دانلود رایگان مقاله چرخه سوخت هسته ای

    —         —    

ارتباط با ما     —     لیست پایان‌نامه‌ها

... دانلود ...

بخشی از متن دانلود رایگان مقاله چرخه سوخت هسته ای :

مقدمه
سنگ معدن اورانیوم موجود در طبیعت از دو ایزوتوپ 235U به مقدار 07 درصد و 238U ‏به مقدار 399 درصد تشکیل شده است. سنگ معدن را ابتدا در اسید حل کرده و ‏بعد از تخلیص فلز , اورانیوم را بصورت ترکیب با اتم فلوئور (9F ) و بصورت مولکول ‏اورانیوم هگزا فلوراید تبدیل می‌کنند که به حالت گازی است. سرعت متوسط ‏مولکولهای گازی با جرم مولکولی گاز نسبت عکس دارد.

غنی سازی اورانیوم با دیفوزیون گازی
گراهان در سال 1864 پدیده‌ای را کشف کرد که در آن سرعت متوسط مولکولهای ‏گاز با معکوس جرم مولکولی گاز متناسب بود. از این پدیده که به نام دیفوزیون ‏گازی مشهور است برای غنی سازی اورانیوم استفاده می‌کنند. در عمل اورانیوم ‏هگزا فلوراید طبیعی گازی شکل را از ستونهایی که جدار آنها از اجسام متخلخل ‏‏(خلل و فرج دار) درست شده است عبور می‌دهند. سوراخهای موجود در جسم ‏متخلخل باید قدری بیشتر از شعاع اتمی یعنی در حدود 25 آنگسترم (7-‏25×10 سانتیمتر) باشد

ضریب جداسازی متناسب با اختلاف جرم مولکولها است. روش غنی سازی ‏اورانیوم تقریبا مطابق همین اصولی است که در اینجا گفته شد. با وجود این ‏می‌توان به خوبی حدس زد که پرخرج ترین مرحله تهیه سوخت اتمی همین ‏مرحله غنی سازی ایزوتوپها است, زیرا از هر هزاران کیلو سنگ معدن اورانیوم ‏‏140 کیلوگرم اورانیوم طبیعی بدست می‌آید که فقط یک کیلوگرم 235U ‏خالص در آن وجود دارد. ‏

غنی سازی اورانیم از طریق میدان مغناطیسی
یکی از روشهای غنی سازی اورانیوم استفاده از میدان مغناطیسی بسیار قوی می‌باشد. در این روش ابتدا اورانیوم هگزا فلوئورید را حرارت می‌دهند تا تبخیر شود. از طریق تبخیر , اتمهای اورانیوم و فلوئورید از هم تفکیک می‌شوند. در این حالت , اتمهای اورانیوم را به میدان مغناطیسی بسیار قوی هدایت می‌کنند. میدان مغناطیسی بر هسته‌های باردار اورانیم نیرو وارد می کند ( این نیرو به نیروی لورنتس معروف می باشد) و اتمهای اورانیوم را از مسیر مستقیم خود منحرف می‌کند. اما هسته‌های سنگین اورانیم (238U ) نسبت به هسته‌های سبکتر (235U ) انحراف کمتری دارند و درنتیجه از این طریق می‌توان 235U را از اورانیوم طبیعی تفکیک کرد.

کاربردهای اورانیوم غنی شده
• شرایطی ایجاد کرده اند که نسبت 235U به 238U را به 5 درصد می‌‏رساند. برای این کار و تخلیص کامل اورانیوم از سانتریفوژهای بسیار قوی استفاده ‏می‌کنند.
• برای ساختن نیروگاه اتمی , اورانیوم طبیعی و یا اورانیوم غنی شده بین 1 تا 5 ‏درصد کافی است.
• برای تهیه بمب اتمی حداقل 5 تا 6 کیلوگرم 235U صد درصد خالص نیاز ‏است. در صنایع نظامی از این روش استفاده نمی‌شود و بمبهای اتمی را از 239Pu که سنتز و تخلیص شیمیایی آن بسیار ساده‌تر است تهیه ‏می‌کنند.

