پروژه دانشجویی مقاله انرژی هسته ای حق مسلم ماست تحت word دارای 149 صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد پروژه دانشجویی مقاله انرژی هسته ای حق مسلم ماست تحت word کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است
توجه : توضیحات زیر بخشی از متن اصلی می باشد که بدون قالب و فرمت بندی کپی شده است
بخشی از فهرست مطالب پروژه پروژه دانشجویی مقاله انرژی هسته ای حق مسلم ماست تحت word
پیشگفتار
مراحل تحقیق
1-انتخاب موضوع و تعریف آن
2- تحدید موضوع تحقیق
3-جستجو و مطالعه ی منابع تحقیقی
4-ارائه ی فرضیه
5- انتخاب فنون و روش تحقیق
6- جمع آوری اطلاعات
7- تجزیه و تحلیل اطلاعات
8- ارائه ی نظریه یا تئوری
مقدمه
انرژی هسته ای در جهان
توسعه انرژی هسته ای اولویت دیر شده ایران
تشریح ساختمان اتم
آزمون تئوری نسبیت: حق با انتیشتن بود
پایداری و ناپایداری
شکافت هسته ای
انرژی شکافت هسته ای
انرژی بستگی هسته ای
مواد شکافتنی
شکافت 235U
همجوشی هسته ای
نیروگاههای هسته ای
انواع راکتورهای هسته ای
راکتورهای حرارتی
تهیه سوخت راکتورهای حرارتی
راکتورهای سریع
تبدیل انرژی اتمی به انرژی حرارتی
تهیه انرژی الکتریکی
سوخت هسته ای
سوخت هسته ای از کجا تامین می شود؟
ساخت سوخت هسته ای
پلوتونیوم
تهیه سوخت
پایان یک نیروگاه
اورانیوم چیست
غنی سازی اورانیوم با دیفوزیون گازی
غنی سازی اورانیوم از طریق میدان مغناطیسی
کاربردهای اورانیوم غنی شده
کاربردهای زیست شناختی و پزشکی فیزیک هسته ای
مواد رادیواکتیو که در فیزیک و پزشکی به کار می روند
کاربردهای فیزیک هسته ای در پزشکی
کاربرد انرژی هسته ای در بخش دامپزشکی و دامپروری
کاربرد انرژی هسته ای در دسترسی به منابع آب
کاربرد انرژی هسته ای در بخش صنایع غذایی و کشاورزی
کشاورزی هسته ای
علوم در باستان شناسی و زمین شناسی
آنچه باید بدانیم
پزشکی هسته ای جایگزین جراحی و درمان دارویی می شود
کاربرد پزشکی هسته ای در بخش آزمایشگاهی
چکیده
آژانس سه ارگان مرتبط باهم دارد
شورای حکام
کنفرانس عمومی
دبیرخانه
1)معیار صلح آمیز بودن فعالیت هسته ای دولت ها
2) حق استفاده صلح جویانه دولتها باید رعایت شود
1-فعالیتهای هسته ای ایران قبل از انقلاب اسلامی
2-نکات مهم در زمینه فعالیتهای هسته ای ایران قبل از انقلاب اسلامی
3-نتیجه گیری
مرکز تحقیقات کشاورزی و پزشکی هسته ای کرج
بخش کشاورزی هسته ای
بخش سیکلوترون
بخش مواد هسته ای
بخش دزیمتری استاندارد یا S.S.D.L
مرکز تحقیقات و کاربرد لیزر
بخش تحقیقاتی طیف نگاری
مراکز تحقیقات و کاربرد پرتوهای یونساز
مرکز تابش گاما
مرکز تحقیقات وکاربرد پرتو فرآیند یزد
مرکز تحقیقات بناب
بخش تحقیقات گداخت هسته ای
مرکز توسعه انرژیهای نو
متن کامل قطعنامه سازمان بین‌المللی انرژی اتمی علیه ایران
پروتکل الحاقی NPT و منافع و مضرات پذیرش آن
پروتکل الحاقی 2 + 93 چیست؟
چرا در این موقعیت زمانی بحث پیوستن ایران به این پروتکل مطرح شده است؟
خواستار سیاست مستقلانه‌ای از سوی اروپا هستیم
ایران، منتظر نمی‌ماند
فک پلمپ تأسیسات اصفهان با حضور بازرسان آژانس;
وزارت خارجه انگلیس : 3 کشور اروپایی در هفته جاری پیشنهادشان را ارائه می‌دهند
گزارشی از یو.سی.اف اصفهان
پاسخ ایران به نامه اروپا
عقب نشینی تاکتیکی آمریکا درباره فعالیتهای هسته‌ای ایران
گفتگوی بوش و پوتین درباره ایران
ایران هسته‌ای صلح‌طلب و عدالت‌خواه
گروه سیاسی-مسعود بصیری، آرش خلیل‌خانه
احمدینژاد از زبان مردم همه کشورهای در حال توسعه سخن گفت
پیشنهاد ایران انحصار قدرت را در جهان می‌شکند
پیشنهاد ایران خوشایند قدرتهای سلطه طلب نیست
پیشنهاد ایران برای غرب امیدوار کننده نیست
حق غیر قابل گذشت
