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.

نگاهی به شکاف هسته ای اورانیوم
هنگامی که
هسته اتم اورانیوم در یک واکنش زنجیره ای شکافته شود مقداری انرژی آزاد خواهد
شد.
گفتیم که U-235قابلیت شکاف هسته ای دارد. این نوع از اتم اورانیوم دارای 92
پروتون و 143 نوترون است (بنابراین جمعآ 235 ذره در هسته خود دارد و به همین دلیل
U-235 نامیده می شود)، کافی است یک نوترون دریافت کند تا بتواند به دو اتم دیگر
تبدیل شود. برای شکافت هسته اتم اورانیوم، یک نوترون به هسته آن شلیک می شود و در
نتیجه این فرایند، اتم مذکور به دو اتم کوچکتر تجزیه شده و تعدادی نوترون جدید نیز
آزاد می شود که هرکدام به نوبه خود میتوانند هسته های جدیدی را در یک فرایند زنجیره
ای تجزیه کنند. ( شکل 1 )
در این حالت یک اتم U-235 به دو اتم دیگر تقسیم می شود
و دو ، سه و یا بیشتر نوترون آزاد می شود. نوترون های آزاد شده خود با اتم های دیگر
U-235 ترکیب می شوند و آنها را تقسیم کرده و به همین منوال یک واکنش زنجیره ای از
تقسیم اتم های U-235 تشکیل می شود. مجموع جرم اتمهای کوچکتری که از تجزیه اتم
اورانیوم بدست می آید از کل جرم اولیه این اتم کمتر است و این بدان معناست که
مقداری از جرم اولیه که ظاهرا ناپدید شده در واقع به انرژی تبدیل شده است، و این
انرژی با استفاده از رابطه ۲E=MC یعنی رابطه جرم و انرژی که آلبرت اینشتین نخستین
بار آنرا کشف کرد قابل محاسبه است.
برای بدست آوردن بالاترین بازدهی در فرایند
زنجیره ای شکافت هسته باید از اورانیوم ۲۳۵ استفاده کرد که هسته آن به سادگی شکافته
میشود. هنگامی که این نوع اورانیوم به اتمهای کوچکتر تجزیه میشود علاوه بر آزاد شدن
مقداری انرژی حرارتی دو یا سه نوترون جدید نیز رها میشود که در صورت برخورد با
اتمهای جدید اورانیوم بازهم انرژی حرارتی بیشتر و نوترونهای جدید آزاد
میشود.
اما بدلیل "نیمه عمر" کوتاه اورانیوم ۲۳۵ و فروپاشی سریع آن، این ایزوتوپ
در طبیعت بسیار نادر است بطوری که از هر ۱۰۰۰ اتم اورانیوم موجود در طبیعت تنها هفت
اتم از نوع U۲۳۵ بوده و مابقی از نوع سنگینتر U۲۳۸ است.

فراوری
سنگ معدن
اورانیوم بعد از استخراج، در آسیابهائی خرد و به گردی نرم تبدیل میشود. گرد بدست
آمده سپس در یک فرایند شیمیائی به ماده جامد زرد رنگی تبدیل میشود که به کیک زرد
موسوم است. کیک زرد دارای خاصیت رادیو اکتیویته است و ۶۰ تا ۷۰ درصد آنرا اورانیوم
تشکیل میدهد.
دانشمندان هسته ای برای دست یابی هرچه بیشتر به ایزوتوپ نادر U۲۳۵
که در تولید انرژی هسته ای نقشی کلیدی دارد، از روشی موسوم به غنی سازی استفاده می
کنند. برای این کار، دانشمندان ابتدا کیک زرد را طی فرایندی شیمیائی به ماده جامدی
به نام هگزافلوئورید اورانیوم تبدیل میکنند که بعد از حرارت داده شدن در دمای حدود
۶۴ درجه سانتیگراد به گاز تبدیل میشود.
هگزافلوئورید اورانیوم که در صنعت با
نام ساده هگز شناخته میشود ماده شیمیائی خورنده ایست که باید آنرا با احتیاط
نگهداری و جابجا کرد. به همین دلیل پمپها و لوله هائی که برای انتقال این گاز در
تاسیسات فراوری اورانیوم بکار میروند باید از آلومینیوم و آلیاژهای نیکل ساخته
شوند. همچنین به منظور پیشگیری از هرگونه واکنش شیمیایی برگشت ناپذیر باید این گاز
را دور از معرض روغن و مواد چرب کننده دیگر نگهداری کرد.