نحوه تولید سوخت پلوتونیوم رادیو اکتیو
این عنصر ناپایدار را در نیروگاههای بسیار قوی می‌سازند که تعداد نوترونهای ‏موجود در آنها از صدها هزار میلیارد نوترون در ثانیه در سانتیمتر مربع تجاوز ‏می‌کند. عملا کلیه بمبهای اتمی موجود در زراد خانه‌های جهان از این عنصر ‏درست می‌شود.‏ روش ساخت این عنصر در داخل نیروگاههای هسته‌ای به این صورت که ‏ایزوتوپهای 238U شکست پذیر نیستند, ولی جاذب نوترون کم انرژی هستند.

تعدادی از نوترونهای حاصل از شکست 235U را ‏جذب می‌کنند و تبدیل به 239U می‌شوند. این ایزوتوپ از اورانیوم بسیار ‏ناپایدار است و در کمتر از ده ساعت تمام اتمهای بوجود آمده تخریب ‏می‌شوند. در درون هسته پایدار 239U یکی از نوترونها خود به خود به ‏پروتون و یک الکترون تبدیل می‌شود. بنابراین تعداد پروتونها یکی اضافه شده و عنصر جدید را که 93 پروتون دارد ‏نپتونیوم می‌نامند که این عنصر نیز ناپایدار است و یکی از نوترونهای آن خود به ‏خود به پروتون تبدیل شده و در نتیجه به تعداد پروتونها یکی اضافه شده و عنصر ‏جدید پلوتونیم را که 94 پروتون دارد ایجاد می‌کنند. این کار حدودا در مدت یک هفته ‏صورت می‌گیرد.

دید کلی
خواص منحصر به فرد برهمکنش ذرات و تشعشات مختلف منجر به تخریب فیزیولوژیکی سیستم‌های حیاتی در هنگام پرتوگیری می‌شود. بسیاری از کاربردهای مواد رادیواکتیو در زمینه‌های داروسازی و پزشکی نیز نیاز به دانستن مکانیسم‌های برهمکنش نور با ماده را دارند.

حالتهای برهمکنش
تابش با ماده به پنج حالت اساسی برهمکنش می‌دهد: یونیزاسیون , انتقال انرژی جنبشی , برانگیختگی مولکولی و اتمی , ‌واکنش‌های هسته ای و فرآیندهای تشعشعی.

یونیزاسیون:
یونیزاسیون عبارت است از جدا نمودن یک الکترون اتمی ‌از یک اتم جذب کننده برای تشکیل یک جفت یون حاوی یک الکترون منفی و یک یون مثبت با جرم بالاتر. یونیزاسیون اولیه مستقیما بوسیله تشعشع فرودی شروع می‌شود. یونیزاسیون ثانویه متعاقبا بوسیله یونهای تولید شده در پدیده یونیزاسیون اولیه بوجود می‌آیند. مقدار انرژی مورد نیاز برای تشکیل یک جفت یون بسته به نوع ماده جذب کننده تغییر می‌کند.

انتقال انرژی جنبشی:
انتقالات انرژی جنبشی برهمکنش‌هایی هستند که انرژی را بیشتر از مقدار مورد نیاز برای تشکیل جفت به جفت یون می‌رسانند. انتقالات انرژی جنبشی همچنین ممکن است به دلیل برخوردهای الاستیک بین تشعشع ورودی و هسته‌های جذب‌کننده رخ دهد.

برانگیختگی مولکولی و اتمی:
برانگیختگی مولکولی و برانگیختگی اتمی‌ حالتهای برهمکنشی هستند که ممکن است حتی زمانی که انرژی انتقال یافته کمتر از انرژی یونیزاسیون جذب کننده باشد, نیز رخ دهد. با برگشتن الکترونهای اتمی ‌به ترازهای انرژی پایین‌‌تر , اشعه ایکس و الکترونهای اوژه منتشر می‌شوند.
برانگیختگی مولکولی در حین فرآیندهای انتقالی , چرخشی و ارتعاشی و نیز در حین برانگیختگی الکترونی رخ می‌دهد. انرژی برانگیختگی مولکولی در حقیقت بوسیله شکستن پیوند , لومینسانس یا ایجاد حرارت پراکنده می‌شود.

