مقاله کامل كاربردهاي انرژي صلح‌ آميز هسته‌اي در علوم باغباني

كاربردهاي انرژي صلح‌آميز هسته‌اي در علوم باغباني
شهروز حبيبي
كارشناس ارشد باغباني، عضو هيات علمي دانشگاه آزاد اسلامي واحد گرگان
چكيده
انرژی هسته ای از عمده ترین مباحث علوم و تکنولوژی هسته ای است و هم اکنون نقش عمده ای را در تأمین انرژی کشورهای مختلف خصوصا کشورهای پیشرفته دارد. اهمیت انرژی و منابع مختلف تهیه آن، در حال حاضر جزء رویکردهای اصلی دولتها قرار دارد. به عبارت بهتر، از مسائل مهم هر کشور در جهت توسعه اقتصادی و اجتماعی  بررسی ، اصلاح و استفاده بهینه از منابع موجود انرژی در آن کشور است. امروزه بحرانهای سیاسی و اقتصادی و مسائلی نظیر محدودیت ذخایر فسیلی، نگرانیهای زیست محیطی، ازدیاد جمعیت، رشد اقتصادی ، همگی مباحث جهان شمولی هستند که با گستردگی تمام فکر اندیشمندان را در یافتن راهکارهای مناسب در حل معظلات انرژی در جهان به خود مشغول داشته اند .در حال حاضر اغلب ممالک جهان به نقش و اهمیت منابع مختلف انرژی در تأمین نیازهای حال و آینده پی برده و سرمایه گذاریها و تحقیقات وسیعی را در جهت سیاستگذاری، استراتژی و برنامه های زیربنایی و اصولی انجام می دهند. هم اکنون تدوین استراتژی که مرکب از بررسی تمامی پارامترهای تأثیر گذار در انرژی و تعیین راهکارهای مناسب جهت تمیزتر و کارا ترنمودن انرژی و الگوی بهینه مصرف آن می باشد، در رأس برنامه های زیربنایی اکثر کشورهای جهان قرار دارد. در میان حاملهای مختلف انرژی،انرژی هسته ای جایگاه ویژه ای دارد. هم اکنون بیش از 430 نیروگاه هسته ای در جهان فعال می باشند و انرژی برخی کشورها مانند فرانسه عمدتا از برق هسته ای تأمین می شود. جمهوری اسلامی ایران بیش از سه دهه است که تحقیقات متنوعی را در زمینه های مختلف علوم و تکنولوژی هسته ای انجام داده و براساس استراتژی خود، مصمم به ایجاد نیروگاههای هسته ای به ظرفیت کل 6000 مگاوات تا سال 1400 هجری شمسی می باشد. در این زمینه، جمهوری اسلامی ایران در نشست گذشته آژانس بین المللی انرژی اتمی، تمایل خود را نسبت به همکاری تمامی کشورهای جهان جهت ایجاد این نیروگاهها و تهیه سوخت مربوطه رسما اعلام نموده است.
مقدمه
چرا جهان فردا به انرژي هسته‌اي نياز دارد؟ روند بشريت بشريت براي چندين هزار سال با كمترين اثرگذاري بر روي كره زمين زندگي كرد. حتي پنج قرن پيش در زمان وقوع رنسانس در اروپا، خاندان مينگ در چين و اولين حكمران مغول در هند، جهان هنوز جمعيت كمي داشت. از آن زمان، جمعيت جهان كه بر اثر انقلاب‌هاي پيش آمده در زمينة كشاورزي، صنعت و دارو، رشد شتابزده‌اي پيدا كرده و در حدود 15 برابر شده است. از شش ميليارد جمعيت امروز جهان، چندين ميليون آن در سطوح بسيار بالائي از استانداردها زندگي كرده و از زندگي خود لذت مي‌برند. اما يك سوم از انسان‌ها به برق دسترسي ندارند و يك‌سوم ديگر نيز دسترسي محدودي به آن دارند.
