پنجشنبه ۰۵ مرداد ۱۳۹۶ - July 27 2017
کد خبر: ۱۵۴۶
تاریخ انتشار: ۱۰ خرداد ۱۳۹۳ - ۱۱:۲۷
از جمله موضوعات مهم در انرژی هسته‌ای بحث سوخت هسته‌ای است. در چرخه فنآوری هسته‌ای نیز تهیه سوخت هسته‌ای و محصول نهایی این چرخه بسیار مهم است. در این گزارش بطور مختصر به بررسی مفهوم سوخت هسته‌ای می‌پردازیم. 
علم و دانش هسته‌ای، شکل گرفته از مطالعات در علوم شیمی و فیزیک در سده‌های اخیر می‌باشد. در ۱۸۷۹ کراکس عمل یونیزاسیون یک گاز از طریق تخلیه الکتریکی را انجام داد و توسط تامسون الکترون به عنوان ذره باردار حاوی الکتریسیته معرفی شد. «رونتگن» در ۱۸۹۵ اشعه ایکس را کشف کرد و «بکرل» در ۱۸۹۶ پرتوهایی مشابه (که امروزه لاندا می‌نامیم) را با منشا کاملا متفاوت کشف کرد که منجر به کشف اورانیوم و پدیدهٔ پرتوزایی شد. کوری‌ها در ۱۸۹۸ عنصرپرتوزای رادیوم را جداسازی نمودند. در ۱۹۰۵ «انیشتن» نتیجه گیری کرد که جرم هر جسمی با سرعت آن افزایش پیدا می‌کند. 
در اوایل قرن بیستم یک سری آزمایش با ذرات مختلف حاصل از مواد پرتوزا به فهم نسبتا شفاف ساختار اتم و هسته منجر شد. از کار «رادرفورد» و «بور» نتیجه گیری شد که اتم خنثی از نظر الکتریکی از بار منفی به شکل الکترون‌های احاطه کننده یک هسته مرکزی مثبت که قسمت اعظم ماده اتم را شامل می‌شود، تشکیل شده است. 
در ۱۹۳۰ «بوته» و «بکر» بریلیم را با ذرات آلفای حاصل از پولونیم بمباران کردند و آنچه را که فکر کردند پرتوهای گاماست کشف کردند اما «چادویک» در ۱۹۳۲ نشان داد که باید نوترون‌ها باشند. در حال حاضر واکنش‌های مشابهی در راکتورهای هسته‌ای به عنوان چشمه نوترون به کار می‌رود. پرتوزایی مصنوعی اولین بار توسط «کوری» و «ژولیو» گزارش شد. ذرات تزریق شده به داخل هسته‌های بور، منیزیوم و آلومینیوم ایزوتوپ‌های پرتوزای جدید عناصر متعددی را به وجود آورد. توسعه ماشین‌ها برای شتاب دادن ذرات باردار تا سرعت‌های بالا فرصت‌های جدیدی را برای مطالعه واکنش‌های هسته‌ای فراهم ساخت. سیکلوترون، طراحی و ساخته شده در ۱۹۳۲ به وسیله «لارنس» اولین سری از دستگاه‌های با توانمندی بالا بود. 
طی سال‌های ۱۹۳۰ «انریکو فرمی» و همکاران وی در ایتالیا، تعدادی آزمایش با نوترون تازه کشف شده انجام دادند. از جمله کشفیات فرمی، تمایل زیاد بسیاری از عناصر به کند کردن نوترون و تنوع رادیوایزوتوپ‌هایی بود که می‌توانست از گیراندازی نوترون تولید شود. برایت «و» وینکر «توضیح نظری فرآیندهای نوترون کند را در سال ۱۹۳۶ ارائه نمودند.» فرمی «اندازه گیری‌های توزیع هر دو نوترون سریع و کند را انجام داد و رفتار آن‌ها را از لحاظ پراکندگی کشسان، اثرات پیوند شیمیایی و حرکت گرمایی در مولکول‌های هدف توضیح داد. 
