انرژی هسته ای گرد آورنده: فائزه خان محمدی استاد مربوطه: دکتر سید ناصر عزیزی بهار94
1
مقدمه
نیروی هسته ای (nuclear force) (یا برهمکنش نوکلئون-نوکلئون) نیرویی است که بین دو یا چند نوکلئون اثر می کند و باعث چسبیدن پروتون و نوترونها به یکدیگر است که موجب تشکیل هسته اتم می گردد.
انرژی ناشی از نیرو انرژی بستگی هسته نام دارد که این انرژی بنیاد ساخت نیروگاه هسته ای، رآکتور هسته ای، جنگ افزار هسته ای و به طور کلی انرژی اتمی است.
2
انرژی اتمی یا انرژی هسته ای عبارست از استفاده فرایندهای هسته ای حرارت زا برای ایجاد گرما و الکتریسیته ی مفید.
این واژه شامل شکافت هسته ای، پرتوزایی و همجوشی هسته ای می باشد.
امروزه، شکافت هسته ای عناصر دسته آکتینیدها در جدول تناوبی اکثریت قریب به اتفاق انرژی هسته ای مورد نیاز بشر را با استفاده از فرایندهای پرتوزایی تولید می کند.
3
راههای مختلف تولید انرژی هسته ای
شکافت هسته ای
همجوشی هسته ای
شکافت هسته ای Nuclear Fission
اگر نوترون منفردی به یک قطعه ایزوتوپ 235U نفوذ کند در اثر برخورد به هسته اتم 235U ، اورانیوم به دو قسمت شکسته می شود، مقادیر زیادی نیز انرژی آزاد می گردد. در حدود (200Mev) اما مسئله مهمتر اینکه نتیجه شکستن هسته 235U آزادی دو نوترون است که می تواند دو هسته دیگر را شکسته و چهار نوترون را بوجود آورد.
این چهار نوترون نیز چهار هسته 235U را می شکند چهار هسته شکسته شده تولید هشت نوترون می کنند که قادر به شکستن همین تعداد هسته اورانیوم می باشند، سپس شکست هسته ای و آزاد شدن نوترونها بصورت زنجیروار به سرعت تکثیر و توسعه می یابد. در هر دوره تعداد نوترونها دو برابر می شود، در یک لحظه واکنش زنجیری خود بخودی شکست هسته ای شروع می گردد. در واکنشهای کنترل شده تعداد شکست در واحد زمان و نیز مقدار انرژی به تدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه ثابت نگهداشته می شود.
4
مراحل شکست 235U
1n + 235U → 235U → 144Ba+89Kr + 2 1n
در واکنش اخیر در نتیجه برخورد نوترون حرارتی به 235U آن را به 235U تحریک شده تبدیل می کند. نهایتا اورانیوم تحریک شده نیز بعد از شکافت ، به باریم و کریپتون و سه تا نوترون تولید می شود.
مواد قابل شکست Fissionable Materials
موادی که وقتی تحت تابش نوترون قرار می گیرند انجام یک واکنش شکست هسته ای را ممکن می سازند چنین خاصیتی در عناصر زیر وجود دارد: 239Pu ، 235U ، ایزوتوپ 233U .
U 235 بطور مصنوعی در راکتورهای هسته ای با تاباندن نوترون به 233Th بوجود می آید.
محصولات شکست اورانیوم Uranium Fission Puroduets
زمانی که هسته اتمی 235U به دو قسمت شکسته می شود عناصر زیر تولید می شوند: استرتیوم 90 ، کریپتون 91 ، ایتریوم 91 ، زیرکونیوم 95 ، 126I ، باریم 142 ، سریم 144 قابل ذکر هستند.
5
همجوش هسته ای Nuclear Fusion
همجوشی هسته ای عبارت است از اتحاد عناصر سبک برای تشکیل عناصر سنگین تر که نوع واکنش را واکنش همجوشی گویند تا بحال در انفجار بمب هیدروژنی قوی و بسیار خوب تشخیص داده شده است. این واکنش برای انسان چندان مفید نیست و بنابراین دانشمندان بطور جدی کوشش می کنند تا واکنش همجوشی را کنترل کنند یعنی در کاهش سرعت واکنش به درجه ای که بتواند برای مقاصد صلح جویانه مفید باشد.
در مرحله اول این واکنشها بصورت کنترل شده برای تولید برق استفاده می شود. همچنین انرژی تولید شده در این واکنش 8 برابر انرژی تولید شده در شکافت هسته ای می باشد. منشا انرژی تابشی خورشید و دیگر ستاره ها یک سری از واکنشهای هسته ای انرژی زا است.
