مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

فهرست مطالب

 

عنوان صفحه

مقدمه. 1

ماده پرتوزا چيست؟. 4

ماهيت پرتوهاي آلفا، بتا و گاما6

واپاشي پرتوهاي آلفا، بتا و گاما8

خصوصيات فيزيكي اورانيوم. 14

انواع اورانيوم. 15

منظور از غني سازي اورانيوم چيست؟. 15

نگاهی به فعاليتهاي‌ هسته‌اي‌ ايران‌ و دستيابي‌ به‌ فناوري‌ هسته‌اي.. 20

فضاي‌ رسانه‌اي‌ غرب‌ در مورد فعاليت‌هاي‌ هسته‌اي‌ ايران‌.. 22

افشاء اطلاعات‌ هسته‌اي‌ ايران‌.. 26

استراتژي‌ آمريكا در مواجه‌ با مسائل‌ هسته‌اي‌ ايران‌.. 27

کاربردهای علوم وانرژی هسته ای.. 32

برق هسته ای.. 37

چرخه سوخت هسته ای.. 41

دیدگاههای اقتصادی و زیست محیطی برق هسته ای.. 44

دیدگاه زیست محیطی استفاده از برق هسته ای.. 47

مقایسه هزینه های اجتماعی تولید برق در نیروگاههای فسیلی و اتمی.. 49

كاربردهاى فنآورى هسته‏اى در علوم كشاورزى.. 51

كاربردهاى فنآورى هسته‏اى در علوم دامى.. 57

كاربردهاى فناورى هسته‏اى در علوم پزشكى.. 65

راديوداروها مرهون پيشرفت در دانش هسته اي.. 69

الف

 

نیروگاه هسته‌ای.. 75

کاربرد. 77

تاریخچه. 78

سال‌های آغازین.. 79

پیشرفت... 81

آینده. 82

فناوری راکتور هسته‌ای.. 83

منابع سوخت... 85

جوانب اقتصادی.. 88

امنیت نیروگاه هسته‌ای.. 88

نیروگاه‌های متحرک.... 89

پسماند هسته‌ای نیروگاه‌ها89

نگرانی‌های محیط زیستی.. 89

حوادث هسته‌ای.. 90

نیروگاه‌های هسته‌ای در ایران.. 90

رآکتور هسته‌ای.. 91

تاریخچه. 91

ساختمان راکتور. 92

سوخت هسته‌ای.. 92

غلاف سوخت راکتور. 93

مواد کند کننده نوترون.. 94

خنک کننده‌ها96

مواد کنترل کننده شکافت... 96

انواع راکتورها97

راکتورهای آی سنگین و آب سبک..... 97

ب

 

کاربردهای راکتورهای هسته‌ای.. 98

كاربرد جنگ افزار هسته اي.. 98

تاريخچه توليد بمب اتمي.. 99

موارد مورد نياز براي توليد بمب اتمي.. 103

نمونه اي از استفاده از انرژي هسته توسط بشر. 111

مقابله با حملات هسته اي و مواد پرتوزا114

آمادگي براي حمله هسته اي 115

جلوگيري از گسترش مواد آلوده و پرتوزا121

تهديدات هسته اي.. 122

منابع.. 126

انرژي اتمي

مقدمه

هانري بكرل، دانشمند فرانسوي، زماني كه مشغول تحقيق بر روي مواد داراي خاصيت فسفرسانس بود متوجه شد كه تاثير نور مرئي و سنگ معدن اورانيوم(سولفات پتاسيم اورانيوم) بر روي يك فيلم عكاسي بسته بندي شده همانند است ( بعدها مشخص شد كه سنگ معدن اورانيوم از خود پرتوهاي آلفا و گاما گسيل كرده و چون پرتوهاي گاما همان پرتوهاي X پرانرژي هستند و از جنس نور يا امواج الكترومغناطيسي اند، بنابر اين اورانيوم، چنين تاثيري بر روي فيلم عكاسي بسته بندي شده وي گذاشته)، در همين حين ماري كوري خاصيت پرتوزايي را كشف كرد و با تعداد محدودي ماده پرتوزا مانند پولونيم(فلز ضعيف) و راديم(فلز قليايي خاكي) آشنا گرديد و نام هاي كنوني چون راديواكتيو(پرتوزا) يا راديواكتيويته(پرتوزايي) را وي برگزيد ومنتشر ساخت، در آن زمان، اطلاعات بشر در مورد اين مواد بسيار كم بود و رادرفورد در پي اكتشافات تازه اي درمورد اين مبحث نوين بود.

