ۸۰ دلار و ۴۰ دلار در هر کیلو هستند بسیار با صرفه ترند و برای مثال کانادا در سال ۱۹۹۹ ،۳۱% از این اورانیوم بسیار اقتصادی را به بازار عرضه نمود. پیش بینی می شود که تا سال ۲۰۱۵ نیاز جهانی اورانیوم مابین ۵۴۵۰۰ الی ۷۹۸۰۰ تن باشد در حالیکه تولید جهانی در همین دوره بین ۴۲۰۰۰ تن تا ۶۲۰۰۰ در خوشبیتاته ترین حالت برآورد می گردد .بر اساس چنین واقعیاتی است که تدریجا توسعه بیشتر نیروگاههای هسته ای مورد بازنگری جدّی قرار گرفته و توجه به منابع دیگر مانند ژئو ترمال رو به افزایش است.
بر اساس گزارشهای رسمی ایران به آژانس، ذخائر اورانیوم قطعی ایران بعد از حدود بیست سال اکتشاف و تحقیق ۴۹۱ تن برآورد گردیده است که می توان ۸۷۶ تن منبع احتمالی قابل بهره برداری با هزینه استخراج هر کیلو ۸۰ تا ۱۳۰ دلار را نیز بر آن افزود.
علاوه بر اینها فرضیات غیر قابل اثباتی در مورد وجود ۴۵۰۰ تن اورانیوم دیگر و یا احتمال پیدا شدن ۵۰۰۰ تن ذخائر جدید وجود دارند که تا کنون تائید نگردیده اند. برابر این آمار، منابع قطعی اورانیوم ایران را باید حدود۱۴۰۰ تن برآورد کرد وهر سیاستی باید با توجه به این ارقام طراحی وبرنامه ریزی شود. مطلبی که این آمار و ارقام به زبان روشن بیان می کنند این است که ما به هیچ وجه دارای منابع قابل اعتنای اورانیوم که بتواند نیاز بلند مدّت ما را جهت برق هسته ای تامین کنند نیستیم و تامین برق از نیروگاه های اتمی بدون تامین سوخت از خارج مقدور نیست و حتّی اگر غنی سازی را هم به حدّ کمال انجام دهیم چاره ای بجز وارد کردن اورانیوم(منظور ماده معدنی اورانیوم) از منابع خارجی که بطور عمده در کنترل کشورهای خاصّی هستند نداریم و اصولا بحث خود کفائی کشور در این مورد بنظر نمی رسد که بر مبنای اطلاعات صحیحی طرح شده باشد.
ترکیبات شیمیایی
تترا فلوروئید اورانیوم UF۴که به نمک سبز معروف است یک محصول میانی هگزافلورید اورانیوم میباشد. هگزا فلورید اورانیوم UF۶ جامد است که در دمای بالای ۵۶ درجه سانتیگراد بخار میشود. UF۶ ترکیب اورانیوم است که برای دو فرایند غنی سازی Gaseous Diffusion و Centrifuge استفاده میشود. و در صنعت با نام ساده Hex خوانده میشود.
اورانیوم عنصر طبیعی است که تقریبا در تمام سنگها آب و خاک به میزان کم یافت میشود. و بنظر می رسد که مقدار آن از سنگ سرمه، برلیوم، کادیوم، جیوه، طلا، نقره و تنگستن بیشتر باشد و این فراوانی در حد آرسنیک و مولیبدنیوم است .مقدار بیشتری از اورانیوم در موادی از قبیل صخره های فسفاتی و کانیهای مانند Lignite و Monazite یافت میشود. که بیشتر برای مصارف اقتصادی از همین منابع استخراج می شود.
آسیاب کردن اورانیوم
محل آسیاب کردن معمولاً به معدن استخراج اورانیوم نزدیک است. بیشتر امکانات استخراجی شامل یک آسیاب میشود. هرچه جایی که معدنها قرار دارند به هم نزدیکتر باشند یک آسیاب میتواند عمل آسیابسازی چند معدن را انجام دهد. عمل آسیابسازی اکسید اورانیوم غلیظی تولید میکند که از آسیاب حمل میشود. گاهی اوقات به این اکسیدها کیک زرد میگویند که شامل ۸۰ درصد اورانیوم میباشد. سنگ معدن اصل شاید دارای چیزی در حدود ۱/۰ درصد اورانیوم باشد.