فرمی و همکارش در سال ۱۹۴۱ اولین طرح راکتور زنجیره‌ای اورانیوم را ارائه دادند. مدل آن‌ها شامل مقداری اورانیوم بود که در محفظه‌ای از گرافیت جمع شده بود تا مدلی از مواد شکافت پذیر را بسازد. در اوایل سال ۱۹۴۲ دانشمندان آمادگی ساخت اولین راکتور هسته‌ای را پیدا کردند و در استادیوم شهر شیکاگو طرح خود را که علاوه بر گرافیت و اورانیم دارای کادمیوم (عنصری که نوترون‌ها را می‌شکافد) بود، به نمایش گذاشتند. 
اولین راکتور هسته‌ای تنها یک شروع بود. اولین تحقیقات در این رشته که تحت پروژه سری به نام» منهتن «صورت گرفت، برای ساخت بمب اتمی برای جنگ جهانی دوم بود. هرچند دانشمندانی هم بودند که روی راکتورهای شکافنده مواد دارای قابلیت شکافت در واکنش زنجیره‌ای کار می‌کردند، و این به تولید مواد شکافت پذیر بیشتری منجر شد. ایالات متحده سرمایه گذاری بیشتری را در جهت پیشبرد این علم برای منافع غیر نظامی انجام داد و در اوایل سال ۱۹۵۱ راکتور زاینده‌ای ساخت که می‌توانست الکتریسیته تولید کند. 
بزرگ‌ترین پیشرفت در دهه ۵۰ توانایی تولید تجاری برق بوسیله راکتور آب سبک بود که در آن از آب معمولی برای خنک شدن هسته راکتور استفاده می‌شد. این موفقیت باعث شد که برنامه‌های هسته‌ای برای مقاصد تکنولوژیکی دیگر برنامه ریزی شود. 
به این ترتیب، توسعه سریع نیروی هسته‌ای جهان مستلزم بروز هیچ تغییر بنیادینی نیست و تنها نیازمند تسریع راهبردهای موجود است. امروزه حدود ۴۴۰ نیروگاه هسته‌ای در ۳۱ کشور جهان برق تولید می‌کنند. بیش از ۱۵ کشور از مجموع این تعداد در زمینه تأمین برق خود تا ۲۵ درصد یا بیشتر، متکی به نیروی هسته‌ای هستند. در اروپا و ژاپن سهم نیروی هسته‌ای در تأمین برق بیش از ۳۰ درصد است، در آمریکا نیروی هسته‌ای ۲۰ درصد از برق را تأمین می‌کند. در سرتاسر جهان، دانشمندان بیش از ۵۰ کشور از حدود ۳۰۰ راکتور تحقیقاتی استفاده می‌کنند تا درباره فناوریهای هسته‌ای تحقیق کرده و برای تشخیص بیماری و درمان سرطان، رادیوایزوتوپ تولید کنند. در دوره پس از جنگ سرد، فعالیت جدیدی برای حذف مواد هسته‌ای از تسلیحات و تبدیل آن به سوخت هسته‌ای غیر نظامی آغاز شد. 

سوخت هسته‌ای به موادی گفته می‌شود که می‌توان از آن‌ها برای تولید انرژی هسته‌ای استفاده کرد. تاکنون رایج‌ترین سوخت هسته‌ای، موادشکافت‌پذیر مانند اورانیوم و پلوتونیوم بوده‌اندکه از چرخه سوخت هسته‌ای بدست می‌آیند. برخی مواد مانند دوتریوم و تریتیوم و هلیوم۳ که در فرآیند همجوشی هسته‌ای بکار می‌روند نیز به عنوان سوخت هسته‌ای در نظر گرفته شده‌اند. 