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.

دفن اورانیوم مصرف شده
پس از استفاده از اورانیوم برای تولید
انرژی در رآکتور هسته ای، این سوخت دیگر قابل استفاده نیست و باید به روشی بازیافت
یا دفن شود، که به دلیل تشعشع زیاد کار ساده ای نیست. روش کار این است که معمولآ
سوخت مصرف شده را در حوضچه هایی برای سرد شدن اولیه نگهداری می کنند، به این ترتیب
علاوه بر سرد شدن تا حدی از شدت تشعشع آنها کاسته می شود. این حوضچه ها به گونه ای
ساخته شده اند که اجازه وارد کردن آسیب به طبیعت را از این مواد می گیرند، درواقع
می توان برای مدتهای طولانی این زباله ها را در این حوضچه ها نگهداری کرد اما به
دلایل بسیاری از جمله موارد اقتصادی این کار ممکن نیست. لذا باید روی سوخت
فرآیندهایی انجام بگیرد تا بتوان آنرا در انبارهایی که از آنها نام بردیم ذخیره
کرد. این فرآیندها شامل فعالیت هایی است که توسط آنها اورانیوم و پلوتونیوم
(پلوتونیوم به دلیل سادگی عملیات fission بیشتر در ساخت سلاح های اتمی بکار برده می
شود) از سایر مواد جدا می شوند. برای اینکار میله های سوختی را خرد کرده و آنها را
در ظروف اسید قرار می دهند، اورانیوم و پلوتونیوم بازیافت شده به ابتدای چرخه سوخت
باز می گردند تا قابل استفاده شوند و مازاد تفاله های سوختی را برای دفن آماده می
کنند.

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 بذر و نهال گیاهان شورپسند با هدف
پرورش و برداشت محصول در شرایط نامناسب وبرای جلوگیری از افزایش بیابانی شدن اراضی
تولید می شود .
انرژی هسته ای در دامپزشکی و دامپروری: در تشخیص و درمان
بیماریهای دام، تولید مثل دام، اصلاح نژاد دام در جهت بازدهی بیشتر مثل اصلاح نژاد
گاوها به صورتی که گوشت قابل استفاده آنها به حداکثر برسد، از روش های هسته ای
استفاده می شود.درخصوص بهداشت وایمن سازی¬خوراک¬دام از¬پرتوهای رادیواکتیو،میتوان
بهره جست

انرژی هسته ای در صنعت: چشمه های رادیواکتیو در صنعت برای بررسی
جوشکاری های صنعتی ، جوش لوله های نفت و گاز و نشت یابی لوله های انتقال به کار می
رود. از میکروسکوپ های الکترونی می توان در اندازه گیری لایه های اپتیکی ، کالیبره
کردن دستگاه های اندازه گیری ، تعیین خواص مکانیکی مواد ، سطح سنجی و ضخامت سنجی
استفاده می شود. در سازمان انرژی اتمی دستگاه هایی وجود دارند که بررسی خوردگی
فلزات ، تعیین کیفیت فرآورده های صنعتی ، مواد اولیه و آلیاژها را انجام می دهند .


انرژی هسته ای در امنیت: کشف مین های ضد نفرو حتی بررسی تراکم گلوله ها و
خمپاره ها از دستگاه هایی که بر مبنای فیزیک هسته ای کار می کنند ، امکان پذیر است
.