جمعيت‌هاي زيادي نيز در فقر ملالت‌باري زندگي مي‌كنند. بيش از يك ميليارد نفر آب پاكيزه در اختيار ندارند و دو ميليارد و 400 ميليون نفر از سيستم مناسب تخليه فاضلاب محرومند. همه روزه 40 هزار نفر – يعني هر دقيقه 25 نفر – بر اثر بيماريها مي‌ميرند كه به سادگي با پيشرفت اوليه اقتصادي مي‌توان از آن پيشگيري كرد. طي 50 سال آينده زماني كه جمعيت جهان به 9 ميليارد نفر برسد، نيازهاي برآورده نشده امروزه بشري به شدت چند برابر خواهد شد. براي كاهش مصيبتهاي بشر نه تنها توسعه اقتصادي ضروري است بلكه ايجاد شرايط لازم نيز براي تثبيت جمعيت جهان لازم است. امروزه تلاش روبه‌رشد براي رفع اين نيازها در اكثر كشورهاي در حال توسعه جهان، تقاضاي بسيار زيادي براي استفاده از انرژي ايجاد كرده است.
تا سال 2050 مصرف جهاني انرژي دو برابر خواهد شد. بيوسفر(موجودات كره زمين) در خطر در روي كره زمين تاثير گرم شدن «گازهاي گلخانه‌اي» يك پديدة غيرقابل بحث است كه بدون آن جهان از يخ پوشيده خواهد شد. براي مدت هزاران سال، عدم تغيير تراكم گازهاي گلخانه‌اي محيط زيست معقولي را ايجاد كرد كه تمدن توانست در آن رشد يابد. در قرن بيست و يكم، فعاليت انسان موجب مي‌گردد اين گازهاي گرماگير دو برابر شوند. اين تغيير در عصر زمين‌شناسي ناگهاني و كم‌سابقه است. امروزه بيشتر انرژي كه براي توليد برق، كار كارخانه‌ها، راه‌اندازي وسايل نقليه و گرم كردن منازل مصرف مي‌شود، از سوزاندن سوخت‌هاي فسيلي تأمين مي‌شود. منابع فسيلي، از جمله زغال، نفت و گاز طبيعي، آنچنان به سرعت مصرف مي‌شوند كه طي قرن آينده تا اندازه گسترده‌اي از بين مي‌روند. ضايعات تمام سوخت‌هاي فسيلي به طور مستقيم در هوا پراكنده مي‌شود.
بخش اعظم اين ضايعات به شكل گازهاي گلخانه‌هاي مانند دي‌اكسيد كربن است. در هر سال ضايعات ناشي از سوخت‌هاي فسيلي 25 ميليارد تن دي‌اكسيد كربن به جو زمين اضافه مي‌كند. اين مقدار برابر است با 70 ميليون تن در هر روز و يا 800 تن در هر ثانيه. كارشناسان جهان به منظور تجزيه و تحليل تأثيرات ناشي از تشكيل سريع گازهاي گرماگير، از طريق هيأت‌هاي بين دول سازمان ملل در امر تغيير آب و هوا با يكديگر همكاري مي‌كنند. مطالعه تغييرات آب و هوا، پيچيده
و تابع تئوريهاي رقابتي است. اما دانشمندان در اين زمينه توافق دارند كه افزايش گازهاي گلخانه‌اي باعث جذب بيشتر گرماي خورشيدي توسط كره زمين مي‌شود.
به عقيده بيشتر دانشمندان علم هواشناسي، گازهاي گلخانه‌اي توليد شده بوسيله انسان موجب شده است كه گرمترين 10 سال طول تاريخ در 15 سال اخير رخ دهد. كارشناسان علم هواشناسي به اتفاق آرا هشدار مي دهند كه تشكيل گازهاي گلخانه‌اي ممكن است در قرن آينده فاجعه‌آميز باشند. افزايش سطح آب درياها، دماي شديد هوا، بروز طوفان‌هاي سهمگين، خشكسالي ويرانگر و شيوع بيماري، توليد مواد غذايي، قابليت اسكان بشر را در بسياري از مناطق از بين مي‌برد. اين كارشناسان هشدار مي‌دهند كه تغيير شديد آب و هوا احتمالا ‌مي‌تواند موجب بي‌ثباتي سرتاسر كره زمين شود. همه كشورها در تغيير آب و هوا سهيم هستند. چه از نظر علت تغيير آب و هوا و چه از نظر تأثير آن. در كشورهاي آمريكاي شمالي هر شخص در هر روز 54 كيلوگرم يا 120 پوند دي‌اكسيد كربن در جو زمين پخش ميكند. در اروپا و ژاپن سرانه انتشار اين گاز در هر روز بيش از 23 كيلوگرم يا 50 پوند است. در كشور چين با 3/1 ميليارد نفر جمعيت كه بشدت در حال توسعه است، سطح نشر اين گازها 6 كيلوگرم يا 13 پوند بر هر نفر در روز است. اگر تاريخ را يك رودخانه تصور كنيم، بشريت به بخش‌هاي خروشان و تندآب آن رسيده است. در 50 سال آينده جمعيت جهان، بيشتر از مجموع انرژيي كه در كل تاريخ تاكنون مصرف شده است را مصرف خواهد كرد.
