تحقیق در مورد بمب اتمی و انرژی اتمی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 17 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

بمب اتمی و انرژی اتمی

   بمب اتمی چگونه ساخته می شود؟ این سوالی است که امروز برای بیشتر ایرانی ها پرسشی شده است. در ابتدا به این پرسش پاسخی داده و سپس نگاهی  به طرز کار رآکتور هسته ای می اندازیم.

   تمامی اشیاء و موجودات پیرامون ما از ذرات ریزی بنام اتم ویا ترکیبی از اتمها یعنی مولکول ها تشکیل شده است. اتمها ساختمانی شبیه به منظومه ی شمسی دارند که در آنها خورشید هسته ی اتم و الکترونها سیارات آن می باشند. هسته ی اتم شامل چندین ذره است که از آن میان دو تایش در این بحث مهم هستند. این دو تا پروتن ها و نوترون ها می باشند. پروتن ها دارای بار الکتریکی مثبت و نوترون ها دارای بار الکتریکی خنثی هستند. بار الکتریکی الکترونها منفی است. از میان تمامی اتمها تنها هیدروژن است که نوترون ندارد. هسته ی هیدروژن تنها یک پروتن دارد.

    در اتمهای خنثی تعداد پروتن ها و الکترونها برابر است ولی تعداد نوترون ها می تواند متفاوت باشد. برخی از اتمها دارای تعداد  پروتن و الکترون یکسان ولی دارای نوترون های متفاوت اند. این نوع اتمها را ایزوتوپ همدیگر میگویند. طول عمر برخی از این ایزوتوپ ها بسیار کوتاه است. چنانکه پس از بوجود آمدن بزودی نابود می شوند. ولی برخی دیگر عمری طولانی دارند.

   در ساختن بمب و رآکتور اتمی از دو ایزوتوپ استفاده میکنند. یکی ایزوتوپ هیدروژن بنام دوتریم که هسته اش شامل یک پروتن و یک الکترون است و دیگری ایزوتوپ های اورانیم می باشند. ایزوتوپ های اورانیم شامل  U235  و U238  که اولی دارای 143 و دومی دارای 146 نوترون می باشد در حالی که هردو به اندازه ی یکسان یعنی 92 پروتن دارند. ایزوتوپ U235 در ساختن بمب و رآکتور اتمی بسیار مهم است.

   در طبیعت از هر 100% اتم اورانیم تنها 0.7% آن اتم U235 است که مقدار زیادی نیست. برای بدست آوردن یک کیلو گرم اورانیم U235 چندین تن سنگ معدن اورانیم لازم است. لازم به یادآوریست که برای کاراندازی یک رآکتور اتمی برای انرژی گیری از آن نیاز به اورانیم 1 تا 5 درصد غنی است. منظور از غنی کردن اورانیم اینست که مقدار اورانیم 235 آنرا بیشتر کنند. برای اینکار بایستی چندین عملیات انجام شود.

   در شروع کار سنگ معدن را در اسید حل می کنند  (کیک زرد همان اکسید اورانیم است)و سپس آنرا از صافی می گذرانند و پس از آن با گاز فلور ترکیب می کنند تا گازی به اسم هگزافلورید اورانیم UF6  بدست آورند. این گاز را از صفحه های فلزی متخلخل که قطر سوراخ هایش 25 میلیاردم سانتیمتر است عبور می دهند، این عمل را دیفوزیون میگویند. در اثر این عمل گازهایی که سبکترند سریع تر از گازهایی که سنگین تر هستند از روزنه ها عبور می کنند. از این خاصیت گاز ها جهت غنی کردن، یعنی بالا بردن مقدار اورانیم 235 استفاده می کنند.  پس از این عمل با سانتریفوژهایی که ویژه ی این کار ساخته شده اند تصفیه ی مواد شروع می شود.