دکتر فروزنده ، قائم مقام مرکز پژوهشهای مجلس نیز معتقد است
اگر دنیا ابهام دارد…;
ایران-اروپا
مرحله سرنوشت ساز
سفر وزیر خارجه ایران، مشاور امنیت ملّی آمریکا و وزیر خارجه هند در روسیه
ترافیک رایزنی هسته‌ای در مسکو
وزیران خارجه ایران و روسیه
وزیران امور خارجه ایران و روسیه تأکید کردند
لاوروف در پایان این مذاکرات به خبرنگاران گفت
متکی : امنیت خزر باید بوسیله کشورهای ساحلی تأمین شود
بهانه جویی درباره اظهارات ضدصهیونیستی رئیس جمهور
هدف غرب پرونده هسته‌ای ایران است
سخنگوی کاخ سفید: اظهارات رئیس جمهور ایران نگرانی ما را تایید میکند
اتحادیه اروپا : این اظهارات دلیل نگرانی ما درباره نقش ایران در منطقه است
روسیه : سخنان احمدینژاد دلیل مکمل برای ارجاع پرونده به شورای امنیت است
به گزارش خبرگزاری نووستی لاوروف افزود
احضار سفرای ایران درچند کشور اروپایی
تل‌آویو: ایران باید از سازمان ملل اخراج شود
آریل شارون نخست‌وزیر رژیم صهیونیستی نیز گفت
بیانیه کوفی عنان
واکنش دکتر احمدینژاد
حدادعادل: اسرائیل غلط زیادی کرده است
متکی : غرب با جنجال‌آفرینی به دنبال فرافکنی است
ساخت تأسیسات مشترک هسته‌ای تهران و مسکو در روسیه
سولانه: اتحادیه اروپا خواهان همکاری با ایران است
خبرگزاری فرانسه با ادعای آماده نبودن نتایج کار بازرسان آژانس
ممکن است شورای حکام نتواند درباره ایران حکم صادر کند
یونایتدپرس
با سیاسی کردن موضوع هسته‌ای ایران مخالفیم
تکرار ادعای نقض حقوق بشر و ابراز نگرانی از فعالیتهای هسته‌ای ایران
نامه دبیر شورای عالی امنیت ملی به سه کشور اروپایی تحویل شد
استفاده از انرژی هسته‌ای حق مسلم ماست
حجت‌الاسلام امیری افزود
گفتگوی وزیر دفاع آمریکا با اشپیگل
آیا چین در این قرن یا در قرن آینده، مبدل به رقیب اصلی آمریکا خواهد شد؟
اشپیگل: آیا چین تبدیل به دومین ابرقدرت جهان خواهد شد؟
اشپیگل: اما چرا شما در خانه، حمایت عمومی را از دست می‌دهید؟
اشپیگل: به بیان دیگر، آیا میزان محبوبیت، شاخص قابل اطمینانی نیست؟
رامسفلد: سنی‌ها اقلیتی بودند که از حکومت صدام بهره می‌بردند
اشپیگل: درباره چه کشورهایی صحبت می‌کنید؟
اشپیگل: آیا واقعاً این کار را می‌کنید؟
رامسفلد: این به وضوح امکان‌پذیر و مطلوب است
اشپیگل: تا چه حد نگران ایران می‌باشید؟
اشپیگل: ما درباره چه نوع تحریم‌هایی صحبت می‌کنیم؟
اشپیگل: شما صحبت نمی‌کنید؟
اشپیگل: منظور شما اروپایی‌ها می‌باشند
نتیجه گیری
پیشنهادات
پی نوشت
منابع
بخشی از منابع و مراجع پروژه پروژه دانشجویی مقاله انرژی هسته ای حق مسلم ماست تحت word
کتاب
1 – دانش پژوهان نوجوان – بخش : ( کاربرد انرژی ) جلد 9 – ناشر : شاپرک – مترجم : زهرا افلاکی سال انتشار
2 – دانش نامه ی علوم ، جلد 3 ، ناشر : پیام آزادی – سال انتشار 1379 – مولف : قاسم قالی باف
3 – دنیای اتم – نویسنده : نیل آردلی – مترجم محمد رضا بهاری – انتشارات کانون پرورشی فکری کودکان و نوجوانان – سال انتشار
4 – انرژی هسته ای – نویسنده : ایان گراهام – مترجم : مجید عمیق – انتشارات : دلهام – زمستان
5 – مجموعه ی علوم برای نوجوانان – نویسنده : تری جینگز – انتشارات فرهنگی قدس ( آستان قدس رضوی ) بخش ( الکتریسیته و مغناطیس )
6 – مقدمه ای بر فیزیک پزشکی – انتشارات معاونت فرهنگی آستان قدس رضوی – سال انتشار
7 – طرح فیزیک رهاور – واحد 6 – هسته ی اتم – تالیف هولتون – رادرفورد – دالتون – مترجمان : احمدخواجه نصیر طوسی – هوشنگ شریف زاده
مجلات
8 – مجله ی استعدادهای درخشان – سال دوازدهم شماره ی 3 – آذر 1382 – انتشارات کیهان – سردبیر : جواد ازه ای
9 – مجله ی استعدادهای درخشان – سال سوم شماره ی 10 – 24 دی 1370 – انتشارات کیهان – مدیر مسئول : امیر حسین فردی