ارنست رادرفورد در سال 1895 به “آزمایشگاه کاونديش” دانشگاه کمبريج آمد تا در آنجا تحت مديريت “جی.جی امسون” مشغول به کار شود، تامسون که استاد فيزيک تجربی بود، رادرفورد را فعالانه در آزمايشگاه به کار گرفت، رادرفورد در اوايل کار تحقيقاتی خود با انجام آزمايشي که فکر آن از خود وی بود دو تابش راديواكتيو ناهمانند شناسايي کرد، او پی برد که بخشی از تابش با برگه ای به ضخامت يك پانصدم سانتی متر قابل ايستادن بود اما برای متوقف کردن بخش ديگر برگه های بس ضخيم تری لازم بود. او اولين اشعه ای را که تابشی با بار الکتريکی مثبت و يونيزه کننده ای قوی بود و به سهولت در مواد جذب می شد اشعه آلفا نام داد. اشعه دوم را که تابشی با بار الکتريکی منفی بود و تشعشع کمتری ايجاد می کرد اما قابليت نفوذ آن در مواد زياد بود را اشعه بتا ناميد. تابش نوع سومی که شبيه پرتوهای ايکس بود، در سال 1900 بوسيله پل اوريچ ويلارد (فيزیکدان فرانسوی) کشف شد، اين پرتو نافذترين تابش را داشت. طول موج آن بسيار کوتاه و فرکانس آن فوق العاده زياد بود تابش جديد، پرتو گاما نام گرفت. رادرفورد و همکارانش کشف کردند که فعاليت تشعشعی طبيعی مشهود در اورانيوم: فرآيند خروج ذره آلفا از هسته اتم اورانيوم بصورت يک هسته اتم هليم و بر جای ماندن اتمی سبکتر از اتم اورانيوم در اورانيوم به ازاء هر خروج ذره آلفا از آن است از کشف آنها نتيجه گيری شد که راديوم تنها عنصر از شرته عناصر حاصل از فعاليت تشعشعی اورانيوم است.

رادرفورد در سال 1904 نخستين کتاب خود به نام فعاليت تشعشعی را که امروزه از کتب کلاسيک نوشته شده در آن زمينه شناخته می شود را منتشر کرد و به سرعت دست به کار تدوين نظريه های تازه در باره ساختار اتم شد. آن دوره پر ثمرترين دوره زندگی دانشگاهی او بود رادرفورد به پاس کوشش های علمی خود در دانشگاه منچستر نشان ها و جوايز زيادی دريافت کرد که دريافت جايزه نوبل سال 1907 در شيمی نقطه اوج آن بود. اين نشان افتخار را البته برای کارهايی که در کانادا در زمينه فعاليت تشعشعی عناصر کرده بود به او دادند، بزرگترين دستاورد رادرفورد در دانشگاه منچستر کشف ساختار هسته اتم بود پيش از رادرفورد اتم به گفته خود او يک موجود نازنين سخت و قرمز و يا به حسب سليقه خاکستری بود اما اينک يک منظومه شمسی بسيار ريز متشکل از ذرات بی شمار بود که مظنون به نهفته داشتن اسرار ناگشوده متعدد ديگر در سينه هم بود.

رادرفورد در سال 1937 در اثر يک فتق محتقن(گونه ای تورم ناشی از انسداد اعضای درونی) در گذشت او در آن هنگام 66 ساله و هنوز سرزنده و قوی بود سهم رادرفورد در شکل گيری درک کنونی ما از ماهيت ماده از هر کس ديگری بيشتر است و به همين علت، او را پدر انرژی هسته ای ناميده اند.