حال چگونه از این ماده انرژی می گیرند؟

   برای انرژی گیری باز سلسله مراتبی فیزیکی صورت میگیرد. در ابتدا یک نوترون که باری خنثی دارد وارد هسته ی اورانیم 235 می شود. این عمل به این سادگی صورت نمی پذیرد بلکه برای اینکه نوترون وارد هسته شود بایستی بر خلاف تصور سرعت آن کم باشد. برای کم کردن سرعت نوترونها آنها را از آب سنگین عبور می دهند. چنانکه پیشتر اشاره شد. آب سنگین یا دوتریم از ایزوتوپ های آب سبک و یا به قول متعارف آب معمولی است. آب معمولی نمی تواند بدان مقداری که لازم است جلو سرعت نوترون را بگیرد. گیر آوردن این آب بود که آلمانی ها را به سوی نروژ کشاند و همین نیز باعث لو رفتن آلمانی ها به وسیله ی انگلیسی ها شد. انگلیسی ها در یافتند که آلمانی ها از نروژ آب سنگین می برند. بنابراین فهمیدند که آلمانی ها در صدد تولید بمب اتمی هستند. لذا با عملیاتی متهورانه مرکز تولید آب سنگین را در نروژ ویران کردند.

تحقیق در مورد انرژی هسته ای و سلاحهای اتمی 20 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 20 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

بسم ا... الرحمن الرحیم

موضوع:

انرژی هسته ای و سلاحهای اتمی

نام ونام خانوادگی گرد آورنده:

سبحان جلالیه تربتی

تاریخ جمع آوری شده:

15/2/1387

انرژی هسته ای حق مسلم ماست

عنوان: صفحه

انرژی هسته ای 3-1

اورانیوم 10-3

بمب اتم 11-10

بمب هسته ای 15-12

بمب هیدروژنی 18-15

انرژی هسته ای

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 قرار می‌دهد، آشنا ‌شویم، شیفته آن 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 قرار 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 استفاده 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 است. بنابراین بار الکتریکی آن مثبت است. 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 می‌کنند. 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 آن 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 است 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 کننده بکار می‌رود را به بخار آب تبدیل می‌کند. بخار آب تولید شده ، همانند آنچه در تولید برق از زعال سنگ ، نفت یا گاز متداول است، 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 است.

سوخت راکتورهای هسته‌ای

ماده‌ای که به عنوان سوخت در راکتورهای هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد باید شکاف پذیر باشد یا به طریقی شکاف پذیر شود.235U شکاف پذیر است ولی اکثر هسته‌های اورانیوم در سوخت از انواع 238U است. این اورانیوم بر اثر واکنشهایی که به ترتیب با تولید پرتوهای گاما و بتا به 239Pu تبدیل می‌شود. پلوتونیوم هم مثل 235U شکافت پذیر است. به علت پلوتونیوم اضافی که در سطح جهان وجود دارد نخستین مخلوطهای مورد استفاده آنهایی هستند که مصرف در آنها منحصر به پلوتونیوم است.میزان اورانیومی که از صخره‌ها شسته می‌شود و از طریق رودخانه‌ها به دریا حمل می‌شود، به اندازه‌ای است که می‌تواند 25 برابر کل مصرف برق کنونی جهان را تأمین کند. با استفاده از این نوع موضوع ، راکتورهای زاینده‌ای که بر اساس استخراج اورانیوم از آب دریاها راه اندازی شوند قادر خواهند بود تمام انرژی مورد نیاز بشر را برای همیشه تأمین کنند، بی آنکه قیمت برق به علت هزینه سوخت خام آن حتی به اندازه یک درصد هم افزایش یابد.

تحقیق در مورد انرژی هسته ای

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 59 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

انرژی هسته‌ای چیست؟

انرژی آزاد شده از هستة اتم‌هایی است که با ناپایدار کردن و شکافتنشان توسط پرتوهای یون ساز ذره‌ای و غیره ذره‌ای، تولید می‌شود.

مقدمه

پزشکی هسته‌ای را تقریباً می‌توان به صورت کاربرد روش‌های نوکلید پرتوزا در تشخیص و درمان بیماری‌های انسان تعریف کرد. گرچه فقط در حدود چند سال است که پزشکی هسته‌ای به عنوان یک تخصص پزشکی شناخته شده است، ولی بیش از شصت سال قبل برای نخستین بار از رادیوم 226 جهت درمان تومورها و از یدپرتوزا اولین بار درست قبل از جنگ جهانی دوم برای تشخیص بیماری‌های تیروئید استفاده شد.

