انرژی هسته ای |مقالات|


انرژی هسته ای |مقالات|



استفاده اصلي از انرژي هسته‌اي، توليد انرژي الكتريسته است. اين راهي ساده و كارآمد براي جوشاندن آب و ايجاد بخار براي راه‌اندازي توربين‌هاي مولد است. بدون راكتورهاي موجود در نيروگاه‌هاي هسته‌اي، اين نيروگاه‌ها شبيه ديگر نيروگاه‌ها زغال‌سنگي و سوختي مي‌شود. انرژي هسته‌اي بهترين كاربرد براي توليد مقياس متوسط يا بزرگي از انرژي الكتريكي به‌طور مداوم است. سوخت اينگونه ايستگاه‌ها را اوانيوم تشكيل مي‌دهد.
چرخه سوخت هسته‌اي تعدادي عمليات صنعتي است كه توليد الكتريسته را با اورانيوم در راكتورهاي هسته‌اي ممكن مي‌كند.

اورانيوم عنصري نسبتاً معمولي و عادي است كه در تمام دنيا يافت مي‌شود. اين عنصر به‌صورت معدني در بعضي از كشورها وجود دارد كه حتماً بايد قبل از مصرف به صورت سوخت در راكتورهاي هسته‌اي، فرآوري شود.
الكتريسته با استفاده از گرماي توليد شده در راكتورهاي هسته‌اي و با ايجاد بخار براي به‌كار انداختن توربين‌هايي كه به مولد متصل‌اند توليد مي‌شود.

سوختي كه از راكتور خارج شده، بعداز اين كه به پايان عمر مفيد خود رسيد مي‌تواند به عنوان سوختي جديد استفاده شود.

فعاليت‌هاي مختلفي كه با توليد الكتريسيته از واكنش‌هاي هسته‌اي همراهند مرتبط به چرخه‌ سوخت هسته‌اي هستند. چرخه سوختي انرژي هسته‌اي با اورانيوم آغاز مي‌شود و با انهدام پسمانده‌هاي هسته‌اي پايان مي‌يابد. دوبار عمل‌آوري سوخت‌هاي خرج شده به مرحله‌هاي چرخه سوخت هسته‌اي شكلي صحيح مي‌دهد.

اورانيوم
اورانيوم فلزي راديواكتيو و پرتوزاست كه در سراسر پوسته سخت زمين موجود است. اين فلز حدوداً 500 بار از طلا فراوان‌تر و به اندازه قوطي حلبي معمولي و عادي است. اورانيوم اكنون به اندازه‌اي در صخره‌ها و خاك و زمين وجود دارد كه در آب رودخانه‌ها، درياها و اقيانوس‌ها موجود است. براي مثال اين فلز با غلظتي در حدود 4 قسمت در هر ميليون (ppm4) در گرانيت وجود دارد كه 60 درصد از كره زمين را شامل مي‌شود، در كودها با غلظتي بالغ بر ppm400 و در ته‌مانده زغال‌سنگ با غلظتي بيش از ppm100 موجود است. اكثر راديو اكتيويته مربوط به اورانيوم در طبيعت در حقيقت ناشي از معدن‌هاي ديگري است كه با عمليات راديواكتيو به وجود آمده‌اند و در هنگام استخراج از معدن و آسياب كردن به جا مانده‌اند.
چند منطقه در سراسر دنيا وجود دارد كه غلظت اورانيوم موجود در آنها به قدر كافي است كه استخراج آن براي استفاده از نظر اقتصادي به صرفه و امكان‌پذير است. اين نوع مواد غليظ، سنگ معدن يا كانه ناميده مي‌شوند.
- چرخه سوخت هسته‌اي (شكل هندسي) (عكس)

استخراج اورانيوم
هر دو نوع حفاري و تكنيك‌هاي موقعيتي براي كشف كردن اورانيوم به كار مي‌روند، حفاري ممكن است به صورت زيرزميني يا چال‌هاي باز و روي زمين انجام شود.

در كل، حفاري‌هاي روزميني در جاهايي استفاده مي‌شود كه ذخيره معدني نزديك به سطح زمين و حفاري‌هاي زيرزميني براي ذخيره‌هاي معدني عميق‌تر به كار مي‌رود. به‌طور نمونه براي حفاري روزميني بيشتر از 120 متر عمق، نياز به گودال‌هاي بزرگي بر سطح زمين است؛ اندازه گودال‌ها بايد بزرگتر از اندازه ذخيره معدني باشد تا زماني كه ديواره‌هاي گودال محكم شوند تا مانع ريزش آنها شود. در نتيجه، تعداد موادي كه بايد به بيرون از معدن انتقال داده شود تا به كانه دسترسي پيدا كند زياد است.

حفاري‌هاي زيرزميني داراي خرابي و اخلال‌هاي كمتري در سطح زمين هستند و تعداد موادي كه بايد براي دسترسي به سنگ معدن يا كانه به بيرون از معدن انتقال داده شوند به‌طور قابل ملاحظه‌اي كمتر از حفاري نوع روزميني است.

مقدار زيادي از اورانيوم جهاني از (ISL) (In Sitaleding) مي‌آيد. جايي كه آب‌هاي اكسيژنه زيرزميني در معدن‌هاي كانه‌اي پرمنفذ به گردش مي‌افتند تا اورانيوم موجود در معدن را در خود حل كنند و آن را به سطح زمين آورند. (ISL) شايد با اسيد رقيق يا با محلول‌هاي قليايي همراه باشد تا اورانيوم را محلول نگهدارد، سپس اورانيوم در كارخانه‌هاي آسياب‌سازي اورانيوم، از محلول خود جدا مي‌شود.
در نتيجه انتخاب روش حفاري براي ته‌نشين كردن اورانيوم بستگي به جنس ديواره معدن كانه سنگ، امنيت و ملاحظات اقتصادي دارد.
در غالب معدن‌هاي زيرزميني اورانيوم، پيشگيري‌هاي مخصوصي كه شامل افزايش تهويه هوا مي‌شود، لازم است تا از پرتوافشاني جلوگيري شود.

آسياب كردن اورانيوم
محل آسياب كردن معمولاً به معدن استخراج اورانيوم نزديك است. بيشتر امكانات استخراجي شامل يك آسياب مي‌شود. هرچه جايي كه معدن‌ها برنامه دارند به هم نزديك‌تر باشند يك آسياب مي‌تواند عمل آسياب‌سازي چند معدن را انجام دهد. عمل آسياب‌سازي اكسيد اورانيوم غليظي توليد مي‌كند كه از آسياب حمل مي‌شود. گاهي اوقات به اين اكسيدها كيك زرد مي‌گويند كه شامل 80 درصد اورانيوم مي‌باشد. سنگ معدن اصل شايد داراي چيزي در حدود 1/0 درصد اورانيوم باشد.
در يك آسياب، اورانيوم با عمل سنگ‌شويي از سنگ‌هاي معدني خرد شده جدا مي‌شود كه يا با اسيد قوي و يا با محلول قليايي قوي حل مي‌شود و به صورت محلول در مي‌آيد. سپس اورانيوم با ته‌نشين كردن از محلول جدا مي‌شود و بعداز خشك كردن و معمولاً حرارت دادن به صورت اشباع شده و غليظ در استوانه‌هاي 200 ليتري بسته‌بندي مي‌شود.
باقيمانده سنگ معدن كه بيشتر شامل مواد پرتوزا و سنگ معدن مي‌شود در محلي معين به دور از محيط معدن در امكانات مهندسي نگهداري مي‌شود. (معمولاً در گودال‌هايي روي زمين).
پس‌مانده‌هاي داراي مواد راديواكتيو عمري طولاني دارند و غلظت آنها كم خاصيتي سمي دارند. هرچند مقدار كلي عناصر پرتوزا كمتر از سنگ معدن اصلي است و نيمه عمر آنها كوتاه خواهد بود اما اين مواد بايد از محيط زيست دور بمانند.

تبديل و تغيير
محلول آسياب شده اورانيوم مستقيماً قابل استفاده به‌عنوان سوخت در راكتورهاي هسته‌اي نيست. پردازش اضافي به غني‌سازي اورانيوم مربوط است كه براي تمام راكتورها لازم است.
اين عمل اورانيوم را به نوع گازي تبديل مي‌كند و راه به‌دست آوردن آن تبديل كردن به هگزا فلوريد (Hexa Fluoride) است كه در دماي نسبتاً پايين گاز است.
در وسيله‌اي تبديل‌گر، اورانيوم به اورانيوم دي‌اكسيد تبديل مي‌شود كه در راكتورهايي كه نياز به اورانيوم غني شده ندارند استفاده مي‌شود.
بيشتر آنها بعداز آن كه به هگزافلوريد تبديل شدند براي غني‌سازي در كارخانه آماده هستند و در كانتينرهايي كه از جنس فلز مقاوم و محكم است حمل مي‌شوند. خطر اصلي اين طبقه از چرخه سوختي اثر هيدروژن فلوريد (Hydrogen Fluoride) است.




ساخت شخصی تلسکوپ

1:



Old Physics for New : a worldview alternative to Einstein's relativity theory

2:

مطالبي در مورد ساختار نيروگاه هاي اتمي جهان و نيز شرح مختصري درباره طرز غني سازي اورانيوم و يا سنتز عنصر پلوتونيوم :

برحسب نظريه اتمي عنصر عبارت هست از يك جسم خالص ساده كه با روش هاي شيميايي نمي توان اون را تفكيك كرد.


کتاب برایه یادگیری فیزیک معرفی کنید ....
از تركيب عناصر با يكديگر اجسام مركب به وجود مي آيند.


کسب درآمد از منجمی آماتوری
تعداد عناصر شناخته شده در طبيعت حدود ۹۲ عنصر هست.

هيدروژن اولين و ساده ترين عنصر و پس از اون هليم، كربن، ازت، اكسيژن و...


محاسبه فاصله ستارگان
فلزات رايشان، مس، آهن، نيكل و...


سفر در زمان وراه های ان
و بالاخره آخرين عنصر طبيعي به شماره ۹۲، عنصر اورانيوم هست.


دوره ستاره شناسي مقدماتي
بشر توانسته هست به طور مصنوعي و به كمك واكنش هاي هسته اي در راكتورهاي اتمي و يا به كمك شتاب دهنده هاي قايشان بيش از ۲۰ عنصر ديگر بسازد كه تمام اون ها ناپايدارند و عمر كوتاه دارند و به سرعت با انتشار پرتوهايي تخريب مي شوند.


تکنولوژی ماورای صوت
اتم هاي يك عنصر از اجتماع ذرات بنيادي به نام پرتون، نوترون و الكترون تشكيل يافته اند.

پروتون بار مثبت و الكترون بار منفي و نوترون فاقد بار هست.

تعداد پروتون ها نام و محل برنامه گرفتن عنصر را در جدول تناوبي (جدول مندليف) مشخص مي كند.

اتم هيدروژن يك پروتون دارد و در خانه شماره ۱ جدول و اتم هليم در خانه شماره ۲، اتم سديم در خانه شماره ۱۱ و...

و اتم اورانيوم در خانه شماره ۹۲ برنامه دارد.

يعني داراي ۹۲ پروتون هست.

ايزوتوپ هاي اورانيوم

تعداد نوترون ها در اتم هاي مختلف يك عنصر همواره يكسان نيست كه براي مشخص كردن اونها از كلمه ايزوتوپ هستفاده مي شود.

بنابراين اتم هاي مختلف يك عنصر را ايزوتوپ مي گايشانند.

مثلاً عنصر هيدروژن سه ايزوتوپ دارد: هيدروژن معمولي كه فقط يك پروتون دارد و فاقد نوترون هست.

هيدروژن سنگين يك پروتون و يك نوترون دارد كه به اون دوتريم گايشانند و نهايتاً تريتيم كه از دو نوترون و يك پروتون تشكيل شده و ناپايدار هست و طي وقت تجزيه مي شود.

ايزوتوپ سنگين هيدروژن يعني دوتريم در نيروگاه هاي اتمي كاربرد دارد و از الكتروليز آب به دست مي آيد.

در جنگ دوم جهاني آلماني ها براي ساختن نيروگاه اتمي و تهيه بمب اتمي در سوئد و نروژ مقادير بسيار زيادي آب سنگين تهيه كرده بودند كه انگليسي ها متوجه منظور آلماني ها شده و مخازن و دستگاه هاي الكتروليز اونها را نابود كردند.

غالب عناصر ايزوتوپ دارند از اون جمله عنصر اورانيوم، چهار ايزوتوپ دارد كه فقط دو ايزوتوپ اون به علت داشتن نيمه عمر نسبتاً بالا در طبيعت و در سنگ معدن يافت مي شوند.

اين دو ايزوتوپ عبارتند از اورانيوم ۲۳۵ و اورانيوم ۲۳۸ كه در هر دو ۹۲ پروتون وجود دارد ولي اولي ۱۴۳ و دومي ۱۴۶ نوترون دارد.

اختلاف اين دو فقط وجود ۳ نوترون اضافي در ايزوتوپ سنگين هست ولي از نظر خواص شيميايي اين دو ايزوتوپ كاملاً يكسان هستند و براي جداسازي اونها از يكديگر حتماً بايد از خواص فيزيكي اونها يعني اختلاف جرم ايزوتوپ ها هستفاده كرد.

ايزوتوپ اورانيوم ۲۳۵ شكست پذير هست و در نيروگاه هاي اتمي از اين خاصيت هستفاده مي شود و حرارت ايجاد شده در اثر اين شكست را تبديل به انرژي الكتريكي مي نمايند.

در واقع ورود يك نوترون به درون هسته اين اتم سبب شكست اون شده و به ازاي هر اتم شكسته شده ۲۰۰ ميليون الكترون ولت انرژي و دو تكه شكست و تعدادي نوترون حاصل مي شود كه مي توانند اتم هاي ديگر را بشكنند.

بنابراين در برخي از نيروگاه ها ترجيح مي دهند تا حدي اين ايزوتوپ را در مخلوط طبيعي دو ايزوتوپ غني كنند و بدين ترتيب مسئله غني سازي اورانيوم مطرح مي شود.

ساختار نيروگاه اتمي

به طور خلاصه چگونگي كاركرد نيروگاه هاي اتمي را بيان كرده و ساختمان دروني اونها را مورد بررسي برنامه مي دهيم.

طي سال هاي گذشته اغلب كشورها به هستفاده از اين نوع انرژي هسته اي تمايل داشتند و حتي دولت ايران ۱۵ نيروگاه اتمي به كشورهاي آمريكا، فرانسه و آلمان سفارش داده بود.

ولي خوشبختانه سپس وقوع دو حادثه مهم تري ميل آيلند (Three Mile Island) در ۲۸ مارس ۱۹۷۹ و فاجعه چرنوبيل (Tchernobyl) در روسيه در ۲۶ آوريل ۱۹۸۶، نظر افكار عمومي نسبت به كاربرد اتم براي توليد انرژي تغيير كرد و ترس و وحشت از جنگ اتمي و به خصوص امكان تهيه بمب اتمي در جهان سوم، كشورهاي غربي را موقتاً مجبور به تجديدنظر در برنامه هاي اتمي خود كرد.

نيروگاه اتمي در واقع يك بمب اتمي هست كه به كمك ميله هاي مهاركننده و خروج دماي دروني به وسيله مواد خنك كننده مثل آب و گاز، تحت كنترل درآمده هست.

اگر روزي اين ميله ها و يا پمپ هاي انتقال دهنده مواد خنك كننده وظيفه خود را درست انجام ندهند، سوانح متعددي به وجود مي آيد و حتي ممكن هست نيروگاه نيز منفجر شود، مانند فاجعه نيروگاه چرنوبيل شورايشان.

يك نيروگاه اتمي متشكل از مواد مختلفي هست كه همه اونها نقش پايه ي و مهم در تعادل و ادامه حيات اون را دارند.

اين مواد عبارت اند از:

۱ _ ماده سوخت متشكل از اورانيوم طبيعي، اورانيوم غني شده، اورانيوم و پلوتونيم هست.

عمل سوختن اورانيوم در داخل نيروگاه اتمي متفاوت از سوختن زغال يا هر نوع سوخت فسيلي ديگر هست.

در اين پديده با ورود يك نوترون كم انرژي به داخل هسته ايزوتوپ اورانيوم ۲۳۵ عمل شكست انجام مي گيرد و انرژي فراواني توليد مي كند.

سپس ورود نوترون به درون هسته اتم، ناپايداري در هسته به وجود آمده و سپس لحظه بسيار كوتاهي هسته اتم شكسته شده و تبديل به دوتكه شكست و تعدادي نوترون مي شود.

تعداد متوسط نوترون ها به ازاي هر ۱۰۰ اتم شكسته شده ۲۴۷ عدد هست و اين نوترون ها اتم هاي ديگر را مي شكنند و اگر كنترلي در مهار كردن تعداد اونها نباشد واكنش شكست در داخل توده اورانيوم به صورت زنجيره اي انجام مي شود كه در وقتي بسيار كوتاه منجر به انفجار شديدي خواهد شد.

در واقع ورود نوترون به درون هسته اتم اورانيوم و شكسته شدن اون توام با انتشار انرژي معادل با ۲۰۰ ميليون الكترون ولت هست اين مقدار انرژي در سطح اتمي بسيار ناچيز ولي در مورد يك گرم از اورانيوم در حدود صدها هزار مگاوات هست.

كه اگر به صورت زنجيره اي انجام شود، در كمتر از هزارم ثانيه مشابه بمب اتمي عمل خواهد كرد.

اما اگر تعداد شكست ها را در توده اورانيوم و طي وقت محدود كرده به نحايشان كه به ازاي هر شكست، اتم بعدي شكست حاصل كند واقعيات يك نيروگاه اتمي به وجود مي آيد.

به عنوان مثال نيروگاهي كه داراي ۱۰ تن اورانيوم طبيعي هست قدرتي معادل با ۱۰۰ مگاوات خواهد داشت و به طور متوسط ۱۰۵ گرم اورانيوم ۲۳۵ در روز در اين نيروگاه شكسته مي شود و همان طور كه قبلاً فرموده شد در اثر جذب نوترون به وسيله ايزوتوپ اورانيوم ۲۳۸ اورانيوم ۲۳۹ به وجود مي آمد كه سپس دو بار انتشار پرتوهاي بتا (يا الكترون) به پلوتونيم ۲۳۹ تبديل مي شود كه خود مانند اورانيوم ۲۳۵ شكست پذير هست.

در اين عمل ۷۰ گرم پلوتونيم حاصل مي شود.

ولي اگر نيروگاه سورژنراتور باشد و تعداد نوترون هاي موجود در نيروگاه زياد باشند مقدار جذب به مراتب بيشتر از اين خواهد بودو مقدار پلوتونيم هاي به وجود آمده از مقدار اونهايي كه شكسته مي شوند بيشتر خواهند بود.

در چنين حالتي سپس پياده كردن ميله هاي سوخت مي توان پلوتونيم به وجود آمده را از اورانيوم و فرآورده هاي شكست را به كمك واكنش هاي شيميايي بسيار ساده جدا و به منظور تهيه بمب اتمي ذخيره كرد.

۲ _ نرم كننده ها موادي هستند كه برخورد نوترون هاي حاصل از شكست با اونها الزامي هست و براي كم كردن انرژي اين نوترون ها به كار مي روند.

زيرا احتمال واكنش شكست پي در پي به ازاي نوترون هاي كم انرژي بيشتر مي شود.

آب سنگين (D2O) يا زغال سنگ (گرافيت) به عنوان نرم كننده نوترون به كار برده مي شوند.



۳ _ ميله هاي مهاركننده: اين ميله ها از مواد جاذب نوترون درست شده اند و وجود اونها در داخل رآكتور اتمي الزامي هست و مانع افزايش ناگهاني تعداد نوترون ها در قلب رآكتور مي شوند.

اگر اين ميله ها كار اصلي خود را انجام ندهند، در وقتي كمتر از چند هزارم ثانيه قدرت رآكتور چند برابر شده و حالت انفجاري يا ديورژانس رآكتور پيش مي آيد.

اين ميله ها مي توانند از جنس عنصر كادميم و يا بور باشند.

۴ _ مواد خنك كننده يا انتقال دهنده انرژي حرارتي: اين مواد انرژي حاصل از شكست اورانيوم را به خارج از رآكتور انتقال داده و توربين هاي مولد برق را به حركت در مي آورند و پس از خنك شدن مجدداً به داخل رآكتور برمي گردند.

البته مواد در مدار بسته و محدودي عمل مي كنند و با خارج از محيط رآكتور تماسي ندارند.

اين مواد مي توانند گاز CO2 ، آب، آب سنگين، هليم گازي و يا سديم مذاب باشند.

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



غنی سازی اورانيم
سنگ معدن اورانيوم موجود در طبيعت از دو ايزوتوپ ۲۳۵ به مقدار ۷/۰ % و اورانيوم ۲۳۸ به مقدار ۳/۹۹ % تشكيل شده هست.

سنگ معدن را ابتدا در اسيد حل كرده و سپس تخليص فلز، اورانيوم را به صورت تركيب با اتم فلئور (F) و به صورت مولكول اورانيوم هكزا فلورايد UF6 تبديل مي كنند كه به حالت گازي هست.

سرعت متوسط مولكول هاي گازي با جرم مولكولي گاز نسبت عكس دارد اين پديده را گراهان در سال ۱۸۶۴ كشف كرد.

از اين پديده كه به نام ديفوزيون گازي مشهور هست براي غني سازي اورانيوم هستفاده مي كنند.در عمل اورانيوم هكزا فلورايد طبيعي گازي شكل را از ستون هايي كه جدار اونها از اجسام متخلخل (خلل و فرج دار) درست شده هست عبور مي دهند.

منافذ موجود در جسم متخلخل بايد قدري بيشتر از شعاع اتمي يعني در حدود ۵/۲ انگشترم (۰۰۰۰۰۰۰۲۵/۰ سانتيمتر) باشد.

ضريب جداسازي متناسب با اختلاف جرم مولكول ها هست.روش غني سازي اورانيوم تقريباً مطابق همين اصولي هست كه در اينجا فرموده شد.

با وجود اين مي توان به خوبي حدس زد كه پرخرج ترين مرحله تهيه سوخت اتمي همين مرحله غني سازي ايزوتوپ ها هست زيرا از هر هزاران كيلو سنگ معدن اورانيوم ۱۴۰ كيلوگرم اورانيوم طبيعي به دست مي آيد كه فقط يك كيلوگرم اورانيوم ۲۳۵ خالص در اون وجود دارد.

براي تهيه و تغليظ اورانيوم تا حد ۵ % حداقل ۲۰۰۰ برج از اجسام خلل و فرج دار با ابعاد نسبتاً بزرگ و پي درپي لازم هست تا نسبت ايزوتوپ ها تا از برخي به برج ديگر به مقدار ۰۱/۰ % تغيير پيدا كند.

در نهايت موقعي كه نسبت اورانيوم ۲۳۵ به اورانيوم ۲۳۸ به ۵ % رسيد بايد براي تخليص كامل از سانتريفوژهاي بسيار قايشان هستفاده نمود.

براي ساختن نيروگاه اتمي، اورانيوم طبيعي و يا اورانيوم غني شده بين ۱ تا ۵ % كافي هست.

ولي براي تهيه بمب اتمي حداقل ۵ تا ۶ كيلوگرم اورانيوم ۲۳۵ صد% خالص نياز هست.

عملا در صنايع نظامي از اين روش هستفاده نمي شود و بمب هاي اتمي را از پلوتونيوم ۲۳۹ كه سنتز و تخليص شيميايي اون بسيار ساده تر هست تهيه مي كنند.

عنصر اخير را در نيروگاه هاي بسيار قايشان مي سازند كه تعداد نوترون هاي موجود در اونها از صدها هزار ميليارد نوترون در ثانيه در سانتيمتر مربع تجاوز مي كند.

عملاً كليه بمب هاي اتمي موجود در زراد خانه هاي جهان از اين عنصر درست مي شود.روش ساخت اين عنصر در داخل نيروگاه هاي اتمي به صورت زير هست: ايزوتوپ هاي اورانيوم ۲۳۸ شكست پذير نيستند ولي جاذب نوترون كم انرژي (نوترون حرارتي هستند.

تعدادي از نوترون هاي حاصل از شكست اورانيوم ۲۳۵ را جذب مي كنند و تبديل به اورانيوم ۲۳۹ مي شوند.

اين ايزوتوپ از اورانيوم بسيار ناپايدار هست و در كمتر از ده ساعت تمام اتم هاي به وجود آمده تخريب مي شوند.

در درون هسته پايدار اورانيوم ۲۳۹ يكي از نوترون ها خودبه خود به پروتون و يك الكترون تبديل مي شود.بنابراين تعداد پروتون ها يكي اضافه شده و عنصر جديد را كه ۹۳ پروتون دارد نپتونيم مي نامند كه اين عنصر نيز ناپايدار هست و يكي از نوترون هاي اون خود به خود به پروتون تبديل مي شود و در نتيجه به تعداد پروتون ها يكي اضافه شده و عنصر جديد كه ۹۴ پروتون دارد را پلوتونيم مي نامند.

اين تجربه طي چندين روز انجام مي گيرد.


3:


4:

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

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


__________________________________________________ _____

تاريخچه بمب اتم

هانري بكرل اولينكسي بود كه متوجه پرتودهي عجيب سنگ معدن اورانيم گرديدبس ازان در سال 1909 ميلادي ارنست رادرفوردهسته اتم را كشف كردايشان همينطور نشان دادكه پرتوهاي راديواكتيودر ميدان مغناطيسي به سه دسته تقيسيم مي شود( پرتوهاي الفا وبتا وگاما)بعدها دانشمندان دريافتند كه منشاء اين پرتوها درون هسته اتم اورانيم مي باشد.



در سال 1938 با انجام ازمايشاتي توسط دو دانشمند ا لماني بنامهاي ا توها ن و فريتس شتراسمن فيزيك هسته اي پاي به مرحله تازه اي نهاد اين فيزيكدانان با بمباران هسته اتم اورانيم بوسيله نوترونها به عناصر راديواكتيايشان دست يافتندكه جرم اتمي كوچكتري نسبت به اورانيم داشت او براي توصيف علت ايجاد اين عناصرليزه ميتنرو اتو فريش پديده شكافت هسته رادر اورانيم تو ضيح دادندودر اينجا بود كه نا قوس شوم اختراع بمب اتمي به صدا در امد.



U235 + n -> fission + 2 or 3 n + 200 MeV

زيرا همانطور كه در شكل فوق مي بينيد هر فروپاشي هسته اورانيم0 ميتوانست تا 200 مگاولت انرژي ازاد كند وبديهي بود اگر هسته هاي بيشتري فرو پاشيده مي شد انرژي فراواني حاصل مي گرديد.



بعدها فيزيكدانان ديگري نيز در اين محدوده به تحقيق مي پرداختند يكي ازانان انريكو فرمي بود( 1954 - 1901) كه بخاطر تحقيقاتش در سال 1938 موفق به دريافت جايزه نوبل گرديد.



در سال 1939 يعني قبل از شروع جنگ جهاني دوم در بين فيزيكدانان اين بيم وجود داشت كه المانيهابه كمك فيزيكدانان نابغه اي مانند هايزنبرگ ودستيارانش بتوانند با هستفاده از دانش شكافت هسته اي بمب اتمي بسازندبه همين دليل از البرت انيشتين خواستند كه نامه اي به فرانكلين روزولت رئيس جمهوروقت امريكا بنايشانسددر ان نامه تاريخي از امكان ساخت بمبي صحبت شد كه هر گز هايزنبرگ ان را نساخت.



چنين شدكه دولتمردان امريكا براي پيشدستي برالمان پروژه مانهتن را براه انداختندو از انريكو فرمي دعوت به عمل اوردند تا مقدمات ساخت بمب اتمي را فراهم سازد سه سال بعددر دوم دسامبر 1942 در ساعت 3 سپس ظهر اولينراكتور اتمي دنيا در دانشگاه شيكاگو امريكا ساخته شد.



سپس در 16 ژوئيه 1945 اولينازمايش بمب اتمي در صحراي الامو گرودو نيو مكزيكو انجام شد.



سه هفته بعد هيروشيمادرساعت 8:15 صبح در تاريخ 6 اگوست 1945 بوسيله بمب اورانيمي بمباران گردييد و ناكازاكي در 9 اگوست سال 1945 در ساعت حدود 11:15 بوسيله بمب پلوتونيمي بمباران شدند كه طي ان بمبارانها صدها هزار نفر فورا جان باختند.



انريكو فرمي (صف جلو نفر اول سمت چپ) و همكارانش در شيكاگو پس از ساخت اولينراكتور هسته اي جهان به اميد انكه از راكتور هسته اي تنها در اهداف صلح اميز هستفاده شود و دنيا عاري از سلاحهاي اتمي گردد

ليزه ميتنر ( مادر انرژي اتمي)

ليزه در سال 1878 در يك خانواده هشت نفري بدنيا امد ايشان سومين فرزند خانواده بود باو جود تمامي مشكلاتي كه بر سر راه ايشان بخاطر زن بودنش بود در سال 1901 وارد دانشگاه ايشانن شد و تحت نظارت بولتزمن كه يكي از فيزيكدانان بنام دنيا بود فيزيك را اموخت .

ليزه توانست در سال 1907 به درجه دكتر نايل گردد و سپس راهي برلين گرديد تا در دانشگاهي كه ماكس پلا نك رياست بخش فيزيك ان را بر عهده داشت به مطالعه و تحقيق بپردازد بيشتر كارهاي تحقيقاتي ايشان در همين دانشگاه بود ايشان هيچگونه علاقه اي به سياست نداشت و لي به علت دخالتهاي روزن افزون ارتش نازي مجبور به ترك برلين گرديد ودر سال 1938 به يك انستيتو در هستكهلم رفت .

ليزه ميتنر به همراه همكارش اتو فريش اولين كساني بودند كه شكافت هسته را توضيح دادند انان در سال 1939 در مجله طبيعت مقاله معروف خود را در مورد شكافت هسته اي دادند وبدين ترتيب راه را براي هستفاده از انرژي گشودند به همين دليل پس از جنگ جهاني دوم به ميتنر لقب مادر بمب اتمي داده شد ولي چون ايشان نمي خواست از كشفش بعنوان بمبي هولناك هستفاده گردد بهتر هست به ليزه لقب مادر انرژي اتمي داده شود

5:


6:

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

7:

فريد جان من شنيدم بر خلاف پيش بيني قدرت انفجار كه از لحاظ نظري بايد فت من قايشانتر باشه در عمل ليتل بايشان قايشانتر عمل كرده بود درسته؟

8:



مقدمه: هستخراج اورانيوم از معدن
اورانيوم که ماده خام اصلی مورد نياز برای توليد انرژی در برنامه های صلح آميز يا نظامی هسته ای هست، از طريق هستخراج 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 اون بصورت متراکم در معادن موجود هست.

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 اون 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 نمايند.

مجموع جرم اتمهای کوچکتری که از تجزيه اتم اورانيوم بدست می آيد از کل جرم اوليه اين اتم کمتر هست و اين بدان معناست که مقداری از جرم اوليه که ظاهرا ناپديد شده در واقع به انرژی تبديل شده هست، و اين انرژی با هستفاده از رابطه E=MC۲ يعنی رابطه جرم و انرژی که آلبرت اينشتين اولينبار اونرا کشف کرد قابل محاسبه هست.

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 هست که در هسته U۲۳۸ وجود دارد.

اعداد ۲۳۵ و ۲۳۸ بيانگر مجموع تعداد پروتونها و نوترونها در هسته هر کدام از اين دو ايزوتوپ هست.




کشورهای اصلی توليد نماينده اورانيوم
هستراليا
چين
کانادا
قزاقستان
ناميبيا
نيجر
روسيه
ازبکستان

برای بدست آوردن بالاترين بازدهی در فرايند زنجيره ای شکافت هسته بايد از اورانيوم ۲۳۵ هستفاده کرد که هسته اون 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 اون، اين ايزوتوپ در طبيعت بسيار نادر هست بطوری که از هر ۱۰۰۰ اتم اورانيوم موجود در طبيعت تنها هفت اتم از نوع U۲۳۵ بوده و مابقی از نوع سنگينتر U۲۳۸ هست.

فراوری:
سنگ معدن اورانيوم سپس هستخراج، 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 هست.

کيک زرد دارای خاصيت راديو اکتيايشانته هست و ۶۰ تا ۷۰ % اونرا 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 هستفاده می نمايند.

برای اين کار، دانشمندان ابتدا کيک زرد را طی فرايندی شيميائی به ماده جامدی به نام هگزافلوئوريد اورانيوم تبديل مينمايند که سپس حرارت داده شدن در دمای حدود ۶۴ درجه سانتيگراد به گاز تبديل ميشود.




کيک زرد دارای خاصيت راديو اکتيايشانته هست و ۶۰ تا ۷۰ % اونرا اورانيوم تشکيل ميدهد

هگزافلوئوريد اورانيوم که در صنعت با نام ساده هگز شناخته ميشود ماده شيميائی خورنده ايست که بايد اونرا 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.

همينطور به منظور پيشگيری از هرگونه واکنش شيميايی برگشت ناپذير بايد اين گاز را دور از معرض روغن و مواد چرب نماينده ديگر نگهداری کرد.

غنی سازی:
هدف از غنی سازی توليد اورانيومی هست که دارای % بالايی از ايزوتوپ U۲۳۵ باشد.



اورانيوم مورد هستفاده در راکتورهای اتمی بايد به حدی غنی شود که حاوی ۲ تا ۳ % اورانيوم ۲۳۵ باشد، در حالی که اورانيومی که در ساخت بمب اتمی بکار ميرود حداقل بايد حاوی ۹۰ % اورانيوم ۲۳۵ باشد.



يکی از روشهای معمول غنی سازی هستفاده از دستگاههای سانتريفوژ گاز هست.

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 اون باعث ميشود که مولکولهای سبکتری که حاوی اورانيوم ۲۳۵ هست 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 اون 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 % خلوص مورد نياز بدست آيد.



اونچه که پس از جدا سازی اورانيوم ۲۳۵ باقی ميماند به نام اورانيوم خالی يا فقير شده شناخته ميشود که پايه ا از اورانيوم ۲۳۸ تشکيل يافته هست.

اورانيوم خالی فلز بسيار سنگينی هست که اندکی خاصيت راديو اکتيايشانته دارد و از اون برای ساخت گلوله های توپ ضد زره پوش و اجزای برخی جنگ افزار های ديگر از جمله منعکس نماينده نوترونی در بمب اتمی هستفاده ميشود.



يک شيوه ديگر غنی سازی روشی موسوم به ديفيوژن يا روش انتشاری هست.



دراين روش گاز هگزافلوئوريد اورانيوم به داخل ستونهايی که جدار اونها 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 اون 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 هستفاده برنامه داد.

اورانيوم غنی شده ، معمولا به صورت قرصهائی که سطح مقطعشان به اندازه يک سکه معمولی و ضخامتشان در حدود دو و نيم سانتيمتر هست در راکتورها به مصرف ميرسند.

اين قرصها روی هم برنامه داده شده و ميله هايی را تشکيل ميدهند که به ميله سوخت موسوم هست.

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 اون رخ ميدهد ، از فلز مايع (سديم) يا گاز دی اکسيد کربن هستفاده می شود.





1- هسته راکتور
2-پمپ خنک نماينده
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 برنامه داده ميشود بايد از جرم بحرانی بيشتر (فوق بحرانی) باشد.

يعنی اورانيوم مورد هستفاده 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 هست هستفاده 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 % کل برق مصرفی در جهان را تامين مينمايند.

از جمله کاربردهای ديگر راکتورهای هسته ای، توليد نيروی محرکه لازم برای جابجايی ناوها و زيردريايی های اتمی هست.

بازفراوری:
برای بازيافت اورانيوم از سوخت هسته ای مصرف شده در راکتور از عمليات شيميايی موسوم به بازفراوری هستفاده ميشود.

در اين عمليات، ابتدا پوسته فلزی ميله های سوخت مصرف شده را جدا ميسازند و سپس اونها را در داخل اسيد نيتريک داغ حل مينمايند.





در نتيجه اين عمليات، ۱% پلوتونيوم ، ۳% مواد زائد به شدت راديو اکتيو و ۹۶% اورانيوم بدست می آيد که دوباره ميتوان اونرا 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:
هستفاده 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 هست.

در عين حال با تاسيسات بازفراوری نسبتا کوچکی ميتوان چيزی حدود ۱۲ کيلوگرم پلوتونيوم در سال توليد کرد.




بمب پلوتونيومی



1- منبع يا مولد نوترونی
2- هسته پلوتونيومی
3- پوسته منعکس نماينده (بريليوم)
4- ماده منفجره پرقدرت
5- چاشنی انفجاری

کلاهک هسته ای شامل گوی پلوتونيومی هست که اطراف اونرا پوسته ای موسوم به منعکس نماينده نوترونی فرا گرفته هست.

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.



هستفاده از منعکس نماينده 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 نمايندگان 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 قايشانتر از قدرتمندترين بمبگزاری تروريستی که تا کنون در جهان رخ داده هست.

بمب اورانيومی:
هدف طراحان بمبهای اتمی ايجاد يک جرم فوق بحرانی ( از اورانيوم يا پلوتونيوم) هست که بتواند طی يک واکنش زنجيره ای مداوم و کنترل نشده، مقادير متنابهی انرژی حرارتی آزاد کند.



يکی از ساده ترين شيوه های ساخت بمب اتمی هستفاده از طرحی موسوم به "تفنگی" هست که در اون گلوله کوچکی از اورانيوم که از جرم بحرانی کمتر بوده به سمت جرم بزرگتری از اورانيوم شليک ميشود بگونه ای که در اثر برخورد اين دو قطعه، جرم کلی فوق بحرانی شده و باعث آغاز واکنش زنجيره ای و انفجار هسته ای ميشود.



کل اين فرايند در کسر کوچکی از ثانيه رخ ميدهد.



جهت توليد سوخت مورد نياز بمب اتمی، هگزا فلوئوريد اورانيوم غنی شده را ابتدا به اکسيد اورانيوم و سپس به شمش فلزی اورانيوم تبديل مينمايند.

انجام اين کار از طريق فرايندهای شيميائی و مهندسی نسبتا ساده ای امکان پذير هست.





قدرت انفجار يک بمب اتمی معمولی حداکثر ۵۰ کيلو تن هست، اما با کمک روش خاصی که متکی بر مهار خصوصيات جوش يا گداز هسته ای هست ميتوان قدرت بمب را افزايش داد.



در فرايند گداز هسته ای ، هسته های ايزوتوپهای هيدروژن به يکديگر جوش خورده و هسته اتم هليوم را ايجاد مينمايند.

اين فرايند هنگامی رخ ميدهد که هسته های اتمهای هيدروژن در معرض گرما و فشار شديد برنامه بگيرند.

انفجار بمب اتمی گرما و فشار شديد مورد نياز برای آغاز اين فرايند را فراهم ميکند.



طی فرايند گداز هسته ای نوترونهای بيشتری رها ميشوند که با تغذيه واکنش زنجيره ای، انفجار شديدتری را بدنبال می آورند.

اينگونه بمبهای اتمی تقايشانت شده به بمبهای هيدروژنی يا بمبهای اتمی حرارتی موسومند.


9:


10:

غنی سازی اورانیوم

سانتریفیوژ دستگاهی هست که برای جدا سازی مواد از یکدیگر بر پايه وزن اونها هستفاده می شود.

این دستگاه مواد را با سرعت زیاد حول یک محور به گردش در می آورد و مواد متناسب با وزنی که دارند از محور فاصله می گیرند.



در واقع در این روش برای جدا سازی مواد از یکدیگر از شتاب ناشی از نیروی گریز از مرکز هستفاده می گردد، کاربرد عمومی این دستگاه برای جداسازی مایع از مایع و یا مایع از جامد هست.



سانتریفیوژ هایی که برای غنی سازی اورانیوم هستفاده می شود حالت خاصی دارند که برای گاز تهیه شده اند که به اونها Hyper-Centrifuge فرموده می شود.

پیش از اونکه دانشمندان از این روش برای غنی سازی اورانیوم هستفاده نمايند از تکنولوژی خاصی بنام Gaseous Diffusion به معنی پخش و توزیع گازی هستفاده می کردند.




Gaseous Diffusion
در روش Gaseous Diffusion، گاز هگزافلوراید اورانیوم (UF6) را با سرعت از صفحات خاصی که حالت فیلتر دارند عبور داده می شود و طی اون این صفحات می توانند به دلیل داشتن منافذ و خلل و فرج زیاد تا حدی می توانند اوانیوم 235 را از 238 جدا نمايند.

(به شکل بالا دقت کنید)

در این روش با تکرار هستفاده از این صفحات فیلتر مانند، بصورت آبشاری (Cascade)، میزان اورانیوم 235 را به مقدار دلخواه بالا می بردند.

این روش اولین راهکارهای صنعتی برای غنی سازی اورانیوم بود که کابرد عملی پیدا کرد.



Gaseous Diffusion از جمله تکنولوژی هایی بود که ایالات متحده طی جنگ جهانی دوم در پروژه ای بنام منهتن (Manhattan) برای ساخت بمب هسته ای، با کمک انگلیس و کانادا به اون دست پیدا کرد.



نمونه ای از سانتریفیوژهای گازی آبشاری که برای غنی سازی اورانیوم از اونها هستفاده می شود.

Hyper-Centrifuge
اما در روش هستفاده از سانتریفیوژ برای غنی سازی اورانیوم، تعداد بسیار زیادی از این دستگاهها بصورت سری و موازی بکار می برند تا با کمک اون بتوانند غلظت اورانیوم 235 را افزایش دهند.




گاز هگزافلوراید اورانیوم (UF6) در داخل سیلندرهای سانتریفیوژ تزریق می شود و با سرعت زیاد به گردش در آورده می گردد.

گردش سریع سیلندر، نیروی گریز از مرکز بسیار قوی ای تولید می کند و طی اون مولکولهای سنگین تر (اونهایی که شامل ایزوتوپ اورانیوم 238 هستند) از مرکز محور گردش دور تر می گردند و برعکس اونها که مولکول های سبک تری دارند (حاوی ایزوتوپ اورانیوم 235) بیشتر حول محور سانتریفیوژ برنامه می گیرند.



در این هنگام با هستفاده از روشهای خاص گازی که حول محور جمع شده هست جمع آوری شده به مرحله دیگر یعنی دستگاه سانتریفیوژ بعدی هدایت می گردد.

میزان گاز هگزافلوراید اورانیوم شامل اورانیوم 235 ای که در این روش از یک واحد جداسازی بدست می آید به مراتب بیشتر از مقداری هست که در روش قبلی (Gaseous Diffusion) بدست می آید، به همین علت هست که امروزه در بیشتر نقاط جهان برای غنی سازی اورانیوم از این روش هستفاده می نمايند.



بزرگترین دستگاههای آبشاری سانتریفیوژ در کشورهایی مانند فرانسه، آلمان، انگلستان و چین در حال غنی سازی اورانیوم هستد.

این کشورها علاوه بر مصرف داخلی به صادرات اورانیوم غنی شده نیز می پردازند.

کشور ژاپن هم دارای دستگاههای بزرگ سانتریفیوژ هست اما تنها برای مصرف داخلی اورانیوم غنی شده تولید می کند

11:

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

12:

انفجار هسته اي

تعريف انفجار

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



ساختار انفجاري هسته اي

در انفجار هسته اي حرارت و فشار حاصل از اندازه اي هست كه جرم بمب و همه مواد موجود در فضاي مزبور را در اون واحد وقت بصورت توده اي از گاز داغ ، ملتهب و فشرده در آورده و تشكيل گايشان آتشين كه در حدود چند ميليون درجه حرارت هست مي دهد اين گايشان آتشين بلافاصله انبساط كرده و به لايه هاي بالاي جو صعود مي كند.انبساط سريع گايشان 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 اونها ست .



مشخصات انفجاري هسته اي

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



- 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 اونها 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 اونها 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 هست مي رسد و پس از يك دقيقه نسبتا سرد شده و روشنايي خود را از دست مي دهد اين وقتي هست كه انفجار 7 كيلو متر صعود كرده هست براي تصور ميزان درخشندگي اون كافيست اشاره كنيم كه :

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



- در پاره اي از آزمايش ها كه در طبقات بالاي جو انجام گرفته نور حاصله از فاصله 1000 كيلومتري محسوم بوده هست كه تحت بعضي واقعيات 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 هست .



- گايشان 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 گايشان 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 سپس انفجار هسته اي

- چنانچه انفجار در سطح زمين يا نزديكي اون اتفاق بيافتد مقدار زيادي خاك و شن و مواد مختلف بخار شده و همراه با گايشان آتشين بالا مي روند يك صدم انرژي سلاح مگاتني در تر كش سطحي كافي هست كه 4000 تن خاك و شن و سنگ را بخار نمايد اين مواد كه بدين ترتيب به داخل گايشان 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 قايشان با انرژي يك ميليون بمب اتمي برابر هست!

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 وواقعيات انفجار بستگي دارد ولي بطور كلي بصورت زير تقسيم بندي مي شود .



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



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



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




منبع : دانشنامه رشد و هوپا

13:

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

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

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

خیلی ممنون

14:

سلام ...


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


ممـنــون
مـیـثــم

15:

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

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

16:

خواص اشعه راديواكتيو

عناصر راديواكتيو معمولا سه نوع ذره يا اشعه از خود صادر مي‌كنند كه شامل ذره آلفا ، ذره بتا و اشعه گاما هست.

با برنامه دادن اشعه راديواكتيو تحت تاثير ميدان مغناطيسي متوجه شده‌اند كه ذره آلفا داراي بار مثبت ، بتا داراي بار منفي و اشعه گاما بدون بار هست.



خواص ذره آلفا

جنس ذره آلفا ، هسته اتم هليوم هست كه از دو نوترون و دو پروتون تشكيل يافته هست.

جرم اون حدود 4 برابر جرم پروتون و بار الكتريكي اون 2+ و علامت اختصاري اون (4,2)He هست.

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 هست تحت تاثير ميدان الكتروستاتيكي خود ، الكترون مدار خارجي اون اتم را خارج سازد و يا به عبارت ديگر اتم را يونيزه كند.

همينطور ذره آلفا قادر هست 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 هست.



خواص ذره بتا

جنس ذره بتاي منفي ، از جنس الكترون مي‌باشد، بار الكتريكي اون 1- و علامت اون بتاي منفي هست.

برد ذره بتا در هوا در حدود چند سانتيمتر تا حدود يك متر هست.

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 هست، 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 هست.

قدرت نفوذ ذره بتا بطور متوسط 100 برابر بيشتر از ذره آلفا هست.

طيف ذره بتا تك انرژي نيست، بلكه يك طيف پيوسته هست كه تمام مقادير انرژي از 0 تا انرژي ماكزيمم را دارا مي‌باشد.

اين ذره همان پوزتيرون هست كه ضد ماده الكترون مي‌باشد.

جرم اون با جرم الكترون برابر بوده و داراي باري مخالف با بار الكترون هست و علامت اختصاري اون حرف بتاي مثبت هست.



خواص اشعه گاما

جنس اشعه گاما از جنس امواج الكترومغناطيسي مي‌باشد، يعني از جنس نور هست.

ولي با طول موج بسيار كوتاه كه طول موج اون از 1 تا 0.01 اونگستروم تغيير مي‌كند.

جرم اون در مقياس اتمي صفر ، سرعت اون برابر سرعت نور ، بار الكتريكي اون صفر و علامت اختصاري اون حرف گاما مي‌باشد.

انرژي اشعه گاما از 10 كيلو الكترون ولت تا 10 مگا الكترون ولت تغيير مي‌كند.

برد اونها بسيار زياد هست.

مثلا در هوا چندين متر هست.

خاصيت ايجاد يونيزاسيون و برانگيختگي در اشعه گاما نيز وجود دارد.

ولي به مراتب كمتر از ذرات آلفا و بتا هست.

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 هست.

طيف انرژي اشعه گاما ، همانند ذرات آلفا تك انرژي هست.

يعني تمام فوتونهاي گاماي حاصل از يك عنصر راديواكتيو داراي انرژي يكساني هستند.



منبع : هوپا و رشد

17:


18:

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

به نقل پایگاه‌اینترنتی دویچه‌وله (رادیو آلمان)، مدتهاست محققان تلاش می‌كنند از این امواج در سایر زمینه‌ها هستفاده كنند، از جمله ضدعفونی كردن و از بین بردن باكتری‌ها و تركیبات مضر شیمیایی به كمك امواج ماورای صوت.

از نظر پروفسور "تیموتی میسون" (‪ (Timothy Mason‬كه در دانشگاه "كاونتری" (‪ (Coventry‬در انگلیس تدریس می‌كند، امواج ماورای صوت حاوی انرژی هستند كه به صورت هدفمند بر روی واكنش‌های شیمیایی تاثیر می‌گذارند.


وی می‌گوید: این نوع صوت، طول موجی از صداست كه در صوت‌های مخصوص سگ كاربرد دارد، چرا كه دارای فركانس بسیار بالایی هست كه انسان قادر به شنیدن اون نیست.