 

ماده پرتوزا چيست؟

ماده پرتوزا ماده اي است كه طي يكسري فعل و انفعالات خاص در هسته ي اتم هاي خود، پرتوها يا تابش هاي خاصي را گسيل مي كند، همه مواد طبيعي يا مصنوعي قابليت پرتوزايي ندارند و اين قابليت فقط در موادي مشاهده مي شود كه هسته اي ناپايدار دارند و براي تبديل شدن به يك تركيب پايدار از خود پرتوهايي را گسيل مي كنند.

تابش هاي هسته اي به طور كلي به سه دسته ي پرتوهاي آلفا، بتا و گاما تقسيم مي گردند. هر ماده ي راديواكتيو پرتوهاي مشخصي را گسيل مي كند، به طور مثال: هسته اتم هاي راديوكربن و راديو استرانسيوم پرتو بتا گسيل مي كنند، هسته هاي راديوكبالت پرتوي بتا و پرتوي گاما تشعشع مي كنند و هسته هاي راديوم و اورانيوم پرتو آلفا و پرتوي گاما گسيل مي كنند، بنابر اين مي توان نتيجه گرفت كه هر ماده اي قابليت پرتوزايي ندارد و موادي كه قابليت پرتوزايي دارند، از بين پرتوهاي آلفا، بتا و گاما فقط تعداد خاص و مشخصي را گسيل مي كنند و همانطور كه در مثال هاي گذشته اشاره شد، به طور مثال، هسته هاي راديوكبالت پرتوهاي بتا ساطع مي كنند و اين هسته ها قابليت صادركردن پرتوهاي آلفا و گاما را ندارند و در گسيل تابش هاي هسته اي محدود مي باشند.

مواد راديو اكتيو شامل دو دسته هستند:

1- ماده پرتوزاي طبيعي

2- ماده پرتوزاي مصنوعي

ماده پرتوزاي طبيعي آن دسته از مواد پرتوزا است كه در طبيعت به صورت ذاتي وجود دارند و انسان در به وجود آمدن آن ها هيچ نقشي ندارد و ماده پرتوزاي مصنوعي آن دسته از مواد پرتوزا را شامل مي شود كه ساخته دست انسان هستند و براي توليد آن ها، انساني تلاش كرده است.

اين نوع دسته بندي در برخي كتب جزو قوانين سدي بيان شده است(مانند كتاب شيمي عمومي تاليف غلامرضا قاضي مقدم، توضيحات بيش تر در فسمت منابع) اما در برخي ديگر به صورت مجزا آمده است.

پرتوهاي آلفا، بتا و گاما داراي جنس، بارالكتريكي، قدرت نفوذ و انرژي متفاوتي هستند و منشا و مبدا هركدام نيز ممكن است متفاوت باشد.

در واكنش هاي هسته اي ماده اي كه پرتو گسيل مي كند را ماده مادر يا ماده اوليه مي نامند و فرآورده يا آن ماده اي كه پس از واپاشي بر جاي مي ماند را ماده دختر مي نامند.

نيمه عمر مواد راديواكتيو، يك عنصر، مدت زماني است كه طول مي كشد تا يك ماده پرتوزا نيمي از قدرت خود را از دست بدهد، به طور مثال نيمه عمر كربن-14 حدود 5600 سال مي باشد يا اورانيم 238 داراي نيمه عمر 5 ميليارد سال است، يعني 5 ميليارد سال طول مي كشد تا اورانيوم 238 نيمي از خاصيت راديواكتيويته خود را از دست دهد، پس بنابراين يك عنصر اورانيوم 238 حدود 10 ميليار سال طول مي كشد تا به طور كلي خاصيت راديواكتيويته خود را از دست دهد.

از آنجايي كه مواد پرتوزا قابليت نفوذ در بافت هاي زنده را نيز دارند، بنابر اين ميزان تابش هاي هسته اي اطراف ما همواره مي بايست آزمايش و بررسي شوند كه اين كار(اندازه گيري ميزان پرتوهاي الفا، بتا و گاما در اطراف زندگي) توسط دستگاهي به نام گايگر-مولر اندازه گيري مي شود كه اين نام از نام سازندگانش اقتباس شده است.