بشريت با آينده‌اي از تغييرات شديد چه از نظر روش توليد انرژي و چه از نظر سلامت سيارة ما روبه‌رو مي‌شود. بشريت نمي‌تواند به عقب برگردد. جمعيت در حال رشد جهان به مقادير معتنابهي از انرژي نياز دارد تا: – آب آشاميدني تهيه كند. – انرژي كارخانه‌ها، منازل و حمل و نقل را تأمين نمايد. – از زيرساخت‌هاي لازم براي تأمين تغذيه، آموزش و بهداشت حمايت كند. برآورده كردن اين نيازها مستلزم تأمين انرژي از تمام منابع آن است. اما «تركيب» انرژي جهان بايد به دور از استفاده عنان گسيخته از سوخت‌هاي فسيلي، به سرعت توسعه يابد. كاهش مصرف سوخت‌هاي فسيلي، محيط زيست و منابع غيرقابل جايگزين را براي نسل‌هاي آينده حفظ مي‌كند. پيشگيري از تغيير فاجعه‌آميز آب و هوا تثبيت تراكم گازهاي گلخانه‌اي جوي مستلزم آن است كه انتشار جهاني اين گازها تا 50 درصد كاهش يابد. اين چالش با توجه به نياز كشورهاي فقيرتر به افزايش معيارهاي زندگي عظيم‌تر خواهد شد. حتي اگر كشورهاي در حال توسعه از بحث ذخيره‌سازي انرژي و فناوري‌هاي انرژي پاكيزه استقبال كنند، جمعيت زياد اين كشورها به زودي بيش از جهان صنعتي حاضر، گازهاي گلخانه‌اي در فضا منتشر مي‌كنند.
در حال حاضر كشورهاي صنعتي بايد براي «مواجه شده» با چنين انتشارات (جوي) فزاينده، و در عين حال كاستن از مجموع اين انتشارات در سطح جهان، ميزان آن را (در كشور خود) تا 75 درصد كاهش دهند. جهان براي كاهش اين انتشارات و در عين حال توسعه ذخاير انرژي به طور مبرم نيازمند معرفي گسترده فناوري‌هايي در زمينه انرژي است كه ميزان انتشار گازهاي گلخانه‌اي آن كم باشد. به احتمال زياد، شهرهاي بسيار بزرگ در آينده مي‌توانند با انتشار مستقيم كمتر گازهاي
گلخانه‌اي فعاليت كنند، يعني با استفاده از نيروي برق، باتري‌هاي برقي قابل شارژ و واحدهاي سوختي كه در آنها هيدروژن توليد شده از برق به كار رفته است، اين مهم برآورده خواهدشد. اما الكتريسيته تنها راه براي توزيع انرژي است.
مسأله مهم در اينجا، توليد منابع بسيار گسترده الكتريسيته بصورت پاكيزه مي‌باشد. نيروي هسته‌اي و توسعه پايدار نيروي هسته‌اي از آن نظر يك فناوري «توسعه پايدار» است كه: – سوخت آن تا قرن‌ها در دسترس خواهد بود. – سابقه بي‌خطر بودن آن برتر از ساير منابع عمده انرژي است. – مصرف آن هيچ آلودگي واقعي ايجاد نمي‌كند. – استفاده از آن، منابع باارزش سوخت‌هاي فسيلي را براي نسل‌هاي ديگر حفظ مي‌كند. – هزينه‌هاي مربوط به آن قابل رقابت و همچنان در حال كاهش است. – پسمانهاي آن را مي‌توان براي مدت زيادي بدون خطر كنترل كرد. هند و چين كه به تنهايي 40 درصد از مردم جهان را در خود جاي داده‌اند، از نظر اقتصادي به سرعت در حال پيشرفت هستند. هر كدام از كشورهاي فوق مقادير معتنابهي زغال‌سنگ و يك صنعت نيروي هسته‌اي كوچك ولي از نظر فناوري، پيچيده دارد كه رشد خود را آغاز كرده است.
