تبلیغات
وبلاگ شخصی مهدی رعنایی

وبلاگ شخصی مهدی رعنایی
علمی.ورزشی 
قالب وبلاگ
نویسندگان
در باره انرژی هسته ای بیشتر بدانیم
در باره انرژی هسته ای بیشتر بدانیم(2)


 





 

راکتور هسته ای:
 

راکتور هسته ای وسیله ایست که در آن فرایند شکافت هسته ای بصورت کنترل شده انجام میگیرد. 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 میشوند.
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.

در باره انرژی هسته ای بیشتر بدانیم

1- هسته راکتور
2-پمپ خنک کننده
3- میله های سوخت
4- مولد بخار
5- هدایت بخار به داخل توربین مولد برق
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 میابد.
حدودا ۴۰۰ نیروگاه هسته ای در سرتاسر جهان فعال هستند که تقریبا ۱۷ درصد کل برق مصرفی در جهان را تامین میکنند. از جمله کاربردهای دیگر راکتورهای هسته ای، تولید نیروی محرکه لازم برای جابجایی ناوها و زیردریایی های اتمی است.

بازفراوری:
 

برای بازیافت اورانیوم از سوخت هسته ای مصرف شده در راکتور از عملیات شیمیایی موسوم به بازفراوری استفاده میشود. در این عملیات، ابتدا پوسته فلزی میله های سوخت مصرف شده را جدا میسازند و سپس آنها را در داخل اسید نیتریک داغ حل میکنند.

در باره انرژی هسته ای بیشتر بدانیم

در نتیجه این عملیات، ۱% پلوتونیوم ، ۳% مواد زائد به شدت رادیورادیو اکتیو و ۹۶% اورانیوم بدست می آید که دوباره میتوان آنرا در راکتور به مصرف رساند.
راکتورهای نظامی این کار را بطور بسیار موثرتری انجام میدهند. راکتور و تاسیسات باز فراوری مورد نیاز برای تولید پلوتونیوم را میتوان بطور پنهانی در داخل ساختمانهای معمولی جاسازی کرد. به همین دلیل، تولید پلوتونیوم به این طریق، برای هر کشوری که بخواهد بطور مخفیانه تسلیحات اتمی تولید کند گزینه جذابی خواهد بود.

بمب پلوتونیومی:
 

استفاده از پلوتونیوم به جای اورانیوم در ساخت بمب اتمی مزایای بسیاری دارد. تنها چهار کیلوگرم پلوتونیوم برای ساخت بمب اتمی با قدرت انفجار ۲۰ کیلو تن کافی است. در عین حال با تاسیسات بازفراوری نسبتا کوچکی میتوان چیزی حدود ۱۲ کیلوگرم پلوتونیوم در سال تولید کرد.

بمب پلوتونیومی
 

در باره انرژی هسته ای بیشتر بدانیم

1- منبع یا مولد نوترونی
2- هسته پلوتونیومی
3- پوسته منعکس کننده (بریلیوم)
4- ماده منفجره پرقدرت
5- چاشنی انفجاری
کلاهک هسته ای شامل گوی پلوتونیومی است که اطراف آنرا پوسته ای موسوم به منعکس کننده نوترونی فرا گرفته است. این پوسته که معمولا از ترکیب بریلیوم و پلونیوم ساخته میشود، نوترونهای آزادی را که از فرایند شکافت هسته ای به بیرون میگریزند، به داخل این فرایند بازمی تاباند.
استفاده از منعکس کننده نوترونی عملا جرم بحرانی را کاهش میدهد و باعث میشود که برای ایجاد واکنش زنجیره ای مداوم به پلوتونیوم کمتری نیاز باشد.
برای کشور یا گروه تروریستی که بخواهد بمب اتمی بسازد، تولید پلوتونیوم با کمک راکتورهای هسته ای غیر نظامی از تهیه اورانیوم غنی شده آسانتر خواهد بود. کارشناسان معتقدند که دانش و فناوری لازم برای طراحی و ساخت یک بمب پلوتونیومی ابتدائی، از دانش و فنآوری که حمله کنندگان با گاز اعصاب به شبکه متروی توکیو در سال ۱۹۹۵ در اختیار داشتند پیشرفته تر نیست.
چنین بمب پلوتونیومی میتواند با قدرتی معادل ۱۰۰ تن تی ان تی منفجر شود، یعنی ۲۰ مرتبه قویتر از قدرتمندترین بمبگزاری تروریستی که تا کنون در جهان رخ داده است.