 

ماهيت پرتوهاي آلفا، بتا و گاما

هر سه نوع تابش هسته اي داراي خصوصيات متفاوتي نسبت به يكديگر هستند و مشخصه اي ويژه خود دارند كه برخي مشخصات بارز آنها را پي ميگيريم:

در مقايسه ي قدرت نفوذ پرتوهاي آلفا و بتا و گاما رادرفورد مشاهده نمود كه:پرتوهاي آلفا توسط ورقه اي از كاغذ متوقف مي شوند و قابليت نفوذ درون ورقه كاغذ را ندارند يا به عبارت ديگر نمي توانند از كاغذ عبوركنند. پرتوهاي بتا از ورقه ي كاغذي عبور كرده اما در برخورد با ورقه ي آلومينيومي با ضخامت 1.16 اينچ متوقف مي شوند و بلاخره پرتوهاي گاما كه قابليت نفوذ در يك ديوار بتوني ضخيم را دارا مي باشد اما نمي توانند از ورقه اي سربي با ضخامت بسيار زياد عبوركنند، بنابراين از اين مشاهدات مي توان نتيجه گرفت كه پرتوهاي آلفا قدرت نفوذي كم تر از پرتوهاي بتا و پرتوهاي بتا قدرت نفوذي كم تر از پرتوهاي گاما دارند. در بين تابش هاي هسته اي پرتوهاي گاما داراي قدرت نفوذ بيش تري هستند اما ذكر اين نكته لازم است كه نافذترين پرتوهاي جهان، پرتوهاي كيهاني هستند كه قابليت نفوذ در يك كوه را نيز دارند و به طور نامحسوسي همواره از اعماق ميان ستاره اي يا شراره هاي خورشيد زمين را بمباران مي كنند و در اعماق زمين نفوذ مي كنند.

تابش هاي هسته اي از نظر جنس و بارالكتريكي تفاوت هاي محسوسي دارند، پرتوهاي الفا داراي بار مثبت هستند و از جنس هسته مثبت اتم هليم مي باشند و جرمي 4 برابر جرم هيدروژن يعني در حدود 4 a.m.u جرم دارند اين پرتوها به سهولت در مواد جذب مي شوند و يونيزه كننده اي قوي محسوب مي گردند، پرتوهاي بتا به طور كلي از جنس ذرات مي باشند، ذرات با بار الكتريكي منفي و همچنين ذرات با بار الكتريكي مثبت(ضدالكترونها يا همان پوزيترون ها)، بتاي منفي از جنس الكترون ها بوده و بار منفي دارد، بتاي مثبت در مقايسه با بتاي منفي فقط و فقط در نوع بارالكتريكي تفاوت دارد و درواقع ، پوزيترون ها يا همان ذرات بتاي مثبت همان الكترون ها هستند با اين تفاوت كه با آن ها مثبت شده است.

هنگامي كه پوزيترون ها با يك ماده(هدف) برخورد مي كنند، با الكترون هاي درون ماده واكنش داده و هر دو از بين رفته و جرقه اي از گاما زده مي شود.

پرتوهاي گاما از نظر بارالكتريكي، خنثي هستند و هيچ گونه باري ندارند اين ذرات از جنس امواج الكترو مغناطيس يا هان نور هستند و در واقع همان پرتوهاي X پرانرژي مي باشند. پرتوهاي گاما داراي طول موج بسيار كوتاه و فركانس فوق العاده زيادي مي باشند و به دليل اينكه طول موج كمي دارند مي توان نتيجه گرفت كه انرژي فوق العاده زيادي را شامل مي شوند.

واپاشي پرتوهاي آلفا، بتا و گاما

واپاشي يكي از خواص مواد راديواكتيو يا پرتوزا ميباشد كه در طي يك واپاشي از يك ماده راديواكتيو پرتوهاي مشخصي واپاشيده مي شوند.

