انرژی هسته ای 9 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 9

استخراج

در فناوری هسته‌ای، خواه صلح آمیز باشد یا نظامی، ماده بنیادی مورد نیاز، اورانیوم است. اورانیوم از معادن زیرزمینی و همچنین حفاری‌های رو باز قابل استحصال است. این ماده به رغم آن که در تمام جهان قابل دستیابی است اما سنگ معدن تغلیظ شده آن به مقدار بسیار کمی قابل دستیابی است.

تبدیل اورانیوم

سنگ معدن اورانیوم استخراج شده در آسیاب خرد و ریز شده و به پودر بسیار ریزی تبدیل می‌شود. پس از آن طی فرآیند شیمیایی خاصی خالص سازی شده و به صورت یک حالت جامد به هم پیوسته که از آن به عنوان کیک زرد «YellowCake » یاد می‌شود، درمی آید. کیک زرد شامل 70 درصد اورانیوم بوده و دارای خواص پرتوزایی (Radioactive) است.

هدف پایه‌ای دانشمندان هسته‌ای از فرآیند غنی‌سازی افزایش میزان اتم های اورانیوم 235 است که برای این اهداف اورانیوم باید اول به گاز تبدیل شد با گرم کردن اورانیوم تا دمای 64 درجه سانتیگرادی حالت جامد به گاز هگزا فلوئورید اورانیوم (UFG) تبدیل می‌شود.

هگزا فلوئورید اورانیوم خورنده و پرتوزا است و باید با دقت جابه‌جا شود، لوله ها و پمپ ها در کارخانه های تبدیل کننده به صورت ویژه‌ای از آلیاژ آلومینیوم و نیکل ساخته می‌شوند. گاز تولیدی همچنین باید از نفت و روغن‌های گریس به جهت جلوگیری از واکنش‌های نا‌خواسته شیمیایی دور نگه داشته شود.

کاربردهای انرژی هسته‌ای

استفاده از انرژی هسته‌ای، یکی از اقتصادی‌ترین شیوه‌ها در دنیای صنعتی است و گستره عظیمی از کاربردهای مختلف، شامل تولید برق هسته‌ای، تشخیص و درمان بسیاری از بیماری‌ها، کشاورزی و دامداری، کشف منابع آب و ... را در بر می گیرد.

انرژی هسته‌ای در مجموع، مانند یکی از انرژی های موجود در جهان مثل انرژی بادی، آبی، گاز و نفت و ... است، اما در مقایسه با آنها جزو انرژی‌های پایان‌ناپذیر شمرده می‌شود، که از نظر میزان تولید انرژی پاسخگوی نیازهای بشر خواهد بود. بعضی انرژی حاصل از تبدیل مقدار کمی ماده به انرژی است.

انرژی هسته‌ای کاربردهای متعددی دارد که در یک تقسیم بندی کلی می‌توان آن را به نظامی و غیر نظامی یا صلح جویانه تقسیم کرد. تولید برق، یکی از نیازهای روزمره و فوق‌العاده تأثیر‌گذار بر زندگی مردم است که اگر با صرفه‌ اقتصادی بیشتر و آلودگی هر چه کمتر زیست محیطی همراه باشد به یقین خواهد توانست در اقتصاد کشور نقش به سزایی ایفا کند. انرژی هسته‌ای که از این دو شاخصه مهم برخوردار است، می‌تواند در این زمینه به کمک نیروگاه‌ها آمده و جهان را از بحران محدودیت منابع فسیلی رهایی بخشید. به همین دلیل، نیروگاه برق اتمی، اقتصادی‌ترین نیروگاهی است که امروزه در دنیا احداث می شود.

یکی از روشهای تشخیص و درمانی ارزشمند در طب، پزشکی هسته‌ای است که در آن از ایزوتوپ های رادیواکتیو برای پیشگیری، تشخیص و درمان بیماری‌ها استفاده می‌شود. گفتنی است از رادیوایزوتوپ ها 60 سال است که برای شناسایی و درمان بیماری‌ها استفاده می شود.

پرتودهی مواد غذایی، عبارت است از قرار دادن ماده غذایی در مقابل مقدار مشخص پرتو گاما به منظور جلوگیری از جوانه‌زنی بعضی مخصولات غذایی مانند پیاز و سیب زمینی و همچنین کنترل آفات انباری، کاهش بار میکروبی و قارچی بعضی از محصولات مانند : زعفران و ادویه و تأخیر در رسیدن بعضی از میوه ها به منظور افزایش زمان نگهداری آنها و ... در بخش کودها مطالعات مربوط به تغذیه گیاهی نیز از این روش استفاده می شود مانند نحوه جذب کودها و عناصر و ...

با استفاده از تکنیک پرتو تابی هسته‌ای می توان تغییرات ژنتیکی مورد نظر برای اصلاح محصول در توده های گیاهی به کار برد. نقش تکنیک های هسته‌ای در پیشگیری، کنترل و تشخیص بیماری های دامی، نقش تکنیک‌های هسته‌ای در تولید مثل دام، نقش تکنیک های هسته‌ای در تغذیه دام، نقش تکنیک های هسته‌ای در اصلاح نژاد دام، نقش تکنیک های هسته‌ای در بهداشت و ایمنی محصولات دامی و خوراک دام.

