رقابت نيروي هسته اي

مقدمه

انفجار حاصل از اولين بمب هسته اي در سايت آزمايشي نيو مکزيکو يک پيروزي براي دانشمندان آمريکايي بود.در حدود سه سال اين دانشمندان که با پروژه منهتن(Manhattan)  در گير بودند. بدون وقفه در جهت ساخت بمب هسته اي کار کرده بودند.و از روي نشانه هايي چون فلشهاي نوري خيره کننده، فوران شديد گرما و صداهايي طنين افکن و گوش خراش متوجه پيروزي خود شدند همچنين تصميم استفاده از بمب در شهر هاي ژاپن، همچون هيرو شيما و ناکازاکي، بسياري را شگفت زده نمود. جيمز فرانک،مسئول جايزه نوبل در کميته  فرانک گزارشي را آماده کرده بود مبني بر اينکه قدرت بمب  هسته اي بايد براي ژاپني ها آشکار شود قبل از استفاده آن در اهداف نظامي بيشتر دانشمندان تبادل اطلاعات اتمي به صورت آزاد و رايگان را به عنوان بهترين راه يافتند.

اين دوره را مي توان به عنوان نوعي تنش در نظر داشت که در آن شاهد جرقه خوردن((رقابت نيرو هاي هسته اي ))، عصري عنان گسيخته که در آن ملتهاي متعددي  تعداد بيشماري از تکنولوژي هسته اي را آزمايش کردند و هزاران کلاهک هسته اي را به خاطر مقابله با يکديگر، ذخيره نمودند. مانند رقابت هاي فضايي که هر کس تکنولوژِي بيشتري دارد،از قدرت بيشتري برخوردار است. اما اين بازي خيلي خطرناکتري است. استعداد يک جنگ هسته اي تمام عيار ميان ملتها، هميشه آشکار بوده است و سده بيستم با اعمال سياستهاي بين المللي آشفته و بي ثبات،به هم ريخته شد.

کنترل بين المللي اتمي

بعد از واقعه هيرو شيما و ناکازاکي،سازمان ملل،کميسيون انرژِي اتمي (AEC) را در جهت آرام کردن و يا به نوعي خلع سلاح کردن همه سلاح هاي اتمي و همچنين پايه گذاري کنترل بين المللي بر روي اطلاعات اتمي،تأسيس کرد. يک طرح ابتدايي از ايالات متحده که به صورت غيررسمي " Acheson-Lilienthal Report" ناميده مي شد،مبني بر اين بود که  يک امتياز، توسعه اتمي بين المللي که به صورت انحصاري بر روي سلاح ها و اطلاعات کنترل داشته باشد. تجديد نظر بعدي در مورد گزارش به نام" Baruch Plan "تقريباً يکسان بود بجز اينکه شامل مجازاتهاي سخت براي ملتهايي که قانون اين طرح را نقض کنند. اتحاد جماهير شوروي،طرح را به صورت کامل رد کرد با اين استدلال که ايلات متحده خيلي در توسعه سلاح ها جلو است و بايد صبر کند؛ آمريکايي ها نيز، به خاطر روسها، طرح را به نفع خود تغيير دادند و روسها نيز در عوض خلع سلاح کامل اتمي را پيشنهاد کردند و همه اميد ها در جهت توافق از بين رفت.

کمي بعد از بي نتيجه ماندن تلاشها در جهت کنترل هسته اي، ايالات متحده مجدداً به آزمايش بمب هاي هسته اي پرداخت. در ماه جولاي ارتش آمريکا،جمع زيادي از اعضاي مطبوعات، اعضاي کنگره و افسران نظام را  به منظور نشان دادن تأثيري که بمب هاي هسته اي بر روي گرو ههاي عظيم کشتي هاي ناوگان جنگي داشته است، دعوت کرد. اين آزمايش تحت نام"Operation Crossroads"به صورت فعاليت هاي هوايي و زير دريايي در جزيره  مرجاني در جزاير مارشال واقع در اقيانوس آرام بود. اولين آزمايش در اول جولاي، تحت نام "Shot ABLE" به خوبي اجرا شد؛ اما ناکامي در نشانه گيري يک هدف کمي از عظمت آن کاست. دومين آزمايش در 25 جولاي انجام گرفت که" Shot BAKER" نام داشت و تاثير آن بيش از حدي بود که از آن انتظار ميرفت. اين انفجار 74 کشتي خالي را از بين برد و هزاران تن آب به هوا رفت و بدتر از آن، انواع خطرناکي از اشعه ها که در آن منطقه منتشر شد که باعث لغو شدن آزمايش سوم گرديد.

روسها نيز در اين حين به پروژه بمبي ايلات متحده در دراز مدت پي برده بودند. در آگوست 1949،روسيه بمب اتمي خود را که آمريکاييان آنرا "Joe 1" ناميدند،در حضور رهبر روسها در قزاقستان منفجر کرد.

دهه 1950 و بمب هيدروژني

روسيه با آزمايش موفقيت آميز خود باعث ادامه يافتن اين رقابت ها شد. کمي بيشتر از يک ماه پس از آزمايش "Joe 1" ايالات متحده شروع به توسعه توليدات خود در زمينه اورانيم و پلوتونيم نمود. با شروع سال 1950رئيس جمهور آمريکا اعلام کرد که ايالات متحده تحقيقات و توسعه را بر روي همه انواع سلاح هاي اتمي ادامه خواهد داد. موضوع همه انواع از اهميت خاصي برخوردار بود. در ابتدا دانشمندان پروژه منهتن را بررسي کردند و متوجه دو طرح ممکن براي بمب اتمي شدند. سرانجام آنها به ساخت نوعي بمب هسته اي نزديک شدند که در آن نوترون ها به سمت هسته هاي اتم اورانيم يا پلوتونيم شليک مي شوند و يک واکنش زنجيره اي فشرده را به نمايش مي گذارند. اين نوع بمب در هيروشيما، ناکازاکي و جزيره مرجاني بيکيني،مورد استفاده قرار گرفت. فيزيکداني به نام "ادوارد تلر"(Edward Teller) پيشنهاد يک بمب هسته اي حرارتي يا بمب هيدروژني را داد. يک بمب هيروژني به وسيله ترکيب دوتريم و تريتيم،دو ايزوتوپ سبک هيدروژن،عمل مي کند. انفجار حاصل از نظر تئوري به مراتب بيشتر از نمونه هسته اي و تقريباً بدون مرز و محدوده بود. زمان به اتمام کار بمب هيدروژني اجازه نداد. اما "تلر" مصرانه اين شيوه را به منظور يافتن راهي براي جلو افتادن از روسيه، دنبال کرد. در اول نوامبر سال 1952 ايالات متحده اولين بمب هيدروژني جهان را با نام مستعار "Mike"  ،در جزاير مرجاني"Enewetak Atoll" از جزاير مارشال منفجر کرد. انفجار حاصل از اين بمب، تقريباً برابري ميکرد با ده ميليون تن تي ان تي و يا 700 برابر عظيم تر از بمب هسته اي بود که بر روي هيروشيما انداخته شد. ابر حاصل از اين انفجار 25مايل ارتفاع و 100 مايل پهنا داشت و جزيره اي که بر روي آن اين انفجار صورت گرفت،کاملاً از بين رفت و چيزي از آن باقي نماند  بجز يک حفره بزرگ.