معمولا هسته ها ي اتم هايي از خود پرتوي آلفا گسيل مي كنند كه عدد جرمي آن ها بيش از 15 و عدد اتمي آن ها بيش از 82 باشد. در اتم هايي كه هسته هاي سبك تري دارند احتمال واپاشي آلفا بسيار كم است.

واپاشي بتايي متداول ترين نوع واپاشي مي باشد كه تقريبا تمام اتم هايي كه ناپايداري دارند، قابليت گسيل پرتوهاي بتا را دارند و مي توانند پرتوهاي بتا از خود ساطع كنند. واپاشي بتا مشتمل بر گسيل مستقيم يك الكترون از هسته است و در هنگام گسيل پرتوي بتا، به عدد اتمي ماده پرتوزا يك واحد افزوده مي شود، به طور مثال در گسيل بتا از هسته يك اتم هليوم (هليون)، علاوه بر اينكه هليم به پرتوي بتا و ليتيوم-6 تبديل مي شود، عدد اتمي آن نيز از 2 به 3 مي رسد(تغييرات مواد پرتوزا پس از واپاشي در قوانين سدي مورد بررسي قرار مي گيرد كه در ادامه به آن نيز اشاره خواهد شد).

هسته ي يك اتم مي تواند به طرق و روش هاي مختلف، برانگيخته شود و پس از برانگيختگي امواج الكترومغناطيس ازجنس نور گسيل كند كه بسته به سطح برانگيختگي مي تواند از امواج الكترومغناطيس با انرژي كم تا پرتوهاي گاما گسيل شود.

 

در داخل هر اتم سه ذره وجود دارد:الكترون با بار منفي , پروتون با بار مثبت و نوترون خنثي. بارهاي همنام يكديگر را دفع و بارهاي غير همنام يكديگر را جذب ميكنند بجز نوترون كه هيچ عكس العملي ندارد.

هسته اتم هر عنصر از پروتون و نوترون تشكيل شده است كه مجموع تعداد آنها را عدد اتمي آن عنصر ,وبه آنها نوكلئون ميگويند. لازم به ذكر است جرم نوترون 675/1ضربدر 10 به توان منفي 27 كيلوگرم ,وجرم پروتون 673/1ضربدر 10 به توان منفي 27 ميباشد.

پروتون هاي تشكيل دهنده هسته اتم چون داراي بار مثبت هستند پس طبيعي است كه يكديگر را دفع كنند براي جلوگيري از اين اتفاق نوترون ها مانند چسبي از متلاشي شدن هسته جلوگيري ميكنند.الكترون ها نيز در مدارات بيضي شكل و نامنظم در اطراف هسته با سرعت بسيار زياد در حال گردشند وهر چه اين الكترون ها به لايه والانس نزديكتر ميشوند تعلق آنها به هسته كاهش ميابد(بر اساس مدل اتمي بور).

اما اگر بخواهيم علمي تر بحث كنيم بايد بگوئيم تقريبا سه نيرو در هسته هر اتم وجود داردكه يكي از آنها سعي در انهدام هسته و دو تاي ديگر سعي در پايداري هسته دارند. اولي نيروي كولني يا همان دافعه پروتوني ميباشد , دومي نيروي گرانش ناشي از جاذبه بين ذرات جرم دار است وسومي كه مهمترين دليل جلوگيري از متلاشي شدن هسته ميباشد همان نيروي هسته اي است. دقت كنيد نيروي كولني بسيار ناچيز است و نميتواند به تنهايي هسته را متلاشي كند و نيروي گرانش ذرات نيز بسيار كم ميباشد و توانايي در تعادل نگه داشتن هسته را ندارد,در واقع اين نيروي هسته اي است كه اتم را در تعادل نگه داشته و از واپاشيده شدن نوكلئون ها جلوگيري ميكند. براي توضيح اين نيرو بايد گفت اگر فاصله بين پروتون و نوترون از 5 ضربدر 10 به توان منفي 15 متر(5فمتو متر) بيشتر شود نيروي هسته اي وجود ندارد , بر عكس اگر اين فاصله از مقدار ياد شده كمتر شود نيروي هسته اي بيشترميشود بدين طريق هسته از متلاشي شدن نجات ميابد.