دوتریوم و تریتیوم ایزوتوپهای هیدروژن مواد قابل احتراق همجوشی هسته ای را تشکیل می دهند. هسته دوتریوم از یک نوترون و یک پروتون تشکیل می یابد. هسته تریتیوم دارای دو نوترون و یک پروتون است.
6
سوختهای همجوشی
ملاحظات فرآیندهای طبیعی و نتایج حاصل از آنها نشان داده است که واکنشهای همجوشی گوناگونی وجود دارد. از جمله از واکنشهای همجوشی هسته ای واکنش دوترون با تریتیوم می باشد.
معادله واکنشهای همجوشی هسته ای
نخستین واکنش همجوشی قابل کنترل توسط رابطه زیر ارائه شد (ترکیب ایزوتوپهای هیدوژن)
2H + 3H → 1n + 4He
در این واکنش انرژیی معادل 17.6 Mev آزاد
می شود، که از آن می شود در کادبردهای صنعتی
و نظامی استفاده نمود.
7
نمایش شکافت و همجوشی با نمودار انرژی بستگی
8
منشا:
"رونتگن" در 1895 پرتو ایکس نافذ حاصل از یک لوله تخلیه را کشف کرد و "بکرل" در 1896 پرتوهایی مشابه (که امروزه لاندا می نامیم) را با منشا کاملا متفاوت کشف کرد که منجر به کشف اورانیوم و پدیده ی پرتوزایی شد.
(کوری ها در 1898 عنصرپرتوزای رادیوم را جداسازی نمودند).
در 1905 "انیشتن" نتیجه گیری کرد که جرم هر جسمی با سرعت آن افزایش پیدا می کند و فرمول مشهور خود E=mc2 راکه بیانگر هم ارزی جرم و انرژی است بیان نمود.
9
درسال ۱۹۳۸ زمانیکه شیمیدان آلمانی اتو هان (Otto Hahn) و فریتزاسترسمن ( Fritz Strassmann) فیزیکدان اتریشی لایز میتنر (Lise Meitner) و اتو رابرت فریش (Otto Robert Frisch) در حال آزمایش بر روی اورانیوم بمباران شده بودند متوجه شدند که نوترون شلیک شده می تواند نتیجه ای باورنکردنی داشته باشد و هسته اورانیوم را به دو یا چند قسمت تقسیم کند.
بعدها دانشمندان زیادی (و در صدر آن ها لیو زیلارد) دریافتند که پخش تعدادی نوترون در فضا هنگام یک شکافت هسته ای می تواند واکنشی زنجیره ای را از این قابلیت به وجود آورد.
10
این کشف دانشمندان را در برخی کشورها (از جمله ایالات متحده، انگلستان، فرانسه، آلمان و اتحاد جماهیر شوروی) بر آن داشت تا از دولت های خود برای ادامه تحقیقات در این زمینه درخواست پشتیبانی مالی کنند.
انرژی هسته ای نخستین بار به وسیله انریکو فرمی در سال ۱۹۳۴ در یکی از آزمایشگاه های دانشگاه شیکاگو تولید شد. این اتفاق زمانی رخ داد که تیم او مشغول بمباران کردن هسته اورانیوم با نوترون بودند. این پروژه (که با نام Chicago Pile-۱ شناخته شد) با فوریت تمام در ۲ دسامبر ۱۹۴۲ به بهره برداری رسید و بعدها به بخشی از
پروژه منهتن تبدیل شد. طی این پروژه راکتورهای
بزرگی را برای دستیابی به پلوتونیوم و استفاده از
آن در سلاح هسته ای در هانفورد واشینگتن
راه اندازی کردند.
11
در نهایت در روز 27 ژوئن 1954 اتحاد جماهیر شوروی اولین نیروگاه هسته ای 5 مگا واتی را برای نخستین بار وارد شبکه برق سراسری خود نمود . اولین نیروگاه تجاری دنیا را انگلستان با توان 50 مگاوات مورد بهر برداری قرار داد . بدین ترتبیب توجه بشر به سمت انرژی هسته ای جلب شده و باعث گردید فیزیک هسته ای و در نتیجه فناوری هسته ای شکل بگیرد و بعنوان شاخه ای نوین وارد فناوری های بشری شود.
در سال ۲۰۰۴ انرژی هسته ای در تولید کل انرژی مصرفی جهان سهمی در حدود ۶٫۵٪، و در تولید انرژی الکتریکی سهمی در حدود ۱۵٫۷٪ داشته است که کشورهای ایالات متحده، فرانسه، و ژاپن در مجموع حدود ۵۷٪ از کل انرژی الکتریکی هسته ای جهان را به خود اختصاص داده اند.