واکنش‌های هسته‌ای:
واکنش‌های هسته‌ای تشعشعات ورودی , هسته‌های اتم‌های جذب‌کننده می‌توانند حالتهای مهمی ‌از برهمکنش باشد. این امر مخصوصا برای ذرات باردار و نوترونهای با انرژی بالا صحیح است.

فرآیندهای تشعشعی:
فرآیندهای تشعشعی , فرآیندهایی هستند که در آنها انرژی الکترومغناطیسی از طریق کند شدن ذرات با انرژی بالا آزاد می‌شود. این فرآیندهای مورد نظر عبارتند از: تولید تشعشع چرنکو و تولید تابش ترمزی.

تشعشعات باردار:
تشعشعات باردار ابتدا با الکترونهای اتم در ماده جذب کننده و از طریق یک سری از پدیده‌های متعدد با اتلاف انرژی کم برهمکنش می‌دهند. این پدیده‌ها منجر به تشکیل جفت یونها , انتقالات انرژی جنبشی و برانگیختگی اتمی‌ یا مولکولی می‌شوند. بنابراین این تشعشعات به یک شیوه افزایشی و نسبتا قابل پیش‌بینی انرژی از دست می‌دهند.

تشعشعات بدون بار:
برعکس تشعشعات باردار , تشعشعات بدون بار هنگام از دست دادن انرژی بندرت با الکترونهای جذب کننده برهمکنش می‌دهند و یا اصلا واکنش نمی‌دهند. بجای یک سری برهمکنش‌های پی‌در‌پی کوچک , تشعشعات بدون بار غالبا و یا حتی فقط متحمل برهمکنش‌هایی می‌گردند که در آنها انرژی خود را کلا از دست می‌دهند
این برهمکنش‌ها به اندازه حالت تشعشعات باردار , قابل پیش بینی نیستند. ممکن است تشعشعات بدون بار با احتمال کم برهمکنش از میان مقدار زیادی از ماده عبور نمایند. این حالت برای ذرات باردار وجود ندارد. خلاصه تشعشعات بدون بار دارای نفوذ بیشتری نسبت به ذرات باردار با انرژی یکسان هستند.

چگونه یک بمب هسته ای بسازیم ؟

بمب های اتمی شامل نیروهای قوی و ضعیفی اند که این نیروها هسته یک اتم را به ویژه اتم هایی که هسته های ناپایداری دارند, در جای خود نگه می دارند. اساسا دو شیوه بنیادی برای آزادسازی انرژی از یک اتم وجود دارد:

1- شکافت هسته ای: می توان هسته یک اتم را با یک نوترون به دو جز کوچک تر تقسیم کرد. این همان شیوه ای است که در مورد ایزوتوپ های اورانیوم (یعنی اورانیوم 235 و اورانیوم 233) به کار می رود.

– همجوشی هسته ای: می توان با استفاده از دو اتم کوچک تر که معمولا هیدروژن یا ایزوتوپ های هیدروژن (مانند دوتریوم و تریتیوم) هستند, یک اتم بزرگ تر مثل هلیوم یا ایزوتوپ های آن را تشکیل داد. این همان شیوه ای است که در خورشید برای تولید انرژی به کار می رود. در هر دو شیوه یاد شده میزان عظیمی انرژی گرمایی و تشعشع به دست می آید.

برای تولید یک بمب اتمی موارد زیر نیاز است:
– یک منبع سوخت که قابلیت شکافت یا همجوشی را داشته باشد.
– دستگاهی که همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.
– راهی که به کمک آن بتوان بیشتر سوخت را پیش از آنکه انفجار رخ دهد دچار شکافت یا همجوشی کرد.