در اواخر سال 1955 اتحاد جماهير شوروي طرح بمب هسته اي خود را آزمايش نمود.

يکي ديگر از وقايع مربوط به دهه 1950 توسعه اي ديگر از اتحاد جماهير شوروي بود تحت عنوان پرتاب ماهواره"Sputnik 1" 

در اکتبر 1957.اين ماهواره، اولين شيئي بود که توسط موشک قاره پيما به فضا فرستاده شد. و اين دستيابي ترس و وحشت زيادي را براي ايالات متحده به ارمغان آورد. اگر روسيه توانست ماهواره به فضا بفرستد پس مي توانست چنين اقدامي را براي کلاهک هسته اي نيز انجام دهد.

 

بحران موشک کوبايي

نيمه اول دهه 1960را مي توان به عنوان زماني که بزرگترين رقابت نيرو هاي هسته اي در آن صورت گرفت، ذکر نمود. بين سالهاي 1960 و1964 هر دو کشور فرانسه و چين، با آزمايش طرح هاي خود به گروه سلاح هاي هسته اي پيوستند. اتحاد جماهير شوروي نيز قويترين بمبي را که تا آن زمان منفجر شده بود را آزمايش کرد.

اطلاعات روز افزون در مورد اين گونه تنشها و بحرانها در ميان کشور ها،مخصوصاً روسيه و ايالات متحده،تنها بازار جنگ و تبليغات را گرم مي نمود. يکي از اولين خوف و يا هراس اصلي از اين رقابت، در آپريل 1961 در کوبا با شکست در تهاجم در خليج پيگس شروع شد. رئيس جمهور جديد با طرحي مبني بر برانداختن دولت کوبا و جايگزيني آن با يک سياست دوستانه و بدون شرايط کمونيستي، موافقت کرده بود. گروهي از تبعيديان کوبايي را به منظور هجوم به اين کشور ترغيب نمود. اما اين يورش هنگامي که هواپيماهاي بمب افکن، اهداف خود را گم کردند و متجاوزان کشته و يا اسير شدند، سريعاً خاتمه يافت. درچهاردهم اکتبر سال بعد يک هواپيماي بمب افکن يوتو که در حال پرواز بر روي کوبا بود سايت در حال ساخت موشک هسته اي شوروي را رويت کرد و آن به عنوان آغاز بحران موشکي کوبا شناخته شد. اين موشکها به سمت ايالات متحده نشانه گرفته شده بود و يک کلاهک هسته اي مي توانست به آساني و در مدت کوتاهي آمريکا را مورد هدف قرار دهد. از 16 تا 29 اکتبر، جهان شاهد مذاکره هاي خشمانه اي مبني بر نقل مکان و يا برداشتن اين موشک ها بود. در اين زمان هر دو کشور تشخيص دادند که اگر کشوري حمله هسته اي در پيش مي گرفت، موقعيت هاي مناسبي براي کشور مقابل فراهم مي شد که با نوعي ضد حمله به آن پاسخ گويد که تنها نابودي دو ملت را در پيش داشت. اين موضوع به عنوان ((تخريب اطمينان طرفين))،”MAD” شناخته شد.

در جولاي 1968 عهد نامه اي مبني بر عدم تکثير سلاح هاي اتمي در واشنگتن، مسکو و لندن به امضا رسيد که هدف آن ممانعت کشورهاي فاقد سلاح هاي اتمي به دستيابي به اين گونه سلاح ها بود. اولين مذاکرات محدوديت هاي نظامي سوق الجيشي  ميان آمريکا و روسيه در 1969 شروع شد. و جهان کماکان به سمت نوعي آرامش هسته اي،سکوت بحرانها و همچنين تلاش براي شناخت و آگاهي هر چه بيشتر جلو مي رفت.    

تشنج زدايي هسته اي

نشستهاي مربوط به مذاکرات و محدوديت هاي سوق الجيشي(SALT1) در اوايل دهه 70 ميلادي ادامه يافت و تا قبل از مي 1972 دو طرف يک سري عهد نامه هايي را شامل عهد نامه موشک ضد بالستيک(ABM) امضا کردند. محدوديتهاي موشک ضد بالستيک يک بند مهم در اين عهد نامه به شمار مي رفت. اگرچه آنها نوعي سيستم هاي دفاعي بودند،اما در اختيار داشتن تعداد زيادي از اين موشکها در واقع ترغيب کننده تجاوز يا يورش بود.

يکي از پيشرفت هاي آمريکا در تکنولوژي سلاح هاي اتمي در طول اين دوره MIRVS بود؛ موشکهاي انفرادي که مي توانستند چندين شهر را با کلاهک هاي هسته اي گوناگون هدف بگيرند.MIRVS مي توانست به آساني به محدوده سيستم دفاعي که تنها شامل دو سايت موشک ضد بالستيک بود ،فائق آيد. عهد نامه ABM هرگز اين ابتکار را مورد خطاب قرار نداد و در طي دهه 70 آمريکا و ايالات متحده بيش از دوازده هزار  سلاح هسته اي را به انبارهاي خود افزودند. در اواخر دهه 70 ميلادي تنش هاي ميان آمريکا و روسيه يک بار ديگر بالا گرفت. سري دوم مذاکرات در سال 1979 با امضاي موافقت نامه SALT 2 که MIRVS را به رسميت مي شناخت و همچنين محدوديت هايي را که شامل حد اکثر سلاح اتمي که يک کشور مي تواند داشته باشد و  يا محدوده اي که تکنولوژي يک کشور بتواند به آن سمت حرکت کند را مشخص مي نمود.

پايان يافتن اين دهه نيز همچنان با يک خوف و يک وحشت همراه  بود اما با گذشت زمان ثبات نسبي برقرار شد.

منبع:WWW.howstuffworks.com

راکتور هاي هسته اي قدرت

مقدمه:

راکتور هاي هسته اي قدرت نقش توليد انرژي را به عهده دارند.امروزه، گرماي توليد شده در راکتور هاي هسته اي قدرت،بيشتر براي توليد انرژي الکتريکي مورد استفاده قرار مي گيرد.استفاده هاي ديگر ميتواند شامل توليد گرماي مورد نياز براي فرآيند هاي صنعتي،نمک زدايي(شيرين سازي) آب دريا، تأمين حرارت منطقه اي در شهر هاي بزرگ و کوچک، حرکت کشتي ها و مخصوصاً در زير دريايي ها باشد.

انگيزه اقتصادي ساخت راکتور هاي هسته اي، به دليل چگالي انرژي خيلي زياد در سوخت اورانيم آنهاست که به طور نسبي سبب  قيمت پايين تر واحد انرژي توليد شده مي شود. يک کيلو گرم اورانيم (با 3 درصد از اورانيم _235)   KJ109×5/2 کيلو ژول انرژي توليد ميکند.در مقابل،يک تن سوخت فسيلي،     KJ107×4   کيلو ژول انرژي توليد مي کند. انرژي هسته اي در سال 1996،حدود 7 درصد کل مصرف انرژي و برابر 17 درصد مصرف انرژِي الکتريکي جهان بوده است.اين مقدار در آخر سال 2004برابر با 5/16 درصد انرژِي الکتريکي مصرفي جهاني است. 