12
ظرفیت و تولید انرژی هسته ای، ۱۹۸۰ تا ۲۰۱۰ (سازمان اطلاعات انرژی).
13
درصد برق تولید شده به وسیله نیروگاه های هسته ای
14
در سال ۲۰۰۷، آژانس بین المللی انرژی اتمی اعلام کرد که در سراسر جهان، ۴۳۹ رآکتور انرژی هسته ای وجود دارد که در ۳۱ کشور فعالیت می کنند. اما اکنون، در پی فاجعه هسته ای فوکوشیما، در طی ارزیابی ها بسیاری از فعالیت ها متوقف شده اند. در سال ۲۰۱۱ انرژی هسته ای ۱۰ درصد الکتریسیته جهان را تامین می کرد. در سال ۲۰۱۱ تولید انرژی هسته ای در جهان به اندازه ۴٫۳ درصد کاهش یافت که این مقدار، پس از کاهش شدید در ژاپن (۴۴٫۳- درصد) و آلمان (۲۳٫۳- درصد) بیشترین مقدار بود.
تولید سالانه انرژی هسته ای از سال ۲۰۰۷ به بعد، در سراشیبی نسبتاً ملایمی قرار گرفته است، به طوری که در سال ۲۰۰۹، ۱٫۸ درصد کاهش یافت و به ۲۵۵۸ تریلیون وات ساعت رسید که قادر بود ۱۳-۱۴ درصد تقاضای الکتریسیته جهان را تامین کند. یکی از عوامل اصلی کاهش میزان انرژی هسته ای پس از ۲۰۰۷، تعطیلی طولانی مدت رآکتورهای موجود در نیروگاه هسته ای کاشیوازاکی کاریوا در اثر زمین لرزه دورکران چووتسو بود.
15
در سراسر اتحادیه اروپا، انرژی هسته ای ۳۰ درصد الکتریسیته را تامین می کند. سیاست انرژی هسته ای بین کشورهای اتحادیه اروپا متفاوت است، و برخی مانند استرالیا، استونی، ایرلند و ایتالیا هیچ نیروگاه هسته ای فعالی ندارند. در مقابل، فرانسه تعداد زیادی از این نیروگاه ها به همراه ۱۶ نیروگاه چند واحدی در اختیار دارد.
امروزه حدود 439 نیروگاه هسته ای در 31 کشور جهان برق تولید می کنند. بیش از 15 کشور از مجموع این تعداد در زمینه تامین برق خود تا 25 درصد یا بیشتر ، متکی به نیروی هسته ای هستند. در اروپا و ژاپن سهم نیروی هسته ای در تامین برق بیش از 30 درصد است، در آمریکا نیروی هسته ای 20 درصد از برق را تامین می کند.
16
اولین لامپ هایی که با برق تولید شده توسط انرژی هسته ای در رآکتور آزمایشگاهی بریدر ۱ در آزمایشگاه ملی آرگون به تاریخ ۲۰ دسامبر ۱۹۵۱، روشن شدند.
17
دوم دسامبر ۱۹۴۲. تصویر صحنه ای که دانشمندان اولین رآکتور هسته ای ساخت بشر، یعنی شیکاگو پایل-۱را مشاهده کردند.
18
چرخه سوخت هسته ای از استخراج اورانیوم تا تولید انرژی
19
اورانیوم
اورانیوم فلزی رادیواکتیو و پرتوزاست که در سراسر پوسته سخت زمین موجود است. این فلز حدوداً 500 بار از طلا فراوان تر و به اندازه قوطی حلبی معمولی و عادی است.
اورانیوم اکنون به اندازه ای در صخره ها و خاک و زمین وجود دارد که در آب رودخانه ها، دریاها و اقیانوس ها موجود است. برای مثال این فلز با غلظتی در حدود 4 قسمت در هر میلیون (4 ppm) در گرانیت وجود دارد که 60 درصد از کره زمین را شامل می شود، در کودها با غلظتی بالغ بر ppm 400و در ته مانده زغال سنگ با غلظتی بیش از ppm 100موجود است.
اکثر رادیو اکتیویته مربوط به اورانیوم در طبیعت در حقیقت ناشی از معدن های دیگری است که با عملیات رادیواکتیو به وجود آمده اند و در هنگام استخراج از معدن و آسیاب کردن به جا مانده اند.
20
پیشرفت
با راه اندازی اولین نیروگاه های هسته ای استفاده از این نیروگاه ها شتاب گرفت به طوری که استفاده از برق هسته ای از کمتر از ۱ گیگاوات در دهه ۱۹۶۰ به بیش از ۱۰۰ گیگاوات در دهه ۱۹۷۰ و نزدیک به ۳۰۰ گیگاوات در اواخر دهه ۱۹۸۰ رسید.