سال 1905 در يك آپارتمان كوچك در شماره 49 خيابان كرامر گاسه در برلين (منزل مسكوني اينشتين)اتفاق بزرگي افتاد ; كسي چه ميدانست با كشف فرمول معروف نسبيت خاص E=mc2 ميتوان جان هزاران نفر را در هيروشيما و ناكازاكي گرفت و يا اينكه براي ميليون ها نفر در سرار جهان برق و انرژي توليد كرد ؟!

فرمول 2E=mc به ما ميگويد كه اندازه انرژي آزاد شده برابر است با تغييرات جرم جسم تبديل شده در مجذور سرعت نور. به اين معني كه اگر ما جسمي به جرم مثلا يك كيلوگرم را با سرعتي نزديك به سرعت نور به حركت درآوريم انرژي معادل 9ضربدر10به توان 16 ژول خواهيم داشت كه رقم بسيار وحشتناكي است ولي واقعيت اين است كه چنين چيزي غير ممكن است !!! چرا ؟

چون بر اساس همان فرمول نسبيت حركت با سرعت نور براي اجسام غير ممكن است. براي درك بهتر موضوع فرمول را به شكل ديگري مينويسيم : m=E/C2 اگر C2 ثابت فرض شود به روشني پيداست كه انرژي و جرم نسبت مستقيم با يكديگر دارند ,حال اگر ما بخواهيم جسمي به جرم m را با سرعت نور © به حركت درآوريم طبيعتا بايد به آن انرژي بدهيم و از آنجا كه m و E با يكديگر نسبت مستقيم دارند پس هر چه انرژي بيشتر شود m نيز بزرگتر ميشود ودر واقع قسمت اعظم انرژي صرف ازدياد جرم ميشود تا سرعت دادن به جسم . پس تقريبا به بي نهايت انرژي نياز داريم واين همان چيزي است كه حركت با سرعت نور را براي اجسام غير ممكن ميكند.

قبل از اينكه توضيحات بيشتري داده شود لازم است كمي هم در مورد راههاي آزاد كردن انرژي هسته اي بگوئيم.

 

به طور كلي انرژي موجود در هسته به دو روش آزاد ميشود :

1 - روش شكافت هسته اي كه در آن يك اتم سنگين مانند اورانيوم تبديل به دو اتم سبكتر ميشود . ويا به عبارتي ديگر وقتي كه هسته اي سنگين به دو يا چند هسته با جرم متوسط تجزيه ميشود ميگويند شكافت هسته اي رخ داده است و وقتي هسته اي با عدد اتمي زياد شكافته شود , مقداري از جرم آن ناپديد وبه انرژي تبديل ميشود(طبق قانون نسبيت).

2 - روش همجوشي (گداخت هسته اي) ; كه در آن دو اتم سبك مانند هيد روژن تبديل به يك اتم سنگين مانند هليم ميشود. درست همانند اتفاقي كه در حال حاضر در خورشيد مي افتد, كه در هر دو حالت انرژي قابل توجهي آزاد مي شود.

در حال حاضر اكثر بمب هاي هسته اي ونيروگاههاي هسته اي بروش شكافت هسته عمل ميكنند .

حال دوباره به توضيحات مربوط اتم بر ميگرديم . در اينجا لازم است نكاتي را در مورد پايداري و ناپايداري توضيخ دهيم...

اگرما 13 پروتون را با 14 نوترون تركيب كنيم هسته اي خواهيم داشت كه اگر 13 الكترون در اطراف آن گردش كنند يك اتم آلومينيوم را ميسازند .حال اگر ميلياردها عدد از اين اتم ها را در كنار هم قرار دهيم آلومينيوم را مي سازيم(AL27) كه با آن انواع وسايل نظير قوطي ها و درب وپنجره ها و غيره... را ميتوان ساخت.