 

انواع راکتور هاي قدرت:

1) راکتور هاي آب سبک تحت فشار (PWR)

2) راکتور هاي آب سبک جوشان        (BWR)

3) راکتور هاي خنک شونده با گاز(GCR)

4) راکتور هاي خنک شونده با آب سبک وکند کننده گرافيکي           

(LWGR and RBMK)

5) راکتور هاي آب سنگين تحت فشار (CANDU)

6) راکتور هاي زاينده سريع با فلز مايع(LMFBR/FBR)

7)راکتور هاي خنک شونده با مواد آلي

 انواع راکتور هاي هسته اي نيرو که به طور عمده در سطح جهان بکار گرفته شده اند.

1) راکتور هاي آب سبک تحت فشار (PWR)

اين راکتور با اورانيم فلزي کار ميکند؛قلب راکتور مجموعه هاي سوخت چهار وجهي را که کنار هم چيده شده اند در بر مي گيرد.مجموعه هاي سوخت از تعداد زيادي ميله هاي سوخت با ضخامت حدود يک سانتيمتر تشکيل يافته اند.هر ميله سوخت شامل قرص هاي دي اکسيد اورانيم با اورانيم _235غني شده،حدود 4_3 درصد مي باشد.آلياژي از زير کونيم غلاف اين ميله ها را تشکيل مي دهد.حرارت توليد شده در اين ميله هاي سوخت،توسط يک ماده خنک کننده در مدار اوليه به مدار ثانويه انتقال داده مي شود که حرارت اين سيکل اخير مولد هاي بخار را فعال نموده و بلاخره  توربين ها را به حرکت در مي آورند. حرارت هاي اضافي توسط برج هاي خنک کننده به هوا، رودخانه و دريا وارد مي شوند.

2) راکتور هاي آب سبک جوشان  (BWR)

طراحي اين نوع راکتور (BWR) شباهت زيادي به PWR  دارد بجز اينکه فقط داراي يک مدار آب خنک کننده با فشار کم (حدود 75 اتمسفر ) مي باشد.در اين شرايط حرارت آب به حدود 285 درجه سانتيگراد رسيده و اين آب در قلب راکتور جوشان خواهد شد.طراحي اين راکتور طوري است که 15_12 درصد آب در بالاي قلب به صورت بخار وجود دارد،لذا در اين وضعيت خاص کند کنندگي و راندمان نوترون هاي م?ثر  کمتر خواهد بود.

بخار حاصل از گرماي راکتور از صفحاتي عبور کرده و به بالاي قلب راکتور مي رسد که از آنجا مستقيماً به توربين ها هدايت مي شود که اين خود بخشي از مدار راکتور محسوب مي گردد.

مجتمع سوخت راکتور هاي BWR هر يک شامل 100_90 ميله سوخت هستند.تعداد مجتمع هاي سوخت اين راکتور ها به 750 مي رسد که اورانيم موجود در آنها حدود 140 تن مي باشد. سيستم کنترل ثانويه، محدود کردن عبور آب و بخار به قسمت هاي بالايي قلب راکتور را به عهده دارد که اين سبب کاهش قدرت کند کنندگي آب در راکتور مي گردد.

3) راکتور هاي خنک شونده با گاز(GCR)

راکتور هاي خنک شونده با گاز اصولاً در کشور انگلستان ساخته  شده و توسعه يافته است.در راکتور هاي GCR گرافيت به عنوان کند کننده و دي اکسيد کربن به عنوان خنک کننده در مدار اول نقش انتقال حرارت را بعهده دارد.اين حرارت به مدار بعدي که آب است منتقل و بخار حاصل توربين را به حرکت در مي آورد.

راکتور هاي AGCR  نسل دوم  راکتور هاي خنک شونده با گاز هستند. در اين دسته از راکتور ها هم گرافيت به عنوان کند کننده و دي اکسيد کربن به عنوان ماده خنک کننده مورد استفاده قرار گرفته است. سوخت اين راکتور ها، قرص هاي اکسيد اورانيم که تا 5/3_5/2 درصد غني شده و در غلاف هاي استيل زنگ نزن قرار داده شده اند.

4) راکتور هاي خنک شونده با آب سبک و کندکننده گرافيکي

اين يک نوع طراحي روسي است که از راکتور هاي توليد پلوتونيم اقتباس و توسعه يافته است.اين راکتور يک محفظه تحت فشار(قلب) عمودي دارد که در آن لوله هايي از بين کند کننده هاي گرافيتي عبور کرده است. لذا حرارت هاي توليد شده به آب خنک کننده منتقل گشته و در قلب راکتور تا 290 درجه سانتيگراد جوشان مي شود. اين وضعيت تا اندازه زيادي شبيه به راکتور هاي BWR است. سوخت اين راکتور، از اکسيد اورانيم  کم غني شده مي باشد و در مجموعه هاي سوخت بطول 5/3 متر قرار قرار مي گيرد. کند کنندگي حاصل از گرافيت جاگذاري شده در راکتور و جوشش اضافي به سادگي سبب کاهش خنک کنندگي و جذب نوترون مي شود،بدون اينکه از واکنش شکافت جلوگيري نموده باشد و لذا يک باز خور مثبت ميتواند پديدار شود.

5) راکتور هاي آب سنگين تحت فشار (CANDU)

راکتور هاي فوق از نوع آب سنگين تحت فشار است که با سوخت اورانيم طبيعي کار مي کند.نام ديگر اين راکتور ها به  CANDU موسوم است.

در راکتور هاي "کندو" از اورانيم طبيعي به عنوان سوخت و از آب سنگين به منظور کند کننده و خنک کننده راکتور (کند کننده و خنک کننده هر يک داراي سيستم جدا از هم مي با شد)استفاده مي شود. از آنجاييکه اين راکتور نيز توانايي جا دادن صدها مجتمع سوخت در لوله ها يا کانال هاي تحت فشار خود را در قلب راکتور دارد،لذا عمل سوخت گذاري راکتور در حال کار با تمام ظرفيت قابل اجرا است.

6) راکتور هاي زاينده سريع با فلز مايع(LMFBR/FBR)

در راکتور هاي PWR وBWR  و ديگر انواع راکتور ها بخش عمده اي از واکنش شکافت بر روي ايزوتوپ اورانيم _235 اتفاق مي افتد.

در راکتور هاي زاينده سريع دو فرايند توليد انرژي و ساخته شدن هسته هاي جديد پلوتونيم با هم اتفاق مي افتند.قلب اين راکتور از دو قسمت تشکيل مي شود.ميله هاي سوخت که مخلوطي است، از دي اکسيد پلو تونيم  و دي اکسيد اورانيم که در قسمت داخلي قراردارند .

در اينجا واکنشهاي شکافت غالب هستند درحالي که در قسمت بيروني فرايند غالب عبارت است از اورانيم_238 پلوتونيم_239 . اين قسمت بيروني حاوي اورانيم شده است (اورانيومي که کسر غني شده آن حتي از 7/0 درصد يعني مقدار طبيعي آنهم کمتر است) . در چنين راکتوري در واحد زمان ،پلوتونيم شکافت، پذير بيشتري حاصل ميشود، تا مقداري که تحت واکنش شکافت قرار گرفته ميشود (از اين رو اسم "زاينده " بر آن اطلاق شده است). از طرف ديگر نوترون ها کند نميشوند ، چرا که براي انجام فرآيندهاي مورد بحث در بالا وجود نوترون هاي سريع الزامي هستند .