در اولین بمب های اتمی از روش شکافت استفاده می شد. اما امروزه بمب های همجوشی از فرآیند همجوشی به عنوان ماشه آغازگر استفاده می کنند.
بمب های شکافتی (فیزیونی): یک بمب شکافتی از ماده ای مانند اورانیوم 235 برای خلق یک انفجار هسته ای استفاده می کند. اورانیوم 235 ویژگی منحصر به فردی دارد که آن را برای تولید هم انرژی هسته ای و هم بمب هسته ای مناسب می کند. اورانیوم 235 یکی از نادر موادی است که می تواند زیر شکافت القایی قرار بگیرد.اگر یک نوترون آزاد به هسته اورانیوم 235 برود,هسته بی درنگ نوترون را جذب کرده و بی ثبات شده در یک چشم به هم زدن شکسته می شود. این باعث پدید آمدن دو اتم سبک تر و آزادسازی دو یا سه عدد نوترون می شود که تعداد این نوترون ها بستگی به چگونگی شکسته شدن هسته اتم اولیه اورانیوم 235 دارد. دو اتم جدید به محض اینکه در وضعیت جدید تثبیت شدند از خود پرتو گاما ساطع می کنند. درباره این نحوه شکافت القایی سه نکته وجود دارد که موضوع را جالب می کند.

– احتمال اینکه اتم اورانیوم 235 نوترونی را که به سمتش است, جذب کند, بسیار بالا است. در بمبی که به خوبی کار می کند, بیش از یک نوترون از هر فرآیند فیزیون به دست می آید که خود این نوترون ها سبب وقوع فرآیندهای شکافت بعدی اند. این وضعیت اصطلاحا (ورای آستانه بحران) نامیده می شود.
2 – فرآیند جذب نوترون و شکسته شدن متعاقب آن بسیار سریع و در حد پیکو ثانیه (12-10 ثانیه) رخ می دهد.
3 – حجم عظیم و خارق العاده ای از انرژی به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شکسته شدن هسته آزاد می شود.

انرژی آزاد شده از یک فرآیند شکافت به این علت است که محصولات شکافت و نوترون ها وزن کمتری از اتم اورانیوم 235 دارند. این تفاوت وزن نمایان گر تبدیل ماده به انرژی است که به واسطه فرمول معروف E=mc2 محاسبه می شود. حدود نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شده به کار رفته در یک بمب هسته ای برابر با چندین میلیون گالن بنزین است. نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شده انداز ه ای معادل یک توپ تنیس دارد. در حالی که یک میلیون گالن بنزین در مکعبی که هر ضلع آن 17 متر (ارتفاع یک ساختمان 5 طبقه) است, جا می گیرد. حالا بهتر می توان انرژی آزاد شده از مقدار کمی اورانیوم 235 را متصور شد.برای اینکه این ویژگی های اروانیوم 235 به کار آید باید اورانیوم را غنی کرد. اورانیوم به کار رفته در سلاح های هسته ای حداقل باید شامل نود درصد اورانیوم 235 باشد.در یک بمب شکافتی, سوخت به کار رفته را باید در توده هایی که وضعیت (زیر آستانه بحران) دارند, نگه داشت. این کار برای جلوگیری از انفجار نارس و زودهنگام ضروری است. تعریف توده ای که در وضعیت (آستانه بحران) قرار داد چنین است: حداقل توده از یک ماده با قابلیت شکافت که برای رسیدن به واکنش شکافت هسته ای لازم است. این جداسازی مشکلات زیادی را برای طراحی یک بمب شکافتی با خود به همراه می آورد که باید حل شود.

1 – دو یا بیشتر از دو توده (زیر آستانه بحران) برای تشکیل توده (ورای آستانه بحران) باید در کنار هم آورده شوند که در این صورت موقع انفجار به نوترون بیش از آنچه که هست برای رسیدن به یک واکنش شکافتی, نیاز پیدا خواهد شد.

2 – نوترون های آزاد باید در یک توده (ورای آستانه بحران) القا شوند تا شکافت آغاز شود.