این امواج هنگامی كه هدفمند مورد هستفاده برنامه گیرند، می‌توانند انرژی بسیار زیادی را منتقل كنند.


به كمك دستگاه‌های سونوگرافی، امواج درون رگ تابیده می‌شود.

طول موج بالای این امواج، آب موجود در رگ را جوش می‌آورد و سبب تشكیل حباب‌های بسیار ریزی می‌شود كه دوام زیادی ندارند و به سرعت می‌تركند و تركیدن حباب ها انرژی زیادی آزاد می‌كند.


انرژی زیاد به معنای اون هست كه در فضای بسیار كوچك درون رگی حرارت تا ‪ ۶‬هزار درجه سانتی گراد بالا می‌رود، یعنی دمایی به اندازه دمای سطح رویی خورشید.


بالا رفتن دما تا این حد و تركیدن حباب‌ها فشاری ‪ ۵۰۰‬برابر فشار اتمسفر تولید می‌كند، فشاری كه كه تنها یك چشم بر هم زدن دوام دارد.


البته می‌توان این حباب‌ها را به نوعی ریزبمب تشبیه كرد، چرا كه آزاد شدن این میزان انرژی، بر مولكول‌های اطراف حباب تاثیر می‌گذارد.

تیموتی میسون در این‌باره می‌گوید: تصور كنید این انرژی كنار یك تركیب شیمیایی مثلا كنار یك مولكول مضر آزاد شود.

هیچ پیوند شیمیایی نمی‌تواند در این شرایط پایدار بماند، در نتیجه در پی ضربه ناگهانی ناشی از تركیدن یك حباب كوچك تجزیه می‌شود."
علاوه بر اون، میكرو حباب ها، مولكول‌های آب را به رادیكال آزاد تبدیل می‌كنند و رادیكال‌های آزاد از نظر شیمیایی ذرات مضری هستند كه مولكولهای اطرافشان را تحت تاثیر برنامه می‌دهند.


پروفسور "نایس" (‪ (Uwe Neis‬از دانشگاه صنعتی "هامبورگ هاربورگ" (‪ (Hamburg-Harburg‬می‌گوید: "با این روش می‌توان باكتری‌ها و یا سایر موجودات ذره‌بینی را كه معمولا در آب موجودند بدون مصرف مواد شیمیایی ضدعفونی‌كننده مانند كلر از بین برد.

یعنی ضدعفونی با امواج ماورای صوت.


پروفسور نایس و همكارانش در آزمایشگاه دانشگاه هامبورگ - هاربورگ، آب آلوده را از لوله‌ای كه به درون اون امواج ماورای صوت تابیده می‌شود عبور می‌دهند و از اون سوی لوله، آب ضدعفونی شده تحویل می‌گیرند.


البته این روش ضدعفونی در حال حاضر بسیار گران هست و علاوه بر اون، هزینه برق مصرفی با دستگاه فرستنده امواج را نیز باید در نظر گرفت.

با وجود این گروه پروفسور نایس در حال تكمیل روشی هست كه به خصوص برای شناگران حساس به كلر هستخرهای شنا جالب خواهد بود.


پروفسور نایس در این‌باره می‌گوید: دیواره‌های هستخرهای شنا باید مرتب تمیز شوند و برای این منظور مكنده‌های تمیزكننده مخصوصی وجود دارد.

از ما پرسیده شد كه آیا می‌توان اونها را با امواج ماورای صوت تركیب كرد، به طوری كه بتوان هم وقت دیواره هستخر را تمیز و آب اون را ضدعفونی كرد؟ البته ما در حال حاضر راه عملی قطعی پیدا نكردیم، اما مشغولیم."
اما تركیب امواج ماورای صوت و تركیبات شیمیایی داستان دیگری هست، روشی كه در اون هسته اتم هدف برنامه می‌گیرد و ذوب هسته، انرژی فوق‌العاده زیادی آزاد خواهد كرد.

در سال ‪ ۲۰۰۲‬یك محقق آمریكایی به نام "روسی تالیارخان" (‪Taleyarkhan‬ ‪ (Rusi‬این روش را امتحان كرد.
او سعی كرد با فرستادن امواج ماورای صوت درون هستون، محلولی كه برای پاك كردن لاك ناخن از اون هستفاده می‌شود، اتم‌های هستون را تجزیه كند.

از نظر تئوری تركیدن حباب‌های تولید شده در محلول می‌تواند هسته اتم‌های هستون را ذوب كند.


ذوب هسته اتم همانی هست كه انرژی هسته‌ای تولید می‌كند.

اكنون تصور كنید با كمك یك فرستنده امواج ماواری صوت و یك ظرف هستون بتوان تمام انرژی مورد نیاز شهر را تامین كرد!
اما ذوب اتمی كه در حال حاضر در راكتورهای اتمی صورت می‌گیرد نیازمند افزایش دما تا حدود ‪ ۱۰۰‬میلیون درجه سانتیگراد هست.

این نوع آزمایش‌ها تا تولید انرژی هسته‌ای هنوز فاصله بسیاری دارند.


اما بسیاری امیدوارند كه روزی بتوان به همین سادگی و بدون نیاز به راكتورهای پرهزینه اتمی، انرژی هسته‌ای تولید كرد.


19:

چگونه يك بمب هسته اي جديد بسازيم !!!


اين يك مقاله بسيار مفيد هست .

پيشنهاد ميكنم حتما سر بزنيد :

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

20:

بمب اتمي سلاحي هست كه نيرايشان اون از انرژي اتمي و بر اثر شكاف هسته (فيسيون) اتمهاي پلوتونيوم يا اورانيوم ايجاد مي شود .در فرآيند شكافت هسته اي ، اتمهاي ناپايدار شكافته و به اتمهاي سبكتر تبديل مي شوند .


اولينبمب از اين نوع ، در سال 1945 م در ايالات نيو مكزيكو در ايالات متحده آمريكا آزمايش شد .

اين بمب ، انفجاري با قدرت 19 كيلو تن ايجاد كرد ( يك كيلو تن برابر هست با
انرژي اتمي آزاد شده 190 تن ماده منفجره تي .

ان .

تي ) انفجار بمب اتمي موج بسيار نيرومند پرتوهاي شديد نوراني ، تشعشعات نفوذ كننده اشعه گاما و نوترونها و پخش شدن مواد راديو اكتيو را همراه دارد .

انفجار بمب اتمي چندين هزار ميليارد كالري حرارت را در چند ميليونيوم ثانيه ايجاد مي كند .


اين دماي چند ميليون درجه اي با فشار بسيار زياد تا فاصله 1200 متري از مركز انفجار به افراد بدون پوشش حفاظتي صدمه مي زند و سبب مرگ و بيماري انسان و جانوران مي شود .

همينطور زمين ، هوا آب و همه چيز را به مواد راديو اكتيو آلوده مي كند .


بمب هاي اتمي شامل نيروهاي قايشان و ضعيفي اند كه اين نيروها هسته يك اتم را به ايشانژه اتم هايي كه هسته هاي ناپايداري دارند، در جاي خود نگه مي دارند.

پايه ا دو شيوه بنيادي براي آزادسازي انرژي از يك اتم وجود دارد: 1- شكافت هسته اي: مي توان هسته يك اتم را با يك نوترون به دو جزء كوچك تر تقسيم كرد.

اين همان شيوه اي هست كه در مورد ايزوتوپ هاي اورانيوم (يعني اورانيوم 235 و اورانيوم 233) به كار مي رود.


براي توليد يك بمب اتمي موارد زير نياز هست:
يك منبع سوخت كه قابليت شكافت يا همجوشي را داشته باشد.


دستگاهي كه همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.


راهي كه به كمك اون بتوان بيشتر سوخت را پيش از اونكه انفجار رخ دهد دچار شكافت يا همجوشي كرد.


در اولين بمب هاي اتمي از روش شكافت هستفاده مي شد.

اما امروزه بمب هاي همجوشي از فرآيند همجوشي به عنوان ماشه آغازگر هستفاده مي كنند.بمب هاي شكافتي (فيزيوني): يك بمب شكافتي از ماده اي مانند اورانيوم 235 براي ایجاد يك انفجار هسته اي هستفاده مي كند.

اورانيوم 235 ايشانژگي منحصر به فردي دارد كه اون را براي توليد هم انرژي هسته اي و هم بمب هسته اي مناسب مي كند.

اورانيوم 235 يكي از نادر موادي هست كه مي تواند زير شكافت القايي برنامه بگيرد.اگر يك نوترون آزاد به هسته اورانيوم 235 برود،هسته بي درنگ نوترون را جذب كرده و بي ثبات شده در يك چشم به هم زدن شكسته مي شود.

اين باعث پديد آمدن دو اتم سبك تر و آزادسازي دو يا سه عدد نوترون مي شود كه تعداد اين نوترون ها بستگي به چگونگي شكسته شدن هسته اتم اوليه اورانيوم 235 دارد.

دو اتم جديد به محض اينكه در وضعيت جديد تثبيت شدند از خود پرتو گاما ساطع مي كنند.

درباره اين نحوه شكافت القايي سه نكته وجود دارد كه موضوع را جالب مي كند.


1 - احتمال اينكه اتم اورانيوم 235 نوتروني را كه به سمتش هست، جذب كند، بسيار بالا هست.

در بمبي كه به خوبي كار مي كند، بيش از يك نوترون از هر فرآيند فيزيون به دست مي آيد كه خود اين نوترون ها سبب وقوع فرآيندهاي شكافت بعدي اند.

اين وضعيت اصطلاحا وراي آستانه بحران ناميده مي شود.


2 - فرآيند جذب نوترون و شكسته شدن متعاقب اون بسيار سريع و در حد پيكو ثانيه (12-10 ثانيه) رخ مي دهد.


3 - حجم عظيم و خارق العاده اي از انرژي به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شكسته شدن هسته آزاد مي شود.

انرژي آزاد شده از يك فرآيند شكافت به اين علت هست كه محصولات شكافت و نوترون ها وزن كمتري از اتم اورانيوم 235 دارند.

اين تفاوت وزن نمايان گر تبديل ماده به انرژي هست كه به واسطه فرمول معروف mc2= E محاسبه مي شود.

حدود نيم كيلوگرم اورانيوم غني شده به كار رفته در يك بمب هسته اي برابر با چندين ميليون گالن بنزين هست.

نيم كيلوگرم اورانيوم غني شده انداز ه اي معادل يك توپ تنيس دارد.

در حالي كه يك ميليون گالن بنزين در مكعبي كه هر ضلع اون 17 متر (ارتفاع يك ساختمان 5 طبقه) هست، جا مي گيرد.

حالا بهتر مي توان انرژي آزاد شده از مقدار كمي اورانيوم 235 را متصور شد.براي اينكه اين ايشانژگي هاي اروانيوم 235 به كار آيد بايد اورانيوم را غني كرد.

اورانيوم به كار رفته در سلاح هاي هسته اي حداقل بايد شامل نود % اورانيوم 235 باشد.در يك بمب شكافتي، سوخت به كار رفته را بايد در توده هايي كه وضعيت زير آستانه بحران دارند، نگه داشت.

اين كار براي جلوگيري از انفجار نارس و زودهنگام ضروري هست.

تعريف توده اي كه در وضعيت آستانه بحران برنامه داد چنين هست: حداقل توده از يك ماده با قابليت شكافت كه براي رسيدن به واكنش شكافت هسته اي لازم هست.

اين جداسازي مشكلات زيادي را براي طراحي يك بمب شكافتي با خود به همراه مي آورد كه بايد حل شود.


1 - دو يا بيشتر از دو توده زير آستانه بحران براي تشكيل توده وراي آستانه بحران بايد در كنار هم آورده شوند كه در اين صورت موقع انفجار به نوترون بيش از اونچه كه هست براي رسيدن به يك واكنش شكافتي، نياز پيدا خواهد شد.


2 - نوترون هاي آزاد بايد در يك توده وراي آستانه بحران القا شوند تا شكافت آغاز شود.


3 - براي جلوگيري از ناكامي بمب بايد هر مقدار ماده كه ممكن هست پيش از انفجار وارد مرحله شكافت شود براي تبديل توده هاي زير آستانه بحران به توده هايي وراي آستانه بحران از دو تكنيك چكاندن ماشه و انفجار از درون هستفاده مي شود.تكنيك چكاندن ماشه ساده ترين راه براي آوردن توده هاي زير بحران به همديگر هست.

بدين صورت كه يك تفنگ توده اي را به توده ديگر شليك مي كند.

يك كره تشكيل شده از اورانيوم 235 به دور يك مولد نوترون ساخته مي شود.

گلوله اي از اورانيوم 235 در يك انتهاي تيوپ درازي كه پشت اون مواد منفجره جاسازي شده، برنامه داده مي شود.كره ياد شده در انتهاي ديگر تيوپ برنامه مي گيرد.

يك حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را براي انفجار چاشني و بروز حوادث زير تشخيص مي دهد:
1 - انفجار مواد منفجره و در نتيجه شليك گلوله در تيوپ
2 - برخورد گلوله به كره و مولد و در نتيجه آغاز واكنش شكافت
3 - انفجار بمب
در پسر بچه بمبي كه در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر هيروشيما انداخته شد، تكنيك چكاندن ماشه به كار رفته بود.

اين بمب 5/14 كيلو تن برابر با 500/14 تن TNT بازده و 5/1 % كارآيي داشت.

يعني پيش از انفجار تنها 5/1 % ازماده مورد نظر شكافت پيدا كرد.


در همان ابتداي پروژه منهتن ، برنامه سري آمريكا در توليد بمب اتمي، دانشمندان فهميدند كه فشردن توده ها به همديگر و به يك كره با هستفاده از انفجار دروني مي تواند راه مناسبي براي رسيدن به توده وراي آستانه بحران باشد.

البته اين تفكر مشكلات زيادي به همراه داشت.

به خصوص اين مسئله مطرح شد كه چگونه مي توان يك موج شوك را به طور يكنواخت، مستقيما طي كره مورد نظر، هدايت و كنترل كرد؟افراد تيم پروژه منهتن اين مشكلات را حل كردند.

بدين صورت، تكنيك انفجار از درون ایجاد شد.

دستگاه انفجار دروني شامل يك كره از جنس اورانيوم 235 و يك بخش به عنوان هسته هست كه از پولوتونيوم 239 تشكيل شده و با مواد منفجره احاطه شده هست.

وقتي چاشني بمب به كار بيفتد حوادث زير رخ مي دهند:
1 - انفجار مواد منفجره موج شوك ايجاد مي كند.


2 - موج شوك بخش هسته را فشرده مي كند.


3 - فرآيند شكافت شروع مي شود.


4 - بمب منفجر مي شود.


در مرد گنده بمبي كه در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر ناكازاكي انداخته شد، تكنيك انفجار از درون به كار رفته بود.

بازده اين بمب 23 كيلو تن و كارآيي اون 17% بود.شكافت معمولا در 560 ميلياردم ثانيه رخ مي دهد.بمب هاي همجوشي: بمب هاي همجوشي كار مي كردند ولي كارآيي بالايي نداشتند.

بمب هاي همجوشي كه بمب هاي ترمونوكلئار هم ناميده مي شوند، بازده و كارآيي به مراتب بالاتري دارند.

براي توليد بمب همجوشي بايد مشكلات زير حل شود:دوتريوم و تريتيوم مواد به كار رفته در سوخت همجوشي هر دو گازند و ذخيره كردنشان دشوار هست.

تريتيوم هم كمياب هست و هم نيمه عمر كوتاهي دارد بنابراين سوخت بمب بايد همواره تكميل و پر شود.دوتريوم و تريتيوم بايد به شدت در دماي بالا براي آغاز واكنش همجوشي فشرده شوند.

در نهايت هستانسيلا اولام دريافت كه بيشتر پرتو به دست آمده از يك واكنش فيزيون، اشعه X هست كه اين اشعه X مي تواند با ايجاد درجه حرارت بالا و فشار زياد مقدمات همجوشي را آماده كند.

بنابراين با به كارگيري بمب شكافتي در بمب همجوشي مشكلات بسياري حل شد.

در يك بمب همجوشي حوادث زير رخ مي دهند:
1 - بمب شكافتي با انفجار دروني ايجاد اشعه X مي كند.


2 - اشعه X درون بمب و در نتيجه سپر جلوگيري كننده از انفجار نارس را گرم مي كند.


3 - گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن اون مي شود.

اين كار باعث ورود فشار به درون ليتيوم - دوتريوم مي شود.


4 - ليتيوم - دوتريوم 30 برابر بيشتر از قبل تحت فشار برنامه مي گيرند.


5 - امواج شوك فشاري واكنش شكافتي را در ميله پولوتونيومي آغاز مي كند.


6 - ميله در حال شكافت از خود پرتو، گرما و نوترون مي دهد.


7 - نوترون ها به سايشان ليتيوم - دوتريوم رفته و با چسبيدن به ليتيوم ايجاد تريتيوم مي كند.


8 - تركيبي از دما و فشار براي وقوع واكنش همجوشي تريتيوم - دوتريوم ودوتريوم - دوتريوم و ايجاد پرتو، گرما و نوترون بيشتر، بسيار مناسب هست.


9 - نوترون هاي آزاد شده از واكنش هاي همجوشي باعث القاي شكافت در قطعات اورانيوم 238 كه در سپر مورد نظر به كار رفته بود، مي شود.


10 - شكافت قطعات اروانيومي ايجاد گرما و پرتو بيشتر مي كند.


11 - بمب منفجر شود.


21:

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



ساختار انفجاري هسته اي
در انفجار هسته اي حرارت و فشار حاصل از اندازه اي هست كه جرم بمب و همه مواد موجود در فضاي مزبور را در اون واحد وقت بصورت توده اي از گاز داغ ، ملتهب و فشرده در آورده و تشكيل گايشان آتشين كه در حدود چند ميليون درجه حرارت هست مي دهد اين گايشان آتشين بلافاصله انبساط كرده و به لايه هاي بالاي جو صعود مي كند.انبساط سريع گايشان 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 اونها ست .



مشخصات انفجاري هسته اي
- در نزديكي انفجار سرعت موج از يك كيلومتر درثانيه يعني هزارها كيلومتر در ساعت بيشتر هست .


- 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 اونها 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 اونها 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 هست مي رسد و پس از يك دقيقه نسبتا سرد شده و روشنايي خود را از دست مي دهد اين وقتي هست كه انفجار 7 كيلو متر صعود كرده هست براي تصور ميزان درخشندگي اون كافيست اشاره كنيم كه :
- از فاصله يكصد كيلومتري از نور خورشيد در وسط روز درخشنده تر هست .


- در پاره اي از آزمايش ها كه در طبقات بالاي جو انجام گرفته نور حاصله از فاصله 1000 كيلومتري محسوم بوده هست كه تحت بعضي واقعيات 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 هست .


- گايشان 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 گايشان 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 سپس انفجار هسته اي
- چنانچه انفجار در سطح زمين يا نزديكي اون اتفاق بيافتد مقدار زيادي خاك و شن و مواد مختلف بخار شده و همراه با گايشان آتشين بالا مي روند يك صدم انرژي سلاح مگاتني در تر كش سطحي كافي هست كه 4000 تن خاك و شن و سنگ را بخار نمايد اين مواد كه بدين ترتيب به داخل گايشان 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 قايشان با انرژي يك ميليون بمب اتمي برابر هست!

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 وواقعيات 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.


22:

بمب اتمی نام رایج وسایل انفجاری هست که در اون‌ها از انرژی آزاد شده در فرآیند شکافت هسته‌ای، یاگداخت هسته‌ای برای تخریب هستفاده می‌شود.

بمب های اتمی که برمبنای گداخت کار می نمايند نسل نوین بمب اتمی هستند و قدرتی بسیار بیشتر از بمب های شکافتی دارند.

مبنای آزاد شدن انرژی در هر دو نوع بمب اتمی تبدیل ماده به انرژی (E = mc2)است اما در بمب های گداختی جرم بیشتری از ماده به انرژی تبدیل می شود.

نخستین بمب اتمی که بمبی پلوتونیومی(از نوع شکافتی) بود در سال ۱۹۴5م در جریان جنگ جهانی دوم در آمریکا ساخته و در شانزدهم ژوئیهء1945م در صحرای آلاموگوردو در نیو مکزیکوی امریکا آزمایش شد.

آمریکا تنها کشوری هست که از بمب اتمی (شکافتی-اورانیومی در هیروشیما وشکافتی - پلوتونیومی در ناگازاکی) هستفاده نظامی کرده هست.

شوروی در سال ۱۹۴۹ دارای بمب اتمی شد.


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


نکاتی در مورد بمب‌ اتمی
منطقه انفجار بمب‌های هسته‌ای به پنج قسمت تقسیم می‌شود:1- منطقه تبخیر 2- منطقه تخریب کلی 3- منطقه آسیب شدید گرمایی 4- منطقه آسیب شدید انفجاری 5- منطقه آسیب شدید باد وآتش.

در منطقه تبخیر درجه حرارتی معادل سیصد میلیون درجه سانتیگراد بوجود می‌‌آید و هر چیزی، از فلز گرفته تا انسان وحیوان، در این درجه حرارت آتش نمیگیرد بلکه بخار می‌شود.

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

اینها همه آثار ظاهری و فوری بمب‌های هسته‌ای هست .

پس از انفجار تا سال‌های طولانی تشعشعات زیانبار رادیواکتیو مانع ادامه حیات موجودات زنده در محل‌های نزدیک به انفجار می‌شود.

پرتو رادیو اکتیو از پرتوهای آلفا، بتا، گاما و تابش نوترونی تشکیل شده هست.

نوع آلفای اون بسیار خطرناک هست ولی توان نفوذ اندکی دارد.

این پرتو در بافت زنده تنها کمتر از 100 میکرون نفوذ می کند اما برای اون ویرانگر هست.

پرتوی گاما از دیوار و سنگ نیز عبور می‌کند.هر 9میلی متر سرب یا هر 25 متر هوا شدت تابش ان را نصف می کند.

این پرتو نیز با توجه به فرکانس بسیار بالا، انرژی بالایی که دارد اگر به بدن انسان برخورد کند از ساختار سلولی اون عبور کرده و در مسیر حرکت خود باعث تخریب ماده دزوکسی ریبو نوکلوئیک اسید یا همان DNA و سرانجام زمینه را برای پیدایش انواع سرطان ها، سندرم‌ها ونقایص غیر قابل درمان دیگر فراهم می‌‌کند وحتی این نقایص به نسل‌های آینده نیز منتقل خواهد شد.

برای جلوگیری از نفوذ تابش گامابه حدود 10 سانتیمتر دیواره سربی نیاز هست.


23:

نايشانسنده: حسام الدين قهرماني - دانشجايشان رشته برق قدرت

اين روزها در مجلات,روزنامه ها,تلايشانزيون وغيره از همه چيز ميشنايشانم ولي بيشتر از همه فعاليت هاي صلح آميزوغير صلح آميز هسته اي هست كه ذهنمان را مشغول ميسازد.در اينجا سعي بر اون هست 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 هست 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 هست.

به اين شكل كه عناصر از اتم ها ساخته شده اند وتشكيل مولكول اون عنصر را ميدهند و اگر اين مولكولها در كنار يكديگربرنامه گيرند ماده بوجود مي آيد.

بسياري از مواد از عناصر مختلف تشكيل شده اند بنابراين اتم هاي مختلفي در اونها وجود دارد.

لازم به ذكر هست قطر اتم 10 به توان منفي ده متر ميباشد واندازه هسته در مركز اتم0001/0 بزرگي اتم كوچكتر هست 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 هست كه مجموع تعداد اونها را عدد اتمي اون عنصر ,وبه اونها نوكلئون ميگايشانند.

لازم به ذكر هست 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 هست 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 اونها به هسته كاهش ميابد(بر پايه مدل اتمي بور).



اما اگر بخواهيم علمي تر بحث كنيم بايد بگوئيم تقريبا سه نيرو در هسته هر اتم وجود داردكه يكي از اونها سعي در انهدام هسته و دو تاي ديگر سعي در پايداري هسته دارند.

اولي نيرايشان كولني يا همان دافعه پروتوني ميباشد , دومي نيرايشان گرانش ناشي از جاذبه بين ذرات جرم دار هست وسومي كه مهمترين دليل جلوگيري از متلاشي شدن هسته ميباشد همان نيرايشان هسته اي هست.

دقت كنيد نيرايشان كولني بسيار ناچيز هست و نميتواند به تنهايي هسته را متلاشي كند و نيرايشان گرانش ذرات نيز بسيار كم ميباشد و توانايي در تعادل نگه داشتن هسته را ندارد,در واقع اين نيرايشان هسته اي هست كه اتم را در تعادل نگه داشته و از واپاشيده شدن نوكلئون ها جلوگيري ميكند.

براي توضيح اين نيرو بايد فرمود اگر فاصله بين پروتون و نوترون از 5 ضربدر 10 به توان منفي 15 متر(5فمتو متر) بيشتر شود نيرايشان هسته اي وجود ندارد , بر عكس اگر اين فاصله از مقدار ياد شده كمتر شود نيرايشان 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 ميگايشاند كه اندازه انرژي آزاد شده برابر هست 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 هست ولي واقعيت اين هست كه چنين چيزي غير ممكن هست !!! چرا ؟

چون بر پايه همان فرمول نسبيت حركت با سرعت نور براي اجسام غير ممكن هست.

براي درك بهتر موضوع فرمول را به شكل ديگري مينايشانسيم : 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 اون انرژي بدهيم و از اونجا 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 هست كه حركت با سرعت نور را براي اجسام غير ممكن ميكند.



قبل از اينكه توضيحات بيشتري داده شود لازم هست 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 اون يك اتم سنگين مانند اورانيوم تبديل به دو اتم سبكتر ميشود .

ايشانا به عبارتي ديگر وقتي كه هسته اي سنگين به دو يا چند هسته با جرم متوسط تجزيه ميشود ميگايشانند شكافت هسته اي رخ داده هست و وقتي هسته اي با عدد اتمي زياد شكافته شود , مقداري از جرم اون ناپديد وبه انرژي تبديل ميشود(طبق قانون نسبيت).



2 - روش همجوشي (گداخت هسته اي) ; كه در اون 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 هست 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 اون گردش كنند يك اتم آلومينيوم را ميسازند .حال اگر ميلياردها عدد از اين اتم ها را در كنار هم برنامه دهيم آلومينيوم را مي سازيم(AL27) كه با اون انواع وسايل نظير قوطي ها و درب وپنجره ها و غيره...

را ميتوان ساخت.



حال اگر همين آلومينيوم را در شيشه اي برنامه دهيم ! وچند ميليون سال به عقب برگرديم اين آلومينيوم هيچ تغييري نخواهد كرد ,پس آلومينيوم عنصري پايدار هست .

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 فرموده مي شود .هر دايشان اونها 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 هست وهر دايشان اونها 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 هست.



1 - هيدروژن معمولي يا نرمال (H1) در هسته اتم حود يك پروتون دارد وبدون هيچ نوتروني.

البته واضح هست چون نيازي نيست تا خاصيت چسبانندگي خود را نشان دهد چرا كه پروتون ديگري وجود ندارد.



2 - هيدروژن دوتريم كه يك پروتون ايشانك نوترون دارد و در طبيعت بسيار نادر هست.

اگرچه عمل اون بسيار شبيه هيدروژن نوع اول هست براي مثال ميتوان از اون آب ساخت اما ميزان بالاي اون سمي هست.



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

3 - ايزوتوپ سوم هيدروژن (تريتيوم) كه شامل دو نوترون و يك پروتون هست.

همان طور كه قبلا فرموده شد اين نوع هيدروژن ناپايدار هست .

يعني اگر مجددا ظرفي برداريم واين بار درون اون را با اين نوع از هيدروژن پر كنيم و يك ميليون سال به عقب برگرديم متوجه ميشايشانم كه ديگر هيدروژني نداريم و همه اون به هليم 3 تبديل شده هست (2 پروتون و يك نوترون) واين ها همه توضيحاتي ساده در مورد پايداري و ناپايداري بود.



در يك پاراگراف ساده ميتوان فرمود 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 اونها هستفاده مي شود را نام ميبريم : اورانيوم و پلوتونيوم.



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



خصوصيات فيزيكي اورانيوم

اورانيوم طبيعي (كه بشكل اكسيد اورانيوم هست) شامل3/99% از ايزوتوپ اورانيوم 238 و7/0% اورانيوم 235است.

كه نوع 235 اون قابل شكافت هست و مناسب براي بمب ها ونيروگاههاي هسته اي هست.

اين عنصر از نظر فراواني در ميان عناصر طبيعي پوسته در رده 48 قراردارد.

از نظر تراكم و چگالي بايد فرمود 6/1 مرتبه متراكم تر از سرب هست.وهمين تراكم باعث سنگين تر شدن اون 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 اون كمتر از 25% ولي بيشتر از7/0% هست كه سوخت بيشتر راكتورهاي تجاري بين 3 تا 5 % اورانيوم 235 هست.



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



و اما منظور از غني سازي اورانيوم چيست؟

بطوربسيار خلاصه غني سازي عبارت هست از انجام عملي كه بواسطه اون مقدار اورانيوم 235 بيشتر شود و مقدار اورانيوم 238 كمتر.

كه پس از جمع آوري اورانيوم 238 ,اون را زباله اتمي مي نامند.



غني سازي اورانيوم به روشهاي مختلفي انجام مي شود كه چند مورد از اون را خدمت شما يادآور مي شايشانم: 1-استفاده از اصل انتشار گازها 2-استفاده از روش -------- 3-استفاده از ميدانهاي مغناطيسي 4- هستفاده 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 برنامه داد ,اونها 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 هست,اين هسته تمايل زيادي دارد كه نوترون كند را به درون خود بكشاند واون 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 وقت لازم براي تحقق هر شكافت 01/0 ثانيه باشدمقدار اورانيوم مصرف شده در طي وقت يك ثانيه در حدود 10به توان 23 كيلوگرم خواهد بود !!! واضح هست كه واكنش زنجيره اي شكافت ميتواند مقادير قابل توجهي از اورانيوم را در مدت وقت ناچيزي به انرزي تبديل كند.با توجه به توضيحات داده شده به وضوح مشخص هست 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 هست كه به حداقل مقدار اورانيومي كه براي فرآيند شكافت لازم هست جرم بحراني يا مقدار بحراني مي گايشانند 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 اون وابسته هست و در نتيجه واكنش متوقف مي شود.

از سايشان 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 وقتي كوتاه اونچنان 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 اونگاه 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 هستفاده 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 هست در دو انتهاي يك هستوانه برنامه 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 هست!!

در عمل براي اونكه 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 هست راكتورهاي هسته اي را چنان طراحي ميكنند كه در اونها واكنش شكافت در واقعياتي نزديك به حالت بحراني تحقق يابد.

قلب راكتور پايه ا متشكل هست از سوخت(در اين مورد اورانيوم 235) كه در هستوانه هاي مخصوص در بسته اي جا سازي شده اند.

اين هستوانه 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 هستفاده برنامه ميگيرد كه متداول ترين اونها عبارتند از:آب,آب سنگين وكربن.

كه در اينجااگر در آب معمولي (H2O) به جاي ايزوتوپ هيدروژن معمولي از ايزوتوپ هيدروژن دوتريم هستفاده 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 برنامه مي گيرند.

اين ميله ها معمولا از ماده اي مانند كادميوم كه نوترون ها را بخوبي جذب ميكند ساخته مي شوند.

براي اونكه آهنگ واكنش افزايش يابد ميله ها را تا حدودي از قلب راكتور بيرون مي آورند ,براي كاستن از سرعت واكنش و يا متوقف ساختن اون,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 هست كه راكتور ها همانند يك كوره عمل كنند وسوختش به جاي گاز,نفت ايشانا 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 اون آب وجود دارد منتقل ميكنند و دراونجا 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 دراونجا در معرض تابش پرتوهاي راديواكتيو برنامه ميگيرد مستلزم مراقبت هاي ايشانژه هست.



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 برنامه بگير آتش نميگيرد بلكه بخار مي شود!!!!

اثرات زيانبار اين انفجار حتي تا شعاع پنجاه كيلومتري وجود دارد و موج انفجار اون كه حامل انرژي زيادي هست 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 اونها 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 هست كه نوع گاماي اون از همه خطرناك تر هست و با توجه به فركانس بسيار بالا ,جرم و انرژي بالايي كه دارد اگر به بدن انسان برخورد كند از ساختار سلولي اون 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 محتايشان مقادير زيادي نوترون پر انرژي ,پرتوهاي گاما,ذرات بتا وهمينطور ذرات ديگر هست.

هر جسمي كه در راكتور گذاشته شود ,تحت بمباران اين همه تابشهاي متنوع برنامه ميگيرد.

يكي از موارد هستعمال تابش راكتور توليد پلوتونيوم 239 هست .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 برنامه مي دهند كه در نتيجه واكنش هايي كه صورت مي گيرد ,اورانيوم239 بوجود مي آيد.اورانيوم 239 ايزوتوپي ناپايدار هست 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 هست اما اين آميزه چون از دو عنصر مختلف تشكيل شده هست ,بروش شيميايي قابل جدا سازي هست.امروزه با هستفاده 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 اون باعث آلودگي آبهاي زير زميني ,زمين هاي كشاورزي و حتي محصولات كشاورزي مي شود ولي با همه اين مضرات اورانيوم عنصري هست ارزشمند;زيرا در كنار همه سواستفاده ها مي توان از اون به نحايشان احسن و مطابق با معيارهاي بشر دوستانه هستفاده نمود.

فراموش نكنيد از اورانيوم و پلوتونيوم مي توان هستفاده 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 هست!!!!!!!!

به نقل ار سي پي اچ


منبع :hessam-ghahramani-el.blogfa.com

24:

احسان عمادى

•چرا اورانيوم و پلوتونيوم؟
ايزوتوپ معمول اورانيوم (اورانيوم ۲۳۸) براى ساخت سلاح اتمى مناسب نيست.

چرا كه با شليك نوترونى به هسته اين ايزوتوپ، احتمال به دام افتادن نوترون و تشكيل اورانيوم ۲۳۹ از احتمال شكافت هسته اى بسيار بيشتر هست.

درحالى كه در اورانيوم ۲۳۵ امكان شكافت هسته اى بيشتر هست.

اما فقط ۷/۰ % اورانيوم موجود در طبيعت، ايزوتوپ ۲۳۵ هست.

به همين خاطر براى تهيه مقدار مورد نياز اورانيوم ۲۳۵ براى ساخت بمب، به مقدار زيادى از اورانيوم طبيعى نياز هست.

در عين حال ايزوتوپ هاى ۲۳۵ و ۲۳۹ اورانيوم به روش هاى شيميايى قابل جداسازى نيستند؛ چرا كه از لحاظ شيميايى يكسانند.

بنابراين دانشمندان پروژه منهتن قبل از ساختن بمب بايد مسئله ديگرى را حل مى كردند؛ جداسازى ايزوتوپ هاى اورانيوم به روش هاى غيرشيميايى.

پژوهش ها همينطور نشان مى داد كه پلوتونيوم ۲۳۹ قابليت شكافت هسته اى بالايى دارد.

گرچه پلوتونيوم ۲۳۹ يك عنصر طبيعى نيست و بايد ساخته شود.

رآكتورهاى هنفورد در واشينگتن به همين منظور ساخته شده اند.


• «پسربچه»:(Little boy) يك بمب شليكى
طرح «پسربچه» شامل تفنگى هست كه توده اى از اورانيوم ۲۳۵ را به سمت توده ديگرى از اين ايزوتوپ شليك مى كند.

به اين ترتيب يك جرم فوق بحرانى توليد مى شود.

نكته پايه ى كه حتماً بايد رعايت شود اين هست كه اين توده ها بايد در وقتى كوتاه تر از حدفاصل بين شكافت هاى خود به خودى در كنار هم نگه داشته شوند.

به محض اينكه دو توده اورانيوم در كنار هم برنامه گرفتند، ناگهان چاشنى توده اى از نوترون ها را توليد مى كند و زنجيره واكنش ها آغاز مى شود.

با ادامه اين زنجيره، انرژى مدام افزايش مى يابد تا بمب به سادگى و خودبه خود منفجر شود.


1- در دنباله پليسه بردارى
۲- مخروط دم
۳- لوله هاى ورود هوا
۴- چاشنى فشار هوا
۵- محفظه پوشش محافظ سربى
۶- بازوى چاشنى
۷- سرانفجارى
۸- چاشنى انفجارى معمول
۹- اورانيوم ۲۳۵ (گلوله)
۱۰- سيلندر توپ
۱۱- اورانيوم ۲۳۵ (هدف) با مخزن
(منعكس كننده نوترون درست اين بالا هست)
۱۲- ميله هاى كنترل فاصله
۱۳- فيوزها




• «مرد چاق»(Fat man) : بمب انفجار درونى
شكافت خودبه خودى پلوتونيوم ۲۳۹ اونقدر سريع هست كه بمب تفنگى (پسربچه) نمى تواند دو توده پلوتونيوم را در وقتى كوتاه تر از حد فاصل شكافت ها كنار هم نگه دارد.

بنابراين براى پلوتونيوم بايد نوع ديگرى از بمب طراحى شود.

قبل از سواركردن بمب، چند نوترون سرگردان رها مى شوند تا زنجيره واكنش پيش رس را آغاز كنند.

اين زنجيره موجب كاهش عظيم انرژى منتشر شده مى شود.

«ست ندرمى ير» (دانشمندى از لس آلاموس) ايده هستفاده از چاشنى هاى انفجارى را براى كمپرس بسيار سريع كره پلوتونيوم مطرح كرد و بسط داد.

با اين روش كره پلوتونيوم به چگالى مناسب بحرانى مى رسد و انفجار هسته اى رخ مى دهد.




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

• بمب انفجار داخلى: بمب كثيف
انفجار درونى كه در واقع عكس انفجار بيرونى هست ماده و انرژى را چگال و متمركز مى كند.

ايشانرانى ساختمان بر اثر انفجار بيرونى باعث مى شود كه ساختمان روى خودش آوار شود.

اصطلاحاً فرموده مى شود كه «ساختمان از درون منفجر شده هست.» انفجار درونى، آوار شدن از داخل هست.

درست مقابل انفجار بيرونى، يك كره توخالى پلوتونيوم مى تواند با چاشنى كروى انفجارى خارجى، از درون منفجر شده و به عنوان ماشه يك بمب شكافت هسته اى به كار رود.

اين بمب هم به نوبه خود مى تواند يك ماشه انفجار داخلى براى يك جور هم جوشى باشد.

در بحث كاايشانتاسيون انفجار درونى يك فرآيند مكثى هست كه ذرات را مجبور به حركت به سمت داخل مى كند (نه حركت به سمت خارج كه مربوط به انفجار بيرونى هست) اين حركت مركزگراى درونى، از يك مسير مستقيم به سمت مركز (مسير شعاعى) پيروى نمى كند، بلكه با چرخش روى يك مسير مارپيچى حركتش را انجام مى دهد.

اين حركت چرخشى ورتكس نام دارد.

در كاايشانتاسيون به خاطر فشار كم، حباب هاى كوچكى از بخار آب در يك سمت پروانه تشكيل مى شود.

با تخريب اين حباب ها، موج هاى ناگهانى محلى شديدى به وجود مى آيد كه سر و صدا توليد مى كند و منجر به شكست محلى در سطح پروانه مى شود.

ادامه اين روند سايش ماده را به دنبال دارد.

مشخصه اصلى ورتكس اين هست كه خارج اون كند و مركز اون تند حركت مى كند.

در ورتكس، آب «از درون منفجر مى شود» ذرات معلقى كه از آب سنگين ترند به مركز جريان كشيده مى شوند، مقاومت اصطكاكى كاهش مى يابد و سرعت جريان زياد مى شود.

*

مراحل انفجار داخلى


۱ ماده منفجر ه اى كه ماده شكافت پذير را در برگرفته هست، مشتعل مى شود.

۲ يك موج ناگهانى تراكمى به سمت داخل شروع به حركت مى كند.

سرعت اين موج ناگهانى از سرعت صوت بيشتر هست و سبب افزايش قابل توجه شار مى رود.

موج در يك لحظه به تمام نقاط روى سطح كروى ماده شكافت پذير در هسته بمب حمله مى كند، فرآيند تراكم آغاز مى شود.

۳ با افزايش چگالى هسته، جرم به حالت بحرانى و سپس فوق بحرانى مى رود كه در اون زنجيره واكنش ها به صورت نهايى زياد مى شود.

۴ اكنون پخش شدن چاشنى به رها شدن نوترون هاى زياد منجر مى شود.

به همين دليل خيلى از توليدات اوليه باى پس مى شوند.۵ زنجيره واكنش ها همچنان ادامه مى يابد.

تا وقتى كه انرژى توليد شده در درون بمب به قدرى بزرگ شود كه فشار درونى (ناشى از انرژى شكافت) به مقدارى بيش از فشار انفجار داخلى و ناشى از موج ناگهانى برسد.۶ با از هم جدا كردن بمب، انرژى منتشر شده در فرآيند شكافت، به اطراف انتقال مى يابد.




•بمب هيدروژنى
بازده هيدروژنى به وسيله مقدار ليتيوم دوترايد (deuteride) و نيز مواد شكافت پذير اضافه كنترل مى شود.

براى تامين نوترون هاى اضافه فرآيند هم جوشى (fusion) معمولاً اورانيوم ۲۳۸ در بخش هاى مختلف بمب به كار مى رود.

اين ماده شكافت پذير اضافه (اورانيوم ۲۳۸) در عين حال تشعشعات اتمى باكيفيت بالا نيز توليد مى كند.



بمب نوترونى

بمب نوترونى يك بمب هيدروژنى هست.

بمب نوترونى به كلى با ساير سلاح هاى اتمى هستاندارد تفاوت دارد.

چرا كه اثرهاى مهلك بمب كه از تشعشعات مضر مى آيد، به خاطر نوترون هايى هست كه خودش رها مى كند.

اين بمب همينطور به نام «سلاح تشعشع اضافه کرده» (enhanced- radiation weapon) شناخته مى شود.اثرات تشعشع اضافه کرده در بمب نوترونى بدين صورت هست كه آثار حرارتى و تخريبى اين بمب نسبت به ساير سلاح هاى اتمى كمتر هست.

به همين دليل ساختارهاى فيزيكى مثل ساختمان ها و مراكز صنعتى كمتر خسارت مى بينند و بمب بيشترين آسيب را به انسان وارد مى كند.

از اونجا كه اثرات تشعشع نوترون با افزايش فاصله به شدت كاهش مى يابد اثر بمب در مناطق نزديك به اون و مراكز دور از اون به وضوح تفاوت دارد.

اين ايشانژگى كاملاً مطلوب كشورهاى عضو پيمان آتلانتيك شمالى (ناتو) هست، چرا كه اونها مى خواهند آمادگى نبرد در مناطق پرازدحام را داشته باشند درحالى كه انواع ديگر انفجارهاى هسته اى، زندگى شهرى و دارايى ها را به خطر مى اندازند بمب نوترونى فقط با زنده ها سر و كار دارد.

روزنامه شرق

25:

واکنشگاه هسته‌ای یا رآکتور اتمی دستگاهی برای انجام واکنشهای هسته‌ای بصورت تنظیم شده و تحت کنترل هست.

این دستگاه در اندازه‌های آزمایشگاهی، برای تولید ایزوتوپهای ویژه مواد پرتوزا (رادیواکتیو) و همینطور پرتو-داروها برای مصارف پزشکی و آزمایشگاهی، و در اندازه‌های صنعتی برای تولید برق ساخته می‌شوند.

واکنشهای هسته‌ای به دو صورت شکافت و همجوشی، بسته به نوع مواد پرتوزا هستفاده شده انجام میگیرند.

واکنشگاه‌ها بسته به اینکه چه نوع کاربردی داشته باشند از یکی از این دو نوع واکنش بهره می‌گیرند.

در واکنشگاه دو میله ماده پرتوزا یکی به‌عنوان سوخت و دیگری به‌عنوان آغازگر بکار می‌رود.

میزان این دو ماده بسته به نوع واکنش، اندازه واکنشگاه و نوع فراورده نهایی بدقت محاسبه و کنترل می‌شود.

در واکنشگاه هسته‌ای همیشه دو عنصر پرتوزا به یک یا چند عنصر پرتوزا دیگر تبدیل می‌شوند که این عناصر بدست آمده یا مورد مصرف صنعتی یا پزشکی دارند و یا بصورت پسماند هسته‌ای نابود می‌شوند.

حاصل این فرایند مقادیر زیادی انرژی هست که بصورت امواج اتمی والکترومغناطیس آزاد می‌گردد.

این امواج شامل ذرات نوترینو، آلفا، بتا، پرتو گاما، امواج نوری و فروسرخ هست که باید بطور کامل کنترل شوند.

امواج آلفا، بتا و گامای تولیدی توسط واکنش هسته‌ای به‌عنوان محرک برای ایجاد واکنشهای هسته‌ای دیگر در رآکتورهای مجاور برای تولید ایزوتوپهای ویژه بکار میروند.

انرژی گرمایشی حاصل از این واکنش و تبدیل این عناصر پرتوزا در واکنشگاه‌های صنعتی برای تولید بخار آب و تولید برق بکار می‌رود.

برای نمونه انرژی حاصل از واکنش یک گرم اورانیوم معادل انرژی گرمایشی یک میلیون لیتر نفت خام هست.

قابل تصور هست که این میزان انرژی با توجه به سطح پایداری ماده پرتوزا در واکنشهای هسته‌ای تا چه میزان مقرون به صرفه خواهد بود.
با این حال مشکلات هستخراج، آماده سازی، نگهداری و ترابری مواد پرتوزای بکار رفته در واکنشگاه‌های تولید برق و دشواری‌های زیستبومی که این واکنشگاه‌ها ایجاد می‌نمايند باعث عدم افزایش گرایش بشر به تولید برق از طریق این انرژی شده هست.

باید توجه داشت که میزان تابش در اطراف واکنشگاه‌های هسته‌ای به اندازه‌ای بالاست که امکان زیست برای موجودات زنده در پیرامون واکنشگاه‌ها وجود ندارد.

به همین دلیل برای هریک از رآکتورهای هسته‌ای پوششهای بسیار ضخیمی از بتن همراه با فلزات سنگین برای جلوگیری از نشت امواج الکترومغناطیس به بیرون ساخته می‌شود.

بدون این پوششها تا کیلومترها پیرامون واکنشگاه، سکونت‌پذیر برای موجودات زنده نخواهد بود.

مشکلاتی که نشت مواد پرتوزا از واکنشگاه نیروگاه اتمی چرنوبیل در دهه ۸۰ میلادی بوجود آورد خود گواهی بر این مدعاست.

کاربرد تابش‌های پرتوزا
بسیاری از محصولات تولیدی واکنش شکافت هسته‌ای شدیدا ناپایدارند و در نتیجه، قلب راکتور محتوی مقادیر زیادی نوترون پر انرژی، پرتوهای گاما، ذرات بتا وهمچنین ذرات دیگر هست.

هر جسمی که در راکتور گذاشته شود، تحت بمباران این همه تابشهای متنوع برنامه می‌گیرد.

یکی از موارد هستعمال تابش راکتور تولید پلوتaaونیوم ۲۳۹ هست .این ایزوتوپ که نیمه عمری در حدود ۲۴۰۰۰ سال دارد به مقدار کمی در زمین یافت می‌شود.

پلوتونیوم ۲۳۹ از لحاظ قابلیت شکافت خاصیتی مشابه اورانیوم دارد.

برای تولید پلوتونیوم ۲۳۹، ابتدا اورانیوم ۲۳۸ را در قلب راکتور برنامه می‌‌دهند که در نتیجه واکنش‌هایی که صورت می‌‌گیرد اورانیوم ۲۳۹ بوجود می‌‌آید.

اورانیوم ۲۳۹ ایزوتوپی ناپایدار هست که با نیمه عمری در حدود ۲۴ دقیقه، از طریق گسیل ذره بتا، به نپتونیوم ۲۳۹ تبدیل می‌شود.

نپتونیوم ۲۳۹ نیز با نیمه عمر ۲/۴ روز و گسیل ذره بتا واپاشیده و به محصول نهایی یعنی پلوتونیوم ۲۳۹ تبدیل می‌شود.

در این حالت پلوتونیوم ۲۳۹ همچنان با مقادیری اورانیوم ۲۳۸ آمیخته هست اما این آمیزه چون از دو عنصر مختلف تشکیل شده هست، بروش شیمیایی قابل جدا سازی هست.

امروزه با هستفاده از تابش راکتور صدها ایزوتوپ مفید می‌توان تولید کرد که بسیاری از این ایزوتوپ‌های مصنوعی را در پزشکی بکار میبریم.

آثار زیانبار انفجارهای اتمی و تشعشعات ناشی از اون باعث آلودگی آبهای زیرزمینی، زمین‌های کشاورزی و حتی محصولات کشاورزی می‌شود ولی با همه این مضرات اورانیوم عنصری هست ارزشمند، زیرا در کنار همه سواستفاده‌ها می‌‌توان از اون به نحوی احسن و مطابق با معیارهای بشر دوستانه هستفاده نمود.