البته در اواخر دهه ۱۹۸۰ از شتاب رشد استفاده از برق هسته ای به شدت کاسته شد و به این ترتیب به حدود ۳۶۶ گیگاوات در سال ۲۰۰۵ رسید که بیشترین گسترش پس از دهه ۱۹۸۰ مربوط به جمهوری خلق چین است.
پس از آغاز تجاری شدن انرژی هسته ای در اواسط دهه ۱۹۵۰، سال ۲۰۰۸ نخستین سالی بود که هیچ نیروگاه هسته ای جدیدی به شبکه جهانی افزوده نشد، اگرچه در سال ۲۰۰۹ دو نیروگاه جدید ساخته شد.
باید به این نکته نیز اشاره کرد که بیش از دو سوم از طرح های مربوط به احداث نیروگاه هسته ای که شروع اجرای آنها پس از ۱۹۷۰ بود، لغو شدند.
21
در طول دهه های ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ کاهش قیمت سوخت های فسیلی و افزایش قیمت ساخت یک نیروگاه هسته ای از تمایل دولت ها برای ساخت نیروگاه هسته ای به شدت کاست.
البته بحران سوخت ۱۹۷۳ باعث شد تا کشورهایی مانند فرانسه و ژاپن که از منابع نفت زیادی برخوردار نیستند به فکر ساخت نیروگاه های هسته ای بیشتری بیفتند به طوری که این دو کشور به ترتیب ۸۰٪ و ۳۰٪ از انرژی الکتریکی حال حاضر خود را از این منابع تامین می کنند.
در سی سال انتهایی قرن بیستم ترس از حوادث هسته ای مانند فاجعه چرنوبیل در ۱۹۸۶، مشکلات مربوط به دفع زباله های هسته ای، بیماری های ناشی از تشعشع هسته ای و… باعث به وجود آمدن جنبش هایی برای مقابله با توسعه نیروگاه های هسته ای شد و این خود از دلایل کاهش توسعه نیروگاه های هسته ای در بسیاری از کشورها بود.
22
محاسن و معایب انرژی هسته ای بر سایر انرژی ها:
قیمت سوخت:
باید توجه داشت که قیمت تامین سوخت در یک نیروگاه هسته ای نسبت به دیگر تجهیزات موجود نسبتاً اندک است و بنابراین چند برابر شدن قیمت اورانیوم تاثیر چندانی بر روی قیمت انرژی الکتریکی تولیدی نخواهد داشت.
برای مثال افزایش دو برابری در قیمت سوخت مصرفی یک نیروگاه هسته ای آب سبک هزینه راکتورها را در حدود ۲۶٪ و هزینه برق تولیدی را در حدود ۷٪ افزایش می دهد در حالی که افزایش دوبرابری قیمت سوخت در یک نیروگاه گازی قیمت برق تولیدی را تا ۷۰٪ افزایش می دهد.
23
جوانب اقتصادی:
یکی از مسائل نیروگاه هسته ای هزینه ساخت آن است که شامل هزینه ساخت راکتور، هزینه مسائل امنیتی، هزینه ساخت مراکز معدنی، هزینه ساخت مراکز تبدیل مواد خام به سوخت هسته ای، هزینه ساخت مراکز بازپروری هسته ای و انبارهای هسته ای برای دفن ضایعات هسته ای است.
امنیت نیروگاه هسته ای:
از خطرهایی که همواره بیم آن میرود، حمله احتمالی تروریستی به نیروگاه های هسته ای است، چرا با انفجار نیروگاه محوطه ای به شعاع ۲۰ کیلومتر بشدت آلوده می شود و هیچ موجود زنده ای را باقی نمی گذارد و در اثرات تخریبی ژنتیکی تا ۱۰ نسل را بر روی محوطه بزرگتری در حدود شعاع ۴۰ کیلومتر باقی خواهد گذاشت.
24
حادثه
در ۲۵ و ۲۶ آوریل 1986متصدیان راکتور برای انجام آزمایشی سیستم ایمنی راکتور را غیر فعال کردند (کندکننده های نوترون را از آن خارج کردند).نتیجه آن راکتوری بدون کندکننده مناسب و از کنترل خارج شدن آن بود. بدون توانایی در کنترل رآکتور، دمای آن به حدی رسید که بیشتر از حرارت خروجی طرح ریزی شده بود.