3 – برای جلوگیری از ناکامی بمب باید هر مقدار ماده که ممکن است پیش از انفجار وارد مرحله شکافت شود برای تبدیل توده های (زیر آستانه بحران) به توده هایی (ورای آستانه بحران) از دو تکنیک (چکاندن ماشه) و (انفجار از درون) استفاده می شود.تکنیک (چکاندن ماشه) ساده ترین راه برای آوردن توده های (زیر بحران) به همدیگر است. بدین صورت که یک تفنگ توده ای را به توده دیگر شلیک می کند. یک کره تشکیل شده از اورانیوم 235 به دور یک مولد نوترون ساخته می شود. گلوله ای از اورانیوم 235 در یک انتهای تیوپ درازی که پشت آن مواد منفجره جاسازی شده, قرار داده می شود.کره یاد شده در انتهای دیگر تیوپ قرار می گیرد. یک حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را برای انفجار چاشنی و بروز حوادث زیر تشخیص می دهد:

1 – انفجار مواد منفجره و در نتیجه شلیک گلوله در تیوپ
2 – برخورد گلوله به کره و مولد و در نتیجه آغاز واکنش شکافت
3- انفجار بمب

در (پسر بچه) بمبی که در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر هیروشیما انداخته شد, تکنیک (چکاندن ماشه) به کار رفته بود. این بمب 5/14 کیلو تن برابر با 500/14 تن TNT بازده و 5/1 درصد کارآیی داشت. یعنی پیش از انفجار تنها 5/1 درصد ازماده مورد نظر شکافت پیدا کرد.

در همان ابتدای (پروژه منهتن), برنامه سری آمریکا در تولید بمب اتمی, دانشمندان فهمیدند که فشردن توده ها به همدیگر و به یک کره با استفاده از انفجار درونی می تواند راه مناسبی برای رسیدن به توده (ورای آستانه بحران) باشد. البته این تفکر مشکلات زیادی به همراه داشت. به خصوص این مسئله مطرح شد که چگونه می توان یک موج شوک را به طور یکنواخت, مستقیما طی کره مورد نظر, هدایت و کنترل کرد؟افراد تیم پروژه (منهتن) این مشکلات را حل کردند. بدین صورت, تکنیک (انفجار از درون) خلق شد. دستگاه انفجار درونی شامل یک کره از جنس اورانیوم 235 و یک بخش به عنوان هسته است که از پولوتونیوم 239 تشکیل شده و با مواد منفجره احاطه شده است. وقتی چاشنی بمب به کار بیفتد حوادث زیر رخ می دهند:

– نفجار مواد منفجره موج شوک ایجاد می کند.
2 – موج شوک بخش هسته را فشرده می کند.
3 – فرآیند شکافت شروع می شود.
4 – بمب منفجر می شود.

در (مرد گنده) بمبی که در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر ناکازاکی انداخته شد, تکنیک (انفجار از درون) به کار رفته بود. بازده این بمب 23 کیلو تن و کارآیی آن 17درصد بود.شکافت معمولا در 560 میلیاردم ثانیه رخ می دهد.
بمب های همجوشی: بمب های همجوشی کار می کردند ولی کارآیی بالایی نداشتند. بمب های همجوشی که بمب های (ترمونوکلئار) هم نامیده می شوند, بازده و کارآیی به مراتب بالاتری دارند. برای تولید بمب همجوشی باید مشکلات زیر حل شود:دوتریوم و تریتیوم مواد به کار رفته در سوخت همجوشی هر دو گازند و ذخیره کردنشان دشوار است. تریتیوم هم کمیاب است و هم نیمه عمر کوتاهی دارد بنابراین سوخت بمب باید همواره تکمیل و پر شود.دوتریوم و تریتیوم باید به شدت در دمای بالا برای آغاز واکنش همجوشی فشرده شوند. در نهایت (استانسیلا اولام) دریافت که بیشتر پرتو به دست آمده از یک واکنش فیزیون, اشعه X است که این اشعه X می تواند با ایجاد درجه حرارت بالا و فشار زیاد مقدمات همجوشی را آماده کند.