کاربرد تکنیک های هسته‌ای در مدیریت منابع آب همان بهبود دسترسی به منابع آب جهان یکی از زمینه‌های بسیار مهم توسعه شناخته شده است. بیش از یک ششم جمعیت جهان در مناطقی زندگی می‌کنند که دسترسی

انرژی هسته ای1

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 4

دسترسی ایران به بازار سوخت هسته ای بین المللی و همکاری در انرژی هسته ای:

براساس یک توافق کلی و اعتماد دو جانبه در حال رشد، اتحادیه اروپا، سه کشور اروپایی از توسعه برنامه هسته ای غیرنظامی ایران حمایت می کنند. این حمایت شامل کمک برای تخصیص تجهیزات مورد نیاز برای راکتورهای تحقیقی بیشتر در ایران و همکاری در دیگر حوزه های استفاده صلح آمیز از انرژی هسته ای، غیر از فعالیت های چرخه سوخت هسته ای است. اتحادیه اروپا، سه کشور اروپایی هم چنین از توسعه همکاری در زمینه هایی چون تولیدات رادیو ایزوتوپ ها تحقیقات پایه ای و استفاده صلح آمیز از انرژی هسته ای در حوزه کشاورزی و پزشکی، هم چنین ایجاد همکاری میان مقامات هماهنگ کننده میان اتحادیه اروپا، سه کشور اروپایی، ایران و آژانس به منظور همکاری برای طرح و اجرای رژیم های امنیتی استاندارد هسته ای بین المللی حمایت می کنند. اتحادیه اروپا، سه کشور اروپایی از آغاز مذاکره بر سر توافق میان ایران از سویی و آژانس بین المللی و اتحادیه اروپا از سوی دیگر، حمایت می کنند. اتحادیه اروپا، سه کشور اروپایی تصدیق می کنند که ایران باید دسترسی بیشتری به سوخت هسته ای مورد نیاز راکتورهای تحقیقی آب سبک که صنعت هسته ای غیرنظامی ایران را تشکیل می دهد، داشته باشد.

روسیه به طور رسمی تعهد کرده که سوخت هسته ای را در مدت زمان عمر مفید راکتورهای ساخت روسیه ایران تهیه کند. به منظور تضمین های بیشتر به ایران مبنی بر اینکه ایران می تواند در بلند مدت به تامین کنندگان خارجی تکیه کند، اتحادیه اروپا، سه کشور اروپایی چارچوبی را با ایران توسعه می دهند که چنین تضمین هایی را بدون صدمه زدن به توافقات دو جانبه بیشتری که تحت حمایت آژانس بین المللی انرژی اتمی به وحود آمده، به وجود می آورد. اتحادیه اروپا، سه کشور اروپایی راه های دسترسی به چنین تضمین هایی را شامل ایجاد و مکانیسم ذخایر سوخت پیشنهاد می کنند.

ایجاد اطمینان:

همکاری بلند مدت موثر میان ایران و جامعه بین المللی در حوزه هسته ای غیرنظامی نیازمند ایجاد مداوم اطمینان در دوره ای طولانی و قابل توجه است. چنانچه ایران خواهان تامین تضمین شده سوخت طی سال های آتی باشد، قادر خواهد بود اطمینان مورد نیاز را از طریق ایجاد یک تعهد الزام آور مبنی بر اینکه به فعالیت های چرخه سوخت نمی پردازد، به دست آورد. این امر شامل ساخت و کاربرد راکتورهای تحقیقی آب سبک و راکتورهای برق آب سبک نمی شود. چنین تضمینی به طور مشترک مواری با مکانیزم هایی که برای توافق کلی در نظر گرفته شده، مورد بازنگری قرار می گیرد. ایران، به عنوان یک عنصر اساسی مکانیسم ایجاد اطمینان بین المللی، متعهد می شود در یک تعهد الزام آور قانونی قبول کند از "NPT" خارج نشود و همه تجهیزات هسته ای ایران را تحت پادمان های آژانس انرژی اتمی قرار می دهد؛ پروتکل الحاقی "NPT" را هماهنگ با توافقات کنونی اش تا پایان 2005 تصویب کند، ضمنا، تا زمان تصویب آن، پروتکل الحاقی را کاملا اجرا کرده و با "IAEA" برای حل همه مباحث برجسته همکاری کند، با توافقات برای تهیه سوخت تازه خارج از ایران، موافقت کند و متعهد شود که همه سوخت مصرف شده را به تامین کنندگان اصلی باز گرداند. اتحادیه اروپا، سه کشور اروپایی انتظار دارند که ایران ساخت راکتور تحقیقاتی آب سنگین در اراک را که منجر به نگرانی هایی درباره گسترش سلاح های هسته ای شده، متوقف کند. اتحادیه اروپا، سه کشور اروپایی با ایران برای ایجاد گروهی به منظور شناسایی جایگزین هایی برای تسهیلات، تجهیزات و موادی که فقط کاربری غیرنظامی هسته ای داشته باشند، همکاری می کند. این گروه می تواند حوزه های جدیدی رای برای استخدام دانشمندان، تکنسین ها و کارگرانی که برای چنین تجهیزاتی استخدام شده اند، پیدا کند.

همکاری اقتصادی و تکنولوژی

یک توافق کلی می تواند به توسعه برنامه اقتصادی و فنی همکاری با ایران، تکمیل توافق همکاری و تجارت ایران، اتحادیه اروپا که ابزار اصلی برای توسعه بلند مدت روابط اقتصادی میان اتحادیه اروپا و ایران را فراهم می کند، منجر شود. اتحادیه اروپا، سه کشور اروپایی در یک توافق طولانی مدت:

اهمیت همکاری در بخش انرژی را برای روابط بلند مدت با ایران به رسمیت می شناسند.

آنها برای ایجاد سیاستی که به ایران به عنوان منبع بلند مدت نفت و گاز برای اتحادیه اروپا توجه کند و قدم هایی شامل گشایش مرکز تکنولوژی و مدیریتی انرژی ایران، اتحادیه اروپا به منظور توسعه همکاری عملی بردارد، آماده هستند.