فراموش نکنید از اورانیوم و پلوتونیوم می‌‌توان هستفاده‌های صلح آمیز نیز داشت چرا که از انرژی یک کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ می‌‌توان چهل هزار کیلو وات ساعت الکتریسیته تولید کرد که معادل مصرف ده تن ذغال سنگ یا ۵۰۰۰۰ گالن نفت هست.


26:

تاريخچه بمب اتم

قبه دود يك بمب اتمي

هانري بكرل اولينكسي بود كه متوجه پرتودهي عجيب سنگ معدن اورانيم گرديدبس ازان در سال 1909 ميلادي ارنست رادرفوردهسته اتم را كشف كردايشان همينطور نشان دادكه پرتوهاي راديواكتيودر ميدان مغناطيسي به سه دسته تقيسيم مي شود( پرتوهاي الفا وبتا وگاما)بعدها دانشمندان دريافتند كه منشاء اين پرتوها درون هسته اتم اورانيم مي باشد.



در سال 1938 با انجام ازمايشاتي توسط دو دانشمند ا لماني بنامهاي ا توها ن و فريتس شتراسمن فيزيك هسته اي پاي به مرحله تازه اي نهاد اين فيزيكدانان با بمباران هسته اتم اورانيم بوسيله نوترونها به عناصر راديواكتيايشان دست يافتندكه جرم اتمي كوچكتري نسبت به اورانيم داشت او براي توصيف علت ايجاد اين عناصرليزه ميتنرو اتو فريش پديده شكافت هسته رادر اورانيم تو ضيح دادندودر اينجا بود كه نا قوس شوم اختراع بمب اتمي به صدا در امد.



U235 + n -> fission + 2 or 3 n + 200 MeV

زيرا همانطور كه در شكل فوق مي بينيد هر فروپاشي هسته اورانيم0 ميتوانست تا 200 مگاولت انرژي ازاد كند وبديهي بود اگر هسته هاي بيشتري فرو پاشيده مي شد انرژي فراواني حاصل مي گرديد.



بعدها فيزيكدانان ديگري نيز در اين محدوده به تحقيق مي پرداختند يكي ازانان انريكو فرمي بود( 1954 - 1901) كه بخاطر تحقيقاتش در سال 1938 موفق به دريافت جايزه نوبل گرديد.



در سال 1939 يعني قبل از شروع جنگ جهاني دوم در بين فيزيكدانان اين بيم وجود داشت كه المانيهابه كمك فيزيكدانان نابغه اي مانند هايزنبرگ ودستيارانش بتوانند با هستفاده از دانش شكافت هسته اي بمب اتمي بسازندبه همين دليل از البرت انيشتين خواستند كه نامه اي به فرانكلين روزولت رئيس جمهوروقت امريكا بنايشانسددر ان نامه تاريخي از امكان ساخت بمبي صحبت شد كه هر گز هايزنبرگ ان را نساخت.



چنين شدكه دولتمردان امريكا براي پيشدستي برالمان پروژه مانهتن را براه انداختندو از انريكو فرمي دعوت به عمل اوردند تا مقدمات ساخت بمب اتمي را فراهم سازد سه سال بعددر دوم دسامبر 1942 در ساعت 3 سپس ظهر اولينراكتور اتمي دنيا در دانشگاه شيكاگو امريكا ساخته شد.



سپس در 16 ژوئيه 1945 اولينازمايش بمب اتمي در صحراي الامو گرودو نيو مكزيكو انجام شد.



سه هفته بعد هيروشيمادرساعت 8:15 صبح در تاريخ 6 اگوست 1945 بوسيله بمب اورانيمي بمباران گردييد و ناكازاكي در 9 اگوست سال 1945 در ساعت حدود 11:15 بوسيله بمب پلوتونيمي بمباران شدند كه طي ان بمبارانها صدها هزار نفر فورا جان باختند.



انريكو فرمي (صف جلو نفر اول سمت چپ) و همكارانش در شيكاگو پس از ساخت اولينراكتور هسته اي جهان به اميد انكه از راكتور هسته اي تنها در اهداف صلح اميز هستفاده شود و دنيا عاري از سلاحهاي اتمي گردد

ليزه ميتنر ( مادر انرژي اتمي)

ليزه در سال 1878 در يك خانواده هشت نفري بدنيا امد ايشان سومين فرزند خانواده بود باو جود تمامي مشكلاتي كه بر سر راه ايشان بخاطر زن بودنش بود در سال 1901 وارد دانشگاه ايشانن شد و تحت نظارت بولتزمن كه يكي از فيزيكدانان بنام دنيا بود فيزيك را اموخت .

ليزه توانست در سال 1907 به درجه دكتر نايل گردد و سپس راهي برلين گرديد تا در دانشگاهي كه ماكس پلا نك رياست بخش فيزيك ان را بر عهده داشت به مطالعه و تحقيق بپردازد بيشتر كارهاي تحقيقاتي ايشان در همين دانشگاه بود ايشان هيچگونه علاقه اي به سياست نداشت و لي به علت دخالتهاي روزن افزون ارتش نازي مجبور به ترك برلين گرديد ودر سال 1938 به يك انستيتو در هستكهلم رفت .

ليزه ميتنر به همراه همكارش اتو فريش اولين كساني بودند كه شكافت هسته را توضيح دادند انان در سال 1939 در مجله طبيعت مقاله معروف خود را در مورد شكافت هسته اي دادند وبدين ترتيب راه را براي هستفاده از انرژي گشودند به همين دليل پس از جنگ جهاني دوم به ميتنر لقب مادر بمب اتمي داده شد ولي چون ايشان نمي خواست از كشفش بعنوان بمبي هولناك هستفاده گردد بهتر هست به ليزه لقب مادر انرژي اتمي داده شود.



منبع : khayam.persianblog.com

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

27:

از بمب اتم بيشتر بدانيم
هانري بكرل اولينكسي بود كه متوجه پرتودهي عجيب سنگ معدن اورانيم گرديد پس از ان در سال 1909 ميلادي ارنست رادرفورد هسته اتم را كشف كرد.

ايشان همينطور نشان دادكه پرتوهاي راديواكتيو در ميدان مغناطيسي به سه دسته تقيسيم مي شود( پرتوهاي الفا و بتا وگاما) بعدها دانشمندان دريافتند كه منشاء اين پرتوها درون هسته اتم اورانيم مي باشددر سال 1938 با انجام ازمايشاتي توسط دو دانشمند الماني بنامهاي اتوهان و فريتس شتراسمن فيزيك هسته اي پاي به مرحله تازه اي نهاد اين فيزيكدانان با بمباران هسته اتم اورانيم بوسيله نوترونها به عناصر راديواكتيايشان دست يافتند كه جرم اتمي كوچكتري نسبت به اورانيم داشت و در اينجا بود كه نا قوس شوم اختراع بمب اتمي به صدا در امد.

زيرا هر فروپاشي هسته اورانيم ميتوانست تا 200 مگاولت انرژي ازاد كند وبديهي بود اگر هسته هاي بيشتري فرو پاشيده مي شد انرژي فراواني حاصل مي گرديد.



بعدها فيزيكدانان ديگري نيز در اين محدوده به تحقيق مي پرداختند يكي از انان انريكو فرمي بود( 1954 - 1901) كه بخاطر تحقيقاتش در سال 1938 موفق به دريافت جايزه نوبل گرديد.در سال 1939 يعني قبل از شروع جنگ جهاني دوم در بين فيزيكدانان اين بيم وجود داشت كه المانيهابه كمك فيزيكدانان نابغه اي مانند هايزنبرگ ودستيارانش بتوانند با هستفاده از دانش شكافت هسته اي بمب اتمي بسازندبه همين دليل از البرت انيشتين خواستند كه نامه اي به فرانكلين روزولت رئيس جمهور وقت امريكا بنايشانسد در ان نامه تاريخي از امكان ساخت بمبي صحبت شد كه هر گز هايزنبرگ ان را نساخت.چنين شدكه دولتمردان امريكا براي پيشدستي برالمان پروژه مانهتن را براه انداختندو از انريكو فرمي دعوت به عمل اوردند تا مقدمات ساخت بمب اتمي را فراهم سازد سه سال بعددر دوم دسامبر 1942 در ساعت 3 سپس ظهر اولينراكتور اتمي دنيا در دانشگاه شيكاگو امريكا ساخته شد.سپس در 16 ژوئيه 1945 اولينازمايش بمب اتمي در صحراي الامو گرودو نيو مكزيكو انجام شد.سه هفته بعد هيروشيما درساعت 8:15 صبح در تاريخ 6 اگوست 1945 بوسيله بمب اورانيمي بمباران گردييد و ناكازاكي در 9 اگوست سال 1945 بمباران شدند كه طي ان صدها هزار نفر فورا جان باختند.



بمبهاي هسته اي چگونه ساخته ميشوند؟

بمبهاي هسته اي به دو شكل ساخته مي شوند.

بمبهاي شكافتي (اتمي) و بمبهاي همجوشي (هيدروژني).

در حاليكه جزئيات اين بمبها محرمانه هست ولي نكات پايه ي اونها قابل دسترس هست.

سوخت در يك بمب شكافتي مشتمل بر اورانيوم 235 و پلوتونيم 239 ي تقريبا خالص هست كه هر دو هسته هاي شكافت پذيري دارند.

يك تكه ي كوچك از چنين ماده اي نمي تواند منفجر شود زيرا تعداد بسيار زيادي از نوترونها فرار مي كنند.

ولي در يك جرم به قدر كافي بزرگ (بحراني) واكنش زنجيره اي صورت مي گيرد.

يك نوترون اوليه ي اتفاقي باعث شروع شكافت خواهد شد...

يك بمب نوعي تقريبا 10 به توان 24 نوترون در كمتر از ده به توان 7- ثانيه آزاد مي كند كه باعث گرماي بسيار شديد مي شود.

همجوشي فرق دارد.

همجوشي وقتي رخ مي دهد كه دو هسته ي سبك را اونقدر به هم نزديك كنيم كه در حوزه ي عمل جاذبه ي متقابل نيرايشان هسته اي قايشان برنامه گيرند.

از اون به بعد به شدت هم را جذب مي كنند و اتمي سنگين تر توليد مي كنند و مقداري انرژي آزاد مي كنند.

همجوشي را مي توان در محيط پلاسمايي بوجود آورد و اخيرا با ليزر هم اين كار را مي كنند.

در اين همجوشي قرصهاي كوچكي از دوتريم و ترتيم (عناصري سبك كه همخانواده ي هيدروژنند) را بوسيله فوجهاي ليزري پرقدرت گرم مي كنند.

اگر توان ليزرها كم باشد انفجارهاي كوچكي در اين قرصهاي كوچك رخ مي دهد.

اما اگر قدرت بالا باشد و در وقت كوتاه اثر كنند همجوشي رخ مي دهد.

توان اين نوع ليزرها بيش از توان نيرايشان برق آمريكاست.

پس تهيه اش بسيار سخت هست .



اختراع بمب اتم

در طول جنگ جهانى دوم شاهد نوآورى تسليحاتى از جانب دولتهاى درگير در جنگ مى‏باشيم، سه دولت عمده‏اى كه داراى مراكز تحقيقات هستراتژيك و لابراتورهاى معظم تحقيقاتى بودند، عبارتند بودند از ژاپن، آلمان، آمريكا.

ژاپن به دنبال توسعه سلاح‏هاى شيميايى بود كه در اين زمينه موفقيت چنداني به دست نمى‏آورد.آلمان‏ها داراى مركز تحقيقاتى «پينامون» بودند كه موفق به اختراع سلاحى نو در تابستان 1940 مى‏شوند، اين سلاح موشك بود كه در طول جنگ آلمان‏ها عليه انگلستان از خاك فرانسه ي اشغال شده به كار مى‏بردند.

اولين موشكها در تابستان 1940 بود كه با پشت سر گذاشتن كانال مانش به خاك انگلستان اصابت مى‏كرد.

تا مدت‏ها انلگيسيها اختراع چنين سلاحى را باور نمى‏كردند.

مخترع موشك «فون براون» آلمانى بود و اولين موشك‏ها VI و VII نام داشتند.

اما در رابطه با تحقيقات مربوط به شكافتن هسته اتم، على رغم تبليغات متفقين كه به بزرگ نمايى خطر اتمى آلمان مى‏پرداختند، نازى‏ها در اين خصوص موفقيتى به دست نياورده و پس از شكست آلمان مشخص مى‏شود كه اونها در مرحله ابتدايى ساخت بمب اتم برنامه داشتند.



مركز سوم، آمريكا بود.

آمريكا با هستفاده از امتياز منحصر به فرد دور بودن از صحنه جنگ و مصونيت از بمباران و ايشانرانى، در سال 1943 پروژه مانهتن را در صحراى لوس آلاموس (Los Alamos) در ايالت نيومكزيكو، شكل مي دهد.

رياست اين پروژه اتمى، با پروفسور «اوپن هايمر» بود و دانشمندان غير اروپايى مانند «فرمى» و ...

در اين پروژه نقش داشتند.

رياست اين پروژه با يك ژنرال سه ستاره، به نام «گروز» بود كه به طور مرتب، واشنگتن را از پيشرفت كار مطلع مى‏ساخت.

يكي از ايشانژگي هاي پروژه مانهتن، هزينه بسيار بالاي اون بود (25 ميليارد دلار) كه در وقت جنگ هيچ دولتى چنين بودجه‏اى را نداشت.

سرانجام در حالى كه در 8 مى 1945 آلمان تسليم مى‏شود و جنگ اروپا به پايان مى‏رسد، فاتحين كنفرانس پوتست دام را به منظور تعيين سرنوشت آلمان تشكيل مى‏دهند، پوتست دام يك منطقه ييلاقى در نزديك برلين بود كه با توجه به اينكه برلين اونقدر ايشانران شده بود، حتي ساختمان درخوري در اين شهر نبود كه در اون اجلاس انجام شود.

در بين كنفرانس، هرى ترومن، رئيس جمهور آمريكا، تلگراف رمزى، تحت عنوان «نوزاد متولد شد»، دال بر به ثمر رسيدن پروژه مانهتن دريافت مى‏كند.

اين پروژه موفق به ساخت اولين بمبى مى‏شود كه در 16 ژوئيه 1945 مورد تست برنامه مى‏گيرد.

اوپن هايمر و ديگران، در بونكرى تجمع كرده بودند و آزمايش را مورد بررسى برنامه مى‏دهند كه ظاهرا همانجا اوپن هايمر پشيمان مى‏شود.

در اواخر جولاى، رئيس جمهور آمريكا، دستور به كار بردن اين سلاح جديد را عليه ژاپن براى تاريخ سپس 2 اوت صادر مى‏كند؛ 5 شهر ژاپن به ترتيب اولايشانت براى واشنگتن در ليست برنامه مى‏گيرند: توكيو، كيوتو، هيروشيما، ناگايشانا، ناكازاكى.




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

28:

ساختار نيروگاه هاي اتمي جهان

برحسب نظريه اتمي عنصر عبارت هست از يك جسم خالص ساده كه با روش هاي شيميايي نمي توان اون را تفكيك كرد.

از تركيب عناصر با يكديگر اجسام مركب به وجود مي آيند.

تعداد عناصر شناخته شده در طبيعت حدود 92 عنصر هست.



هيدروژن اولين و ساده ترين عنصر و پس از اون هليم، كربن، ازت، اكسيژن و...

فلزات رايشان، مس، آهن، نيكل و...

و بالاخره آخرين عنصر طبيعي به شماره 92، عنصر اورانيوم هست.

بشر توانسته هست به طور مصنوعي و به كمك واكنش هاي هسته اي در راكتورهاي اتمي و يا به كمك شتاب دهنده هاي قايشان بيش از 20 عنصر ديگر بسازد كه تمام اون ها ناپايدارند و عمر كوتاه دارند و به سرعت با انتشار پرتوهايي تخريب مي شوند.

اتم هاي يك عنصر از اجتماع ذرات بنيادي به نام پرتون، نوترون و الكترون تشكيل يافته اند.

پروتون بار مثبت و الكترون بار منفي و نوترون فاقد بار هست.



تعداد پروتون ها نام و محل برنامه گرفتن عنصر را در جدول تناوبي (جدول مندليف) مشخص مي كند.

اتم هيدروژن يك پروتون دارد و در خانه شماره 1 جدول و اتم هليم در خانه شماره 2، اتم سديم در خانه شماره 11 و...

و اتم اورانيوم در خانه شماره 92 برنامه دارد.

يعني داراي 92 پروتون هست.



ايزوتوپ هاي اورانيوم

تعداد نوترون ها در اتم هاي مختلف يك عنصر همواره يكسان نيست كه براي مشخص كردن اونها از كلمه ايزوتوپ هستفاده مي شود.

بنابراين اتم هاي مختلف يك عنصر را ايزوتوپ مي گايشانند.

مثلاً عنصر هيدروژن سه ايزوتوپ دارد: هيدروژن معمولي كه فقط يك پروتون دارد و فاقد نوترون هست.

هيدروژن سنگين يك پروتون و يك نوترون دارد كه به اون دوتريم گايشانند و نهايتاً تريتيم كه از دو نوترون و يك پروتون تشكيل شده و ناپايدار هست و طي وقت تجزيه مي شود.



ايزوتوپ سنگين هيدروژن يعني دوتريم در نيروگاه هاي اتمي كاربرد دارد و از الكتروليز آب به دست مي آيد.

در جنگ دوم جهاني آلماني ها براي ساختن نيروگاه اتمي و تهيه بمب اتمي در سوئد و نروژ مقادير بسيار زيادي آب سنگين تهيه كرده بودند كه انگليسي ها متوجه منظور آلماني ها شده و مخازن و دستگاه هاي الكتروليز اونها را نابود كردند.



غالب عناصر ايزوتوپ دارند از اون جمله عنصر اورانيوم، چهار ايزوتوپ دارد كه فقط دو ايزوتوپ اون به علت داشتن نيمه عمر نسبتاً بالا در طبيعت و در سنگ معدن يافت مي شوند.

اين دو ايزوتوپ عبارتند از اورانيوم 235 و اورانيوم 238 كه در هر دو 92 پروتون وجود دارد ولي اولي 143 و دومي 146 نوترون دارد.

اختلاف اين دو فقط وجود 3 نوترون اضافي در ايزوتوپ سنگين هست ولي از نظر خواص شيميايي اين دو ايزوتوپ كاملاً يكسان هستند و براي جداسازي اونها از يكديگر حتماً بايد از خواص فيزيكي اونها يعني اختلاف جرم ايزوتوپ ها هستفاده كرد.

ايزوتوپ اورانيوم 235 شكست پذير هست و در نيروگاه هاي اتمي از اين خاصيت هستفاده مي شود و حرارت ايجاد شده در اثر اين شكست را تبديل به انرژي الكتريكي مي نمايند.

در واقع ورود يك نوترون به درون هسته اين اتم سبب شكست اون شده و به ازاي هر اتم شكسته شده 200 ميليون الكترون ولت انرژي و دو تكه شكست و تعدادي نوترون حاصل مي شود كه مي توانند اتم هاي ديگر را بشكنند.

بنابراين در برخي از نيروگاه ها ترجيح مي دهند تا حدي اين ايزوتوپ را در مخلوط طبيعي دو ايزوتوپ غني كنند و بدين ترتيب مسئله غني سازي اورانيوم مطرح مي شود.



ساختار نيروگاه اتمي

به طور خلاصه چگونگي كاركرد نيروگاه هاي اتمي را بيان كرده و ساختمان دروني اونها را مورد بررسي برنامه مي دهيم.



طي سال هاي گذشته اغلب كشورها به هستفاده از اين نوع انرژي هسته اي تمايل داشتند و حتي دولت ايران 15 نيروگاه اتمي به كشورهاي آمريكا، فرانسه و آلمان سفارش داده بود.

ولي خوشبختانه سپس وقوع دو حادثه مهم تري ميل آيلند (Three Mile Island) در 28 مارس 1979 و فاجعه چرنوبيل (Tchernobyl) در روسيه در 26 آوريل 1986، نظر افكار عمومي نسبت به كاربرد اتم براي توليد انرژي تغيير كرد و ترس و وحشت از جنگ اتمي و به خصوص امكان تهيه بمب اتمي در جهان سوم، كشورهاي غربي را موقتاً مجبور به تجديدنظر در برنامه هاي اتمي خود كرد.



نيروگاه اتمي در واقع يك بمب اتمي هست كه به كمك ميله هاي مهاركننده و خروج دماي دروني به وسيله مواد خنك كننده مثل آب و گاز، تحت كنترل درآمده هست.

اگر روزي اين ميله ها و يا پمپ هاي انتقال دهنده مواد خنك كننده وظيفه خود را درست انجام ندهند، سوانح متعددي به وجود مي آيد و حتي ممكن هست نيروگاه نيز منفجر شود، مانند فاجعه نيروگاه چرنوبيل شورايشان.

يك نيروگاه اتمي متشكل از مواد مختلفي هست كه همه اونها نقش پايه ي و مهم در تعادل و ادامه حيات اون را دارند.

اين مواد عبارت اند از:

1- ماده سوخت متشكل از اورانيوم طبيعي، اورانيوم غني شده، اورانيوم و پلوتونيم هست.



عمل سوختن اورانيوم در داخل نيروگاه اتمي متفاوت از سوختن زغال يا هر نوع سوخت فسيلي ديگر هست.

در اين پديده با ورود يك نوترون كم انرژي به داخل هسته ايزوتوپ اورانيوم 235 عمل شكست انجام مي گيرد و انرژي فراواني توليد مي كند.

سپس ورود نوترون به درون هسته اتم، ناپايداري در هسته به وجود آمده و سپس لحظه بسيار كوتاهي هسته اتم شكسته شده و تبديل به دوتكه شكست و تعدادي نوترون مي شود.

تعداد متوسط نوترون ها به ازاي هر 100 اتم شكسته شده 247 عدد هست و اين نوترون ها اتم هاي ديگر را مي شكنند و اگر كنترلي در مهار كردن تعداد اونها نباشد واكنش شكست در داخل توده اورانيوم به صورت زنجيره اي انجام مي شود كه در وقتي بسيار كوتاه منجر به انفجار شديدي خواهد شد.



در واقع ورود نوترون به درون هسته اتم اورانيوم و شكسته شدن اون توام با انتشار انرژي معادل با 200 ميليون الكترون ولت هست اين مقدار انرژي در سطح اتمي بسيار ناچيز ولي در مورد يك گرم از اورانيوم در حدود صدها هزار مگاوات هست.

كه اگر به صورت زنجيره اي انجام شود، در كمتر از هزارم ثانيه مشابه بمب اتمي عمل خواهد كرد.

اما اگر تعداد شكست ها را در توده اورانيوم و طي وقت محدود كرده به نحايشان كه به ازاي هر شكست، اتم بعدي شكست حاصل كند واقعيات يك نيروگاه اتمي به وجود مي آيد.

به عنوان مثال نيروگاهي كه داراي 10 تن اورانيوم طبيعي هست قدرتي معادل با 100 مگاوات خواهد داشت و به طور متوسط 105 گرم اورانيوم 235 در روز در اين نيروگاه شكسته مي شود و همان طور كه قبلاً فرموده شد در اثر جذب نوترون به وسيله ايزوتوپ اورانيوم 238 اورانيوم 239 به وجود مي آمد كه سپس دو بار انتشار پرتوهاي بتا (يا الكترون) به پلوتونيم 239 تبديل مي شود كه خود مانند اورانيوم 235 شكست پذير هست.

در اين عمل 70 گرم پلوتونيم حاصل مي شود.

ولي اگر نيروگاه سورژنراتور باشد و تعداد نوترون هاي موجود در نيروگاه زياد باشند مقدار جذب به مراتب بيشتر از اين خواهد بودو مقدار پلوتونيم هاي به وجود آمده از مقدار اونهايي كه شكسته مي شوند بيشتر خواهند بود.

در چنين حالتي سپس پياده كردن ميله هاي سوخت مي توان پلوتونيم به وجود آمده را از اورانيوم و فرآورده هاي شكست را به كمك واكنش هاي شيميايي بسيار ساده جدا و به منظور تهيه بمب اتمي ذخيره كرد.



2- نرم كننده ها موادي هستند كه برخورد نوترون هاي حاصل از شكست با اونها الزامي هست و براي كم كردن انرژي اين نوترون ها به كار مي روند.

زيرا احتمال واكنش شكست پي در پي به ازاي نوترون هاي كم انرژي بيشتر مي شود.

آب سنگين (D2O) يا زغال سنگ (گرافيت) به عنوان نرم كننده نوترون به كار برده مي شوند.



3- ميله هاي مهاركننده: اين ميله ها از مواد جاذب نوترون درست شده اند و وجود اونها در داخل رآكتور اتمي الزامي هست و مانع افزايش ناگهاني تعداد نوترون ها در قلب رآكتور مي شوند.

اگر اين ميله ها كار اصلي خود را انجام ندهند، در وقتي كمتر از چند هزارم ثانيه قدرت رآكتور چند برابر شده و حالت انفجاري يا ديورژانس رآكتور پيش مي آيد.

اين ميله ها مي توانند از جنس عنصر كادميم و يا بور باشند.



4- مواد خنك كننده يا انتقال دهنده انرژي حرارتي: اين مواد انرژي حاصل از شكست اورانيوم را به خارج از رآكتور انتقال داده و توربين هاي مولد برق را به حركت در مي آورند و پس از خنك شدن مجدداً به داخل رآكتور برمي گردند.

البته مواد در مدار بسته و محدودي عمل مي كنند و با خارج از محيط رآكتور تماسي ندارند.

اين مواد مي توانند گاز CO2 ، آب، آب سنگين، هليم گازي و يا سديم مذاب باشند.



غني سازي اورانيم

سنگ معدن اورانيوم موجود در طبيعت از دو ايزوتوپ 235 به مقدار 7/0 % و اورانيوم 238 به مقدار 3/99 % تشكيل شده هست.

سنگ معدن را ابتدا در اسيد حل كرده و سپس تخليص فلز، اورانيوم را به صورت تركيب با اتم فلئور (F) و به صورت مولكول اورانيوم هكزا فلورايد UF6 تبديل مي كنند كه به حالت گازي هست.

سرعت متوسط مولكول هاي گازي با جرم مولكولي گاز نسبت عكس دارد اين پديده را گراهان در سال 1864 كشف كرد.

از اين پديده كه به نام ديفوزيون گازي مشهور هست براي غني سازي اورانيوم هستفاده مي كنند.در عمل اورانيوم هكزا فلورايد طبيعي گازي شكل را از ستون هايي كه جدار اونها از اجسام متخلخل (خلل و فرج دار) درست شده هست عبور مي دهند.

منافذ موجود در جسم متخلخل بايد قدري بيشتر از شعاع اتمي يعني در حدود 5/2 انگشترم (000000025/0 سانتيمتر) باشد.

ضريب جداسازي متناسب با اختلاف جرم مولكول ها هست.روش غني سازي اورانيوم تقريباً مطابق همين اصولي هست كه در اينجا فرموده شد.

با وجود اين مي توان به خوبي حدس زد كه پرخرج ترين مرحله تهيه سوخت اتمي همين مرحله غني سازي ايزوتوپ ها هست زيرا از هر هزاران كيلو سنگ معدن اورانيوم 140 كيلوگرم اورانيوم طبيعي به دست مي آيد كه فقط يك كيلوگرم اورانيوم 235 خالص در اون وجود دارد.

براي تهيه و تغليظ اورانيوم تا حد 5 % حداقل 2000 برج از اجسام خلل و فرج دار با ابعاد نسبتاً بزرگ و پي درپي لازم هست تا نسبت ايزوتوپ ها تا از برخي به برج ديگر به مقدار 01/0 % تغيير پيدا كند.

در نهايت موقعي كه نسبت اورانيوم 235 به اورانيوم 238 به 5 % رسيد بايد براي تخليص كامل از سانتريفوژهاي بسيار قايشان هستفاده نمود.

براي ساختن نيروگاه اتمي، اورانيوم طبيعي و يا اورانيوم غني شده بين 1 تا 5 % كافي هست.

ولي براي تهيه بمب اتمي حداقل 5 تا 6 كيلوگرم اورانيوم 235 صد% خالص نياز هست.



عملا در صنايع نظامي از اين روش هستفاده نمي شود و بمب هاي اتمي را از پلوتونيوم 239 كه سنتز و تخليص شيميايي اون بسيار ساده تر هست تهيه مي كنند.

عنصر اخير را در نيروگاه هاي بسيار قايشان مي سازند كه تعداد نوترون هاي موجود در اونها از صدها هزار ميليارد نوترون در ثانيه در سانتيمتر مربع تجاوز مي كند.

عملاً كليه بمب هاي اتمي موجود در زراد خانه هاي جهان از اين عنصر درست مي شود.روش ساخت اين عنصر در داخل نيروگاه هاي اتمي به صورت زير هست: ايزوتوپ هاي اورانيوم 238 شكست پذير نيستند ولي جاذب نوترون كم انرژي (نوترون حرارتي هستند.

تعدادي از نوترون هاي حاصل از شكست اورانيوم 235 را جذب مي كنند و تبديل به اورانيوم 239 مي شوند.

اين ايزوتوپ از اورانيوم بسيار ناپايدار هست و در كمتر از ده ساعت تمام اتم هاي به وجود آمده تخريب مي شوند.

در درون هسته پايدار اورانيوم 239 يكي از نوترون ها خودبه خود به پروتون و يك الكترون تبديل مي شود.بنابراين تعداد پروتون ها يكي اضافه شده و عنصر جديد را كه 93 پروتون دارد نپتونيم مي نامند كه اين عنصر نيز ناپايدار هست و يكي از نوترون هاي اون خود به خود به پروتون تبديل مي شود و در نتيجه به تعداد پروتون ها يكي اضافه شده و عنصر جديد كه 94 پروتون دارد را پلوتونيم مي نامند.

اين تجربه طي چندين روز انجام مي گيرد.




منبع :روزنامه شرق & mollasadra

29:

چرخه سوخت هسته اى و اجزاى تشكيل دهنده اون

انرژى هسته اى با توجه به ايشانژگى هاى حيرت انگيزش در آزادسازى حجم بالايى از انرژى در قبال از ميان رفتن مقادير ناچيزى از جرم، به عنوان جايگزين سوخت هاى پيرفسيلى كه ناجوانمردانه در حال بلعيده شدن هستند، مطرح شده هست.

ايران نيز با وجود منابع گسترده نفت و گاز به دليل كاربردهاى بهترى كه سوخت هاى فسيلى نسبت به سوزانده شدن در كوره ها و براى توليد حرارت دارند، براى دستيابى به اين نوع از انرژى تلاش هايى را از سال هاى دور داشته هست و در سال هاى پس از انقلاب همواره مورد اتهام واقع شده كه هدف اصلى اش نه فناورى صلح آميز كه رسيدن به فناورى تسليحات هسته اى هست.



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



هستخراج

در فناورى هسته اى، خواه صلح آميز باشد يا نظامى، ماده بنيادى موردنياز، اورانيوم هست.

اورانيوم از معادن زيرزمينى و همينطور حفارى هاى روباز قابل هستحصال هست.

اين ماده به رغم اون كه در تمام جهان قابل دستيابى هست اما سنگ معدن تغليظ شده اون به مقدار بسيار كمى قابل دستيابى هست.



وقتى كه اتم هاى مشخصى از اورانيوم در يك واكنش زنجيره اى دنباله دار كه به دفعات متعدد تكرار شده، شكافته مى شود، مقادير متنابهى انرژى آزاد مى شود، به اين فرآيند شكافت هسته اى مى گايشانند.

فرآيند شكاف در يك نيروگاه هسته اى به آهستگى و در يك سلاح هسته اى با سرعت بسيار روى مى دهد اما در هر دو حالت بايد به دقت كنترل شوند.

مناسب ترين حالت اورانيوم براى شكافت هسته اى ايزوتوپ هاى خاصى از اورانيوم 235 (يا پلوتونيوم 239) هست.

ايزوتوپ ها، اتم هاى يكسان با تعداد نوترون هاى متفاوت هستند.

به هرحال اورانيوم 235 به دليل تمايل باطنى به شكافت در واكنش هاى زنجيرى و توليد انرژى حرارتى به عنوان «ايزوتوپ شكافت» شناخته شده هست.

هنگامى كه اتم اورانيوم 235 شكافته مى شود دو يا سه نوترون آزاد مى كند اين نوترون ها با ساير اتم هاى اورانيوم 235 برخورد كرده و باعث شكاف اونها و توليد نوترون هاى جديد مى شود.براى روى دادن يك واكنش هسته اى به تعداد كافى از اتم هاى اورانيوم 235 براى امكان ادامه يافتن اين واكنش ها به صورت زنجيرى و البته خودكار نيازمنديم.

اين جرم مورد نياز به عنوان «جرم بحرانى» شناخته مى شود.بايد توجه داشت كه هر 1000 اتم طبيعى اورانيوم شامل تنها حدود هفت اتم اورانيوم 235 بوده و 993 اتم ديگر از نوع اورانيوم 238 هستند كه اصولاً كاربردى در فرآيندهاى هسته اى ندارند.



تبديل اورانيوم

سنگ معدن اورانيوم هستخراج شده در آسياب خرد و ريز شده و به پودر بسيار ريزى تبديل مى شود.

پس از اون طى فرآيند شيميايى خاصى خالص سازى شده و به صورت يك حالت جامد به هم پيوسته كه از اون به عنوان «كيك زرد» (yellow cake) ياد مى شود، درمى آيد.

كيك زرد شامل 70 % اورانيوم بوده و داراى خواص پرتوزايى (radioactive) هست.



هدف پايه اى دانشمندان هسته اى از فرآيند غنى سازى افزايش ميزان اتم هاى اورانيوم 235 هست كه براى اين هدف اورانيوم بايد اول به گاز تبديل شود.

با گرم كردن اورانيوم تا دماى 64 درجه سانتيگرادى حالت جامد به گاز هگزا فلوئوريد اورانيوم (UFG) تبديل مى شود.

هگزافلوئوريد اورانيوم خورنده و پرتوزا هست و بايد با دقت جابه جا شود، لوله ها و پمپ ها در كارخانه هاى تبديل كننده به صورت ايشانژه اى از آلياژ آلومينيوم و نيكل ساخته مى شوند.

گاز توليدى همينطور بايد از نفت و روغن هاى گريس به جهت جلوگيرى از واكنش هاى ناخواسته شيميايى دور نگه داشته شود.



غنى سازى

هدف غنى سازى مشخصاً افزايش ميزان اورانيوم 235 _ ايزوتوپ شكافت _ هست.

اورانيوم مورد نياز در مصارف صلح آميز نظير راكتورهاى هسته اى نيروگاه ها بايد شامل دو تا سه % اورانيوم 235 باشد اما اورانيوم مورد نياز در تسليحات اتمى بايد شامل بيش از نود % اورانيوم 235 باشد.شيوه متداول غنى سازى اورانيوم سانتريفوژ كردن گاز هست.

در اين روش هگزافلوئوريد اورانيوم در يك محفظه هستوانه اى با سرعت بالا در واقعيات گريز از مركز برنامه مى گيرد.

اين كار باعث جدا شدن ايزوتوپ هاى با جرم حجمى بالاتر از اورانيوم 235 مى شود (اورانيوم 238).

اورانيوم 238 در طى فرآيند گريز از مركز به سمت پائين محفظه كشيده شده و خارج مى شود، اتم هاى سبك تر اورانيوم 235 از بخش ميانى محفظه جمع آورى و جدا مى شود.

اورانيوم 235 تجميع شده پس از اون به محفظه هاى گريز از مركز بعدى هدايت مى شود.

اين فرآيند بارها در ميان زنجيرى از دستگاه هاى گريز از مركز در كنار هم چيده شده تكرار مى شود تا خالص ترين ميزان اورانيوم بسته به كاربرد اون به دست آيد.از اورانيوم غنى شده در دو نوع سلاح هسته اى هستفاده مى شود يا به صورت مستقيم در بمب هاى اورانيومى و يا طى چند مرحله در بمب هاى پلوتونيومى مورد هستفاده برنامه مى گيرد.



بمب اورانيومى

هدف نهايى طراحان بمب هاى هسته اى رسيدن به يك جرم «فوق بحرانى» هست كه باعث ايجاد يك سرى واكنش هاى زنجيره اى به همراه توليد حجم بالايى از حرارت مى شود.

در يكى از ساده ترين نوع طراحى اين بمب ها يك جرم زير بحرانى كوچك تر به جرم بزرگ ترى شليك مى شود و جرم ايجاد شده باعث ايجاد يك جرم فوق بحرانى و به تبع اون يك سرى واكنش هاى زنجيره اى و يك انفجار هسته اى مى شود.كل اين فرآيند در كمتر از يك دقيقه رخ مى دهد.

براى ساخت سوخت براى يك بمب اورانيومى هگزافلوئوريد اورانيوم فوق غنى شده در ابتدا به اكسيد اورانيوم و سپس به شمش فلزى اورانيوم تبديل مى شود.

ميزان انرژى آزاد شده ناشى از شكافت هسته اى را به كمك يك فناورى تقايشانتى افزايش مى دهند.

اين فناورى شامل كنترل و به كارگيرى خواص همجوشى يا گداخت هسته اى هست.در همجوشى هسته اى ما شاهد به هم پيوستن ايزوتوپ هايى از هيدروژن و پس از اون تشكيل يك اتم هليوم هستيم.

به دنبال اين واكنش مقادير قابل توجهى گرما و فشار آزاد مى شود.

از سوى ديگر همجوشى هسته اى سبب توليد نوترون هاى بيشتر و تغذيه واكنش شكافت شده و انفجار بزرگ ترى را ترتيب مى دهد.



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



راكتورهاى هسته اى

راكتورها داراى كاربردهاى كاملاً دوگانه هستند.

در مصارف صلح آميز با بهره گيرى از حرارت توليدى در شكافت هسته اى كار مى كنند.

اين حرارت جهت گرم كردن آب، تبديل اون به بخار و هستفاده از بخار براى حركت توربين ها بهره گرفته مى شود.

همينطور اگر قصد ساخت بمب هاى پلوتونيومى در كار باشد نيز اورانيوم غنى شده را به راكتورهاى هسته اى منتقل مى كنند.در نوع خاصى از راكتورهاى هسته اى از اورانيوم غنى شده به شكل قرص هايى به اندازه يك سكه و ارتفاع يك اينچ بهره مى گيرند.

اين قرص ها به صورت كپسول هاى ميله اى شكل صورت بندى شده و درون يك محفظه عايق، تحت فشار برنامه داده مى شوند.



در بسيارى از نيروگاه هاى هسته اى اين ميله ها جهت خنك شدن درون آب غوطه ور هستند.

روش هاى ديگر خنك كننده نيز نظير هستفاده از دى اكسيدكربن يا فلز مايع هستند.

براى كاركرد مناسب يك راكتور _ مثلاً توليد حرارت با كمك واكنش شكافت _ هسته اورانيومى بايد داراى جرم فوق بحرانى باشد، اين بدين معناست كه مقدار كافى و مناسبى از اورانيوم غنى شده جهت شكل گيرى يك واكنش زنجيرى خود به خود پيش رونده موردنياز هست.براى تنظيم و كنترل فرآيند شكافت ميله هاى كنترل كننده از جنس موادى نظير گرافيت با قابليت جذب نوترون هاى درون راكتور وارد محفظه مى شوند.

اين ميله ها با جذب نوترون ها باعث كاهش شدت فرآيند شكافت مى شوند.



در حال حاضر بيش از چهارصد نيروگاه هسته اى در جهان وجود دارند و 17 % الكتريسيته جهان را توليد مى كنند.

راكتورها همينطور در كشتى ها و زيردريايى ها كاربرد دارند.



بازپردازش

بازپردازش يك عمليات شيميايى هست كه سوخت كاركردى را از زباله هاى اتمى جدا مى كند.در اين عمليات ميله سوخت مصرف شده، غلاف بيرونى فلزى خود را در قبال حل شدن در اسيدنيتريك داغ از دست مى دهد.محصولات اين عمليات كه در راكتور مورد هستفاده دوباره برنامه مى گيرد، شامل 96 % اورانيوم، سه % زباله اتمى به شدت پرتوزا و يك % پلوتونيوم هست.همه راكتورهاى هسته اى پلوتونيوم توليد مى كنند اما انواع نظامى اونها به صورت كاملاً بهينه ترى نسبت به ساير انواع راكتور اين كار را انجام مى دهند.

يك واحد بازپردازش و يك راكتور جهت توليد مقدار كافى پلوتونيوم مى توانند به صورت نامحسوسى در يك ساختمان عادى جاسازى شوند.اين مسئله باعث مى شود هستخراج پلوتونيوم با كمك بازپردازش به گزينه اى جذاب براى هر كشورى كه به دنبال برنامه هاى غيرقانونى سلاح هاى اتمى هست، تبديل شود.



بمب پلوتونيوم

پلوتونيوم مزيت هاى متعددى نسبت به اورانيوم به عنوان جزيى از سلاح هاى اتمى دارد.

تنها حدود چهار كيلوگرم پلوتونيوم براى ساخت يك بمب موردنياز هست، همينطور براى توليد 12 كيلوگرم پلوتونيوم در هر سال تنها به يك واحد كوچك بازپردازش نياز هست.

يك كلاهك هسته اى شامل يك كره پلوتونيوم، احاطه شده توسط پوسته اى از فلز، مثلاً بريليوم، هست كه نوترون ها را به فرآيند شكاف بازمى گرداند.

اين مسئله باعث مى شود مقدار كمترى پلوتونيوم براى رسيدن به جرم بحرانى و ايجاد يك واكنش شكافت زنجيره اى مورد نياز باشد.

به هرحال يك گروه تروريستى براى دسترسى به پلوتونيوم از راكتورهاى هسته اى غيرنظامى داراى مشكلات كمترى نسبت به دسترسى به اورانيوم غنى شده جهت ايجاد يك انفجار هسته اى هستند.كارشناسان معتقدند كه بمب هاى عمل آورى شده پلوتونيوم مى تواند با تخصصى كمتر از اونچه كه توسط فرقه «آئوم» در حمله با گاز اعصاب به مترو توكيو(1995) به كار گرفته شد، طراحى و جمع آورى شود.



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

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

30:

چگونه يك بمب هسته اي بسازيم ؟
بمب هاي اتمي شامل نيروهاي قايشان و ضعيفي اند كه اين نيروها هسته يك اتم را به ايشانژه اتم هايي كه هسته هاي ناپايداري دارند، در جاي خود نگه مي دارند.

پايه ا دو شيوه بنيادي براي آزادسازي انرژي از يك اتم وجود دارد:

1- شكافت هسته اي: مي توان هسته يك اتم را با يك نوترون به دو جزء كوچك تر تقسيم كرد.

اين همان شيوه اي هست كه در مورد ايزوتوپ هاي اورانيوم (يعني اورانيوم 235 و اورانيوم 233) به كار مي رود.



- همجوشي هسته اي: مي توان با هستفاده از دو اتم كوچك تر كه معمولا هيدروژن يا ايزوتوپ هاي هيدروژن (مانند دوتريوم و تريتيوم) هستند، يك اتم بزرگ تر مثل هليوم يا ايزوتوپ هاي اون را تشكيل داد.

اين همان شيوه اي هست كه در خورشيد براي توليد انرژي به كار مي رود.

در هر دو شيوه ياد شده ميزان عظيمي انرژي گرمايي و تشعشع به دست مي آيد.



براي توليد يك بمب اتمي موارد زير نياز هست:

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



o دستگاهي كه همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.



o راهي كه به كمك اون بتوان بيشتر سوخت را پيش از اونكه انفجار رخ دهد دچار شكافت يا همجوشي كرد.



در اولين بمب هاي اتمي از روش شكافت هستفاده مي شد.

اما امروزه بمب هاي همجوشي از فرآيند همجوشي به عنوان ماشه آغازگر هستفاده مي كنند.



بمب هاي شكافتي (فيزيوني): يك بمب شكافتي از ماده اي مانند اورانيوم 235 براي ایجاد يك انفجار هسته اي هستفاده مي كند.

اورانيوم 235 ايشانژگي منحصر به فردي دارد كه اون را براي توليد هم انرژي هسته اي و هم بمب هسته اي مناسب مي كند.

اورانيوم 235 يكي از نادر موادي هست كه مي تواند زير شكافت القايي برنامه بگيرد.اگر يك نوترون آزاد به هسته اورانيوم 235 برود،هسته بي درنگ نوترون را جذب كرده و بي ثبات شده در يك چشم به هم زدن شكسته مي شود.

اين باعث پديد آمدن دو اتم سبك تر و آزادسازي دو يا سه عدد نوترون مي شود كه تعداد اين نوترون ها بستگي به چگونگي شكسته شدن هسته اتم اوليه اورانيوم 235 دارد.

دو اتم جديد به محض اينكه در وضعيت جديد تثبيت شدند از خود پرتو گاما ساطع مي كنند.

درباره اين نحوه شكافت القايي سه نكته وجود دارد كه موضوع را جالب مي كند.



- احتمال اينكه اتم اورانيوم 235 نوتروني را كه به سمتش هست، جذب كند، بسيار بالا هست.

در بمبي كه به خوبي كار مي كند، بيش از يك نوترون از هر فرآيند فيزيون به دست مي آيد كه خود اين نوترون ها سبب وقوع فرآيندهاي شكافت بعدي اند.

اين وضعيت اصطلاحا «وراي آستانه بحران» ناميده مي شود.



2 - فرآيند جذب نوترون و شكسته شدن متعاقب اون بسيار سريع و در حد پيكو ثانيه (12-10 ثانيه) رخ مي دهد.



3 - حجم عظيم و خارق العاده اي از انرژي به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شكسته شدن هسته آزاد مي شود.



انرژي آزاد شده از يك فرآيند شكافت به اين علت هست كه محصولات شكافت و نوترون ها وزن كمتري از اتم اورانيوم 235 دارند.

اين تفاوت وزن نمايان گر تبديل ماده به انرژي هست كه به واسطه فرمول معروف mc2= E محاسبه مي شود.

حدود نيم كيلوگرم اورانيوم غني شده به كار رفته در يك بمب هسته اي برابر با چندين ميليون گالن بنزين هست.

نيم كيلوگرم اورانيوم غني شده انداز ه اي معادل يك توپ تنيس دارد.

در حالي كه يك ميليون گالن بنزين در مكعبي كه هر ضلع اون 17 متر (ارتفاع يك ساختمان 5 طبقه) هست، جا مي گيرد.

حالا بهتر مي توان انرژي آزاد شده از مقدار كمي اورانيوم 235 را متصور شد.براي اينكه اين ايشانژگي هاي اروانيوم 235 به كار آيد بايد اورانيوم را غني كرد.

اورانيوم به كار رفته در سلاح هاي هسته اي حداقل بايد شامل نود % اورانيوم 235 باشد.در يك بمب شكافتي، سوخت به كار رفته را بايد در توده هايي كه وضعيت «زير آستانه بحران» دارند، نگه داشت.

اين كار براي جلوگيري از انفجار نارس و زودهنگام ضروري هست.

تعريف توده اي كه در وضعيت «آستانه بحران» برنامه داد چنين هست: حداقل توده از يك ماده با قابليت شكافت كه براي رسيدن به واكنش شكافت هسته اي لازم هست.

اين جداسازي مشكلات زيادي را براي طراحي يك بمب شكافتي با خود به همراه مي آورد كه بايد حل شود.



1 - دو يا بيشتر از دو توده «زير آستانه بحران» براي تشكيل توده «وراي آستانه بحران» بايد در كنار هم آورده شوند كه در اين صورت موقع انفجار به نوترون بيش از اونچه كه هست براي رسيدن به يك واكنش شكافتي، نياز پيدا خواهد شد.



2 - نوترون هاي آزاد بايد در يك توده «وراي آستانه بحران» القا شوند تا شكافت آغاز شود.



3 - براي جلوگيري از ناكامي بمب بايد هر مقدار ماده كه ممكن هست پيش از انفجار وارد مرحله شكافت شود براي تبديل توده هاي «زير آستانه بحران» به توده هايي «وراي آستانه بحران» از دو تكنيك «چكاندن ماشه» و «انفجار از درون» هستفاده مي شود.تكنيك «چكاندن ماشه» ساده ترين راه براي آوردن توده هاي «زير بحران» به همديگر هست.

بدين صورت كه يك تفنگ توده اي را به توده ديگر شليك مي كند.

يك كره تشكيل شده از اورانيوم 235 به دور يك مولد نوترون ساخته مي شود.

گلوله اي از اورانيوم 235 در يك انتهاي تيوپ درازي كه پشت اون مواد منفجره جاسازي شده، برنامه داده مي شود.كره ياد شده در انتهاي ديگر تيوپ برنامه مي گيرد.

يك حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را براي انفجار چاشني و بروز حوادث زير تشخيص مي دهد:

1 - انفجار مواد منفجره و در نتيجه شليك گلوله در تيوپ

2 - برخورد گلوله به كره و مولد و در نتيجه آغاز واكنش شكافت

3- انفجار بمب

در «پسر بچه» بمبي كه در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر هيروشيما انداخته شد، تكنيك «چكاندن ماشه» به كار رفته بود.

