کلاس ششم دلفان
ششمی ها 
قالب وبلاگ
نويسندگان
لینک دوستان

 

اورانیوم دارای دو ایزوتوپ ۲۳۵ و ۲۳۸ است. خب حالا ایزوتوپ چیست؟ جواب خیلی ساده ی آن می شود دو عنصری که فقط از نظر جرم باهم تفاوت دارند. (به طور ظریف تر تنها اختلاف آنها در تعداد نوترون های هسته است). مثلاً همین آب سنگین که در بحث هسته ای مطرح است، به این معناست که ملکول آب به جای هیدورژن معمولی، از همتای سنگین ترش به نام دوتریم تشکیل شده است. عناصری که ایزوتوپ یکدیگر هستند(مثل همین هیدروژن و دوتریم یا اورانیوم ۲۳۵ و ۲۳۸) خواص شیمیایی یکسانی دارند، اما خواص فیزیکی یکسانی نخواهند داشت! چرا که خواص شیمیایی در واقع بستگی به ماهیت درونی ماده بستگی دارد، اما خواص فیزیکی به ویژگی های فیزیکی مثل جرم، وابسته اند.


 

در فرآیند شکافت هسته ای اورانیوم ۲۳۵ به اورانیوم ۲۳۸ ترجیح داده می شود، به دلایل زیر:

  • هسته ی آن راحت تر شکافته می شود

  • پس از شکافت هسته، دو یا سه نوترون هم آزاد می شوند که می توانند با اتم های جدید اورانیوم برخورد کرده و این فرآیند را تکرار کنند، پس با یک پروسه ی زنجیره ای و بنابراین بسیار پربازده تر روبرو هستیم.

اما در این میان مشکلی وجود دارد و آن ناپایداری (نیمه عمر کوتاه) اورانیوم ۲۳۵ است که باعث می شود این ایزوتوپ، به سرعت فروپاشیده شود و به همین خاطر در طبیعت به مقدار کمی موجود است، یعنی تنها ۰.۷ % اورانیوم های موجود در طبیعت، ۲۳۵ هستند و بقیه از نوع سنگین ۲۳۸ هستند. پس باید آن را خالص و غنی کنیم.

فرآیندهای هسته ای

 

اورانیوم دارای دو ایزوتوپ ۲۳۵ و ۲۳۸ است. خب حالا ایزوتوپ چیست؟ جواب خیلی ساده ی آن می شود دو عنصری که فقط از نظر جرم باهم تفاوت دارند. (به طور ظریف تر تنها اختلاف آنها در تعداد نوترون های هسته است). مثلاً همین آب سنگین که در بحث هسته ای مطرح است، به این معناست که ملکول آب به جای هیدورژن معمولی، از همتای سنگین ترش به نام دوتریم تشکیل شده است. عناصری که ایزوتوپ یکدیگر هستند(مثل همین هیدروژن و دوتریم یا اورانیوم ۲۳۵ و ۲۳۸) خواص شیمیایی یکسانی دارند، اما خواص فیزیکی یکسانی نخواهند داشت! چرا که خواص شیمیایی در واقع بستگی به ماهیت درونی ماده بستگی دارد، اما خواص فیزیکی به ویژگی های فیزیکی مثل جرم، وابسته اند.

در فرآیند شکافت هسته ای اورانیوم ۲۳۵ به اورانیوم ۲۳۸ ترجیح داده می شود، به دلایل زیر:

  • هسته ی آن راحت تر شکافته می شود

  • پس از شکافت هسته، دو یا سه نوترون هم آزاد می شوند که می توانند با اتم های جدید اورانیوم برخورد کرده و این فرآیند را تکرار کنند، پس با یک پروسه ی زنجیره ای و بنابراین بسیار پربازده تر روبرو هستیم.