ارتقای تجارت، سرمایه گذاری و انتقال تکنولوژی:

فعالیت برای رسیدن به نتیجه مذاکرات بر سر پیش نویس توافق همکاری و تجارت ایران، اتحادیه اروپا و یک توافق گفت و گوی سیاسی ایران، اتحادیه اروپا

حمایت سیاسی مداوم اروپا از پیوستن ایران به سازمان تجارت جهانی و حمایت فنی برای یاری رساندن به ایران به منظور اصلاحات و تطبیق فنی ضروری برای اقتصاد این کشور( به منظور عضویت در WTO)

موافقت برای ایجاد یک کارگاه مشترک کنترل صادرات برای اجرای قطعنامه 1540 شورای امنیت سازمان ملل و قوانین ملی، اتحادیه اروپا که امکان تبادل اطلاعات را فراهم کند و در نتیجه ایران قادر به ایجاد یک سیستم موثر کنترل صادرات شود.

تعهد برای توسعه همکاری دو جانبه فنی و علمی با ایران در حوزه های ویژه شامل تکنولوژی محیط زیست، تکنولوژی اطلاعات و ارتباطات، آموزش و پرورش و آموزش شغلی.

تقویت همکاری در حوزه هایی چون حمل و نقل هوایی، ایستگاه های راه آهن، حمل و نقل دریایی، زلزله شناسی، زیر ساختارها، صنعت کشاورزی و تغذیه و توریسم.

اتحادیه اروپا، سه کشور اروپایی و ایران توافق می کنند با حسن نیت این توافقنامه را اجرا کنند. این توافقنامه در هر 10 سال یکبار در سطح وزرا، مورد بازنگری قرار میگیرد. هر تغییری در توافقنامه باید مورد توافق طرفین قرار گیرد. اتحادیه اروپا، سه کشور اروپایی قصد دارند به منظور اطلاع رسانی و کسب توافق جامعه بین المللی توافق نهایی را منتشر کنند.

انرژی هسته ای

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 4

انرژی هسته ای

دل هر ذره را که بشکافى… 

مهدى صارمى فراتم در زبان یونانى به معنى تقسیم ناپذیر است. این ایده، زاده تفکر دموکریتوس فیلسوف یونانى در ۲۳۰۰ سال پیش است. براى او این تصور محال بود که اجسام مادى بتوانند بى حد و حصر تقسیم شوند. اما «جان دالتون» شیمیدان بود که نخستین نظریه اتمى نوین را ارائه کرد. دالتون که کارش پژوهش در مورد هواشناسى بود، به ترکیب گازها علاقه مند شد و خیلى زود ایده تشکیل گازها از واحدهاى کوچک غیرقابل تقسیم در ذهنش شکل گرفت. او این نظریه را در سال ۱۸۰۸ تحت عنوان «سیستم جدید فلسفه شیمى» منتشر کرد. تا دهه پایانى قرن نوزدهم دو جنبه اساسى فیزیک کلاسیک یعنى مکانیک کلاسیک و الکترومغناطیس به خوبى شناخته شده بود و دانشمندان گمان مى کردند که طبیعت براساس دو نیروى گرانشى و الکترومغناطیسى ساخته شده است. درست در همین زمان بود که پدیده هایى مشاهده شد که طى دهه هاى ابتدایى قرن بیستم منجر به بزرگترین انقلاب هاى تاریخ علم یعنى نسبیت عام و مکانیک کوانتومى شدند.

2cb8c11db98bfdd5441da3290007a352

در سال ۱۸۹۶ آنتوان هانرى بکرل (Becquerel) فیزیکدان فرانسوى که از کشف اشعه X به وسیله رونتگن مطلع شده بود، به دنبال یک رشته آزمایش روى سنگ معدنى به نام اورانیل، فعالیت هاى پرتوافشانى خود به خودى خاصى را کشف کرد و آن را «رادیواکتیویته» نام گذاشت. پس از او مارى و پى یر کورى هم دو عنصر رادیوم و پولونیوم را کشف کردند که خاصیت رادیواکتیویته بسیار بیشترى داشتند. اما بیشتر پژوهش ها روى رادیواکتیویته به وسیله لرد رادرفورد انجام شد. او کشف کرد که خاصیت رادیواکتیویته ناشى از پراکنش سه نوع اشعه است:۱- اشعه آلفا که توسط یک برگ کاغذ متوقف مى شود. بار آن مثبت است و در حقیقت همان یون هاى هلیوم دو بار مثبت یا هسته اتم هلیوم است.۲- اشعه بتا که از ورقه چند میلى مترى آلومینیوم رد مى شود. بار آن منفى است. ماهیت این اشعه الکترون هاى پرانرژى است.۳- اشعه گاما که از صفحات سربى به ضخامت ده ها سانتى متر هم عبور مى کند، از لحاظ الکتریکى خنثى است. این اشعه فوتون هاى پرانرژى با طول موج بسیار کوتاه است.دانشمندان با توجه به مجموعه آزمایش هاى رادرفورد به این نتیجه رسیدند که اتم ها برخلاف نامشان از اجزاى کوچکترى هم تشکیل شده اند. 

 هسته

افتخار کشف هسته اتم نیز از آن رادرفورد است. او با کمک دو دانشجویش به نام گایگر و مارسدن با انجام آزمایشى که «پراکندگى» نام دارد، به وجود هسته پى برد. رادرفورد فکر مى کرد که اتم ها مثل مدل کیک کشمشى تامسون از تعدادى الکترون تشکیل شده اند که در یک فضاى پیوسته با بار مثبت قرار دارند. به همین دلیل ذرات آلفا را به سمت ورقه نازکى از طلا پرتاب کرد. اما پراکندگى این ذرات از هسته طلا نشان داد که بارهاى مثبت در ناحیه بسیار کوچکى در وسط اتم متمرکز شده اند. شعاع اتم حدود یک آنگسترم (۱۰-۱۰ متر) است ولى اندازه هسته حدود ۱۰ فرمى (۱۴ -۱۰ متر) است. 