در اولین گام یک منطقه انزوا در محدوده 30 کیلومتری اطراف نیروگاه چرنوبیل تعیین شد. از 27 آوریل سال 1986 حکومت اوکراین ساکنین شهرهای پریپیتت و چرنوبیل، و روستاهای داخل منطقه 30 کیلومتری (حدود 100 هزار نفر) را به خارج این محدوده انتقال داد. پنهان کردن اطلاعات مربوط به فاجعه چرنوبیل باعث شکل گیری و گسترش شایعات باور نکردنی پیرامون نتایج فاجعه شد. ریاست شوروی از پذیرش همکاری بین المللی برای انجام عملیات« امحا» نتایج فاجعه هسته ای امتناع کرد. تنها در سال 1989 بود که حکومت شوروی از آژانس انرژی اتمی به منظور ارزیابی کارشناسی عملیات «امحا»، درخواست کمک کرد.
25
حادثه اتمی تری مایل آیلند
حادثه اتمی تری مایل آیلند بد ترین حادثه اتمی آمریکا و دومین فاجعه راکتورهای هسته ای دنیا (بعد از حادثه چرنوبیل) است که در ۲۸ مارس ۱۹۷۹ در تری مایل آیلند آمریکا اتفاق افتاد.
26
انرژی هسته ای در ایران
استفاده از انرژی هسته ای در دوران سلطنت محمدرضا شاه پهلوی مطرح شد و با ایجاد سازمان انرژی اتمی ایران آغاز پروژه راکتور اتمی بوشهر و مشارکت مالی ایران در طرح های فناوری سوخت اتمی فرانسه آغاز شد.
در سال 1974(1353)، سازمان انرژی اتمی ایران (A.F.O.I) تاسیس شد و دکتر اعتماد، به ریاست آن منصوب شد.
با پیروزی انقلاب ایران در سال 1357 این مقوله متوقف شد. جنگ ایران و عراق منجر به تغییر موضع کشورهای غربی که مخالف این انقلاب بودند شد و مساعدت آنها را برای تکمیل این پروژه غیر ممکن کرد. شرکت آلمانی کا.و.اوkvo)) که پیمانکار این پروژه بود هنگامی که تنها 15%به تکمیل آن باقی مانده بود، از ادامه کار سرباز زد.
در بحبوحه جنگ ایران و عراق و کمبود شدید منابع نیرو در کشور، ایران با روی آوردن به اسپانیا و ژاپن کوشش در تکمیل پروژه بوشهر کرد که موفقیت آمیز نبود. سپس قراردادی با روسیه برای به انجام رساندن کار نیروگاه بوشهر امضا شد که کار آن هنوز ادامه دارد و چند بار زمان پایان پروژه به تعویق افتاده است. لازم به ذکر است که ایران در سال 1958، به عضویت آژانس بین المللی انرژی اتمی (I.A.E.A) درآمد.
27
ایران در سال 1968، پیمان عدم تکثیر سلاح های هسته ای (N.P.T) را پذیرفت و در سال 1970، آن را در مجلس شورای ملی به تصویب رساند.
اگر چه ایران از دیدگاه قوانین آژانس بین المللی انرژی اتمی و همچنین از نقطه نظر پیمان نامه منع گسترش سلاح های هسته ای حق تحقیق و استفاده صلح آمیز از فن آوری هسته ای را دارد، کشورهای غربی به رهبری آمریکا تلاش پیگیری را آغاز کردهاند که ایران را برای همیشه از هرگونه استفاه از فناوری انرژی هستهای منع کنند. با وجود همه این تلاش ها در آوریل 2006، ایران اعلام کرد که موفق به غنی سازی اورانیوم به میزان 3.5 درصد شده است.
28
تاریخچه بمب اتم
فیزیکدانان با بمباران هسته اتم اورانیم بوسیله نوترونها به عناصر رادیواکتیوی دست یافتندکه جرم اتمی کوچکتری نسبت به اورانیم داشت. لیزه میتنرو اتو رابرت فریش پدیده شکافت هسته رادر اورانیم تو ضیح دادند ودر اینجا بود که نا قوس شوم اختراع بمب اتمی به صدا در امد. U235 + n -> fission + 2 or 3 n + 200 MeV هر فروپاشی هسته اورانیم میتوانست تا 200 مگاولت انرژی ازاد کند و بدیهی بود اگر هسته های بیشتری فرو پاشیده می شد انرژی فراوانی حاصل می گردید.
در سال 1939 یعنی قبل از شروع جنگ جهانی دوم در بین فیزیکدانان این بیم وجود داشت که المانیها به کمک فیزیکدانان نابغه ای مانند هایزنبرگ ودستیارانش بتوانند با استفاده از دانش شکافت هسته ای بمب اتمی بسازندبه همین دلیل از البرت انیشتین خواستند که نامه ای به فرانکلین روزولت رئیس جمهور وقت امریکا بنویسد. در آن نامه تاریخی از امکان ساخت بمبی صحبت شد که هر گز هایزنبرگ ان را نساخت.