10 – مجله ی استعدادهای درخشان – سال سوم شماره 2 – اردیبهشت 1370 – مدیر مسئول : سیف الله جاویدان
11 – ماهنامه ی رشد – دوره ی بیست و چهارم – آذر 1384 – مدیر مسئول : علیرضا حاجیان زاده
تشریح ساختمان اتم
دسته ی بسیار ریز مرکز اتم حاوی عظیم ترین نیرویی است که تاکنون کشف شده است (1) انرژی شیمیایی یک نوع انرژی اتمی است که درون اتم ها و مولکول ها نهفته است . نوع دیگر انرژی هسته ای می باشد که در مرکز اتم های هسته قرار دارد . هسته از اجزای ریزی به نام پروتون و نوترون تشکیل شده است . پروتون ها دارای بار الکتریکی مثبت می باشد در حالی که نوترون ها بار الکتریکی ندارند. هسته توسط الکترونها که دارای بارالکتریکی منفی است احاطه شده . بار مثبت پروتون ها و بار منفی الکترونها باعث می شود که آنها به سوی یکدیگر جذب شوند ، اجزای هر اتم توسط این نیروی جاذبه کنار هم نگه داشته می شوند . (2)
هسته اتم هر عنصر از پروتون و نوترون تشکیل شده است که مجموع تعداد آنها را عدد اتمی آن عنصر ،و به آنها نوکلئون میگویند . لازم به ذکر است جرم نوترون 675/1 ضربدر 10 به توان منفی 27 کیلو گرم ، و جرم پروتون 673/1 ضربدر 10 به توان منفی 27 میباشد
پروتون های تشکیل دهنده هسته اتم چون دارای بار مثبت هستند پس طبیعی است که یکدیگر را دفع کنند برای جلوگیری از این اتفاق نوترون ها مانند چسبی از متلاشی شدن هسته جلوگیری میکنند . الکترون ها نیز در مدارات بیضی شکل و نامنظم در اطراف هسته با سرعت بسیار زیاد در حال گردشند و هر چه این الکترون ها به لایه والانس نزدیکتر می شوند تعلق آنها به هسته کاهش میابد .(بر اساس مدل اتمی بور)
اما اگر بخواهیم علمی تر بحث کنیم باید بگوییم تقریبا سه نیرو در هسته هر اتم وجود دارد که یکی از آنها سعی در انهدام هسته و دوتای دیگر سعی در پایداری هسته دارند . اولی نیروی کولنی یا مان دافعه پروتونی میباشد ، دومی نیروی گرانش ناشی از جاذبه بین ذرات جرم دار است و سومی که مهمتر ین دلیل جلوگیری از متلاشی شدن هسته میباشد همان نیروی هسته ای است . دقت کنید نیروی کولینی بسیار ناچیز است و نمیتواند به تنهایی هسته را متلاشی کند و نیروی گرانش ذرات نیز بسیار کم میباشد و توانایی در تعادل نگهداشتن هسته را ندارد در واقع این نیروی هسته ای است که اتم را در تعادل نگه داشته و از وا پاشیده شدن نوکلئون ها جلوگیری می کند . برای توضیح این نیرو باید گفت اگر فاصله بین پروتون و نوترون از 5 ضربدر 10 به توان منفی 15 متر بیشتر شود نیروی هسته ای وجود ندارد ، برعکس اگر این فاصله از مقدار یاد شده کمتر نیروی هسته ای بیشتر میشود بدین طریق هسته از متلاشی شدن نجات میابد
سال 1905 در یک آپارتمان کوچک در شماره 49 خیابان کرامر گاسه در برلین ( منزل مسکونی انیشتن ) اتفاق بزرگی افتاد . کسی چه میدانست با کشف فرمول معروف نسبیتE= mc2 میتوان جان هزاران را در هیروشیما و ناکازاکی گرفت و یا اینکه برای میلیون ها نفر در سراسر جهان برق و انرژی تولید کرد؟/
فرمول E= mc2 به ما میگوید که اندازه انرژی آزاد شده برابر است با تغییرات جرم جسم تبدیل شده در مجذور سرعت نور . به این معنی که اگر ما جسمی به جرم مثلا یک کیلو گرم را با سرعتی نزدیک به سرعت نور به حرکت در آوریم انرژی معادل 9ضربدر 10 به توان 16 ژول خواهیم داشت که رقم بسیار وحشتناکی است ولی واقعیت این است که چنین چیزی غیر ممکن است !!! چرا ؟