بمب اورانیومی:
 

هدف طراحان بمبهای اتمی ایجاد یک جرم فوق بحرانی ( از اورانیوم یا پلوتونیوم) است که بتواند طی یک واکنش زنجیره ای مداوم و کنترل نشده، مقادیر متنابهی انرژی حرارتی آزاد کند.
یکی از ساده ترین شیوه های ساخت بمب اتمی استفاده از طرحی موسوم به "تفنگی" است که در آن گلوله کوچکی از اورانیوم که از جرم بحرانی کمتر بوده به سمت جرم بزرگتری از اورانیوم شلیک میشود بگونه ای که در اثر برخورد این دو قطعه، جرم کلی فوق بحرانی شده و باعث آغاز واکنش زنجیره ای و انفجار هسته ای میشود.
کل این فرایند در کسر کوچکی از ثانیه رخ میدهد.
جهت تولید سوخت مورد نیاز بمب اتمی، هگزا فلوئورید اورانیوم غنی شده را ابتدا به اکسید اورانیوم و سپس به شمش فلزی اورانیوم تبدیل میکنند. انجام این کار از طریق فرایندهای شیمیائی و مهندسی نسبتا ساده ای امکان پذیر است.

در باره انرژی هسته ای بیشتر بدانیم

درت انفجار یک بمب اتمی معمولی حداکثر ۵۰ کیلو تن است، اما با با کمک روش خاصی که متکی بر مهار خصوصیات جوش یا گداز هسته ای است میتوان قدرت بمب را افزایش داد.
در فرایند گداز هسته ای ، هسته های ایزوتوپهای هیدروژن به یکدیگر جوش خورده و هسته اتم هلیوم را ایجاد میکنند. این فرایند هنگامی رخ میدهد که هسته های اتمهای هیدروژن در معرض گرما و فشار شدید قرار بگیرند. انفجار بمب اتمی گرما و فشار شدید مورد نیاز برای آغاز این فرایند را فراهم میکند.
طی فرایند گداز هسته ای نوترونهای بیشتری رها میشوند که با تغذیه واکنش زنجیره ای، انفجار شدیدتری را بدنبال می آورند. اینگونه بمبهای اتمی تقویت شده به بمبهای هیدروژنی یا بمبهای اتمی حرارتی موسومند.

غنی سازی اورانیوم
 

سانتریفیوژ دستگاهی است که برای جدا سازی مواد از یکدیگر بر اساس وزن آنها استفاده می شود. این دستگاه مواد را با سرعت زیاد حول یک محور به گردش در می آورد و مواد متناسب با وزنی که دارند از محور فاصله می گیرند.
در واقع در این روش برای جدا سازی مواد از یکدیگر از شتاب ناشی از نیروی گریز از مرکز استفاده می گردد، کاربرد عمومی این دستگاه برای جداسازی مایع از مایع و یا مایع از جامد است.
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.