7)راکتور هاي خنک شونده با مواد آلي

در راکتورهاي خنک شونده با مواد آلي از يک سري مواد آلي مايع مخصوصاً از مخلوط هايي از دي فينل و دي فينل اکسيد به عنوان يک عامل انتقال حرارت مناسب استفاده شده است . 

دلايل مهمي که اين نوع راکتورها عمومي نشده اند عبارتند از :

?  عدم آشنايي کامل از خاصيت انتقال حرارت اين دسته مواد

?  خواص انتقال حرارت ضعيف تر اين مواد در مقايسه با آب

?  حساسيت مواد آلي مخصوصاً نسبت به تابش

 

نويسنده:مژده اصولي

انفجار هسته ای

تعریف انفجار

انفجار اعم از عادی یا هسته ای عبارتست از رهایی مقدار زیادی انرژی در مدت زمانی بسیار کوتاه و در فضای محدود .

ساختار انفجاری هسته ای

در انفجار هسته ای حرارت و فشار حاصل از اندازه ای است که جرم بمب و همه مواد موجود در فضای مزبور را در آن واحد زمان بصورت توده ای از گاز داغ ، ملتهب و فشرده در آورده و تشکیل گوی آتشین که در حدود چند میلیون درجه حرارت است می دهد این گوی آتشین بلافاصله انبساط کرده و به لایه های بالای جو صعود می کند.انبساط سریع گوی آتشین فشار اطراف خود را بالا برده و موج انفجاری بسیار شدیدی و یا موج ضربه فوق العاده ای در زمین یا آب یا در زیر زمین ایجاد می کند که اثر تخریبی انفجار مربوط به آنها ست .

مشخصات انفجاری هسته ای

- در نزدیکی انفجار سرعت موج از یک کیلومتر درثانیه یعنی هزارها کیلومتر در ساعت بیشتر است .

- قسمت عمده ای از انرژی انفجار بصورت حرارت و نور آزاد می شود که در منطقه وسیعی ایجاد آتش سوزی نموده و حتی در فاصله های دورتر سبب سوختگی در پوست بدن موجودات زنده ای که در معرض آنها قرارگرفته باشند می گردد .

- مقدار زیاری اشعه نامریی هسته ای به نام تشعشع هسته ای اولیه بوجود می آید که قدرت نفوذی فوق العاده ای داشته و بر حسب شدت تشعشع آنها آثار بیولوژیکی تشعشعات هسته ای وخیم یا کشنده در موجودات زنده بوجود می آورند .

- مواد حاصل از انفجار های هسته ای به شدت رادیو اکتیو بوده ومنطقه وسیعی را بطوری الوده می سازد که بر حسب نزدیکی یا دوری از مرکز انفجار تامدتی غیر قابل سکونت خواهند بود مانند هیروشیمای ژاپن .

- در انفجارهای معمولی درجه حرارت در مرکز انفجار به حدود 5000 درجه سانتیگراد درمورد انفجارهای هسته ای به ده ها میلیون درجه می رسد .

حوزه انفجارهسته ای

قطر کره آتشین از بمب هسته ای یک مگاتنی در یک هزارم ثانیه به حدود 150متر رسیده ودر 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 محسوم 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 .

- 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 .

تخریب بعد از انفجار هسته ای

- چنانچه انفجار در سطح زمین یا نزدیکی آن اتفاق بیافتد مقدار زیادی خاک و شن و مواد مختلف بخار شده و همراه با گوی آتشین بالا می روند یک صدم انرژی سلاح مگاتنی در تر کش سطحی کافی است که 4000 تن خاک و شن و سنگ را بخار نماید این مواد که بدین ترتیب به داخل گوی آتشین کشیده شده با مواد رادیو اکتیو مخلوط می شوند و ابر اتمی قارچ شکل انفجارات اتمی را شکل می دهند ذرات این باد بتدریج به زمین بازگشته و یا در اثر برف و باران به زمین ریخته خواهد شد این عمل ریزش اتمی نامیده شده و منبع تشعشعات باقیه خواهند بود .

- در انفجارهای زیر آبی مقدار زیادی آب بخار خواهد شد یک صدم انرژی سلاح یک مگاتنی کافیست که 20000 تن آب را بخار کند .

- انفجار زیر زمینی اتمی ایجاد تکانهایی مانند زمین لرزه می نماید در اثر این لرزش و جابه جاشدن قسمتی از سطح زمین خرابی بوجود می آید اما انرژی یک زلزله قوی با انرژی یک میلیون بمب اتمی برابر است!

تقسیم بندی انرژی انفجار سلاح اتمی

مجموع انرژی حاصله که به نام قدرت بمب نامیده می شود به سه اثر اولیه تقسیم می شود . گرچه تقسیم بندی انرژی تا اندازه ای به نوع سلاح و سوختنش وشرایط انفجار بستگی دارد ولی بطور کلی بصورت زیر تقسیم بندی می شود .

- 50% انرژی به توسط موج انفجاری یا موج ضربه حمل می شود .

- 35% انرژی را تشعشع حرارتی و امواج نورانی در خود دارند .

- 15% انرژی را تشعشع هسته ای ( 5% تشعشع ابتدایی 10% تشعشع باقیه ) دارد.

 

منبع:academist.ir

پزشكي هسته اى

مقدمه

پزشکي هسته‌اي ، شاخه‌اي از پزشکي است که در آن تشعشع و خواص هسته‌اي نوکلوئيدهاي راديواکتيو و نوکليدهاي پايدار هم براي تشخيص و هم براي درمان امراض بکار مي‌روند. اين امر مي‌تواند يا با پرتو دهي مستقيم مريض با يک چشمه تشعشع خارجي يا با تزريق داروهاي نشاندار با راديواکتيويته به مريض تحقق يابد. زمينه پزشکي هسته‌اي و راديو دارو در 20 سال گذشته رشد فوق العاده‌اي داشته است. پيشرفتهايي در توانايي پيش بيني‌ها ، تکنولوژي آشکارسازي و توسعه راديو داروهاي متناسب ، همه در اين توسعه سهيم بوده‌اند. داروهاي نشاندار راديواکتيو که به مريض تزريق يا خورانده مي‌شوند، به نام راديو داروها هستند.

تاريخچه

در مدت كوتاهى پس از كشف راديم در 1277هخ(1898 م) توسط مارى كورى و جدا سازى آن به مقادير 1_1/0 گرم از پچبلند،بلافاصله در يافتندكه اين ميتواند عنصر مفيدى به عنوان منبع پرتو دهنده باشدكه متعاقبا به اولين كاربرد راديو نوكلوييد ها در پزشكى منجر گرديد.

معرفي

از با اهميت ترين كاربرد هاى راديو نوكلوييد ها در علوم طبيعى است و بزرگترين مصارف فردى راديو نوكلوييد ها در پزشكى هسته اى است.

امروزه پزشكى هسته اى يك بخش مهم و وابسته به علوم پزشكى شده است. توليد راديو دارو ها  و تركيبات آنها براى كاربرد در پزشكى هسته اى، يك بخش مهم فعاليت هاى هسته اى و راديو شيمى را تشكيل مي دهد. توسعه ژنراتور هاى دارويى امكان استفاده از راديو نوكلوييد هاى با نيمه عمر كوتاه را در هر زمان در پزشكى ممكن ساخته است.