در برنامه كاري جهان هيچ مسأله‌اي بالاتر از اين وجود ندارد كه چطور كشورهاي در حال توسعه فعلي و ساير كشورهاي در حال توسعه خواهند توانست نيازهاي خود را در زمينه تأمين انرژي كه به سرعت در حال تشديد است، تأمين كنند. امروزه نيروي هسته‌اي يك فناوري دايماً در حال پيشرفت است كه تجربه عملياتي سالانه بيش از ده هزار راكتور را در يك صنعت جهاني بالغ و روبه‌رشد به كار مي‌گيرد. اين منبع فوق‌العاده گرانبها، مطمئن، بي‌خطر و پايدار در دسترس است تا با استفاده بسيار گسترده از آن يك بحران بي‌سابقه انساني و زيست محيطي حل بشود. اين كه آيا بشريت مي‌تواند بر اين بحران فايق آيد، مسأله‌اي است كه به رهبري و هدايت سياسي و در نهايت به تفاهم همگاني و راه‌حل عمومي بستگي دارد.
توليد محصولات كشاورزي، منطبق با فرآيند گرمايش زمين حياتي است
مراكز تحقيقاتي شبكه جهاني كشاورزي هشدار دادند در صورتي كه زنجيره محصولات كشاورزي جديد با قابليت آينده گرمتر زمين ارائه نشود، بايد در انتظار قحطي و خشكسالي باشيم. با توجه به شرايط محيطي فعلي، حجم محصولات كشاورزي جهان در آينده كاهش خواهد يافت، اين در حالي است كه پيش‌بيني‌هاي زمين كه با استفاده از نرم‌افزارهاي شبيه‌سازي كننده ارائه شده نشان مي‌دهند كه نيمي از اراضي زير كشت گندم آسيا، نابود خواهد شد. اين گروه بين‌المللي، به دنبال اعلام طرح‌هايي براي تسريع ارائه زنجيره‌هاي نويني از محصولات پايدار در برابر گرمايش زمين هستند. همچنين به دنبال ارائه گزارشي در خصوص اندازه‌گيري ميزان گرماي ناشي از مزارع كشاورزي نيز هستنمد.
مهمترين تاثير تغييرات جوي زمين در حوزه كشاورزي به حجم بارش‌هاي جهاني مربوطه در اين ميان پيش‌بيني شده است كه در آينده برخي مناطق داراي حجم بيشتر بارش و برخي مناطق نيز حجم نسبتاً كمتري بارش داشته باشند.
مختصري در مورد دانش هسته‌اي
دانش تبديل اورانيوم طبيعي كه در طبيعت وجود دارد، از طريق شكافت اتم‌ها و اورانيوم غني شده كه داراي انرژي بسيار زياد است، فن‌آوري هسته‌اي نام دارد. فرآيند سوخت هسته‌اي از اورانيوم، بسيار پيچيده و ظريفي است و دانش انجام اين كار از دانش‌هاي پيشرفته بشري است. تبديل اورانيوم به اورانيوم غني شده، راه‌هاي مختلفي دارد كه دو نوع رايج آن از طريق دستگاه‌هاي سانتريفوژ و استفاده از ليزر مي‌باشد.
كشورهاي قدرتمند جهان، دانش هسته‌اي را انحصار خود كرده‌اند و به راحتي اجازه دسترسي ديگران را به اين دانش نمي‌دهند. در مقطع كنوني حدود 10 كشور، اين دانش را در اختيار دارند. انرژي هسته‌اي داراي كاربردهاي فراوان است. در تقسيم‌بندي كلي مي‌توان كاربرد انرژي هسته‌اي را در دو بخش نظامي و غيرنظامي يا صلح‌جويانه قرار داد.