چون بر اساس همان فرمول نسبیت حرکت با سرعت نور برای اجسام غیر ممکن است . برای درک بهتر موضوع فرمول را به شکل دیگری مینویسیم : mm=E/C2 اگر C2 ثابت فرض شود به روشنی پیداست که انرژی و جرم نسبت مستقیم با یکدیگر دارند حال اگر ما بخواهیم جسمی به جرم m را با سرعت نور © به حرکت در اوریم طبیعتا باید به ان انرژی بدهیم و از انجا که m وE با یکدیگر نسبت مستقیم دارند پس هر چه انرژی بیشتر شود m نیز بزرگتر میشودودر واقع قسمت اعظم انرژی صرف ازدیاد جرم میشود تا سرعت دادن به جسم . پس تقریباً به بی نهایت انرژی نیاز داریم و این همان چیزی است که حرکت با سرعت نور را برای اجسام غیر ممکن میکند . (3)
آزمون تئوری نسبیت: حق با انتیشتن بود
دقیق ترین ژیروسکوپ جهان برای آزمایش تئوری اینشتین آماده شده است . یک فضا پیمای ناسا که برای آزمودن دو پیش بینی مهم تئوری نسبیت عام اینشتین طراحی شده است برای پرتاب ماموریت کاوشگری گرانش E Gravity Probe B mission از چهار ژیروسکوپ بسیار دقیق استفاده می کند تا تئوری اینشتین را که در سال 1916 ارائه شده است در بوته آزمونی دیگر قرار دهد . طبق این تئوری اینشتین ، فضا و زمان در اطراف اجسام بسیار سنگین تغییر شکل یافته و خمیده می شود . این ماموریت توسط ناسا طراحی شده است و مرکز مارشال اجرای آن را عهده دارد
یک فضا پیمای ناسا که برای آزمایش دو پیش بینی مهم تئوری نسبیت عالم آلبرت اینشتین طراحی شده است در تاریخ 17 آوریل 19 فروردین سال جاری از پایگاه نیروی هوایی واندنبرگ کالیفرنیا به فضا پرتاب می شود . ماموریت کاوشگر گرانش ناسا که GP-B نیز نامیده می شود ، از چهار ژیروسکوپ بسیار دقیق استفاده می کند. این ژیروسکوپ ها در یک ماهواره ویژه در مداری به دور زمین می چرخند و دو قسمت از پیشگویی های غیر معمول تئوری اینشتین را که در سال 1916 ارائه شده است عملاً مورد آزمایش قرار می دهند . که فضا و زمان به دلیل وجود اجسام بسیار سنگین خمیده می شود . دو اثری که قرار است در این برنامه آزمایش شوند عبارتند از : ژئودتیک که نشان دهنده میزانی از انحنای فضا زمان اطراف زمین در حالت سکون و اثر کشش چارچوب frame dragging که نشان دهنده میزان کشش فضا زمان اطراف زمین به دلیل چرخش آن است . (4)
پایداری و ناپایداری
اگر ما 13 پروتون را با 4 نوترون ترکیب کنیم هسته ای خواهیم داشت که اگر 13 الکترون در اطراف آن گردش کنند یک اتم آلومینیوم را میسازند . حال اگر میلیاردها عدد از این اتم ها را در کنار هم قرار دهیم آلومینیوم را می سازیم ( AL27 ) که با ان انواع وسایل نظیر قوطی ها و درب و پنجره ها و غیره ; را میتوان ساخت
حال اگر همین آلومینیوم را در شیشه ای قرار دهیم ! و چند میلیون سال به عقب برگردیم این آلومینیوم هیچ تغییری نخواهد کرد پس آلومینیوم عنصری پایدار است . تا حدود یک قرن پیش تصور بر این بود که تمام عناصر پایدار هستند . مسله مهم دیگر اینکه بسیاری از اتم ها در شکل متفاوتی دیده می شوند . برای مثال : مس دو شکل پایدار دارد مس 63 و مس 65 که به این دو نوع ایزوتوپ گفته می شود . هر دوی انها 29 پروتون دارند اما چون در عدد جرمی 2 واحد فرق دارند به سادگی می توان فهمید که تعداد نوترون های اولی 34 و دیگری 36 است و هر دوی انها پایدار هستند. در حدود یک قرن پیش دانشمندان متوجه شدند که همه عناصر ایزوتوپ هایی دارند مه رادیواکتیو هستند .مثلا: هیدروژن را در نظر بگیرید در مورد این عنصر سه ایزوتوپ شناخته شده است
1- هیدروژن معمولی یا نرمال ( H1 ) در هسته اتم حو یک پروتون دارد و بدون هیچ نوترونی . البته واضح است چون نیازی نیست تا خاصیت چسبانندگی خود را نشان دهد چرا که پروتون دیگری وجود ندارد
2- هیدروژن دو تریم که یک پروتون و یک نوترون دارد و در طبیعت بسیار نادر است . اگر چه عمل آن بسیار شبیه هیدروژن نوع اول است برای مثال میتوان از آن آب ساخت اما میزان بالای آن سمی است
هر دو ایزوتوپ یاد شده پایدار هستند اما ایزوتوپ دیگری از هیدروژن وجود دارد که ناپایدار ست !