حال اگر همين آلومينيوم را در شيشه اي قرار دهيم ! وچند ميليون سال به عقب برگرديم اين آلومينيوم هيچ تغييري نخواهد كرد ,پس آلومينيوم عنصري پايدار است . تا حدود يك قرن پيش تصور بر اين بودكه تمام عناصر پايدار هستند. مساله مهم ديگر اينكه بسياري از اتم ها در اشكال متفاوتي ديده مي شوند . براي مثال : مس دو شكل پايدار دارد , مس 63 ومس 65 كه به اين دو نوع ايزوتوپ گفته مي شود .هر دوي آنها 29 پروتون دارند اما چون در عدد اتمي 2 واحد فرق دارند به سادگي مي توان فهميد كه تعداد نوترون هاي اولي 34 وديگري 36 است وهر دوي آنها پايدار هستند.در حدود يك قرن پيش دانشمندان متوجه شدند گه همه عناصر ايزوتوپ هايي دارند كه راديواكتيو هستند.مثلا : هيدروژن را در نظر بگيريد , در مورد اين عنصر سه ايزوتوپ شناخته شده است.

1 - هيدروژن معمولي يا نرمال (H1) در هسته اتم حود يك پروتون دارد وبدون هيچ نوتروني. البته واضح است چون نيازي نيست تا خاصيت چسبانندگي خود را نشان دهد چرا كه پروتون ديگري وجود ندارد.

2 - هيدروژن دوتريم كه يك پروتون ويك نوترون دارد و در طبيعت بسيار نادر است. اگرچه عمل آن بسيار شبيه هيدروژن نوع اول است براي مثال ميتوان از آن آب ساخت اما ميزان بالاي آن سمي است.

هر دو ايزوتوپ ياد شده پايدار هستند اما ايزوتوپ ديگري از هيدروژن وجود دارد كه ناپايدار است!

3 - ايزوتوپ سوم هيدروژن (تريتيوم) كه شامل دو نوترون و يك پروتون است. همان طور كه قبلا گفته شد اين نوع هيدروژن ناپايدار است . يعني اگر مجددا ظرفي برداريم واين بار درون آن را با اين نوع از هيدروژن پر كنيم و يك ميليون سال به عقب برگرديم متوجه ميشويم كه ديگر هيدروژني نداريم و همه آن به هليم 3 تبديل شده است (2 پروتون و يك نوترون) واين ها همه توضيحاتي ساده در مورد پايداري و ناپايداري بود.

در يك پاراگراف ساده ميتوان گفت كه هر چه هسته اتم سنگين تر شود تعداد ايزوتوپ ها بيشتر ميشود و هر چه تعداد ايزوتوپ ها بيشتر شود امكان بوجود آمدن هسته هاي ناپايدار نيز بيشتر خواهد شد و در نتيجه احتمال وجود نوع راديواكتيو نيز بيشتر ميشود.

در طبيعت عناصر خاصي را ميتوان يافت كه همه ايزوتوپ هايشان راديو اكتيو باشند.براي مثال دو عنصر سنگين طبيعت كه در بمب ها ونيروگاههاي هسته اي از آنها استفاده مي شود را نام ميبريم : اورانيوم و پلوتونيوم.

اورانيوم به طور طبيعي فلزي است سخت,سنگين,نقره اي و راديواكتيو,با عدد اتمي 92.سالهاي زيادي از آن به عنوان رنگ دهنده لعاب سفال يا تهيه رنگهاي اوليه در عكاسي استفاده ميشد و خاصيت راديواكتيو آن تا سال 1866 ناشناخته ماند و قابليت آن براي استفاده به عنوان منبع انرژي تا اواسط قرن بيستم مخفي بود.