برتري انرژي هسته‌اي بر ساير انرژي‌ها
علاوه بر مصرف اقتصادي، دلايل زير استفاده از انرژي هسته‌اي را ضروري مي‌نمايد:
منابع فسيلي محدود بوده و متعلق به نسل‌هاي آتي مي‌باشد.
استفاده از نفت خام در صنايع پتروشيمي ارزش بيشتري دارد.
توليد برق از طريق نيروگاه‌هاي اتمي، آلودگي نيروگاه‌هاي كنوني را ندارد. توليد 7000 مگاوات برق با مصرف 190 ميليون بشكه نفت خام، هزار تن دي اكسيد كربن، 150 تن ذرات معلق در هوا، 130 تن گوگرد و 50 تن نيتروژن را در محيط زيست پراكنده مي‌كند، در حالي كه نيروگاه اتمي چنين آلودگي ندارد.
آينده براي انرژي اتمي و انرژي اتمي براي ايراني سبز
سالانه سي و سه ميليون تن از محصولات مختلف كشاورزي توسط دياستازها، ميكروب‌ها و حشرات و يا در نتيجه به عمل آوردن ناقص از بين مي‌رود و با توجه به اينكه منابع توليد غذا در جهان محدود بوده و جمعيت بشر رو به فزوني مي‌باشد، استفاده بهينه از ذخاير موجود حذف عوامل محدود كننده در طي پروسه‌هاي توليد مواد غذايي ضروري است و به اميد اينكه تا سال 1400، مقدار مواد غذايي براي تغذيه 200 ميليون نفر را آماده كنيم.
با اين حال از زماني كه شناخت پژوهشگران نسبت به ساختمان عناصير راديواكتيو چگونگي تابش از اينگونه عناصر تكميل گرديد، فكر استفاده از مواد راديواكتيو در راستاي حل معضلات و پاسخگويي به شبهات موجود در ساير علوم، ذهن محققان را به خود مشغول ساخت و در سال 1964، قرارداد همكاري بين آژانس بين‌المللي اتمي و سازمان خواروبار و كشاورزي جهاني به امضاء رسيد تا از راهبردهاي جديد فناوري هسته‌اي در كنار ساير روش‌هاي معمول، جهت ارتقاء دانش كشاورزي استفاده گردد و در سال 1368 متعاقب احداث مركز تحقيقات كشاورزي و پزشكي هسته‌اي، فعاليت‌هاي كشاورزي هسته‌اي رسماً آغاز گرديد كه متاسفانه هنوز فناوري هسته‌اي در ايران جايگاه واقعي خود را در علوم كشاورزي و ديگر علوم
نيافته و كاربرد‌هاي مفيد آن از ديد و نظر غالب مردم و كارشناسان مختلف مخفي مانده است كه همين پنهان‌كاري مشكلات عمده‌اي را در جهت استفاده از اين فناوري كه حق ذاتي ما ايرانيان است بوجود آورده، اين در حالي است كه ما مي‌توانستيم از همان ابتدا به صورت صلح‌آميز و با توافق كشورهاي مختلف از اين انرژي بي‌كران بهره‌وري لازم را انجام دهيم.