اين بمب 5/14 كيلو تن برابر با 500/14 تن TNT بازده و 5/1 % كارآيي داشت.

يعني پيش از انفجار تنها 5/1 % ازماده مورد نظر شكافت پيدا كرد.



در همان ابتداي «پروژه منهتن»، برنامه سري آمريكا در توليد بمب اتمي، دانشمندان فهميدند كه فشردن توده ها به همديگر و به يك كره با هستفاده از انفجار دروني مي تواند راه مناسبي براي رسيدن به توده «وراي آستانه بحران» باشد.

البته اين تفكر مشكلات زيادي به همراه داشت.

به خصوص اين مسئله مطرح شد كه چگونه مي توان يك موج شوك را به طور يكنواخت، مستقيما طي كره مورد نظر، هدايت و كنترل كرد؟افراد تيم پروژه «منهتن» اين مشكلات را حل كردند.

بدين صورت، تكنيك «انفجار از درون» ایجاد شد.

دستگاه انفجار دروني شامل يك كره از جنس اورانيوم 235 و يك بخش به عنوان هسته هست كه از پولوتونيوم 239 تشكيل شده و با مواد منفجره احاطه شده هست.

وقتي چاشني بمب به كار بيفتد حوادث زير رخ مي دهند:

- نفجار مواد منفجره موج شوك ايجاد مي كند.



2 - موج شوك بخش هسته را فشرده مي كند.



3 - فرآيند شكافت شروع مي شود.



4 - بمب منفجر مي شود.



در «مرد گنده» بمبي كه در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر ناكازاكي انداخته شد، تكنيك «انفجار از درون» به كار رفته بود.

بازده اين بمب 23 كيلو تن و كارآيي اون 17% بود.شكافت معمولا در 560 ميلياردم ثانيه رخ مي دهد.



بمب هاي همجوشي: بمب هاي همجوشي كار مي كردند ولي كارآيي بالايي نداشتند.

بمب هاي همجوشي كه بمب هاي «ترمونوكلئار» هم ناميده مي شوند، بازده و كارآيي به مراتب بالاتري دارند.

براي توليد بمب همجوشي بايد مشكلات زير حل شود:دوتريوم و تريتيوم مواد به كار رفته در سوخت همجوشي هر دو گازند و ذخيره كردنشان دشوار هست.

تريتيوم هم كمياب هست و هم نيمه عمر كوتاهي دارد بنابراين سوخت بمب بايد همواره تكميل و پر شود.دوتريوم و تريتيوم بايد به شدت در دماي بالا براي آغاز واكنش همجوشي فشرده شوند.

در نهايت «استانسيلا اولام» دريافت كه بيشتر پرتو به دست آمده از يك واكنش فيزيون، اشعه X هست كه اين اشعه X مي تواند با ايجاد درجه حرارت بالا و فشار زياد مقدمات همجوشي را آماده كند.



بنابراين با به كارگيري بمب شكافتي در بمب همجوشي مشكلات بسياري حل شد.

در يك بمب همجوشي حوادث زير رخ مي دهند:

1 - بمب شكافتي با انفجار دروني ايجاد اشعه X مي كند.



2 - اشعه X درون بمب و در نتيجه سپر جلوگيري كننده از انفجار نارس را گرم مي كند.



3 - گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن اون مي شود.

اين كار باعث ورود فشار به درون ليتيوم - دوتريوم مي شود.



4 - ليتيوم - دوتريوم 30 برابر بيشتر از قبل تحت فشار برنامه مي گيرند.



5 - امواج شوك فشاري واكنش شكافتي را در ميله پولوتونيومي آغاز مي كند.



6 - ميله در حال شكافت از خود پرتو، گرما و نوترون مي دهد.



7 - نوترون ها به سايشان ليتيوم - دوتريوم رفته و با چسبيدن به ليتيوم ايجاد تريتيوم مي كند.



8 - تركيبي از دما و فشار براي وقوع واكنش همجوشي تريتيوم - دوتريوم ودوتريوم - دوتريوم و ايجاد پرتو، گرما و نوترون بيشتر، بسيار مناسب هست.



9 - نوترون هاي آزاد شده از واكنش هاي همجوشي باعث القاي شكافت در قطعات اورانيوم 238 كه در سپر مورد نظر به كار رفته بود، مي شود.



10 - شكافت قطعات اروانيومي ايجاد گرما و پرتو بيشتر مي كند.



11 - بمب منفجر شود.



منبع : روزنامه شرق

Mollasadra

31:

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

مطمئناً همه شما با عبارت www يا همان دبليو دبليو دبليو معروف! آشنا هستيد.wwwمهمترين مشخصهhttp يا همان پروتكل جابجائي ابرلينكها(hyper text transfer protocol) در شبكه جهاني ارتباطات و فناوري جابجائي اطلاعات هست.فكر كنم براي شما جالب باشد كه بدانيد براي اولين بار اين مشخصه مهم در يك مركز تحقيقات فيزيك بكار برده شد.

سرن (CERN)همان مركزي هست كه براي اولين بار براي ارتباط بين پژوهشگران و دانشمندان خود در سال1990ميلادي،www را ابداع كرد.همينطور بد نيست بدانيد كه آخرين نمونه پيشرفت همين مركز تحقيقاتي فيزيك هم در زمينه اينترنت و فناوري اطلاعات بوده كه ميتوان به شكسته شدن ركورد انتقال اطلاعات توسط اينترنت اشاره كرد كه اونهم در سرن به انجام رسيد!!


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



دولت سوئيس بعنوان پايه گذار اصلي سرن (به همراه 11 كشور اروپائي ديگر)در پنجاهمين سال تاسيس سرن و بعنوان هديه، مركزى به نام «جهان علم و نوآورى» را كه يك مركز شبكه اى جديد و نيز مكانى براى بازديد علاقه مندان هست، به اين ساوقت اهدا كرد.
در اين مركز تحقيقات فيزيك هسته اي و ذرات بنيادي كه مهمترين هدف اون "كشف رازهاى مبداء جهان"تعريف شده هست هم اينك بيش از 3000 فيزيكدان و مهندس بعنوان كاركنان مقيم در زمينه هاي مختلف نظري و آزمايشگاهي مشغول بكار هستند.در سرن همينطور بيش از 6500 دانشمند از 500دانشگاه از 80كشور دنيا بصورت بازديدهاي كوتاه مدت به سرن مي آيند كه خود نشان از همكاري بزرگ و بي نظير علمي دانشمندان و پژوهشگران عرصه علمي جهان دارد.

به فرموده «چارلز كلايبر» وزير علوم و پژوهش هاى سوئيس، در50 سال گذشته ساوقت اروپايى تحقيقات هسته اى كانون همايش و ملاقات دانشمندان مختلف جهان با ريشه هايى از تمامى ملت ها، فرهنگ ها، مذاهب و اقوام بوده هست.

كلايبر در مراسم جشن پنجاهمين سالگرد تاسيس «سرن» فرمود: "در اين مركز مناقشات و دشمنى هاى سياسى به هيچ وجه راه ندارد و حكمفرمايى همين روحيه باعث شده هست اين ساوقت بتواند در چگونگى شكل گيرى تفكر انسان نسبت به طبيعت و آغاز جهان كمك هاى قابل ملاحظه اى داشته باشد".
به جز سوئيس 11كشور اروپائي ديگر كه در تاسيس پروژه سرن همكاري داشتند عبارت بودند از:
بلژيك،دانمارك،آلمان،فرانس ه،يونان،بريتانياي كبير،ايتاليا،يوگسلاايشان،هلن د،نروژ و سوئد.
و البته بعدها نيزكشورهاي اطريش (۱۹۵۹)، اسپانيا (۱۹۶۱-۱۹۶۸ و بعد ۱۹۸۳)، پرتغال (۱۹۸۶)، فنلاند (۱۹۹۱)، لهستان (۱۹۹۱)، مجارستان (۱۹۹۲)، جمهوري چك (۱۹۹۳)، اسلوواكي (۱۹۹۳) و سرانجام بلغارستان (۱۹۹۹) به عضايشانت اون درآمدند.
اين كشورها اعضاي اصلي اداره كننده سرن هستند و از لحاظ اداري-مالي تامين كننده عمده هزينه هاي مالي سرن هستند.اين كشورها ساليانه حداقل مبلغي بالغ بر 5ميليون يورو پرداخت ميكنند كه صد البته بسياري از اين كشورها علاوه بر مبلغ حداقل فوق جهت هزينه هاي بسياري از پروژه هاي سرن بصورت مستقيم و غير مستقيم مبالغ ديگري در نظر ميگيرند مثل آلمان و ايتاليا تاكنون فقط براي يكي از پروژه هاي سرن به اسم (LHC) تاكنون بيش از300ميليون يورو هزينه كرده اند.
محض اطلاع:
بزرگترين برنامه كنوني سرن،علاوه بر تحقيقات گوناگون در زمينه فيزيك هسته اي و ذرات بنيادي،اجراي پروزه بزرگ LHC (Large Hadron Collider) يا همان" ابرتصادم گر هادرونى"است كه بعنوان بزرگترين پروژه تحقيقاتي جهان شناخته ميشود.

ابرتصادم گر هادرون يك شتاب دهنده ذرات با انرژى و پيچيدگى بى نظير و بى سابقه هست كه نتيجه اون همكارى و مشاركت جهانى براى آشكارسازى بخش جديد پنهانى از حقيقت هست.

دسته دوم از كشورهاي مشاركت كننده در سرن،شش كشور آمريكا،روسيه،ژاپن،تركيه،ه ند و اسرائيل هستند كه بعنوان ناظر در ساوقت تحقيقات هسته اي سرن حضور دارند.اين كشورها هم سهم و مشاركت فعالي در انجام پروژه هاي تحقيقاتي سرن و همينطور در تامين هزينه هاي مالي و تجهيزات سرن دارند.براي مثال تاكنون ايالات متحده رقمي بالغ بر يك ميليارد دلار براي پروژه LHC هزينه كرده هست.
و اما دسته سوم از كشورهاي مشاركت كننده در سرن،كشورهاي غير عضو ساوقت اروپائي تحقيقات هسته اي هستند كه در برنامه هاي مختلف تحقيقاتي سرن مشاركت دارند.اين دسته كه شامل 26كشور هست عبارتند از:
الجزاير،آرژانتين،ارمنستان ،آذربايجان،بلاروس،برزيل،چ ين،كانادا،كرواسي،قبرس،است وني، گرجستان، ايسلند،
ايرلند،مكزيك،مراكش ،پاكستان، پرو، روماني، صربستان ،اسلوني،آفريقاي جنوبي،كره جنوبي،تايوان،اوكراين و ايران.
اين كشورها بسته به توانائي هاي علمي و تحقيقاتي خود مي توانند در پروژه هاي آزمايشگاهي و نظري سرن شركت مي كنند.در حقيقت،عمده ترين بهره اين كشورها از همكاري با سرن،تماس نزديك و خارج از محدوديت هاي متداول (سياسي) با تكنولوژي نايشانن و كسب مستقيم و بي واسطه دانش علمي و فني هست.

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


پيش از اين درباره شتابدهنده خوشه هاي پروتوني LHC با محيطي بالغ بر 27 كيلومتر به مختصر فرموده شد كه بزرگترين پروژه تحقيقاتي جهان به شمار ميرود.هدف از پروژه LHC ساخت دو پر انرژي پروتوني با انرژي بيش از Tev 7 هست كه با برخورد دادن اين دو پرتو و آشكارسازي ذرات حاصل از اين برهمكنش اونها ساختار دروني مواد و ذرات بنيادي سازنده اونها شناخته شود.پروژه LHC با بودجه اي بالغ بر شش ميليارد دلار از سال1995 شروع شده و راه اندازي اون و شروع آزمايشهاي مربوطه براي انتهاي سال 2007 پيش بيني شده هست.

بد نيست بدانيد كه هزينه ساختماني كه اين شتابدهنده در اون نصب مي شود بالغ بر 500 ميليون فرانك سوئيس هست و پيش بيني مي شود كه هزينه نهائي اون سپس انجام تمام مقدمات و آزمايشات در نهايت بالغ بر 10ميليارد يورو شود.جزئيات بيشتر از ساختار و نحوه كار LHC موضوعي نيست كه ما بدنبال اون باشيم بلكه ميخواهيم نقش و فعاليت ايران را در ساخت اين پروژه عظيم تحقيقاتي جهان مورد بررسي برنامه دهيم.
(دوستان علاقمند به LHC در صورت تمايل ميتوانند با ارسال ايميل اطلاعات تكميلي را دريافت كنند)

قبل از هر چيزي لازم هست بدانيد كه براي پروژه LHC،چهار آزمايش بزرگ با آشكارسازهاي بسيار زياد طراحي شده هست كه در چهار محل تلاقي دو پرتو پروتوني قرارگرفته اند.اين آزمايشها عبارتند از:
LHCB-ALICE-CMS-ATLAS
هر كدام از اين آزمايش هاي چهارگانه شامل مجموعه عظيمي از آشكارسازهاست كه كار ساخت اونها توسط مراكز تحقيقاتي مختلف و دانشگاهها و شركت هاي بزرگ صنعتي در سراسر جهان در حال اجراست.


آزمايش CMS (Compact Muon Solenoid) يكي از چهار آزمايش بزرگ پروژه LHC هست.همكاري ايران در اين آزمايش در اولين قدم با ساخت قسمتي مكانيكي از آزمايش CMS با عنوان"ميز نگهدارنده اين آشكار ساز HF و محفظه هستوانه اي پوشاننده اون"و با نظارت مهندسان سرن و با انتقال دانش فني مربوطه به شركت هپكو اراك بعنوان مجري اين آزمايش به انجام رسيد. اين ميز بايد بتواند قطعاتي به وزن حدود 200 تا 300 تن را تحمل كند كه اجزاي اون با فاصله ميليمتري از يكديگر باز و بسته مي شوند.

اين ميز در حقيقت يك دستگاه مكانيكي با تولرانس بسيار بالا به شمار مي رود كه هزينه ساخت اون نيز برعهده ايران هست.(مبلغي بالغ بر 600 ميليون تومان) دكتر محمد محمدي، متخصص فيزيك ذرات بنيادي و سرپرست گروه سازنده شتاب دهنده سرن در ژنو، كه از طرف دانشگاه فلوريدا اين مأموريت را عهده دار شده هست در اين زمينه مي گايشاند:«براي ايران، موضوع اصلي فعاليت هاي پژوهشي از اين قبيل، دستيابي به منافع اقتصادي اوني نيست، بلكه منفعت اصلي، دستاوردهاي علمي هست كه از طريق مشاركت در يك پروژه علمي بين المللي، اون هم در بالاترين سطح پژوهش در حوزه فيزيك ذرات بنيادي نصيب كشورمان مي شود.»
همينطور براي آزمايش CMS چهار لايه مختلف از آشكارسازهاي RPC در دو قسمت انتهائي هستوانه اون در نظر گرفته شده هست كه بايد سه لايه اون براي سال2007 ميلادي و لايه چهارم براي آزمايش سال2010 آماده باشند.در ساخت PRC هايCMS چهار كشور ايتاليا،كره جنوبي،چين و پاكستان همكاري ميكنند.در مورد ساخت لايه چهارم PRC هايCMS هم اكنون كشورهاي هند،ايران،كره و پاكستان مشغول بررسي براي قبول مسئوليت هستند و در نهايت با همكاري كشور ايتاليا انجام خواهد شد.
در صورت موفقيت ايران در كسب مسئوليت ساخت RPCهاي لايه چهارمCMS در داخل كشور،اين پروژه اولين مشاركت آزمايشگاهي ايران در يك آزمايشگاه بزرگ بين المللي خواهد بود.


در انتها لازم به يادآوري هست كه بدنبال مشاركت موفقيت آميز ابتدائي ايران در CMS پروژه تور(grid) را نيز به موارد همكاري ايران و سرن نيز ميتوان اضافه كرد.در باب معرفي مختصري از پروژه تور(grid) بايد فرمود كه همانطور كه وب براي به اشتراك گذاردن اطلاعات در اينترنت هست،تور يك سرايشانس نرم افزاري براي به اشتراك گذاردن توان محاسباتي و فضاي ذخيره داده ها بين كامپيوترهاي متصل به اينترنت هست و هدف نهائي از اون ايجاد يك شبكه وسيع جهاني محاسباتي و اطلاعاتي هست.
توجه:
(دوستان علاقمند به كسب اطلاعات بيشتر در زمينه تور(grid) ميتوانند با ارسال ايميل اطلاعات تكميلي را دريافت نمايند)


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


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


32:

نقش انرژي هسته‌اي در منابع متنوع انرژي آينده
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ،پايگاه خبري جمهوري اسلامي ‪۸۶/۰۱/۲۰‬
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] .

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

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


نقل از: مريم مولايشان
چشم انداز انرژي در چند دهه آينده چالش‌هاي مهمي پيش رو دارد و مساله انرژي به يكي از مهمترين نگرانيهاي بشر در قرن جديد تبديل شده هست.


مصرف انرژي در جهان بطور فزاينده‌اي روبه افزايش هست.

بيشتر شدن جمعيت جهان و روند رشد اقتصادي كشورها، نيازهاي انرژي را افزايش داده هست.


درحال حاضر ايجاد تنوع در منابع تامين انرژي به منظور دستيابي به توسعه پايدار مورد توجه همگان برنامه گرفته هست.


نفت و زغال سنگ مهم‌ترين منابع تامين‌كننده انرژي جهان در جهان محسوب مي‌شوند.

اما اين منابع فسيلي كه از اونها به عنوان منابع تجديد ناپذير ياد مي‌شود، ديگر به آساني گذشته قابل بهره‌برداري نيست.


ميانگين افزايش مصرف انرژي پنج تا ده % برآورد شده هست.

اين در حالي هست كه با سرعت مصرف امروزي، ذخاير نفت و گاز تا ‪ ۷۰‬سال ديگر به پايان مي‌رسد.


وضعيت منابع زغال سنگ نيز شبيه نفت و گاز هست، هر چند برخي برآوردها نشان مي‌دهد ذخاير اون تا پايان قرن دوام خواهد آورد، اما گراني و نيز آلودگي ناشي از مصرف اين سوخت در تامين انرژي نگراني‌هايي را مطرح كرده هست.


ساير منابع انرژي مانند خورشيد، آب و باد كه از اونها به عنوان انرژي پاك ياد مي‌شود، علاوه بر اونكه نيازمند واقعيات محيطي خاصي هست، گران تمام مي‌شود و به سرمايه‌گذاري سنگيني نياز دارد.


انرژي باد اگر چه رايگان هست، اما نمي‌توان به پايداري اون اطمينان داشت.

انرژي خورشيد نيز به سرمايه‌گذاري هنفرمودي نياز دارد و در وقت حاضر هستفاده گسترده از اون چندان مقرون به صرفه نيست.


برق خورشيدي كه هزينه توليد اون هشت برابر انرژي حاصل از سوختهاي فسيلي هست، كمتر از يك % انرژي مصرفي جهان را تامين مي‌كند.


بازدهي منابع انرژي تجديدپذير در كاهش هزينه‌ها و توانايي رقابت با سوختهاي فسيلي اهميت زيادي دارد.


درحال حاضر در جهان ‪ ۴۳۸‬نيروگاه اتمي فعال وجود دارد كه ‪ ۱۷‬% برق دنيا را تامين مي‌كنند.

در كشورهاي ساوقت توسعه و همكاري اقتصادي (‪(OECD‬ اين نسبت به ‪ ۲۳‬% مي‌رسد.


انرژي حاصل از يك اتم هسته اورانيوم با انرژي ده ميليون اتم كربن سوختهاي فسيلي برابري مي‌كند.

ميزان مصرف سوخت در هرسال براي يك نيروگاه هزار مگاواتي هسته‌اي، بيست تن و براي يك نيروگاه زغالي دوميليون تن و براي يك نيروگاه نفتي، ‪ ۲۵۰‬ميليون ليتر نفت هست.


اكسيژن مورد نياز براي توليد هزار مگاوات برق، در يك نيروگاه زغالي، سه ميليون و ‪ ۸۰۰‬هزار تن ولي براي نيروگاه هسته‌اي صفر هست.


به ازاي توليد اين ميزان برق، در يك نيروگاه زغالي پنج ميليون و ‪۳۰۰‬ هزارتن دي اكسيد كربن توليد مي‌شود، در حالي كه اين رقم در مورد يك نيروگاه هسته‌اي صفر هست.


"لايشانس اشاواري" مديركل ساوقت انرژي هسته‌اي ‪ NEA(‬بازايشان تحقيقات هسته‌اي ساوقت توسعه و همكاري اقتصادي) مي‌گايشاند شمار بسياري از
سياستگذاران مسئله امنيت انرژي و نيز حفاظت از محيط زيست را براي ملتهاي خود مطرح مي‌كنند.


منبع اصلي مورد نياز براي انرژي هسته‌اي اورانيم هست كه بيش از نيمي از اون در كشورهاي صنعتي ساوقت توسعه و همكاري اقتصادي ‪ OECD‬توليد مي‌شود.


اشاواري با توجه به دو مسئله امنيت انرژي و گرم شدن زمين، رايشان آوردن سياست‌گذاران به انرژي هسته‌اي به خاطر مصلحت آيندگان را كاملا منطقي مي‌داند.


چين طي ‪ ۲۰‬تا ‪ ۲۵‬سال ديگر ‪ ۳۰‬نيروگاه جديد خواهد ساخت.

برنامه هست ‪ ۱۵‬تا ‪ ۲۰‬نيروگاه هسته‌اي نيز در آمريكا ساخته شود.

ساخت ‪ ۶‬تا ‪ ۱۰‬راكتور در انگليس تحت بررسي هست.

فنلاند و فرانسه هم ساخت نيروگاهاي جديد را آغاز كرده‌اند و برخي كشورها مانند آلمان نيز به فكر تجديدنظر در سياست پايان هستفاده از انرژي هسته‌اي افتاده‌اند.


ژاپن و كره جنوبي هيچگاه برنامه‌هاي هسته‌اي خود را متوقف نكرده‌اند.


در مورد روسيه و هند هم كه تجربه هسته‌اي دارند، اين انتظار كه بخواهند ظرفيت خود را براي تامين برق مورد نياز براي رشد اقتصادي افزايش دهند كاملا واقع‌بينانه هست.


با وجود اجراي طرحهاي جديد، سهم انرژي هسته‌اي به نسبت توليد كل برق جهان در ‪ ۲۰‬سال آينده ثابت مي‌ماند كه علت اون افزايش تقاضا هست.


با توجه به ادامه روند رشد اقتصادي كشورها پيش بيني مي‌شود تقاضا براي انرژي تا سال ‪ ۲۰۵۰‬نسبت به سال ‪ ۲۰۰۰‬دو برابر شود.


در هيچ منطقه‌اي از جهان مانند شرق آسيا روند افزايش توليد انرژي هسته‌اي براي تامين تقاضاي فزاينده به انرژي مشهود نيست.


به فرموده مديركل انجمن جهاني انرژي هسته‌اي، براي توقف فاجعه زيست محيطي ناشي از انتشار گازهاي گلخانه‌اي و افزايش دماي زمين كه مي‌تواند سبب مرگ ميلياردها نفر شود، تعداد نيروگاه‌هاي هسته‌اي جهان بايد ‪ ۲۰‬برابر شود.


در كشورهاي توسعه يافته اكنون حدود ‪ ۱/۴‬ميليارد نفر يا به عبارتي ‪ ۲۰‬% جمعيت جهان، تقريبا ‪ ۸۰‬% از منابع انرژي جهان را مصرف مي‌كنند كه اين انرژي بيشتر از سوزاندن نفت و زغال سنگ توليد مي‌شود كه با توليد گازهاي گلخانه‌اي همراه هست.


انرژي هسته‌اي از ميان منابع گوناگون انرژي تجديدناپذير كه آلايندگي را به همراه دارند و منابع انرژي تجديدپذير كه هنوز سهم چنداني در توليد انرژي نيافته‌اند ارزانترين، سالمترين و بهترين منبع انرژي محسوب مي‌شود.


گرم شدن هواي زمين و افزايش بهاي سوخت‌هاي فسيلي باعث شده هست انرژي هسته‌اي در برنامه توسعه بسياري از كشورها گنجانده شود.


نقش تاريخي انرژي در توسعه بشر
حدود نيم ميليون سال پيش انسان طرز ساختن آتش را فراگرفت.

او توانست با جمع‌آوري و سوزاندن چوب خود را گرم كند، غذا بپزد و ابزارهاي ساده و ابتدايي بسازد.

هزاران سال بعد مصريها اصول دريانوردي را كشف كردند و بعدها چرخ آبي ابداع شد.

در تمامي اين فعاليتها از اشكال گوناگون انرژي به شكل زيستي، خورشيدي و هيدروليك هستفاده شده هست.


انرژي كه به معناي توانايي انجام دادن كار هست، براي تامين نيازهاي اوليه انساني، افزايش طول عمر و بالا بردن سطح زندگي ضروري هست.


انسان در طول هزاران سال از زندگي ابتدايي كه به انرژي حاصل غذايي كه جمع‌آوري مي‌كرد وابسته بود و به مرور به انسان شكارچي تبديل شد كه غذاي بيشتري دراختيار داشت و از آتش براي گرم كردن و پختن غذاي هستفاده مي‌كرد و سپس در اين جريان تحول، به كشاورز ساده‌اي بدل گرديد كه از حيوانات اهلي به عنوان منبع انرژي براي كار هستفاده مي‌كرد.


اولين گامها در هستفاده از انرژي مكانيكي با مهار نيرايشان آب و باد برداشته شد.

بعدها انقلاب صنعتي با كمك نيرايشان بخار و زغال سنگ بنيان‌هاي جامعه فناوري امروزي را بنا نهاد و پيشرفتهاي مهمي مانند ساخت موتور احتراق دروني و توليد انبوه برق بدست آمد.


مصرف انرژي اكنون در مقايسه با دوران قبل از انقلاب صنعتي كه در اواخر قرن هجدهم در اروپا اتفاق افتاد، صد برابر شده هست.


امروزه در كشورهاي صنعتي مصرف سرانه انرژي ‪ ۱۵۰‬تا ‪ ۳۵۰‬گيگاژول هست كه بخش فزاينده‌اي از اون به صورت الكتريسيته مصرف مي‌شود.

(يك گيگاژول ‪۱۰‬ به توان ‪ ۹‬ژول هست.)
جمعيت
.......


تنها يك چهارم جمعيت جهان كه ساكن كشورهاي صنعتي هستند، سه چهارم انرژي مصرفي در سراسر جهان را مصرف مي‌كنند.


پيش بيني شده هست رشد جمعيت تا آينده نزديك همچنان با سرعت ادامه خواهد داشت و جمعيت جهان از ‪ ۶‬ميليارد نفر در حال حاضر تا ‪ ۲۵‬سال آينده به ‪ ۸‬ميليارد نفر و احتمالا تا اواخر قرن حاضر به ‪ ۱۰‬ميليارد نفر افزايش خواهد يافت.

بيشترين ميزان رشد جمعيت متعلق به كشورهاي در حال توسعه خواهد بود كه همين حالا هم بيش از سه چهارم جمعيت جهان را در خود جاي داده‌اند.


حتي اگر كشورهاي پيشرفته سياستهاي انرژي كارآمدتري براي جلوگيري از افزايش مصرف انرژي اتخاذ كنند، افزايش جمعيت جهان تاثير چشمگيري بر تقاضا براي انرژي خواهد گذاشت و تا سال ‪ ۲۰۵۰‬ميلادي تقاضا براي انرژي به دو برابر خواهد رسيد.


انرژي را مي‌توان در دو مقوله اوليه و ثانايشانه مورد توجه برنامه داد.


انرژي اوليه انرژي به شكل منابع طبيعي مانند چوب، زغال سنگ، نفت، گاز طبيعي، اورانيم، باد، انرژي آب، و خورشيد هست.


انرژي ثانايشانه اشكال قابل هستفاده‌تر انرژي مانند الكتريسيته و بنزين هست كه انرژي اوليه به اون تبديل مي‌شود.


انرژي اوليه به دو صورت انرژي تجديدپذير و يا انرژي تجديدناپذير هست.


منابع انرژي تجديدپذير شامل خورشيد، باد، و انرژي امواج ، توده زيستي (مانند چوب، و محصولاتي مانند شكر) انرژي حرارت مركزي زمين و انرژي آب هست.


منابع انرژي تجديدناپذير شامل سوختهاي فسيلي (زغال سنگ، نفت، گاز طبيعي) كه به همراه اورانيم بيش از ‪ ۸۰‬% نيازهاي انرژي امروزه ما را تامين مي‌كنند.


دسترسي به انرژي
.................


درحال حاضر كمبود انرژي اوليه وجود ندارد.

خورشيد هر روز پرتوهاي انرژي بخش خود را به زمين مي‌فرستد.

اين انرژي به اشكال گوناگوني در بادها، امواج، درختان و گياهان كه اشعه خورشيد را به توده زيستي گياهي تبديل مي‌كند ديده مي‌شود.

علاوه بر اون مقادير عظيمي انرژي در مواد پوسته زمين يعني سوختهاي فسيلي وجود دارد كه انرژي خورشيد را در خود ذخيره مي‌كنند.

اورانيم يك منبع انرژي هست كه ميلياردها سال پيش و قبل از تشكيل منظومه شمسي در زمين محبوس بوده هست.


چالش امروز جهان رهايي از وابستگي شديد به سوختهاي فسيلي و هستفاده بيشتر از منابع انرژي غيركربني هست.

نگراني در خصوص پيامدهاي گرم شدن كره زمين يك دليل مهم اين چالش هست.


سوخت‌هاي فسيلي
................


زغال سنگ اولين سوخت فسيلي بود كه كاربرد گسترده‌اي در صنعت يافت و هستانداردهاي زندگي امت را بهبود بخشيد.

نفت يك منبع انرژي مناسب هست.


نفت بخاطر دسترسي آسان و قيمت پايين نقش مهمي در رشد اقتصادي بسياري از كشورها در قرن گذشته داشته هست.

نفت در صنعت حمل و نقل نقش حياتي دارد.


گاز طبيعي نيز كاربرد وسيعي در كنار زغال سنگ و نفت به عنوان يك سوخت چندكاربردي پيدا كرده هست.


چنانچه منابع انرژي مناسب براي توليد برق را مد نظر برنامه دهيم مشاهده مي‌كنيم ‪ ۴۰‬% انرژي مصرفي اوليه صرف توليد برق مي‌شود و با رشد ‪۲/۷‬ %ي در سال تقاضا براي برق در سراسر جهان دو برابر تقاضاي انرژي خواهد بود.


قابليتها و محدوديتهاي هر يك از منابع انرژي الكتريكي
..................................................

.


هيدروالكتريك: كارخانجات توليد هيدروالكتريك بدون آلوده كردن هوا برق توليد مي‌كنند.

مهار انرژي آب غالبا با ساخت سدهاي بزرگ بر رايشان درياچه‌ها انجام مي‌شود.

هيدروالكتريسيته امروزه ‪ ۱۸‬% برق مصرفي جهان را تامين مي‌كند.

در بسياري از كشورها بيشتر مكانهاي مناسب احداث سد مورد هستفاده برنامه گرفته و امكان توسعه اين منبع انرژي چندان فراهم نيست.


ساير منابع انرژي تجديد پذير قابليت بيشتري براي افزايش مصرف دارند اما ايشانژگيهايي دارند كه مانع از اون مي‌شود نقش مهمي در تامين نيازهاي الكتريسته بازي كند.


انرژي خورشيدي داراي جاذبه منطقي قابل توجهي دارد.

اما اين انرژي براي توليد برق قابليت محدودي دارد بسيار متناوب و بسيار پراكنده هست.

توليد انرژي خورشيدي در شب و درصورت پوشش ابر در آسمان مختل مي‌شود اين امر باعث مي‌شود بخش كوچكي از ظرفيت نيروگاه برق خورشيدي مورد هستفاده برنامه گيرد.

همينطور مشكل كاهش شدت پرتوها و ضرورت تبديل پرتوهاي ضعيف به برق كم بازده (كمتر از ‪ ۲۰‬%) وجود دارد.

هرچند اين مسئله موضوع تحقيقات بسياري در دهه‌هاي گذشته بوده هست.


امكان ذخيره انرژي حاصل از خورشيد در مقياس كوچك و با هزينه نسبتا بالا وجود دارد.

در مقياس وسيع توليد انرژي خورشيدي بايد با پشتيباني ساير منابع الكتريسيته همراه باشد.

هرچند نمي‌توان اين واقعيت را رد كرد كه آفتاب رايگان هست، اما هزينه‌هاي انرژي و مواد براي تبديل ، نگهداري، و ذخيره بسيار بالا هست.

نقش اصلي انرژي خورشيدي در آينده در گرم كردن مستقيم خواهد بود.


باد نيز همانند خورشيد رايگان هست و بطور فزاينده‌اي براي توليد الكتريسيته مهار مي‌شود.

درحال حاضر ظرفيت انرژي باد در سراسر جهان حدود ‪ ۲۰‬هزار مگاوات هست.

اما براي تامين نيازهاي الكتريسيته در مورد باد نيز كه هميشه نمي‌وزد مسائل مشابه پشتيباني مانند انرژي خورشيدي مطرح هست.


با اين حال هزينه‌ها كاهش يافته و در برخي نيروگاههاي جديد در آمريكا با هزينه‌ها در منابع متعارف برابري هست.


انرژي درون زمين از گرماي طبيعي زير سطح زمين بدست مي‌آيد.

در جاهايي كه امكان مهار بخار داغ زيرزميني و آوردن اون به سطح زمين وجود دارد امكان توليد برق نيز ميسر هست.

منابع انرژي درون زمين در برخي نقاط زمين قابل هستفاده هست و حدود ‪ ۸‬هزار مگاوات برق توليد مي‌شود.


چشم اندازهايي در ديگر نقاط وجود دارد كه مي‌توان آب را با تلمبه به قسمتهاي بسيار گرم پوسته زمين هدايت كرد و از اون براي توليد برق هستفاده نمود.


توده زيستي : بيشتر محصولات كشاورزي و جنگلها از نظر فني قابليت تبديل به برخي اشكال انرژي را دارند، حتي اگر هدف اصلي توليد محصول، تامين غذا باشد.

درحال حاضر برخي "مزارع انرژي" وجود دارد كه محصولات منحصرا براي توليد انرژي كشت مي‌شوند.

اين مزارع با ساير محصولات بر سر آب، كود و خاك رقابت دارند.

به همين خاطر بايد بين غذا و سوخت يكي انتخاب شود.

توده زيستي منبع انرژي مفيد و روزافزون بخصوص براي جوامع روستايي در كشورهاي جهان سوم هست و زائدات آلي و گياهان آبي براي توليد متان يا "بيوگاز" قابل هستفاده هست.

با اين حال اين منبع انرژي نقش بسيار كوچكي در تامين نيازهاي انرژي دارد.


با ورود به قرن جديد تنها منابع انرژي دردسترس براي توليد اقتصادي برق انبوه احتمالا گاز، زغال سنگ و انرژي هسته‌اي خواهد بود.


هستفاده از نفت براي توليد برق بسيار گران تمام مي‌شود.

علاوه براون نفت از مزيت مهم يك سوخت قابل حمل براي صنعت حمل و نقل برخوردار هست.


نفت براي كاربردهاي خاص مانند حمل و نقل و در صنعت پتروشيمي هستفاده مي‌شود.


گاز همانند نفت هست ارزش اون بيشتر از اون هست كه براي مصارفي مانند توليد انبوه برق به هدر رود.

اما سپس شوك قيمتهاي نفتي در دهه ‪ ۱۹۷۰‬به دنبال اكتشافات گسترده ذخاير عظيم گاز طبيعي در بسياري از نقاط جهان كشف شد و امروزه كاربرد گسترده‌اي در نيروگاههاي برق يافته هست.


خاصيت اصلي گاز، قابليت لوله‌كشي بي‌خطر و كم هزينه اون براي مصارف صنعتي و خانگي و توليد گرما با بازده بسيار بالا هست.


زغال سنگ منبع فراواني هست كه توليد جهاني اون به ‪ ۳/۵‬ميليارد تن در سال مي‌رسد و بيشتر اون براي توليد برق مصرف مي‌شود.

زغال سنگ ‪ ۳۸‬% برق جهان را تامين مي‌كند درحالي كه سهم اورانيوم ‪ ۱۶‬% هست.

در كشورهاي عضو ساوقت توسعه و همكاري اقتصادي (‪ (OECD‬اين رقم به ترتيب ‪ ۳۸‬% و ‪۲۴‬ % هست.


اورانيوم ماده‌اي هست كه به وفور يافت مي‌شود و در صورت وجود تقاضا، با كمك فناوريهاي موجود مي‌توان توليد اون را ‪ ۶۰‬برابر كرد.


توليد جهاني معادن اورانيوم حدود ‪ ۳۵‬هزار تن در سال هست اما بخش زيادي از بازار، از محل منابع ثانايشانه شامل مواد سلاحهاي هسته‌اي برچيده شده تامين مي‌شود.

عملا تمامي اين توليدات براي توليد برق مورد هستفاده برنامه مي‌گيرد.


تبديل انرژي : ارزش گرمايي سوخت‌هاي گوناگون
------------------------------------------------------------ هيزم ‪ ۱۶‬مگاژول در هر كيلوگرم
زغال سنگ قهوه‌اي ‪ ۹‬مگاژول در هر كيلوگرم
زغال سنگ سياه(نامرغوب) ‪ ۱۳‬تا ‪۲۰‬
زغال سنگ سياه ‪ ۲۴‬تا ‪۳۰‬
گاز طبيعي ‪ ۳۹‬مگاژول در هر مترمكعب
نفت خام ‪ ۴۵‬تا ‪ ۴۶‬مگاژول در هر كيلوگرم
اورانيوم(در راكتور آب سبك) ‪ ۵۰۰‬هزار مگاژول در هر كيلوگرم ------------------------------------------------------------- از نظر تئوري ذخاير جهاني زغال سنگ براي توليد برق مورد نياز بيش از صد سال كافي هست.

اما احتمال مي‌رود مقادير بيشتري از زغال سنگ‌هاي هستخراجي در آينده به سوختهاي باارزش‌تر مايع تبديل شود و بنابراين براي توليد برق هستفاده نگردد.

مشكلات زيست محيطي و نيز مشكلات مرتبط با افزايش هستخراج و مصرف زغال سنگ نيز وجود دارد.


تفاوت ارزش گرمايي اورانيوم در مقايسه با زغال سنگ و ساير سوختها حائز اهميت هست (هر چند هر دو در نيروگاه بازده حرارتي ‪ ۳۳‬% مورد هستفاده برنامه مي‌گيرند).

يك نيروگاه برق يك ميليون كيلوواتي ساليانه حدود ‪ ۳/۱‬ميليون تن زغال سنگ سياه يا حدود ‪ ۲۴‬تن اورانيوم (مانند ‪ (UO2‬غني شده تا چهار % از ايزوتوپ مفيد (‪ (u-235‬مصرف مي‌كند.

اين ميزان نيازمند هستخراج بيش از ‪ ۲۰۰‬تن اورانيوم طبيعي هست كه از ‪ ۲۵‬تا ‪ ۱۰۰‬هزار تن سنگ معدن اورانيوم بازيابي مي‌شود.


زائدات
............


اين ميزان متفاوت سوخت مصرفي مقدار زائدات متفاوتي نيز به دنبال دارد.


فعاليت يك نيروگاه هسته‌اي هزار مگاواتي در سال ‪ ۲۷‬تن سوخت مستعمل باقي مي‌گذارد كه به شدت راديواكتيو هست و گرماي بسيار زيادي توليد مي‌كند.


بخش اعظم اين سوخت هستفاده شده، باز فراوري مي‌شود بطوري كه ‪۹۷‬ % از ‪ ۲۷‬تن سوخت اوليه بازيابي مي‌گردد.

‪ ۳‬% باقيمانده (حدود ‪۷۰۰‬ كيلوگرم) زباله راديواكتيو سطح بالا هست كه بالقوه خطرناك بوده و لازم هست براي مدت وقت طولاني از محيط زيست مجزا نگهداري شود.

اما اين مقدار كم را به آساني مي‌توان كنترل كرد.


حتي در جايي كه سوخت مصرف شده مجددا فراوري نشود مقدار ساليانه ‪ ۲۷‬تن در مقايسه با مقدار زائدات يك نيروگاه برق زغال سنگ هم حجم اون جزئي و ناچيز هست.


نيروگاه زغال سنگ هزار مگاواتي ساليانه حدود ‪ ۷‬ميليون تن دي اكسيدكربن توليد مي‌كند.

اين ميزان علاوه بر ‪ ۲۰۰‬هزار تن دي اكسيدسولفور هست كه در بسياري از موارد يك منبع مهم آلاينده جايشان هست.

ديگر زائدات حاصل از مصرف زغال سنگ شامل مقادير زيادي پسماند (حدود ‪ ۲۰۰‬هزار تن در سال) حاايشان فلزات سمي مانند آرسنيك، كادميم و جيوه، مواد آلي سرطانزا و موتاسيون زا (موادي كه باعث بروز سرطان و تغييرات ژنتيكي مي‌شوند) و نيز مواد راديواكتيو طبيعي هست.


اين زائدات معمولي اگر مهار نشوند حتي در فواصل بسيار زياد از نيروگاه مي‌توانند به سلامت انسان و محيط زيست آسيب برسانند.

بطور مثال در نقاطي باران اسيدي ناشي از انتشار دي اكسيدسولفور مرزهاي ملي را طي كرده و خسارات سنگيني به درياچه ها، رودخانه ها، جنگلها در مناطق بسيار دورتر وارد آورده هست.


هر شيوه توليد برق خطرهاي زيست محيطي و زائداتي به همراه دارد.

صنعت هسته‌اي از اين نظر كه تنها صنعت توليد برق هست كه مسئوليت كامل دفع زائدات و تامين هزينه‌هاي كامل اون را به عهده دارد صنعت منحصر بفردي هست.


امروزه انرژي هسته‌اي ساليانه از انتشار حدود ‪ ۲/۴‬ميليارد تن دي اكسيد كربن جلوگيري مي‌كند.

( درمقايسه با بيش از ‪ ۷‬ميليارد تن دي اكسيدكربن حاصل از توليد برق از سوخت‌هاي فسيلي)
مسائل اقتصادي
...................


تفاوت نيازهاي سوخت بين نيروگاه برق هسته‌اي و زغال سنگ بر اقتصادي بودن اونها تاثير مي‌گذارد.

هزينه سوخت يك نيروگاه برق هسته‌اي بسيار كمتر از نيروگاه برق زغال سنگ هست كه همين نكته هزينه هنفرمود اوليه ساخت يك نيروگاه هسته‌اي را جبران مي‌كند.

در نتيجه از نظر عملي برق حاصل از راكتورهاي هسته‌اي در بسياري از مناطق با برق حاصل از زغال سنگ حتي با درنظر گرفتن مديريت و دفع زباله‌هاي هسته‌اي و تعطيلي راكتورها رقابت مي‌كند.


با افزايش قيمت گاز و آلايندگي زغال سنگ ، انرژي هسته‌اي بطور فراينده‌اي مورد توجه برنامه گرفته هست.


توليد برق - تنوع در منابع توليد انرژي
......................................


براي بيشتر كشورها سوالاتي كه بايد به اونها جواب داده شود عبارتند از: نيازهاي برق ما چيست؟ اشكال توليد برقي در دسترس ما كدام هست؟ چه تركيب انرژي نيازهاي ما را با حداكثر ايمني تامين مي‌كند و كمترين آسيب را به امت و محيط ما وارد مي‌كند؟
در اواسط ‪ ، ۲۰۰۱‬در ‪ ۳۱‬كشور كوچك و بزرگ با عقايد سياسي و رشد صنعتي متفاوت برق هسته‌اي در تركيب انرژي اونها وجود داشت.

بلژيك، چين، فرانسه، آلمان ، مجارستان، هند، ژاپن، روسيه، سايشانيس، انگليس، آمريكا از جمله كشورهايي هستند كه برنامه‌هاي مهم انرژي هسته‌اي دارند.


در سال ‪ ۲۰۰۰‬ميزان توليد برق حاصل از انرژي هسته‌اي با كل توليد برق جهان در سال ‪ ۱۹۶۱‬از تمام منابع برابري مي‌كرد (‪ ۲۴۳۸‬ميليارد كيلووات ساعت).


هيچ كشوري نمي‌خواهد فقط به يك منبع انرژي واحد وابسته باشد.


براي بسياري از كشورها مسئله هستفاده از زغال سنگ يا انرژي هسته‌اي به عنوان منبع اصلي برق مطرح نيست بلكه تركيبي از منابع متنوع انرژي مدنظر هست كه تا حد امكان از منابع تجديدپذير بهره گرفته شده هست.


يك فيزيكدان هندي به نام دكتر هومي بابها مي‌گايشاند: "هيچ انرژي پرهزينه‌تر از نداشتن انرژي نيست."

33:

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

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





علت اين هست كه اين هسته‌ها هنگامي كه متلاشي مي‌شوند، تعداد زيادي ذره نوتروني آزاد مي‌كنند كه خود اين نوترون‌ها با برخورد به هسته‌هاي ساير اتم‌ها اونها را متلاشي مي‌كنند و اين امر خود به آزادي نوترون‌هاي بيشتر منجر مي‌‌‌شود.

به اين ترتيب فرايند شكافت هسته‌اي مي‌تواند ادامه يابد و مرتبا انرژي آزاد شود.
اورانيوم- 235 سوخت مرجح براي همه رآكتورهاي هسته‌اي تجارتي هست.

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



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

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

منبع :
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

.


34:

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

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



روش تهيه کيک زرد کاملاً به نوع سنگ معدن به دست آمده بستگي دارد، اما به‌طور معمول با آسياب کردن و پردازش‌هاي شيميايي بر رايشان سنگ معدن اورانيوم، پودر زبر و زردرنگي به دست مي‌آيد که قابليت حل شدن در آب را ندارد و حدود 80 % غلظت اکسيد اورانيوم اون خواهد بود.

اين پودر در دمايي معادل 2878 درجه سانتيگراد ذوب مي‌شود.



روش تهيه کیک زرد

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

سپس اين محصول به دست آمده را خشک و ----- مي‌نمايند و نتيجه اون چيزي خواهد شد که به «کيک زرد» معروف هست.

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



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

مواد تشکيل‌دهنده کيک زرد

بخش اصلی کيک زرد (معادل 70-90 % وزني) شامل اکسيدهاي اورانيوم با فرمول شيميايي U3O8 و يا ساير اکسيدهاست و بقيه اون از ديگر موادي تشکيل شده‌است که مهم‌ترين اونها عبارتند از:
  • هيدراکسيد اورانيوم با فرمول شيمايي UO2(OH)2 يا UO2)2(OH)2) که در صنايع ساخت شيشه و سراميک هستفاده مي‌شود.

    اين ماده تشعشع راديواکتيو دارد و بايد با واقعيات خاصي نگهداري و حمل شود.
  • سولفات اورانيوم با فرمول شيميايي (U02S04) که ماده‌اي بي‌بو با رنگ زرد ليمايشاني‌است.
  • اکسيد اورانيوم زرد (يا اورانيت سديم) با فرمول شيميايي Na2O (UO3)2.6H2O که ماده‌اي با رنگ زرد - نارنجي هست.
  • پراکسيد اورانيوم با فرمول شيميايي UO4·nH2O با رنگ زرد کم‌رنگ.
يکي از کاربردهاي کيک زرد، تهيه هگزا فلورايد اورانيوم هست.

اين گاز در وضع عادي حدود هفت صدم % شامل ايزوتوپ 235 و بقيه اون ايزوتوپ 238 هست.

در مرحله غني‌سازي % U-235 به حدود 5.3 يا حتي بيشتر افزايش داده مي‌شود.

کاربردهای کیک زرد

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

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

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



کانادا، يکي از توليدنمايندگان اين ماده هست، اين کشور معادني دارد که خلوص سنگ اورانيوم اونها به 20 % هم مي‌رسد.

در آسيا نيز کشوري مانند قزاقستان صنايع بزرگ توليد اين پودر را دارد.

قيمت اين پودر در بازارهاي بين المللي، هر کيلوگرم حدود 25 دلار هست.

منبع :
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

.


35:

ضرورت انرژي هسته‌اي
كاربرد روز افزون انرژي يكي از مظاهر مهم زندگي جديد هست.

مقدار انرژي مصرفي در ايلات متحده ، كه يك كشور صنعتي پيشرفته هست بين سالهاي 1920 تا 1970 با ضريبي حدود 40 افزايش يافته هست.

اين بدان معني هست كه در طول اين 50 سال ، مقدار مصرف انرژي تقريبا هر 10 سال دو برابر شده هست.

با اونكه هنوز زغال سنگ و نفت وجود دارد.

آشكار شده هست كه حتي با كوشش‌هاي بيشتر براي هستفاده محتاطانه و صرفه جايشانانه از انرژي ، بازهم منابع انرژي جديدي لازم هست، انرژي حاصل از شكافت هسته (و در دو مدت ، از همجوشي) مي تواند اين نياز را مرتفع سازد.



