لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه: 14
اورانیوم و انرژی هسته ای
نمونه ای سنگ معدنی اورانیوم
تعدادی از دوستان در نامه های ارسالی از ما خواسته اند که راجع به انرژی اتمی اطلاعاتی را تهیه کنیم.در اینجا ضمن تشکر از همکاری شما در جهت دادن به نوشته های فریا، طی چند نوشته با زبانی ساده به بررسی موضوعاتی که به تهیه انرژی از اورانیوم منتهی می شود، می پردازیم.
اورانیوم (Uranium) 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 تقریبآ 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 آنرا 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
اورانیم را درواقع می توان سنگین ترین (به بیان دقیقتر چگالترین) عنصر در طبیعت نامید.شاید بد نباشد بدانید که در این میان هیدروژن سبکترین 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.
نمایی از یک رآکتور هسته ای
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)، 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 آنرا 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 باسرعت 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.
نگاه ساده به شکاف هسته ای اورانیوم
گفتیم که U-235 قابلیت 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.
این عمل با بمباران نوترونی هسته انجام می گیرد، 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.
اتم U-235 با دریافت یک نوترون به اورانیوم 236 تبدیل می شود که ثبات و پایداری نداشته و تمایل دارد به دو اتم با ثبات تقسیم شود.انجام عمل تقسیم باعث آزاد شدن انرژی می شود بگونه ای که جمع انرژی حاصل از تقسیم زنجیره اتمهای U-235 بسیار قابل توجه می شود.
نمونه ای از این واکنش ها به اینصورت است :
U-235 + n ==> Ba-141 + Kr-92 + 3n + 170 Million electron Volts
U-235 + n ==> Te-139 + Zr-94 + 3n + 197 Million electron Volts
که در آن :
1 electron Volt = 1.602 x 10 -19 joules
(یک ژول انرژی معادل توان یک وات برای مصرف در یک ثانیه است.)
مجموع این عملیات ممکن است در محلی بنام رآکتور هسته ای انجام گیرد.رآکتور هسته ای می تواند انرژی آزاد شده را برای گرم کردن آب استفاده نماید تا در نهایت از آن برای راه اندازی توربین های بخار و تولید برق استفاده شود.
هدف اصلی یک رآکتور هسته ای آن است سوخت هسته ای (اورانیوم) را در سلسله واکنشهای زنجیره ای fission مهار کرده و انرژی حاصله از این واکنش ها را تبدیل به انرژی قابل استفاده نماید.
درواقع ساده ترین روش آن است که از گرمای حاصل از تبدیل اتم های اورانیوم 235، برای گرم کردن آب و به حرکت در آوردن توربین های بخار استفاده کرد تا بتوان بوسیله آن از ژنراتورهای الکتریکی نیروی برق گرفت.
یک نیروگاه برق هسته ای با یک نیروگاه برق که از سوخت فسیلی استفاده می کند در بسیاری از قسمت ها مشترک هستند.هر دو آنها به بخار آب برای بگردش در آوردن توربین بخار نیاز دارند و نیز به یک ژنراتور برق؛ تنها تفاوت آنها در این است که در نیروگاه هسته ای بجای سوخت فسیلی از واکنش های هسته ای برای تهیه بخار استفاده می شود.
واکنشهای هسته ای در قلب رآکتور صورت می گیرد و میزان انرژی تولید شده به میزان تحریک اتم های اورانیوم بستگی دارد.با کم و زیاد کردن مقدار نوترون های تزریق شده به سوخت هسته ای می توان مقدار اتمهای درگیر در پروسه fission را تنظیم کرده مقدار انرژی خروجی نیروگاه را کنترل کرد.
سوخت هسته ای توسط ماده ای که به Moderator (متعادل کننده) معروف است، احاطه می شود.این ماده باعث می شود تا سرعت انتشار نوترون به هنگام تبدیل اورانیوم به دو اتم دیگر کند شود.به بیان دیگر توسط آن می توان مانع انجام عملیات زنجیری تبدیل اتمهای اورانیوم به صورت یکباره شد.
در رآکتورهای مختلف با توجه به نوع تکنولوژی ساخت از آب، گرافیت، آب سنگین و ...به عنوان Moderator استفاده می شود.
آب سنگین نوع خاصی از آب است که در آن اتمهای هیدروژن تشکیل دهنده مولکولهای آب، بیشتر از نوع هیدروژن سنگین (deuterium) هستند.این ایزوتوپ هیدروژن با ثبات بوده و خواص شیمیایی مشابهی با هیدروژن معمولی دارد با این تفاوت که یک نوترون در هسته خود دارد در حالی که هیدروژن معمولی در هسته تنها یک پروتون دارد.
این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
دانلود تحقیق کامل درمورد اورانیوم و انرژی هسته ای