در باره انرژی هسته ای بیشتر بدانیم

Gaseous Diffusion
 

در روش Gaseous Diffusion، گاز هگزافلوراید اورانیوم (UF6) را با سرعت از صفحات خاصی که حالت ----- دارند عبور داده می شود و طی آن این صفحات می توانند به دلیل داشتن منافذ و خلل و فرج زیاد تا حدی می توانند اوانیوم 235 را از 238 جدا کنند. (به شکل بالا دقت کنید)
در این روش با تکرار استفاده از این صفحات ----- مانند، بصورت آبشاری (Cascade)، میزان اورانیوم 235 را به مقدار دلخواه بالا می بردند. این روش اولین راهکارهای صنعتی برای غنی سازی اورانیوم بود که کابرد عملی پیدا کرد.
Gaseous Diffusion از جمله تکنولوژی هایی بود که ایالات متحده طی جنگ جهانی دوم در پروژه ای بنام منهتن (Manhattan) برای ساخت بمب هسته ای، با کمک انگلیس و کانادا به آن دست پیدا کرد.
نمونه ای از سانتریفیوژهای گازی آبشاری که برای غنی سازی اورانیوم از آنها استفاده می شود. Hyper-Centrifuge
اما در روش استفاده از سانتریفیوژ برای غنی سازی اورانیوم، تعداد بسیار زیادی از این دستگاهها بصورت سری و موازی بکار می برند تا با کمک آن بتوانند غلظت اورانیوم 235 را افزایش دهند.
گاز هگزافلوراید اورانیوم (UF6) در داخل سیلندرهای سانتریفیوژ تزریق می شود و با سرعت زیاد به گردش در آورده می گردد. گردش سریع سیلندر، نیروی گریز از مرکز بسیار قوی ای تولید می کند و طی آن مولکولهای سنگین تر (آنهایی که شامل ایزوتوپ اورانیوم 238 هستند) از مرکز محور گردش دور تر می گردند و برعکس آنها که مولکول های سبک تری دارند (حاوی ایزوتوپ اورانیوم 235) بیشتر حول محور سانتریفیوژ قرار می گیرند.
در این هنگام با استفاده از روشهای خاص گازی که حول محور جمع شده است جمع آوری شده به مرحله دیگر یعنی دستگاه سانتریفیوژ بعدی هدایت می گردد. میزان گاز هگزافلوراید اورانیوم شامل اورانیوم 235 ای که در این روش از یک واحد جداسازی بدست می آید به مراتب بیشتر از مقداری است که در روش قبلی (Gaseous Diffusion) بدست می آید، به همین علت است که امروزه در بیشتر نقاط جهان برای غنی سازی اورانیوم از این روش استفاده می کنند.
بزرگترین دستگاههای آبشاری سانتریفیوژ در کشورهایی مانند فرانسه، آلمان، انگلستان و چین در حال غنی سازی اورانیوم هستد. این کشورها علاوه بر مصرف داخلی به صادرات اورانیوم غنی شده نیز می پردازند. کشور ژاپن هم دارای دستگاههای بزرگ سانتریفیوژ است اما تنها برای مصرف داخلی اورانیوم غنی شده تولید می کند.

بمب هاى هسته اى
 

•چرا اورانیوم و پلوتونیوم؟
 

ایزوتوپ معمول اورانیوم (اورانیوم ۲۳۸) براى ساخت سلاح اتمى مناسب نیست. چرا كه با شلیك نوترونى به هسته این ایزوتوپ، احتمال به دام افتادن نوترون و تشكیل اورانیوم ۲۳۹ از احتمال شكافت هسته اى بسیار بیشتر است. درحالى كه در اورانیوم ۲۳۵ امكان شكافت هسته اى بیشتر است. اما فقط ۷/۰ درصد اورانیوم موجود در طبیعت، ایزوتوپ ۲۳۵ است. به همین خاطر براى تهیه مقدار مورد نیاز اورانیوم ۲۳۵ براى ساخت بمب، به مقدار زیادى از اورانیوم طبیعى نیاز است. در عین حال ایزوتوپ هاى ۲۳۵ و ۲۳۹ اورانیوم به روش هاى شیمیایى قابل جداسازى نیستند؛ چرا كه از لحاظ شیمیایى یكسانند. بنابراین دانشمندان پروژه منهتن قبل از ساختن بمب باید مسئله دیگرى را حل مى كردند؛ جداسازى ایزوتوپ هاى اورانیوم به روش هاى غیرشیمیایى. پژوهش ها همچنین نشان مى داد كه پلوتونیوم ۲۳۹ قابلیت شكافت هسته اى بالایى دارد. گرچه پلوتونیوم ۲۳۹ یك عنصر طبیعى نیست و باید ساخته شود. رآكتورهاى هنفورد در واشینگتن به همین منظور ساخته شده اند.

در باره انرژی هسته ای بیشتر بدانیم

• «پسربچه»:(Little boy) یك بمب شلیكى
 

طرح «پسربچه» شامل تفنگى است كه توده اى از اورانیوم ۲۳۵ را به سمت توده دیگرى از این ایزوتوپ شلیك مى كند. به این ترتیب یك جرم فوق بحرانى تولید مى شود. نكته اساسى كه حتماً باید رعایت شود این است كه این توده ها باید در زمانى كوتاه تر از حدفاصل بین شكافت هاى خود به خودى در كنار هم نگه داشته شوند. به محض اینكه دو توده اورانیوم در كنار هم قرار گرفتند، ناگهان چاشنى توده اى از نوترون ها را تولید مى كند و زنجیره واكنش ها آغاز مى شود. با ادامه این زنجیره، انرژى مدام افزایش مى یابد تا بمب به سادگى و خودبه خود منفجر شود.

