معرفی وبلاگ
با سلام امیدوارم مطالب این وبلاگ مورد استفاده شما قرار گرفته باشد. باآرزوی موفقیت برای تمامی انسانها التماس دعا (عکس متعلق شهید محمد علی شاهچراغی دانشجوی رشته فیزیک می باشد.)
صفحه ها
دسته
فیزیک پزشکی
هستی برای ما
خدمات
آرشیو
آمار وبلاگ
تعداد بازدید : 532377
تعداد نوشته ها : 145
تعداد نظرات : 34
Rss
طراح قالب
موسسه تبیان

اورانیوم: 

با توجه به اینکه اورانیوم در بحث انرژی هسته ای نقشی اساسی و انکار ناپذیر دارد بر آن شدیم تا شما را بیشتر با این عنصر حیاتی آشنا کنیم.

اورانیوم یکی از عنصرهای شمیایی است که عدد اتمی آن 92 و نشانه آن U است و در جدول تناوبی جزو آکتنیدها قرار می‌گیرد. ایزوتوپ ‎235U آن در نیروگاه‌های هسته‌ای به عنوان سوخت و در سلاحهای هسته ای به عنوان ماده منفجره استفاده می‌شود.

اورانیوم به طور طبیعی فلزی است سخت، سنگین، نقره‌ای رنگ و پرتوزا. این فلز کمی نرم تر از فولاد بوده و تقریبآ قابل انعطاف است. اورانیوم یکی از چگالترین فلزات پرتوزا است که در طبیعت یافت می‌شود. چگالی آن 65% بیشتر از سرب و کمی کمتر از طلا است.

سال‌ها از اورانیوم به عنوان رنگ دهنده لعاب سفال یا برای تهیه رنگ‌های اولیه در عکاسی استفاده می‌شد و خاصیت پرتوزایی (رادیواکتیو) آن تا سال 1866 ناشناخته ماند و قابلیت آن برای استفاده به عنوان منبع انرژی تا اواسط قرن بیستم مخفی بود.

اورانیوم در طبیعت بصورت اکسید و یا نمک‌های مخلوط در مواد معدنی (مانند اورانیت یا کارونیت) یافت می‌شود. این نوع مواد اغلب از فوران آتشفشان‌ها بوجود می‌آیند و نسبت وجود آنها در زمین برابر دو در میلیون نسبت به سایر سنگها و مواد کانی است.این فلز در بسیاری از قسمت‌های دنیا در صخره‌ها، خاک و حتی اعماق دریا و اقیانوس‌ها وجود دارد. میزان وجود و پراکندگی آن از طلا، نقره یا جیوه بسیار بیشتر است.

اورانیوم

تاریخچه

 اولین کسانی که از اورانیوم استفاده می کردند رومیها بودند که برای صیقلی کردن سرامیک از اورانیوم 1% استفاده می کردند.

اورانیوم طبیعی در سال 1972 توسط یک فرانسوی به نام  فرانسیس پرین در یکی از معادن واقع در کشور آفریقایی گابن بدست آمد.  وی کشف کرد این عنصر در 1.7 میلیارد سال پیش شکل گرفته و 3 درصد اورانیوم کل جهان از نوع 235 است.

اما پدر اورانیوم یک شیمی دان آلمانی به نام مارتین کلاپروت (Martin Klaproth) است که در سال  ۱۷۸۹ آنرا کشف کرد و نام آنرا که ااره به سیاره اورانوس دارد اورانیوم نهاد.

اورانیوم یکی از اصلی‌ترین منابع گرمایشی در مرکز زمین است و بیش از 40 سال است که بشر برای تولید انرژی از آن استفاده می‌کند.

دانشمندان معتقد هستند که اورانیوم بیش از 6/6 بیلیون سال پیش در اثر انفجار یک ستاره بزرگ بوجود آمده و در منظومه خورشیدی پراکنده شده‌است.

پراکندگی اورانیوم در جهان

ویژگی‌های اورانیوم

اورانیوم سنگین‌ترین (به بیان دقیقتر چگالترین) عنصری است که در طبیعت یافت می‌شود (هیدروژن سبکترین عنصر طبیعت است.)

اورانیوم خالص حدود ‎18/7 بار از آب چگالتر است و همانند بسیاری از دیگر مواد پرتوزا در طبیعت بصورت ایزوتوپ یافت می‌شود.

اورانیوم شانزده ایزوتوپ دارد و همانند دیگر مواد پرتوزا دچار تباهی می‌شود. مواد رادیو اکتیو دارای این خاصیت هستند که از خود بطور دائم ذرات آلفا و بتا و یا اشعه گاما منتشر می‌کنند.