انرژی هسته ای در باستان شناسی: کارهایی از قبیل بررسی نمونه های باستان
شناسی مانند سکه ، سفال و غیره جهت عمرسنجی و تجزیه و تحلیل آنها از طریق علم هسته
ای امکان پذیر است . برای تشخیص نمونه های تقلبی آثار باستانی و فسیل ها و عمرسنجی
آنها ، میزان کربن رادیواکتیو موجود در نمونه ها اندازه گیری می شود.

انرژی
هسته ای در اکتشافات: با بکار گیری روش های هسته ای می توان محل دقیق معادن مختلف و
حوزه های آب زیرزمینی را کشف کرد. برای شیرین کردن آبها نیز می توان از فن آوری
هسته ای استفاده کرد .

انرژی هسته ای در تولید برق: اگرچه ایران یکی از
کشورهای غنی از لحاظ ذخایر نفت و گاز به شمار می رود اما باید پذیرفت که این منابع
دائمی نیستند. بنابراین اگر نسل امروز هم چنان به امید سوخت های فسیلی دست روی دست
بگذارد، نسل های آینده با بحران انرژی روبرو خواهند شد. بهترین و مطمئن ترین راه حل
، ساخت نیروگاه های هسته ای و استفاده از سوخت هسته ای است. مقدار انرژی تولید شده
توسط نیروگاه های هسته ای قابل مقایسه با نیروگاه های آبی یا گازی نیست. در یک
واکنش سوخت هسته ای ، بیست هزار برابر سوخت فسیلی انرژی تولید می شود . علاوه بر
این، نیروگاه های هسته ای معضل آلودگی محیط را به همراه ندارد . تنها مشکل این
نیروگاه ها ، زباله های هسته ای آنهاست که در صورت رعایت جوانب ایمنی و دفن اصولی
آنها در محل های غیر مسکونی و دور از انسان ها خطر خاصی ایجاد نمی کنند .
انرژی
هسته ای در صنایع غذایی: کیفیت مواد غذایی ، بهداشتی و آشامیدنی از جمله مواردی است
که با فن آوری هسته ای قابل تعیین است . با استفاده از سیستم های جذب اتمی تعیین
مقدارعناصر سمی کم مقدار در مواد غذایی ، تشخیص پرتودیدگی مواد غذایی امکان پذیر
است . پرتودهی مناسب به مواد غذایی موجب پاستوریزه و استریلیزه شدن و افزایش زمان
ماندگاری آنها می شود .
موارد ذکر شده گوشه ای از کاربردهای گسترده انرژی و فن
آوری هسته ای در حوزه های گوناگون و برخی فعالیتهای سازمان انرژی اتمی است. این
کاربردها هر روز در حال گسترش و افزایش است . با این توصیفات می توان علت ایستادگی
ایران بر حق خود مبنی بر دستیابی به انرژی صلح آمیز هسته ای را دریافت . پیشرفت
سریع علم و فن آوری در مسیری است که در آینده نه چندان دور کشورهایی که فاقد توان