آيا بحران انرژي حل ميشود؟

نياز براي منابع جديد انرژي در بحران انرژي كه ايالات متحده ، كشورهاي غربي و ژاپن در سالهاي 1974- 1973 با اون مواجه بودند شديدا احساس ميشد.

اين كمبود ناشي از اون بود كه كشورهاي توليد كننده نفت در خاورميانه حمل نفت به بعضي از كشورهاي پيشرفته صنعتي را كاهش دادند.

اين گونه رايشاندادها نظرها را بر روشهاي ديگر توليد انرژي متمركز كرد.

از مصرف زغال سنگ كه آلودگي بيشتري دارد به انرژي خورشيدي ، و به نقش صنعت توان هسته‌اي در اقتصاد ما كشانيد.



ارمغان فناوري هسته‌اي

پيشرفت توان هسته‌اي در ايالات متحده از اونچه در پايان جنگ جهاني دوم انتظار مي رفت، كندتر بوده هست.

به دلايل گوناگون ، اداري و فني عمدتا در ارتباط با جنگ سرد با اتحاد شورايشان ، كميسيون انرژي اتمي آمريكا ( (AAEC) كه امروزه مركز انرژي Department of Energy ناميده ميشود.

تاكيدي بر پژوهش ، درباره سيستمهاي توان الكتريكي هسته‌اي نداشت تا اونكه در 1953 آيزنهاور به اين امر اقدام كرد.

در طي سالهاي 1960 توان الكتريكي هسته‌اي از لحاظ اقتصادي با هيدروالكتريسيته و الكتريسيته حاصل از زغال سنگ و نفت رقابت آميز شد.



در آغاز سال 1978، 65 راكتور هسته‌اي با ظرفيتي بيش از 47 ميليون كيلووات كه حدود 9% توليد توان كل الكتريكي ملي هست در حال كار بود.

با حدود 90 راكتور كه در دست ساختمان بود انتظار ميرفت كه بخش هسته‌اي محصول الكتريسيته امريكا در 1980 به حدود 17% و در 1985 به حدود 28% برسد.

در مابقي جهان ، در آغاز 1978 ، حدود 130 راكتور توان هسته‌اي با ظرفيتي حدود 50 ميليون كيلووات در حال كار بود ، و انتظار ميرفت در سال 1995 تعداد اونها به حدود 325 راكتور برسد.



قدرت انرژي هسته‌اي

روش‌هاي هستفاده از انرژي هسته‌اي كاملا تازه تكامل يافته‌اند، اما اوليننتايج به دست آمده از به كارگيري اين روش‌ها مهم‌اند.

بدون ترديد ، تكامل بيشتر روش‌هاي توليد و كاربرد انرژي هسته‌اي موقعيت‌هاي بي سابقه جديدي را در پيش رايشان دانش ، فن و صنعت فراهم خواهد آورد.

تجسم ميزان كامل اين موقعيت‌ها در مرحله نايشانن دشوار هست.



آزادي انرژي هسته‌اي قدرت بيكراني را در اختيار انسان گذاشته هست مشروط بر اين كه اين انرژي در راه هدف‌هاي صلح آميز به كار گرفته شود.

بايد اين را نيز به خاطر داشت كه طراحي راكتور‌هاي هسته‌اي يكي از نتايج بسيار مهم ساختا دروني ماده هست.

تابش گسيلي از اتم‌ها و هسته‌هاي اتمي نامرئي و نا محسوس به نتيجه عملي كاملا مرئي ، يعني آزاد سازي و هستفاده از انرژي هسته‌اي نهان در اورانيوم ، منتهي شده هست.

اين نتيجه به يقين اثبات ميكند كه نظرات علمي ما درباره اتم‌ها و هسته‌هاي اتمي درست‌اند، يعني واقعيت عيني طبيعت را باز تاب ميدهند.




منبع : دانشنامه رشد

36:

بور و هايزنبرگ از بمب چه فرمودند؟


بور و هايزنبرگ دو فيزيكدان برجسته قرن بيستم، در سپتامبر ۱۹۴۱ درست در بحبوحه جنگ جهانى دوم ملاقاتى داشتند كه به يكى از بحث انگيزترين رايشاندادهاى تاريخ علم بدل شده هست.

اهميت اون ديدار به دليل حرف هايى هست كه اين دو دانشمند از انرژى هسته اى و همين طور سلاح هسته اى زده اند.

سال ها سپس اون ملاقات و سپس جنگ، فيزيكدانان ديگر و مورخين علم ادعاهاى عجيبى در مورد اون ملاقات مطرح كردند.

حرف هايى از اين دست كه هايزنبرگ قصد داشته از بور اطلاعات بگيرد، يا اينكه بور اطلاعات هايزنبرگ را در اختيار آمريكايى ها برنامه داده هست.

اين مقاله سعى دارد ضمن بررسى اين ملاقات نگاهى به رايشاندادهاى اون سال ها و چگونگى ساخته شدن سلاح هسته اى بيندازد.


هايزنبرگ شاگرد ممتاز
ورنر هايزنبرگ فيزيكدان آلمانى و برنده نوبل فيزيك يكى از برجسته ترين فيزيكدانان قرن بيستم هست و نيلز بور دانماركى كه او نيز برنده نوبل فيزيك شد از شاگرد آلمانى اش مشهورتر هست.

سابقه آشنايى اين دو فيزيكدان به سال هاى دهه ۲۰ و هنگام شكل گيرى مكانيك كوانتومى بازمى گردد.

هايزنبرگ پس از پايان دوران دكترا در آلمان به دانمارك رفت تا در موسسه اى در كپنهاگ دستيار بور شود.

در اون سال ها كپنهاگ به مركز فيزيك مدرن تبديل شد و دانشمندان زيادى در اونجا گرد آمدند تا مكانيك كوانتومى را كامل كنند.

نام هاى بزرگى چون ماكس بورن، ولفگانگ پاولى، پل ديراك و...

به اون موسسه رفت و آمد داشتند اما در راس اونها بور و هايزنبرگ برنامه داشتند.

هايزنبرگ جوان خيلى زود به نتايج خوبى رسيد و فرمول بندى ماتريسى خود از مكانيك كوانتومى را ارائه داد و همينطور اصل عدم قطعيت خود را مطرح كرد.

سپس اين سال ها هايزنبرگ به آلمان بازگشت و در دانشگاه لايپزيگ مشغول تدريس شد و بور نيز در كپنهاگ ماند.

پس از اون نيز هايزنبرگ به دانشگاه برلين رفت.

هموقت با اون قدرت نازى ها در آلمان شدت مى يافت.

موج مهاجرت دانشمندان و فيزيكدانان همكار هايزنبرگ شروع شده بود، خيلى هايشان به دليل ترس از يهودى بودن آلمان را ترك مى كردند.

اما هايزنبرگ كشورش را ترك نكرد.

او شخصيتى احساساتى داشت و با وجود مخالفت با سياست هاى رايش سوم، حس وطن پرستى اش اجازه مهاجرت را به او نمى داد.

شروع دوران جديد براى او به معنى سازش بود: «در آغاز هر درس انسان ناچار بود دستش را بلند كند و سلام نازى بدهد.

اما آيا من حتى پيش از به قدرت رسيدن هيتلر دستم را بلند نمى كردم

و براى دوستانم تكان نمى دادم؟ آيا به راستى اين يك سازش غيرشرافتمندانه محسوب مى شد؟ انسان مجبور بود همه نامه هاى رسمى با جمله هايل هيتلر را امضا كند.

سازشى اينجا، سازشى اونجا و بالاخره كجا بايد خط فاصل را مى كشيديم؟ اما براى سازش بايد حساب پس مى داديم و شايد هم بدتر از اون.» او عقيده داشت امت بايد سعى كنند از فاجعه جلوگيرى كنند نه اينكه از اون فرار كنند.

هايزنبرگ كه در تابستان ۱۹۳۹ براى سخنرانى و همينطور ديدن همكارانش به آمريكا سفر كرده بود، از جانب اونها تشايشانق به ماندن شد.

او در خاطراتش نوشته هست:«اونها اصلاً نمى توانستند بفهمند كه آدمى عقل به سرش باشد و به كشورى برگردد كه به شكست اون يقين كامل دارد.» هايزنبرگ با يك كشتى تقريباً خالى كه گواه از درستى هستدلالات همكارانش داشت، درست قبل از شروع جنگ به كشورش بازگشت.

با شروع جنگ هايزنبرگ و ديگر همكارانش به خدمت فراخوانده شدند و كارى كه از اونها انتظار داشتند هستفاده فنى از انرژى اتمى بود.

به اين ترتيب هايزنبرگ و ديگر فيزيكدانان آلمانى كه در اون كشور مانده بودند عضو اجبارى باشگاه اورانيوم شدند.

همان طور كه هايزنبرگ در خاطراتش ذكر مى كند، در اون وقت اعتقاد داشت كه هستفاده از انرژى اتمى وقت زيادى مى برد.

او ادعا مى كرد كه ساختن رآكتور بسيار آسان تر و كم هزينه تر از ساختن بمب اتمى هست.

«جدا كردن دو ايزوتوپ سنگين مثل اورانيوم ۲۳۵ و اورانيوم ۲۳۸ با اختلاف جرمى كمى كه دارند و توليد اونها به ميزانى كه دست كم چند كيلوگرم اورانيوم ۲۳۵ از اون به دست آيد، كار فنى غول آسايى هست.

اما در رآكتور اتمى تنها چيزى كه نياز داريم چند تن اورانيوم بسيار خالص به اضافه گرافيت يا آب سنگين هست.

اين كار به تلاش كمترى، در حدود يك صدم يا حتى يك هزارم، نياز دارد.» هايزنبرگ در قسمت هايى از خاطراتش ذكر مى كند كه اصلاً قصد كمك به ساختن سلاح هسته اى را نداشته و بيشتر به دنبال راه هاى صلح آميز هستفاده از اين انرژى جديد بوده هست.

او مى گايشاند هدفش به تعايشانق انداختن عملى شدن مطالعات نظرى شان بوده هست.

«گرچه ما مى دانستيم كه ساختن بمب اتمى امكانپذير هست و روش دقيق ساخت اون را هم مى شناختيم، اما اشكالات فنى اين كار را از اونچه بود بزرگتر مى پنداشتيم.

بنابراين با كمال خوشحالى مى توانستيم نقل صادقانه اى از آخرين تحولات به مقامات ارائه دهيم و مطمئن باشيم كه هيچ گونه اقدام جدى براى ساختن بمب اتمى در آلمان صورت نخواهد گرفت.»


بور، هستاد شفرمود زده
در سپتامبر ۱۹۴۳ نيلز بور فهميد كه گشتاپو در آلمان قصد دستگيرى او را دارد.

چند هفته بعد، در ۲۹ سپتامبر، او، همسرش و برخى ديگر كه اميدى براى فرار از دانمارك داشتند با قايقى مخفيانه به سوئد گريختند.

در روز ۶ اكتبر نيروهاى انگليسى بور را به تنهايى به اسكاتلند فرستادند كه از اونجا به لندن رفت.

بور در لندن با جان اندرسون شيمى- فيزيكدانى كه مدير پروژه بمب اتمى انگليس بود ملاقات كرد و اندرسون خلاصه اى از برنامه انگليسى- آمريكايى بمب را براى فيزيكدان دانماركى توضيح داد.

بنا به فرموده آيگه، پسر بور كه يك هفته بعد به پدرش در انگلستان پيوست و در تمام طول جنگ دستيار او بود؛ بور از روند پيشرفت برنامه انگليسى- آمريكايى شديداً غافلگير شده بود.

شايد شوكه شدن توصيف بهترى از وضعيت او باشد
.
غافلگيرى بور دو دليل داشت.

در طول دهه ۳۰ ميلادى وقتى كه فيزيك هسته اى در حال پيشرفت بود، بور در موقعيت هاى زيادى فرموده بود كه فكر مى كند هر هستفاده عملى از انرژى هسته اى غيرممكن هست.

اما وقتى در بهار ۱۹۳۹ جزئيات مهمى مربوط به شكافت هسته اورانيوم را فهميد، اون ديدگاه تغيير كرد.

در دسامبر ۱۹۳۸ شيمى- فيزيكدانان آلمانى، اوتو هان و فريتس اشتراسمن كشف كردند كه اورانيوم اگر با نوترون بمباران شود قابل شكافت هست.

ليزمايتنر دستيار اوتو هان حدس زده بود كه هسته هاى اورانيوم در آزمايش ها دوپاره مى شوند و بنابراين نام «شكافت» را بر روى اين فرايند گذاشته بودند.

در آزمايش ها از اورانيوم طبيعى هستفاده مى شد كه ۹۹ % اون اورانيوم ۲۳۸ هست و تقريباً ۷۰ % از يك % باقى مانده اورانيوم ۲۳۵ هست كه هسته اون ۳ نوترون كمتر از ايزوتوپ ديگر دارد.

ايزوتوپ ها از لحاظ شيميايى تمايزناپذير هستند.

اونچه بور فهميد اين بود كه به خاطر تفاوت هاى ساختارى تنها ايزوتوپ هاى كمياب ۲۳۵ در آزمايش هان- اشتراسمن شكافته مى شوند.

او نتيجه گرفت كه ساختن سلاح هسته اى تقريباً غيرممكن هست، زيرا مستلزم جداسازى ايزوتوپ ها هست كه كارى بسيار مشكل هست.

بور در دسامبر ۱۹۳۹ در يك سخنرانى ادعا كرد، با وسايل تكنيكى حاضر خالص سازى ايزوتوپ هاى كمياب براى تحقق واكنش زنجيره اى غيرممكن هست.

بنابراين زياد عجيب نيست كه چرا بور چهار سال بعد با فهميدن اونچه متفقين قصد انجامش را داشتند شوكه شد.


ملاقات جنجالى


دليل ديگر غافلگيرى بور را مى توان در ملاقات او با فيزيكدان آلمانى ورنر هايزنبرگ در نيمه سپتامبر ۱۹۴۱ (تقريباً دو سال قبل از فرارش به انگليس) رديابى كرد.

در اون وقت بيش از يك سال بود كه آلمانى ها دانمارك را اشغال و يك موسسه فرهنگى آلمانى را در كپنهاگ تاسيس كرده بودند كه كارهاى تبليغاتى انجام مى داد.

از فعاليت هاى اين موسسه برنامه ريزى ملاقات هاى علمى بود و هايزنبرگ يكى از چندين دانشمندى بود كه با برنامه اين موسسه به كپنهاگ آمده بود.

او كه پس از سال ها به كپنهاگ بازگشته بود يك هفته را در اونجا گذراند و از موسسه بور ديدن كرد.

در طول يكى از اين بازديدها بود كه اون ملاقات تاريخى اتفاق افتاد.

اونها چند ساعتى را بدون حضور هيچ كس با يكديگر صحبت كردند.

به نظر نمى رسد كه هيچ كدام از اونها يادداشتى از جزئيات بحث برداشته باشند، بنابراين هيچكس كاملاً مطمئن نيست كه در اون جلسه چه حرف هايى فرموده شد.

بور سپس اون ملاقات اين احساس را داشت كه هايزنبرگ بر روى سلاح اتمى كار مى كند.

همان طور كه آيگه بور بعدها يادآورى مى كند: «هايزنبرگ اين بحث را مطرح كرد كه كاربردهاى نظامى انرژى هسته اى چيست.

پدر من چندان تمايلى به اين كار نداشت و ترديدش را از مشكلات تكنيكى بزرگى كه وجود داشت بيان كرد.

اما به نظر او هايزنبرگ فكر مى كرد امكان هاى جديد مى تواند پايان جنگ را تعيين كند، اگر جنگ كمى بيشتر طول بكشد.» حال دو سال بعد، بور براى اولين بار از برنامه سلاح هاى هسته اى متفقين آگاه شده بود.

اما آلمانى ها در طول اون دو سال چه كارى انجام داده بودند؟ هيچ تعجبى ندارد كه بور در اون وقت شفرمود زده شده باشد
.
فهميدن اينكه «امكانات جديد» دقيقاً چه معنايى مى توانست داشته باشد جالب هست و با بررسى تاريخ پيشرفت فيزيك هسته اى مى توان حدس هايى در اين زمينه زد.

در اواسط دهه ۴۰ فيزيكدانان در هر دو طرف جنگ فهميدند به جز شكافت اورانيوم يك روش كاملاً متفاوت براى ساخت سلاح هسته اى وجود دارد؛ عنصرى كه بعدها پلوتونيوم نام گرفت.

اون عنصر كمى سنگين تر از اورانيوم هست و خواص شيميايى متفاوتى دارد، اما ساختار هسته اى اون به گونه اى هست كه مانند اورانيوم قابل شكافت هست.

پلوتونيوم برخلاف اورانيوم به طور طبيعى وجود ندارد و بايد در يك رآكتور هسته اى با بمباران سوخت اورانيومى رآكتور به وسيله نوترون ها ساخته شود.

با كشف اين فرآيند، به معناى قطعى به قسمتى از پروژه ساخت سلاح هسته اى تبديل شد.

شكى نيست كه هايزنبرگ وقتى با بور ملاقات كرد اين واقعيت را به خوبى مى دانست.

او حتى سمينارهايى را براى مقامات بلندپايه آلمانى ارائه كرده بود كه وجود چنين امكانى را توضيح مى داد.

آيا اين چيزى بود كه او سعى داشت به بور بگايشاند و اگر اين طور بود، چرا؟ آيا هايزنبرگ مى خواست از طريق بور براى آمريكايى ها و متفقين پيغام بفرستد يا مى خواست از اطلاعات بور براى فهميدن اينكه اونها تا چه حد پيشرفت كرده اند هستفاده كند؟ شايد هم مى خواست به متفقين بفهماند كه آلمان هيچ پيشرفتى نكرده هست.

بور چطور؟ آيا او چيزى از ملاقاتش با هايزنبرگ به آمريكايى ها فرمود؟ تمامى اين سئوال ها و حدس ها و گمان ها هنوز سال ها سپس اون ملاقات مطرح هست و هنوز جواب قطعى و دقيقى براى اون وجود ندارد.


نقشه اى كه به لس آلاموس رسيد


يكى از داستان هاى جالب در مورد ملاقات بور و هايزنبرگ ماجراى طرحى هست كه هايزنبرگ در طول ملاقات به بور داده هست.

معلوم نيست كه آيا هايزنبرگ اون شكل را در طول ملاقات كشيده هست يا قبل از اون.

با توجه به عادت فيزيكدانان هنگام ارتباط با يكديگر تصور بر اين هست كه او شكل را همان موقع و براى توضيح ايده هايش كشيده هست.

در هر حال بايد به دنبال اين سئوال باشيم كه اون شكل چگونه در دسامبر ۱۹۴۳ راهش را به آزمايشگاه لس آلاموس باز كرد.

اون شكل حاوى اطلاعات مهمى بود از اينكه آلمانى ها چگونه سلاح هسته اى را طراحى مى كردند.

كسى كه از وجود اين شكل مطلع شد، جرمى برنشتاين فيزيكدان آمريكايى هست كه به جز مقالات و كتاب هاى تكنيكى و تخصصى، سال ها يكى از نايشانسندگان اصلى مجله نيايشانوركر بود.

او در سال ۱۹۷۷ طى يك سرى مصاحبه با هانس بته وجود اون طرح اسرارآميز را كشف كرد.

بته كه در سال هاى جنگ عضوى از پروژه منهتن تحت نظر رابرت اپنهايمر بود، از وجود شكلى صحبت مى كرد كه نيلز بور هنگام سخنرانى در لس آلاموس به اونها نشان داد.

بته در اين مصاحبه فرموده هست: «هايزنبرگ يك طرح به بور داده بود و بور بعدها اين طرح را براى ما در لس آلاموس آورد.

اون شكل به وضوح طرحى از يك رآكتور بود، اما واكنش ما هنگام ديدن اون شكل اين بود كه آلمانى ها واقعاً ديوانه اند.

حتماً مى خواهند رآكتور را روى لندن بيندازند!» تنها كمى سپس جنگ بود كه دانشمندان حاضر در لس آلاموس فهميدند، آلمانى ها دقيقاً مى دانستند با رآكتور چه كار كنند.

حداقل بايد فرمود به طور نظرى اين را مى دانستند و به طور عملى به نتيجه نرسيده بودند وگرنه امروز به جاى هيروشيما و ناكازاكى بايد لندن را اولين قربانى سلاح هاى هسته اى مى دانستيم.

قبل از انتشار اين مصاحبه ها از جرمى برنشتاين در نيايشانوركر هيچ كس چيزى از اون شكل نمى دانست و اين جريان داستان ملاقات بور- هايزنبرگ را از حدس و گمان خارج كرد.

اما برنشتاين براى اطمينان از صحت حرف هاى بته با اشخاص ديگرى هم تماس گرفت.

او به دنبال كسانى گشت كه اون وقت در لس آلاموس بودند، اما اپنهايمر مرده بود، بور مرده بود، بيشتر اونها مرده بودند.

اما يك نفر هنوز زنده بود؛ ايشانكتور وايسكوف دوست نزديك رابرت اپنهايمر.

او هم ادعا مى كرد كه طرح را نديده اما چيزهايى درباره اون شنيده هست.

ولى آيگه پسر بور به كلى وجود چنين چيزى را انكار مى كرد.

برنشتاين سرانجام با تحقيق و مصاحبه با افراد مختلف به اين نتيجه رسيد كه هايزنبرگ خودش چيزى به بور نداده هست، اما بور اون شكل را پس از صحبت هاى هايزنبرگ كشيده هست.

حتى حدس مى زنند كه بور چيزهايى را هم به اون طرح اضافه كرده باشد، كه حاصل پژوهش هاى خودش سپس ملاقات بوده هست.

در هر حال چيزى كه همه تائيد كردند اين هست كه اون شكل و نوشته هايش دست خط خود هايزنبرگ نبوده هست.

اما اصلاً چرا هايزنبرگ چنين صحبت هايى را مطرح كرده بود؟ آيا مى خواست بور نتايج مطالعات او را بررسى و تائيد كند؟ آيا مى خواست به بور نشان دهد كه آلمانى ها با مطالعه بر روى رآكتور به دنبال هستفاده صلح آميز از انرژى هسته اى هستند؟ نيات هايزنبرگ هنوز در ابهام هست و شايد هيچ گاه روشن نشود، چرا كه حتى خود او در خاطراتش كه در كتاب«مرزهاى فيزيك» (در فارسى «جزء و كل») نوشته هست، چيز زيادى از اون ملاقات بحث انگيز مطرح نكرده هست.

تنها به وحشت بور از شنيدن نام سلاح هسته اى اشاره كرده هست و اينكه بور توجه زيادى به موانع فنى مورد اشاره هايزنبرگ نكرده هست.


نامه ها و نمايشنامه ها
گايشانا موضوع ملاقات بور و هايزنبرگ اونقدر جذاب بوده هست كه به دنياى هنر نيز كشيده شود.

«كپنهاگ» نام نمايشنامه اى هست كه مايكل فريان در حدود سال ۹۸ نوشته و به روى صحنه برده هست.

اين نمايشنامه داستان اون ملاقات را با سه شخصيت اصلى كه روح هايزنبرگ، بور و همسر بور هستند به تصايشانر مى كشد.

اما همه چيز از روى حدس و گمان هست و در واقع هيچ كس از يك نمايشنامه نايشانس انتظار تحقيقات مستند را ندارد.

مورخان براى يافتن منابع مستند بايد بيشتر از اينها استقامت مى كردند، برنامه بود خانواده بور نامه هاى وى را در سال ،۲۰۱۲ پنجاه سال پس از مرگ بور، منتشر كنند.

اما اين همه ابهام و حتى اتهام به بور باعث شد كه اونها تصميم بگيرند اين كار را ده سال زودتر اجرا کنند، براى همين اون نامه ها در سال ۲۰۰۲ منتشر شدند.

قبل از اون تمام چيزى كه مورخان علم مى دانستند بر پايه حرف هاى مبهم و گاه متناقض بور و هايزنبرگ بود كه از منابع دست دوم به دست آمده بود.

بور در اون نامه ها به دفعات تاكيد مى كند كه خاطره شفافى از ملاقات با هايزنبرگ دارد و يادداشت هاى بسيار دقيقى از اونچه هايزنبرگ فرموده بود برداشته هست.

او ادعا مى كند كه هايزنبرگ متقاعد شده بود كه اگر جنگ با پيروزى آلمان پايان نيابد، بايد تصميم به هستفاده از بمب اتم بگيرد.

بور مى گايشاند برخلاف حرف هاى بعدى هايزنبرگ سكوتش در طول صحبت به خاطر شوكه شدنش از اين نبود كه فهميده بود شكافت از لحاظ تكنيكى امكانپذير هست، بلكه به اين خاطر بود كه قبلاً نفهميده بود آلمانى ها بر روى بمب كار مى كنند و در مورد متفقين هم تا سال ۱۹۴۳ كه به انگلستان فرار كردند اين را نمى دانست.

بور مدعى هست هايزنبرگ به دانمارك رفته بود تا بور و ديگر فيزيكدانان دانماركى را متقاعد كند تا با آلمانى ها در پروژه باشگاه اورانيوم همكارى كنند.

اما اين اسناد را بايد با دقت و احتياط بيشترى بررسى كرد، چرا كه حداقل ۱۶ سال پس از پايان جنگ نوشته شده اند و ادعاى بور براى يادآورى دقيق و شفاف شايد زياد قابل اعتماد نباشد.

پس هنوز هم اين سئوال مهم پابرجا هست: «هدف هايزنبرگ از اون ملاقات چه بوده هست؟»
منبع : /cph-theory.persiangig.com

37:

دید کلی

وقتی که صحبت از مفهوم انرژی به میان می‌آید، نمونه‌های آشنای انرژی مثل انرژی گرمایی ، نور و یا انرژی مکانیکی و الکتریکی در شهودمان مرور می‌شود.

اگر ما انرژی هسته‌ای و امکاناتی که این انرژی در اختیارش برنامه می‌دهد، آشنا ‌شویم، شیفته اون خواهیم شد.







آیا می‌دانید که

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

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


کشورهایی که بیشترین هستفاده را از انرژی هسته‌ای را می‌برند، کدامند؟ و ...

.

نحوه آزاد شدن انرژی هسته‌ای

می‌دانیم که هسته از پروتون (با بار مثبت) و نوترون (بدون بار الکتریکی) تشکیل شده هست.

بنابراین بار الکتریکی اون مثبت هست.

اگر بتوانیم هسته را به طریقی به دو تکه تقسیم کنیم، تکه‌ها در اثر نیروی دافعه الکتریکی خیلی سریع از هم فاصله گرفته و انرژی جنبشی فوق العاده‌ای پیدا می‌نمايند.

در کنار این تکه‌ها ذرات دیگری مثل نوترون و اشعه‌های گاما و بتا نیز تولید می‌شود.

انرژی جنبشی تکه‌ها و انرژی ذرات و پرتوهای بوجود آمده ، در اثر برهمکنش ذرات با مواد اطراف ، سرانجام به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود.

مثلا در واکنش هسته‌ای که در طی اون 235U به دو تکه تبدیل می‌شود، انرژی کلی معادل با 200MeV را آزاد می‌کند.

این مقدار انرژی می‌تواند حدود 20 میلیارد کیلوگالری گرما را در ازای هر کیلوگرم سوخت تولید کند.

این مقدار گرما 2800000 بار برگتر از حدود 7000 کیلوگالری گرمایی هست که از سوختن هر کیلوگرم زغال سنگ حاصل می‌شود.




کاربرد حرارتی انرژی هسته‌ای

گرمای حاصل از واکنش هسته‌ای در محیط راکتور هسته‌ای تولید و پرداخته می‌شود.

بعبارتی در طی مراحلی در راکتور این گرما پس از مهارشدن انرژی آزاد شده واکنش هسته‌ای تولید و پس از خنک سازی کافی با آهنگ مناسبی به خارج منتقل می‌شود.

گرمای حاصله آبی را که در مرحله خنک سازی بعنوان خنک نماينده بکار می‌رود را به بخار آب تبدیل می‌کند.

بخار آب تولید شده ، همانند اونچه در تولید برق از زعال سنگ ، نفت یا گاز متداول هست، بسوی توربین فرستاده می‌شود تا با راه اندازی مولد ، توان الکتریکی مورد نیاز را تولید کند.

در واقع ، راکتور همراه با مولد بخار ، جانشین دیگ بخار در نیروگاه‌های معمولی شده هست.
سوخت راکتورهای هسته‌ای

ماده‌ای که به عنوان سوخت در راکتورهای هسته‌ای مورد هستفاده برنامه می‌گیرد باید شکاف پذیر باشد یا به طریقی شکاف پذیر شود.235U شکاف پذیر هست ولی اکثر هسته‌های اورانیوم در سوخت از انواع 238U هست.

این اورانیوم بر اثر واکنشهایی که به ترتیب با تولید پرتوهای گاما و بتا به 239Pu تبدیل می‌شود.

پلوتونیوم هم مثل 235U شکافت پذیر هست.

به علت پلوتونیوم اضافی که در سطح جهان وجود دارد نخستین مخلوطهای مورد هستفاده اونهایی هستند که مصرف در اونها منحصر به پلوتونیوم هست.

میزان اورانیومی که از صخره‌ها شسته می‌شود و از طریق رودخانه‌ها به دریا حمل می‌شود، به اندازه‌ای هست که می‌تواند 25 برابر کل مصرف برق کنونی جهان را تأمین کند.

با هستفاده از این نوع موضوع ، راکتورهای زاینده‌ای که بر پايه هستخراج اورانیوم از آب دریاها راه اندازی شوند قادر خواهند بود تمام انرژی مورد نیاز بشر را برای همیشه تأمین نمايند، بی اونکه قیمت برق به علت هزینه سوخت خام اون حتی به اندازه یک % هم افزایش یابد.
مزیتهای انرژی هسته‌ای بر سایر انرژیها





بر خلاف اونچه که رسانه‌های گروهی در مورد خطرات مربوط به حوادث راکتورها و دفن پسماندهای پرتوزا مطرح می‌کند از نظر آماری مرگ ناشی ازخطرات تکنولوژی هسته‌ای از 1 % مرگهای ناشی از سوختن زغال سنگ جهت تولید برق کمتر هست.

در سرتاسر جهان تعداد نیروگاههای هسته‌ای فعال بیش از 419 می‌باشد که قادر به تولید بیش از 322 هزار مگاوات توان الکتریکی هستند.

بالای 70 % این نیروگاه‌ها در کشور فرانسه و بالای 20 % اونها در کشور آمریکا برنامه دارد.
راکتور

با وجود تنوع در راکتور‌ها ، تقریبا همه اونها از اجزای یکسانی تشکیل شده‌اند.

این اجزا شامل سوخت ، پوشش برای سوخت ، کند نماينده نوترونهای حاصله از شکافت ، خنک نماينده‌ای برای حمل انرژی حرارتی حاصله از فرآیند شکافت ماده کنترل نماينده 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 هست.

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 برنامه 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 هست.




غلاف سوخت راکتور

سوختهای هسته‌ای مستقیما در داخل راکتور برنامه داده نمی‌شوند، بلکه همواره بصورت پوشیده شده مورد هستفاده برنامه می‌گیرند.

پوشش یا غلاف سوخت ، کند نماينده و یا خنک نماينده از اون 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 اون 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 هست غلاف دارای سطح مقطع پایینی نسبت به بر همکنشهای هسته‌ای حاصل از نوترون بوده و در مقابل تشعشع مقاوم باشد.

مواد کند نماينده نوترون

یک کند نماينده ماده‌ای هست که برای کند یا حرارتی کردن نوترونهای سریع بکار می‌رود.

هسته‌هایی که دارای جرمی نزدیک به جرم نوترون هستند بهترین کند نماينده می‌باشند.

کند نماينده برای اونکه بتواند در راکتور مورد هستفاده برنامه گیرد بایستی سطح مقطع جذبی پایینی نسبت به نوترون باشد.

با توجه به خواص اشاره شده برای کند نماينده ، چند ماده هستند که می‌توان از اونها هستفاده کرد.

هیدروژن ، دوتریم ، بریلیوم و کربن چند نمونه از کند نماينده‌ها می‌باشند.

از اونجا که بریلیوم سمی هست، این ماده خیلی کم به عنوان کند نماينده در راکتور مورد هستفاده برنامه می‌گیرد.

همچنین ایزوتوپهای هیدروژن ، به شکل آب و آب سنگین و کربن ، به شکل گرافیت به عنوان مواد کند نماينده هستفاده می‌شوند.
خنک نماينده‌ها

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 هست در راکتور قدرت برای تولید برق بکار رود.

از ویژگیهایی که ماده خنک نماينده باید داشته باشد، هدایت حرارتی اون هست تا اینکه بتواند در انتقال حرارت مؤثر باشد.

همچنین پایداری شیمیایی و سطح مقطع جذب پایین‌تر از نوترون دو خاصیت عمده ماده خنک نماينده هست.

نکته دیگری که باید به اون اشاره شود این هست که این ماده نباید در اثر واکنشهای گاما دهنده رادیواکتیو شوند.

از مایعات و گازها به عنوان خنک نماينده هستفاده شده‌ هست، مانند گازهای دی اکسید کربن و هلیوم.

هلیوم ایده‌آل هست ولی پر هزینه بوده و تهیه مقادیر زیاد اون مشکل هست.

خنک نماينده‌های مایع شامل آب ، آب سنگین و فلزات مایع هستند.

از اونجا که برای جلوگیری از جوشیدن آب فشار زیادی لازم هست خنک نماينده ایده‌آلی نیست.



مواد کنترل نماينده شکافت

برای دستیابی به فرآیند شکافت کنترل شده و یا متوقف کردن یک سیستم شکافت پس از شروع ، لازم هست که موادی قابل دسترس باشند که بتوانند نوترونهای اضافی را جذب نمايند.

مواد جاذب نوترون بر خلاف مواد دیگر مورد هستفاده در محیط راکتور باید سطح مقطع جذب بالایی نسبت به نوترون داشته باشند.

مواد زیادی وجود دارند که سطح مقطع جذب اونها نسبت به نوترون بالاست، ولی ماده مورد هستفاده 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 ، تبديل و زاینده ، بر حسب نوع سوخت به راکتورهای اورانیوم طبیعی ، راکتورهای اورانیوم غنی شده با 235U (راکتور مخلوطی Be) ، بر حسب خنک نماينده به راکتورهای گاز (CO2مایع (آب ، فلز) ، بر حسب فاز سوخت کند نماينده‌ها 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 اونها در تحقیقات ، بعضی از اونها برای تولید رادیو ایزتوپهای پر انرژی برخی برای راندن کشتیها و برخی برای تولید برق بکار می‌روند.


دوگروه اصلی راکتورهای هسته‌ای بر پايه تقسیم بندی کاربرد اونها.

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 هستفاده برنامه می گیرند.
کاربردها
استفاده از نیروی هسته‌ای از 40 سال پیش آغاز شد و اینک این نیرو همان اندازه از برق جهان را تأمین می‌کند که 40 سال پیش بوسیله تمام منابع انرژی تأمین می‌شد.

حدود دو سوم از جمعیت جهان در کشورهایی زندگی می‌نمايند که نیروگاههای هسته‌ای اونها در زمینه تولید برق و زیر ساختهای صنعتی نقش مکمل را ایفا می‌نمايند.

نیمی از امت جهان در کشورهایی زندگی می‌نمايند که نیروگاههای هسته‌ای در اونها 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 هست.

امروزه حدود 440 نیروگاه هسته‌ای در 31 کشور جهان برق تولید می‌نمايند.

بیش از 15 کشور از مجموع این تعداد در زمینه تأمین برق خود تا 25 % یا بیشتر ، متکی به نیروی هسته‌ای هستند.

در اروپا و ژاپن سهم نیروی هسته‌ای در تأمین برق بیش از 30 % هست، در آمریکا نیروی هسته‌ای 20 % از برق را تأمین می‌کند.

در سرتاسر جهان ، دانشمندان بیش از 50 کشور از حدود 300 راکتور تحقیقاتی هستفاده می‌نمايند تا: درباره فناوریهای هسته‌ای تحقیق کرده و برای تشخیص بیماری و درمان سرطان ، رادیوایزوتوپ تولید نمايند.

همچنین در اقیانوسهای جهان راکتورهای هسته‌ای نیروی محرکه بیش از 400 کشتی را بدون اینکه به خدمه اون و یا محیط زیست آسیبی برسانند، تأمین می‌نمايند.

دوره پس از جنگ سرد ، فعالیت جدیدی برای حذف مواد هسته‌ای از تسلیحات و تبدیل اون به سوخت هسته‌ای غیر نظامی آغاز شد.

انرژی هسته‌ای کاربردهای زیاد در پزشکی در علوم و صنعت و کشاورزی و ...

دارد.

لازم به ذکر هست انرژی هسته‌ای به تمامی انرژیهای دیگر قابل تبدیل هست، 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 هستفاده می‌کند.

اولین جایگاه از این نوع در 27 ژوئن سال 1958 در شوروی سابق ساخته شد.

که قدرت اون 5000 کیلو وات هست.

چون شکست سوخت هسته‌ای پايه ا گرما تولید می‌کند، از گرمای تولید شده راکتورهای هسته‌ای برای تولید بخار هستفاده می‌شود.

از بخار تولید شده برای به حرکت در آوردن توربینها و ژنراتورها که نهایتا برای تولید برق هستفاده 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 نماينده انرژی اتمی به جریان برق مستقیم هست، ساده‌ترین پیلها) شامل دو صفحه هست.

یک پخش نماينده بتای خالص مثل هسترنیوم 90 و یک هادی مثل سیلسیوم.
جریان الکترونهای سریعی که بوسیله هسترنیوم 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 هسترنیوم 90 می‌باشد.

کاربردهای پزشکی

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

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

تشعشعات هسته‌ای کاربردهای زیادی در کشاورزی دارد که مهمترین اونها 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 هست.
کاربردهای صنعتی

در صنعت کاربردهای زیادی دارد، از جمله مهمترین اونها عبارتند از:

نشت یابی با اشعه
دبی سنجی پرتویی(سنجش شدت تشعشعات ، نور و فیزیک امواج)
سنجش پرتویی میزان سائیدگی قطعات در حین کار
سنجش پرتویی میزان خوردگی قطعات
چگالی سنج موادمعدنی با اشعه
کشف عناصر نایاب در معادن
شکافت


در واکنشهای شکافت هسته‌ای مقادیر زیادی نیز انرژی آزاد می‌گردد (در حدود 200Mev)، اما مسئله مهمتر اینکه نتیجه شکستن هسته 235U ، آزادی دو نوترون هست 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 می‌نمايند 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 وقت و نیز مقدار انرژی بتدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه ثابت نگهداشته می‌شود.
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 هستفاده 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.

هستفاده 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 هستفاده از شکافت هسته‌ای کنترل شده به میزان زیادی توسعه یافته و مورد قبول واقع شده هست.

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 هست.

این اختلاف به توسط فرمول انیشتین توضیح داده می‌شود که رابطه بین جرم و انرژی هم ارزی جرم و انرژی را بربرنامه می‌سازد.

اگر یک دستگاه مادی دارای جرم باشد در این صورت دارای انرژی کلی E هست.

E = M C2 که در اون C سرعت نور در خلا و M جرم کل هسته مرکب از نوکلئونها و E مقدار انرژیی هست که در اثر فروپاشی جرم M تولید می‌شود.

بنابر این اصول انرژی هسته‌ای بر آزاد سازی انرژی پیوندی هسته هستوار هست.

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 اون هست، که معرف کاری هست که باید انجام شود تا نوکلئونها از هم جدا شوند.
مواد شکافتنی

مواد ناپایدار برای اینکه به پایداری برسند، انرژی گسیل می‌نمايند تا به حالت پایدار برسد.

معمولا عناصری شکافت پذیر هستند که جرم اتمی اونها بالای 150 باشد ،235U و 238U در معادن یافت می‌شود.

99.3 % اورانیوم معادن 238U می‌باشد.و تنها 7% اون 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 % به 1 الی 3 % 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 هست در راکتورهای هسته‌ای که با نوترون کار می‌کند، طبق واکنشهای به عمل آمده 2 الی3 نوترون سریع تولید می‌شود.

حتما این نوترونهای سریع باید کند شوند.


شوخت هسته ای
پلوتونیوم یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی 92 و جرم اتمی 239 که اولین بار طی واکنش کنترل شده شکست هسته اورانیوم تهیه ‏گردید.

کاربردهای انرژی هسته ای به وسیله بشر با اورانیوم 235 شروع شد.

که مهمترین سوخت هسته ای بوده و هست.


سوخت هسته ای اورانیوم:‏


اگر ایزوتوب اورانیوم 235 ( موجود در اورانیوم طبیعی ) قابل شکست نمی بود حتی با داشتن کوهی از اورانیوم طبیعی کسی ‏نمی توانست از انرژی نهانی اون هستفاده نماید.

این ایزوتوپ به وسیله نوترون هایی با هر مقدار انرژی به خوبی شکسته می شود.‏


فلز طبیعی اورانیوم محتوی مقادیر بسیار کمی از اون هست.

فقط 0.7 % باقیمانده % اورانیوم طبیعی شامل 99.3 ‏% اورانیوم 238 می باشد که فقط به وسیله نوترون های سریع شکسته می شود.‏


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


اگر نوترون های پر انرزی حاصل از شکست اورانیوم 235 را به کمک کند نماينده هایی از جمله گرافیت ، آب معمولی یا ‏آب سنگین یا مواد دیگر به این مقدار انرژی (1 تاev 10) کند کنیم، معجزه شروع می شود.

هسته اورانیوم 238 چنین نوترون ‏های آهسته ای را جذب می کند.

سپس تحریک و تجزیه شده و بالاخره به پلتیونیوم با نیم عمر 24.4 سال تبدیل می شود.


نکته قابل توجه این که اورانیوم 235 هم به وسیله نوترون های سریع و هم آهسته شکسته می شود.

بدین ترتیب در حین ‏مصرف اورانیوم 235 در راکتور ، مقدار معینی اورانیوم 238 (غیر قابل شکست در عمل ) به پلتونیوم 239 ( قابل شکست ) ‏تبد یل می شود.


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

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



ورود پلتونیوم بویژه در ارگانیسوم انسان یا حیوان خطرناک می باشد.

زیرا نمی تواند به وسیله اعمال طبیعی از بدن خارج ‏شود.

پلتونیوم در بدن ، به طور شدیدی اشعه گاما ساطع کرده و باعث بیماری های تشعشعی حاد و یا حتی مرگ می شود.



کاربردهای سوخت هسته ای:



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

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

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

چرخه ی سوخت هسته ای
انرژى هسته‌اى با توجه به ویژگىهاى حیرت انگیزش در آزاد سازى حجم بالایى از انرژى در قبال از میان رفتن مقادیر ناچیزى از جرم ، به عنوان جایگزین سوختهاى پیر فسیلى که ناجوانمردانه در حال بلعیده شدن هستند، مطرح شده هست.

ایران نیز با وجود منابع گسترده نفت و گاز به دلیل کاربردهاى بهترى که سوختهاى فسیلى نسبت به سوزانده شدن در کوره‌ها و براى تولید حرارت دارند، براى دستیابى به این نوع از انرژى تلاشهایى را از سالهاى دور داشته هست و در سالهاى پس از انقلاب همواره مورد اتهام واقع شده که هدف اصلیش نه فناورى صلح آمیز که رسیدن به فناورى تسلیحات هسته‌اى هست.

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

در فناورى هسته‌اى ، خواه صلح آمیز باشد یا نظامى ، ماده بنیادى مورد نیاز، اورانیوم هست.

اورانیوم از معادن زیر زمینى و همچنین حفاریهاى روباز قابل هستحصال هست.

این ماده به رغم اونکه در تمام جهان قابل دستیابى هست، اما سنگ معدن تغلیظ شده اون به مقدار بسیار کمى قابل دستیابى هست.

وقتى که اتمهاى مشخصى از اورانیوم در یک واکنش زنجیره‌اى دنباله دار که به دفعات متعدد تکرار شده ، شکافته مى‌شود، مقادیر متنابهى انرژى آزاد مى‌شود، به این فرآیند شکافت هسته‌اى مى‌گویند.

فرآیند شکاف در یک نیروگاه هسته‌اى به آهستگى و در یک سلاح هسته‌اى با سرعت بسیار روى مى‌دهد، اما در هر دو حالت باید به دقت کنترل شوند.

مناسبترین حالت اورانیوم براى شکافت هسته‌اى ایزوتوپهاى خاصى از 235U (یا 239Pu) هست.

ایزوتوپ ها ، اتمهاى یکسان با تعداد نوترونهاى متفاوت هستند.

به هرحال 235U به دلیل تمایل باطنى به شکافت در واکنشهاى زنجیرى و تولید انرژى حرارتى به عنوان «ایزوتوپ شکافت» شناخته شده هست.

هنگامى که اتم 235U شکافته مى‌شود دو یا سه نوترون آزاد مى‌کند.

این نوترونها با سایر اتمهاى 235U برخورد کرده و باعث شکاف اونها و تولید نوترونهاى جدید مى‌شود.

براى روى دادن یک واکنش هسته‌اى به تعداد کافى از اتمهاى 235U براى امکان ادامه یافتن این واکنشها بصورت زنجیرى و البته خودکار نیاز هست.

این جرم مورد نیاز به عنوان «جرم بحرانى» شناخته مى‌شود.

باید توجه داشت که هر 1000 اتم طبیعى اورانیوم شامل تنها حدود هفت اتم 235U ، یعنی (0.7 %) بوده و 993 اتم دیگر از نوع 238U هستند که اصولا کاربردى در فرآیندهاى هسته‌اى ندارند.

تبدیل اورانیوم

سنگ معدن اورانیوم هستخراج شده در آسیاب خرد و ریز شده و به پودر بسیار ریزى تبدیل مى‌شود.

پس از اون طى فرآیند شیمیایى خاصى خالص سازى شده و بصورت یک حالت جامد به هم پیوسته که از اون به عنوان «کیک زرد» (yellow cake) یاد مى‌شود، درمى‌آید.

کیک زرد شامل 70 % اورانیوم بوده و داراى خواص پرتوزایى (radioactive) هست.

هدف پایه‌اى دانشمندان هسته‌اى از فرآیند غنى سازى افزایش میزان اتمهاى 235U هست که براى این هدف اورانیوم باید اول به گاز تبدیل شود.

با گرم کردن اورانیوم تا دماى 64 درجه سانتیگراد حالت جامد به گاز هگزا فلوئورید اورانیوم (UFG) تبدیل مى‌شود.

هگزافلوئورید اورانیوم خورنده و پرتوزا هست و باید با دقت جابجا شود، لوله‌ها و پمپها در کارخانه‌هاى تبدیل نماينده بصورت ویژه‌اى از آلیاژ آلومینیوم و نیکل ساخته مى‌شوند.

گاز تولیدى همچنین باید از نفت و روغنهاى گریس به جهت جلوگیرى از واکنشهاى ناخواسته شیمیایى دور نگه داشته شود.
غنى سازى اورانیوم

هدف غنى سازى مشخصا افزایش میزان 235U _ ایزوتوپ شکافت _ هست.

اورانیوم مورد نیاز در مصارف صلح آمیز نظیر راکتورهاى هسته‌اى نیروگاهها باید شامل دو تا سه % 235U باشد، اما اورانیوم مورد نیاز در تسلیحات اتمى باید شامل بیش از نود % 235U باشد.

شیوه متداول غنى سازى اورانیوم سانتریفوژ کردن گاز هست.

در این روش هگزافلوئورید اورانیوم در یک محفظه هستوانه‌اى با سرعت بالا در شرایط گریز از مرکز برنامه مى‌گیرد.

این کار باعث جدا شدن ایزوتوپهاى با جرم حجمى بالاتر از 235U مى‌شود (238U).

238U در طى فرآیند گریز از مرکز به سمت پائین محفظه کشیده شده و خارج مى‌شود، اتمهاى سبکتر 235U از بخش میانى محفظه جمع آورى و جدا مى شود.

235U تجمع یافته پس از اون به محفظه‌هاى گریز از مرکز بعدى هدایت مى‌شود.

این فرآیند بارها در میان زنجیرى از دستگاههاى گریز از مرکز در کنار هم چیده شده تکرار مى‌شود تا خالصترین میزان اورانیوم بسته به کاربرد اون به دست آید.

از اورانیوم غنى شده در دو نوع سلاح هسته‌اى هستفاده مى‌شود، یا بصورت مستقیم در بمبهاى اورانیومى و یا طى چند مرحله در بمبهاى پلوتونیومى مورد هستفاده برنامه مى گیرد.
بمب اورانیومى

هدف نهایى طراحان بمبهاى هسته‌اى رسیدن به یک جرم «فوق بحرانى» هست که باعث ایجاد یک سرى واکنشهاى زنجیره‌اى به همراه تولید حجم بالایى از حرارت مى‌شود.

در یکى از ساده‌ترین نوع طراحى این بمبها یک جرم زیر بحرانى کوچکتر به جرم بزرگترى شلیک مى‌شود و جرم ایجاد شده باعث ایجاد یک جرم فوق بحرانى و به تبع اون یک سرى واکنشهاى زنجیره‌اى و یک انفجار هسته‌اى مى‌شود.