3- ایزوتوپ سوم هیدروژن که شامل دو نوترون و یک پروتون ست . همان طور که قبلاً گفته شد این نو هیدروژن ناپایدار است . یعنی اگر مجددا ظرفی برداریم و این بار درون آن را با این نوع از هیدروژن پر کنیم و یک میلیون سال به عقب برگردیم متوجه میشویم که دیگر هیدروژنی نداریم و همه آن به هلیم 3 تبدیل شده است (2پروتون و یک نوترون ) و این ها همه توضیحاتی ساده در مورد پایداری و ناپایداری بود
در یک پاراگراف ساده میتوان گفت که هر چه هسته اتم سنگین تر شود تعداد ایزوتوپ ها بیشتر میشود و هر و هر چه تعداد ایزوتوپ ها بیشتر شود امکان بوجود آمدن هسته های ناپایدار نیزبیشتر خواهد شدودر نتیجه احتمال وجود نوع رادیواکتیو نیز بیشتر میشود
به طور کلی انرژی موجود در هسته به دو روش آزاد میشود
1- روش شکاف هسته ای که در آن یک اتم سنگین مانند اورانیوم تبدیل به دو اتم سبکتر میشود. و یا به عبارتی دیگر وقتی که هسته ای سنگین به دو یا چند هسته با جرم متوسط تجزیه میشود میگویند شکافت هسته ای رخ داده است و وقتی هسته ای با عدد اتمی زیاد شکافته شود مقداری از جرم آن ناپدید و به انرژی تبدیل میشود(طبق قانون نسبیت)
2- روش همجوشی (گداخت هسته ای ) که در آن دو اتم سبک مانند هیدروژن تبدیل به یک اتم سنگین مانند هلیم میشود.درست همانند اتفاقی که در حال حاضر در خورشید می افتد که در هر دو حالت انرژی قابل توجهی آزاد می شود
در حال حاضر اکثر بمب های هسته ای و نیروگاههای هسته ای به روش شکافت هسته عمل میکنند
حال دوباره به توضیحات مربوط اتم برمیگردیم .دراینجا لازم است نکاتی را در مورد پایداری و ناپایداری توضیح دهیم (5)
شکافت هسته ای
در واکنشهای شکافت هسته ای مقادیر زیادی نیز انرژی آزاد می گردد اما مسئله مهمتر اینکه نتیجه شکستن هسته 235U آزادی دو نوترون است که می تواند دو هسته دیگر را شکسته و چهار نوترون را بوجود آورد . این چهار نوترون نیز چهار هسته 235U را می شکند. چهار هسته شکسته شده تولید هشت نوترون می کنند که قادر به شکستن همین تعداد هسته اورانیوم می باشند . سپس شکست هسته ای و ازاد شدن نوترونها بصورت زنجیروار به سرعت تکثیر و توسعه می یابد . در هر دوره تعداد نوترون ها دو برابر می شود در یک لحظه واکنش زنجیری خود بخودی شکست هسته ای شروع می گردد .در واکنشهای کنترل شده هسته ای تعداد شکست در واحد زمان و نیز مقدار انرژی بتدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه ثابت نگهداشته می شود
انرژی شکافت هسته ای
کشف انرژی هسته ای در جریان جنگ جهانی دوم صورت گرفت و اکنون برای شبکه برق بسیاری از کشورهای زاروان کیلو وات تهیه می کند (نیروگاه هسته ای ) . بحران انرژی بر اثر بالا رفتن قیمت نفت در سال 1973 استفاده از انری شکافت هسته ای بیشتر وارد صحنه کرد و در حال حاضر ممالک اروپایی انرژی هسته ای را تنها انرژی می داند که می تواند در اکثر موارد جایگزین نفت شود . استفاده از انرژی شکافت هسته ای که بر روی یک ماده قابل احتراق کانی که بصورت محدود پایه گذاری می شود برای سایر کشورها خطرات بسیار دارد در حال حاضر تولید الکتریسیته با استفاده از شکافت هسته ای کنترل شده به میزان زیادی توسه یافته و مورد قبول واقع شده است . تولید انرژی هسته ای در کشورهای توسعه یافته بخش مهمی از طرح انرژی ملی را تشکیل می دهد
انرژی بستگی هسته ای
می توان تصور کرد که جرم هسته M با جمع کردن Z (تعداد پروتونها ) ضربدر جرم پروتون وN تعداد نوترونها ضربدر جرم نوترون بدست می آید
M = Z * Mp + N * Mn
از طرف دیگر M همیشه کمتر از مجموع جرمهای تشکیل دهنده های منزوی هسته ای است . این اختلاف به توسط فرمول انیشتین توضیح داده می شود که رابطه بین جرم و انرژی هم ارزی جرم و انرژی را برقرار می سازد . اگر یک دستگاه مادی دارای جرم باشد در این صورت دارای انرژیک کلی E است
E = Mc2 که درآن C سرعت نور در خلا وMm جرم کل هسته مرکب از نوکلئونها و E مقدار انرژی است که در اثر فروپاشی جرم M تولید می شود بنابراین اصول انرژی هسته ای بر آزاد سازی انرژی پیوندی هسته استوار است هر سیستمی که دارای انرژی پیوندی بیشتر باشد پایدار می باشد . در واقع جرم مفقود شده در واکنشهای هسته ای طبق فرمول E = Mc2 به انرژی تبدیل می شود پس انرژی بستگی اختلاف جرم هسته و جرم نوکلئونهای تشکیل دهنده آن است ، که معرف کاری است که باید انجام شود تا نوکلئونها از هم جدا شوند
مواد شکافتنی