اما در این میان مشکلی وجود دارد و آن ناپایداری (نیمه عمر کوتاه) اورانیوم ۲۳۵ است که باعث می شود این ایزوتوپ، به سرعت فروپاشیده شود و به همین خاطر در طبیعت به مقدار کمی موجود است، یعنی تنها ۰.۷ % اورانیوم های موجود در طبیعت، ۲۳۵ هستند و بقیه از نوع سنگین ۲۳۸ هستند. پس باید آن را خالص و غنی کنیم.

نیروگاه هسته ای

 

راکتور هسته ای در واقع، دستگاهی است که فرآیند شکافت هسته ای در آن، به صورت کنترل شده انجام می گیرد. سوخت راکتورهای هسته ای، اورانیوم است. اما این اورانیوم به صورت خام قابل استفاده نبوده و باید تغییراتی در آن انجام شود. مراحل این تغییر عبارتند از:

فرآوری: پس از اینکه اورانیوم استخراج شد، آن را آسیاب می کنند تا پودر نرمی به دست آید. این پودر طی یک پروسه ی شیمیایی (شستشو با سولفوریک اسید) و خشک کردن، به ماده جامد زرد رنگی به نام کیک زرد (بافرمولU۳O۸ ) تبدیل می شود. پس از آن، کیک زرد به اورانیوم هگزافلورید (UF۶) تبدیل می شود که برای مرحله ی غنی سازی استفاده می شود.

 غنی سازی: همانطور که از نام این فرآیند برمی آید، هدف، خالص سازی اورانیوم ۲۳۵ است. اورانیوم ۲۳۵ راکتورهای هسته ای باید از درصد خلوص ۰.۷ به ۲تا۳ درصد برسد(درصد خلوص اورانیوم بمب اتمی باید بیش از ۹۰ درصد باشد!). حالا چه طور این دو نوع اورانیوم را از هم جدا کنیم؟ اگر یادتان باشد گفتیم خواص شیمیایی دو ایزوتوپ یکسان است، پس باید به سراغ خواص فیزیکی برویم، راه حل، استفاده از سانتریفیوژ است، بچه هایی که مثل من رشته ی شیمی هستند، حتما در آزمایشگاه با سانتریفیوژ کارکرده اند. کلمه ی لاتین سانتریفیوژ به معنای تفکیک کردن است و طرز کار کلی آن این است که یک محفظه با سرعت زیادی حول محور خور می چرخد، بنابراین زمانیکه هگزافلورید به داخل این محفظه تزریق می شود، نیروی گریز از مرکز باعث تمرکز ملکول های حاوی اورانیوم سبکتر ۲۳۵ در مرکز محفظه و ملکول های حاوی اورنیوم سنگین تر ۲۳۸، در قسمت دورتر از مرکز محفظه می شود. اورانیوم ۲۳۵ جدا شده، دوباره در سانتریفیوژ دیگری تفکیک می شود و این عمل آنقدر تکرار می شود تا اورانیوم ۲۳۵ به خلوص لازم برسد.

 

یک سانتریفیوژ آزمایشگاهی

 

 

 موارد کاربرد:

  • نیروگاه هسته ای: استفاده از انرژی حاصل از واکنش های راکتور برای تولید برق

  • سلاح هسته ای: بمب اتمی، هیدروژنی، نوترونی

  • کاربردهای پزشکی: توسعه ی روش های تصویربرداری، ساخت رادیو داروها و پرتودرمانی

  • کاربردهای صنعتی و تجاری و کشاورزی

مزایا و معایب انرژی هسته ای

مزایا

  • تولید گازهای گلخانه ای کمتر

  • قدرتمند و کارآمد

  • قابل اعتماد

  • الکتریسیته ی ارزان

  • هزینه ی پایین سوخت

  • حمل ونقل آسان

معایب

  • تولید زباله های رادیواکتیو

  • تابش های هسته ای

  • هزینه ی بالای راه اندازی نیروگاه ها

  • تاثیر مخرب بر زندگی آبزیان     

حالا بهتر است با معادله ی نسبیت اینشتین(معادله ی بالا) کمی بازی کرده و یک حساب سرانگشتی با آن انجام دهیم، مثلاً این سوال را مطرح می کنیم: یک جسم ۱کیلوگرمی چقدر انرژی دارد؟