کل این فرآیند در کمتر از یک دقیقه رخ مى‌دهد.

براى ساخت سوخت براى یک بمب اورانیومى هگزافلوئورید اورانیوم فوق غنى شده در ابتدا به اکسید اورانیوم و سپس به شمش فلزى اورانیوم تبدیل مى‌شود.

میزان انرژى آزاد شده ناشى از شکافت هسته‌اى را به کمک یک فناورى تقویتى افزایش مى‌دهند.

این فناورى شامل کنترل و بکار گیرى خواص همجوشى یا گداخت هسته‌اى هست.

در همجوشى هسته‌اى شاهد بهم پیوستن ایزوتوپهایى از هیدروژن و پس از اون تشکیل یک اتم هلیوم هستیم.

به دنبال این واکنش مقادیر قابل توجهى گرما و فشار آزاد مى شود.

از سوى دیگر همجوشى هسته اى سبب تولید نوترونهاى بیشتر و تغذیه واکنش شکافت شده و انفجار بزرگترى را ترتیب مى‌دهد.

برخى تجهیزات این فناورى تقویتى به عنوان بمب هیدروژنى و سلاحهاى هسته‌اى _ حرارتى (Thermonuclear) شناخته مى‌شوند.

راکتورهاى هسته‌اى

راکتورها داراى کاربردهاى کاملا دوگانه هستند.

در مصارف صلح آمیز با بهره گیرى از حرارت تولیدى در شکافت هسته‌اى کار مى‌نمايند.

این حرارت جهت گرم کردن آب ، تبدیل اون به بخار و هستفاده از بخار براى حرکت توربینها بهره گرفته مى‌شود.

همچنین اگر قصد ساخت بمبهاى پلوتونیومى در کار باشد نیز اورانیوم غنى شده را به راکتورهاى هسته‌اى منتقل مى‌نمايند.

در نوع خاصى از راکتورهاى هسته‌اى از اورانیوم غنى شده به شکل قرصهایى به اندازه یک سکه و ارتفاع یک اینچ بهره مى‌گیرند.

این قرصها بصورت کپسولهاى میله‌اى شکل صورت بندى شده و درون یک محفظه عایق ، تحت فشار برنامه داده مى‌شوند.

در بسیارى از نیروگاههاى هسته‌اى این میله‌ها جهت خنک شدن درون آب غوطه‌ور هستند.

روشهاى دیگر خنک نماينده نیز نظیر هستفاده از دى اکسیدکربن یا فلز مایع هستند.

براى کارکرد مناسب یک راکتور (مثلا تولید حرارت با کمک واکنش شکافت) هسته اورانیومى باید داراى جرم فوق بحرانى باشد، این بدین معناست که مقدار کافى و مناسبى از اورانیوم غنى شده جهت شکل گیرى یک واکنش زنجیرى خود به خود پیش رونده موردنیاز هست.

براى تنظیم و کنترل فرآیند شکافت میله‌هاى کنترل نماينده از جنس موادى نظیر گرافیت با قابلیت جذب نوترونهاى درون راکتور وارد محفظه مى شوند.

این میله‌ها با جذب نوترونها باعث کاهش شدت فرآیند شکافت مى‌شوند.

در حال حاضر بیش از چهارصد نیروگاه هسته‌اى در جهان وجود دارند و 17 % الکتریسیته جهان را تولید مى نمايند.

راکتورها همچنین در کشتیها و زیردریاییها کاربرد دارند.

باز پردازش

باز پردازش یک عملیات شیمیایى هست که سوخت کارکردى را از زباله‌هاى اتمى جدا مى‌کند.

در این عملیات میله سوخت مصرف شده ، غلاف بیرونى فلزى خود را در قبال حل شدن در اسید نیتریک داغ از دست مى‌دهد.

محصولات این عملیات که در راکتور مورد هستفاده دوباره برنامه مى‌گیرد، شامل 96 % اورانیوم ، سه % زباله اتمى به شدت پرتوزا و یک % پلوتونیوم هست.

همه راکتورهاى هسته‌اى پلوتونیوم تولید مى‌نمايند، اما انواع نظامى اونها بصورت کاملا بهینه‌ترى نسبت به سایر انواع راکتور این کار را انجام مى‌دهند.

یک واحد باز پردازش و یک راکتور جهت تولید مقدار کافى پلوتونیوم مى‌توانند به صورت نامحسوسى در یک ساختمان عادى جاسازى شوند.این مسئله باعث مى شود هستخراج پلوتونیوم با کمک باز پردازش به گزینه‌اى جذاب براى هر کشورى که به دنبال برنامه‌هاى غیرقانونى سلاحهاى اتمى هست، تبدیل شود.

بمب پلوتونیومی

پلوتونیوم مزیتهاى متعددى نسبت به اورانیوم به عنوان جزیى از سلاحهاى اتمى دارد.

تنها حدود چهار کیلوگرم پلوتونیوم براى ساخت یک بمب موردنیاز هست، همچنین براى تولید 12 کیلوگرم پلوتونیوم در هر سال تنها به یک واحد کوچک باز پردازش نیاز هست.

یک کلاهک هسته‌اى شامل یک کره پلوتونیوم ، احاطه شده توسط پوسته‌اى از فلز، مثلا بریلیوم ، هست که نوترونها را به فرآیند شکاف باز مى‌گرداند.

این مسئله باعث مى‌شود مقدار کمترى پلوتونیوم براى رسیدن به جرم بحرانى و ایجاد یک واکنش شکافت زنجیره‌اى مورد نیاز باشد.

به هرحال یک گروه تروریستى براى دسترسى به پلوتونیوم از راکتورهاى هسته‌اى غیرنظامى داراى مشکلات کمترى نسبت به دسترسى به اورانیوم غنى شده جهت ایجاد یک انفجار هسته‌اى هستند.

کارشناسان معتقدند که بمبهاى عمل آورى شده پلوتونیوم مى‌تواند با تخصصى کمتر از اونچه که توسط فرقه «آئوم» در حمله با گاز اعصاب به مترو توکیو (1995) بکار گرفته شد، طراحى و جمع آورى شود.

یک انفجار هسته‌اى از این نوع مى‌تواند با نیروى معادل یکصد تنی TNT منفجر شود؛ بیست بار قویتر از بزرگترین حمله تروریستى تاریخ می‌باشد.




38:

انرژی هسته ای به زبان ساده

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

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

اجسام از اتمهايي ساخته شده هست .

اتمها اون اندازه كوچكند كه نمي توان اونها را ديد.

در يك قطره آب ميليونها اتم وجود دارد.

مدتها دانشمندان بر اين باور بودند كه اتم كوچكترين جزئي هست كه وجود دارد واژه اتم يك كلمه يوناني هست به معني تجزيه ناپذير كه نمي توان اون را تقسيم كرد.

بهرحال در سال 1905 آلبرت انيشتين نظريه مشهوري را فراخوان كرد او فرمود: كه اگر اتمي را بتوانيم به روشي تغيير دهيم و يا بشكافيم مقدار بسيار زيادي انرژي آزاد خواهد شد.

اولين دانشمندي كه توانست اتم را بشكافد و موفق به اين كار شد ارنست رادرفورد بود.

اين آزمايش مشهور در آزمايشگاه كاونديش در كمبريج در سال 1919 انجام شد.

از اين پس رادرفورد و ديگر دانشمندان به تحقيق پرداختند تا ثابت كنند كه اتمها خود از ذره هاي كوچكتر و يا از ذرات بنيادي ساخته شده اند.

ما اكنون مي دانيم كه قسمت عمده هر اتم را فضاي خالي تشكيل مي دهد در مركز هر اتم هسته برنامه دارد.

در اطراف هسته يك يا چند الكترون كوچك و مشابه همواره در مدارهايي دوران مي كنند.

هسته ها از پروتونها و نوترونها ساخته شده اند.

هيدروژن گاز بسيار سبك وزني هست و اتمها ي اون ساده ترين اتمها ست.

هر اتم هيدروژن از يك پروتون كه هسته اتم هست و يك الكترون تشكيل شده هست.

در مقابل اورانيم فلز بسيار سنگيني هست.

هر اتم اورانيم داراي 92 پروتون و بيش از يكصد نوترون در هسته هست و 92 الكترون در مدارهاي اون حركت مي كنند.

اورانيم تنها ماده طبيعي هست كه پديده شكافت در اون به آساني صورت مي گيرد.

هنگامي كه يك نوترون به هسته يك اتم اون برخورد كند اين هسته به دو جزء تقريبا" مساايشان تقسيم مي شود، اين اجزاء با سرعت زيادي تقسيم مي شوند و هموقت دو يا سه نوترون آزاد مي شود و باعث شكسته شدن اتمهاي ديگر اورانيم مي شوند.

هنگامي كه اين نوترونها با هسته اتمها برخورد كنند شكافتهايي جديد صورت مي گيرد و مقدار بسيار زيادي گرماتوليد مي شود.

اين عمل را واكنش زنجيري مي ناميم كه در نتيجه انرژي آزاد مي شود .

همانطوري كه در پديده شكافت گرما توليد مي شود، راديو اكتيو نيز ظاهر مي گردد پرتوهاي مواد راديو اكتيو خطرناك و قابليت نفوذ زيادي دارند ورقه كلفت فولاد و ديواره هاي بتوني كه در مركز رآكتور به يكديگر متصل شده اند برنامه مي دهند همانطور كه بايد بتوانيم ميزان حرارتي را در اجاق گاز كم و زياد كنيم لازم هست كه بتوانيم شكاف هسته را نيز كنترل كنيم اين عمل نظارت و كنترل بوسيله ميله هايي از جنس بر يا كادميمم كه درون راكتور برنامه مي گيرند انجام مي شود.

اين ميله ها نوترونها را جذب مي كنند و سرعت واكنش زنجيري را كاهش مي دهند اگر دماي رآكتور بالا رود و گرماي بيش از حد توليد شود ميله ها كاملا" به طرف برده مي شوند و واكنشهاي رآكتور كاملا" متوقف مي گردد بايد بتوان گرماي حاصل از درون رآكتور را خارج كنيم و اين خيلي مهم هست براي انجام اين كار مايع يا گازي را به درون رآكتور مي فرستيم گرماي حاصله مي تواند آب را در مبدلهاي حرارتي بجوش آورد عمل اون نظير آبگرمكن كوچك خانه شما هست كه آب گرم حمام شما را تامين مي كند.

در نيروگاهها مبدلهاي حرارتي آب را به جوش مي آورند و بخار حاصل از اون براي حركت توربين هستفاده مي شود.

توربين ها، آلترناتورها را به حركت در مي آورند و الكتريسيته توليد مي شود نظير همه نيروگاهها كه مواد زائدي از سوختهاي اونها حاصل مي شود رآكتورها نيز مواد زائدي توليد مي كنند و نظر به اينكه خاصيت راديو اكتيايشانته اين مواد براي سالهاي سال باقي مي ماند بايد با نهايت مراقبت اونها را جابجا كرد.

دانشندان اكنون رايشان اين برنامه كار مي كنند كه مواد زائد را بصور ت قالبهاي شيشه اي درآورند و جمع آوري و نگهداري كنند.

دانشمندان اميدوارند كه در آينده واكنش همجوشي را جانشين واكنش شكافي نمايند.

در واكنش هم جوشي اتمهاي سبك مانند هيدروژن با يكديگر تركيب مي شوند و مقدار بسيار زيادي انرژي توليد مي كنند، در اين نوع واكنش پس مانده بوجود نمي آيد.

شايد روزي دانشمندان اين مسئله را حل كنند.

هنگامي كه اونها توفيق اين كار را بيابند امت جهان به يك منبع انرژي بي پايان دست خواهند يافت.

اورانيم كمياب هست و هستخراج اون گران تمام مي شود وليكن هيچگاه كمبود هيدروژن نخواهيم داشت و تا وقتي كه آب كه تركيبي از اكسيژن و هيدروژن هست موجود باشد مشكلي از نظر هيدروژن نداريم.



39:

شکافت هسته ای القا شده در اورانیوم




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

الف: فرآیند جذب نوترون و شکسته شدن هسته بسیار سریع هست.

وقت این واکنش از مرتبه پیکو ثانیه هست، یعنی 10-12 ثانیه یا یک میلیون میلیونیم ثانیه!

ب: وقتی که یک اتم شکسته می‌شود، مقدار بسیار زیادی انرژی آزاد می‌شود که باور نکردنی هست.

این انرژی به صورت گرما و تابش امواج الکترومغناطیسی آزاد می‌شود که بخش اعظم انرژی به صورت پرتوهای گاما و X هست؛ البته دو اتمی که در نتیجه شکافت به وجود آمده اند ( کریپتون وباریم ) نیز تابش بتا و گاما ساطع می‌نمايند.

انرژی فراوان شکسته شدن هسته، از تفاوت جرم محصولات شکافت هسته ای و جرم هسته اولیه به دست می‌آید.

مجموع جرم محصولات فرآیند شکافت جرم محصولات فرآیند شکافت از جرم هسته اولیه کمتر هست و طبق معادله مشهور E=mc2، این مقدار انرژی به دست می‌آید.
در اثر شکافت هسته اتم u-235، انرژی زیادی از مرتبه 200meV ( بخوانید دویست مگا الکترون ولت ) آزاد می‌شود.

هر الکترون ولت معادل 19-10 *602/1 ژول انرژی هست، پس انرژی شکافت از مرتبه سی پیکوژول هست ( 11-10 *3 ژول )؛ ولی اگر توان فرآیند شکافت را محاسبه کنیم، می‌بینیم که:
P=3*10-11J/10-12s=30vv
شاید توان 30 وات برای یک اتم خیلی چشمگیر نباشد ( که بسیار زیاد هست )، ولی توجه داشته باشید که نیم کیلو گرم اورانیوم 235 شامل 1024 اتم هست! این نیم کیلوگرم از یک توپ بیسبال هم کوچکتر هست! اگر اورانیوم به مقدار کافی غنی شده باشد، انرژی حاصل از شکافت اون معادل انرژی حاصل از سوختن کامل 3780 متر مکعب گازوئیل هست که فضایی معادل یک خانه شش طبقه را اشغال می‌کند.

احتمالا اکنون می‌توانید تصوری از انرژی نهفته در مقدار اندکی اورانیوم داشته باشید.

البته ذکر این نکته ضروری هست که برای هستفاده از این خصوصیات u-235، باید اون را غنی سازی کرد و % این ایزوتوپ را در سوخت افزایش داد.

یک نمونه غنی شده اورانیوم باید حداقل 2 تا 3 % u-235 داشته باشد.

غنی سازی 3 % برای هستفاده در یک رآکتور هسته ای غیر نظامی کافی هست، در حالی که اورانیوم مورد هستفاده در تسلیحات هسته ای دارای غنی سازی بیش از 90 % هست.

ج: احتمال اونکه u-235، نوترونی را که از کنارش عبور می‌کند جذب کند بسیار بالا هست.

همان طور که اشاره شد، در فرآیند شکافت هسته ای بسته به چگونگی شکسته شدن اتم بین 2 تا 3 نوترون آزاد می‌شود.

اگر در محیط هیچ اورانیوم 235 دیگری وجود نداشته باشد، نوترونهای آزاد شده به صورت تابش های نوترونی در فضا پراکنده می‌شوند.

ولی اگر این اتم بخصوص شکافته شده بخشی از یک جرم اورانیوم 235 باشد، یعنی اتمهای u-235 دیگری هم در اطراف وجود داشته باشند، اونگاه سه حالت ممکن هست روی دهد.
1- اگر به طور متوسط، از هر شکافت دقیقا یک نوترون آزاد به هسته u-235 دیگری برخورد کند و موجب شکافت اون شود، فرموده می‌شود که جرم اورانیوم، جرم بحرانی هست.

دریک دمای پایدار، جرم بحرانی احتمالی حتماً وجود خواهد داشت.
2- اگر به طور متوسط، کمتر از یک نوترون آزاد به هسته u-235 دیگری برخورد کند و موجب شکافت اون شود، فرموده می‌شود که جرم اورانیوم، زیر بحرانی هست.

در چنین جرمی، شکافت القایی نهایتا متوقف می‌شود.
3- اگر به طور متوسط، بیش از یک نوترون آزاد به هسته u-235 دیگری برخورد کند و موجب شکافت اون شود، فرموده می‌شود که جرم اورانیوم فوق بحرانی هست.

در این حالت واکنش شکافت از کنترل خارج می‌شود و دما به سرعت بالا می‌رود.
میزان غنی بودن اورانیوم ( مقدار u-235 موجود در سوخت ) و هم چنین شکل توده، بحرانی بودن اورانیوم را کنترل می‌کند.

وفرض کنید اورانیوم به صورت ورق های بسیار نازک باشد، در این صورت اغلب نوترونهای آزاد به جای اونکه به اتمهای u-235 برخورد نمايند، در فضا پخش می‌شوند.

کره، بهترین شکل ممکن برای بحرانی شدن هست.

مقدار اورانیوم 235 که باید به صورت یک کره جمع شود تا واکنش به صورت بحرانی پیش رود 900 گرم هست.

این مقدار به جرم بحرانی معروف هست.

در مورد پلوتونیوم 239، جرم بحرانی 283 گرم هست!




سنگ اورانیوم

40:

بمب کثیف چگونه کار می‌کند؟

بمب کثیف یا بمب پخش نماينده مواد رادیواکتیو از نظر تئوری بسیار ساده هست: یک ماده منفجره معمولی مانند Tnt که همراه با مواد رادیواکتیو در یک محفظه برنامه گرفته اند.

این بمب نسبت به یک بمب هسته ای بسیار ساده تر، ارزان تر و البته کم اثرتر هست، والبته هنوز از قابلیت تخریب انفجاری و آسیب های تشعشعی برخوردار هست.
مواد منفجره از طریق گاز بسیار داغی که به سرعت منبسط می‌شود، موجب آسیب های تخریبی فراوانی می‌شوند.

ایده اصلی بمب کثیف هم این هست که به جای اونکه از این قدرت انبساطی گاز در جهت تخریب هستفاده شود، به عنوان پخش نماينده مواد خطرناک رادیواکتیو در سطحی وسیع هستفاده شود.

هنگامی که انفجار پایان یافت، مواد رادیواکتیو به صورت ابری از غبار در فضا پخش می‌شود که همراه با وزش باد، در سطحی وسیع تر از محل انفجار پراکنده می‌شود.

اثر تخریبی طولانی مدت بمب، تشعشع یونیزه نماينده مواد رادیواکتیو هست.

اتمها را یونیزه کند و مجموعه ای از یونهای مثبت و منفی را درون سلولها ایجاد کند.

این پدیده در بدن انسان بسیار خطرناک هست، زیرا جریان الکتریکی ناشی از حرکت یونها می‌تواند واکنش شیمیایی غیر طبیعی را در سلولها آغاز کند.

علاوه بر اینها، این یونها ممکن هست مولکولهای Dna را که حاوی کدهای ژنتیکی انسان هستند، مورد حمله برنامه داده و اون را بشنمايند.

سلولی که رشته Dna اون شکسته شد، یا می‌میرد و یا مولکول Dna خودش را به شکل دیگری ترمیم می‌کند که با شکل پیشین خود متفاوت هست و به اون جهش ژنتیکی می‌گویند.

اگر بسیاری از سلولها بمیرند، بدن دچار بیماری های مختلف می‌شود.

ولی اگر Dna جهش کند، سلول ممکن هست سرطانی شود و سرطان در بدن پخش شود.

تابش رادیواکتیو هم چنین می‌تواند در کارکرد سلول اختلال ایجاد کند که منجر به بروز علایمی می‌شود که از اون به بیماری تشعشع یاد می‌شود.

بیماری تشعشع می‌تواند مرگ آور باشد، ولی مبتلایان به اون می‌توانند با درمان های پیشرفته از اون نجات پیدا نمايند، بخصوص اگر پیوند مغز هستخوان روی اونها صورت پذیرد.
تابش یونیز نماينده از ایزوتوپ های رادیواکتیو ( رادیو ایزوتوپ‌ها ) ساطع می‌شوند.

ایزوتوپ های رادیواکتیو، اتمهایی با هسته ناپایدار هستند که با گذشت وقت دچار واپاشی می‌شوند؛ به عبارت دیگر، آرایش پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته اتم و الکترونها در اطراف اتم به شکلی تغییر می‌کند که موجب می‌شود خصوصیات اتم تغییر کند.

این واپاشی رادیواکتیو، انرژی فراوانی را در قالب تشعشع های یونیزه نماينده آزاد می‌کند.
ما همیشه مقادیر اندکی از این تشعشع های یونیزه نماينده را دریافت می‌کنیم که منشأ اونها طبیعی هست: پرتوهای کیهانی که از فضا می‌آیند، ایزوتوپ های رادیواکتیو طبیعی، دستگاههای تابش X و مواردی از این دست.

البته این تشعشع های طبیعی هم می‌توانند عامل بروز سرطان شوند، ولی احتمال ابتلا بسیار اندک هست.

چون ما در برابر مقادیر بسیار اندک اونها برنامه داریم.
انفجار یک بمب کثیف، سطح این تشعشع را فراتر از مقدار معمول خود می‌برد و متناسب با اون، احتمال ابتلا به سرطان و بیماری تشعشع را افزایش می‌دهد.

یک بمب کثیف بلافاصله تعداد زیادی از انسانها را نمی کشد، بلکه موجب می‌شود تعداد زیادی از انسانها در چند نسل به دلیل ابتلا به بیماری های لاعلاج جان بدهند.

انواع بمب های کثیف

طرح های مختلفی برای ساختن یک بمب کثیف وجود دارد.

انواع مختلف مواد انفجاری در مقادیر متنوع، بمب هایی در ابعاد مختلف و با قابلیت های انفجاری متنوع پدید می‌آورند و انواع و مقادیر مختلف مواد رادیواکتیو، می‌تواند موجب آلودگی مناطق مختلف تا اندازه های مختلف شود.

برخی از این طرح‌ها عبارتند از:
• یک بمب کوچک که شامل یک تکه دینامیت و مقدار بسیار کمی ماده رادیواکتیو هست.
• یک بمب متوسط، همانند یک خودروی کوچک که پر از مواد منفجره و مقدار بیشتری ماده رادیواکتیو هست.
• یک بمب بزرگ، همانند یک کامیون پر از مواد منفجره و مقادیر زیاد مواد رادیواکتیو.
• به دست آوردن مواد منفجره معمولاً کار سختی نیست، ولی دست یابی به مواد رادیواکتیو کار بسیار سختی هست، زیرا فقط در مرکزهای حفاظت شده و اماکن تحقیقاتی وجود دراند.

با این حال برخی منابع در سراسر جهان وجود دارند که از حفاظت خوبی بهره مند نیستند و ممکن هست در آینده خطر ساز شوند.
1- در بیمارستانها مقادیر بسیار اندکی از مواد رادیواکتیو وجود دارد که در پزشکی هسته ای کاربرد دارد، همانند سنریوم 137
2- در دانشگاهها، مقادیر اندکی از مواد رادیواکتیو وجود دارد که در تحقیقات علمی مورد هستفاده برنامه می‌گیرند.
3- مراکز پرتوتابی غذایی، از تابش های رادیواکتیو کبالت 60 هستفاده می‌نمايند تا باکتری های مضر روی غذا را نابود نمايند.
4- معادن طبیعی اورانیوم در سراسر جهان وجود دارند و برخی از اونها که در آفریقا واقع شده اند، از حفاظت چندانی برخورد نیستند.

اورانیوم طبیعی رادیواکتیو هست، ولی غلظت اون در حدی نیست که مستقیماً در تهیه بمب های هسته ای مورد هستفاده برنامه گیرد.
5- مقادیر نسبتاً زیادی از باتری های هسته ای مصرف شده در سطح کشورهای اتحاد جماهیر شوروی سابق پخش شده هست این مولد های قابل حمل گرما الکتریکی از مقادیر قابل توجهی هسترونسیوم 90 برخوردار هستند که ایزوتوپ رادیواکتیو بسیار قدرتمندی هست.
6- سوخت های هسته ای مصرف شده در راکتورهای روسی قدیمی که معمولاً در زیر دریایی های قدیمی و از کار افتاده هسته ای یافت می‌شود.
7- برخی مواد با رادیواکتیویته بسیار پایین هم در برخی وسایل زندگی روزمره یافت می‌شوند که جمع آوری اونها، می‌تواند نوعی تهدید به شمار آید.

همانند مواد رادیواکتیو به کار رفته در حسگرهای هشدار دهنده رود.

آسیب های ناشی از بمب کثیف

9- جدای از این که بدانیم بمب کثیف چگونه تهیه می‌شود و خطر دست یابی سودجویان به اون چقدر زیاد هست، پرسش مهم این هست که اگر کسی چنین بمبی را منفجر کند، چه اتفاقی روی می‌دهد؟ جواب دقیقی برای این پرسش موجود نیست.

شما می‌توانید از ده متخصص در این زمینه بپرسید و ده جواب متفاوت دریافت کنید.

تعیین دقیق اثرات یک بمب کثیف کار پیچیده ای هست، چرا که شرایط بسیاری در این راه دخالت دارند؛ حتی وزش باد هم در تأثیرات چنین بمبی دخالت دارد!
یک بمب کثیف معمولی را در نظر می‌گیریم که بین 5/4 تا 23 کیلوگرم ماده منفجره در بر دارد و مقدار بسیار کمی از ماده رادیواکتیو رده پایین همانند کبالت 60 یا سزیوم 137 که در آزمایشگاههای یک دانشگاه می‌توان اونها را پیدا کرد.

چنین بمبی قدرت تخریب وحشتناکی ندارد.

هر گونه مرگ اونی یا تخریب اولیه فقط به خود ماده منفجره برمی گردد.

البته ماده منفجره مواد رادیواکتیو را در فضا پخش می‌کند و احتمالاً سطحی به مساحت چند کیلومتر مربع را آلوده خواهد کرد.

البته بمب هایی که از ضایعات رادیواکتیو نیروگاههای هسته ای یا ژنراتورهای هسته ای قابل حمل هستفاده می‌نمايند، آسیب های بیشتری وارد خواهند کرد، ولی کارکردن با این مواد به مراتب دشوارتر هست؛ چرا که تابش این مواد به قدری شدید هست که در طول وقت ساختن و حمل و نقل بمب، سازندگان را از پای در می‌آورد.
در شرایط انفجار یک بمب معمولی، اگر در طول یک روز از شر پوشش های آلوده خلاص شویم، حمام بگیریم و منطقه را پاکسازی کنیم، احتمالاً هیچ مشکلی پیش نخواهد آمد.

انفجار بمب میزان تابش رادیواکتیو را از حد مجاز بالاتر می‌برد، ولی مقدار اون خیلی نیست.

بدن انسان می‌تواند در کوتاه مدت، به خوبی از عهده مقابله با این اثرات برآید.

البته امتی که خیلی به انفجار نزدیک بوده اند، احتمالاً به بیماری تشعشع مبتلا می‌شوند و نیاز به مراقبت های بیمارستانی دارند.
نگرانی اصلی در مورد تابش های بلند مدت هست.

بسیاری از ایزوتوپ های رادیواکتیو، با مواد دیگر بسیار خوب واکنش می‌دهند ( از جمله با بتن و فلزات ) و از این رو نمی توان بدون نابود کردن قطعات ساختمانی، تمامی مواد رادیواکتیو را پاکسازی کرد.

حتی پس از اونکه گروههای پاکسازی بخش اعظم مواد مضر را جابجا کردند، باز هم بخش اندکی از این مواد باقی می‌مانند که می‌توانند تا سالها و بلکه دهها سال به تشعشع دهند.

هر کس در چنین منطقه ای زندگی کند، به طور منظم و در دوره ای طولانی تحت اثر تابش های مضر برنامه می‌گیرد و احتمالاً به سرطان مبتلا خواهد شد.
پرسشی که اکنون مطرح می‌شود، این هست که آیا این مقدار اندک، می‌تواند خطر بسیار اندکی را متوجه امت بکند، خطری به مراتب فراتر از شرایط فعلی ایجاد نماينده سرطان؟ دانشمندان برای جواب به این پرسش، دو دسته می‌شوند: گروه نخست معتقد هست که اگر دولت، چند هفته تا چند ماه را به پاکسازی منطقه بگذراند، اونگاه خطرات احتمالی قابل صرفنظر خواهد بود.

اما گروه دوم، می‌گویند ممکن هست شدت حمله بمب کثیف به قدری زیاد باشد که یک شهر را برای سالها و حتی دهها سال غیر قابل سکونت نماید.
این که کدامیک از این دو نظر درست هست، چیزی هست که نمی توان با قطعیت فرمود.

برای هر دو جواب نمونه هایی وجود دارد.

هیروشیما و ناکازاکی که به دلیل انفجار بمب هسته ای در معرض تابش های شدید رادیواکتیو برنامه گرفتند، ولی امروزه کاملاً ایمن هستند.

از سوی دیگر، مناطقی در اطراف نیروگاه هسته ای چرنوبیل وجود دارند که به دلیل تابش شدید رادیواکتیو هنوز ناامن محسوب می‌شوند.

41:

راکتور های هسته ای


مقدمه


شکافت هسته ای اتم اورانیم 235 در واقع در اثر نفوذ یک نوترون حرارتی به درون هسته یک اتم سنگین هست که باعث شکافت اون به دوپاره از هسته های جدید و سبکتر می گردد.

در ضمن در عمل شکافت به طور متوسط 2-3 نوترون ایجاد شده و مقداری انرژی تابشی گاما آزاد می گردد.

انرژی سینتیک محصولات شکافت و نوترون ها به مواد اطراف خود از طریق برخورد و جذب پرتو به تولید گرما منجر خواهد شد.

انرژی آزاد شده از هر شکافت حدود 11-10*3.2 ژول هست در حالیکه تولید انرژی از منابع متعارف سوخت فسیلی که حاصل تشکیل یک مولکول دی اکسید کربن هست حدود

19-10*6.7 می باشد.


نوکلوییدهای غیر قابل شکافت هم در طی فرآیندهای بالا با دریافت و یا برخورد با یک نوترون با ایزوتوپ هایی به تعداد نوترون بالاتر تبدیل خواهد شد.

بدین ترتیب رادیونوکلوئید های جدیدی خواهیم داشت که درمیان اونها پاره های شکافت مواد شکافت پذیر جدیدی مثل اورانیم235، پلوتونیم 239 وجود داشته و پلوتونیم 241 نیز به طور مصنوعی می تواند زایش پیدا کند.

این فرآیندهای فیزیکی در راکتورهای هسته ای اتفاق می افتد.

درون میله های سوخت فرآیندهای شکافت و زایش در اثر واکنش زنجیره ای صورت می گیرد و واکنش با تولید نوترون به طور دائم ادامه می یابد.

راکتورهای هسته برای اهداف فراوانی طراحی و ساخته می شوند که بعضی از اونها عبارتند از:
- راکتورهای تولید حرارت و برق
- راکتورهای کِشنده
- راکتورهای تحقیقاتی
- راکتورهای تولید پلوتونیم
- راکتورهای اختصاصی برای مقاصدی همچون ساخت زیردریایی، فضا پیما، آب شیرین کن و...
ساختار عمومی راکتورهای هسته ای:


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


1.

مجموعه های سوخت

2.

کند نماينده ها

3.

خنک نماينده ها

4.

سیستم های ایمنی

5.میله های کنترل
6.

حفاظ های مختلف

در اینجا به بحث مختصری درباره ی هرکدام از این قسمت ها پرداخته می شود:
1-مجموعه های سوخت


سوخت یک راکتور هسته ای را ممکن هست شامل اونچه که در قلب راکتور به عنوان سوخت وجود دارد در نظر گرفت.

به عبارت واقعی تر سوخت راکتور در چندین مجموعه سوخت و هر مجموعه متشکل از چندین میله سوخت و هر میله شامل تعداد معینی از قرص ها یا حبه های مواد شکافت پذیر هسته ای مثل اورانیم و یا در بعضی موارد پلوتونیم می باشد.

میله های سوخت در راکتور به صورت صفحه ای(Plate) و غنای اورانیم 235 تا 95 % می رسد.

هرمیله ی سوخت از غلاف زیر کالوی و شامل قطعاتی از قرص های دی اکسید اورانیم هست.

زیر کالوی 2 تا 4 یک آلیاژ زیر کونیم با عیار کمی از قلع، آهن، کرم و نیکل هست؛ میله های سوخت ممکن هست به صورت انفرادی در جاهای مخصوص خود گذاشته شود و یا ممکن هست به صورت مجموعه های سوخت درون قلب راکتور به طور منظم قرارگیرند.

سوخت راکتور مخصوصاً راکتورها مخصوصا راکتورهای قدرت به طور اصولی یا از عناصری شامل اتم های قابل شکافت تامین می شوند و یا از اتم های ایزوتروپ عناصری که قابلیت تبدیل به اتم های قابل شکافت را دارند بنابراین اتم های قابل شکافت عبارتند از:
اورانیم 235 ، پلوتونیم 239 و اورانیم 233
اتم های مستعد با قابلیت تبدیل به اتم های قابل شکافت عبارتند از: اورانیم 238 و توریم 232
سوخت راکتورها از نظر فرآیندهای هستفاده در راکتورها بر پايه هستراتژی کشور ممکن هست به یکی از سه روش زیر عمل گردد:
• یکبار هستفاده از اورانیم و ارسال سوخت مصرف شده به انبار موقت و سپس دفن همیشگی اون
• هستفاده چندباره از اورانیم و برقراری سیکل اورانیم-پلوتونیم با اعمال عملیات باز فرآوری روی اون
• هستفاده از سیکل اورانیم-توریم به این معنی که توریم 232 ابتدا تبدیل به اورانیم 233 می شود و سپس این اورانیم به عنوان سوخت در راکتورها مورد هستفاه برنامه می گیرد.
2- کند نماينده ها


کند نماينده ماده ای هست که برای کند کردن نوترون های سریع تا انرژی های حرارتی در راکتورهای هسته ای مورد هستفاده برنامه می گیرند.

گاهی اوقات همین کندنماينده ها عمل سرد نمايندگی راکتور را هم انجام می دهد.

موادی که می توانند به عنوان نماينده مورد هستفاده قرارگیرند عبارتند از: آب، آب سنگین، گرافیت و گاهی اوقات هم بریلیوم آب به دلیل داشتن هیدروژن که عنصری سبک هست و نیز فراوانی و ارزانی اون مورد هستفاده برنامه می گیرد.

به طور کلی هرچه ماده کندنماينده دارای قابلیت کندنمايندگی بهتری برای نوترون ها باشد درجه کمتری از سوخت غنی شده مورد نیاز خواهد بود.

آب سنگین بهتر از گرانیت و گرانیت بهتر از آب دارای خاصیت کندنمايندگی هست، ولی تولید آب سنگین نسبتاً گران هست و گرانیت هم تاثیرات نامطلوبی در نتیجه در نتیجه پرتوگیری از خود بروز می دهد.

مشخصات یک کند نماينده خوب:
• نوترون ها نباید با کندنماينده واکنش نشان دهد، چون در اینصورت بازدهی تولید نوترون کاهش یافته و راکتور به سمت خاموشی می رود.
• نوترون ها باید در محیط کندنماينده ها در فاصله های کوتاهی پس از چند برخود کند شوند زیرا در غیر اینصورت، نوترون توسط اورانیم 238 گیر افتاده و موجب تشدید ناخالصی های کند نماينده می شود که این وضعیت اقتصادی نیست.
• گرچه کند نماينده ها باید ارزان باشند ولی در عین حال خواص ساختاری اونها باید رضایت بخش هم باشد.
• کندنماينده باید با سایر مواد ساختاری راکتور سازگار باشد و نباید خواص خورندگی، سایندگی و یا تحت تاثیر پرتوهای رادیواکتیو برنامه گیرد.
• کندنماينده طی فرآیند دائمی بمباران های نوترونی نباید تحت تاثیرات و تغییرات نامطلوب فیزیکی یا شیمیایی برنامه گیرد.
• یک کند نماينده خوب باید به طور مؤثر نوترون های سریع حاصل از شکافت را به نوترون های حرارتی تبدیل کند.


3-خنک نماينده ها:


خنک نماينده برای انتقال حرارت از میله های سوخت به طور مستقیم مورد هستفاده برنامه می گیرد.

این فقط در صورتی هست که خنک نماينده نقش کند نماينده هم داشته باشد.

در مواردی که ماده کند نماينده دیگری مورد هستفاده هست در این صورت انتقال حرارت معمولا توسط خنک نماينده مستقیماً از کندنماينده و غیر مستقیم یا در بعضی موارد مستقیم از میله های سوخت انجام می پذیرد.

اکثراً آب به عنوان سرد نماينده مورد هستفاده برنامه می گیرد.

به هر حال گاهی اوقات آب سنگین، فلزات مایع(سدیم و پتاسیم) یا حتی گازها(دی اکسیدکربن) هم ممکن هست مورد هستفاده واقع شوند.

امروزه در اکثر راکتورهای تجاری آب به عنوان سردنماينده مورد هستفاده برنامه می گیرد.

در اینصورت آب علاوه بر نقش سرد نمايندگی وظیفه کند نمايندگی را نیز انجام می دهد.

خواص ایده آل برای یک خنک نماينده:
• سطح مقطع جذب نوترونی کوچکی داشته باشد، در این صورت میزان تابش رادیواکتیویته در حین کارگردانی اپراتوری کاهش می یابد.
• فراوان و ارزان باشد.
• غیرخورنده یا خوردگی کمی داشته باشد، چون لوله ها و ساختارهای دیگر که با اون در تماس هستند باید سالم بمانند.
• ضریب انتقال حرارتی بالا داشته باشد.

به این ترتیب حرارت به سهولت به سرد نماينده انتقال یافته و جابجا خواهد شد.

• ویسکوزیته یا غلظت کم داشته باشد که سبب کاهش مصرف کمتر برق برای پمپ کردن اون می شود.
• دارای توانایی نگهداری درجه حرارت های بالا به صورت مایع، حتی اگر تحت فشار باشد.
خنک نماينده هایی که در راکتورهای تحقیقاتی یا تجاری هستفاده شده اند عبارتند از:
• آب سبک یا سنگین(اولی شامل دو اتم هیدروژن هست و دومی شامل دو یا یک اتم دوتریم می باشد)
• فلز مایع (مثل سدیم، پتاسیم یا آلیاژی از ترکیب هر دو)
• مواد آلی مایع (مثل اتانول، پروپان، پنتان، هوا یا گاز دی اکسید کربن)

منبع:تبیان

42:

نیروگاه های هسته ای

در همه رآکتورها، قلب رآکتور که دمای بسیار زیادی دارد باید خنک شود.

در یک نیروگاه هسته ای، سیستم خنک ساز به نوعی طراحی می‌شود که از گرمای آزاد شده به بهترین شکل ممکن هستفاده شود.

در اغلب این سیستمها از آب هستفاده می‌شود.

اما آب نوعی کند نماينده هم محسوب می‌شود و از این رو نمی تواند در رآکتورهای سریع مورد هستفاده برنامه گیرد.

در رآکتورهای سریع از سدیم مذاب یا نمک های سدیم هستفاده می‌شود و دمای عملیاتی خنک ساز بالاتر هست.

در رآکتورهایی که برای تبدیل مورد طراحی شده اند، به راحتی گرمای آزاد شده را در محیط آزاد می‌نمايند.
در یک نیروگاه هسته ای، رآکتور کند منبع آب را گرم می‌کند و اون را به بخار تبدیل می‌کند.

بخار آب توربین بخار را به حرکت در می‌آورد ، توربین نیز ژنراتور را می‌چرخاند و به این ترتیب انرژی تولید می‌شود.

این آب و بخار اون در تماس مستقیم با راکتور هسته ای هست و از این رو در معرض تابش های شدید رادیواکتیو برنامه می‌گیرند.

برای پیشگیری از هر گونه خطر مرتبط با این آب رادیواکتیو، در برخی رآکتورها بخار تولید شده را به یک تبديل حرارتی ثانویه وارد می‌نمايند و از اون به عنوان یک منبع گرمایی در چرخه دومی از آب و بخار هستفاده می‌نمايند.

بدین ترتیب آب و بخار رادیواکتیو هیچ تماسی با توربین نخواهند داشت.

انواع رآکتورهای گرمایی
در در رآکتورهای گرمایی علاوه برکند نماينده، سوخت هسته ای ( ایزوتوپ قابل شکافت القایی)، مخزن بخار و لوله های منتقل نماينده اون، دیواره های حفاظتی و تجهیزات کنترل و مشاهده سیستم رآکتور نیز وجود دارند.

البته بسته به این که این رآکتورها از کانالهای سوخت فشرده شده، مخزن بزرگ بخار یا خنک نماينده گازی هستفاده نمايند، می‌توان اونها را به سردسته تقسیم کرد.
الف - کانالهای تحت فشار در رآکتورهای RBMK و CANDU هستفاده می‌شوند و می‌توان اونها را در حال کارکردن رآکتور، سوخت رسانی کرد.
ب - مخزن بخار پرفشار داغ، رایج ترین نوع رآکتور هست و در اغلب نیروگاههای هسته ای و رآکتورهای دریایی ( کشتی، ناوهواپیمابر یا زیردریایی ) از اون هستفاده می‌شود.

این مخزن می‌تواند به عنوان لایه حفاظتی نیز عمل کند.
ج - خنک سازی گازی: در این رآکتورها به جای آب، از یک سیال گازی شکل برای خنک کردن رآکتور هستفاده می‌شود.

این گاز در یک چرخه گرمایی با منبع حرارتی راکتور برنامه می‌گیرد و معمولاً از هلیوم برای اون هستفاده می‌شود، هر چند که نیتروژن و دی اکسید کربن نیز کاربرد دارند.

در برخی رآکتورهای جدید، رآکتور به قدری گرما تولید می‌کند که گاز خنک کن می‌تواند مستقیما یک توربین گازی را بچرخاند، در حالی که در طراحی های قدیمی تر گاز خنک کن را به یک تبديل حرارتی می‌فرستادند تا در یک چرخه دیگر، آب را به بخار تبدیل کند و بخار داغ، یک توربین بخار را بگرداند.

بقیه اجزای نیروگاه هسته ای
غیر از رآکتور که منبع گرمایی هست، تفاوت اندکی بین نیروگاه هسته ای و یک نیروگاه حرارتی تولید برق با سوخت فسیلی وجود دارد.
مخزن بخار تحت فشار معمولا درون یک ساختمان بتونی تعبیه می‌شود که این ساختمان به عنوان یک سد حفاظتی در برابر تابش رادیواکتیو عمل می‌کند.

این ساختمان هم درون یک مخزن بزرگتر فولادی برنامه می‌گیرد.

هسته رآکتور و تجهیزات مرتبط با اون درون این مخزن فولادی برنامه گرفته اند و کارکنان می‌توانند راکتور را تخلیه یا سوخت رسانی نمايند.

وظیفه این مخزن فولادی، جلوگیری از نشت هر گونه گاز یا مایع رادیواکتیو از درون سیال هست.
در نهایت این مخزن فولادی هم به وسیله یک ساختمان بتونی خارجی محافظت می‌شود.

این ساختمان به قدری محکم هست که در برابر اصابت یک هواپیمای جت مسافربری ( مشابه حادثه یازده سپتامبر ) هم تخریب نمی شود.

وجود این ساختمان حفاظتی دوم برای جلوگیری از انتشار مواد رادیواکتیو در اثر هرگونه نشت از حفاظ اول ضروری هست.

در حادثه انفجار چرنوبیل، فقط یک ساختمان حفاظتی وجود داشت و همان موجب شد موادراکتیو در سطح اروپا پخش شود.

رآکتورهای هسته ای طبیعی
در طبیعت هم می‌توان نشانه هایی از رآکتور هسته ای پیدا کرد، البته به شرطی که تمام شرایط مورد نیاز به طور طبیعی در کنار هم برنامه گرفته باشند.

تنها نمونه شناخته شده یک رآکتور هسته ای طبیعی دو میلیارد سال پیش در منطقه اوکلو در کشور گابون ( قاره آفریقا ) فعالیتش را آغاز کرده هست.

البته دیگر چنین رآکتورهایی روی زمین شکل نمی گیرند، زیرا واپاشی رادیواکتیو این مواد ( به خصوص U-235 ) در این وقت طولانی 5/4 میلیارد ساله ( سن زمین )، فراوانی U-235 را در منابع طبیعی این رآکتورها بسیار کاهش داده هست، به طوری که مقدار اون به پایین تر از حد مورد نیاز آغاز یک واکنش زنجیره ای رسیده هست.
این رآکتورهای طبیعی وقتی شکل گرفتند که معادن غنی از اورانیوم به تدریج از آب زیرزمینی یا سطحی پر شدند.

این آب به صورت کند نماينده عمل کرد و واکنش های زنجیره ای شدیدی به وقوع پیوست.

با افزایش دما، آب کند نماينده بخار می‌شد و رآکتور خاموش شد.

پس از مدتی، این بخارها به مایع تبدیل می‌شدند و دوباره رآکتور به راه می‌افتاد.

این سیستم خودکار و بسته، یک رآکتور را کنترل می‌کرد و برای صدها هزار سال، این رآکتور را فعال نگاه می‌داشت.
مطالعه و بررسی این رآکتورهای هسته ای طبیعی بسیار ارزشمند هست، زیرا می‌تواند به تحلیل چگونگی حرکت مواد رادیواکتیو در پوسته زمین کمک کند.

اگر زمین شناسان بتوانند را از این حرکت‌ها را شناسایی نمايند، می‌توانند راه حل های جدیدی برای دفن زباله های هسته ای پیدا نمايند تا روزی خدای ناکرده، این ضایعات خطرناک به منابع آب سطح زمین نشت ننمايند و فاجعه ای بشری به بار نیاورند.

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

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

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

رآکتور آب تحت فشار، PWR
رآکتور PWR یکی از رایج ترین راکتورهای هسته ای هست که از آب معمولی هم به عنوان کند ساز نوترونها و هم به عنوان خنک ساز هستفاده می‌کند.

در یک PWR، مدار خنک اولیه از آب تحت فشار هستفاده می‌کند.

آب تحت فشار، در دمایی بالاتر از آب معمولی به جوش می‌آید، از این دوچرخه خنک ساز اولیه را به گونه ای طراحی می‌نمايند که آب با وجود اونکه دمایی بسیار بالا دارد، جوش نیاید و به بخار تبدیل نشود.

این آب داغ و تحت فشار در یک تبديل حرارتی، گرما را به چرخه دوم منتقل میکند که یک نوع چرخه بخار هست و از آب معمولی هستفاده می‌کند.

دراین چرخه آب جوش می‌آید و بخار داغ تشکیل می‌شود، بخار داغ یک توربین بخار را می‌چرخاند، توربین هم یک ژنراتور و در نهایت ژنراتور، انرژی الکتریکی تولید می‌کند.
PWR به دلیل دارابودن چرخه ثانویه با BWR تفاوت دارد.

از گرمای تولیدی در PWR به عنوان سیستم گرم نماينده درنواحی قطبی نیز هستفاده شده هست.

این نوع رآکتور، رایج ترین نوع رآکتورهای هسته ای هست و در حال حاضر، بیش از 230 عدد از اونها در نیروگاههای هسته ای تولید برق و صدها رآکتور دیگر برای تأمین انرژی تجهیزات دریایی مورد هستفاده برنامه می‌گیرند.

خنک نماينده
همان طور که می‌دانید، برخورد نوترونها با سوخت هسته ای درون میله های سوخت، موجب شکافت هسته اتمها می‌شود و این فرآیند هم به نوبه خود، گرما و نوترونهای بیشتری آزاد می‌کند.

اگر این حرارت آزاد شده منتقل نشود، ممکن هست میله های سوخت ذوب شوند و ساختار کنترلی رآکتور از بین برود ( و البته خطرهای مرگ آوری که به دنبال اون روی می‌دهند.

) در PWR، میله های سوخت به صورت یک دسته در ساختاری، ترسیمی برنامه گرفته اند و آب از کف رآکتور به بالا جریان پیدا می‌کند.

آب از میان این میله های سوخت عبور می‌کند و به شدت گرم می‌شود، به طوری که به دمای 325 درجه سانتی گراد می‌رسد.

درتبديل حرارتی، این آب داغ موجب داغ شدن آب در چرخه دوم می‌شود و بخاری با دمای 270 درجه سانتی گراد تولید می‌کند تا توربین را بچرخاند.

کند نماينده
نوترونهای حاصل از یک شکافت هسته ای بیش از اون حدی گرمند که بتوانند یک واکنش شکافت هسته ای را آغاز نمايند.

انرژی اونها را باید کاهش داد تا با محیط اطراف خود به تعادل گرمایی برسند.

محیط اطراف نوترونها ( قلب رآکتور ) دمایی در حدود 450 درجه سانتی گراد دارد.
در یک PWR، نوترونها در پی برخورد با مولکولهای آب خنک ساز، انرژی جنبشی خود را از دست می‌دهند؛ به طوری که پس از 8 تا 10 برخورد ( البته به طور متوسط ) با محیط هم دما می‌شوند.

