مقاله کامل چرخه سوخت هسته اى

فهرست
مقدمه ……………………………………………………………………1
غنی سازی اورانیوم با دیفوزیون گازی ………………………………………1
غنی سازی اورانیم از طریق میدان مغناطیسی …………………………………2
کاربردهای اورانیوم غنی شده ………………………………………………2
نحوه تولید سوخت پلوتونیوم رادیو اکتیو …………………………………… 3
دید کلی………………………………………………………………… 4
حالتهای برهمکنش …………………………………………………………4
چگونه يك بمب هسته اي بسازيم ؟ ………………………………………… 6
نگاه اجمالی: …………………………………………………………… 11
کاربرد انرژی هسته ای در تولید برق…………………………………………12 برتری انرژی هسته ای بر سایر انرژیها…………………………………… 13
انرژی هسته ای در پزشکی هسته ای و امور بهداشتی………………………… 13
کاربرد انرژی هسته ای در بخش دامپزشکی و دامپروری ………………………14
کاربرد انرژی هسته ای در دسترسی به منابع آب : ……………………………14
کاربرد انرژی هسته ای در بخش صنایع غذایی و کشاورزی : ………………… 14
آنچه باید بدانیم: ………………………………………………………… 15
اورانیوم …………………………………………………………………15
از بمب اتم بيشتر بدانيم ……………………………………………………17
بمبهاي هسته اي چگونه ساخته ميشوند؟ …………………………………… 18
اختراع بمب اتم ………………………………………………………… 19
استفاده مفید از همجوشی هسته‌ای: …………………………………… 21
چرخه سوخت هسته اى و اجزاى تشكيل دهنده آن …………………………… 25
استخراج …………………………………………………………………26
تبديل اورانيوم ……………………………………………………………27
غنى سازى ……………………………………………………………… 27
بمب اورانيومى ……………………………………………………………28
راكتورهاى هسته اى ……………………………………………………… 29
بازپردازش ……………………………………………………………… 30
بمب پلوتونيوم ……………………………………………………………30
بمب اتمي …………………………………………………………………31
ليزه ميتنر ( مادر انرژی اتمی)……………………………………………… 33
بمب هسته ای چگونه كار مي‌كند؟…………………………………………… 34
طراحي بمب‌هاي هسته‌اي: ………………………………………………… 36
بمب‌ شكافت هسته‌اي :…………………………………………………… 36
بمب گداخت هسته‌اي : …………………………………………………… 36
بمب‌هاي شكافت هسته‌اي: ………………………………………………… 36
روش انفجار از داخل……………………………………………………… 38
بمب‌ گداخت هسته‌اي:………………………………………………………39
اثر بمب‌هاي هسته‌اي: ………………………………………………………40
زيانهاي ناشي از انفجار بمب هسته‌اي عبارتند از : …………………………… 40
دید کلی ………………………………………………………………… 41
آیا می‌دانید که …………………………………………………………… 42
نحوه آزاد شدن انرژی هسته‌ای …………………………………………… 42
سوخت راکتورهای هسته‌ای ……………………………………………… 44
مزیتهای انرژی هسته‌ای بر سایر انرژیها …………………………………… 44
چرا سقف نیروگاه  های  اتمی گنبدی شکل است؟…………………………… 45
ساساكی! شجاع باش!…………………………………………………… 51
شمار تلفات انفجار نیروگاه چرنوبیل………………………………………… 72
دید کلی ………………………………………………………………… 73
ساختار نیروگاه اتمی ………………………………………………………74
طرز کار نیروگاه اتمی ………………………………………………………75
نمونه عملی ……………………………………………………………… 76
افشاگری افشاگر برنامه هسته ای تل آویو؛……………………………………77
ساختار نيروگاه هاي اتمي جهان …………………………………………… 81 ايزوتوپ هاي اورانيوم …………………………………………………… 82
ساختار نيروگاه اتمي ………………………………………………………83
غني سازي اورانيم …………………………………………………………86
سالگرد این حادثه………………………………………………………… 87
مقدمه
سنگ معدن اورانیوم موجود در طبیعت از دو ایزوتوپ 235U به مقدار 0.7 درصد و 238U ‏به مقدار 3.99 درصد تشکیل شده است. سنگ معدن را ابتدا در اسید حل کرده و ‏بعد از تخلیص فلز ، اورانیوم را بصورت ترکیب با اتم فلوئور (9F ) و بصورت مولکول ‏اورانیوم هگزا فلوراید تبدیل می‌کنند که به حالت گازی است. سرعت متوسط ‏مولکولهای گازی با جرم مولکولی گاز نسبت عکس دارد.