ژول  E=1 kg * (300000000)۲ m/s=90000000000000000

۹۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰ ژول ؛ فوق العاده است! برای اینکه به اصطلاح حساب کار دستتان بیاید، بهتر است بدانید انرژی حاصل از سوختن یک تن (۱۰۰۰ کیلوگرم) ذغالسنگ، تنها ۳۲۰۰۰۰۰۰۰۰۰ ژول بوده، یا انرژی لازم برای برای فرستادن ۱ کیلوگرم جرم به مدار پایینی زمین،۳۲۹۰۰۰۰۰ژول است.

اتم ها اگر چه بسیار کوچک اند، اما انرژی عظیمی در آن ها نهفته است. در واقع با شکافت هسته، چنین انرژی عظیمی به دست می آید، چرا که تقریبا تمام جرم یک اتم مربوط به هسته ی آن است(الکترون ها حدود ۱۸۳۷ بار سبک تر از پروتون ها هستند). از اینجا بود که انرژی هسته ای متولد شد و بشر به فکر استفاده از این منبع عظیم انرژی افتاد و به دنبال راهی بود تا این انرژی ر آزاد کند،  تا زمانی که دو دانشمند آلمانی، هسته ی اتم اورانیوم را با نوترون بمباران کردند. حاصل این بمباران دو عنصر رادیواکتیو با جرم اتمی کمتر از اورانیوم بود. با این فروپاشی، انرژی بسیار زیادی، طبق معادله ای اینشتین آزاد میشد و اینجا بود که برای اولین بار مسئله ی بمب اتمی مطرح شد.

NuclearReaction

قبل از آغاز جنگ جهانی دوم، افکار به این سمت رفت که احتمالا آلمان با وجود نابغه ای مثل ورنر هایزنبرگ (خالق کوانتوم ماتریسی و البته اصل بسیار مهم عدم قطعیت هایزنبرگ) اقدام به ساخت بمب اتمی کند، بنابراین اینشتین به فرانکلین رزولت، رییس جمهور وقت آمریکا، نامه ای نوشت و در آن از امکان ساخت بمب اتم توسط آلمان سخن گفت و از آمریکا خواست برای ساخت بمب اتم پیشی گیرد. بنابراین دولت آمریکا برای پیشدستی بر دولت آلمان، پروژه ی ساخت بمب اتمی،  یعنی پروژه ی منهتن را به کمک انریکو فرمی راه انداخت. وی نخستین کسی بود که توانست برای اولین بار یک واکنش هسته ای را در راکتور خود واقع در دانشگاه شیکاگو، کنترل کند. سرپرست علمی این پروژه، رابرت اوپنهایمر بود که به وی لقب پدر بمب اتمی را داده اند. سه سال پس آغاز پروژه ی منهتن، نخستین بمب اتمی در مکزیکو تست شد و سه هفته بعد در هیروشیما و ناکازاکی، جان هزاران نفر را گرفت.(جالب اینجاست که ساختن بمب اتمی توسط آلمان توهمی بیش نبود و آلمان هیچگاه بمب اتمی نساخت و البته اینشتین بعدها از حامیان حقوق بشر و مخالفان بمب اتمی شد)

 

[ ۱۳٩۳/٩/٢۱ ] [ ۱٠:٥۱ ‎ب.ظ ] [ امیر حسین خزایی ]
.: Weblog Themes By Iran Skin :.

درباره وبلاگ

سلام به بازدیدکنندگان - این وبلاگ می کوشد تا مطالب تازه وجدیدی را در اختیار دانش آموزان -اولیا -پرسنل مدرسه وتمامی بازدیدکنندگان قرار دهد
موضوعات وب
RSS Feed

سیستم افزایش آمار هوشمند تک باکس
<CENTER>مشاهده جدول کامل ليگ برتر ايران

Google

در اين وبلاگ
در كل اينترنت