روشهای استفاده از نو کلیدهای پرتوزای بالینی را می‌توان به سه بخش بزرگ تقسیم کرد که بزرگترین آنها بخش روشهای تشخیصی است، مانند تصویر گیری از اعضای بدن که در آن یک نو کلید پرتوزا با ترکیب شیمیایی مناسب را به بیمار تجویز می‌کنند و توزیع ماد‌ة پرتوزا در بدن را به وسیله یک آشکار ساز تابش از خارج بدن تعیین می‌کند. این روش‌ها، علاوه بر به دست دادن تصویر ساده‌ای از یک عنصر یا تمام بدن، اطلاعاتی دربارة‌ عملکرد برخی از اعضا، مانند غدة تیروئید و یا کلیدها را نیز فراهم می‌کنند. در حال حاضر کاربرد صرفاً درمانی نو کلیدهای پرتوزایی که به بیماران تجویز می‌شود فقط قسمت کوچکی از کاربرد پزشکی هسته‌ای را تشکیل می‌دهد. در دومین بخش پزشکی هسته‌ای که هر روز بر اهمیت آن افزوده می‌شود، مادة نو کلید پرتوزا به بیمار تجویز نمی‌شود، بلکه از تکنیکهای آن برای اندازه گیری غلظت هورمونها، پادتنها، داروها، و سایر مواد مهم (از نظر بالینی) در نمونه‌های خون یا نمونه‌های بافت استفاده می‌شود. بخشهای اصلی پزشکی هسته‌ای در جدول 101 نشان داده شده‌اند.

جدول 1-1 تقسیمات اصلی پزشکی هسته‌ای

در موجود زنده

تشخیص

درمان

در آزمایشگاه

تحلیل بیوشیمیایی

تصویرگیری از عضو، مثال : روبش مغز برای تشخیص تومور. تصویرگیری از کل بدن، مثال : معاینه استخوان بندی برای آشکار سازی متاستازها.

ظرفیت جذب عضو، مثال : تعیین عملکرد تیروئید با نوکلید پرتوزا.

ظرفیت نگهداری تمام بدن، مثال : اندازه‌گیری جذب ویتامین 12- B خوراکی

مطالعات دینامیکی، مثال : بررسی عملکرد کلیه (کلیه نگاری).

فضاهای بدن، مثال : اندازه‌گیری حجم پلاسما به روش رقیق کردن با ایزوتوپ

مثال : درمان هیپرتروئیدی با استفاده از ید 131

مثال : سنجش هورمونها، آنزیمها، و سایر مواد به وسیله رادیوایمونو-اسی، تحلیل حالت اشباع، و دیگر روشهای مربوطه

تصویر گیری از اعضا به وسیله نو کلید پرتوزا تنها روشی نیست که در آن از تابش استفاده می‌شود. رادیولوژی قدیمترین روش و توموگرافی محوری کامپیوتری جدیدترین روش تصویرگیری با استفاده از تابش هستند. در هر دوی این روشها و روش فراصوتی، که در آن برای کسب اطلاعات تشریحی از امواج صوتی استفاه می‌شود، تابش از بدن عبور می‌کند. در حالی که، گرمانگاری امواج فروسرخ گسیل شده از بدن را آشکار می‌کند. از تمام این روشهای تحقیقاتی برای کسب اطلاعات تشریحی با درجة حساسیت و قدرت تفکیک متفاوت استفاده می‌شود. انواع مختلف اطلاعات به دست آمده در شکلهای 101 تا 601 نشان داده شده‌اند، هر تکنیکی کاربرد مخصوص به خود دارد و به طور کلی اطلاعاتی که این روشها به دست می‌دهند بیشتر مکمل همدیگرند تا در مقابل یکدیگر. در حالی که تصاویر به دست آمده از پرتوهای X یا فراصوت به قابلیتهای متفاوت اعضای بدن و بافتها در انتقال جذب یا پراکندگی تابش فرودی بستگی دارند، پزشکی هسته‌ای اصولاً بر پایه عملکرد اعضا استوار است، زیرا تصویر به دست آمده به قابلیت عضو یا بافت در متمرکز کردن نو کلید پرتوزاها در خود بستگی دارد. توزیع هر نوع مادة پرتوزایی که وارد بدن می‌شود به عوامل فیزیولوژیکی چون شارش خون، حجم شاره‌های درون وریدی و برون وریدی، فعالیت سوخت و سازی یا حضور یاخته‌های بیگانه خوار در بدن بستگی دارد. از این رو، توزیع یک مادة پرتوزا به طور قابل توجهی به خواص شیمیایی آن ماده بستگی دارد. مواد پرتوزایی را که در پزشکی هسته‌ای به کار می‌برند به طور کلی داروهای پرتوزا می‌نامند. در همة روش‌های پزشکی هسته‌ای دو جزء ضروری وجود دارد. یکی دستگاه آشکارساز تابش که حساسیت و قدرت تفکیک کافی داشته باشد، و دیگری داروی پرتوزا که بتواند به مقدار قابل قبول در عضو یا بافت مورد نظر جایگزیده شود. در نتیجه بر هر کس که به کار پزشکی هسته ای اشتغال دارد لازم است که دربارة فیزیک پایة پرتوزایی و دستگاه‌های آشکارساز تابش و همچنین شیمی داروهای پرتوزا و سازوکار جایگزینی آنها در بافت‌ها یا عضوهای بخصوص، اطلاعاتی داشته باشد.