 نیمه عمر

پس از اینکه رادرفورد ماهیت تشعشع رادیواکتیو را کشف کرد، دانشمندان پى بردند که رادیواکتیویته به علت تلاشى خودبه خود هسته هاى سنگین و تبدیل آنها به هسته هاى سبک تر است. در حین این تبدیل، ذرات آلفا، بتا و گاما ساطع مى شود. در حقیقت پس از خارج شدن این ذرات از هسته، ماهیت آن تغییر مى کند. تعداد هسته هایى که در هر لحظه متلاشى مى شوند با تعداد هسته ها در آن لحظه نسبت مستقیم دارد. زمانى را که نیمى از هسته هاى ماده ابتدایى متلاشى مى شوند، نیمه عمر ماده مى گویند. یعنى اگر در ابتدا یک گرم ماده رادیواکتیو داشته باشیم، پس از یک نیمه عمر نصف و پس از دو نیمه عمر، یک چهارم و پس از سه نیمه عمر، یک هشتم مقدار اولیه را خواهیم داشت. نیمه عمر مواد مختلف متفاوت است و از چند میلیاردیوم ثانیه تا چندین میلیارد سال تغییر مى کند. معمولاً هرچه نیمه عمر بیشتر باشد، انرژى ساطع شده از تلاشى رادیواکتیویته کمتر است. نیمه عمر اورانیوم ۵/۴ میلیارد سال است. نیمه عمر رادیوم ۱۵۹۰ سال و نیم عمر راکتانیوم کمتر از ۱۰ هزارم ثانیه است.

 درون هسته

مدل اتمى رادرفورد بیانگر این مطلب بود که هسته در وسط اتم داراى بار مثبت است و الکترون ها با بار منفى در اطراف آن قرار دارند. مدل اتمى بور هم مدل رادرفورد را کامل کرد و سازوکار منظمى را براى استقرار الکترون ها در اطراف هسته تدوین کرد. اما تفسیر و توجیه رادیواکتیویته تردیدى به جاى نمى گذارد که هسته ها خود مجموعه مکانیکى پیچیده اى هستند که از اجراى سازنده متفاوتى تشکیل شده اند. این واقعیت که وزن اتمى ایزوتوپ هاى اتم هاى مختلف (بعضى از اتم ها درحالى که جرم اندکى متفاوت با هم دارند، خواص شیمیایى کاملاً یکسانى دارند، به این اتم ها ایزوتوپ مى گویند.) با اعداد صحیح (یا لااقل بسیار نزدیک به عدد صحیح) بیان مى شوند، نشان مى دهد که پروتون ها (حاملان بار مثبت) باید نقش یکى از اجزاى اصلى سازنده هسته را داشته باشند. ابتدا فرض مى کردند که درون هر هسته علاوه بر پروتون، الکترون هم هست. یعنى مثلاً کربن که جرم ۱۲ و بار ۶+ دارد، درون هسته خود ۱۲ پروتون و ۶ الکترون دارد و علاوه بر آن در بیرون هسته هم ۶ الکترون به دور آن مى چرخند اما این راه حل از لحاظ نظرى مشکلات عدیده اى را به همراه داشت. اما رادرفورد و بور پیشنهاد کردند که علاوه بر پروتون ذره دیگرى هم جرم آن ولى بدون بار درون هسته است. آنها نام نوترون را براى آن انتخاب کردند و این ذره در سال ۱۹۳۲ توسط چادویک کشف شد.

 اسپین

اتم ها در اثر گرفتن انرژى، تابش مى کنند. این تابش ناشى از این است که الکترون هاى اطراف هسته، انرژى مى گیرند و بعد این انرژى را به صورت یک فوتون با طول موج معین بازمى تابانند. اما خود این طیف در مجاورت میدان الکترومغناطیسى، به چند طول موج جدا از هم تفکیک مى شود. علت این است که الکترون ها در اتم، اندازه حرکت زاویه اى هم دارند. اشترن و گرلاخ نشان دادند که الکترون ها علاوه بر این اندازه حرکت زاویه اى، خاصیت دیگرى هم دارند که فقط در حضور میدان مغناطیسى آن را بروز مى دهند. به دلیل شباهت این خاصیت به اندازه حرکت زاویه اى، نام آن را «اندازه حرکت زاویه اى ذاتى» یا اسپین نهادند. بعدها ثابت شد که علاوه بر الکترون، باقى ذرات بنیادى هم اسپین دارند. مهمترین ویژگى اسپین این است که یک خاصیت کاملاً کوانتومى است و مشابه کلاسیک ندارد. ذراتى که اسپین نیم صحیح دارند (یک دوم، سه دوم، …) فرمیون مى نامند، مثل الکترون، پروتون، نوترون و… این ذرات تشکیل دهنده ماده هستند. در مقابل ذراتى که اسپین صحیح دارند(صفر، ۱ ، ۲ و…) بوزون گفته مى شوند، مثل فوتون، مزون، گلوتون و… این ذرات حامل نیروها هستند.

 ایزواسپین و نیروى هسته اى

هنگامى که نوترون توسط چادویک کشف شد، این واقعیت مسلم شد که علاوه بر نیروى گرانش و الکترومغناطیسى، حداقل یک نیروى دیگر در طبیعت وجود دارد و این نیرو است که عامل پیوند نوکلئون ها (پروتون ها و نوترون ها) درون هسته است. زیرا در صورت عدم وجود این نیرو، در اثر دافعه شدید بارهاى مثبت پروتون ها بر هم، هسته از هم مى پاشد. از این مثال برمى آید که اولاً این نیرو باید جاذبه اى باشد تا در مقابل دافعه پروتون ها بایستد و ثانیاً برد آن باید خیلى کوتاه باشد و از ابعاد هسته بیشتر نباشد. زیرا نیروى الکترومغناطیسى (در مدل بوهر) آرایش الکترون ها در مدارهاى اتمى را به خوبى توضیح مى داد. اما واقعیت مهم و جالب تر این است که باید براى این نیرو، پروتون و نوترون به یک شکل دیده شوند و فارغ از اختلاف بار الکتریکى این دو ذره یک شکل باشند. هایزنبرگ با استفاده از این واقعیت و با ایده گرفتن از نظریه اسپین، مفهوم ریاضى جدیدى به نام «ایزوتوپ اسپین» یا ایزواسپین را معرفى کرد. او پیشنهاد کرد که همان طور که در حضور میدان الکتریکى خطوط طیفى یکى هستند و با ظهور میدان مغناطیسى به چند خط دیگر شکافته مى شوند، نوکلئون ها (پروتون و نوترون) هم در حقیقت در مقابل نیروى هسته اى یک ذره هستند اما هنگام ظهور نیروهاى الکترومغناطیسى به دو ذره با ایزواسپین متفاوت تبدیل مى شوند.