در یک آسیاب، اورانیوم با عمل سنگشویی از سنگهای معدنی خرد شده جدا میشود که یا با اسید قوی و یا با محلول قلیایی قوی حل میشود و به صورت محلول در میآید. سپس اورانیوم با تهنشین کردن از محلول جدا میشود و بعداز خشک کردن و معمولاً حرارت دادن به صورت اشباع شده و غلیظ در استوانههای ۲۰۰ لیتری بستهبندی میشود.
باقیمانده سنگ معدن که بیشتر شامل مواد پرتوزا و سنگ معدن میشود در محلی معین به دور از محیط معدن در امکانات مهندسی نگهداری میشود. (معمولاً در گودالهایی روی زمین).
پسماندههای دارای مواد رادیواکتیو عمری طولانی دارند و غلظت آنها کم خاصیتی سمی دارند. هرچند مقدار کلی عناصر پرتوزا کمتر از سنگ معدن اصلی است و نیمه عمر آنها کوتاه خواهد بود اما این مواد باید از محیط زیست دور بمانند
اکتشاف و استخراج و تغلیظ اورانیم
اورانیم موجود در سنگ معدن حدود یک درصد است که توسط روشهای مکانیکی و شیمیایی به اکسید اورانیم که کیک زرد نام دارد تبدیل می شود. اورانیم۲۳۵ قابل شکافت و مناسب برای سوخت هسته ای در اکسید اورانیم وجود دارد که با ظرفیت صفر یا آزاد هرگز در طبیعت وجود ندارد. اورانیم یک فلز رادیواکتیو است که استفاده از آن درراکتورهای هسته ای برای تولید الکتریسیته اقتصادی برآورد شده است. در ایران مرکزی انواع دگرگونی با پرتوزایی قابل توجه یافت می شود. برای استخراج اورانیم از روشهای روباز زیرزمینی بازیابی درجا وروش بازیابی تپه ای استفاده می شود.
عملیات تغلیظ بلافاصله پس از استخراج وآماده سازی مواد معدنی به فرایندهای کانه آرایی جداسازی اورانیم از مواد معدنی و تخلیص آن اطلاق می گردد. محصول تغلیض شده اورانیم را کیک زرد می نامند که حدودا ۶۰% اورانیم دارد. مهم ترین فرایند تغلیظ لیچینگ (محلول سازی) نام دارد.
هشدار های مهم
تمام ترکیبات اورانیوم سمی و رادیو اکتیو هستند. سمی بودن این عنصر میتواند کشنده باشد. در مقادیر بسیار کم خاصیت سمی بودن این عنصر به کلیه آسیب میرساند. خواص رادیو اکتیوی این عنصر نیز سیستماتیک و نظام بند است. در کل ترکیبات اورانیوم به سختی جذب روده و ریه میشوند و خطرات رادیولوژیکی آن باقی میماند. فلز خالص اورانیوم نیز خطر آتش سوزی به همراه دارد.
فرد ممکن است با تنفس غبار اورانیو م در هوا یا خوردن و آشامیدن آب و غذا در معرض این عنصر قرار بگیرد. البته بیشتر این عمل از طریق خوردن آب و غذا صورت میگیرد. جذب روزانه اورانیوم در غذا ۰.۰۷ تا ۱.۱ میکروگرم میباشد. مقدار اورانیوم در هوا معمولا بسیار ناچیز است. افرادی که در کنار تاسیسات هسته ای دولت و یا معادن استخراج اورانیوم زندگی میکنند بیشتر در معرض این عنصر قرار می گیرند.
اورانیوم ممکن است که درطریق تنفس یا بلع و یا در موارد استثنایی از طریق شکافی روی پوست وارد بدن شود. اورانیوم توسط پوست جذب نمیشود و ذرات آلفای ساتع شده از این عنصر نمیتواند به پوست نفوذ کند. بنابر این اورانیومی که خارج از بدن باشد نمیتواند به اندازه اورانیوم داخل بدن مضر و خطرناک باشد. اگر اورانیوم به بدن وارد شود ممکن است موجب سرطان شده یا به کلیه ها آسیب برساند.
خواص اشعه رادیواکتیو
عناصر رادیواکتیو معمولا سه نوع ذره یا اشعه از خود صادر میکنند که شامل ذره آلفا ، ذره بتا و اشعه گاما است. با قرار دادن اشعه رادیواکتیو تحت تاثیر میدان مغناطیسی متوجه شدهاند که ذره آلفا دارای بار مثبت ، بتا دارای بار منفی و اشعه گاما بدون بار است.