مطالب بالا و مباحث عملیاتی مربوط مانند روش‌های آزمایشگاهی، تابش و سایر در بایست‌های ایمنی، در فصل‌های بعد بررسی می‌شوند.

قسمت اول: فیزیک پایه 2

تابش و ماده

تمام روش‌هایی که در فصل اول مورد بحث قرار گرفتند، با تابش در ارتباط بودند. در این مبحث تابش‌های گسیل شده از مواد پرتوزا را مورد توجه قرار می‌دهیم. این تابش‌ها بر دو نوع‌اند، تابش ذره‌ای و تابش الکترومغناطیسی. تابش نوع اول نقش مهمی در درمان با مواد پرتوزا دارد، و تابش نوع دوم اساساً برای تصویرگیری از عضوها بکار برده می‌شود.

تابش الکترومغناطیسی

ماهیت و مشخصة تمام تابش‌های الکترومغناطیسی یکسان است و تنها تفاوت آنها در مقدار انرژی است. به این تابش‌ها بر حسب گسترة انرژی یا نحوة تولیدشان نام‌های گوناگونی داده می‌شود. پرتوهای X و پرتوهای گاما می‌توانند انرژی یکسانی داشته باشند و فرق آنها فقط در نحوة تولیدشان است. پرتوهای x هنگامی تولید می‌شوند که انرژی الکترونها تغییر کند و معمولاً در اثر بمباران هدف با الکترونهای تند از هدف گسیل می‌شوند، در حالی که منشأ تابش گاما هستة اتم‌های پرتوزاست. سایر انواع شناخته شدة تابش الکترومغناطیسی عبارت‌اند از نور مرئی، امواج رادیویی، تابش فرو سرخ (که در گرمانگاری به کار می‌رود) و تابش فرابنفش. همان

تحقیق در مورد انرژی اتمی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 69 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

انرژی اتمی

تهیه و تنظیم :

محمد حسن عزیزی

بهار 1384

انرژی و جامعه

انرژی چیست؟

همه مردم از انرژی صحبت می کنند. شکلات میتواند انرژی مصرف شده را به ما بازگرداند. هر انسان زنده و متحرک منبعی از انرژی است. آموزگاران و مربیان همواره قصد دارند با صرف انرژی کار خود را انجام میدهند. دانمشندان سرگرم تحقیق درباره فیزیک انرژی زیادند. سیاستمداران و کارشناسان اقتصادی درباره انرژی خورشیدی، باد و یا هسته ای به بحث می پردازند؛ اما حتی برای متخصصان هم، تعریف دقیق انرژی مشکل است.

اگر انرژی را به صورت کار انبار شده یا توانایی انجام کار، تعریف کنیم، تا حد زیادی به حقیقت نزدیک شده ایم. بنابراین انرژی برای به حرکت درآوردن، شتاب دادن، بلند کردن، گرم کردن یا نورانی کردن یک شی لازم است. زندگی بدون مواد غذایی انرژی زا امکان پذیر نیست.