تولید و استفاده از دانش هسته ای باشند ، از لحاظ اقتصادی و علمی عقب مانده و
وابسته خواهند بود.
فیزیک هسته ای چیست؟
درون هر اتم می‌ توان سه ذره ریز
پیدا کرد: پروتون، نوترون و الکترون.
پروتونها در کنار هم قرار می‌گیرند و هسته
اتم را تشکیل می‌دهند، در حالی که الکترونها به دور هسته می‌چرخند. پروتون بار
الکتریکی مثبت و الکترون بار الکتریکی منفی دارد و از آنجا که بارهای مخالف ،
یکدیگر را جذب می‌کنند، پروتون و الکترون هم یکدیگر را جذب می‌کنند و همین نیرو،
سبب پایدار ماندن الکترونها در حرکت به دور هسته می‌گردد. در اغلب حالت‌ها تعداد
پروتونها و الکترونهای درون اتم یکسان است، بنابراین اتم درحالت عادی و طبیعی خنثی
است.
نوترون، بار خنثی دارد و وظیفه اش در هسته، کنار هم نگاه داشتن پروتونهای
هم بار است.می دانیم که ذرات با بار یکسان یکدیگر را دفع می‌کنند .در نتیجه وظیفه
نوترونها این است که با فراهم آوردن شرایط بهتر، پروتونها را کنار هم نگاه دارند. (
این کار توسط نیروی هسته ای قوی صورت می‌گیرد )
تعداد پروتونهای هسته نوع اتم را
مشخص می‌کند. برای مثال اگر 13 پروتون و 14 نوترون، یک هسته را تشکیل دهند و 13
الکترون هم به دور آن بچرخند، یک اتم آلومینیوم خواهید داشت و اگر یک میلیون
میلیارد میلیارد اتم آلومینیوم را در کنار هم قرار دهید، آنگاه نزدیک به پنجاه گرم
آلومینیوم خواهید داشت! همه آلومینیوم هایی که در طبیعت یافت می‌شوند، AL27 یا
آلومینیوم 27 نامیده می‌شوند. عدد 27 نشان دهنده جرم اتمی است که مجموع تعداد
پروتونها و نوترونهای هسته را نشان می‌دهد.
اگر یک اتم آلومینیوم را درون یک
بطری قرار دهید و میلیونها سال بعد برگردید، باز هم همان اتم آلومینیوم را خواهید
یافت. بنابراین آلومینیوم 27 یک اتم پایدار نامیده می‌شود.
بسیاری از اتمها در
شکل های مختلفی وجود دارند. مثلاً مس دو شکل دارد: مس 63 که 70 درصد کل مس موجود در
طبیعت است و مس 65 که 30 درصد بقیه را تشکیل می‌دهد. شکل های مختلف اتم، ایزوتوپ
نامیده می‌شوند. هر دو اتم مس 63 و مس 65 دارای 29 پروتون هستند، ولی مس 63 دارای
34 نوترون و مس 65 دارای 36 نوترون است. هر دو ایزوتوپ خصوصیات یکسانی دارند و هر
دو هم پایدارند.
آشنایی با بعضی از کاربردهای انرژی هسته ای