29
چنین شدکه دولتمردان امریکا برای پیشدستی برالمان پروژه مانهتن را براه انداختند و از انریکو فرمی دعوت به عمل اوردند تا مقدمات ساخت بمب اتمی را فراهم سازد سه سال بعددر دوم دسامبر 1942 در ساعت 3 بعد از ظهر نخستین راکتور اتمی دنیا در دانشگاه شیکاگو امریکا ساخته شد.
سپس در 16 ژوئیه 1945 نخستین ازمایش بمب اتمی در صحرای الامو گرودو
نیو مکزیکو انجام شد.
سه هفته بعد هیروشیمادرساعت 8:15 صبح در تاریخ 6 اگوست 1945 بوسیله بمب اورانیمی بمباران گردید و ناکازاکی در 9 اگوست سال 1945 در ساعت حدود 11:15 بوسیله بمب پلوتونیمی بمباران شدند که طی ان بمبارانها صدها هزار نفر فورا جان باختند.
30
نکاتی جالب در مورد بمب های هسته ای
منطقه انفجار بمب های هسته ای 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 می آید و اگر هر چیزی از فلز گرفته تا انسان وحیوان در این درجه حرارت قرار بگیر آتش نمیگیرد بلکه بخار می شود!!!!
31
حوزه انفجارهسته ای
قطر کره آتشین از بمب هسته ای یک مگاتنی در یک هزارم ثانیه به حدود 150متر رسیده و در هر ثانیه به حداکثر اندازه خود که حدود 2000 متر است می رسد و پس از یک دقیقه نسبتا سرد شده و روشنایی خود را از دست می دهد این زمانی است که انفجار 7 کیلو متر صعود کرده است برای تصور میزان درخشندگی آن کافیست اشاره کنیم که از فاصله یکصد کیلومتری از نور خورشید در وسط روز درخشنده تر است .
در پاره ای از آزمایش ها که در طبقات بالای جو انجام گرفته نور حاصله از فاصله 1000کیلومتری محسوس بوده است که تحت بعضی شرایط این نور می تواند موجب کوری موقتی یا سوختگی دایمی شبکیه چشم شود .
در موقع آزمایشات هسته ای در معرض بودن تصادفی اشخاص موجب سوختگی شبکیه چشم درمسافت 10مایلی در سلاح 20 کیلو تنی شده است .
32
گوی آتشین همانطور که به سرعت بزرگ شده و صعود می کند تغییر شکل داده و پهن تر می شود ضمناً هوا و خاک و عناصر دیگر را از پایین به داخل خود می مکد و به همین ترتیب دنباله ای از غبار تشکیل می شود که گوی آتشین را به زمین وصل می کند کره آتشین بتدریج سرد شده و بصورت ابری متلاطم در می آید که ابتدا سرخ رنگ بوده و بعد سفید می شود در این حال با دنباله خود شکل قارچی به خود می گیرد .
33
برای تولید یک بمب اتمی موارد زیر نیاز است
یک منبع سوخت که قابلیت شکافت یا همجوشی را داشته باشد.
دستگاهی که همچون ما شه آغازگر حوادث باشد. در اولین بمب های اتمی از روش شکافت استفاده می شد. اما امروزه بمب های همجوشی از فرآیند همجوشی به عنوان ماشه آغازگر استفاده می کنند.
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 کنند.
34
مدیریت زباله های هسته ای
در نیروگاه هسته ای هم مثل دیگر فعالیت های بشری، ضایعاتی تولید می شود که به دلیل حساسیت مضاعف زباله های رادیواکتیو، مدیریت زمان ضایعات باید تحت قوانین و محدودیت های خاصی صورت بگیرد.
در هر هشت مگاوات ساعت انرژی الکتریکی تولید شده در نیروگاه هسته ای، 30 گرم زباله رادیواکتیو به وجود می آید. برای تولید همین مقدار برق با استفاده از زغال سنگ پر کیفیت، هشت هزار کیلوگرم دی اکسید کربن تولید می شود که در دما و فشار جو، 3 استخر المپیک را پر می کند.
حجم زباله های رادیواکتیو بسیار کمتر است، ولی خطر آنها به مراتب بیشتر است و مراقبت از آنها به مراتب بیشتر است و مراقبت از آنها ضرورتی تر و دشوارتر.
35
زباله های رادیواکتیو براساس مقدار و نوع ماده رادیواکتیو به 3 گروه تقسیم می شوند:
الف- سطح پایین: لباس حفاظتی، لوازم، تجهیزات و فیلترهایی که حاوی مواد رادیواکتیو با عمر کوتاه هستند. این ها نیازی به پوشش حفاظتی ندارند و معمولاً فشرده شده یا آتش زده می شوند و در چاله های کم عمق دفن شده و انبار می شوند.