پلوتونیوم یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی ۹۲ و جرم اتمی ۲۳۹ است که اولین بار طی واکنش کنترل شدهٔ شکست هسته اورانیوم تهیه ‏گردید. کاربردهای انرژی هسته‌ای به وسیله انسان با اورانیوم ۲۳۵ شروع شد. که مهم‌ترین سوخت هسته‌ای بوده و هست. ‏ 
اگر ایزوتوب اورانیوم ۲۳۵ (موجود در اورانیوم طبیعی) قابل شکست نمی‌بود حتی با داشتن کوهی از اورانیوم طبیعی نیز کسی ‏نمی توانست از انرژی نهانی آن استفاده کند. این ایزوتوپ به وسیله نوترون‌هایی با هر مقدار انرژی به خوبی شکسته می‌شود. ‏در اثر شکسته شدن هسته اورانیوم (در غنی سازی اورانیوم) درصد ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ از ۷/۰ درصد به ۳ تا ۴ درصد افزایش می‌یابد و این اورانیوم غنی شده قابل استفاده بعنوان سوخت در نیروگاه‌های آب سبک خواهد بود. 
اورانیوم طبیعی اصولا شامل مخلوطی از دو ایزوتوپ است. تنها ۶ درصد از اورانیوم طبیعی، شکاف پذیر و یا دارای قابلیت شکاف پذیری است که با شکافته شدن در رآکتورهای هسته‌ای انرژی تولید
 می‌کند. ایزوتوپ اورانیوم شکاف پذیر، اورانیوم ۲۳۵ است و پس مانده آن اورانیوم ۲۳۸ خواهد بود. 
ماده‌ای که به عنوان سوخت در راکتورهای هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد باید شکاف پذیر باشد یا به طریقی شکاف پذیر شود. اورانیوم ۲۳۵ شکاف پذیر است ولی اکثر هسته‌های اورانیوم در سوخت از انواع اورانیوم ۲۳۸ است. این اورانیوم بر اثر واکنشهایی به ترتیب با تولید پرتوهای گاما و بتا به پولوتونیوم ۲۳۹ تبدیل می‌شود. پلوتونیوم هم مثل اورانیوم ۲۳۵ شکافت پذیر است. 
اگر نوترون‌های پر انرژی حاصل از شکست اورانیوم ۲۳۵ را به کمک کند کننده‌هایی از جمله گرافیت، آب معمولی یا ‏آب سنگین یا مواد دیگر تا حد مشخصی کند کنیم، معجزه شروع می‌شود. هسته اورانیوم ۲۳۸ چنین نوترون ‏های آهسته‌ای را جذب می‌کند. سپس تحریک و تجزیه شده و بالاخره به پلوتونیوم با عمر ۴/۲۴ سال تبدیل می‌شود. 
نکته قابل توجه اینکه اورانیوم ۲۳۵ هم به وسیله نوترون‌های سریع و هم آهسته شکسته می‌شود. بدین ترتیب در حین ‏مصرف اورانیوم ۲۳۵ در راکتور، مقدار معینی اورانیوم ۲۳۸ (غیر قابل شکست در عمل) به پلوتونیوم ۲۳۹ (قابل شکست) ‏تبد یل می‌شود. 
‏ورود پلتونیوم بویژه در بدن انسان یا حیوان خطرناک می‌باشد. زیرا نمی‌تواند به وسیله اعمال طبیعی از بدن خارج ‏شود. پلتونیوم در بدن، به طور شدیدی اشعه گاماساطع کرده و باعث بیماری‌های تشعشعی حاد و یا حتی مرگ می‌شود. ‏
از سوخت هسته‌ای در راکتور هسته‌ای جهت تامین انرژی گداخت هسته‌ای وشکافت هسته‌های سنگین استفاده می‌شود. ‏ همچنین در نیروگاه هسته‌ای جهت تولید انرژی هسته‌ای و راه اندازی ژنراتور‌ها، موتور‌ها و دینامو‌ها به کار برده می‌شود. ‏
سوخت هسته‌ای در صنایع نظامی نیز کاربرد وسیعی داشته و در ساخت مهمات و سلاحهای پرقدرت از جمله انواع چاشنی‌ها، راکت‌ها، نارنجک‌ها، ‏زیر دریایی‌های هسته‌ای، سفینه‌های فضایی، موشکهای دور برد و بمب‌های هسته‌ای استفاده می‌شود. ‏
نام:
ایمیل:
* نظر:
فرهنگ وهنر
فرهنگ وهنر