برخى از كاربرد هاى عمومى راديو نوكلوييد ها در علوم طبيعى شناخته شده عبارتند از:

_ اكولوژى (جذب عناصر كم مقدار وراذيو نوكلوييد از محيط زيست اطراف توسط گياهان،حيوانات يا انسان)

_آناليز(تعيين عناصر كم مقدار يا تركيبات آنها در گياه،حيوان و انسان)

_فيزيولوژى و متابوليسم(واكنش ها و فرايند هاى بيو شيميايى عناصر و تركيبات آنها در گياهان،حيوانات و انسان )

_تشخيص(شناسايى و تعيين موقعيت امراض)

_معالجه(درمان امراض)

لازم به ذكر است كه در بسيارى از كاربردهاى پزشكى به عنوان پرتوهاى يونيزه كننده بنا بر برخى از اولويت ها و امكانات از پرتوهاى ناشى از راديو ايزوتوپ ها و دستگاههاى توليد پرتوهاى يونيزه كننده مثل اشعه ايكس و يا باريكه ذرات باردار حاصل از شتاب دهنده ها استفاده مي شود. بنابراين در پزشكى هسته اى بر حسب مقتضيات تخصصى و امكانات قابل دسترس به نحوى از پرتوها يا باريكه هاى يونيزه كننده به روش هاى بسيار متعدد و گسترده اى بنا بر منظور هاى مورد نظر استفاده مي شود.

در پزشكى هسته اى، استفاده از پرتو اطلاعاتى را در مورد عملكرد اعضا خاص يك فرد يا بيمار در اختيار قرار مي دهد، كه اكثرا به معالجه بيمار منجر مي گردد. در اكثر موارد اين اطلاعات سبب مي شود كه پزشك قادر باشد به سرعت، تشخيص دقيق بيمارى را بدهد. تيروئيد، استخوان ها، قلب، كبد و خيلي اعضا ديگر به سادگى به كمك راديو ايزوتوپ ها تصوير بردارى شده واختلال عملكرد آنها آشكار مي گردد. در برخى موارد عضو مريض بيمار يا تومر را مى توان با پرتو درمانى معالجه نمود . در كشورهاى پيشرفته كه 26 درصد  از جمعيت جهان را در خود جاى مى دهند تعدد تستهاى پزشكى هسته اى 9/1 درصد در سال وتعدد درمان با راديو ايزوتوپها حدود يك دهم رقم آمار فوق است. بنا بر اين پزشكى هسته اى يك تخصص پزشكى است كه با روشهاى ايمن، بدون درد و كم هزينه هم براى تشخيص ( تصويربردارى ) وهم معالجه بيمارى، كاربردهاى زيادى دارد . در پزشكى هسته اى تصوير بردارى يك روش منحصر به فرد است كه ساختمان و عملكرد اعضاى بدن را به طور واقعى و حقيقى نشان مى دهد . اين تكنيك، در مقابل راديو لوژى تشخيصى قرار دارد كه مبتنى بر آناتومى بدن است . اين راهى است براى‌ جمع آورى اطلاعات دقيقتر پزشكى كه در غير اين صورت و عدم دسترسى به آن، عمل جراحى يا تستهاى تشخيصى گرانترى بر بيمار تحميل مى گردد .

پزشكي هسته اى امروزه يك امر غير قابل اجتناب، در رابطه با بيماران و مراقبت از آنان، در تشخيص، مديريت، درمان و جلوگيري از يك سرى امراض مورد استفاده قرار مي گيرد. روش هاى تصوير بردارى پزشكى هسته اى اكثرا نا هنجارى هايى را در مراحل اوليه انتشار مرض و يا آغاز بيمارى شناسايى مي كند كه در واقع اين نوع بيمارى ها توسط روش هاى تصوير بردارى هسته اى زودتر از ظاهر شدن عوارض كلينيكى قابل تشخيص مي شوند، اين تشخيص زود هنگام، اجازه مي دهد تا بيمارى خيلى زود در زمانى كه موفقيت درمان بيشتر است مورد معالجه قرار گيرد. در پزشكى هسته اى مقادير كمى از تركيبات نشاندار و راديو دارو ها براى تشخيص يا درمان بيمارى مورد استفاده قرار مى گيرند . راديو داروها تركيبات نشان دارى هستند كه جذب اعضا استخوان ها يا بافت هاى خاصى مى شوند . راديو دارو هايى كه در پزشكى هسته اى مورد استفاده قرار مى گيرند ، پرتوهاى گاما از خود ساطع مى كنند كه در خارج از بدن با انواع آشكار سازهاى ويژه مي توان آنها را تميز داد. اين آشكار سازهاى متصل به PET  و يا آشكار ساز كامپيوتر، تصاويرى را مي دهند كه مي توانند نتايج و اطلاعاتى را در باره بخشى از بدن که تصوير بردارى شده در اختيار بگذارند. مقدار پرتو نگارى از كاربرد  پزشكى هسته اى همان حدودى است كه طى يك تشخيص با پرتو نكارى اشعه ايكس دريافت مي شود .

امروزه پزشكى هسته اى روشهايى‌را ارائه مى كند كه طيف تخصص هاى پزشكى‌، از كودكان تا بيماريهاى قلبى‌ و معالجه امراض روانى‌را در بر مى گيرد . تقريبا صد نوع مختلف از روشهاى تصوير بردارى‌در پزشكى‌هسته اى‌وجود دارد و هيچ عضو اصلى بدن نيست كه قابليت تصوير بردارى از آن از طريق پزشكى هسته اى‌از آن ميسر نباشد .

برخي از اصطلاحات معمول در پزشكى هسته اى‌

 همان طور كه ذكر شد تكنيك هاى تصوير بردارى در پزشكى هسته اى‌عبارتند از تكنيك هايى‌كه در تشخيص ، مديريت ، درمان و جلوگيرى‌از امراض مورد استفاده قرار مى گيرند . پزشكى هسته اى يك روش منحصر به فرد است كه اغلب ، اطلاعات تشخيصى‌را قبل از اينكه عوارض بيمارى ظاهر شود قابل درك و تشخيص مى سازد.

 PLANER  يك ديد دو بعدى‌از فرايند يا عملكرد عضوى را ارائه مىدهد كه از آن تصوير بردارى شده است.

SPECT تصاوير سه بعدى ساخته شده كامپيو ترى‌از ابعاد مختلف وعملكرد عضو تصوير بردارى شده را ارائه مى دهد.

 PET  تصاوير سه بعدى ساخته شده كامپيوترى را ارائه مى دهد كه در اندازه و  ميزان عملكرد يا  فزيو لوژى يك عنصر، تمور يا متابوليك محل هاى مورد نظر در بدن مشخص شده است.

تومو گرافى ، كه از كلمات يونانى گرفته شده است عبارت است يك روش جداسازى تداخلى يا در هم رفتگى يا در هم رفتگى از محل مورد نظر از طريق تصوير بردارى‌يك مقطع قطع شده از عضو مورد مطالعه .

اسكن پزشكى هسته اى ، عبارت است از تصاوير توليد شده در نتيجه كاربرد يك روش پزشكى هسته اى كه اغلب به آن روش وااقعى ، بررسى (سنجش) تست اطلاق مى شود .

راديو دارو ،  معمولا به يك ردياب يا راديو نوكلوييد اطلاق مى شود . اصولا اين يك تركيب نشان دار شده راديو اكتيو است كه براى تهيه تصوير پزشكى هسته اى و يا موارد راديو درمانى لازم است .