غنی سازی اورانیوم با دیفوزیون گازی
گراهان در سال 1864 پدیده‌ای را کشف کرد که در آن سرعت متوسط مولکولهای ‏گاز با معکوس جرم مولکولی گاز متناسب بود. از این پدیده که به نام دیفوزیون ‏گازی مشهور است برای غنی سازی اورانیوم استفاده می‌کنند. در عمل اورانیوم ‏هگزا فلوراید طبیعی گازی شکل را از ستونهایی که جدار آنها از اجسام متخلخل ‏‏(خلل و فرج دار) درست شده است عبور می‌دهند. سوراخهای موجود در جسم ‏متخلخل باید قدری بیشتر از شعاع اتمی یعنی در حدود 2.5 آنگسترم (7-‏25×10 سانتیمتر) باشد
ضریب جداسازی متناسب با اختلاف جرم مولکولها است. روش غنی سازی ‏اورانیوم تقریبا مطابق همین اصولی است که در اینجا گفته شد. با وجود این ‏می‌توان به خوبی حدس زد که پرخرج ترین مرحله تهیه سوخت اتمی همین ‏مرحله غنی سازی ایزوتوپها است، زیرا از هر هزاران کیلو سنگ معدن اورانیوم ‏‏140 کیلوگرم اورانیوم طبیعی بدست می‌آید که فقط یک کیلوگرم 235U ‏خالص در آن وجود دارد. ‏
غنی سازی اورانیم از طریق میدان مغناطیسی
یکی از روشهای غنی سازی اورانیوم استفاده از میدان مغناطیسی بسیار قوی می‌باشد. در این روش ابتدا اورانیوم هگزا فلوئورید را حرارت می‌دهند تا تبخیر شود. از طریق تبخیر ، اتمهای اورانیوم و فلوئورید از هم تفکیک می‌شوند. در این حالت ، اتمهای اورانیوم را به میدان مغناطیسی بسیار قوی هدایت می‌کنند. میدان مغناطیسی بر هسته‌های باردار اورانیم نیرو وارد می کند ( این نیرو به نیروی لورنتس معروف می باشد) و اتمهای اورانیوم را از مسیر مستقیم خود منحرف می‌کند. اما هسته‌های سنگین اورانیم (238U ) نسبت به هسته‌های سبکتر (235U ) انحراف کمتری دارند و درنتیجه از این طریق می‌توان 235U را از اورانیوم طبیعی تفکیک کرد.
کاربردهای اورانیوم غنی شده
شرایطی ایجاد کرده اند که نسبت 235U به 238U را به 5 درصد می‌‏رساند. برای این کار و تخلیص کامل اورانیوم از سانتریفوژهای بسیار قوی استفاده ‏می‌کنند.
برای ساختن نیروگاه اتمی ، اورانیوم طبیعی و یا اورانیوم غنی شده بین 1 تا 5 ‏درصد کافی است.
برای تهیه بمب اتمی حداقل 5 تا 6 کیلوگرم 235U صد درصد خالص نیاز ‏است. در صنایع نظامی از این روش استفاده نمی‌شود و بمبهای اتمی را از 239Pu که سنتز و تخلیص شیمیایی آن بسیار ساده‌تر است تهیه ‏می‌کنند.
نحوه تولید سوخت پلوتونیوم رادیو اکتیو
این عنصر ناپایدار را در نیروگاههای بسیار قوی می‌سازند که تعداد نوترونهای ‏موجود در آنها از صدها هزار میلیارد نوترون در ثانیه در سانتیمتر مربع تجاوز ‏می‌کند. عملا کلیه بمبهای اتمی موجود در زراد خانه‌های جهان از این عنصر ‏درست می‌شود.‏ روش ساخت این عنصر در داخل نیروگاههای هسته‌ای به این صورت که ‏ایزوتوپهای 238U شکست پذیر نیستند، ولی جاذب نوترون کم انرژی هستند.
تعدادی از نوترونهای حاصل از شکست 235U را ‏جذب می‌کنند و تبدیل به 239U می‌شوند. این ایزوتوپ از اورانیوم بسیار ‏ناپایدار است و در کمتر از ده ساعت تمام اتمهای بوجود آمده تخریب ‏می‌شوند. در درون هسته پایدار 239U یکی از نوترونها خود به خود به ‏پروتون و یک الکترون تبدیل می‌شود. بنابراین تعداد پروتونها یکی اضافه شده و عنصر جدید را که 93 پروتون دارد ‏نپتونیوم می‌نامند که این عنصر نیز ناپایدار است و یکی از نوترونهای آن خود به ‏خود به پروتون تبدیل شده و در نتیجه به تعداد پروتونها یکی اضافه شده و عنصر ‏جدید پلوتونیم را که 94 پروتون دارد ایجاد می‌کنند. این کار حدودا در مدت یک هفته ‏صورت می‌گیرد.