بنابراین با به کارگیری بمب شکافتی در بمب همجوشی مشکلات بسیاری حل شد. در یک بمب همجوشی حوادث زیر رخ می دهند:
1 – بمب شکافتی با انفجار درونی ایجاد اشعه X می کند.
2 – اشعه X درون بمب و در نتیجه سپر جلوگیری کننده از انفجار نارس را گرم می کند.
3 – گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن آن می شود. این کار باعث ورود فشار به درون لیتیوم – دوتریوم می شود.
4 – لیتیوم – دوتریوم 30 برابر بیشتر از قبل تحت فشار قرار می گیرند.

5 – امواج شوک فشاری واکنش شکافتی را در میله پولوتونیومی آغاز می کند.
6 – میله در حال شکافت از خود پرتو, گرما و نوترون می دهد.
7 – نوترون ها به سوی لیتیوم – دوتریوم رفته و با چسبیدن به لیتیوم ایجاد تریتیوم می کند.
8 – ترکیبی از دما و فشار برای وقوع واکنش همجوشی تریتیوم – دوتریوم ودوتریوم – دوتریوم و ایجاد پرتو, گرما و نوترون بیشتر, بسیار مناسب است.
9 – نوترون های آزاد شده از واکنش های همجوشی باعث القای شکافت در قطعات اورانیوم 238 که در سپر مورد نظر به کار رفته بود, می شود.
10 – شکافت قطعات اروانیومی ایجاد گرما و پرتو بیشتر می کند.
11 – بمب منفجر شود.

نگاه اجمالی:
دانش تبدیل اورانیوم طبیعی که در طبیعت وجود دارد از طریق شکافت اتمها به اورانیوم غنی شده که دارای انرژی بسیار زیاد است, فناوری هسته ای نام دارد. فرآیند تهیه سوخت هسته ای از اورانیوم , فرآیند بسیار پیچیده و ظریفی است و دانش انجام این کار از دانشهای پیشرفته بشری است. تبدیل اورانیوم به اورانیوم غنی شده , راههای مختلفی دارد که دو نوع رایج آن از طریق دستگاههای سانتریوفوژ و از طریق لیزر می باشد.
کشورهای قدرتمند جهان دانش هسته ای را انحصاری خود کرده اند. به راحتی اجازه دسترسی دیگران به این دانش را نمی دهند. در مقطع کنونی حدود 10 کشور این دانش را در اختیار دارند. انرژی هسته ای دارای کاربردهای فراوان است. در یک تقسیم بندی کلی می توان کاربردهای انرژی هسته ای را در دو بخش نظامی و غیر نظامی یا صلح جویانه قرار داد.

کاربرد انرژی هسته ای در تولید برق :
یکی از مهم ترین موارد استفاده صلح آمیز از انرژی هسته ای , تولید برق از طریق نیروگاههای اتمی است. با توم به پایان پذیر بودن منابع فسیلی و روند رو به رشد توسعه اجتماعی و اقتصادی , استفاده از انرژی هسته ای برای تولید برق را امری ضروری و لازم می دانند و ساخت چند نیروگاه اتمی را دنبال مینماید.
ایران هر ساله حدودا به هفت هزار مگاوات برق در سال نیاز دارد. نیروگاه اتمی بوشهر 1000 مگاوات برق را در صورت راه اندازی تامین می نماید. و احداث نیروگاههای دیگر برای رفع این نیازی ضروری است. برای تولید میزان برق حدود 190 میلیون بشکه نفت خام مصرف می شود. که در صورت تامین از طریق انرژی هسته ای سالیانه 5 میلیارد دلار صرفه جویی خواهد شد.

برتری انرژی هسته ای بر سایر انرژیها:
علاوه بر صرفه اقتصادی دلایل زیر استفاده از انرژی هسته ای را ضروری مینماید. منابع فسیلی محدود بوده و متعلق به نسلهای آتی میباشد. استفاده از نفت خام در صنایع تبدیل پتروشیمی ارزش بیشتری دارد. تولید برق از طریق نیروگاه اتمی , آلودگی نیروگاههای کنونی را ندارد. تولید هفت هزار مگاوات با مصرف 190 میلیون شبکه نفت خام , هزارتن دیاکسید کربن , 150 تن ذرات معلق در هوا , 130 تن گوگرد و 50 تن اکسید نیتروژن را در محیط زیست پراکنده می کند, در حالی که نیروگاه اتمی چنین آلودگی را ندارد.