دوربين گاما دستگاهى است كه براى تهيه تصوير پزشكى هسته اى مورد استفاده قرار مى گيرد .

Invitro روشى است كه در در لوله آزمايش انجام مى شود و  مستقيماْ بر روى اعضاء يا بافتهاى موجود زنده به منظورهاى مطالعاتى، پژوهشى ويا درمانى صورت مى پذيرد .

راديو ايموننسى  نوع خاصى از اين روش است كه استفاده توام يك ماده شيميايى‌اكتيو با يك آنتى بادى را در اندازه گيرى‌ميزان هورمون ها ، ويتامين ها و داروها در خون بيمار ميسر مى سازد .

 

گردآوري: مژده اصولي

تاریخچه انرژی هسته ای

مقدمه

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.

علم انرژی هسته ای، شکل گرفته از مطالعات در علوم شیمی و فیزیک در سده های اخیر می باشد. در 1879 با انجام یونیزاسیون یک گاز از طریق تخلیه الکتریکی به وسیله کراکس شروع شده و در 1897 توسط تامسون الکترون به عنوان ذره باردار مسئول الکتریسیته معرفی شد.

"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 یا منشا کاملا متفاوت کشف کرد که منجر به کشف اورانیوم و پدیده ی پرتوزایی شد.

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(کوری ها در 1898 عنصرپرتوزای رادیوم را جداسازی نمودند) در زمان انیشتین بررسی تجربی مقدور نبود و انیشتین نتوانست مفاهیم معادله خود را پیش بینی کند.

در اوایل قرن بیستم یک سری آزمایش با ذرات مختلف حاصل از مواد پرتوزا به فهم نسبتا شفاف ساختار اتم و هسته منجر شد. از کار "رادرفورد" و "بور" نتیجه گیری شد  که اتم خنثی از نظر الکتریکی از بار منفی به شکل الکترون های احاطه کننده یک هسته مرکزی مثبت که قسمت اعظم ماده اتم را شامل می شود، تشکیل شده است. اگرچه هسته از ذرات مقید به یکدیگر از طریق نیروهای قوی هسته ای تشکیل شده است، تبدیلات هسته ای می توانند القا شوند یعنی بمباران نیتروژن با هلیم منجر به تولید اکسیژن وهیدروژن می شود.

در 1930 "بوته" و" بکر" بریلیم را با ذرات آلفای حاصل از پولونیم بمباران کردند و آنچه را که فکر کردند پرتوهای گاماست کشف کردند اما "چادویک" در 1932 نشان داد که باید نوترون ها باشند. در حال حاضر واکنش های مشابهی در راکتورهای هسته ای به عنوان چشمه نوترون به کار می رود. پرتوزایی مصنوعی اولین بار توسط "کوری" و" ژولیو" گزارش شد ذرات تزریق شده به داخل هسته های بور، منیزیوم و آلومینیوم ایزوتوپ های پرتوزای جدید عناصر متعددی را به وجود آورد. توسعه ماشین ها برای شتاب دادن ذرات باردار تا سرعت های بالا فرصت های جدیدی را برای مطالعه واکنش های هسته ای فراهم ساخت . سیکلوترون، طراحی و ساخته شده در 1932 به وسیله "لارنس" اولین سری از دستگاه های با توانمندی بالا بود.

کشف شکافت

طی سال های 1930" انریکوفرمی "و همکاران وی در ایتالیا، تعدادی آزمایش با نوترون تازه کشف شده انجام دادند آن ها استدلال کردند که نبود بار نوترون آن را در نفوذ به هسته موثر می سازد. از جمله کشفیات فرمی، تمایل زیاد بسیاری از عناصر به کند کردن نوترون و تنوع رادیوایزوتوپ هایی بود که می توانست از گیراندازی نوترون تولید شود.

"برایت" و "وینکر" توضیح نظری فرآیندهای نوترون کند را در سال 1936 ارائه نمودند. فرمی اندازه گیری های توزیع هر دو نوترون سریع و کند را انجام داد و رفتار آن ها را از لحاظ پراکندگی کشسان ،اثرات پیوند شیمیایی و حرکت گرمایی در مولکول های هدف توضیح داد.

تا این فاصله زمانی هنوز فرآیند شکافت شناسایی نگردید. تا اینکه در سال 1939 تا 1940 توسط فعالیت هان، اشتر اسمن و سپس فریش و... در انتها فرمی پدیده شکافت کشف شد.

کشف شکافت همراه با امکان انجام یک واکنش زنجیره ای با شدت انفجاری در برهه ای از زمان از اهمیت خاصی برخوردار بود زیرا جنگ جهانی دوم در 1939 شروع شده بود.

اولین واکنش ذنجیره ای خود تقویت شونده

در سال 1939 "بور" به آمریکا آمد و در کشفیات "انیشتن" و "هان" شریک شد. وی همچنین "فرمی" را در کنفرانسی در واشنگتن ملاقات کرد. آنها برای اولین با وجود واکنش ذنجیره ای خود تقویت شونده را مطرح کردند. در این فرآیند اتم¬ها را برای تولید مقدار زیادی انرژی شکافت می¬دهند. دیگر دانشمندان در سرار دنیا در حال باور این مسئله بودند که می توان از شکافت هسته برای تولید انرژی استفاده کرد. این زمانی ممکن بود که مقدار زیادی اورانیم بتوانند با یکدیگر تحت شرایط مناسب ترکیب شوند و واکنش ذنجیره ای خود تقویت شونده ای را بوجود آورند که جرم بحرانی نامیده می شود.

فرمی و همکارش در سال 1941 طرح اولین طرح راکتور زنجیره ای اورانیم را ارائه دادند. مدل آن ها شامل مقداری اورانیم بود که در محفظه ای از گرافیت جمع شده بود تا مدلی از مواد شکافت پذیر را بسازد. در اوایل سال 1942 دانشمندان به دعوت فرمی در شیکاگو برای ارئه نظریات خود گرد آمدند و در همان سال آمادگی ساخت اولین راکتور هسته ای را پیدا کردند و در استادیوم شهر شیکاگو طرح خود را که علاوه بر گرافیت و اورانیم دارای کادمیوم( عنصری که نوترون ها را می شکافد) به نمایش گذاشتند.

پیشرفت انرژی هسته ای برای مقاصد صلح آمیز

اولین راکتور هسته ای تنها یک شروع بود. اولین تحقیقات در این رشته که تحت پروژه سری به نام "منهتن" صورت گرفت، برای ساخت بمب اتمی برای جنگ جهانی دوم بود. هرچند دانشمندانی هم بودند که روی راکتورهای شکافنده مواد دارای قابلیت شکافت در واکنش زنجیره ای کار می کردند، و این به تولید مواد شکافت پذیر بیشتری منجر شد. بعد از ایالات متحده سرمایه گذاری بیشتری را در جهت پیشبرد این علم برای منافع غیر نظامی انجام داد و در اوایل سال 1951 راکتور زاینده ای ساخت که می توانست الکتریسیته تولید کند.

بزرگترین پیشرفت در دهه 50 توانایی تولید تجاری برق بود که توسط راکتور آب سبک بود که در آن از آب معمولی برای خنک شدن هسته راکتور استفاده می شد. این موفقیت باعث شد که برنامه های هسته ای برای مقاصد تکنولوژیکی دیگر برنامه ریزی شود.