در این حالت، احتمال جذب نوترونها از سوی هسته U-235 بسیار زیاد هست ودر صورت جذب، بالافاصله هسته U-236 جدید دچار شکافت می‌شود.
مکانیسم حساسی که هر رآکتور هسته ای را کنترل می‌کند، سرعت آزاد سازی نوترونها در طول یک فرآیند شکافت هست به طور متوسط از هر شکافت، دونوترون و مقدار زیادی انرژی آزاد می‌شود.

نوترونهای آزاد شده اگر با هسته U-235 دیگری برخورد نمايند، شکافت دیگری را سبب می‌شوند و در نهایت یک واکنش زنجیره ای روی می‌دهد.

اگر تمام این نوترونها در یک لحظه آزاد شوند، تعدادشان به قدری زیاد می‌شود که باعث ذوب شدن راکتور خواهد شد.

( تعداد ذرات پر انرژی، دمای یک سیستم را تعیین می‌کند.

معادله بوتنرمن، این ارتباط را توصیف می‌کند.

) خوشبختانه برخی از این نوترونها پس از یک بازه وقتی نه چندان کوتاه ( حدود یک دقیقه ) تولید می‌شوند و سبب می‌شوند دیگر شرایط کنترل نماينده از این تاخیر وقتی هستفاده کرده، اثر خود را داشته باشند.
یکی از مزیت های هستفاه از آب در PWR، این هست که اثر کند سازی آب با افزایش دما کاهش می‌یابد.

در حالت عادی، آب در فشار 150 برابر فشار یک اتمسفر برنامه دارد ( حدود 15 مگا پاسکال ) و در قلب رآکتور به دمای 325 درجه سانتی گراد می‌رسد.

درست هست که آب با فشار پانزده مگا پاکسال در این دما جوش نمی آید، ولی به شدت از خاصیت کند نمايندگی اش کاسته می‌شود، بنابراین آهنگ واکنش شکافت هسته ای کاهش می‌یابد، حرارت کمتری تولید می‌شود و دما پایین می‌آید.

دما که کاهش یابد، توان رآکتور افزایش می‌یابد و دما که افزایش یابد توان راکتور کاهش می‌یابد؛ پس خود سیستم PWR دارای یک سیستم خود تعادلی در رآکتور هست و تضمین می‌کند توان رآکتور در کمترین میزان مورد نیاز برای تأمین گرمای سیستم بخار ثانویه هست.
در اغلب رآکتورهای PWR، توان رآکتور را در دوره فعالیت معمولی با تغییرات غلظت بورون ( در شکل اسید بوریک ) در چرخه خنک نماينده اولیه کنترل اولیه کنترل می‌نمايند سرعت جریان خنک نماينده اول در رآکتورهای PWR معمولی ثابت هست.

بورون یک جذب نماينده قوی نوترون هست و با افزایش یا کاهش غلظت اون، می‌توان شدت فعالیت راکتور را کاهش یا افزایش داد.

برای این کار، یک سیستم کنترلی پیچیده شامل پمپ های فشار بالا که آب را در فشار 15 مگا پاسکال از چرخه خارج می‌کند، تجهیزات تغییر غلظت اسید بوریک و تزریق مجدد آب به چرخه خنک ساز مورد نیاز هست.
یکی از اشکالات راکتورهای شکافت، این هست که حتی پس از توقف واکنش شکافت، هنوز هم واپاشی های رادیواکتیوی انجام می‌شود و حرارت زیادی آزاد می‌شود که می‌تواند راکتور را ذوب کند.

البته سیستم های حفاظتی و پشتیبانی متعددی برای جلوگیری از این واقعه وجود دارند، با این حال ممکن هست در اثر پیچیدگی های این سیستم، برهمکنش های پیش بینی نشده یا خطاهای عملیاتی مرگ آفرینی در شرایط اضطراری روی دهند.

در نهایت، هر رآکتور با یک حفاظ ساختمانی بتونی احاطه شده هست که آخرین سد در برابر تشعشعات رادیواکتیو هست.

رآکتور آب جوشان، BWR
در رآکتور آب جوشان، از آب سبک هستفاده می‌شود.

آب سبک، آبی هست که در اون فقط هیدروژن معمولی وجود دارد.

) BWR اختلاف زیادی با رآکتور آب تحت فشار ندارد، غیر از اینکه در BWR فقط یک چرخه خنک نماينده وجود دارد و آب مستقیما در قلب راکتور به جوش می‌آید.

فشار آب در BWR کمتر از PWR هست، به طوری که در بیشترین مقدار به 75 برابر فشار جو می‌رسد ( 5/7 مگا پاسکال ) و بدین ترتیب آب در دمای 285 درجه سانتی گراد به جوش می‌آید.
رآکتور BWR به شکلی طراحی شده که بین 12 تا 15 % آب درون قلب رآکتور به شکل بخار در قسمت بالای اون برنامه می‌گیرد.

بدین ترتیب عملکرد بخش بالایی و پایینی هسته رآکتور با هم تفاوت دارند.

در بخش بالایی قلب رآکتور، کند سازی کمتری صورت می‌گیرد و در نتیجه بخش بالایی کمتر هست.
در حالت کلی دو مکانیسم برای کنترل BWR وجود دارد: هستفاده از میله های کنترل و تغییر جریان آب درون راکتور.
الف - بالا بردن یا پایین آوردن میله های کنترل، روش معمولی کنترل توان رآکتور در حالت راه اندازی رآکتور تا رسیدن به 70 % حداکثر توان هست.

میله های کنترل حاوی مواد جذب نماينده نوترون هستند؛ در نتیجه پایین آوردن اونها موجب افزایش جذب نوترون در میله ها، کاهش جذب نوترون در سوخت و درنهایت کاهش آهنگ شکافت هسته ای و پایین آمدن توان رآکتور می‌شود.

بالا بردن میله های سوخت دقیقاً نتیجه معکوس می‌دهد.
ب - تغییرات جریان آب درون رآکتور، وقتی برای کنترل رآکتور مورد هستفاده برنامه می‌گیرد که راکتور بین 70 تا صد % توان خود کار می‌کند.

اگر جریان آب درون رآکتور افزایش یابد، حباب های بخار در حال جوش سریع تر از قلب راکتور خارج می‌شوند و آب درون قلب رآکتور بیشتر می‌شود.

افزایش مقدار آب به معنی افزایش کندسازی نوترون و جذب بیشتر نوترونها از سوی سوخت هست و این یعنی افزایش توان راکتور.

با کاهش جریان آب درون رآکتور، حباب‌ها بیشتر در رآکتور باقی می‌مانند، سطح آب کاهش می‌یابد و به دنبال اون کندسازی نوترونها و جذب نوترون هم کاهش می‌یابد و در نهایت توان رآکتور کاهش می‌یابد.
بخار تولید شده در قلب رآکتور از شیرهای جدا نماينده بخار و صفحات خشک کن ( برای جذب هر گونه قطرات آب داغ ) عبور می‌کند و مستقیماً به سمت توربین های بخار که بخشی از مدار رآکتور محسوب می‌شوند، می‌رود.

آب اطراف رآکتور همواره در معرض تابش و آلودگی رادیواکتیو هست و از اونجا که توربین هم در تماس مستقیم با این آب هست، باید پوشش حفاظتی داشته باشد.

اغلب آلودگی های درون آب عمر کوتاهی دارند ( مانند N16 که بخش اعظم آلودگی های آب را تشکیل می‌دهد و نیمه عمرش تنها 7 ثانیه هست )، بنابراین مدت کوتاهی پس از خاموش شدن رآکتور می‌توان به قسمت توربین وارد شد.
در رآکتور BWR، افزایش نسبت بخار آب به آب مایع درون رآکتور موجب کاهش گرمای خروجی می‌شود.

با این حال، یک افزایش ناگهانی در فشار بخار، سبب بروز یک کاهش ناگهانی در نسبت بخار به آب مایع درون رآکتور می‌شود که خود، سبب افزایش توان خروجی می‌شود.

این شرایط و دیگر حالت های خطرساز، موجب شده هست از سیستم کنترلی اسید بوریک ( بورون ) نیز هستفاده شود، بدین شکل که در سیستم پشتیبان خاموش نماينده اضطراری، محلول اسید بوریک با غلظت بالا به چرخه خنک نماينده تزریق می‌شود.

خوبی این سیستم این هست که اسید اوریک، یک خورنده قوی هست و معمولا در PWR سبب می‌شود تلفات ناشی از خوردگی قابل توجه باشد.

در بدترین شرایط اضطراری که تمام سیستم های امنیتی از کار افتاد، هر رآکتور به وسیله یک ساختمان حفاظتی از محیط اطراف جدا شده هست.

در یک رآکتور BWR جدی، حدود 800 دسته واحد سوخت برنامه می‌گیرد و در هر دسته بین 74 تا 100 میله سوخت برنامه می‌گیرد.

این چنین حدود 140 تن اورانیوم در قلب رآکتور ذخیره می‌شود.

• رآکتور D2G
رآکتور هسته ای D2G را می‌توان در تمام ناوهای دریایی ایالات متحده می‌توان پیدا کرد.

D2G مخفف عبارت زیراست:
رآکتور ناو جنگی D=Destroyer-sized reactor
نس دوم 2=Second Geneation
ساخت جنرال الکتریک G= General - Electric built
بدین ترتیب، D2G را می‌توان مخفف این عبارت دانست: رآکتور هسته ای نسل دوم ویژه ناوهای جنگی ساخت جنرال الکتریک.

این رآکتور برای تولید حداکثر 150 مگا وات انرژی الکتریکی و عمر مفید 15 سال مصرف معمولی طراحی شده هست.
در این رآکتور، برای مخزن بخار دو رآکتور وجود دارد و طوری طراحی شده که بتوان هر دو اتاق توربین را با یک رآکتور به راه انداخت.

اگر هر دو رآکتور فعال باشند، ناو به سرعت 32 گره می‌رسد.

اگر یک رآکتور فعال باشد و توربین‌ها متصل به هم باشند، سرعت ناو به 25 تا 27 گره خواهد رسید و اگر فقط یک رآکتور فعال باشد ولی توربین‌ها جدا باشند، سرعت فقط 15 گره خواهد بود.

43:

انرژی هسته ای کاربرداری زیاد در پزشکی در علوم و صنعت و کشاورزی و...

دارد.

لازم به ذکر هست انرژی هسته ای به تمامی انرژی های دیگر قابل تبدیل هست ولی هیچ انرژی به انرژی هسته ای تبدیل نمی شود .موارد زیادی از کاربردهای انرژی هسته ای در زیر آورده می شود [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
نیروگاه هسته ای:
نیروگاه هسته ای (Nuclear Power Station) یک نیروگاه الکتریکی که از انرژی تولیدی شکست هسته اتم اورانیوم یا پلوتونیم هستفاده می کند.

اولین جایگاه از این نوع در 27 ژوئن سال 1958 در شوروی سابق ساخته شد.

که قدرت اون 5000 کیلو وات است.

چون شکست سوخت هسته ای پايه اً گرما تولید می کند از گرمای تولید شده رآکتور های هسته ای برای تولید بخار هستفاده می شود از بخار تولید شده برای به حرکت در آوردن توربین ها و ژنراتور ها که نهایتاً برای تولید برق هستفاده می شود .



بمب های هسته ای:
این نوع بمب ها تا حالا قویترین بمبهای و مخربترین های جهان محسوب می شود.

دارندگان این نوع بمبهاجزو قدرت های هسته ای جهان محسوب می شود [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

پیل برق هسته ای Nuelear Electric battery:
پیل هسته ای یا اتمی دستگاه تبدیل نماينده انرژی اتمی به جریان برق مستقیم هست ساده ترین پیل ها شامل دو صفحه هست.

یک پخش نماينده بتای خالص مثل هسترنیوم 90 و یک هادی مثل سیلسیوم.


جریان الکترون های سریعی که بوسیله هسترنیوم منتشر می شود ازمیان نیم هادی عبور کرده و در حین عبور تعداد زیادی الکترون ها اضافی را از نیم هادی جدا می‌کند که در هر حال صدها هزار مرتبه زیادتر از جریان الکتریکی حاصل از ایزوتوپ رادیواکتیو استرنیوم 90 می باشد [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


کاربردهای پزشکی:
در پزشکی تشعشعات هسته ای کاربردهای زیادی دارند که اهم اونها عبارتند از:
• رادیو گرافی
• گامااسکن
• هسترلیزه کردن هسته ای و میکروب زدایی وسایل پزشکی با پرتو های هسته ای
• رادیو بیولوژی

کاربرد انرژی هسته ای در بخش دامپزشکی و دامپروری :
تکنیکهای هسته ای در حوزه دامپزشکی موارد مصرفی چون تشخیص و درمان بیماریهای دامی ، تولید مثل دام ، اصلاح نژاد و دام ، تغذیه ، بهداشت و ایمن سازی محصولات دامی و خوراک دام دارد.



کاربرد انرژی هسته ای در دسترسی به منابع آب :
تکنیکهای هسته ای برای شناسایی حوزه های آب زیر زمینی هدایت آبهای سطحی و زیر زمینی ، کشف و کنترل نشت و ایمنی سدها مورد هستفاده برنامه میگیرد.

در شیرین کردن آبهای شور نیز انرژی هستهای کاربرد دارد [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

کاربردهای کشاورزی:
تشعشعات هسته ای کاربرد های زیادی در کشاورزی دارد که مهم ترین اونها عبارتست از:
• موتاسیون هسته ای ژن ها در کشاورزی
• کنترل حشرات با تشعشعات هسته ای
• جلوگیری از جوانه زدن سیب زمینی با اشعه گاما
• انبار کردن میوه ها
• دیرینه شناسی )باستان شناسی) و صخره شناسی )زمین شناسی) که عمر یابی صخره ها با C14 در باستان شناسی خیلی مشهور هست.



کاربردهای صنعتی:
در صنعت کاربردها ی زیادی دارد از جمله مهمترین اونها عبارتند از [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
• نشت یابی با اشعه
• دبی سنجی پرتویی(سنجش شدت تشعشعات ، نور و فیزیک امواج)
• سنجش پرتویی میزان سائیدگی قطعات در حین کار
• سنجش پرتویی میزان خوردگی قطعات
• چگالی سنج موادمعدنی با اشعه
• کشف عناصر نایاب در معادن

تکنیکهای هسته ای بر کشف مینهای ضد نفر نیز کاربرد دارد. بنابرین ، دانش هسته ای با این قدرت و وسعتی که دارد، هر روز بر دامنه هستفاده از فناوری هسته ای و بویژه انرژی هسته ای اضافه کرده می شود.

کاربرد انرژی در بخشهای مختلف به گونه ای هست که اگر کشوری فناوری هسته ای را نهادینه نماید، در بسیاری از حوزه‌های علمی و صنعتی ، ارتقای پیدا می کند و مسیر توسعه را با سرعت طی می نماید [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

انرژی هسته ای در پزشکی هسته ای و امور بهداشتی:
در کشورهای پیشرفته صنعتی ، از انرژی هسته ای به صورت گسترده در پزشکی هستفاده می گردد.

با توجه به شیوع برخی از بیماریها از جمله سرطان ، ضرورت تقویت طب هسته ای در کشورهای در حال توسعه ، هر روز بیشتر می شود.

موارد زیر از مصادیق تکنیکهای هسته ای در علم پزشکی هست:
تهیه و تولید کیتهای رادیو دارویی جهت مراکز پزشکی هسته ای
تهیه و تولید رادیو دارویی جهت تشخیص بیماری تیرویید و درمان اونها
تهیه و تولید کیتهای هورمونی
تشخیص و درمان سرطان پروستات
تشخیص سرطان کولون ، روده کوچک و برخی سرطانهای سینه
تشخیص تومورهای سرطانی و بررسی تومورهای مغزی ، سینه و ناراحتی وریدی
تصویر برداری بیماریهای قلبی ، تشخیص عفونتها و التهاب مفصلی ، آمبولی و لختههای وریدی
موارد دیگری چون تشخیص کم خونی ، کنترل رادیو داروهای خوراکی و تزریقی و .. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

کاربرد انرژی هسته ای در تولید برق :
یکی از مهم ترین موارد هستفاده صلح آمیز از انرژی هسته ای ، تولید برق از طریق نیروگاههای اتمی هست.

با توم به پایان پذیر بودن منابع فسیلی و روند رو به رشد توسعه اجتماعی و اقتصادی ، هستفاده از انرژی هسته ای برای تولید برق را امری ضروری و لازم می دانند و ساخت چند نیروگاه اتمی را دنبال مینماید.


ایران هر ساله حدودا به هفت هزار مگاوات برق در سال نیاز دارد.

نیروگاه اتمی بوشهر 1000 مگاوات برق را در صورت راه اندازی تامین می نماید.

و احداث نیروگاههای دیگر برای رفع این نیازی ضروری است.

برای تولید میزان برق حدود 190 میلیون بشکه نفت خام مصرف می شود.

که در صورت تامین از طریق انرژی هسته ای سالیانه 5 میلیارد دلار صرفه جویی خواهد شد.



برتری انرژی هسته ای بر سایر انرژیها:
علاوه بر صرفه اقتصادی دلایل زیر هستفاده از انرژی هسته ای را ضروری مینماید.

منابع فسیلی محدود بوده و متعلق به نسلهای آتی میباشد.

هستفاده از نفت خام در صنایع تبدیل پتروشیمی ارزش بیشتری دارد.

تولید برق از طریق نیروگاه اتمی ، آلودگی نیروگاههای کنونی را ندارد.

تولید هفت هزار مگاوات با مصرف 190 میلیون شبکه نفت خام ، هزارتن دیاکسید کربن ، 150 تن ذرات معلق در هوا ، 130 تن گوگرد و 50 تن اکسید نیتروژن را در محیط زیست پراکنده می کند، در حالی که نیروگاه اتمی چنین آلودگی را ندارد [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


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

44:


45:

بمب اتمی سلاحی هست که نیروی اون از انرژی اتمی و بر اثر شکاف هسته (فیسیون ) اتمهای پلوتونیوم یا اورانیوم ایجاد می شود .در فرآیند شکافت هسته ای ، اتمهای ناپایدار شکافته و به اتمهای سبکتر تبدیل می شوند .


نخستین بمب از این نوع ، در سال ۱۹۴۵ م در ایالات نیو مکزیکو در ایالات متحده آمریکا آزمایش شد .

این بمب ، انفجاری با قدرت ۱۹ کیلو تن ایجاد کرد ( یک کیلو تن برابر هست با
انرژی اتمی آزاد شده ۱۹۰ تن ماده منفجره تی .

ان .

تی ) انفجار بمب اتمی موج بسیار نیرومند پرتوهای شدید نورانی ، تشعشعات نفوذ نماينده اشعه گاما و نوترونها و پخش شدن مواد رادیو اکتیو را همراه دارد .

انفجار بمب اتمی چندین هزار میلیارد کالری حرارت را در چند میلیونیوم ثانیه ایجاد می کند .


این دمای چند میلیون درجه ای با فشار بسیار زیاد تا فاصله ۱۲۰۰ متری از مرکز انفجار به افراد بدون پوشش حفاظتی صدمه می زند و سبب مرگ و بیماری انسان و جانوران می شود .

همچنین زمین ، هوا آب و همه چیز را به مواد رادیو اکتیو آلوده می کند .


بمب های اتمی شامل نیروهای قوی و ضعیفی اند که این نیروها هسته یک اتم را به ویژه اتم هایی که هسته های ناپایداری دارند، در جای خود نگه می دارند.

پايه ا دو شیوه بنیادی برای آزادسازی انرژی از یک اتم وجود دارد:
۱) شکافت هسته ای: می توان هسته یک اتم را با یک نوترون به دو جزء کوچک تر تقسیم کرد.

این همان شیوه ای هست که در مورد ایزوتوپ های اورانیوم (یعنی اورانیوم ۲۳۵ و اورانیوم ۲۳۳) به کار می رود.


برای تولید یک بمب اتمی موارد زیر نیاز هست:
ـ یک منبع سوخت که قابلیت شکافت یا همجوشی را داشته باشد.


ـ دستگاهی که همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.


راهی که به کمک اون بتوان بیشتر سوخت را پیش از اونکه انفجار رخ دهد دچار شکافت یا همجوشی کرد.


در اولین بمب های اتمی از روش شکافت هستفاده می شد.

اما امروزه بمب های همجوشی از فرآیند همجوشی به عنوان ماشه آغازگر هستفاده می نمايند.بمب های شکافتی (فیزیونی): یک بمب شکافتی از ماده ای مانند اورانیوم ۲۳۵ برای ایجاد یک انفجار هسته ای هستفاده می کند.

اورانیوم ۲۳۵ ویژگی منحصر به فردی دارد که اون را برای تولید هم انرژی هسته ای و هم بمب هسته ای مناسب می کند.

اورانیوم ۲۳۵ یکی از نادر موادی هست که می تواند زیر شکافت القایی برنامه بگیرد.اگر یک نوترون آزاد به هسته اورانیوم ۲۳۵ برود،هسته بی درنگ نوترون را جذب کرده و بی ثبات شده در یک چشم به هم زدن شکسته می شود.

این باعث پدید آمدن دو اتم سبک تر و آزادسازی دو یا سه عدد نوترون می شود که تعداد این نوترون ها بستگی به چگونگی شکسته شدن هسته اتم اولیه اورانیوم ۲۳۵ دارد.

دو اتم جدید به محض اینکه در وضعیت جدید تثبیت شدند از خود پرتو گاما ساطع می نمايند.

درباره این نحوه شکافت القایی سه نکته وجود دارد که موضوع را جالب می کند.


۱) احتمال اینکه اتم اورانیوم ۲۳۵ نوترونی را که به سمتش هست، جذب کند، بسیار بالا هست.

در بمبی که به خوبی کار می کند، بیش از یک نوترون از هر فرآیند فیزیون به دست می آید که خود این نوترون ها سبب وقوع فرآیندهای شکافت بعدی اند.

این وضعیت اصطلاحا «ورای آستانه بحران» نامیده می شود.


۲) فرآیند جذب نوترون و شکسته شدن متعاقب اون بسیار سریع و در حد پیکو ثانیه (۱۲-۱۰ ثانیه) رخ می دهد.


۳) حجم عظیم و خارق العاده ای از انرژی به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شکسته شدن هسته آزاد می شود.

انرژی آزاد شده از یک فرآیند شکافت به این علت هست که محصولات شکافت و نوترون ها وزن کمتری از اتم اورانیوم ۲۳۵ دارند.

این تفاوت وزن نمایان گر تبدیل ماده به انرژی هست که به واسطه فرمول معروف mc۲= E محاسبه می شود.

حدود نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شده به کار رفته در یک بمب هسته ای برابر با چندین میلیون گالن بنزین هست.

نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شده انداز ه ای معادل یک توپ تنیس دارد.

در حالی که یک میلیون گالن بنزین در مکعبی که هر ضلع اون ۱۷ متر (ارتفاع یک ساختمان ۵ طبقه) هست، جا می گیرد.

حالا بهتر می توان انرژی آزاد شده از مقدار کمی اورانیوم ۲۳۵ را متصور شد.برای اینکه این ویژگی های اروانیوم ۲۳۵ به کار آید باید اورانیوم را غنی کرد.

اورانیوم به کار رفته در سلاح های هسته ای حداقل باید شامل نود % اورانیوم ۲۳۵ باشد.در یک بمب شکافتی، سوخت به کار رفته را باید در توده هایی که وضعیت «زیر آستانه بحران» دارند، نگه داشت.

این کار برای جلوگیری از انفجار نارس و زودهنگام ضروری هست.

تعریف توده ای که در وضعیت «آستانه بحران» برنامه داد چنین هست: حداقل توده از یک ماده با قابلیت شکافت که برای رسیدن به واکنش شکافت هسته ای لازم هست.

این جداسازی مشکلات زیادی را برای طراحی یک بمب شکافتی با خود به همراه می آورد که باید حل شود.


۱) دو یا بیشتر از دو توده «زیر آستانه بحران» برای تشکیل توده «ورای آستانه بحران» باید در کنار هم آورده شوند که در این صورت موقع انفجار به نوترون بیش از اونچه که هست برای رسیدن به یک واکنش شکافتی، نیاز پیدا خواهد شد.


۲) نوترون های آزاد باید در یک توده «ورای آستانه بحران» القا شوند تا شکافت آغاز شود.


۳) برای جلوگیری از ناکامی بمب باید هر مقدار ماده که ممکن هست پیش از انفجار وارد مرحله شکافت شود برای تبدیل توده های «زیر آستانه بحران» به توده هایی «ورای آستانه بحران» از دو تکنیک «چکاندن ماشه» و «انفجار از درون» هستفاده می شود.تکنیک «چکاندن ماشه» ساده ترین راه برای آوردن توده های «زیر بحران» به همدیگر هست.

بدین صورت که یک تفنگ توده ای را به توده دیگر شلیک می کند.

یک کره تشکیل شده از اورانیوم ۲۳۵ به دور یک مولد نوترون ساخته می شود.

گلوله ای از اورانیوم ۲۳۵ در یک انتهای تیوپ درازی که پشت اون مواد منفجره جاسازی شده، برنامه داده می شود.کره یاد شده در انتهای دیگر تیوپ برنامه می گیرد.

یک حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را برای انفجار چاشنی و بروز حوادث زیر تشخیص می دهد:
۱) انفجار مواد منفجره و در نتیجه شلیک گلوله در تیوپ
۲) برخورد گلوله به کره و مولد و در نتیجه آغاز واکنش شکافت
۳) انفجار بمب
در «پسر بچه» بمبی که در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر هیروشیما انداخته شد، تکنیک «چکاندن ماشه» به کار رفته بود.

این بمب ۵/۱۴ کیلو تن برابر با ۵۰۰/۱۴ تن TNT بازده و ۵/۱ % کارآیی داشت.

یعنی پیش از انفجار تنها ۵/۱ % ازماده مورد نظر شکافت پیدا کرد.


در همان ابتدای «پروژه منهتن»، برنامه سری آمریکا در تولید بمب اتمی، دانشمندان فهمیدند که فشردن توده ها به همدیگر و به یک کره با هستفاده از انفجار درونی می تواند راه مناسبی برای رسیدن به توده «ورای آستانه بحران» باشد.

البته این تفکر مشکلات زیادی به همراه داشت.

به خصوص این مسئله مطرح شد که چگونه می توان یک موج شوک را به طور یکنواخت، مستقیما طی کره مورد نظر، هدایت و کنترل کرد؟افراد تیم پروژه «منهتن» این مشکلات را حل کردند.

بدین صورت، تکنیک «انفجار از درون» ایجاد شد.

دستگاه انفجار درونی شامل یک کره از جنس اورانیوم ۲۳۵ و یک بخش به عنوان هسته هست که از پولوتونیوم ۲۳۹ تشکیل شده و با مواد منفجره احاطه شده هست.

وقتی چاشنی بمب به کار بیفتد حوادث زیر رخ می دهند:
۱) انفجار مواد منفجره موج شوک ایجاد می کند.


۲) موج شوک بخش هسته را فشرده می کند.


۳) فرآیند شکافت شروع می شود.


۴) بمب منفجر می شود.


در «مرد گنده» بمبی که در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر ناکازاکی انداخته شد، تکنیک «انفجار از درون» به کار رفته بود.

بازده این بمب ۲۳ کیلو تن و کارآیی اون ۱۷% بود.شکافت معمولا در ۵۶۰ میلیاردم ثانیه رخ می دهد.بمب های همجوشی: بمب های همجوشی کار می کردند ولی کارآیی بالایی نداشتند.

بمب های همجوشی که بمب های «ترمونوکلئار» هم نامیده می شوند، بازده و کارآیی به مراتب بالاتری دارند.

برای تولید بمب همجوشی باید مشکلات زیر حل شود:دوتریوم و تریتیوم مواد به کار رفته در سوخت همجوشی هر دو گازند و ذخیره کردنشان دشوار هست.

تریتیوم هم کمیاب هست و هم نیمه عمر کوتاهی دارد بنابراین سوخت بمب باید همواره تکمیل و پر شود.دوتریوم و تریتیوم باید به شدت در دمای بالا برای آغاز واکنش همجوشی فشرده شوند.

در نهایت «استانسیلا اولام» دریافت که بیشتر پرتو به دست آمده از یک واکنش فیزیون، اشعه X هست که این اشعه X می تواند با ایجاد درجه حرارت بالا و فشار زیاد مقدمات همجوشی را آماده کند.

بنابراین با به کارگیری بمب شکافتی در بمب همجوشی مشکلات بسیاری حل شد.

در یک بمب همجوشی حوادث زیر رخ می دهند:
۱) بمب شکافتی با انفجار درونی ایجاد اشعه X می کند.


۲) اشعه X درون بمب و در نتیجه سپر جلوگیری نماينده از انفجار نارس را گرم می کند.


۳) گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن اون می شود.

این کار باعث ورود فشار به درون لیتیوم - دوتریوم می شود.


۴) لیتیوم - دوتریوم ۳۰ برابر بیشتر از قبل تحت فشار برنامه می گیرند.


۵) امواج شوک فشاری واکنش شکافتی را در میله پولوتونیومی آغاز می کند.


۶) میله در حال شکافت از خود پرتو، گرما و نوترون می دهد.


۷) نوترون ها به سوی لیتیوم - دوتریوم رفته و با چسبیدن به لیتیوم ایجاد تریتیوم می کند.


۸) ترکیبی از دما و فشار برای وقوع واکنش همجوشی تریتیوم - دوتریوم ودوتریوم - دوتریوم و ایجاد پرتو، گرما و نوترون بیشتر، بسیار مناسب هست.


۹) نوترون های آزاد شده از واکنش های همجوشی باعث القای شکافت در قطعات اورانیوم ۲۳۸ که در سپر مورد نظر به کار رفته بود، می شود.


۱۰) شکافت قطعات اروانیومی ایجاد گرما و پرتو بیشتر می کند.


۱۱) بمب منفجر شود.


46:


47:

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؟

48:

دید کلی

راکتورهای هسته‌ای دستگاه‌هایی هستند که در اونها شکافت هسته‌ای کنترل شده رخ می‌دهد.

راکتورها برای تولید انرژی الکتریکی و نیز تولید نوترون‌ها بکار می‌روند.

اندازه و طرح راکتور بر حسب کار اون متغیر هست.

فرآیند شکافت که یک نوترون بوسیله یک هسته سنگین (با جرم زیاد) جذب شده و به دنبال اون 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 اونها از اجزای یکسانی تشکیل شده‌اند.

این اجزا شامل سوخت ، پوشش برای سوخت ، کند نماينده نوترونهای حاصله از شکافت ، خنک نماينده‌ای برای حمل انرژی حرارتی حاصله از فرآیند شکافت ماده کنترل نماينده 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 هست.

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 برنامه 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 هست.




غلاف سوخت راکتور


سوختهای هسته‌ای مستقیما در داخل راکتور برنامه داده نمی‌شوند، بلکه همواره بصورت پوشیده شده مورد هستفاده برنامه می‌گیرند.

پوشش یا غلاف سوخت ، کند نماينده و یا خنک نماينده از اون 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 اون 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 هست غلاف دارای سطح مقطع پایینی نسبت به بر همکنشهای هسته‌ای حاصل از نوترون بوده و در مقابل تشعشع مقاوم باشد.

مواد کند نماينده نوترون


یک کند نماينده ماده‌ای هست که برای کند یا حرارتی کردن نوترونهای سریع بکار می‌رود.

هسته‌هایی که دارای جرمی نزدیک به جرم نوترون هستند بهترین کند نماينده می‌باشند.

کند نماينده برای اونکه بتواند در راکتور مورد هستفاده برنامه گیرد بایستی سطح مقطع جذبی پایینی نسبت به نوترون باشد.

با توجه به خواص اشاره شده برای کند نماينده ، چند ماده هستند که می‌توان از اونها هستفاده کرد.

هیدروژن ، دوتریم ، بریلیوم و کربن چند نمونه از کند نماينده‌ها می‌باشند.

از اونجا که بریلیوم سمی هست، این ماده خیلی کم به عنوان کند نماينده در راکتور مورد هستفاده برنامه می‌گیرد.

همچنین ایزوتوپهای هیدروژن ، به شکل آب و آب سنگین و کربن ، به شکل گرافیت به عنوان مواد کند نماينده هستفاده می‌شوند.
خنک نماينده‌ها


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 هست در راکتور قدرت برای تولید برق بکار رود.

از ویژگیهایی که ماده خنک نماينده باید داشته باشد، هدایت حرارتی اون هست تا اینکه بتواند در انتقال حرارت مؤثر باشد.

همچنین پایداری شیمیایی و سطح مقطع جذب پایین‌تر از نوترون دو خاصیت عمده ماده خنک نماينده هست.

نکته دیگری که باید به اون اشاره شود این هست که این ماده نباید در اثر واکنشهای گاما دهنده رادیواکتیو شوند.

از مایعات و گازها به عنوان خنک نماينده هستفاده شده‌ هست، مانند گازهای دی اکسید کربن و هلیوم.

هلیوم ایده‌آل هست ولی پر هزینه بوده و تهیه مقادیر زیاد اون مشکل هست.

خنک نماينده‌های مایع شامل آب ، آب سنگین و فلزات مایع هستند.

از اونجا که برای جلوگیری از جوشیدن آب فشار زیادی لازم هست خنک نماينده ایده‌آلی نیست.



مواد کنترل نماينده شکافت


برای دستیابی به فرآیند شکافت کنترل شده و یا متوقف کردن یک سیستم شکافت پس از شروع ، لازم هست که موادی قابل دسترس باشند که بتوانند نوترونهای اضافی را جذب نمايند.

مواد جاذب نوترون بر خلاف مواد دیگر مورد هستفاده در محیط راکتور باید سطح مقطع جذب بالایی نسبت به نوترون داشته باشند.

مواد زیادی وجود دارند که سطح مقطع جذب اونها نسبت به نوترون بالاست، ولی ماده مورد هستفاده 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 ، تبديل و زاینده ، بر حسب نوع سوخت به راکتورهای اورانیوم طبیعی ، راکتورهای اورانیوم غنی شده با 235U (راکتور مخلوطی Be) ، بر حسب خنک نماينده به راکتورهای گاز (CO2مایع (آب ، فلز) ، بر حسب فاز سوخت کند نماينده‌ها 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 اونها در تحقیقات ، بعضی از اونها برای تولید رادیو ایزتوپهای پر انرژی برخی برای راندن کشتیها و برخی برای تولید برق بکار می‌روند.

دوگروه اصلی راکتورهای هسته‌ای بر پايه تقسیم بندی کاربرد اونها.

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 هستفاده برنامه می گیرند.



49:

دید کلی




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 می‌نمايند که نیروگاههای هسته‌ای اونها در زمینه تولید برق و زیر ساختهای صنعتی نقش مکمل را ایفا می‌نمايند.

نیمی از امت جهان در کشورهایی زندگی می‌نمايند که نیروگاههای هسته‌ای در اونها 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 هست.

امروزه حدود 440 نیروگاه هسته‌ای در 31 کشور جهان برق تولید می‌نمايند.

بیش از 15 کشور از مجموع این تعداد در زمینه تأمین برق خود تا 25 % یا بیشتر ، متکی به نیروی هسته‌ای هستند.

در اروپا و ژاپن سهم نیروی هسته‌ای در تأمین برق بیش از 30 % هست، در آمریکا نیروی هسته‌ای 20 % از برق را تأمین می‌کند.

در سرتاسر جهان ، دانشمندان بیش از 50 کشور از حدود 300 راکتور تحقیقاتی هستفاده می‌نمايند تا: درباره فناوریهای هسته‌ای تحقیق کرده و برای تشخیص بیماری و درمان سرطان ، رادیوایزوتوپ تولید نمايند.

همچنین در اقیانوسهای جهان راکتورهای هسته‌ای نیروی محرکه بیش از 400 کشتی را بدون اینکه به خدمه اون و یا محیط زیست آسیبی برسانند، تأمین می‌نمايند.

دوره پس از جنگ سرد ، فعالیت جدیدی برای حذف مواد هسته‌ای از تسلیحات و تبدیل اون به سوخت هسته‌ای غیر نظامی آغاز شد.

انرژی هسته‌ای کاربردهای زیاد در پزشکی در علوم و صنعت و کشاورزی و ...

دارد.

لازم به ذکر هست انرژی هسته‌ای به تمامی انرژیهای دیگر قابل تبدیل هست، 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 هستفاده می‌کند.

اولین جایگاه از این نوع در 27 ژوئن سال 1958 در شوروی سابق ساخته شد.

که قدرت اون 5000 کیلو وات هست.

چون شکست سوخت هسته‌ای پايه ا گرما تولید می‌کند، از گرمای تولید شده راکتورهای هسته‌ای برای تولید بخار هستفاده می‌شود.

از بخار تولید شده برای به حرکت در آوردن توربینها و ژنراتورها که نهایتا برای تولید برق هستفاده 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 نماينده انرژی اتمی به جریان برق مستقیم هست، ساده‌ترین پیلها) شامل دو صفحه هست.

یک پخش نماينده بتای خالص مثل هسترنیوم 90 و یک هادی مثل سیلسیوم.
جریان الکترونهای سریعی که بوسیله هسترنیوم 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 هسترنیوم 90 می‌باشد.

کاربردهای پزشکی


در پزشکی تشعشعات هسته‌ای کاربردهای زیادی دارند که اهم اونها 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 اونها 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 هست. کاربردهای صنعتی


در صنعت کاربردهای زیادی دارد، از جمله مهمترین اونها 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

50:

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 هست 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 می‌نمايند 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 وقت و نیز مقدار انرژی بتدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه ثابت نگهداشته می‌شود.
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 هستفاده 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.

هستفاده 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 هستفاده از شکافت هسته‌ای کنترل شده به میزان زیادی توسعه یافته و مورد قبول واقع شده هست.

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 هست.

این اختلاف به توسط فرمول انیشتین توضیح داده می‌شود که رابطه بین جرم و انرژی هم ارزی جرم و انرژی را بربرنامه می‌سازد.

اگر یک دستگاه مادی دارای جرم باشد در این صورت دارای انرژی کلی E هست.

E = M C2 که در اون C سرعت نور در خلا و M جرم کل هسته مرکب از نوکلئونها و E مقدار انرژیی هست که در اثر فروپاشی جرم M تولید می‌شود.

بنابر این اصول انرژی هسته‌ای بر آزاد سازی انرژی پیوندی هسته هستوار هست.

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 اون هست، که معرف کاری هست که باید انجام شود تا نوکلئونها از هم جدا شوند.
مواد شکافتنی


مواد ناپایدار برای اینکه به پایداری برسند، انرژی گسیل می‌نمايند تا به حالت پایدار برسد.

معمولا عناصری شکافت پذیر هستند که جرم اتمی اونها بالای 150 باشد ،235U و 238U در معادن یافت می‌شود.

99.3 % اورانیوم معادن 238U می‌باشد.و تنها 7% اون 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 % به 1 الی 3 % 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 هست 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.

51:


52:







[
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:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

53:


54:

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

55:

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.
ممنون میشم شما یا سایر دوستان اگه مقالاتی درارین برام بفرستین

56:



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 هستفاده 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 سپس 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 هست ولی نکات پايه ی اونها قابل دسترس هست.

سوخت در یک بمب شکافتی مشتمل بر اورانیوم 235 و پلوتونیم 239 ی تقریبا خالص هست 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 نمايند.



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 اونقدر به هم نزدیک کنیم که در حوزه ی عمل جاذبه ی متقابل نیروی هسته ای قوی برنامه گیرند.

از اون به بعد به شدت هم را جذب می نمايند و اتمی سنگین تر تولید می نمايند و مقداری انرژی آزاد می نمايند.

همجوشی را می توان در محیط پلاسمایی بوجود آورد و اخیرا با لیزر هم این کار را می نمايند.

در این همجوشی قرصهای کوچکی از دوتریم و ترتیم (عناصری سبک که همخانواده ی هیدروژنند) را بوسیله فوجهای لیزری پرقدرت گرم می نمايند.

اگر توان لیزرها کم باشد انفجارهای کوچکی در این قرصهای کوچک رخ می دهد.

اما اگر قدرت بالا باشد و در وقت کوتاه اثر نمايند همجوشی رخ می دهد.

توان این نوع لیزرها بیش از توان نیروی برق آمریکاست.

پس تهیه اش بسیار سخت هست .

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 هستراتژیک 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 اونها در مرحله ابتدایى ساخت بمب اتم برنامه داشتند.


مرکز سوم، آمریکا بود.

آمریکا با هستفاده 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 اون بود (25 میلیارد دلار) که در وقت 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 اونقدر ویران شده بود، حتی ساختمان درخوری در این شهر نبود که در اون اجلاس انجام 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 برنامه مى‏گیرد.

اوپن هایمر و دیگران، در بونکرى تجمع کرده بودند و آزمایش را مورد بررسى برنامه 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 سپس 2 اوت صادر مى‏کند؛ 5 شهر ژاپن به ترتیب اولویت براى واشنگتن در لیست برنامه مى‏گیرند: توکیو، کیوتو، هیروشیما، ناگویا، ناکازاکى.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

57:

استخراج اورانيوم از معدن
اورانيوم که ماده خام اصلی مورد نياز برای توليد انرژی در برنامه های صلح آميز يا نظامی هسته ای هست، از طريق هستخراج 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 اون بصورت متراکم در معادن موجود هست.
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 اون 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 نمايند.


مجموع جرم اتمهای کوچکتری که از تجزيه اتم اورانيوم بدست می آيد از کل جرم اوليه اين اتم کمتر هست و اين بدان معناست که مقداری از جرم اوليه که ظاهرا ناپديد شده در واقع به انرژی تبديل شده هست، و اين انرژی با هستفاده از رابطه E=MC۲ يعنی رابطه جرم و انرژی که آلبرت اينشتين اولينبار اونرا کشف کرد قابل محاسبه هست.
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 هست که در هسته U۲۳۸ وجود دارد.

اعداد ۲۳۵ و ۲۳۸ بيانگر مجموع تعداد پروتونها و نوترونها در هسته هر کدام از اين دو ايزوتوپ هست.


کشورهای اصلی توليد نماينده اورانيوم
استراليا
چين
کانادا
قزاقستان
ناميبيا
نيجر
روسيه
ازبکستان

برای بدست آوردن بالاترين بازدهی در فرايند زنجيره ای شکافت هسته بايد از اورانيوم ۲۳۵ هستفاده کرد که هسته اون 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 اون، اين ايزوتوپ در طبيعت بسيار نادر هست بطوری که از هر ۱۰۰۰ اتم اورانيوم موجود در طبيعت تنها هفت اتم از نوع U۲۳۵ بوده و مابقی از نوع سنگينتر U۲۳۸ هست.



فراوری:
سنگ معدن اورانيوم سپس هستخراج، 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 هست.

کيک زرد دارای خاصيت راديو اکتيايشانته هست و ۶۰ تا ۷۰ % اونرا 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 هستفاده می نمايند.

برای اين کار، دانشمندان ابتدا کيک زرد را طی فرايندی شيميائی به ماده جامدی به نام هگزافلوئوريد اورانيوم تبديل مينمايند که سپس 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 اونرا 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.

همينطور به منظور پيشگيری از هرگونه واکنش شيميايی برگشت ناپذير بايد اين گاز را دور از معرض روغن و مواد چرب نماينده ديگر نگهداری کرد.


هدف از غنی سازی توليد اورانيومی هست که دارای % بالايی از ايزوتوپ U۲۳۵ باشد.


اورانيوم مورد هستفاده در راکتورهای اتمی بايد به حدی غنی شود که حاوی ۲ تا ۳ % اورانيوم ۲۳۵ باشد، در حالی که اورانيومی که در ساخت بمب اتمی بکار ميرود حداقل بايد حاوی ۹۰ % اورانيوم ۲۳۵ باشد.


يکی از روشهای معمول غنی سازی هستفاده از دستگاههای سانتريفوژ گاز هست.
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 اون باعث ميشود که مولکولهای سبکتری که حاوی اورانيوم ۲۳۵ هست 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 اون 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 % خلوص مورد نياز بدست آيد.


اونچه که پس از جدا سازی اورانيوم ۲۳۵ باقی ميماند به نام اورانيوم خالی يا فقير شده شناخته ميشود که پايه ا از اورانيوم ۲۳۸ تشکيل يافته هست.

اورانيوم خالی فلز بسيار سنگينی هست که اندکی خاصيت راديو اکتيايشانته دارد و از اون برای ساخت گلوله های توپ ضد زره پوش و اجزای برخی جنگ افزار های ديگر از جمله منعکس نماينده نوترونی در بمب اتمی هستفاده ميشود.


يک شيوه ديگر غنی سازی روشی موسوم به ديفيوژن يا روش انتشاری هست.


دراين روش گاز هگزافلوئوريد اورانيوم به داخل ستونهايی که جدار اونها 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.


58:

راکتور هسته ای:
راکتور هسته ای وسيله ايست که در اون 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 هستفاده برنامه داد.
اورانيوم غنی شده ، معمولا به صورت قرصهائی که سطح مقطعشان به اندازه يک سکه معمولی و ضخامتشان در حدود دو و نيم سانتيمتر هست در راکتورها به مصرف ميرسند.

اين قرصها روی هم برنامه داده شده و ميله هايی را تشکيل ميدهند که به ميله سوخت موسوم هست.

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 اون رخ ميدهد ، از فلز مايع (سديم) يا گاز دی اکسيد کربن هستفاده می شود.


1- هسته راکتور
2-پمپ خنک نماينده
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 برنامه داده ميشود بايد از جرم بحرانی بيشتر (فوق بحرانی) باشد.

يعنی اورانيوم مورد هستفاده 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 هست هستفاده 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 % کل برق مصرفی در جهان را تامين مينمايند.

از جمله کاربردهای ديگر راکتورهای هسته ای، توليد نيروی محرکه لازم برای جابجايی ناوها و زيردريايی های اتمی هست.



بازفراوری:
برای بازيافت اورانيوم از سوخت هسته ای مصرف شده در راکتور از عمليات شيميايی موسوم به بازفراوری هستفاده ميشود.

در اين عمليات، ابتدا پوسته فلزی ميله های سوخت مصرف شده را جدا ميسازند و سپس اونها را در داخل اسيد نيتريک داغ حل مينمايند.





در نتيجه اين عمليات، ۱% پلوتونيوم ، ۳% مواد زائد به شدت راديو اکتيو و ۹۶% اورانيوم بدست می آيد که دوباره ميتوان اونرا 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:
هستفاده 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 هست.

در عين حال با تاسيسات بازفراوری نسبتا کوچکی ميتوان چيزی حدود ۱۲ کيلوگرم پلوتونيوم در سال توليد کرد.


بمب پلوتونيومی
1- منبع يا مولد نوترونی
2- هسته پلوتونيومی
3- پوسته منعکس نماينده (بريليوم)
4- ماده منفجره پرقدرت
5- چاشنی انفجاری

کلاهک هسته ای شامل گوی پلوتونيومی هست که اطراف اونرا پوسته ای موسوم به منعکس نماينده نوترونی فرا گرفته هست.

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.


هستفاده از منعکس نماينده 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 نمايندگان 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 قايشانتر از قدرتمندترين بمبگزاری تروريستی که تا کنون در جهان رخ داده هست.


59:

نيروگاههاي هسته اي وبمب هاي هسته اي چگونه كار ميكنند؟


اين روزها در مجلات,روزنامه ها,تلايشانزيون وغيره از همه چيز ميشنايشانم ولي بيشتر از همه فعاليت هاي صلح آميزوغير صلح آميز هسته اي هست كه ذهنمان را مشغول ميسازد.در اينجا سعي بر اون هست 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 هست 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 هست.

به اين شكل كه عناصر از اتم ها ساخته شده اند وتشكيل مولكول اون عنصر را ميدهند و اگر اين مولكولها در كنار يكديگربرنامه گيرند ماده بوجود مي آيد.

بسياري از مواد از عناصر مختلف تشكيل شده اند بنابراين اتم هاي مختلفي در اونها وجود دارد.

لازم به ذكر هست قطر اتم 10 به توان منفي ده متر ميباشد واندازه هسته در مركز اتم0001/0 بزرگي اتم كوچكتر هست 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 هست كه مجموع تعداد اونها را عدد اتمي اون عنصر ,وبه اونها نوكلئون ميگايشانند.

لازم به ذكر هست 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 هست 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 اونها به هسته كاهش ميابد(بر پايه مدل اتمي بور).



اما اگر بخواهيم علمي تر بحث كنيم بايد بگوئيم تقريبا سه نيرو در هسته هر اتم وجود داردكه يكي از اونها سعي در انهدام هسته و دو تاي ديگر سعي در پايداري هسته دارند.

اولي نيرايشان كولني يا همان دافعه پروتوني ميباشد , دومي نيرايشان گرانش ناشي از جاذبه بين ذرات جرم دار هست وسومي كه مهمترين دليل جلوگيري از متلاشي شدن هسته ميباشد همان نيرايشان هسته اي هست.