دید کلی
خواص منحصر به فرد برهمکنش ذرات و تشعشات مختلف منجر به تخریب فیزیولوژیکی سیستم‌های حیاتی در هنگام پرتوگیری می‌شود. بسیاری از کاربردهای مواد رادیواکتیو در زمینه‌های داروسازی و پزشکی نیز نیاز به دانستن مکانیسم‌های برهمکنش نور با ماده را دارند.
حالتهای برهمکنش
تابش با ماده به پنج حالت اساسی برهمکنش می‌دهد: یونیزاسیون ، انتقال انرژی جنبشی ، برانگیختگی مولکولی و اتمی ، ‌واکنش‌های هسته ای و فرآیندهای تشعشعی.
یونیزاسیون:
یونیزاسیون عبارت است از جدا نمودن یک الکترون اتمی ‌از یک اتم جذب کننده برای تشکیل یک جفت یون حاوی یک الکترون منفی و یک یون مثبت با جرم بالاتر. یونیزاسیون اولیه مستقیما بوسیله تشعشع فرودی شروع می‌شود. یونیزاسیون ثانویه متعاقبا بوسیله یونهای تولید شده در پدیده یونیزاسیون اولیه بوجود می‌آیند. مقدار انرژی مورد نیاز برای تشکیل یک جفت یون بسته به نوع ماده جذب کننده تغییر می‌کند.
انتقال انرژی جنبشی:
انتقالات انرژی جنبشی برهمکنش‌هایی هستند که انرژی را بیشتر از مقدار مورد نیاز برای تشکیل جفت به جفت یون می‌رسانند. انتقالات انرژی جنبشی همچنین ممکن است به دلیل برخوردهای الاستیک بین تشعشع ورودی و هسته‌های جذب‌کننده رخ دهد.
برانگیختگی مولکولی و اتمی:
برانگیختگی مولکولی و برانگیختگی اتمی‌ حالتهای برهمکنشی هستند که ممکن است حتی زمانی که انرژی انتقال یافته کمتر از انرژی یونیزاسیون جذب کننده باشد، نیز رخ دهد. با برگشتن الکترونهای اتمی ‌به ترازهای انرژی پایین‌‌تر ، اشعه ایکس و الکترونهای اوژه منتشر می‌شوند.
برانگیختگی مولکولی در حین فرآیندهای انتقالی ، چرخشی و ارتعاشی و نیز در حین برانگیختگی الکترونی رخ می‌دهد. انرژی برانگیختگی مولکولی
در حقیقت بوسیله شکستن پیوند ، لومینسانس یا ایجاد حرارت پراکنده می‌شود.
واکنش‌های هسته‌ای:
واکنش‌های هسته‌ای تشعشعات ورودی ، هسته‌های اتم‌های جذب‌کننده می‌توانند حالتهای مهمی ‌از برهمکنش باشد. این امر مخصوصا برای ذرات باردار و نوترونهای با انرژی بالا صحیح است.
فرآیندهای تشعشعی:
فرآیندهای تشعشعی ، فرآیندهایی هستند که در آنها انرژی الکترومغناطیسی از طریق کند شدن ذرات با انرژی بالا آزاد می‌شود. این فرآیندهای مورد نظر عبارتند از: تولید تشعشع چرنکو و تولید تابش ترمزی.
تشعشعات باردار:
تشعشعات باردار ابتدا با الکترونهای اتم در ماده جذب کننده و از طریق یک سری از پدیده‌های متعدد با اتلاف انرژی کم برهمکنش می‌دهند. این پدیده‌ها منجر به تشکیل جفت یونها ، انتقالات انرژی جنبشی و برانگیختگی اتمی‌ یا مولکولی می‌شوند. بنابراین این تشعشعات به یک شیوه افزایشی و نسبتا قابل پیش‌بینی انرژی از دست می‌دهند.
تشعشعات بدون بار:
برعکس تشعشعات باردار ، تشعشعات بدون بار هنگام از دست دادن انرژی بندرت با الکترونهای جذب کننده برهمکنش می‌دهند و یا اصلا واکنش نمی‌دهند. بجای یک سری برهمکنش‌های پی‌در‌پی کوچک ، تشعشعات بدون بار غالبا و یا حتی فقط متحمل برهمکنش‌هایی می‌گردند که در آنها انرژی خود را کلا از دست می‌دهند

فایل : 88 صفحه

فرمت : Word