استفاده از
انرژی هسته ای، یکی از اقتصادی ترین شیوه ها در دنیای صنعتی است و گستره عظیمی از
کاربردهای مختلف، شامل تولید برق هسته ای، تشخیص و درمان بسیاری از بیماریها،
کشاورزی و دامداری، کشف منابع آب و ... را در بر می گیرد.
انرژی هسته ای در
مجموع، مانند یکی از انرژی های موجود در جهان مثل انرژی بادی، آبی، گاز و نفت و ...
است، اما در مقایسه با آنها جزو انرژی های پایان ناپذیر شمرده می شود، که از نظر
میزان تولید انرژی پاسخگوی نیازهای بشر خواهد بود. یعنی انرژی حاصل از تبدیل ماده
به انرژی برابر است با جرم ماده ضرب در سرعت نور به توان 2 که نشان دهنده انرژی
زیاد حاصل از تبدیل مقدار کمی ماده به انرژی است.
انرژی هسته ای کاربردهای
متعددی دارد که در یک تقسیم بندی کلی میتوان آن را به نظامی و غیرنظامی یا صلح
جویانه تقسیم کرد. تولید برق، یکی از نیازهای روزمره و فوق العاده تأثیر گذار بر
زندگی مردم است که اگر با صرفه اقتصادی بیشتر و آلودگی هرچه کمتر زیست محیطی همراه
باشد به یقین خواهد توانست در اقتصاد کشور نقش بسزایی ایفا کند. انرژی هسته ای که
از این دو شاخصه مهم برخوردار است، می تواند در این زمینه به کمک نیروگاه ها آمده و
جهان را از بحران محدودیت منابع فسیلی رهایی بخشد. به همین دلیل، نیروگاه برق اتمی،
اقتصادی ترین نیروگاهی است که امروزه در دنیا احداث می شود.
یکی از روشهای
تشخیصی و درمانی ارزشمند در طب، پزشکی هسته ای است که در آن از ایزوتوپهای رادیو
اکتیو (رادیو ایزوتوپ) برای پیشگیری، تشخیص و درمان بیماریها استفاده می شود. گفتنی
است از رادیو ایزوتوپ ها 60 سال است که برای شناسایی و درمان بیماریها استفاده می
شود. با کشف شیوه های درمانی بیشتر و پیشرفت این راهها استفاده از رادیو ایزوتوپ هم
گسترده تر شده است.
پرتودهی مواد غذایی، عبارت است از قرار دادن ماده غذایی در
مقابل مقدار مشخصی پرتو گاما، به منظور جلوگیری از جوانه زنی بعضی محصولات غذایی
مانند پیاز و سیب زمینی و همچنین کنترل آفات انباری، کاهش بار میکربی و قارچی بعضی
از محصولات مانند زعفران و ادویه و تأخیر در رسیدن بعضی میوه ها به منظور افزایش
زمان نگهداری آنها ..... در بخش کودها مطالعات مربوط به تغذیه گیاهی نیز از این روش
استفاده می شود مانند نحوه جذب کودها و عناصر و ... .
با استفاده از تکنیک
پرتوتابی هسته ای می توان تغییرات ژنتیکی مورد نظر را برای اصلاح محصول در توده های
گیاهی به کار برد. برای نمونه کشور پاکستان که بیابان های وسیع و زمین های بایر
فراوانی دارد، از راه کشاورزی هسته ای، ارقام پرمحصولی از گیاهان را در همین مناطق
پرورش داده است.
نقش تکنیک های هسته ای در پیشگیری، کنترل و تشخیص بیماریهای
دامی، نقش تکنیک های هسته ای در تولید مثل دام، نقش تکنیک های هسته ای در تغذیه
دام، نقش تکنیک های هسته ای در اصلاح نژاد دام، نقش تکنیک های هسته ای در بهداشت و
ایمنی محصولات دامی و خوراک دام.
کاربرد تکنیک های هسته ای در مدیریت منابع آب
همان بهبود دسترسی به منابع آب جهان، یکی از زمینه های بسیار مهم توسعه شناخته شده
است. بیش از یک ششم جمعیت جهان در مناطقی زندگی می کنند که دسترسی مناسب به آب
آشامیدنی بهداشتی ندارند. تکنیک های هسته ای برای شناسایی حوزه های آبخیز زیرزمینی،
هدایت آبهای سطحی و زیرزمینی، کشف و کنترل آلودگی و کنترل نشت و ایمنی سدها به کار
می رود. از این تکنیک ها، برای شیرین کردن آب شور و آب دریا نیز استفاده می
شود.
نمونه هایی برای طرح کاربرد انرژی هسته ای در بخش صنعت عبارتند از: تهیه و
تولید چشمه های پرتوزایی کبالت برای مصارف صنعتی، تولید چشمه های ایریدیم برای
کاربردهای صنعتی و بررسی جوشکاری در لوله های نفت و گاز، تولید چشمه های پرتوزا
برای کاربردهای مختلف در علوم و صنعت از قبیل طراحی و ساخت انواع سیستم های هسته ای
برای کاربردهای صنعتی مانند سیستم های سطح سنجی، ضخامت سنجی، چگالی سنجی و نظایر
آن، اندازه گیری زغال سنگ، بررسی کوره های مذاب شیشه سازی برای تعیین اشکالات آنها،
نشت یابی در لوله های انتقال نفت با استفاده از تکنیک هسته ای و ...

/ 1 نظر / 15 بازدید

سلام بی زحمت یه دقیقه بیا وبلاگم و تو نظر سنجی شرکت کن[گل] راستی خواهش می کنم......خواهش می کنم .........وقتی اومدی کامنت دادی . برای حمایت از من کد لوگومو دانلود کن و تو وبت بزار .............منتظر حضورت هستم[لبخند] اینم ادرسه وبلاگمه http://behtarinkhanande.persianblog.ir/post/2