بدون ذخیره انرژی هیچ اتومبیلی به حرکت در نمی آید و بخاریها گرم نمی شوند؛ انرژی نه به وجود می آید و نه از بین می رود. به هر حال انرژی را میتوان از منابع طبیعی آن از قبیل زغال سنگ، گاز طبیعی یا اورانیوم به دست آورد و به شکلی از انرژی که مورد نیاز است (مثلا گرما و نور) تبدیل کرد. در محیط اطراف ما ذخایر انرژی به صورتهای مختلفی یافت می شود، مثلا آب دریاچه مصنوعی دارای انرژی ارتفاعی است، خوروی در حال حرکت انرژی حرکتی دارد، در کمان تیراندازی انرژی کششی نهفته است، در ابرهای باران زا انرژی الکتریکی یافت می شود. پرتوهای خورشیدی انرژی نورانی حمل می کنند، از مواد سوختی انرژی شیمیایی به دست می آید، و در اورانیوم انرژی اتمی که نظرات مختلفی درباره آن وجود دارد و این کتاب به آن اختصاص یافته، نهفته است.

واحد اندازه گیری انرژی چیست؟

طول و مسافت را با متر یا سانتی متر اندازه می گیرند و زمان را با ثانیه، دقیقه یا ساعت می سنجند. برای اندازه گیری مقدار انرژی نیز واحدهایی وجود دارد. معروفترین واحد اندازه گیری انرژی کیلووات ساعت (kWh) است. مثلا میزان مصرف برق هر وسیله برقی خانگی با واحد کیلو وات ساعت بیان می شود. سایر واحدهای مهم اندازه گیری انرژی ژول (J) ، وات ثانیه ( Ws) و واحد زغال سنگ (SKE) است. یک (TSKE) برابر با مقدار انرژی ای است، که می توان از یک تن ]1000 کیلوگرم[ زغال سنگ متوسط به دست آورد.

واحدهای اندازه گیری انرژی

1 ژول (J)

1 وات ثانیه ( Ws)= 1 ژول

1 کیلووات ساعت (kWh)= 000/360/3 وات ثانیه

1 تن واحد زغال سنگ (TSKE)= 8141 کیلووات ساعت (kWh)

واحد دیگر اندازه گیری انرژی که عده ای برای تنظیم وزن بدن خود از آن استفاده می کنند، کیلوکالری (kcal) است که البته دیگر اعتبار رسمی و علمی ندارد (ولی مدتی طول خواهد کشید تا کاربرد روزانه خود را از دست بدهد).

واژه بسیار مهم دیگری که باید با آن آشنا شویم، ظرفیت است. اصطلاح ظرفیت نیروگاه به معنای میزان تولید انرژی آن نیروگاه در واحد زمان (مثلا در ساعت) است. مشخصات ظرفیتی دستگاههای الکتریکی گویای این است که چه مقدار انرژی درهر ساعت مصرف می شود.

واحدهای اندازه گیری ظرفیت

1 وات (J)

1 کیلووات (kW)= 000/1 وات

1 مگاوات (MW) = 000/1000 وات= 1000 کیلووات

تحقیق در مورد انرژی هسته ای در صنعت

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .docx ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 5 صفحه

 قسمتی از متن .docx : 

به نام خدا

انرژی هسته ای چیست؟

استخراج اورانیوم از معدن

اورانیوم که ماده خام اصلی مورد نیاز برای تولید انرژی در برنامه های صلح آمیز یا نظامی هسته ای است، از طریق استخراج از معادن زیرزمینی یا سر باز بدست می آید. اگر چه این عنصر بطور طبیعی در سرتاسر جهان یافت می شود تنها حجم کوچکی از آن بصورت متراکم در معادن موجود است.

اورانیوم چیست؟

یکی از چگالترین فلزات رادیو اکتیو است که در طبیعت یافت می شود. این فلز در بسیاری از قسمتهای دنیا در صخره ها، خاک و حتی اعماق دریا و اقیانوس ها وجود دارد. اگر بخواهید از میزان موجودیت آن ایده ای بدست آورید باید بگوییم که میزان وجود و پراکندگی آن از طلا، نقر یا جیوه بسیار بیشتر است.