مواد ناپایدار برای اینکه به پایداری برسند ، انرژی گسیل می کنند تابه حالت پایدار برسد. معمولاً ناصری شکافت پذیر هستند که جرم اتمی آنها 150 باشد ، 235U و238U در معادن یافت می شود .993 درصد اورانیوم معادن 238U می باشد. وتنها 7% آن 235U می باشد .ازطرفی 235U با نوترونهای کند پیشرو واکنش نشان می دهد . 238U تنها با نوترونهای تند کار می کند،البته خوب جواب نمی دهد . بنابراین در صنعت در نیروگاههای هسته ای 235U به عنوان سوخت محسوب می شود . ولی به دلایل اینکه در طبیعت کم یافت می شود . بایستی غنی سازی اورانیوم شود ، یعنی اینکه از 7 درصد به 1الیدرصد برسانند
شکافت 235U
در این واکنش هسته ای وقتی نوترون کند برروی 235U برخورد می کند به 236U تحریک شده تبدیل می شود . نهایتا تبدیل به باریوم و کریپتون و 3 نا نوترون تند و 177 Mev انرژی آزاد می شود . پس در واکنش اخیر به ازای هر نوکلئون حدود 1 Mev انرژی آزاد می شود .در واکنشهای شیمیایی مثل انفجار به ازای هر مولکول حدود 30 Mevv انرژی ایجاد می شود . لازم به ذکر است در راکتورهای هسته ای که با نوترون مار می کند، طق واکنشهای به عمل آمده 2الی3 نوترون سریع تولید می شود . حتما این نوترونها سریع باید کند شوند. (6)
همجوشی هسته ای
«همجوشی » راه دیگری برای آزاد سازی انرژی هسته ای است .برای این کار از عناصر خیلی سبک استفاده می شود ، که باید تا دمای میلیونها درجه گرم شده باشند. در چنین دماهایی پروتونها و نوترونهای اتمهای این عناصر با هم ترکیب می شوند و هسته های سنگینتری را می سازند.در این فرایند انرژی بسیار زیادی تولید می شود . دوتریوم و تریتیوم ، که ایزوتوپهای هیدروژن اند، می توانند ( در فرایند همجوشی ) عنصر هلیوم و یک نوترون آزاد تولید کنند . این همان چیزی است که در بمبهای هیدروژنی اتفاق می افتد . در این بمبها دمای لازم برای شروع واکنش همجوشی به وسیله یک واکنش شکافت تولید می شود و بعد انفجار همجوشی صورت می گیرد
دانشمندان همچنین تلاش می کنند از همجوشی هسته ای مهار شده انرژی تولید کنند. این کار مستلزم راکتورهای مخصوصی برای تولید گرمای لازم ست . (7)
نیروگاههای هسته ای
در نیروگاههای هسته ای انرژی مواد رادیواکتیو مورد استفاده قرار می گرد در سراسر جهان تقریباً400 نیروگاه هسته ای وجود دارد که حدود یک پنجم الکتریسیته جهان را تولید می کنند
بسیاری از نیروگاههای هسته ای از یک ماده ی رادیواکتیو به نام اورانیوم استفاده می کنند. اورانیوم فلزی است که از سنگ اورانیوم به دست می آید و نسبت به زغال سنگ ،نفت یا گاز منبع انرژی متمرکزتری است . این سخن بدین معناست که مقدارکمی اورانیوم می تواند مقدارزیادی انرژی به صورت گرما تولیدکند. ازاین گرما برای جوشاندن آب استفاده می شود و بخار حاصل از آن به توربینها رانده شده مولدها را به کار می اندازد وبدین ترتیب الکتریسیته تولید می شود
انواع راکتورهای هسته ای
در حال حاضر حدود 420 نیرگاه هسته ای در جهان فعالیت می کنند که تقریباً یک چهارم آنها در آمریکا قرار دارند . این نیروگاهها در واقع موتورهای غول پیکر هستند که از گرمای سوخت برای جوشاندن آب و تبدیل آن به بخار استفاده می کنند بخار نیز یک مولد توربین را برای تولید الکتریسیته به حرکت در
می آورد. منتهی تفاوت بین یک نیروگاه هسته ای و سایر نیروگاهها در نوع سوخت و نحوهی گرمایی است که این سوخت تولید می کند سوخت های فسیلی نظیر زغال سنگ و گاز به سوزانده شوند تا انرژی ذخیره شده ی درون خود را آزاد کنند در حالی که در نیروگاه هسته ای سوخت بدون آنکه سوزانده شود انرژی آزاد می کند
راکتورهای هسته ای به طور کلی دو نوع راکتور وجود دارد : راکتورهای حرارتی و راکتورهای خود سوخت زای سریع اکثر نیرو گاههای هسته ای لازمه نوع راکتورهای حرارتی هستند .زنجیره ی واکنش های هسته ای در اثر حرکت کند نوترون ها که اصطلاحاً به نوترون های حرارتی نیز معروفند آغاز می شود
راکتورهای حرارتی
راکتورهای حرارتی درکشورهای مختلف جهان به گونه های متفاوتی طراحی و ساخته شده اند هر روش طراحی معمولاً با ترکیب حروف ابتدای کلمات آن ،شناخته می شوند
تهیه سوخت راکتورهای حرارتی
راکتورهای حرارتی با توجه به نوع سوخت و ماده ی خنک کننده ای که به کار می برند کاملاً با یک دیگر فرق می کند بعضی از آنها برای خارج کردن گرمای راکتور از گاز استفاده می کنند ، در حالی که دیگر آن ها از خنک کننده های مایع استفاده می کنند . اگر چه همه راکتورهای حرارتی از سوخت اورانیوم استفاده می کنند . اما نسبت سوخت اورانیوم ها (اورانیوم 238و اورانیوم 235) در هر گونه از این راکتورها متغیر است .اکثر راکتورهای حرارتی از سوخت اورانیوم غنی شده استفاده می کنند .در واقع همین اورانیوم است که با اجرای فرایند غنی سازی در مقایسه با اورانیوم طبیعی مقدار اورانیوم 235 بیشتری را داراست .افزایش مقدار اورانیوم 235 مقدار شکافت های هسته ای را افزایش می دهد ، در نتیجه بازده راکتور نیروگاه بسیار بالاتر می رود . قط در راکتورهای ماکنوکس و کاندو است که به جای استفاده از اورانیوم غنی شده از اورانیوم طبیعی استفاده می شود