در پایان سال 1991 حدود 31 کشور توانایی تولید تجاری انرژی از راکتورهای هسته ای  را یافتند که این نشانه پیشرفت جهانی در عرصه فناوری هسته ای بود.

در عرصه مدیریت پسماند، مهندسین در پی گسترش راهکارهای دفن و بازیافت می باشند و برنامه آنان اینست که هرچه می توانند اثرات محیطی و انسانی این فناوری را کاهش دهند.

تحقیقات در زمینه های دیگر در دهه 90 نیز ادامه یافت و درک شد که انرژی هسته ای علاوه بر تولید انرژی نقش مهمی را زمینه های دیگر همچون پزشکی، کشاورزی، صنعت و علم بازی می¬کند برای مثال پزشکان از رادیوایزوتوپ ها برای درک دلایل بروز بیماریها استفاده کرده و از انرژی هسته ای برای بالابردن تاثیرات طب سنتی استفاده کردند. همچنین باستان شناسان انرژی هسته ای را برای تعیین زمان دقیق یافته های خود بکار بردند، علاوه بر آن پرتو افکنی به غذاها ماندگاری آنها را افزایش داده و تاثیرات فریز کردن را روی از بین رفتن ویتامین مواد غذایی کم می کند.

انرژی هسته ای در ایران

استفاده از انرژی هسته‌ای 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 طرح‌های فناوری سوخت اتمی فرانسه آغاز شد.

در سال 1974(1353)، سازمان انرژی اتمی ایران (A.F.O.I) تأسیس 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.او 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.

ایران در سال 1968، پیمان عدم تکثیر سلاح‌های هسته‌ای (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 پیمان‌نامه منع گسترش سلاح‌های هسته‌ای حق تحقیق و استفاده صلح‌آمیز از فن‌آوری هسته‌ای 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. در با وجود همه این تلاش ها در آوریل 2006،ایران اعلام کرد که موفق به غنی‌سازی اورانیوم به میزان 3.5 درصد شده است.

 

بخش دانش و فناوری سایت تبیان

آب سنگین چیست؟

آب سنگین نوع خاصی از مولکول‌های آب است که در آن ایزوتوپ‌های هیدروژن وجود دارد. این نوع از آب کلید اصلی تهیه پلوتونیوم از اورانیوم طبیعی‌است و به همین علت تولید و تجارت آن با نظر قوانین بین‌المللی انجام و به شدت کنترل می‌شود.

با کمک این نوع آب می‌توان پلوتونیوم لازم را برای سلاح‌های اتمی بدون نیاز به غنی‌سازی بالای اورانیوم تهیه کرد.

از کاربردهای دیگر این آب می‌توان به استفاده از آن در رآکتورهای هسته‌ای با سوخت اورانیوم، به عنوان متعادل‌کننده (Moderator) به جای گرافیت و نیز عامل انتقال گرمای رآکتور نام برد.

آب سنگین واژه‌ای‌است که معمولاً به اکسید هیدروژن سنگین D2O یا 2H2O اطلاق می‌شود. هیدروژن سنگین یا دوتریوم (Deuterium) ایزوتوپی پایدار از هیدروژن است که به نسبت یک به 6400 از اتم‌های هیدروژن در طبیعت وجود دارد و خواص فیزیکی و شیمیایی آن به نوعی مشابه آب سبک H2O است.

اتم‌های دوتریوم ایزوتوپ‌های سنگینی هستند که برخلاف هیدروژن معمولی، هسته آنها شامل نوترون نیز هست. جانشینی هیدروژن با دوتریوم در مولکول‌های آب، سطح انرژی پیوندهای مولکولی را تغییر می‌دهد و به‌طور طبیعی خواص متفاوت فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی را موجب می‌شود، به‌طوری که این خواص را در کمتر اکسید ایزوتوپی می‌توان مشاهده کرد.

برای مثال، ویسکوزیته (Viscosity) یا به زبان ساده‌تر چسبندگی آب سنگین به مراتب بیش از آب معمولی است.

آب نیمه سنگین چنانچه در اکسید هیدروژن تنها یکی از اتم‌های هیدروژن به ایزوتوپ دوتریوم تبدیل شود نتیجه  را آب نیمه سنگین (HDO) می‌گویند.

در مواردی که ترکیب مساوی از هیدروژن و دوتریوم در تشکیل مولکول‌های آب وجود داشته باشند، آب نیمه سنگین تهیه می‌شود، علت این کار تبدیل سریع اتم‌های هیدروژن و دوتریوم بین مولکول‌های آب است.

مولکول آبی که از 50 درصد هیدروژن معمولی (H) و 50 درصد هیدروژن سنگین(D) تشکیل شده‌است، در موازنه شیمیایی حدود 50 درصد HDO و 25 درصد آب (H2O) و 25 درصد D2O خواهد داشت.

نکته مهم آن است که آب سنگین را نباید با با آب سخت که اغلب شامل املاح زیاد است و یا یا آب تریتیوم (T2O or 3H2O) که از ایزوتوپ دیگر هیدروژن تشکیل شده‌است، اشتباه گرفت.

تریتیوم، ایزوتوپ دیگری از هیدروژن است که خاصیت رادیواکتیو دارد و بیشتر برای ساخت موادی به کار برده می‌شود که از خود نور منتشر می‌کنند.

آب با اکسیژن سنگین

آب با اکسیژن سنگین، در حالت معمول H218O است که به صورت تجارتی در دسترس است و بیشتر برای ردیابی به کار برده می‌شود. برای مثال، با جانشین کردن این آب (با نوشیدن یا تزریق) در یکی از عضوهای بدن می‌توان در طول زمان میزان تغییر در مقدار آب این عضو را بررسی کرد. این نوع از آب به ندرت حاوی دوتریوم است و به همین علت خواص شیمیایی و بیولوژیکی خاصی ندارد برای همین، به آن آب سنگین گفته نمی‌شود. ممکن است اکسیژن در آنها به صورت ایزوتوپ‌های O17 نیز موجود باشد، در هر صورت تفاوت فیزیکی این آب با آب معمولی، فقط چگالی بیشتر آن است.

تاریخچه تولید آب سنگین

والتر راسل در سال ???? با استفاده از جدول تناوبی مارپیچ وجود دو تریم را پیش بینی كرد. هارولد یوری یكی از شیمیدانان دانشگاه كلمبیا در سال ???? توانست آن را كشف كند. گیلبرت نیوتن لوئیس هم در سال ???? توانست اولین نمونه از آب سنگین خالص را با استفاده از روش الكترولیز تهیه كند. هوسی و هافر نیز در سال ???? از آب سنگین استفاده كردند و با انجام اولین آزمون های ردیابی زیست شناختی به بررسی سرعت گردش آب در بدن انسان پرداختند.

کاربرد آب سنگین در راکتورهای هسته ای

آب سنگین یکی از مواد اصلی در راه اندازی راکتورهای تولید انرژی و تحقیقاتی موسوم به راکتورهای آب سنگین به شمار می رود.

راکتورهای آب سنگین نیازی به اورانیوم غنی شده ندارد و از اکسید اورانیوم طبیعی به عنوان سوخت استفاده می کند.

این فرایند، نیاز به اورانیوم غنی شده را مرتفع می کند اما طراحی این راکتورها پیچیده و تولید آب سنگین نیز هزینه بر است.

آب سنگین از جدا سازی نوعی از مولکول های آب با غلظت 1 در هر 7000 مولکول به دست می آید که هیدروژن آن یک نوترون بیشتر از هیدروژن عادی دارد.