انرژی هسته ای در پزشکی هسته ای و امور بهداشتی:
در کشورهای پیشرفته صنعتی , از انرژی هسته ای به صورت گسترده در پزشکی استفاده می گردد. با توجه به شیوع برخی از بیماریها از جمله سرطان , ضرورت تقویت طب هسته ای در کشورهای در حال توسعه , هر روز بیشتر می شود. موارد زیر از مصادیق تکنیکهای هسته ای در علم پزشکی است:

تهیه و تولید کیتهای رادیو دارویی جهت مراکز پزشکی هسته ای
تهیه و تولید رادیو دارویی جهت تشخیص بیماری تیرویید و درمان آنها
تهیه و تولید کیتهای هورمونی
تشخیص و درمان سرطان پروستات

تشخیص سرطان کولون , روده کوچک و برخی سرطانهای سینه
تشخیص تومورهای سرطانی و بررسی تومورهای مغزی , سینه و ناراحتی وریدی
تصویر برداری بیماریهای قلبی , تشخیص عفونتها و التهاب مفصلی , آمبولی و لختههای وریدی
موارد دیگری چون تشخیص کم خونی , کنترل رادیو داروهای خوراکی و تزریقی و ;
کاربرد انرژی هسته ای در بخش دامپزشکی و دامپروری :
تکنیکهای هسته ای در حوزه دامپزشکی موارد مصرفی چون تشخیص و درمان بیماریهای دامی , تولید مثل دام , اصلاح نژاد و دام , تغذیه , بهداشت و ایمن سازی محصولات دامی و خوراک دام دارد.

کاربرد انرژی هسته ای در دسترسی به منابع آب :
تکنیکهای هسته ای برای شناسایی حوزه های آب زیر زمینی هدایت آبهای سطحی و زیر زمینی , کشف و کنترل نشت و ایمنی سدها مورد استفاده قرار میگیرد. در شیرین کردن آبهای شور نیز انرژی هستهای کاربرد دارد.

کاربرد انرژی هسته ای در بخش صنایع غذایی و کشاورزی :
از انرژی هسته ای در حوزههای کشاورزی و صنایع غذایی استفاده های بسیار فراوانی صورت می گیرد. موارد عمده استفاده در این بخش عبارت است از :
جلوگیری از جوانه زدن محصولات غذایی
کنترل و از بین بردن حشرات
به تاخیر انداختن زمان رسیدن محصولات
افزایش زمان نگهداری
کاهش میزان آلودگی میکروبی
از بین بردن ویروسهای گیاهی و غذایی
طرح باردهی و جهش گیاهانی چون گندم و برنج و پنبه
آنچه باید بدانیم:
تکنیکهای هسته ای بر کشف مینهای ضد نفر نیز کاربرد دارد. بنابرین , دانش هسته ای با این قدرت و وسعتی که دارد, هر روز بر دامنه استفاده از فناوری هسته ای و بویژه انرژی هسته ای افزوده می شود. کاربرد انرژی در بخشهای مختلف به گونهای است که اگر کشوری فناوری هسته ای را نهادینه نماید, در بسیاری از حوزه‌های علمی و صنعتی , ارتقای پیدا می کند و مسیر توسعه را با سرعت طی می نماید.

اورانیوم
اورانیوم عنصر فلزی, با علامت اختصاری U و عدد اتمی 92 است که می‌تواند هم به عنوان سوخت برای نیروگاه‌های هسته‌ای و هم برای بمب اتم بکار برود