راکتورهای سریع
سوخت اورانیوم در راکتورهای خود سوخت زای سریع در مقایسه با راکتورهای حرارتی ، با کار آن بالاتری مورد استفاده قرار می گیرد. راکتورهای حرارتی یک سوم انرژی گرمایی حاصل از سوخت اورانیوم را به نیروی الکتریسیته تبدیل می کنند ،در حالی که راکتورهای سریع حدود نیمی از گرما را به الکتریسیته تبدیل می کنند . سوخت اورانیوم در راکتورهای حرارتی را می توان در راکتورهای خود سوخت را به عنوان سوخت به کاربرد زیرا که در این نیروگاه ها از مخلوط اورانیوم و پلوتونیوم به عنوان سوخت استفاده می کنند که فقط یک پنجم این سوخت پلوتونیم است (9)
تبدیل انرژی اتمی به انرژی حرارتی
برای استفاده از انرژی اتمی باید حرارت حاصل در راکتور را به دستگاههای مولد نیرو منتقل نمود برای انتقال حرارت معمولاً از مایعات یا گازها استفاده می شود . این اجسام را ناقل حرارت می نامند . ناقل حرارت را از دورن لوله هایی که از بدنه راکتور عبور می کنند می گذرانند .ناقل حرارت انرژی حرارتی را از درون راکتور به خارج منتقل نموده و آن را در اختیار مصارف صنعتی می گذارد
ناقلهای حرارتی که در راکتور به کار می روند ، باید خواص معینی داشته باشند . آنها باید نوترونها را کم جذب کنند . اگر ناقل حرارتی مقدار زیادی نوترون جذب کند ، بشدت رادیو اکیتویه[1] می شود
متخصصین تولید انرژی ، ناقلهای حرارتی مخصوصی تهیه کرده اند که حرارت را بخوبی منتقل می نماید . در راکتورهایی که با اورانیوم غنی [2]شده کار می کنند ، آب معمولی به عنوان ناقل حرارت هسته ای کار می رود
بعضی از فلزات هم نوترون کمی جذب می کنند ومی توان آنها را بحالت مذاب ، بعنوان حامل حرارت به کار برد . در این حال فلز مذاب را از قسمت مرکزی راکتور به مبدل [3]حرارتی (که می تواند دیگ بخار را تشکیل دهد ) وارد می کنند . در اینجا فلز مذاب ، قسمتی از حرارت خود را به ناقل حرارت ثانوی (آب) منتقل می کند که ناقل حرارت ثانوی ، رادیو اکتیویته نمی گردد. سرب ، بیسموت وسدیم و پتاسیم را بعنوان ناقل حرارت به کار می برند . گازها را نیز می توان به عنو.ان ناقل حرارت به کاربرد گازها ضمن عبور از داخل راکتور ، بشدت گرم می شوند و تحت فشار زیاد می توانند توربینها را به حرکت در آورند. همچنین می توان گازهای گرم را از درون لوله های دیگ بخار عبور دادو بخار را روی پره های توربین مورد استفاده قرار داد
تهیه انرژی الکتریکی
چنانکه گفته شد ، راکتورها هسته ای ، انرژی حرارتی تولید می کند . پس می توان این انرژی حرارتی را با روشهای معمولی به انرژی مکانیکی و الکتریکی تبدیل کد. آب می تواند انرژی تولید شده در یک نیروگاه هسته ای را انتقال دهد. این عمل انتقال انرژی در بعضی موارد به دیگ بخار و در بعضی راکتورها، انرژی حاصل از راکتور مستقیماً به توربین هدایت می شود.( در راکتور تحقیقاتی ،آب ، به منظور حفاظت در مقابل تشعشعات هسته ای مرکزی ، سرد کننده و منعکس کننده ی نوترون به کار می رود ) این آب باید عاری از ناخالصی بوده و بنابراین در راکتورها آب را تصفیه یونی و شیمیایی می نمایند . در راکتورهایی که از فلز بعنوان ناقل حرارت اولیه استفاده می شود ،(مثلاً بیسموت که درجه ی حرارت ذوب آن 271 درجه سانتیگراد می باشد ) فلز تا دمای معینی گرم می شود . (بیسموت تا حدود 600 درجه ی سانتیگراد ) و سپس فلز گداخته رادیواکتیو از درون لوله های دیگ بخار می گذرانند تا حرارت خود را برای ایجاد بخار آب ،پس بدهد و مجدداً با دمای نزدیک به نقطه ی ذوب (برای بیسموت 275 درجه ی سانتیگراد)به راکتورد برگردد
بخار ایجاد شده توربین را به حرکت در می اورد . محور توربین بخار با محور ژنراتور الکتریکی ارتباط دارد و آن را می چرخاند. برای آنکه بخار با ضریب بهره بزرگتری در توربین بخار مصرف شود،باید به فشار ودرجه حرارت آن افزوده شود . این بخار به یکی از طبقات فشار قوی توربین فرستاده می شود . بخار داغ قسمتی از انرژی خود را در توربین مصرف می کند و سردتر می شود و پس از آن به یک مبدل حرارتی ثانویه وارد می شود و به طبقه اصلی توربین بخار می رسد
بخاری که از توربین خارج می شود ، در سردکننده تقطیر و آب حاصل ، به وسیله تلمبه به دیگ بخار برمی گردد آبی که بخار خروجی توربین را د رسرکننده تقطیر می کند ، ممکن است برای گرم کردن منازل یا موسسات صنعتی به کار رود
