آشنایی با فرایند تولید انرژی هسته ای و کاربردهای آن

آشنایی با فرایند تولید انرژی هسته ای و کاربردهای آن

به این مقاله چند ستاره میدین؟
[کل: 0 میانگین: 0]

آشنایی با فرایند تولید انرژی هسته ای و کاربردهای آن

انرژی هسته ای مرز میان بزرگ ترین امید بشر و وحشت برانگیزترین خیال از آینده است . از یک سو، انرژی اتمی ، مقادیر فراوانی از انرژی پاک را در اختیار انسان ها قرار می دهد و انسان را از وابستگی به سوخت فسیلی می رهاند و از سوی دیگر، می تواند فاجعه بار باشد . در این قسمت از تیترزندگی قصد داریم تا با مطلب آشنایی با فرایند تولید انرژی هسته ای و کاربردهای آن گریزی بزنیم به انرژی هسته ای و با آن بیشتر آشنا شویم .

"<yoastmark

آشنایی با فرایند تولید انرژی هسته ای

حدود سه قرن قبل از میلاد مسیح، دموکریت با مطالعه بر روی اشیای.پیرامونش، به این نتیجه رسید که اشیا به رغم شکل ظاهری متفاوتی که دارند، از ذرات بسیار ریز و غیر قابل تجزیه‌ای.تشکیل شده اند. وی اسم این ذرات را اتم نهاد که در زبان یونانی به معنی نشکن است. دو هزار سال بعد،.جان دالتون به این نتیجه رسید که اتم هم قابل تجزیه و شکستن است. این مسئله به صورت نظریه باقی ماند تا در سال ۱۹۲۷ میلادی ، آلبرت انشتن فرمول E=MC۲ را مطرح کرد و اذعان داشت که «با شکافته شدن اتم، انرژی عظیمی ایجاد می‌شود».

کشف نوترون

در سال ۱۸۹۶، هنری بکرل متوجه تابش‌های عجیبی از اورانیوم شد که آن را پرتوزایی نامید . بعد از آن پیر کوری و ماری کوری عنصر رادیوم را کشف کردند که بسیار پرتوزا بود . در سال ۱۹۳۲، جیمز چادویک نوترون را کشف کرد، که به دلیل نداشتن بار الکتریکی، به عنوان ابزاری.بالقوه برای آزمایش‌های هسته‌ای شناخته شد . بمباران مواد با نوترون‌ها به فردریک ژولیو کوری و ایرن ژولیو-کوری کمک کرد . تا در سال ۱۹۳۴، رادیواکتیویته مصنوعی را کشف کنند، که سبب شد تا عناصری مانند رادیوم ، با قیمت بسیار کمتری نسبت به رادیوم طبیعی، تولید شوند. انریکو فرمی، در ادامهٔ راه آنها، طی تحقیقاتی در دههٔ ۱۹۳۰، بر روی کند کردن نوترونها به منظور افزایش تاثیر رادیواکتیویته مصنوعی تمرکز کرد . آزمایش بمباران اورانیوم با نوترون‌ها سبب شد که فرمی عنصر جدیدی ایجاد کند که عدد اتمی آن بیشتر از اورانیوم و نامش پلوتونیوم بود .

"<yoastmark

واکنش زنجیره ای

در سال ۱۹۳۸، شیمیدانهای آلمانی، اتو هان و فریتس اشتراسمان ، به همراه فیزیکدان استرالیایی ، لیزه مایتنر و خواهر زاده‌اش اوتو رابرت فریش، برای بررسی گفته‌های.فرمی، آزمایش‌هایی را بر روی محصولات بمباران نوترونی اورانیوم انجام دادند. آن‌ها نشان دادند که برخلاف گفتهٔ فرمی ، نوترون‌های نسبتاً کوچک، هسته‌های سنگین اتم‌های اورانیوم را به دو قسمت نسبتاً مساوی تقسیم می‌کنند. این یک نتیجهٔ بسیار شگفت انگیز بود: تمام سایر شکل‌های فروپاشی هسته‌ای، تنها شامل تغییرات کوچکی.در جرم هسته بودند، در حالی که این فرایند، در بر دارندهٔ یک گسستگی کامل بود.

دانشمندان متعددی از جمله لیو زیلارد معتقد بودند که اگر.عکسالعمل‌های شکافت، نوترون‌های اضافی آزاد می‌کرد، یک واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای خود به خودی ایجاد.می‌شد. هنگامی که فردریک ژولیو کوری این موضوع را در سال ۱۹۳۹ مطرح کرد، دانشمندان در بسیاری از کشورها (از.جمله ایالات متحده، بریتانیا، فرانسه، آلمان و شوروی) دولت‌های خود را متقاعد ساختند تا قبل از آغاز جنگ.جهانی دوم، به منظور به دست آوردن بمب هسته‌ای، از آن‌ها در تحقیقات شکافت هسته‌ای حمایت کنند.

ساخت اولین رآکتور هسته ای

در ایالات متحده، جایی که فرمی و زیلارد، هر دو مهاجر بودند،.اولین رآکتور ساخت بشر با نام شیکاگو پایل-۱ اختراع شد که در دوم دسامبر ۱۹۴۲ به حالت بحرانی رسید. این کار.به بخشی از پروژه منهتن تبدیل شد که غنی‌سازی اورانیوم را ایجاد کرد و رآکتورهای بزرگی را برای.تولید پلوتونیوم به منظور استفاده در اولین جنگ‌افزارهای هسته‌ای ساخت، همان جنگ‌افزارهایهایی که بر سر شهرهای هیروشیما و ناگازاکی فرود آمد .