نیروى هسته اى قوى

یوکاوا فیزیکدان ژاپنى در سال ۱۹۳۵ براى توضیح نیروى هسته اى گفت: این نیرو باید در اثر مبادله ذره اى به نام پیون (مزون پى) بین نوکلئون ها به وجود بیاید. چون این ذره نسبتاً سنگین است، اصل عدم قطعیت هایزنبرگ ایجاب مى کند که برد این نیرو کوتاه باشد، به این ترتیب ایده مبادله ذره، توانست تمام ویژگى هاى نیروى هسته اى را توضیح بدهد. پیون ها هم مثل نوکلئون ها براى نیروى هسته اى یک ذره به شمار مى روند اما ایزواسپین آنها یک است یعنى در مقابل نیروى الکترومغناطیسى ۳ حالت پیون با بار مثبت و با بار منفى و خنثى را دارند. یک پروتون، با از دست دادن یک پیون مثبت به نوترون تبدیل مى شود و این پیون مثبت خود یک نوترون دیگر را به پروتون تبدیل مى کند. دوتا نوترون یا دوتا پروتون هم مى توانند با هم پیون خنثى (صفر) مبادله کنند. یک نوترون هم با از دست دادن یک پیون منفى به پروتون تبدیل مى شود و این پیون منفى با یک پروتون دیگر، یک نوترون تولید مى کند. به این ترتیب با مبادله این ذرات، نوکلئون ها در هسته پایدار مى مانند.

 نیروى هسته اى ضعیف

یکى از ویژگى هاى بارز نوترون نیم عمر آن است. نوترون در حالت آزاد پس از ۱۸ دقیقه متلاشى و به یک پروتون و یک الکترون تبدیل مى شود. این مدت بسیار طولانى تر از تمام پدیده هایى است که با نیروى قوى سروکار دارد. نیرو هاى الکترومغناطیسى هم بر نوترون بدون بار عمل نمى کنند. پس واضح است که تلاشى نوترون، ناشى از یک نیروى جدید در طبیعت است. به علت ضعیف بودن این نیرو نسبت به نیروى هسته اى آن را نیروى هسته اى ضعیف نام گذاشتند. تلاشى هسته که نتیجه آن تولید پرتو بتا است هم ریشه در این نیرو دارد.• شکافتفرمى در فاصله کمى بعد از کشف نوترون در سال ۱۹۳۲ بررسى هسته اتم هاى سنگین بمباران شده به وسیله نوترون را آغاز کرد و از انجام این آزمایش ها با اورانیوم نتایج عجیبى به دست آمد. اتوهان و اشتراسمن در سال ۱۹۳۹ این معضل را حل کردند.آنها کشف کردند وقتى که اورانیوم با نوترون بمباران مى شود، هسته هایى مثل باریو تولید مى شوند که عدد اتمى آنها خیلى کوچک تر از عدد اتمى اورانیوم است. لیز میتنر فیزیکدان آلمانى که در سوئد زندگى مى کرد، این پدیده را به دقت بررسى کرد و نام شکافت را براى آن انتخاب کرد. بور و ویلر با ارائه مقاله اى فهم نظرى شکافت را به طور کامل ممکن کردند و پس از ارائه مقاله آنها کلیه پژوهش هاى علمى در مورد شکافت هسته اى تا به امروز جزء اسناد فوق العاده سرى، طبقه بندى مى شود.

 گداخت

هسته هاى خیلى سبک مثل هیدروژن یا هلیوم انرژى بستگى کمترى نسبت به هسته هاى سنگین دارند. اگر دو هسته سبک در هم ادغام شوند، هسته سنگین ترى را به وجود مى آورند و مقدار زیادى انرژى به صورت انرژى جنبشى آزاد مى شود. براى انجام گداخت باید هسته ها را بسیار به هم نزدیک کرد. دافعه الکترواستاتیکى مانع بزرگى براى این فرآیند است. این واکنش با افزایش انرژى جنبشى هسته هاى اولیه انجام مى شود. دسترسى به چنین انرژى هایى در شتاب دهنده ها آسان است اما براى اینکه این واکنش خودنگهدار باشد، به دمایى حدود ۱۰۸ کلوین نیاز است. (دماى سطح خورشید شش هزار کلوین است.) چنین وضعیتى تنها در حالت پلاسمایى ماده پیش مى آید که در آن هسته ها و الکترون ها از هم جدا هستند. پژوهش ها به روى گداخت هسته اى همچنان ادامه دارد و قرار است در رآکتور Iter در فرانسه براى نخستین بار چنین فرآیند خود نگهدارى اى ایجاد شود. اما شاید رسیدن به این هدف چند دهه طول بکشد.منابع:۱۹۹۴ ۱-H.Frauenfeldor, E.Henley, Subatomic Physics, ۱۹۸۷ ۲-D.Griffithe, Elementary Particles, ۱۹۸۶ ۳-L.Rayder, Elementary Particles and Symmetries, ,1994 ۳ ۴-R.Feynman, Feynman Lecture on Physics,Vo

روزنامه شرق

انرژی هسته ای از معدن تا نیروگاه 12 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 12