اورانیوم در طبیعت بصورت اکسید و یا نمک های مخلوط در مواد معدنی (مانند اورانیت یا کارونیت) یافت می شود. این نوع مواد اغلب از فوران آتشفشانها بوجود می آیند و نسبت وجود آنها در زمین چیزی معادل دو در میلیون نسبت به سایر سنگها و مواد کانی است. این فلز به رنگ سفید نقره ای است و کمی نرم تر از استیل بوده و تقریباً قابل انعطاف است. اورانیوم در سال 1789 توسط مارتین کلاپورت (Martin Klaproth) شیمی دان آلمانی از نوعی اورانیت بنام Pitchblende کشف شد. وجه تسمیه این فلز به کشف سیاره اورانوس بازمی گردد که هشت سال قبل از آن، ستاره شناسان آن را کشف کرده بودند. اورانیوم یکی از اصلی ترین منابع گرمایشی در مرکز زمین است و بیش از 40 سال است که بشر برای تولید انرژی از آن استفاده می کند. دانشمندان معتقد هستند که اورانیوم بیش از 6.6 بیلیون سال پیش در اثر انفجار یک ستاره بزرگ بوجود آمده و در منظومه شمسی پراکنده شده است. برای درک بهتر از توانایی اورانیوم در تولید انرژی لازم است نگاهی به ساختمان اتمی این فلز داشته باشیم.

اورانیوم را بهتر بشناسیم

اورانیوم را درواقع می توان سنگین ترین (به بیان دقیقتر چگالترین) عنصر در طبیعت نامید. شاید بد نباشد بدانید که در این میان هیدروژن سبک ترین عناصر طبیعت است. اورانیوم خالص حدود 18.7 بار از آب چگالتر است و همانند بسیاری از دیگر مواد رادیو اکتیو در طبیعت بصورت ایزوتوپ یافت می شود. بطور ساده ایزوتوپ حالت خاصی از حضور یک عنصر در طبیعت است که در هسته آن به تعداد مساوی - با عنصر اصلی - پروتون وجود دارد اما تعداد نوترون های آن متفاوت است. بنابراین طبق این تعریف ساده می توان دریافت که ایزوتوپ های یک عنصر عدد اتمی مشابه خود عنصر را خواهند داشت اما وزن اتمی متفاوتی دارند. اورانیوم شانزده ایزوتوپ دارد که هریک از آنها دارای وزن اتمی خاصی هستند. حدود 99.3 درصد از اورانیومی که در طبیعت یافت می شود ایزوتوپ 238 (U-238) است و حدود 0.7 درصد ایزوتوپ 235 (U-235)، که هر دو دارای تعداد پروتون یکسانی بوده و تنها تفاوتشان در سه نوترون اضافه ای است که در هسته U۲۳۸ وجود دارد. اعداد ۲۳۵ و ۲۳۸ بیانگر مجموع تعداد پروتونها و نوترونها در هسته هر کدام از این دو ایزوتوپ است. سایر ایزوتوپ ها بسیار نادر هستند. در این میان ایزوتوپ 235 برای بدست آوردن انرژی از نوع 238 آن بسیار مهمتر است چرا که U-235 (با فراوانی تنها 0.7 درصد) آمادگی آن را دارد که تحت شرایط خاص شکافته شده و مقادیر زیادی انرژی آزاد کند. به این ایزوتوپ Fissil Uranium، به معنای اروانیوم شکافتنی هم گفته می شود و برای این عملیات از اصطلاح شکافت هسته ای یا Nuclear Fission استفاده می شود. اورانیوم نیز همانند سایر مواد رادیواکتیو دچار پوسیدگی و زوال می شود. مواد رادیو اکتیو دارای این خاصیت هستند که از خود بطور دائم ذرات آلفا و بتا و یا اشعه گاما منتشر می کنند. U-238 با سرعت بسیار کمی فسیل می شود و نیمه عمر آن چیزی در حدود 4,500 میلون سال (تقریبآ معادل عمر زمین) است. این موضوع به این معنی است که با فسیل شدن اورانیوم با همین سرعت کم انرژی معادل 0.1 وات برای هر یک تن اورانیوم تولید می شود و این برای گرم نگاه داشتن هسته زمین کافی است.