رد صورتی که دستگاههای کوچک تبدیل اتمی به انرژی الکتریکی مورد نظر باشند ، می توان از توربینهای گازی نیز استفاده کرد . در این صورت هوا به کمک (کمپرسور)[4] از درون لوله های راکتور عبور داده
می شود ودر انجا گرم می شود . هوای گرم را که فشار زیادی دارد ، روی پردهای توربین گازی وارد
می کنند . توربین گازی ، کمپرسور و ماشین مولد برق (ژنراتور)را به حرکت در می آورد
گازی که از توربین خارج می شود ، مجدداً به کمپرسور فرستاده می شود هر سه دستگاه توربین ژنراتور و کمپرسور محور مشترکی دارند . در نیرو گاه اتمی پس از آنکه ژنراتور به حرکت در امده انرژی الکتریکی حاصل به ترانسفور ماتورهای فشار قوی منتقل می شود . این ترانسفور ها تورها به شبکه ی فشار قوی برق منطقه مورد نظر اتصال دارند
سوخت هسته ای
سوخت هسته ای از کجا تامین می شود؟
آشناترین سوخت هسته ای اورانیوم است که از پوسته ی زمین استخراج می شود .او از لحاظ فراوانی فسفرها در طبیعت در مکان چهل قرار دارد . اما هر ذره ای از اورانیوم که اکنون روی کره زمین وجود دارد ، زمانی در درون یک ستاره قرار داشت اورانیوم زمانی تشکیل می شود که یک ستاره بزرگ منفجر شده و خیره کننده ای بدرخشد. در مرکز انفجار هسته های سبک به شدت با یک دیگر برخورد می کنند و به یک دیگر می چسبند تا هسته ای سنگین تر تشکیل شود ، سپس در فضای بی کران جهان هستی پراکنده
می شوند .این ستارگان این ذرات پراکنده را جمع آوری می کنند و متراکم می سازند که حاصل ان تشکیل یک سیاره جدا است . حدود 50000 تن سنگ معدن اورانیوم باید استخراج شود تا بتوان مقدار 25 تن سوخت هسته ای تهیه کرد . این حجم انبوه از سوخت ، فقط تقریباً معادل سوخت تازه مورد نیاز سالانه ی یک نیرو گاه هسته ای با ظرفیت تولید 1000 مگاوات نیروی الکتریسیته است
ساخت سوخت هسته ای
سالانه حدود 301000 تن اورانیوم خالص از معادن سنگ اورانیوم استخراج می شود . سنگ معدن اورانیوم به صورت خام در نیروگاه های هسته ای قابل استفاده نیست چون مقدار اورانیوم موجود در آن بسیار اندک است حدود 2درصد انرژی حتی کمتر بنابراین سنگ معدن اورانیوم باید شود تا فلز اورانیوم خالص تری به دست آید . ابتدا سنگ معدن اورانیوم خرد می شود . سپس آن را داخل یک ماده اسیدی حل می کنند تا فلز اورانیوم از ناخالصی ها جدا شود . در این مرحله فلز اورانیوم به صورت اکسید اورانیوم است و اصطلاحاً کیک زرد نامیده می شود که رد آن جا آن را به دی اکسید اورانیوم سوخت راکتور تبدیل می شود . در روش دیگر استخراج اورانیوم که به استخراج توسط حلال معروف است دو حفره در رگه های سنگ معدن اورانیوم حفر می شود یک ماده حلال از طریق یکی از این حفره ها به درون معدن تلمبه
می شود حلال از میان شکاف ها وذره های سنگ معدن اورانیوم عبور می کند وفلز اورانیوم از حفره ی دوم خارج می شود در آخرین مرحله فلز اورانیوم را از حلال جدا می کنند
پلوتونیوم
در بعضی از راکتورها و همین طور در سلاح های هسته ای از سوخت متفاوتی به نام پلوتونیوم استفاده
می شود پلوتونیوم به ندرت در طبیعت پیدا می شود . بخش اعظم پلوتونیوم در راکتورهای هسته ای از طریق بمبارن اورانیوم -238 با نوترون ها تهیه می شود . پلوتونیوم فوق العاده خطرناک است چون پرتوهای بسیار پر انرژی آزاد می کند و همچنین خاصیت انفجاری شدید دارد
میله های سوختی درون لوله ها با محظه هایی قرار دارند که درون شتابگر پاک کننده سرعت نصب می شود شتابگیر معمولاً از جنس گرامیت آب سبک یا آب سنگین است وظیفه شتابگیر کند کردن سرعت نوترون ها است تا بتوانند با اتم های اورانیوم تماس پیدا کنند و موجب شکافت هسته ای در انها شوند . میله های تنظیم از جنس موادی نظیر کادمبوم هستند که کار انها جذب کردن نوترون هاست تا از بروز شکافت های هسته ای ناخواسته جلوگیری کنند. میله های تنظیم را می توان به دلخواه و هر میزان داخل راکتور جابجا کرد و از این طریق سرعت واکنش هسته ای زنجیره ای را کاسته یا افزود
تهیه سوخت
هسته یا مغز یک راکتور سریع را می توان با پوششی از اورانیوم -238 پوشاند وقتی اورانیوم -238 به وسیله ی نوترون ها بمباران شود تدریجا به پلوتونیوم تبدیل می شود .راکتورهای خود سوخت به راکتورهای سریع پرورهم مشهور هستند این راکتورها از آن جهت به این نام معروف شده اند که عملاً در انها سوخت تازه از جنس پلوتونیوم به دست می اید . یعنی در این نوع راکتورمقدار سوختی که تولید
می شود بیشتر از سوخت مصرفی است
پایان یک نیروگاه