انرژی هسته ای از معدن تا نیروگاه

استفاده از انرژی هسته‌ای برای تولید برق روشی پیچیده اما کارامد برای تامین انرژی مورد نیاز بشر است. به طور کلی برای بهره‌برداری از انرژی هسته‌ای در نیروگاه‌های هسته‌ای، از عنصر اورانیوم غنی شده به عنوان سوخت در راکتورهای هسته‌ای استفاده می‌شود که ماحصل عملکرد نیروگاه، انرژی الکتریسته است. عنصر اورانیوم که از معادن استخراج می‌شود به صورت طبیعی در راکتورهای نیروگاه‌ها قابل استفاده نیست و به همین منظور باید آن را به روشهای مختلف به شرایط ایده عال برای قرار گرفتن درون راکتور آماده کرد. اورانیوم یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن ‪ U‬و عدد اتمی آن ‪ ۹۲‬است. این عنصر دارای دمای ذوب هزار و ‪ ۴۵۰‬درجه سانتیگراد بوده و به رنگ سفید مایل به نقره‌ای، سنگین، فلزی و رادیواکتیو است و به رغم تصور عام، فراوانی آن در طبیعت حتی از عناصری از قبیل جیوه، طلا و نقره نیز بیشتر است.

عنصر اورانیوم در طبیعت دارای ایزوتوپهای مختلف از جمله دو ایزوتوپ مهم و پایدار اورانیوم ‪ ۲۳۵‬و اورانیوم ‪ ۲۳۸‬است. برای درک مفهوم ایزوتوپهای مختلف از هر عنصر باید بدانیم که اتم تمامی عناصر از سه ذره اصلی پروتون، الکترون و نوترون ساخته می‌شوند که در تمامی ایزوتوپهای مختلف یک عنصر، تعداد پروتونهای هسته اتمها با هم برابر است و‌تفاوتی که سبب بوجود آمدن ایزوتوپهای مختلف از یک ‌ عنصر می‌شود ، اختلاف تعداد نوترونهای موجود در هسته اتم است. به طورمثال تمامی ایزوتوپهای عنصر اورانیوم در هسته خود دارای ‪۹۲‬ پروتون هستند اما ایزوتوپ اورانیوم ‪ ۲۳۸‬در هسته خود دارای ‪ ۱۴۶‬نوترون (‪ (۹۲+۱۴۶=۲۳۸‬و ایزوتوپ اورانیوم ‪ ۲۳۵‬دارای ‪ ۱۴۳‬نوترون(‪ (۹۲+۱۴۳=۲۳۵‬در هسته خود است.

اورانیوم ‪ ۲۳۵‬مهمترین ماده مورد نیاز راکتورهای هسته‌ای(برای شکافته شدن و تولید انرژی) است اما مشکل کار اینجاست که اورانیوم استخراج شده از معدن ترکیبی از ایزوتوپهای ‪ ۲۳۸‬و ‪ ۲۳۵‬بوده که در این میان سهم ایزوتوپ ‪ ۲۳۵‬بسیار اندک(حدود ‪ ۰/۷‬درصد) است و به همین علت باید برای تهیه سوخت راکتورهای هسته‌ای به روشهای مختلف درصد اوانیوم ‪ ۲۳۵‬را در مقایسه با اورانیوم ‪ ۲۳۸‬بالا برده و بسته به نوع راکتور هسته‌ای به ‪ ۲‬تا ‪ ۵‬درصد رساند و به اصطلاح اورانیوم را غنی‌سازی کرد.

درون راکتورهای هسته‌ای، هسته اورانیوم ‪ ۲۳۵‬به صورت کنترل شده شکسته شده که در این فرایند مقداری جرم به انرژی تبدیل می‌شود. همین انرژی سبب ایجاد حرارت(اغلب از این حرارت برای تبخیر آب استفاده می‌شود) و در نتیجه چرخیدن توربینها و در نهایت چرخیدن ژنراتورهای نیروگاه و تولید برق می‌شود.

در نیروگاه‌های غیر هسته‌ای، از سوزاندن سوختهای فسیلی از قبیل نفت و یا زغال سنگ برای گرم کردن آب و تولید بخار استفاده می‌شود که یک مقایسه ساده میان نیروگاه‌های هسته‌ای و غیر هسته‌ای، صرفه اقتصادی قابل توجه نیروگاه‌های هسته‌ای را اثبات می‌کند.

به طور مثال، برای تولید ‪ ۷۰۰۰‬مگاوات برق حدود ‪ ۱۹۰‬میلیون بشکه نفت خام مصرف می‌شود که استفاده از سوخت هسته‌ای برای تولید همین میزان انرژی سالیانه میلونها دلار صرفه جویی به دنبال دارد و به علاوه میزان آلایندگی زیست محیطی آن نیز بسیار کمتر است.

کافی است بدانیم که مصرف این ‪ ۱۹۰‬میلیون بشکه نفت خام برای تولید ‪ ۷۰۰۰‬مگاوات برق، ‪ ۱۵۷‬هزار تن گاز گلخانه‌ای دی اکسید کربن، ‪ ۱۵۰‬تن ذرات معلق در هوا،‪ ۱۳۰‬تن گوگرد و ‪ ۵‬تن اکسید نیتروژن در محیط زیست پراکنده می‌کند که نیروگاههای هسته‌ای این آلودگی‌ها را ندارند. پس از آشنایی با مفاهیم کلی انرژی هسته‌ای و مزایای آن، ابتدا با مراحل مختلف چرخه سوخت هسته‌ای آشنا می‌شویم و سپس نحوه استفاده از سوخت هسته‌ای درون راکتور را مرور می‌کنیم.

چرخه سوخت هسته‌ای عبارت است از:

‪ ۱‬ - فراوری سنگ معدن اورانیوم

2-‬ تبدیل و غنی‌سازی اورانیوم

3- ‬تولید سوخت هسته‌ای

‪4- بازفرآوری سوخت مصرف شده.

در حال حاضر چند کشور صنعتی جهان هر کدام در یک، چند و یا همه چهار مرحله یاد شده از چرخه سوخت هسته‌ای فعالیت می‌کنند.