 غنی سازی

هدف از غنی سازی تولید اورانیومی است که دارای درصد بالایی از ایزوتوپ ۲۳۵ U باشد. اورانیوم مورد استفاده در راکتورهای اتمی باید به حدی غنی شود که حاوی ۲ تا ۳ درصد اورانیوم ۲۳۵ باشد، در حالی که اورانیومی که در ساخت بمب اتمی بکار میرود حداقل باید حاوی ۹۰ درصد اورانیوم ۲۳۵ باشد. یکی از روشهای معمول غنی سازی استفاده از دستگاههای سانتریفوژ گاز است. سانتریفوژ از اتاقکی سیلندری شکل تشکیل شده که با سرعت بسیار زیاد حول محور خود می چرخد. هنگامی که گاز هگزا فلوئورید اورانیوم به داخل این سیلندر دمیده شود نیروی گریز از مرکز ناشی از چرخش آن باعث میشود که مولکولهای سبکتری که حاوی اورانیوم ۲۳۵ است در مرکز سیلندر متمرکز شوند و مولکولهای سنگینتری که حاوی اورانیوم ۲۳۸ هستند در پایین سیلندر انباشته شوند. ( شکل 3 ) اورانیوم ۲۳۵ غنی شده ای که از این طریق بدست می آید سپس به داخل سانتریفوژ دیگری دمیده میشود تا درجه خلوص آن باز هم بالاتر رود. این عمل بارها و بارها توسط سانتریفوژهای متعددی که بطور سری به یکدیگر متصل میشوند تکرار میشود تا جایی که اورانیوم ۲۳۵ با درصد خلوص مورد نیاز بدست آید.

آنچه که پس از جدا سازی اورانیوم ۲۳۵ باقی میماند به نام اورانیوم خالی یا فقیر شده شناخته میشود که اساساً از اورانیوم ۲۳۸ تشکیل یافته است. اورانیوم خالی فلز بسیار سنگینی است که اندکی خاصیت رادیو اکتیویته دارد و از آن برای ساخت گلوله های توپ ضد زره پوش و اجزای برخی جنگ افزار های دیگر از جمله منعکس کننده نوترونی در بمب اتمی استفاده می شود. یک شیوه دیگر غنی سازی روشی موسوم به دیفیوژن یا روش انتشاری است. دراین روش گاز هگزافلوئورید اورانیوم به داخل ستونهایی که جدار آنها از اجسام متخلخل تشکیل شده دمیده میشود. سوراخهای موجود در جسم متخلخل باید قدری از قطر مولکول هگزافلوئورید اورانیوم بزرگتر باشد. در نتیجه این کار مولکولهای سبکتر حاوی اورانیوم ۲۳۵ با سرعت بیشتری در این ستونها منتشر شده و تفکیک میشوند. این روش غنی سازی نیز باید مانند روش سانتریفوژ بارها و باره تکرار شود. سانتریفیوژ هایی که برای غنی سازی اورانیوم استفاده می شود حالت خاصی دارند که برای گاز تهیه شده اند که به آنها Hyper-Centrifuge گفته می شود. پیش از آنکه دانشمندان از این روش برای غنی سازی اورانیوم استفاده کنند از تکنولوژی خاصی بنام Gaseous Diffusion به معنی پخش و توزیع گازی استفاده می کردند.

راکتور هسته ای

راکتور هسته ای وسیله ایست که در آن فرایند شکافت هسته ای بصورت کنترل شده انجام می گیرد. انرژی حرارتی بدست آمده از این طریق را می توان برای بخار کردن آب و به گردش درآوردن توربین های بخار ژنراتورهای الکتریکی مورد استفاده قرار داد. اورانیوم غنی شده ، معمولا به صورت قرصهائی که سطح مقطعشان به اندازه یک سکه معمولی و ضخامتشان در حدود دو و نیم سانتیمتر است در راکتورها به مصرف میرسند. این قرصها روی هم قرار داده شده و میله هایی را تشکیل میدهند که به میله سوخت موسوم است. میله های سوخت سپس در بسته های چندتائی دسته بندی شده و تحت فشار و در محیطی عایقبندی شده نگهداری می شوند.