در باره انرژی هسته ای بیشتر بدانیم

1- در دنباله پلیسه بردارى
۲- مخروط دم
۳- لوله هاى ورود هوا
۴- چاشنى فشار هوا
۵- محفظه پوشش محافظ سربى
۶- بازوى چاشنى
۷- سرانفجارى
۸- چاشنى انفجارى معمول
۹- اورانیوم ۲۳۵ (گلوله)
۱۰- سیلندر توپ
۱۱- اورانیوم ۲۳۵ (هدف) با مخزن
(منعكس كننده نوترون درست این بالا است)
۱۲- میله هاى كنترل فاصله
۱۳- فیوزها

در باره انرژی هسته ای بیشتر بدانیم

• «مرد چاق»(Fat man) : بمب انفجار درونى
 

شكافت خودبه خودى پلوتونیوم ۲۳۹ آنقدر سریع است كه بمب تفنگى (پسربچه) نمى تواند دو توده پلوتونیوم را در زمانى كوتاه تر از حد فاصل شكافت ها كنار هم نگه دارد. بنابراین براى پلوتونیوم باید نوع دیگرى از بمب طراحى شود. قبل از سواركردن بمب، چند نوترون سرگردان رها مى شوند تا زنجیره واكنش پیش رس را آغاز كنند. این زنجیره موجب كاهش عظیم انرژى منتشر شده مى شود. «ست ندرمى یر» (دانشمندى از لس آلاموس) ایده استفاده از چاشنى هاى انفجارى را براى كمپرس بسیار سریع كره پلوتونیوم مطرح كرد و بسط داد. با این روش كره پلوتونیوم به چگالى مناسب بحرانى مى رسد و انفجار هسته اى رخ مى دهد.

در باره انرژی هسته ای بیشتر بدانیم

1- :AN 219 فیوز تخریب
۲- :Archie آنتن رادار
۳- صفحه باترى ها
۴- واحد :Xسیستم جرقه زن كنار چاشنى
۵- لولا براى ثابت نگه داشتن دو بخش بیفوى بمب
۶- لنز پنج ضلعى با قابلیت انفجار بالا
۷- لنز شش ضلعى با قابلیت انفجار زیاد
۸- چتر نجات كالیفرنیا دنباله (آلومینیوم)
۹- حفاظ دور، قطر داخلى cm ۱۴۰
۱۰- مخروط هایى كه كل كره را در بر مى گیرند
۱۱- لنزهاى انفجارى
۱۲- ماده هسته اى
۱۳- صفحه رادارها، سوئیچ هاى هوا و تایمرها
۱۴- جمع كننده لوله هوا

• بمب انفجار داخلى: بمب كثیف
 

انفجار درونى كه در واقع عكس انفجار بیرونى است ماده و انرژى را چگال و متمركز مى كند. ویرانى ساختمان بر اثر انفجار بیرونى باعث مى شود كه ساختمان روى خودش آوار شود. اصطلاحاً گفته مى شود كه «ساختمان از درون منفجر شده است.» انفجار درونى، آوار شدن از داخل است. درست مقابل انفجار بیرونى، یك كره توخالى پلوتونیوم مى تواند با چاشنى كروى انفجارى خارجى، از درون منفجر شده و به عنوان ماشه یك بمب شكافت هسته اى به كار رود. این بمب هم به نوبه خود مى تواند یك ماشه انفجار داخلى براى یك جور هم جوشى باشد. در بحث كاویتاسیون انفجار درونى یك فرآیند مكثى است كه ذرات را مجبور به حركت به سمت داخل مى كند (نه حركت به سمت خارج كه مربوط به انفجار بیرونى است) این حركت مركزگراى درونى، از یك مسیر مستقیم به سمت مركز (مسیر شعاعى) پیروى نمى كند، بلكه با چرخش روى یك مسیر مارپیچى حركتش را انجام مى دهد. این حركت چرخشى ورتكس نام دارد. در كاویتاسیون به خاطر فشار كم، حباب هاى كوچكى از بخار آب در یك سمت پروانه تشكیل مى شود. با تخریب این حباب ها، موج هاى ناگهانى محلى شدیدى به وجود مى آید كه سر و صدا تولید مى كند و منجر به شكست محلى در سطح پروانه مى شود. ادامه این روند سایش ماده را به دنبال دارد. مشخصه اصلى ورتكس این است كه خارج آن كند و مركز آن تند حركت مى كند. در ورتكس، آب «از درون منفجر مى شود» ذرات معلقى كه از آب سنگین ترند به مركز جریان كشیده مى شوند، مقاومت اصطكاكى كاهش مى یابد و سرعت جریان زیاد مى شود.