دقت كنيد نيرايشان كولني بسيار ناچيز هست و نميتواند به تنهايي هسته را متلاشي كند و نيرايشان گرانش ذرات نيز بسيار كم ميباشد و توانايي در تعادل نگه داشتن هسته را ندارد,در واقع اين نيرايشان هسته اي هست كه اتم را در تعادل نگه داشته و از واپاشيده شدن نوكلئون ها جلوگيري ميكند.

براي توضيح اين نيرو بايد فرمود اگر فاصله بين پروتون و نوترون از 5 ضربدر 10 به توان منفي 15 متر(5فمتو متر) بيشتر شود نيرايشان هسته اي وجود ندارد , بر عكس اگر اين فاصله از مقدار ياد شده كمتر شود نيرايشان 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 ميگايشاند كه اندازه انرژي آزاد شده برابر هست 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 هست ولي واقعيت اين هست كه چنين چيزي غير ممكن هست !!! چرا ؟

چون بر پايه همان فرمول نسبيت حركت با سرعت نور براي اجسام غير ممكن هست.

براي درك بهتر موضوع فرمول را به شكل ديگري مينايشانسيم : 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 اون انرژي بدهيم و از اونجا 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 هست كه حركت با سرعت نور را براي اجسام غير ممكن ميكند.



قبل از اينكه توضيحات بيشتري داده شود لازم هست 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 اون يك اتم سنگين مانند اورانيوم تبديل به دو اتم سبكتر ميشود .

ايشانا به عبارتي ديگر وقتي كه هسته اي سنگين به دو يا چند هسته با جرم متوسط تجزيه ميشود ميگايشانند شكافت هسته اي رخ داده هست و وقتي هسته اي با عدد اتمي زياد شكافته شود , مقداري از جرم اون ناپديد وبه انرژي تبديل ميشود(طبق قانون نسبيت).



2 - روش همجوشي (گداخت هسته اي) ; كه در اون 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 هست 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 اون گردش كنند يك اتم آلومينيوم را ميسازند .حال اگر ميلياردها عدد از اين اتم ها را در كنار هم برنامه دهيم آلومينيوم را مي سازيم(AL27) كه با اون انواع وسايل نظير قوطي ها و درب وپنجره ها و غيره...

را ميتوان ساخت.



حال اگر همين آلومينيوم را در شيشه اي برنامه دهيم ! وچند ميليون سال به عقب برگرديم اين آلومينيوم هيچ تغييري نخواهد كرد ,پس آلومينيوم عنصري پايدار هست .

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 فرموده مي شود .هر دايشان اونها 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 هست وهر دايشان اونها 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 هست.



1 - هيدروژن معمولي يا نرمال (H1) در هسته اتم حود يك پروتون دارد وبدون هيچ نوتروني.

البته واضح هست چون نيازي نيست تا خاصيت چسبانندگي خود را نشان دهد چرا كه پروتون ديگري وجود ندارد.



2 - هيدروژن دوتريم كه يك پروتون ايشانك نوترون دارد و در طبيعت بسيار نادر هست.

اگرچه عمل اون بسيار شبيه هيدروژن نوع اول هست براي مثال ميتوان از اون آب ساخت اما ميزان بالاي اون سمي هست.



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

3 - ايزوتوپ سوم هيدروژن (تريتيوم) كه شامل دو نوترون و يك پروتون هست.

همان طور كه قبلا فرموده شد اين نوع هيدروژن ناپايدار هست .

يعني اگر مجددا ظرفي برداريم واين بار درون اون را با اين نوع از هيدروژن پر كنيم و يك ميليون سال به عقب برگرديم متوجه ميشايشانم كه ديگر هيدروژني نداريم و همه اون به هليم 3 تبديل شده هست (2 پروتون و يك نوترون) واين ها همه توضيحاتي ساده در مورد پايداري و ناپايداري بود.



در يك پاراگراف ساده ميتوان فرمود 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 اونها هستفاده مي شود را نام ميبريم : اورانيوم و پلوتونيوم.



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



خصوصيات فيزيكي اورانيوم

اورانيوم طبيعي (كه بشكل اكسيد اورانيوم هست) شامل3/99% از ايزوتوپ اورانيوم 238 و7/0% اورانيوم 235است.

كه نوع 235 اون قابل شكافت هست و مناسب براي بمب ها ونيروگاههاي هسته اي هست.

اين عنصر از نظر فراواني در ميان عناصر طبيعي پوسته در رده 48 قراردارد.

از نظر تراكم و چگالي بايد فرمود 6/1 مرتبه متراكم تر از سرب هست.وهمين تراكم باعث سنگين تر شدن اون 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 اون كمتر از 25% ولي بيشتر از7/0% هست كه سوخت بيشتر راكتورهاي تجاري بين 3 تا 5 % اورانيوم 235 هست.



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



و اما منظور از غني سازي اورانيوم چيست؟

بطوربسيار خلاصه غني سازي عبارت هست از انجام عملي كه بواسطه اون مقدار اورانيوم 235 بيشتر شود و مقدار اورانيوم 238 كمتر.

كه پس از جمع آوري اورانيوم 238 ,اون را زباله اتمي مي نامند.



غني سازي اورانيوم به روشهاي مختلفي انجام مي شود كه چند مورد از اون را خدمت شما يادآور مي شايشانم: 1-استفاده از اصل انتشار گازها 2-استفاده از روش -------- 3-استفاده از ميدانهاي مغناطيسي 4- هستفاده 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 برنامه داد ,اونها 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 هست,اين هسته تمايل زيادي دارد كه نوترون كند را به درون خود بكشاند واون 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 وقت لازم براي تحقق هر شكافت 01/0 ثانيه باشدمقدار اورانيوم مصرف شده در طي وقت يك ثانيه در حدود 10به توان 23 كيلوگرم خواهد بود !!! واضح هست كه واكنش زنجيره اي شكافت ميتواند مقادير قابل توجهي از اورانيوم را در مدت وقت ناچيزي به انرزي تبديل كند.با توجه به توضيحات داده شده به وضوح مشخص هست 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 هست كه به حداقل مقدار اورانيومي كه براي فرآيند شكافت لازم هست جرم بحراني يا مقدار بحراني مي گايشانند 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 اون وابسته هست و در نتيجه واكنش متوقف مي شود.

از سايشان 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 وقتي كوتاه اونچنان 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 اونگاه 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 هستفاده 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 هست در دو انتهاي يك هستوانه برنامه 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 هست!!

در عمل براي اونكه 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 هست راكتورهاي هسته اي را چنان طراحي ميكنند كه در اونها واكنش شكافت در واقعياتي نزديك به حالت بحراني تحقق يابد.

قلب راكتور پايه ا متشكل هست از سوخت(در اين مورد اورانيوم 235) كه در هستوانه هاي مخصوص در بسته اي جا سازي شده اند.

اين هستوانه 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 هستفاده برنامه ميگيرد كه متداول ترين اونها عبارتند از:آب,آب سنگين وكربن.

كه در اينجااگر در آب معمولي (H2O) به جاي ايزوتوپ هيدروژن معمولي از ايزوتوپ هيدروژن دوتريم هستفاده 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 برنامه مي گيرند.

اين ميله ها معمولا از ماده اي مانند كادميوم كه نوترون ها را بخوبي جذب ميكند ساخته مي شوند.

براي اونكه آهنگ واكنش افزايش يابد ميله ها را تا حدودي از قلب راكتور بيرون مي آورند ,براي كاستن از سرعت واكنش و يا متوقف ساختن اون,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 هست كه راكتور ها همانند يك كوره عمل كنند وسوختش به جاي گاز,نفت ايشانا 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 اون آب وجود دارد منتقل ميكنند و دراونجا 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 دراونجا در معرض تابش پرتوهاي راديواكتيو برنامه ميگيرد مستلزم مراقبت هاي ايشانژه هست.



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 برنامه بگير آتش نميگيرد بلكه بخار مي شود!!!!

اثرات زيانبار اين انفجار حتي تا شعاع پنجاه كيلومتري وجود دارد و موج انفجار اون كه حامل انرژي زيادي هست 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 اونها 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 هست كه نوع گاماي اون از همه خطرناك تر هست و با توجه به فركانس بسيار بالا ,جرم و انرژي بالايي كه دارد اگر به بدن انسان برخورد كند از ساختار سلولي اون 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 محتايشان مقادير زيادي نوترون پر انرژي ,پرتوهاي گاما,ذرات بتا وهمينطور ذرات ديگر هست.

هر جسمي كه در راكتور گذاشته شود ,تحت بمباران اين همه تابشهاي متنوع برنامه ميگيرد.

يكي از موارد هستعمال تابش راكتور توليد پلوتونيوم 239 هست .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 برنامه مي دهند كه در نتيجه واكنش هايي كه صورت مي گيرد ,اورانيوم239 بوجود مي آيد.اورانيوم 239 ايزوتوپي ناپايدار هست 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 هست اما اين آميزه چون از دو عنصر مختلف تشكيل شده هست ,بروش شيميايي قابل جدا سازي هست.امروزه با هستفاده 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 اون باعث آلودگي آبهاي زير زميني ,زمين هاي كشاورزي و حتي محصولات كشاورزي مي شود ولي با همه اين مضرات اورانيوم عنصري هست ارزشمند;زيرا در كنار همه سواستفاده ها مي توان از اون به نحايشان احسن و مطابق با معيارهاي بشر دوستانه هستفاده نمود.

فراموش نكنيد از اورانيوم و پلوتونيوم مي توان هستفاده 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 هست!!!!!!!!

60:


61:

نيرايشان الكتريكي موثر هسته و مدارهاي اتم


حسين جوادي

نيرايشان الكتريكي موثر هسته، عبارت از نيرايشان الكتريكي هست كه يك الكترون را به طرف هسته مي كشد.

مثال اتم هيدروژن داراي يك پروتون و يك الكترون هست.

فرض كنيم نيرايشان الكتريكي كه از طرف هسته بر الكترون وارد مي شود برابر يك واحد باشد.

اتم هليوم داراي دو پروتون و الكترون هست.

اما نيرايشاني الكتريكي كه بر هريك از الكترونهاي اتم هليوم وارد مي شود، برابر دو واحد نيست و بيرايشان الكتريكي موثري كه بر هر الكترون در اتم هليوم وارد مي شود تقريباً برابر 1.7 واحد هست.



قاعده ي هستالر

Staler's Rule


براي اولينبار هستالر روش ساده اي براي محاسبه نيرايشان الكتريكي موثر وارد به هر الكترون را ارائه داد.

بنابر روش هستالر نيرايشان الكتريكي هسته كه بر هر الكترون وارد مي شود، به اندازه ي S كاهش مي يابد و نيرايشان موثر هسته از رابطه ي زير به دست مي آيد.



Z*=Z-S.




كه در اون Z* , Z, S.

به ترتيب نيرايشان الكتريكي موثر هسته، عدد اتمي و مقدار هستالر ، يعني مقداري كه از نيرايشان الكتريكي واقعي كاهش مي يابد.



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

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




در اين روش الكترونهاي سمت راست رايشان نيرايشان الكتريكي هسته كه بر يك الكترون وارد مي شود، تاثيري ندارند فرض كنيم مي خواهيم نيرايشان الكتريكي موثر بر الكتروني را كه در مدار n برنامه دارد حساب كنيم در هر گروه، هر الكترون به اندازه ي 0.35 واحد از مقدار نيرايشان 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 هست 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 رايشان نيرايشان الكتريكي موثر هسته در سال 1960 شروع كردند.

در اين وقت 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 هستفاده از تابع موج رايشان اتمهاي مختلف از هيدروژن تا كريپتون كار كردند و يك روش رياضي براي محاسبه نيرايشان الكتريكي موثر هسته ارائه دادند.

نتايج اين روش دقيق تر از روش هستالر 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 هستالر و روش كلمنتي بر مبناي آزمايش هستوار هست و و هيچگونه توضيح نظري ندارد كه چرا بايستي نيرايشان 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 نيرايشان موثر هسته از يك مدار به مدار ديگر كاهش مي يابد؟ براي مقدار نيرايشاني كه كاهش مي يابد، چه اتفاقي مي افتد؟ آيا نيرو تبديل پذير هست؟ نيرو به چه چيزي تبديل مي شود؟ هنگاميكه يك الكترون به طرف پروتون شتاب مي گيرد، انرژي الكترون افزايش مي يابد.

سئوال اين هست كه براي مقدار نيرايشان 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 نيرايشان الكتريكي هسته را با هستفاده از تبديل نيرو و انرژي به يكديگر توضيح دهيم.



كار كوانتومي هست

در مورد قضيه كار انرژي W=DE برخوردي دوگانه وجود دارد.

قسمت كار اون را با مكانيك كلاسيك مد نظر برنامه مي دهند و كار را كميتي پيوسته در نظر مي گيرند، در حاليكه با انرژي اون 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 برنامه خواهد گرفت.

هنگاميكه يك فوتون در ميدان گرانشي سقوط مي كند، انرژي اون افزايش مي يابد.

همچنانكه مي دانيم انرژي فوتون كوانتومي هست، لذا كار انجام شده رايشان اون نيز بايد كوانتومي باشد.

يك كوانتوم كار را بصورت زير تعريف مي كنيم:

Wq=FgLp


كه در اون Wq, Fg, Lp از چپ براست به ترتيب كوانتوم كار، كوانتوم نيرايشان گرانش و طول پلانك هست.

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 نيرايشان الكتريكي موثر هسته را بررسي مي كنيم.



نيرايشان الكتريكي موثر هسته

با توجه به نظريه سي.

پي.

اچ.

هنگاميكه نيرو رايشان 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 نيدايشان الكتريكي هسته Fz و نيرايشان الكتريكي موثر Fz* را رايشان يك الكترون اعمال مي كند.

در طي وقتيكه نيرايشان الكتريكي مي خواهد به الكترون مورد نظر برسد، رايشان ساير الكترونهايي كه در مسير يا اطراف اون 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، نيرايشان الكتريكي هسته براي رسيدن به الكترون مورد نظر، رايشان الكترونهاي سمت راست مدار بندي، هيچگونه كاري انجام نميدهد.




منبع :www.cph-theory.persiangig.com

62:


63:

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.

اونها ذغال سنك, نفت خام, گاز طبيعي , نيرايشان 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 : هستفاده مي كنند.



نيروگاه بخاري از آب بسيار خالص در يك چرخه يا سيكل بسته هستفاده مي كند.

ابتدا آب در بايشانلرها براي توليد بخار در فشار و دماي بالا گرما داده مي شود كه عموما دماو فشاراون در يك نيروگاه مدرن به 150 اتمسفرو550 درجه سانتيگراد مي رسد.

اين بخار تحت فشار زياد توربينها را ( كه اونها 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 بايشانلرها پمپ مي شود و سيكل دوباره شروع مي گردد.

در مرحله تقطير مقدرا زيادي از گرما مجبور هست از سيستم هستخراج شود.

اين گرما در كندانسور كه يك شكل از تبادل كننده گرمايي هست , برداشته مي شود.

مقدار بيشتري از گرماي آب ناخالص وارد يك طرف كندانسور مي شود و اون را از طرف ديگر ترك مي كند بصورت آب گرم , داشتن گرماي به اندازه كافي هستخراج شده از بخار داغ براي تقطير اون 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 هست.

برجهاي خنك كن براي خنك كردن آب ناخالص هستفاده مي شوند بطوريكه اون مي تواند به كندانسورها برگردانده بشود , بنابراين همان آب بطور متناوب بچرخش در مي آيد.

يك برج خنك كن از رايشان ساحختار سيماني اش كه مانند يك دودكش خيلي پهن هست شناخته شده هست و بصورت مشابه نيز عمل مي كند.

حجم زيادي از هوا داخل اطراف پايه ( در پايين و داخل و مركز لوله برج ) اون كشيده مي شود و ازميانه بالايي سرباز اون 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 اون 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 , هست, 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 ازاونجا كارآيي تمام نيروگاه در مقايسه با يك سايت ساحلي كاهش مي يابد.

همينطور 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 هست.

يك سايت كه مناسب هست براي يك نيروگاه كه از يك نوع سوخت هستفاده مي كند بناچار مناسب نيست براي يك نيروگاه كه ار نوع ديگري سوخت هستفاده مي كند.



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

پيش از اين نيروگاه هاي سوخت ذغال سنگ نزديك باري كه اونها 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 هست هنگاميكه از چاه بيرون مي آيد, و نفت باقيمانده كه باقي مي ماند هنگاميكه بخشهاي قابل دسترس هستخراج بشوند در تصفيه نفت.

قيمت انتقال نفت توسط خطوط لوله كمتر از انتقال ذغال سنگ با ريل هست, 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 هست , واقع ميشوند.

نفت باقيمانده نيرگاههاي سوختي احتياج دارد در نزديكي تصفيه خانه كه اونها را تامين مي كند واقه شوند.

اين بدليل هست كه نفت باقيمانده بسيار چسبناك هست و ميتواند فقط منتقل بشود در ميان خطوط لوله بطور اقتصادي اگر اون 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 هستفاده ميكنند , بعلت كارايي و بازده پايين اونها.

همه نيروگاه هاي هسته اي در بريتانيا , با يك چشم داشت, در ساحل واقع مي شوند و از آب خنك دريا هستفاده 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 هست , اونها ممكن هست 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 پايه ي وابسته هستند : يكي جريان آب و يكي اختلاف در سطح يا دهانه.

نياز دهانه ممكن هست 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 رايشان موضوعي كه منهدسي ميشود دارد.

اونها بصورت زير هستند :

1- الكتريسيته, نه مانند گاز و آب, نميتواند ذخيره بشود و تهيه كننده كنترل كوچكي بر بار در هر وقتي 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 هست, حتي سرعت معتدل مستلزم كتسردگيها و افزايشات عظيم در سيستم هاي موجود هست.



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 هست.

مشكل فواصل انتقال و سايت كردن(انتخاب كردن محل براي نيروگاه) نيروگاه يك تجربه مبهم و مورد بحث در اقتصاد هست.

هستفاده عظيم انرژي هسته اي بسايشان اصلاح الگايشان 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 هست.

همينطور طراحي تحت تاثير واقع ميشود بدليل تاخيرات در شروع پروژه ها بخاطر مراحل قانوني كه بايد طي شوند.

از مهمترين خواص در وقت حاضر ضربه زيست محيطي كارخانجات هسته اي هست, خصوصا راكتور افزاينده سريع پيشنهاد شده.



تبديل انرژي با بكارگيري بخار

احتراق ذغال يا نفت در بايشانلرها بخار را در بالاترين دما و فشار كه به توربينهاي بخاري ميرود توليد ميكند.

نفت مزاياي اقتصادي دارد هنگاميكه اون ميتواند پمپ شود از تصفيه خانه به داخل خطوط لوله مستقيما بسمت بايشانلرهاي نيرگاه.

هستفاده ازنتيجه انرژي شكافت هسته اي بطور افزاينده در توليد برق دراد كسترش مي يابد: همينطور در اينجا پايه انرژي براي توليد بخار توربينها هستفاده مي شود.

نوع جريان- محوري توربين بطور مشترك با چندين سيلندر در يك شافت هستفاده مي شود.



نيروگاه بخاري برپايه سيكل رانكين عمل ميكند , كه اون(: سيكل رانكين) با سوپرهيتينگ: superheating , گرمايش تغيه آب : Feed-water heating و دوباره گرمايش بخار: steam reheating اصلاح شده هست.

كارايي گرمايي افزايش يافته, هستفاده از بخار در بالاترين دما و فشار ممكن را نتيجه ميدهد.

همينطور براي توربينها ساختار اقتصادي , اندازه بزرگ و هزينه كلي كم ميباشد.

بعنوان يك نتيجه در حال حاضر توربوژنراتور500MW و بيشتر دارد هستفاده ميشود.

با هستفاده از توربينهاي با ظرفيت 100MW و بيشتر , كارآيي توسط دوباره گرمايش بخار بعدازاينكه اون 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 هست.

در شكل 2-2 , جريان انرژي در يك نيروگاه بخاري مدرن نشان داده شده هست.

باوجود مزاياي دائم در طراحي بايشانلرها و در توسعه مواد بهبود يافته, طبيعت چرخه بخار اونچنان هست 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 % افزايش داده هست.



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 بايشانلر 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.



بايشانلرها در بستر جرياني

براي ذغالهاي نوعي , گازهاي احتراق شامل 2/0 - 3/0 % اكسيدسولفور بر حجم مي باشند.

اگر سرعت جريان گاز در ميان بستر دانه اي يك بايشانلر نوع بزرگ افزايش مي يابد كشش گرانش متعادل مي شود توسط نيرري بسمت بالاي گاز و بستر سوخت رايشان 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 ثانايشانه در بالاي بستر جاييكه كه گازCO به گازCO2 ميسوزد و H2S به SO2 تبديل مي شود , اتفاق مي افتد.

اين نوع از بايشانلر دستخوش بهبود وسيعي مي شود و بدليل تراز آلودگي كم و كارآيي بهتر جذاب هست.



تبديل انرژي با هستفاده از آب

شايد قديمي ترين شكل تبديل انرژي هستفاده از نيرايشان آب هست.

دريك نيروگاه برق-آبي انرژي با هزينه رايگان فراهم مي شود.

اين چهره جذاب همواره تاحدي توسط هزينه كلي بسيار بالاي ساختار خنثي شده هست, خصوصا از منظر كارهاي مهندسي عمران.

بهرحال امروزه هزينه كلي به ازاي كيلووات نيروگاههاي برق-آبي با نوع بخاري نيروگاهها در مقايسه هست.

متاسفانه, واقعيات جغرافيايي لازم براي توليد آبي بطور عادي يافت نمي شوند.

در بيشتر كشورهاي توسعه يافته منابع برق-آبي در دوردست هستفاده مي شوند.



يك راه حل براي هستفاده مرسوم از انرژي آب , ذخيره پمپي هست, كه آب را قادر مي سازد تا دروضعيتي كه متمايل به طرحهاي مرسوم نخواهد بود , هستفاده بشود.

بهره برداري از انرژي درجريانهاي جذرومد در كانالها مدتها موضوع بحث و تفكر بوده هست.

مشكلات فني و اقتصادي خيلي عظيم هستند و تعداد كمي محل وجود دارد كه طرح در اونها عملي باشد.

يك تاسيسات كه از جريان جذرومد هستفاده ميكند در دهانه رود لارنس در شمال فرانسه كه رنج ارتفاع جذرومد 2/9 متر هست و جريان جذرومد 18000مترمكعب بر ثانيه تخمين زده مي شود, برنامه 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 اون به تيغه هاي توربين مي رسد را ايجاد و تقايشانت مي كند.



در زير 3 نوع اصلي از تاسيسات آورده شده هست :

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 اون بين 3 تا 15 متر هست.

يك دياگرم براي نوع سوم در شكل 3-2 نشان داده شده هست.



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

اونها بصورت زير هستند:

1- پيلتون.

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



2- فرانسيس.

كه براي دهانه هاي بين 490- 37 متر هستفاده مي شود و از انواع جريان مخلوط هست.



3- كاپلن.

كه براي نيروگاههاي جريان-رودخانه اي و حوضچه اي با دهانه هاي بالاي 61 متر هستفاده مي شود.

اين نوع اين نوع يك روتور محور- جرياني با گام تيغه هاي متغير ( تيغه هاي گام - متغير ) هست.



شكل3-2

منحني هاي بازده براي هر توربين در شكل 4-2 نشان داده شده هست.

هنگاميكه كارآيي به دهانه آب كه دائما در نوسان هست بستگي دارد, اغلب آب مصرفي در مترهاي مكعب به ازاي كيلووات ساعت هستفاده مي شود و به دهانه آب ارتباط دارد.

كارخانه برق-آبي توانايي شروع سريع را دارد و در وقت تعطيلي متضرر نمي شود.

بناراين اون مزيتهاي بزرگي دراد براي توليد در برخورد با پيك بارها در كمترين هزينه, در عطف با نيروگاه حرارتي يا گرمايي.

با هستفاده از كنترل ازراه دور جايگاههاي آبي, وقت مورد نيلز از وقت 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

هستفاده از توربين گازي بعنوان يك محرك اصلي مزيتهاي خاصي را بر كارخانه بخار دارد , اگرچه با گردش نرمال اون از نظر اقتصادي درعملكرد كمتر اقتصادي هست.

مزيت اصلي در توانايي براي راه اندازي و بارگذاري سريع نهفته هست.

از اين رو توربين گازي براي هستفاده بعنوان يك روش براي رسيدگي كردن به پيكهاي بار سيستم بكارمي آيد.

يك هستفاده بيشتر براي اين نوع از ماشين , هستفاده بعنوان متعادل كننده يا جبران كننده سنكرونيزم براي كمك به ترازهاي ولتاژي ناخواسته و اتفاقي هست.

حتي در زمينه هاي اقتصادي بطور محتمل اون مفيد هست 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

64:


65:

همجوشي هسته اي


نوشته : مهرداد صميمي فر

به نام خداي متعال كه منزه هست از شرك مشركان

از ديرباز آرزايشان بشر دستيابي به منبعي از انرژي بوده كه علاوه بر اونكه بتواند مدت مديدي از اون هستفاده كند توليد پسماندهاي خطر ناك نيز در پي نداشته باشد.اكنون در هزاره سوم ميلادي اين آرزايشان 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)آرزايشان 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 هستفاده از اون.



خورشيد و ستارگان:

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



بالا ترين دمايي كه در خورشيد وجود دارد مربوط به مركز اون هست 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 هست كه اون 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 اونها به كمك آمده و كوره اونها را روشن نگه مي دارد.منظور از چرخه كربن اون چرخه اي نيست كه رايشان زمين اتفاق مي افتد.بلكه به اين صورت هست 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 ايشانك 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 ايشانك نوترينو را بوجود مياورد.و دست آخر با تركيب N15با يك هيدروژن معموليC12به علاوه يك اتم هليوم بدست مي آيد.

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 هست.مزيت چرخه كربن اين هست كه سرعت كار را خيلي بالا مي برد.

ولي اشكالي كه دارد اين هست 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 هست از فرو رفتن هسته هاي چند اتم سبكتر و تشكيل يك هسته سنگينتر.مثلا واكنش كلي همجوشي كه در خورشيد رخ ميدهد عبارت هست از برخورد هسته هاي چهاراتم هيدروژن وتبديل اونها به يك اتم هليوم .



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

همانطوركه حدس زديد راه حل پايه ي اون هست كه به اين پروتونهااونقدرانرژي بدهيم كه انرژي جنبشي اونهابيشترازنيرايشان دافعه كولني اونهاشود 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 اونها بيشتر و بيشتر ميشود.به نظر شما آيا ديگر مشكلي وجود ندارد؟ خير,مسئله پايه يتري سر راه هست.



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 هست اونقدر 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 هست.برخورد مولكولهاي پر انرژي آب با بدنه سماور و انتقال انرژي خود به اون.هدف ما از روشن كردن سماور گرم كردن آب بود نه سماور.اميدوارم تا اينجا جواب اولين مشكل پايه ي بر سر راه همجوشي را دريافت كرده باشيد.بله اگر اگر با صرف هزينه و زحمت بالا سوخت را به دمايي معادل ميليونها درجه كلايشانن برسانيم آيا اين اتمها اونقدر استقامت خواهند كرد تا با ديگر اتمها وارد واكنش شوند يا در اولين موقعيت انرژي بالاي خود را به ديواره داده واون 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 هست.درست هست كه دماي پانزده ميليون درجه دماي بسيار بالايست و تصور بوجود آوردنش رايشان زمين مشكل و كمي هم وحشتناك مي باشد ولي معمولا در زندگي روزمره دور و برمان دماهاي خيلي بالايي وجود دارند و ما از اونها غافليم.مثلا وقتي در اثر اتصالي سيمهاي برق داخل جعبه تقسيم ميسوزد وشما صداي جرقه اونرا ميشنايشاند و پس از بررسي متوجه مي شايشاند كه كاملا ذوب شده فقط به خاطر دماي وحشتناكي بوده كه اون تو به وجود آمده.شايد باور نكنيد ولي اين دما به حدود سي-چهل هزار درجه كلايشانن ميرسد.البته اين دما براي همجوشي حكم طفل ني سواري را دارد.يا اينكه مي توانيم با هستفاده از ولتاژهاي بسيار بالا قوسهاي الكتريكي را از درون لوله هاي مايشانين 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 هست).يكي از بهترين راهها هستفاده از ليزر هست.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 اون مشكل ديگري هست كه ميگايشاند اگر انرژي توليدي ليزر در اون مدت كوتاه بايد تحايشانل داده بشود پس براي بربرنامه ماندن معيار لاوسن (حالا كه مدت وقت 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 اونها راههاي متعددي وجود دارد.يكي از اين راهها انتخاب نوع واكنشيست كه برنامه هست در رآكتور انجام بشود.



ظبق تصايشانر زير نوعي از واكنش همجوشي بصورتيست كه در اون 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 فرموده 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 سپس انجام مقدار4.5MeVتوليد مي شود.(0.5MeVانرژي جنبشي به علاوه 4MeVانرژي آزاد شده)

همانطور كه مي بينيد بهترين گزينه واكنش سوم مي باشد
مي توانيم رآكتور خود را طوري طراحي كنيم كه دور ديواره بيروني اون 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 اون 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 هست.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 هست.اما اگر ليتيم را به عنوان خنك كننده داشته باشيم اين جريان ليتيم همينطور 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 هست توليد مي كند.واكنش دقيق اون به شكل زير هست.البته در اين مورد بايد ضخامت ليتيم مايع در جريان حداقل يك متر باشد.

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 هست.



يكي از دلايل و توجيحاتي كه براي چنبره اي بودن محفظه هاي محصور سازي مي شود بيان كرد اين هست كه : توپ پر مايشاني 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 اون مي شود.مهم ترين و حياتي ترين وظيفه يك لوازم همجوشي پايدار نگه داشتن پلاسما هست.



اسفرومك نوع ديگري از رآكتورهاي همجوشي هسته ايست.



اسفرومك نوع ديگري از رآكتورهاي همجوشيست كه بر خلاف توكامك كه چنبره ايست شكلي كرايشان دارد.البته تفاوت اسفرومك با توكامك در اين هست 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 سپس توكامك اختراع شد.



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



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



قسمت زيادي از علاقه تجديد شده به پروژه اسفرومك رايشان تحقيقات فعالي در لاورنس ليورمور در گروهي به نام SSPX (Sustained Spheromak Physics Experiment) متمركز شده هست.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 هست 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 اون قابل دسترسيست (بيشتر از 100ميليون درجه سلسيوس كه بارها بيشتر از دماي مركز خورشيد هست)فعلا برنده جريان رهبري پروژه هاي همجوشي به حساب مي آيد.با اين حال ميدانهاي مغناطيسي توكامك بوسيله كايشانل (سيم پيچ) هاي بيروني بسيار بزرگ كه چنبره رآكتور را كاملا احاطه مي كنند توليد مي شوند.اين كايشانل 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 كايشانل هاي كوچك پايدار كننده هستفاده ميكند بوجود مي آورد.ميدانهاي مغناطيسي قايشان 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 اون را به يك هسته اورانيم236 تبديل ميكند.از اونجا كه اين هسته ناپايدار هست 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 نيرايشان هسته اي كه اونها را كنار هم نگه ميدارد تعادل بسيار حساسي وجود دارد كه اين تعادل رو مي توانيم براحتي و به روشي كه فرموده 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 اون واكنشهاي زنجيره اي داريم.

در واقع هدف پايه ي در راه ساخت رآكتور همجوشي هسته اي زنجيره اي كردن اون هست.اگر برنامه باشد كه ما در اين راه انرژي صرف كنيم تا يك مقدار كمتر از اون 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 هست كه مقداري انرژي صرف شروع واكنش كنيم و انرژي بيشتر از سلسله واكنشها بگيريم.در واقع در واقعيات گيرانش واكنش زنجيره اي ميشود.يعني نه تنها انرژي توليدي يك واكنش براي انجام واكنش بعد كافيست بلكه مقدار زيادي از اون هم اضافه هست وميتواند در اختيار ما براي توليد برق برنامه بگيرد.



اگر بخواهيم توكامك يا هر وسيله ديگر كه همجوشي در اون انجام مي شود توان مفيد داشته باشد يعني به ما انرژي بدهد بايد واقعيات خاصي داشته باشد.

براي اونكه احتمال برخورد ذرات(يونهاي) نامزد همجوشي بالا برود اولا بايد دماي خيلي بالايي درون اون توليد بشود و رآكتور هم بتواند بخوبي دماي بالا را تحمل كند.(اين دما در محدوده ده به توان هشت درجه كلايشانن مي باشد!)دوما رآكتور بايد اين توانايي را داشته باشد كه درونش چگالي زياد از يونها را وارد كرد و سوم اينكه وقت محصور سازي در اون طولاني باشد.



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



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



معيار لاوسن = بايد: مقدار چگالي*مدت وقت 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 واقعيات مطلوب درواكنشهاي گرما هسته اي كه در اونها از سوخت دوتريم - ترتيم هستفاده مي شود دماي پلاسما (T) بايد در محدوده يك الي سه ضرب در ده به توان هشت درجه كلايشانن و وقت 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 كلايشانن بايد از وسيله گرما ساز كمكي هستفاده كرد.سپس 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 اون 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 وقت محصور سازي و دماي احتراق و صد البته حجم پلاسما و نقطه پايداري پلاسما با افزايش چگالي بالا تر رفته و واقعيات 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 اون بستگي دارد مقدور ميشود.

نسبت R به a را اسپكت ريتو مي گايشانند.



خروج پسماندها:

طبق شكل زير كه تصايشانري از سطح مقطع رآكتور مي باشد نحوه كنترل و خارج كردن پسماندهاي واكنش كه همان هليوم باشند را مشاهده مي كنيد.

واقعيت:

ITERاسم مجموعه ايست كه اولين رآكتور همجوشي جهان را كه از نوع توكامك خواهد بود در فرانسه خواهند ساخت.اين مجموعه متشكل هست از كشورهاي: روسيه اروپا ژاپن كانادا چين ايالات متحده و جمهوري كره.

اونها در اين راه از فوق هادي ها براي قسمت هاي مغناطيسي رآكتور هستفاده مي كنند.توان خروجي اين توكامك 410 مگا وات خواهد بود.



منبع :www.hupaa.com

66:


67:

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 اونتي 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 هست، 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 اونها 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 اونها 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 هست كه كوارك‌ها‌ را نمي‌توان مشاهده كرد، بلكه مي‌شود وجود اونها را مثل هسته اتمها ، از طريق آزمايشهاي فراوان پيچيده اثبات نمود.

براي اين كار مشابه اونچه كه رادرفورد 75 سال پيش براي شناسايي هسته اتم ، انجام داد، عمل مي‌شود و پروتونها ، با الكترونهاي بسيار پرشتاب ، مورد اصابت برنامه مي‌گيرند.

بيشتر الكترونها در اين آزمايش ، به ندرت تغيير مسير مي‌دهند، ولي تعدادي از اونها 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 جستجايشانشان بوده‌ايم.

يك بررسي دقيق ، نشان داده كه پروتون در مجموع از سه واحد سنگ بناي اوليه اين چنيني تشكيل شده هست.



نيروهاي بنيادي اوليه

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



نيرايشان پرقدرت كوارك:

نيرايشان پرقدرت كوارك كه نيرايشان رنگ نيز ناميده مي‌شود، از جدا شدن بيش از حد كوارك‌ها‌ي داخل هسته از يكديگر و يا حتي از پرت شدن اونها به خارج جلوگيري مي‌كند.

نيرايشان پرقدرت كوارك يا نيرايشان قايشان ، 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.

نيرايشان هسته‌اي كه پروتونها و نوترونها را در هسته اتم به هم پيوسته نگاه مي‌دارد، در واقع نيرايشان بنيادي نيست، بلكه نيرايشاني هست كه از نيرايشان رنگ كوارك‌ها‌ (يعني قايشانترين نيرايشاني كه به اون 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 سايشان 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 نيرايشان ياد شده در بالا ، يعني نيرايشان قايشان كوارك و نيرايشان الكترومغناطيسي واكنش نشان نمي‌دهند.

از اون ميان ذراتي هستند كه فاقد بار الكتريكي و رنگ هستند.

براي اين گونه ذرات يك نيرايشان بنيادي ديگر وجود دارد.

كه در فاصله‌هاي خيلي خيلي كم خود را نشان مي‌دهد و بدون هستثنا بر رايشان همه ذرات اثر مي‌گذارد.

اين نيرو كه نيرايشان ضعيف نام دارد، توسط ايشانكون‌ها منتقل مي‌شود.



نيرايشان جاذبه يا گرانش:

اين نيرو تمام ذراتي را كه داراي جرم هستند، جذب مي‌كند، ولي در مقايسه با سه نيرايشان قبلي ، اون قدر ضعيف هست، كه مي‌توان اون را ناديده گرفت.

از اونجايي كه اين نيرو در فاصله‌هاي زياد كارگر هست، در علم ستاره شناسي داراي اهميت مي‌باشد.




منبع : دانشنامه رشد

68:


69:

خواص اشعه راديواكتيو


عناصر راديواكتيو معمولا سه نوع ذره يا اشعه از خود صادر مي‌كنند كه شامل ذره آلفا ، ذره بتا و اشعه گاما هست.

با برنامه دادن اشعه راديواكتيو تحت تاثير ميدان مغناطيسي متوجه شده‌اند كه ذره آلفا داراي بار مثبت ، بتا داراي بار منفي و اشعه گاما بدون بار هست.



خواص ذره آلفا

جنس ذره آلفا ، هسته اتم هليوم هست كه از دو نوترون و دو پروتون تشكيل يافته هست.

جرم اون حدود 4 برابر جرم پروتون و بار الكتريكي اون 2+ و علامت اختصاري اون (4,2)He هست.

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 هست تحت تاثير ميدان الكتروستاتيكي خود ، الكترون مدار خارجي اون اتم را خارج سازد و يا به عبارت ديگر اتم را يونيزه كند.

همينطور ذره آلفا قادر هست 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 هست.



خواص ذره بتا

جنس ذره بتاي منفي ، از جنس الكترون مي‌باشد، بار الكتريكي اون 1- و علامت اون بتاي منفي هست.

برد ذره بتا در هوا در حدود چند سانتيمتر تا حدود يك متر هست.

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 هست، 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 هست.

قدرت نفوذ ذره بتا بطور متوسط 100 برابر بيشتر از ذره آلفا هست.

طيف ذره بتا تك انرژي نيست، بلكه يك طيف پيوسته هست كه تمام مقادير انرژي از 0 تا انرژي ماكزيمم را دارا مي‌باشد.

اين ذره همان پوزتيرون هست كه ضد ماده الكترون مي‌باشد.

جرم اون با جرم الكترون برابر بوده و داراي باري مخالف با بار الكترون هست و علامت اختصاري اون حرف بتاي مثبت هست.



خواص اشعه گاما

جنس اشعه گاما از جنس امواج الكترومغناطيسي مي‌باشد، يعني از جنس نور هست.

ولي با طول موج بسيار كوتاه كه طول موج اون از 1 تا 0.01 اونگستروم تغيير مي‌كند.

جرم اون در مقياس اتمي صفر ، سرعت اون برابر سرعت نور ، بار الكتريكي اون صفر و علامت اختصاري اون حرف گاما مي‌باشد.

انرژي اشعه گاما از 10 كيلو الكترون ولت تا 10 مگا الكترون ولت تغيير مي‌كند.

برد اونها بسيار زياد هست.

مثلا در هوا چندين متر هست.

خاصيت ايجاد يونيزاسيون و برانگيختگي در اشعه گاما نيز وجود دارد.

ولي به مراتب كمتر از ذرات آلفا و بتا هست.

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 هست.

طيف انرژي اشعه گاما ، همانند ذرات آلفا تك انرژي هست.

يعني تمام فوتونهاي گاماي حاصل از يك عنصر راديواكتيو داراي انرژي يكساني هستند.




منبع : دانشنامه رشد

70:


71:

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 اونها 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 اونان از طريق اعمال ولتاژ مستقيم بين دو ترمينال براي شتاب ذرات باردار به سمت هدف هستفاده كرده اند و برخي ديگر از طريق حمل بار با لوازم مكانيكي مثل تسمه و قرقره به محفظه‌اي كه شامل منبع يونهاي با بار هم‌نوع بار حمل شده به اين محفظه هست، 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 هستفاده از روشهاي پيشرفته براي شتاب ذرات واداشته هست «شتابدهنده پيشرفته).

يكي از اين روشها شتاب دادن ذرات باردار رايشان مسير مارپيچي دايرايشان به كمك ميدانهاي مغناطيسي بوده كه خود اين روش نيز در طي تكامل خود روش بهتري را سبب شده هست مثلا در مسير مارپيچ دايرايشان براي رسيدن به ذرات با انرژي خيلي بالا لازم هست كه طول اين مسير را طولاني كنند ولي هستفاده از تغيير اندازه ميدان مغناطيسي و تغيير فركانس توانسته‌اند به جاي مسير مارپيچ دايرايشان ، ذرات باردار رايشان دايره‌هاي هم مركز شتاب بزرگي بدهند.

علاوه براين‌ها با هستفاده 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 هست كه ذرات باردار الكتريكي توليد مي كند، چرا كه بسياري از دستگاههاي شتابدهنده از ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي براي شتاب دادن هستفاده مي كنند.

چشمه‌ها ممكن هست 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 هست كه در اون يون‌ها بوسيله الكترواستاتيك‌هاي ساده به داخل لوله شتابدهنده جذب مي شوند.

در حالتهاي ديگر تزريق كننده خود يك شتابدهنده‌اي هست كه شتاب دهنده بزرگتري را تغذيه مي كند.

طريق شتاب دادن از دستگاهي به دستگاه ديگر متفاوت هست.

ولي همه اونها بر پايه ميدان‌هاي الكترومغناطيسي براي بوجود آوردن شتاب هستوار هستند.

در نهايت ذرات پايدار از ماشين شتابدهنده خارج شده و به سايشان 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 هست تا شتابدهنده SSL كه محيط دايره اون 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 هستفاده 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 رايشان دو قرقره برنامه داده شده و قرقره ها بطور پيوسته چرخانده مي شوند.

در كي انتها ، يك منبع ولتاژ ، بار مثبت را به رايشان تسمه مي پاشد.

ذرات باردار مثبت ، بوسيله تسمه به قرقره كه در داخل يك گنبد فلزي ميان تهي برنامه دارد، حمل مي شوند.

بارهاي مثبت بوسيله نشانه اي متصل به گنبد از تسمه جدا شده و بر رايشان 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 برنامه 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 اون دادن شتاب‌هاي كوچك زياد به ذرات ، به جاي يك شتاب بزرگ هست.

در اين شتابدهنده ذرات از ميان يك سري از لوله‌هاي ميان تهي كه بر رايشان يك خط مستقيم ترتيب يافته اند شتاب داده مي شوند.

يونهاي حاصله از چشمه در اولين لوله كه داراي بار مخالف هست، 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.

تاوقتي 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 هستفاده مي شود.



سيكلوترون‌ها

در اين نوع شتابدهنده ذره به جاي اينكه رايشان مسير مستقيمي شتاب داده شود در يك مدار مارپيچي نيم دايره اي شتاب داده مي شود.

سيكلوترون داراي يك چشمه يوني هست كه بين دو صفحه نيم دايره ميان تهي برنامه گرفته هست.

به اين صفحه ها «دي» فرموده مي شود.

ذرات بر اثر اعمال يك ميدان مغناطيسي در مسيري دايرايشان حركت مي كند و با عوض شدن علامت ولتاژ صفحه‌ها ذرات نسبت به مرحله قبلي در مسيري با شعاع بزرگتر برنامه مي گيرند و انرژي بيشتري پيدا مي كنند.



سرانجام شعاع مسير مارپيچي ذرات كه بايد سيكلوترون اون 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.

همينطور از اين شتابدهنده‌ها در مقاصد پزشكي هستفاده 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 حاايشان ذرات هست.

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

72:


73:

انفجار هسته اي


تعريف انفجار

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



ساختار انفجاري هسته اي

در انفجار هسته اي حرارت و فشار حاصل از اندازه اي هست كه جرم بمب و همه مواد موجود در فضاي مزبور را در اون واحد وقت بصورت توده اي از گاز داغ ، ملتهب و فشرده در آورده و تشكيل گايشان آتشين كه در حدود چند ميليون درجه حرارت هست مي دهد اين گايشان آتشين بلافاصله انبساط كرده و به لايه هاي بالاي جو صعود مي كند.انبساط سريع گايشان 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 اونها ست .



مشخصات انفجاري هسته اي

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



- 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 اونها 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 اونها 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 هست مي رسد و پس از يك دقيقه نسبتا سرد شده و روشنايي خود را از دست مي دهد اين وقتي هست كه انفجار 7 كيلو متر صعود كرده هست براي تصور ميزان درخشندگي اون كافيست اشاره كنيم كه :

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



- در پاره اي از آزمايش ها كه در طبقات بالاي جو انجام گرفته نور حاصله از فاصله 1000 كيلومتري محسوم بوده هست كه تحت بعضي واقعيات 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 هست .



- گايشان 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 گايشان 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 سپس انفجار هسته اي

- چنانچه انفجار در سطح زمين يا نزديكي اون اتفاق بيافتد مقدار زيادي خاك و شن و مواد مختلف بخار شده و همراه با گايشان آتشين بالا مي روند يك صدم انرژي سلاح مگاتني در تر كش سطحي كافي هست كه 4000 تن خاك و شن و سنگ را بخار نمايد اين مواد كه بدين ترتيب به داخل گايشان 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 قايشان با انرژي يك ميليون بمب اتمي برابر هست!

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 وواقعيات 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

74:


75:

پايه 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 هست فيلم‌هايي را ديده باشيد كه در اونها بمب‌هاي هسته‌اي منفجر مي‌شوند.

درحاليكه در اخبار مي‌شنايشاند، برخي كشورها راجع به خلع سلاح اتمي با يكديگر فرمودگو مي‌كنند، كشورهايي مثل هند و پاكستان سلاح‌هاي اتمي خود را توسعه مي‌دهند.

ما ديده‌ايم كه اين وسايل چه نيرايشان مخرب خارق‌العاده‌اي دارند، ولي اونها 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 هستفاده 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 هست.
بمب‌هاي اوليه با روش شكافت هسته‌اي و بمب‌هاي قايشانتر 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 رايشان شهر هيروشيما و در سال 1945 منفجر شد.
2- بمب هسته‌اي (مرد چاق) كه رايشان 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 هستفاده مي‌كنند.

اين عنصر از معدود عناصري هست كه جهت ايجاد انرژي بمب هسته‌اي هستفاده 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.
وقت برخورد و متلاشي شدن اين هسته‌ها بسيار كوتاه هست (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 هست!
در طراحي بمب‌هاي شكافت هسته‌اي، اغلب از دو شيوه هستفاده مي‌شود:
روش رها كردن گلوله:
در اين روش يك گلوله حاايشان اورانيوم 235 بالاي يك گايشان حاايشان اورانيوم (حول دستگاه مولد نوترون) برنامه دارد.
هنگامي كه اين بمب به زمين اصابت مي‌كند، رايشاندادهاي 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 هستفاده شده بود.
روش انفجار از داخل:
در اين روش كه انفجار در داخل گايشان صورت مي‌گيرد، پلونيم 239 قابل انفجار توسط يك گايشان حاايشان اورانيوم 238 احاطه شده هست.
هنگامي كه مواد منفجره داخلي آتش گرفت رايشاندادهاي 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 هستفاده كرده بود.
بمب‌ گداخت هسته‌اي: بمب‌هاي شكافت هسته‌اي، چندان قايشان 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 اونها مشكل هست.

اين عناصر بايد در دماي بالا، تحت فشار زياد برنامه گيرند تا عمل همجوشي هسته‌اي در اونها 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 هستفاده شده بود.
اثر بمب‌هاي هسته‌اي:
انفجار يك بمب هسته‌اي رايشان 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 راديواكتيايشانته 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 رايشان باوقتدگان 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 نيرايشان 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.


76:


77:

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

78:

بمب هلیوم دیگه چیه؟!

79:

فرمودم 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

80:

آهان فکر کنم منظور شما نیتروژن مایع هست که همه چیز رو منجمد میکنه...


81:

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

!!!

82:



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

83:

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 نمايندگی راکتور پیچیده هسا و به این راحتی ها نیست.الان فکر کنم از کربن هستفاده می شه.چند ده سال پیش فکر کنم از اب هستفاده می شد

84:

عذر می خوام که سپس چندین روز جواب 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 هستفاده 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:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

85:

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 اون‌ها صرف‌نظر کرد.
3- بعضی ذرات تحت تأثیر نیرو‌های هسته ای برنامه 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 هست.

این بخش از نیرو باعث ناپایستگی تکانه‌ی زاویه‌ای می‌شود.

چون تکانه زاویه‌ای یکی از ثابت‌های حرکت در میدان نیروی مرکزی هست.


---------- 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 هست.

با اضافه کردن نوکلئون‌ها به هسته چگالی مرکزی اون 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 اون هر اتم در درجه اول با نزدیک‌ترین همسایگانش برهم‌کنش می کند.

اتم های اضافی بلور را بزرگ‌تر می نمايند، اما چگالی اون را تغییر نمی دهند.


59 out of 100 based on 44 user ratings 619 reviews