 

خصوصيات فيزيكي اورانيوم

اورانيوم طبيعي (كه بشكل اكسيد اورانيوم است) شامل3/99% از ايزوتوپ اورانيوم 238 و7/0% اورانيوم 235است. كه نوع 235 آن قابل شكافت است و مناسب براي بمب ها ونيروگاههاي هسته اي است. اين عنصر از نظر فراواني در ميان عناصر طبيعي پوسته در رده 48 قراردارد. از نظر تراكم و چگالي بايد گفت 6/1 مرتبه متراكم تر از سرب است.وهمين تراكم باعث سنگين تر شدن آن مي شود.براي مثال اگر يك گالن شير وزني حدود 4 كيلوگرم داشته باشد ,يك گالن اورانيوم 75 كيلوگرم وزن دارد!!!

انواع اورانيوم

اورانيوم با غناي پايين كه ميزان اورانيوم 235 آن كمتر از 25% ولي بيشتر از7/0% است كه سوخت بيشتر راكتورهاي تجاري بين 3 تا 5 درصد اورانيوم 235 است.

اورانيوم با غناي بالا كه در اينجا بيشتر از 25% وحتي در مواردي آن را تا98% نيز غني ميكنند و مناسب براي كاربردهاي نظامي وساخت بمب هاي هسته اي است.

 

منظور از غني سازي اورانيوم چيست؟

بطوربسيار خلاصه غني سازي عبارت است از انجام عملي كه بواسطه آن مقدار اورانيوم 235 بيشتر شود و مقدار اورانيوم 238 كمتر. كه پس از جمع آوري اورانيوم 238 ,آن را زباله اتمي مي نامند.

غني سازي اورانيوم به روشهاي مختلفي انجام مي شود كه چند مورد از آن را خدمت شما يادآور مي شويم: 1-استفاده از اصل انتشار گازها 2-استفاده از روش فيلترينگ 3-استفاده از ميدانهاي مغناطيسي 4- استفاده از دستگاه سانتريفوژ كه در حال حاضر روش چهارم متداولترين,باصرفه ترين و مطمئن ترين روش به شمار ميآيد.

خاك معدني اورانيوم

در اواخر سال 1938 هان,مايتنر و اشتراسمن به اكتشافي دست يافتند كه دنيا را تحت تاثير قرار داد ,آنها متوجه شدند كه ميتوان كاري كرد كه هسته هاي اورانيوم 235 شكسته شوند.

فرض كنيد كه نوتروني در اطراف يك هسته اورانيوم 235 آزادانه در حال حركت است,اين هسته تمايل زيادي دارد كه نوترون كند را به درون خود بكشاند وآن راجذب كند.هسته اورانيوم پس از گير اندازي اين نوترون,ديگر هسته اي پايدار نيست وناگهان از هم شكافته مي شود اين هسته در طي فرآيند شكافت به دو يا چند هسته با جرم كوچكتر ,يعني به صورت هسته هاي عناصر نزديك به مركز جدول تناوبي تجزيه مي شود.به طور كلي در فرآيند شكافت اگر يك نوترون به هسته اصابت كند به طور ميانگين 5/?نوترون در اثر شكافت آزاد مي شود حال اگر ما تعداد نوترون هاي آزاد شده را 3 عدد فرض كنيم و مدت زمان لازم براي تحقق هر شكافت 01/0 ثانيه باشدمقدار اورانيوم مصرف شده در طي زمان يك ثانيه در حدود 10به توان 23 كيلوگرم خواهد بود !!! واضح است كه واكنش زنجيره اي شكافت ميتواند مقادير قابل توجهي از اورانيوم را در مدت زمان ناچيزي به انرزي تبديل كند.با توجه به توضيحات داده شده به وضوح مشخص است كه ما نيازي به توليد مستمر نوترون نداريم بلكه با اصابت اولين نوترون به هسته وآزاد شدن نوترون هاي ناشي از فرآيند شكافت ما ميتوانيم نوترون مورد نياز خود را بدست آوريم كه مسلما اين تعداد نوترون بسيار بيشتر از نياز ما خواهد بود. لازم به ذكر است كه به حداقل مقدار اورانيومي كه براي فرآيند شكافت لازم است جرم بحراني يا مقدار بحراني مي گويند واز به هم پيوستن دو يا چند جرم بحراني يك ابر جرم بحراني حاصل مي شود.