اورانیوم

 شکاف هسته‌ای اورانیوم

U-235 قابلیت شکاف هسته‌ای دارد. این نوع از اتم اورانیوم دارای92 پروتون و 143 نوترون است (بنابراین جمعآ 235 ذره در هسته خود دارد و به همین دلیل U-235 نامیده می‌شود)، کافی است یک نوترون دریافت کند تا بتواند به دو اتم دیگر تبدیل شود.

این عمل با بمباران نوترونی هسته انجام می‌گیرد، در این حالت یک اتم U-235 به دو اتم دیگر تقسیم می‌شود و دو، سه و یا بیشتر نوترون آزاد می‌شود. نوترون‌های آزاد شده خود با اتم‌های دیگر U-235 ترکیب می‌شوند و آنها را تقسیم کرده و به همین منوال یک واکنش زنجیره‌ای از تقسیم اتم‌های U-235 تشکیل می‌شود.

اتم U-235 با دریافت یک نوترون به اورانیوم 236تبدیل می‌شود که ثبات و پایداری نداشته و تمایل دارد به دو اتم با ثبات تقسیم شود. انجام عمل تقسیم باعث آزاد شدن انرژی می‌شود بگونه‌ای که جمع انرژی حاصل از تقسیم زنجیره اتمهای U-235 بسیار قابل توجه می‌شود.

تشعشع رادیواکتیو چیست؟

تشعشعات رادیواکتیو را در واقع می توان انتشار بی اختیار انرژی از برخی مواد یا بهتر بگوییم اتمهای ناپایدار دانست.

بسیاری از اتمهایی که در طبیعت وجود دارند و مواد اطراف ما را تشکیل می دهند از اتمهای با ثبات تشکیل شده اند، بگونه ای که چنانچه شرایط محیطی آنها تغییر نکند، آن مواد تا ابد به همان حالت می مانند. اما برخی از اتمها نیز وجود دارند که نمی توانند وضعیت خود را ثابت نگهدارند و به تاچار برای رسیدن به حالت تعادل شکسته می شوند و به اتمهای دیگری تبدیل می شوند.

این اتمها در مرحل شکست از خود انرژی آزاد می کنند (به صورت اشعه یا ذره)، به موادی که از اینگونه اتمها تشکیل می شود مواد رادیواکتیو گفته می شوند. تشعشعات آنها هم تشعشعات رادیواکتیو نامیده می شود.

اورانیوم، توریوم یا پتاسیوم از جمله این مواد هستند که به اتم های سبکتر تبدیل می شوند. انرژی آزاد شده طی این پروسه تبدیل شامل امواج پر انرژی و نیز ذراتی است که با سرعت زیاد حرکت می کنند، هیچکدام از این ذرات یا امواج قابل دید نیستند.

لازم به ذکر است که برخی از اتم های عادی مانند کربن یا رادون با وجود پایدار بودن، دارای ایزوتوپ های ناپایدار هستند. این مواد بالقوه می توانند تشعشعات رادیواکتیو داشته باشند.

تشعشع در مواد رادیواکتیو بصورت طبیعی رخ می دهد و مدت زمانی که لازم است تا نیمی از اتمهای بی ثبات تبدیل به اتمهای پایدار شوند را نیم عمر آن ماده رادیواکتیو گفته می شود. نیمه عمر مواد رادیو اکتیو می تواند از چند میلی ثانیه تا چند صد هزار سال باشد.

رادیواکتیو

انرژی بسیار زیاد

همانطور که مشخص است ذخیر کردن و از بین بردن مواد رادیواکتیو سطح بالا نیاز به مدیریت و تکنولوژی بالا دارد، اما مشخص ترین و ساده ترین کار ایزوله کردن به منظور جلوگیری از انتشار تشعشع و نیز سرد کردن آنها است. از زمان دست یابی به روشهای صحیحی ذخیره و دفن اولین زباله های اتمی، بیش از 40 سال است که می گذرد و کشورها ناچار هستند که همچنان آنها را در شرایط خاص نگهداری کنند.

حدود 30 گرم از یک زباله اتمی سطح بالا می تواند حدود 8000 کیلووات ساعت انرژی تولید کند. این مقدار انرژی معادل چیزی حدود 8 تن ذعال سیاه با کیفیت بسیار بالا است. بنابراین مشاهده می کنید که حتی زباله های مواد رادیواکتیو تا چه حد می تواند حاوی انرژی باشند که اگر درست مهار نشود، خطر ساز خواهد بود.

اولین کاربرد اورانیوم در تولید انرژی برای 4 لامپ

دفن اورانیوم مصرف شده

پس از استفاده از اورانیوم برای تولید انرژی در راکتور 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.

 


هفدهم 8 1388 19:48
X