واکنش هسته ای

می‌دانیم که هسته از پروتون (با بار مثبت).و نوترون (بدون بار الکتریکی) تشکیل شده است. بنابراین بار الکتریکی هسته ، 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 اورانیم 235 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 ! . مهار این نیروی عظیم و کنترل آن شاید جزو بزرگترین.دستاوردهای بشر و شاید هم بدترین آنها باشد . واکنش‌هایی که در یک راکتور انجام.می‌گیرد به دو دسته تقسیم می‌شوند : جوش هسته‌ای یافوزیون و شکافت هسته‌ای یا فیسیون .

شکافت هسته‌ای

"<yoastmark

شکافت هسته‌ای فرآیندی.است که بسیار سخت قابل کنترل است. در اواخر دهه ۳۰ و اوایل دهه ۴۰ میلادی بود که برای.نخستین مرتبه دانشمندان موفق به ساخت و تولید انرژی هسته‌ای شدند. در این روش هستهٔ یک «اتم» را با یک «نوترون» به.دو جز کوچک تر تقسیم میکنند . این همان شیوه‌ای است که در مورد ایزوتوپ‌های اورانیوم-۲۳۵ به کار می‌رود. در اینجا هستهٔ یک اتم توسط یک نوترون به دو بخش کوچکتر تقسیم می‌شود . در این راه با پرتاب یک نوترون به هسته اتم اورانیوم-235، آن را به اورانیوم -236 تبدیل میکنند . در این صورت هسته آن به سرعت شکافته و به دو اتم باریم و کریپتون تبدیل میشوند . علاوه بر آن چند نوترون و مقدار زیادی انرژی آزاد می شود .

همجوشی هسته‌ای

"<yoastmark

گداخت هسته‌ای فرآیندی است که.در آن دوتریوم و ترتیوم ترکیب شده و تبدیل به هلیوم می‌شوند . در اینجا می‌توان با استفاده از دو اتم کوچکتر که معمولاً هیدورژن یا ایزوتوپ‌های هیدورژن (مانند دوتریوم و تریتیوم) هستند، یک اتم بزرگ مثل هلیوم یا ایزوتوپ‌های آن را تشکیل داد . این همان شیوه‌ای است که در خورشید و ستارگان برای تولید انرژی به کار می‌رود .

کاربردهای انرژی اتمی

نیروگاه هسته ای :

یک نیروگاه الکتریکی که از انرژی تولیدی.شکست هسته اتم اورانیوم یا پلوتونیم استفاده می کند. چون شکست سوخت هسته ای اساساً گرما تولید می کند از گرمای.تولید شده رآکتور های هسته ای برای تولید بخار استفاده می شود . از بخار تولید شده برای به.حرکت در آوردن توربین ها و ژنراتور ها که نهایتاً برای تولید برق مورد استفاده قرار میگیرد . دانشمندان ابتدا باید نمونه ای از اورانیوم.را غنی کنند تا حاوی 2 الی 3 درصد بیشتر از U-235 باشد. غنای 3 درصد برای یک نیروگاه هسته.ای کافی است اما در ارتباط با سلاح هسته ای، حداقل این رقم باید به 90 درصد برسد .

"<yoastmark

برای تبدیل انرژی شکافت.هسته ای به انرژی الکتریکی، نیروگاه انرژی هسته ای باید میزان انرژی تولید شده توسط اورانیوم غنی شده.را کنترل کند و به آن اجازه دهد تا آب را به بخار تبدیل نماید . بر اساس آمار انستیتو انرژی هسته ای، انرژی تولید.شده توسط نیروگاه های هسته ای اگر قرار باشد توسط سوخت های فسیلی تولید شود، به صورت سالانه 2.میلیارد تن دی اکسید کربن وارد هوا می شود. به بیان دیگر، آنقدری که یک نیروگاه سوخت فسیلی به زمین آسیب.می رساند، نیروگاه های هسته ای مضر نیستند .

کاربردهای پزشکی :  

در پزشکی تشعشعات هسته ای کاربردهای زیادی دارند که عبارتند از :

• رادیو گرافی ( یکی از روش های تصویربرداری پزشکی )
• گاما اسکن  ( اسکن هسته ای اغلب برای بررسی استخوان بکار میرود )
• استرلیزه کردن هسته ای و میکروب زدایی وسایل پزشکی با پرتو های هسته ای
• رادیو بیولوژی ( دانش و مطالعه آثار پرتوهای یونیزان بر روی  جانداران  )

دامپزشکی و دامپروری :

تکنیکهای هسته ای در حوزه دامپزشکی.موارد مصرفی چون تشخیص و درمان بیماریهای دامی ، تولید مثل دام ، اصلاح نژاد و دام.، تغذیه ، بهداشت و ایمن سازی محصولات دامی و خوراک دام دارد .

کاربرد انرژی هسته ای در دسترسی به منابع آب :

تکنیکهای هسته ای برای شناسایی.حوزه های آب زیر زمینی هدایت آبهای سطحی و زیر زمینی ، کشف و کنترل نشت و ایمنی.سدها مورد استفاده قرار میگیرد. در شیرین کردن آبهای شور نیز انرژی هستهای کاربرد دارد.

کشاورزی :

• موتاسیون هسته ای ژن ها.در کشاورزی
• کنترل حشرات با تشعشعات.هسته ای
• جلوگیری از جوانه زدن سیب.زمینی با اشعه گاما
• انبار کردن میوه ها
• باستان شناسی ، صخره شناسی و زمین شناسی.که عمر یابی صخره ها با C14 در باستان شناسی خیلی مشهور است .

آشنایی با فرایند تولید انرژی هسته ای و کاربردهای آن نوشته شده در تاریخ : توسط کاربر