هم اکنون به لحاظ صنعتی، کشورهای فرانسه، ژاپن، روسیه، آمریکا و انگلیس دارای تمامی مراحل چرخه سوخت هسته‌ای در مقیاس صنعتی هستند و در مقیاس غیرصنعتی، کشورهای دیگری مثل هند نیز به لیست فوق اضافه می‌شوند.

کشورهای کانادا و فرانسه در مجموع دارای بزرگترین کارخانه‌های تبدیل اورانیوم(مرحله پیش از غنی‌سازی ) هستند که محصولات آنها شامل‪UO3,UO2,UF6‬ غنی نشده می‌باشد و پس از آنها به ترتیب کشورهای آمریکا، روسیه و انگلستان قرار دارند. در زمینه غنی‌سازی نیز، دو کشور آمریکا و روسیه دارای بزرگترین شبکه غنی‌سازی جهان هستند.

آمریکا هم اکنون بزرگترین تولیدکننده سوخت هسته‌ای(مرحله بعد از غنی سازی) در جهان است و پس از آمریکا، کانادا تولیدکننده اصلی سوخت هسته‌ای در جهان محسوب می‌شود. پس از آمریکا و کانادا، کشورهای انگلیس، روسیه، ژاپن، فرانسه، آلمان، هند، کره جنوبی و سوئد از تولیدکنندگان اصلی سوخت هسته‌ای جهان هستند. آمریکا بیشترین سهم بازفراوری سوخت مصرف شده هسته‌ای در جهان را داراست و پس از آن فرانسه، انگلیس، روسیه، هند و ژاپن قرار دارند. درحال حاضر بین کشورهای جهان سوم، هندوستان پیشرفته‌ترین کشور در زمینه دانش فنی چرخه سوخت هسته‌ای است.

انرژی هسته ای 53 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 52

نگاهى به مبانى نظرى انرژى هسته اى

دل هر ذره را که بشکافى...

اتم در زبان یونانى به معنى تقسیم ناپذیر است. این ایده، زاده تفکر دموکریتوس فیلسوف یونانى در ۲۳۰۰ سال پیش است. براى او این تصور محال بود که اجسام مادى بتوانند بى حد و حصر تقسیم شوند. اما «جان دالتون» شیمیدان بود که نخستین نظریه اتمى نوین را ارائه کرد. دالتون که کارش پژوهش در مورد هواشناسى بود، به ترکیب گازها علاقه مند شد و خیلى زود ایده تشکیل گازها از واحدهاى کوچک غیرقابل تقسیم در ذهنش شکل گرفت. او این نظریه را در سال ۱۸۰۸ تحت عنوان «سیستم جدید فلسفه شیمى» منتشر کرد. تا دهه پایانى قرن نوزدهم دو جنبه اساسى فیزیک کلاسیک یعنى مکانیک کلاسیک و الکترومغناطیس به خوبى شناخته شده بود و دانشمندان گمان مى کردند که طبیعت براساس دو نیروى گرانشى و الکترومغناطیسى ساخته شده است. درست در همین زمان بود که پدیده هایى مشاهده شد که طى دهه هاى ابتدایى قرن بیستم منجر به بزرگترین انقلاب هاى تاریخ علم یعنى نسبیت عام و مکانیک کوانتومى شدند.

•رادیواکتیویته

در سال ۱۸۹۶ آنتوان هانرى بکرل (Becquerel) فیزیکدان فرانسوى که از کشف اشعه X به وسیله رونتگن مطلع شده بود، به دنبال یک رشته آزمایش روى سنگ معدنى به نام اورانیل، فعالیت هاى پرتوافشانى خود به خودى خاصى را کشف کرد و آن را «رادیواکتیویته» نام گذاشت. پس از او مارى و پى یر کورى هم دو عنصر رادیوم و پولونیوم را کشف کردند که خاصیت رادیواکتیویته بسیار بیشترى داشتند. اما بیشتر پژوهش ها روى رادیواکتیویته به وسیله لرد رادرفورد انجام شد. او کشف کرد که خاصیت رادیواکتیویته ناشى از پراکنش سه نوع اشعه است:۱- اشعه آلفا که توسط یک برگ کاغذ متوقف مى شود. بار آن مثبت است و در حقیقت همان یون هاى هلیوم دو بار مثبت یا هسته اتم هلیوم است.۲- اشعه بتا که از ورقه چند میلى مترى آلومینیوم رد مى شود. بار آن منفى است. ماهیت این اشعه الکترون هاى پرانرژى است.

۳- اشعه گاما که از صفحات سربى به ضخامت ده ها سانتى متر هم عبور مى کند، از لحاظ الکتریکى خنثى است. این اشعه فوتون هاى پرانرژى با طول موج بسیار کوتاه است.دانشمندان با توجه به مجموعه آزمایش هاى رادرفورد به این نتیجه رسیدند که اتم ها برخلاف نامشان از اجزاى کوچکترى هم تشکیل شده اند.

• هسته

افتخار کشف هسته اتم نیز از آن رادرفورد است. او با کمک دو دانشجویش به نام گایگر و مارسدن با انجام آزمایشى که «پراکندگى» نام دارد، به وجود هسته پى برد. رادرفورد فکر مى کرد که اتم ها مثل مدل کیک کشمشى تامسون از تعدادى الکترون تشکیل شده اند که در یک فضاى پیوسته با بار مثبت قرار دارند. به همین دلیل ذرات آلفا را به سمت ورقه  نازکى از طلا پرتاب کرد. اما پراکندگى این ذرات از هسته طلا نشان داد که بارهاى مثبت در ناحیه بسیار کوچکى در وسط اتم متمرکز شده اند. شعاع اتم حدود یک آنگسترم (۱۰-۱۰ متر) است ولى اندازه هسته حدود ۱۰ فرمى (۱۴ -۱۰ متر) است.