در بسیاری از نیروگاهها برای جلوگیری از گرم شدن بسته های سوخت در داخل راکتور، این بسته ها را داخل آب سرد فرو می برند. در نیروگاههای دیگر برای خنک نگه داشتن هسته راکتور ، یعنی جائی که فرایند شکافت هسته ای در آن رخ میدهد ، از فلز مایع (سدیم) یا گاز دی اکسید کربن استفاده می شود. برای تولید انرژی گرمائی از طریق فرایند شکافت هسته ای ، اورانیومی که در هسته راکتور قرار داده میشود باید از جرم بحرانی بیشتر (فوق بحرانی) باشد. یعنی اورانیوم مورد استفاده باید به حدی غنی شده باشد که امکان آغاز یک واکنش زنجیره ای مداوم وجود داشته باشد. برای تنظیم و کنترل فرایند شکافت هسته ای در یک راکتور از میله های کنترلی که معمولا از جنس کادمیوم است استفاده میشود. این میله ها با جذب نوترونهای آزاد در داخل راکتور از تسریع واکنشهای زنجیره ای جلوگیری میکند. زیرا با کاهش تعداد نوترونها ، تعداد واکنشهای زنجیره ای نیز کاهش می یابد. حدوداً ۴۰۰ نیروگاه هسته ای در سرتاسر جهان فعال هستند که تقریبا ۱۷ درصد کل برق مصرفی در جهان را تامین می کنند. از جمله کاربردهای دیگر راکتورهای هسته ای، تولید نیروی محرکه لازم برای جابجایی ناوها و زیردریایی های اتمی است.

کاربردهای انرژی هسته ای

انرژی هسته ای در پزشکی :  کاربرد انرژی هسته ای در پزشکی به دو بخش تقسیم می شود : تشخیص و درمان. پزشکی هسته ای یکی از شاخه های علم پزشکی است که در آن از مواد رادیواکتیو برای تشخیص و درمان بیماری ها استفاده می شود .به گزارش تارنمای سازمان انرژی اتمی ایران ، در زمینه تشخیص بیماری ها از رادیوداروهای (داروهایی متشکل از مواد رادیواکتیو ) مختلف درتصویر برداری جهت  تشخیص و بررسی  تومورهای سرطانی ، بررسی بیماری های کبد و کیسه صفرا ، بررسی عفونت و التهاب مفصلی استفاده می شود. هم چنین این مواد در تشخیص گرفتگی عروق خونی ، تشخیص نارسائی های قلب، کلیه و سایر ارگان های بدن کاربرد دارند. در آنالیز خون، پروتئین ها و سرم ها از پرتوهای رادیواکتیو استفاده می شود. هم چنین برخی از رادیوداروها تولید شده اند که برای تشخیص بیماری هایی مثل تیروئید به کار می روند. MRI نیز یکی از روش های تشخیصی در پزشکی هسته ای است . در حوزه درمان بیماری ها، رادیو داروهای مختلفی ساخته شده اند که برای از بین بردن کیست ها وتومورهای سرطانی استفاده می شوند. هم چنین در برخی از بیماری های مغزی می توان بدون نیاز به باز کردن جمجمه از اشعه برای جراحی استفاده کرد . در بیست سال اخیر جراحی پرتوی، اولین راه درمان پس از استفاده از شیمی درمانی ، پرتو درمانی و جراحی بوده است .

دانشمندان پزشکی هسته ای در حال بررسی روش های  تشخیصی جدیدی هستند تا بتوانند میزان عناصر اصلی و مهم موجود در بدن جنین را اندازه گیری کرده و با تغییر آنها پیش از تولد، از بروز ناهنجاری ها در نوزادان جلوگیری  کنند.

 انرژی هسته ای در بهداشت:  در سترون سازی وسایل یکبارمصرف پزشکی از پرتوهای رادیواکتیو استفاده می شود. هم چنین در صورتی که مواد اولیه داروها و مواد بهداشتی یا محصولات استریل پزشکی آلودگی داشته باشند، این آلودگی با کمک  مواد رادیو اکتیو قابل اندازه گیری است. با این روش آلودگی سبزیجات بسته بندی شده نیز قابل اندازه گیری است .

انرژی هسته ای در کشاورزی: از طریق روش های هسته ای اصلاح بذر، بذرگیاهانی مثل گندم ، برنج ، جو و پنبه به نحوی تغییر داده می شوند که در برابر بیماری های قارچی، سرما، خوابیدگی و مقاوم باشند. هم چنین با استفاده از این روش