خواص ذره آلفا
جنس ذره آلفا ، هسته اتم هلیوم است که از دو نوترون و دو پروتون تشکیل یافته است. جرم آن حدود ۴ برابر جرم پروتون و بار الکتریکی آن ۲+ و علامت اختصاری آن ۴,۲He است. برد ذره آلفا به عنصر مادر ، انرژی اولیه و جنس محیط بستگی دارد. مثلا برد ذره آلفا صادره از رادیوم در هوا تقریبا ۴.۸ سانتیمتر میباشد. ذره آلفا به علت داشتن ۲ بار مثبت هنگامی که از نزدیکی یک اتم عبور می کند، ممکن است تحت تاثیر میدان الکتروستاتیکی خود ، الکترون مدار خارجی آن اتم را خارج سازد و یا به عبارت دیگر اتم را یونیزه کند. همچنین ذره آلفا قادر است محل الکترون را تغییر دهد، یعنی الکترون تحت تاثیر میدان الکتریکی ذره آلفا از مدار پایین تری به مدار بالاتر صعود میکند و در نتیجه اتم به حالت برانگیخته در میآید. قابلیت نفوذ ذره آلفا بسیار کم است.
خواص ذره بتا
جنس ذره بتای منفی ، از جنس الکترون میباشد، بار الکتریکی آن ۱- و علامت آن بتای منفی است. برد ذره بتا در هوا در حدود چند سانتیمتر تا حدود یک متر است. البته برد این ذره نیز به انرژی اولیه،عنصرمادر و جنس محیط بستگی دارد. برخلاف ذره آلفا ، ذره بتا از نظر حفاظت یک خطر خارجی محسوب میشود. خاصیت یون سازی این ذره به مراتب کمتر از ذره آلفا است، یعنی بطور متوسط در حدود ۱۰۰ مرتبه کمتر از ذره آلفا میباشد. ذره بتا میتواند در اتمها ایجاد برانگیختگی کند، ولی این خاصیت نیز در ذره بتا، به مراتب کمتر از ذره آلفا است. قدرت نفوذ ذره بتا بطور متوسط ۱۰۰ برابر بیشتر از ذره آلفا است. طیف ذره بتا تک انرژی نیست، بلکه یک طیف پیوسته است که تمام مقادیر انرژی از ۰ تا انرژی ماکزیمم را دارا میباشد. این ذره همان پوزتیرون است که ضد ماده الکترون میباشد. جرم آن با جرم الکترون برابر بوده و دارای باری مخالف با بار الکترون است و علامت اختصاری آن حرف بتای مثبت است.
خواص اشعه گاما
جنس اشعه گاما از جنس امواج الکترومغناطیسی میباشد، یعنی از جنس نور است. ولی با طول موج بسیار کوتاه که طول موج آن از ۱ تا ۰.۰۱ آنگستروم تغییر میکند. جرم آن در مقیاس اتمی صفر ، سرعت آن برابر سرعت نور ، بار الکتریکی آن صفر و علامت اختصاری آن حرف گاما میباشد. انرژی اشعه گاما از ۱۰ کیلو الکترون ولت تا ۱۰ مگا الکترون ولت تغییر میکند. برد آنها بسیار زیاد است. مثلا در هوا چندین متر است. خاصیت ایجاد یونیزاسیون و برانگیختگی در اشعه گاما نیز وجود دارد. ولی به مراتب کمتر از ذرات آلفا و بتا است. مثلا اگر قدرت یونیزاسیون متوسط اشعه گاما را یک فرض کنیم، قدرت یونیزاسیون متوسط ذره بتا ۱۰۰ و ذره آلفا ۱۰۴ خواهد بود. قدرت نفوذ این اشعه به مراتب بیشتر از ذرات بتا و آلفا است. طیف انرژی اشعه گاما ، همانند ذرات آلفا تک انرژی است. یعنی تمام فوتونهای گامای حاصل از یک عنصر رادیواکتیو دارای انرژی یکسانی هستند.
- لینک دانلود فایل بلافاصله بعد از پرداخت وجه به نمایش در خواهد آمد.
- همچنین لینک دانلود به ایمیل شما ارسال خواهد شد به همین دلیل ایمیل خود را به دقت وارد نمایید.
- ممکن است ایمیل ارسالی به پوشه اسپم یا Bulk ایمیل شما ارسال شده باشد.
- در صورتی که به هر دلیلی موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید با ما تماس بگیرید.
یزد دانلود |
دانلود فایل علمی 