ب- سطح متوسط: رزین ها، پس مانده های شیمیایی، پوشش میله سوخت و مواد نیروگاههای برق هسته ای جزو زباله های سطح متوسط طبقه بندی می شوند. اینها عموما عمر کوتاهی دارند، ولی نیاز به پوشش محافظ دارند. این زباله ها را می توان درون بتون قرار داد و در مخزن زباله ها گذاشت.
ج- سطح بالا: همان سوخت مصرف شده راکتورها است و نیاز به پوشش حفاظتی و سردسازی دارند.
36
اکنون با توجه به 424 راکتور هسته ای در جهان، مسئله پسمان هسته ای به یک معضل و تنگنای جهانی تبدیل شده است. انرژی هسته ای منبع تولید الکتریسیته برای 31 کشور جهان است که فعلاً 17% انرژی جهان از این طریق به دست می آید. چندین کشور به خصوص ژاپن، چین، روسیه در فکر گسترش برنامه ساخت نیروگاهای هسته ای هستند. با این حال سایر کشور ها مواد سمی تولید شده از انرژی هسته ای را مانعی بزرگ برای استفاده بیش از پیش از این منبع می دانند.
آلمان، سوئد، بلژیک از کشور هایی هستند که برای انرژی هسته ای خود ضرب الاجل تعیین کرده اند. این کشور ها چه در فکر توسعه انرژی هسته ای باشند و چه در فکر از کار اندازی نیرو گاههای موجود، با مسئله های پسمان های هسته ای موجود مواجه هستند.
37
مشکلات بین المللی پسمان های هسته ای
عدم وجود موقعیت مناسب زمین شناسی برای دفن پسمان ها
نداشتن حمایت مالی و اقتصادی کافی
نبود نیروی انسانی ماهر برای نگهداری پسمان ها
38
کاربرد
1- کاربرد انرژی هسته ای در بخش صنایع
2- تولید الکتریسیته
3- بخش پزشکی و بهداشتی:
– تشخیص و پیگیری درمان سرطان پروستات.
– تهیه و تولید کیت های هورمونی.
تشخیص سرطانهای کولون، روده کوچک و برخی سرطان های سینه.
4- بخش دامپزشکی و دامپروری:
– کاربرد تکنیک های هسته ای در تغذیه دام.
– استفاده از تکنیک های هسته ای در تولید مثل دام.
39
5- مدیریت منابع آب:
از آنجا که ایران در منطقه خشک و کم باران قرار گرفته است و مناطق مختلف آن به دلیل کمبود آب با مشکلات جدی مواجه است و حتی برخی مناطق نیز امکان دسترسی مناسب به آب آشامیدنی بهداشت ی را نیز ندارند، لذا بکارگیری تکنیک های هسته ای برای
– شناسایی حوزه ها ی آب های زیرزمینی،
– آب های سطحی و زیرزمینی،
– کشف و کنترل آلودگی نشت و ایمنی ها امر حیاتی است.
از سوی دیگر با توجه به اینکه ایران بیشترین مرز آبی را در میان کشورهای حوزه خلیج فارس دارد با استفاده از فن آوری هسته ا ی می تواند ضمن رفع نیاز مناطق جنوبی خود به آب شیرین، به عمده ترین کشور منطقه، برا ی صادرات آب شیرین به کشورهای حوزه خلیج فارس تبدیل گردد.
40
6 _ کاربرد انرژی هسته ای در بخش صنایع غذایی و کشاورزی:
ایران برای رهایی از اقتصاد تک محصولی و کاهش میزان وابستگی به درآمدهای نفتی مجبور است که با استفاده از تکنیک های نوین به توسعه هر چه بیشتر بخش کشاورزی به عنوان بخش درآمدزا اقدام کند. این در حالی است که ایران با داشتن زمین های حاصلخیز و چهار فصل بودن آن می تواند با رشد و توسعه در بخش کشاورزی علاوه بر تامین نیازهای داخلی، به یکی از عمده ترین صادرکنندگان محصولات کشاورزی در منطقه تبدیل گردد.
– جلوگیری از جوانه زدن محصولات غذایی.
– افزایش زمان نگه داری.
– کاهش میزان آلودگی میکروبی.
– از بین بردن ویروس ها.
– طرح بررسی و جهش گیاهانی چون گندم و برنج و پنبه.
41
منابع:
Attila Ve´ rtes, Sa´ndor Nagy, Zolta´n Klencsa´r, Rezso˝ G. Lovas, Frank Ro¨ sch (Eds.) Handbook of. Nuclear Chemistry. Second Edition (2010).