این نوترون اضافه موجب می شود تا عمل کند کنندگی نوترون های پر سرعت به اندازه ای برسد که واکنش های زنجیره ای تولید انرژی از میله های سوخت آغاز شود در حالی که در راکتورهای قدرت آب سبک , اورانیوم غنی شده درحد سه و نیم درصد و بیش از آن برای انجام واکنش مورد نیاز است.

در راکتورهای آب سنگین، این ماده وظیفه خنک کردن میله های سوخت، همزمان با کند کردن نوترون های پر انرژی را به عهده دارد.

با نزدیک شدن راکتور تحقیقاتی تهران، که حدود چهل سال پیش و با قدرت 5 مگاوات راه اندازی شده است، به پایان عمر کاری خود و نیاز روز افزون کشور به انواع رادیو ایزوتوپ های صنعتی و همچنین رادیو داروها ،راکتور تحقیقاتی آب سنگین اراک با قدرت 40 مگاوات طراحی و مکان آن در نزدیکی شهر خنداب در شمال غربی شهرستان اراک تعیین شد.

 

پروژه آب سنگین اراک

پروژه تولید آب سنگین در شمال غربی اراك و در نزدیكی تاسیسات نیروگاه ?? مگاواتی آب سنگین اراك قرار دارد و برای تامین آب سنگین این رآكتور ساخته شده است. به گفته غلامرضا آقازاده رئیس سازمان انرژی اتمی ایران ظرفیت تولید این مجتمع ابتدا هشت تن بوده و امروز ظرفیت آن به ?? تن آب سنگین با غنای ??? درصد رسیده است. پروژه مجتمع تولید آب سنگین اراك به عنوان یكی از شاخصه های دانش هسته ای، در پزشكی و به خصوص كنترل سرطان و كنترل بیماری ایدز نقش تعیین كننده ای دارد و به عنوان خنك كننده و كندكننده رآكتورهای آب سنگین به كار می رود . با گشایش این واحد صنعتی، ایران به عنوان نهمین كشور دارای تجهیزات تولید آب سنگین مطرح می شود. كشورهای آرژانتین، كانادا، هند و نروژ نیز بزرگترین صادركنندگان آب سنگین جهان هستند.

ساخت این تاسیسات همچنین موجب آموزش متخصصان و آشنایی شرکت های داخلی با استاندارهای هسته ای می شود و می تواند راه را برای ساخت نیروگاه های قدرت آب سنگین در آینده فراهم کند.

 

بخش دانش و فناوری سایت تبیان

کیک زرد چیست؟

کیک زرد یا Yellowcake که به نام اورانیا (Urania) هم شناخته می‌شود در واقع خاک معدنی اورانیوم است که پس از گذراندن مراحل تصفیه و پردازش‌های لازم از سنگ معدنی آن تهیه می‌شود.

تهیه این ماده به منزله رسیدن به بخش میانی مراحل مختلف تصفیه سنگ معدن اورانیوم است و باید توجه داشت که فاصله بسیار زیادی برای استفاده در بمب اتمی دارد.

روش تهیه کیک زرد کاملاً به نوع سنگ معدن به دست آمده بستگی دارد، اما به‌طور معمول با آسیاب کردن و پردازش‌های شیمیایی بر روی سنگ معدن اورانیوم، پودر زبر و زردرنگی به دست می‌آید که قابلیت حل شدن در آب را ندارد و حدود 80 درصد غلظت اکسید اورانیوم آن خواهد بود. این پودر در دمایی معادل 2878 درجه سانتیگراد ذوب می‌شود.

روش تهیه کیک زرد

ابتدا سنگ معدن با دستگاه های مخصوصی خرد و آسیاب می شود، پس از آن برای جداسازی اورانیم و بالابردن خلوص خاک سنگ، آن را در حمامی از اسید سولفوریک، آلکالاین و یا پراکسید می‌خوابانند؛ این عمل برای به دست آوردن اورانیوم خالص تر صورت می‌شود.

سپس این محصول به دست آمده را خشک و فیلتر می‌کنند و نتیجه آن چیزی خواهد شد که به «کیک زرد» معروف است.

امروزه روش‌های جدیدی برای تهیه این پودر اورانیوم وجود دارد که محصول آنها بیش از آن که زرد باشد به قهوه‌ای و سیاه نزدیک است، در واقع رنگ ماده به دست آمده به میزان وجود ناخالصی‌ها در این پودر بستگی دارد.

نهادن این نام بر روی این محصول به گذشته بر می‌گردد که کیفیت روش‌های خالص‌سازی سنگ معدن مناسب نبود و ماده به دست آمده، زرد رنگ بود.

مواد تشکیل‌دهنده کیک زرد:

بخش اصلی کیک زرد (معادل 70-90 درصد وزنی) شامل اکسیدهای اورانیوم با فرمول شیمیایی U3O8 و یا سایر اکسیدهاست و بقیه آن از دیگر موادی تشکیل شده‌است که مهم‌ترین آنها عبارتند از:

هیدراکسید اورانیوم با فرمول شیمایی UO2(OH)2 یا UO2)2(OH)2) که در صنایع ساخت شیشه و سرامیک استفاده می‌شود. این ماده تشعشع رادیواکتیو دارد و باید با شرایط خاصی نگهداری و حمل شود.

سولفات اورانیوم با فرمول شیمیایی (U02S04) که ماده‌ای بی‌بو با رنگ زرد لیمویی‌است.

اکسید اورانیوم زرد (یا اورانیت سدیم) با فرمول شیمیایی Na2O (UO3)2.6H2O که ماده‌ای با رنگ زرد - نارنجی است.

پراکسید اورانیوم با فرمول شیمیایی UO4·nH2O با رنگ زرد کم‌رنگ.

یکی از کاربردهای کیک زرد، تهیه هگزا فلوراید اورانیوم است. این گاز در وضع عادی حدود هفت صدم درصد شامل ایزوتوپ 235 و بقیه آن ایزوتوپ 238 است. در مرحله غنی‌سازی درصد U-235 به حدود 5.3 یا حتی بیشتر افزایش داده می‌شود.

کاربردهای کیک زرد

کیک زرد عموماً برای تهیه سوخت رآکتورهای هسته‌ای به کار برده می‌شود، در واقع این ماده است که پس از پردازش‌هایی به UO2 تبدیل و برای استفاده در میله‌های سوختی به کار برده می‌شود.

این ماده همچنین می‌تواند برای غنی‌سازی به گاز هگزا فلوراید اورانیوم یا UF6 تبدیل شود، چون در این صورت می‌توان چگالی ایزوتوپ‌های اورانیوم 235 را در آن افزایش داد.

در هر صورت کیک زرد در اغلب کشورهایی که معادن طبیعی اورانیوم دارند تهیه می‌شود و تولید این ماده مشکل خاصی ندارد و به‌طور متوسط سالیانه 64 هزار تن از این ماده در جهان تولید می‌شود.

کانادا، یکی از تولیدکنندگان این ماده است، این کشور معادنی دارد که خلوص سنگ اورانیوم آنها به 20 درصد هم می‌رسد.

در آسیا نیز کشوری مانند قزاقستان صنایع بزرگ تولید این پودر را دارد.  قیمت این پودر در بازارهای بین المللی، هر کیلوگرم حدود 25 دلار است.

منبع:همشهری آنلاین