در باره انرژی هسته ای بیشتر بدانیم

مراحل انفجار داخلى
 

۱ ماده منفجر ه اى كه ماده شكافت پذیر را در برگرفته است، مشتعل مى شود. ۲ یك موج ناگهانى تراكمى به سمت داخل شروع به حركت مى كند. سرعت این موج ناگهانى از سرعت صوت بیشتر است و سبب افزایش قابل توجه شار مى رود. موج در یك لحظه به تمام نقاط روى سطح كروى ماده شكافت پذیر در هسته بمب حمله مى كند، فرآیند تراكم آغاز مى شود. ۳ با افزایش چگالى هسته، جرم به حالت بحرانى و سپس فوق بحرانى مى رود كه در آن زنجیره واكنش ها به صورت نهایى زیاد مى شود. ۴ اكنون پخش شدن چاشنى به رها شدن نوترون هاى زیاد منجر مى شود. به همین دلیل خیلى از تولیدات اولیه باى پس مى شوند.۵ زنجیره واكنش ها همچنان ادامه مى یابد. تا زمانى كه انرژى تولید شده در درون بمب به قدرى بزرگ شود كه فشار درونى (ناشى از انرژى شكافت) به مقدارى بیش از فشار انفجار داخلى و ناشى از موج ناگهانى برسد.۶ با از هم جدا كردن بمب، انرژى منتشر شده در فرآیند شكافت، به اطراف انتقال مى یابد.

در باره انرژی هسته ای بیشتر بدانیم

•بمب هیدروژنى
 

بازده هیدروژنى به وسیله مقدار لیتیوم دوتراید (deuteride) و نیز مواد شكافت پذیر اضافه كنترل مى شود. براى تامین نوترون هاى اضافه فرآیند هم جوشى (fusion) معمولاً اورانیوم ۲۳۸ در بخش هاى مختلف بمب به كار مى رود. این ماده شكافت پذیر اضافه (اورانیوم ۲۳۸) در عین حال تشعشعات اتمى باكیفیت بالا نیز تولید مى كند.

در باره انرژی هسته ای بیشتر بدانیم

بمب نوترونى
 

بمب نوترونى یك بمب هیدروژنى است. بمب نوترونى به كلى با سایر سلاح هاى اتمى استاندارد تفاوت دارد. چرا كه اثرهاى مهلك بمب كه از تشعشعات مضر مى آید، به خاطر نوترون هایى است كه خودش رها مى كند. این بمب همچنین به نام «سلاح تشعشع افزوده» (enhanced- radiation weapon) شناخته مى شود.اثرات تشعشع افزوده در بمب نوترونى بدین صورت است كه آثار حرارتى و تخریبى این بمب نسبت به سایر سلاح هاى اتمى كمتر است. به همین دلیل ساختارهاى فیزیكى مثل ساختمان ها و مراكز صنعتى كمتر خسارت مى بینند و بمب بیشترین آسیب را به انسان وارد مى كند. از آنجا كه اثرات تشعشع نوترون با افزایش فاصله به شدت كاهش مى یابد اثر بمب در مناطق نزدیك به آن و مراكز دور از آن به وضوح تفاوت دارد. این ویژگى كاملاً مطلوب كشورهاى عضو پیمان آتلانتیك شمالى (ناتو) است، چرا كه آنها مى خواهند آمادگى نبرد در مناطق پرازدحام را داشته باشند درحالى كه انواع دیگر انفجارهاى هسته اى، زندگى شهرى و دارایى ها را به خطر مى اندازند بمب نوترونى فقط با زنده ها سر و كار دارد


طبقه بندی: دانستنیها،
[ یکشنبه 30 بهمن 1390 ] [ 01:52 ب.ظ ] [ مهدی رعنایی ]
.: Weblog Themes By SibTheme :.

درباره وبلاگ


وبلاگ شخصی مهدی رعنائی

آمار سایت
بازدیدهای امروز : نفر
بازدیدهای دیروز : نفر
كل بازدیدها : نفر
بازدید این ماه : نفر
بازدید ماه قبل : نفر
تعداد نویسندگان : عدد
كل مطالب : عدد
آخرین بروز رسانی :
امکانات وب