Gerald Edward Brown and A. D. Jackson، The Nucleon-Nucleon Interaction، (1976) North-Holland Publishing، Amsterdam ISBN 0-7204-0335-9.
R. Machleidt and I. Slaus، "The nucleon-nucleon interaction"، J. Phys. G 27 (2001) R69 (topical review).
Kenneth S. Krane، "Introductory Nuclear Physics"، (1988) Wiley & Sons ISBN 0-471-80553-X.
P. Navrátil and W.E. Ormand، "Ab initio shell model with a genuine three-nucleon force for the p-shell nuclei"، Phys. Rev. C 68، 034305 (2003).
Dubois JC, Eliot E, Retali G . Development of dynamic multicollection for uranium and plutonium analysis in thermal ionisation mass spectrometry. In: 11th Symposium on safeguards, ESARDA, Luxembourg, 30 May 1989–1 June 1989, CEA-CONF-9901 (1989).
42
با تشکر از توجه شما
43
سوالات
1- تعریف مختصری از نیروی هسته ای و انرژی اتمی بیان کنید.
نیروی هسته ای (nuclear force) (یا برهمکنش نوکلئون-نوکلئون) نیرویی است که بین دو یا چند نوکلئون اثر می کند و باعث چسبیدن پروتون و نوترونها به یکدیگر است که موجب تشکیل هسته اتم می گردد.
انرژی اتمی یا انرژی هسته ای عبارست از استفاده فرایندهای هسته ای حرارت زا برای ایجاد گرما و الکتریسیته ی مفید. این واژه شامل شکافت هسته ای، پرتوزایی و همجوشی هسته ای می باشد.
2-شکافت هسته ای را توضیح دهید.
اگر نوترون منفردی به یک قطعه ایزوتوپ 235U نفوذ کند در اثر برخورد به هسته اتم 235U ، اورانیوم به دو قسمت شکسته می شود، مقادیر زیادی نیز انرژی آزاد می گردد. در حدود (200Mev) اما مسئله مهمتر اینکه نتیجه شکستن هسته 235U آزادی دو نوترون است که می تواند دو هسته دیگر را شکسته و چهار نوترون را بوجود آورد.
44
3- محاسن و معایب انرژی هسته ای بر سایر انرژی ها را بیان کنید.
قیمت سوخت اندک بنابراین چند برابر شدن قیمت اورانیوم تاثیر چندانی بر روی قیمت انرژی الکتریکی تولیدی نخواهد داشت.
جوانب اقتصادی یکی از مسائل هزینه ساخت آن است که شامل هزینه ساخت راکتور، هزینه مسائل امنیتی، هزینه ساخت مراکز معدنی، هزینه ساخت مراکز تبدیل مواد خام به سوخت هسته ای، هزینه ساخت مراکز بازپروری هسته ای و انبارهای هسته ای برای دفن ضایعات هسته ای است.
امنیت نیروگاه هسته ای از خطرهایی که همواره بیم آن میرود، حمله احتمالی تروریستی به نیروگاه های هسته ای است، چرا با انفجار نیروگاه محوطه ای به شعاع ۲۰ کیلومتر بشدت آلوده می شود و هیچ موجود زنده ای را باقی نمی گذارد.
45
4- زباله های رادیواکتیو براساس مقدار و نوع ماده رادیواکتیو به چند گروه تقسیم می شوند؟ به سه گروه:
الف- سطح پایین: لباس حفاظتی، لوازم، تجهیزات و فیلترهایی که حاوی مواد رادیواکتیو با عمر کوتاه هستند. این ها نیازی به پوشش حفاظتی ندارند و معمولاً فشرده شده یا آتش زده می شوند و در چاله های کم عمق دفن شده و انبار می شوند.
ب- سطح متوسط: رزین ها، پس مانده های شیمیایی، پوشش میله سوخت و مواد نیروگاههای برق هسته ای جزو زباله های سطح متوسط طبقه بندی می شوند. اینها عموما عمر کوتاهی دارند، ولی نیاز به پوشش محافظ دارند. این زباله ها را می توان درون بتون قرار داد و در مخزن زباله ها گذاشت.
ج- سطح بالا: همان سوخت مصرف شده راکتورها است و نیاز به پوشش حفاظتی و سردسازی دارند.
46
5- مشکلات بین المللی پسمان های هسته ای را نام ببرید.
عدم وجود موقعیت مناسب زمین شناسی برای دفن پسمان ها
نداشتن حمایت مالی و اقتصادی کافی
نبود نیروی انسانی ماهر برای نگهداری پسمان ها
47