• نیمه عمر

پس از اینکه رادرفورد ماهیت تشعشع رادیواکتیو را کشف کرد، دانشمندان پى بردند که رادیواکتیویته به علت تلاشى خودبه خود هسته هاى سنگین و تبدیل آنها به هسته هاى سبک تر است. در حین این تبدیل، ذرات آلفا، بتا و گاما ساطع مى شود. در حقیقت پس از خارج شدن این ذرات از هسته، ماهیت آن تغییر مى کند. تعداد هسته هایى که در هر لحظه متلاشى مى شوند با تعداد هسته ها در آن لحظه نسبت مستقیم دارد. زمانى را که نیمى از هسته هاى ماده ابتدایى متلاشى مى شوند، نیمه عمر ماده مى گویند. یعنى اگر در ابتدا یک گرم ماده رادیواکتیو داشته باشیم، پس از یک نیمه عمر نصف و پس از دو نیمه عمر، یک چهارم و پس از سه نیمه عمر، یک هشتم مقدار اولیه را خواهیم داشت. نیمه عمر مواد مختلف متفاوت است و از چند میلیاردیوم ثانیه تا چندین میلیارد سال تغییر مى کند. معمولاً هرچه نیمه عمر بیشتر باشد، انرژى ساطع شده از تلاشى رادیواکتیویته کمتر است. نیمه عمر اورانیوم ۵/۴ میلیارد سال است. نیمه عمر رادیوم ۱۵۹۰ سال و نیم عمر راکتانیوم کمتر از ۱۰ هزارم ثانیه است.

• درون هسته

مدل اتمى رادرفورد بیانگر این مطلب بود که هسته در وسط اتم داراى بار مثبت است و الکترون ها با بار منفى در اطراف آن قرار دارند. مدل اتمى بور هم مدل رادرفورد را کامل کرد و سازوکار منظمى را براى استقرار الکترون ها در اطراف هسته تدوین کرد. اما تفسیر و توجیه رادیواکتیویته تردیدى به جاى نمى گذارد که هسته ها خود مجموعه  مکانیکى پیچیده اى هستند که از اجراى سازنده متفاوتى تشکیل شده اند. این واقعیت که وزن اتمى ایزوتوپ هاى اتم هاى مختلف (بعضى از اتم ها درحالى که جرم اندکى متفاوت با هم دارند، خواص شیمیایى کاملاً یکسانى دارند، به این اتم ها ایزوتوپ مى گویند.) با اعداد صحیح (یا لااقل بسیار نزدیک به عدد صحیح) بیان مى شوند، نشان مى دهد که پروتون ها (حاملان بار مثبت) باید نقش یکى از اجزاى اصلى سازنده هسته را داشته باشند. ابتدا فرض مى کردند که درون هر هسته علاوه بر پروتون، الکترون هم هست. یعنى مثلاً کربن که جرم ۱۲ و بار ۶+ دارد، درون هسته خود ۱۲ پروتون و ۶ الکترون دارد و علاوه بر آن در بیرون هسته هم ۶ الکترون به دور آن مى  چرخند اما این راه حل از لحاظ نظرى مشکلات عدیده اى را به همراه داشت. اما رادرفورد و بور پیشنهاد کردند که علاوه بر پروتون ذره دیگرى هم جرم آن ولى بدون بار درون هسته است. آنها نام نوترون را براى آن انتخاب کردند و این ذره در سال ۱۹۳۲ توسط چادویک کشف شد.

• اسپین

اتم ها در اثر گرفتن انرژى، تابش مى کنند. این تابش ناشى از این است که الکترون هاى اطراف هسته، انرژى مى گیرند و بعد این انرژى را به صورت یک فوتون با طول موج معین بازمى تابانند. اما خود این طیف در مجاورت میدان الکترومغناطیسى، به چند طول موج جدا از هم تفکیک مى شود. علت این است که الکترون ها در اتم، اندازه حرکت زاویه اى هم دارند. اشترن و گرلاخ نشان دادند که الکترون ها علاوه بر این اندازه حرکت زاویه اى، خاصیت دیگرى هم دارند که فقط در حضور میدان مغناطیسى آن را بروز مى دهند. به دلیل شباهت این خاصیت به اندازه حرکت زاویه اى، نام آن را «اندازه حرکت زاویه اى ذاتى» یا اسپین نهادند. بعدها ثابت شد که علاوه بر الکترون، باقى ذرات بنیادى هم اسپین دارند. مهمترین ویژگى اسپین این است که یک خاصیت کاملاً کوانتومى است و مشابه کلاسیک ندارد. ذراتى که اسپین نیم صحیح دارند (یک دوم، سه دوم، ...) فرمیون مى نامند، مثل الکترون، پروتون، نوترون و... این ذرات تشکیل دهنده ماده هستند. در مقابل ذراتى که اسپین صحیح دارند(صفر، ۱ ، ۲ و...) بوزون گفته مى شوند، مثل فوتون، مزون، گلوتون و... این ذرات حامل نیروها هستند.

• ایزواسپین و نیروى هسته اى

هنگامى که نوترون توسط چادویک کشف شد، این واقعیت مسلم شد که علاوه بر نیروى گرانش و الکترومغناطیسى، حداقل یک نیروى دیگر در طبیعت وجود دارد و این نیرو است که عامل پیوند نوکلئون ها (پروتون ها و نوترون ها) درون هسته است. زیرا در صورت عدم وجود این نیرو، در اثر دافعه شدید بارهاى مثبت پروتون ها بر هم، هسته از هم مى پاشد. از این مثال برمى آید که اولاً این نیرو باید جاذبه اى باشد تا در مقابل دافعه پروتون ها بایستد و ثانیاً برد آن باید خیلى کوتاه باشد و از ابعاد هسته بیشتر نباشد. زیرا نیروى الکترومغناطیسى (در مدل بوهر) آرایش الکترون ها