ويژگي‌هاي كاربرد علمي فناوري هسته‌اي
با توجه به جمعيت رو به رشد كره زمين، دستيابي به روش‌هاي جديد به منظور افزايش توليد در واحد سطح و كاهش ميزان ضايعات پس از توليد ضروري و لازم به نظر مي‌رسد. در اين راستا، بكارگيري ايزوتوپ‌ها (پايدار و راديواكتيو) در تحقيقات كشاورزي، افق‌هاي تازه‌اي را براي پژوهشگران نمايان ساخته تا در قالب شاخه‌هاي علوم كشاورزي، پاسخگوي بسياري از مشكلات و مجهولات باشند و فناوري هسته‌اي ابزاري دقيق و سريع و در پاره‌اي از موارد به عنوان تنها روش در حل معضلات كشاورزي به مشار مي‌رود كه به طور كلي شامل دو فناوري اصلي پرتودهي و رديابي مي‌باشد:
کاربردهای علوم و تکنولوژی هسته ای
علیرغم پیشرفت همه جانبه علوم و فنون هسته ای در طول نیم قرن گذشته، هنوز این تکنولوژی در اذهان عمومی ناشناخته مانده است. وقتی صحبت از انرژی اتمی به میان می آید، اغلب مردم ابر قارچ مانند حاصل از انفجارات اتمی و یا راکتورهای اتمی برای تولید برق را در ذهن خود مجسم می کنند و کمتر کسی را می توان یافت که بداند چگونه جنبه های دیگری از علوم هسته ای در طول نیم قرن گذشته زندگی روزمره او را دچار تحول نموده است. اما حقیقت در این است که در طول این مدت در نتیجه تلاش پیگیر پژوهشگران و مهندسین هسته ای، این تکنولوژی نقش مهمی را در ارتقاء سطح زندگی مردم، رشد صنعت و کشاورزی و ارائه خدمات پزشکی ایفاء نموده است. موارد زیر از مهمترین استفاده های صلح آمیز از علوم و تکنولوژی هسته ای می باشند
1. استفاده از انرژی حاصل از فرآیند شکافت هسته اورانیوم یا پلوتونیوم در راکتورهای اتمی جهت تولید برق و یا شیرین کردن آب دریاها
2. استفاده از رادیوایزوتوپها در پزشکی، صنعت و کشاورزی
3. استفاده از پرتوهای ناشی از فرآیندهای هسته ای در پزشکی، صنعت و کشاورزی
برق هسته ای
از مهمترین منابع استفاده صلح آمیز از انرژی اتمی، ساخت راکتورهای هسته ای جهت تولید برق می باشد. راکتورهسته ای وسیله ای است که در آن فرایند شکافت هسته ای بصورت کنترل شده انجام می گیرد. در طی این فرایند انرژی زیاد آزاد می گردد به نحوی که مثلا در اثر شکافت نیم کیلوگرم اورانیوم انرژی معادل بیش از 1500 تن زغال سنگ بدست می آید. هم اکنون در سراسر جهان، راکتورهای متعددی در حال کار وجود دارند که بسیاری از آنها برای تولید قدرت و به منظور تبدیل آن به انرژی الکتریکی، پاره ای برای راندن کشتیها و زیردریائیها، برخی برای تولید رادیو ایزوتوپوپها و تحقیقات علمی و گونه هایی نیز برای مقاصد آزمایشی و آموزشی مورد استفاده قرار می گیرند. در راکتورهای هسته ای که برای نیروگاههای اتمی طراحی شده اند (راکتورهای قدرت)، اتمهای اورانیوم و پلوتونیم توسط نوترونها شکافته می شوند و انرژی آزاد شده گرمای لازم را برای تولید بخار ایجاد کرده و بخار حاصله برای چرخاندن توربینهای مولد برق بکار گرفته می شوند.

راکتورهای اتمی را معمولا برحسب خنک کننده، کند کننده، نوع و درجه غنای سوخت در آن طبقه بندی می کنند. معروفترین راکتورهای اتمی، راکتورهایی هستند که از آب سبک به عنوان خنک کننده و کند کننده و اورانیوم غنی شده(2 تا 4 درصد اورانیوم 234) به عنوان سوخت استفاده می کنند. این راکتورها عموما تحت عنوان راکتورهای آب سبک(LWR) شناخته می شوند. راکتورهای WWER,BWR,PWR از این دسته اند. نوع دیگر، راکتورهایی هستند که از گاز به عنوان خنک کننده، گرافیت به عنوان کند کننده و اورانیوم طبیعی یا کم غنی شده به عنوان سوخت استفاده می کنند. این راکتورها به گاز- گرافیت معروفند. راکتورهای HTGR,AGR,GCR از این نوع می باشند. راکتور PHWR راکتوری است که از آب سنگین به عنوان کندکننده و خنک کننده و از اورانیوم طبیعی به عنوان سوخت استفاده می کند. نوع کانادایی این راکتور به CANDU  موسوم بوده و از کارایی خوبی برخوردار می باشد. مابقی راکتورها مثل FBR راکتوری که از مخلوط اورانیوم و پلوتونیوم به عنوان سوخت و سدیم مایع به عنوان خنک کننده استفاده کرده و فاقد کند کننده می باشد (LWGR) راکتوری که از آب سبک

فایل : 17 ص + 18 اسلاید

فرمت : Word