اورانیوم در سال 1982 توسط کلاپروت, شیمیدان آلمانی در معدن سنگ پجیلند از معدن ساکوتی کشف شده است. پرتوزایی در سال 1896 توسط فیزیکدان فرانسوی به نام هنری بکرل کشف گردید. اما توسط خواهران کوری زمانی که آنان رادیوم و پلوتونیوم همراه اورانیوم را شناسایی کردند فرمول‌بندی شد. استحصال اورانیوم از معدن سنگ در سال 1914 انجام گرفت و در سال 1939 داینگ پدیده فیسیون طبیعی را برای عناصر پرتوزایی معرفی کرد. در سال 1942 با کشف پدیده تبدیل ساده به انرژی (E=MCR) اورانیوم به عنوان ماده قدرتمند برای تولید انرژی وارد میدان گردید و از آن زمان به بعد انرژی هسته‌ای یکی از اقلام مهم انرژی مطرح شد.
امروزه حدود 582 معدن اورانیوم با ذخیره 680, 810, 4 تن در رده RAR و EAR کره زمین کشف شده است اورانیومی که از معدن به دست می‌آید یک دست نیستند. به عبارت دیگر همه اتم‌های اورانیوم دارای یک وزن نیستند. بعضی از آنها سنگین‌تر و بعضی از آنها سبک‌ترند.

همه اتم‌های اورانیوم, یعنی چه اورانیوم سنگین و چه اورانیوم نیمه سنگین و چه اورانیوم سبک, در درون هسته خود دارای 92 پروتون می‌باشند, اما تعداد نوترون‌های آنها متفاوت است. اورانیوم سنگین, در هسته خود تعداد 146 نوترون دارد. در حالی که اورانیوم نیمه سنگین تعداد 143 نوترون و اورانیوم سبک تعداد 142 نوترون دارد. برای نام‌گذاری این سه نوع اورانیوم, دانشمندان تعداد پروتون‌ها و نوترون‌های آنها را به اسم اورانیوم اضافه می‌کنند. به عنوان مثال, اورانیوم سنگین را به نام اورانیوم 238 یا U238, اورانیوم نیمه سنگین را به نام اورانیوم 235 یا U235 و اورانیوم سبک را به نام اورانیوم 234 یا U234 می‌نامند. برای سوخت راکتورهای هسته‌ای و بمب اتم, اورانیوم نیمه سنگین از همه مناسب‌تر است, اما درصد آن در سنگ معدن اورانیوم چیزی کمتر از یک درصد است. به طور کلی, اورانیوم سنگین به مقدار زیاد یعنی حدود نود و نه و سه دهم درصد و اورانیوم نیمه سنگین به مقدار بسیار کم یعنی حدود هفت دهم درصد و اورانیوم سبک به مقدار فوق‌العاده جزیی یعنی به مقدار یک صدم درصد به طور طبیعی, در معدن اورانیوم وجود دارد

اورانیوم نیمه سنگین یا U235, عنصر اصلی برای راه انداختن و ادامه یافتن چرخه سوخت در راکتور اتمی است. اما مقدار طبیعی آن, یعنی مقدار هفت دهم درصد, کافی نیست و باید غلظت اورانیوم نیمه سنگین از هفت دهم درصد به پنج درصد افزایش یابد. عملیات مربوط به افزایش غلظت اورانیوم نیمه سنگین از هفت دهم درصد به پنج درصد را, اصطلاحاً, عمل غنی‌سازی اورانیوم می‌نامند. برای این کار از دستگاهی به نام (سانتریفیوژ) استفاده می‌کنند. میزان مصرف سالانه اورانیوم در کشورهای مختلف بالغ بر 6500 تن می‌شود. انتظار می‌رود مقدار مصرف تا سال 2020 میلادی به 75000 تن در سال فزونی یابد.
مهمترین کشورهای دارای منابع اورانیوم عبارتند از: کانادا, استرالیا, آفریقای جنوبی, برزیل, قزاقستان, ازبکستان, روسیه, نیجریه, نامیبیا. معدن‌های اورانیوم دارای 10 هزار تن از بزرگترین معدن‌ها و کوچکترین آن با ذخیره حدود 500 تن به شمار می‌رود.

گرچه انواع مختلفی از معادن اورانیوم کشف گردیده و در دست بهره‌برداری است اما معادن جای گرفته در ماسه سنگی که مناسب استحصال هستند. از انواع ارزان و اقتصادی در بازار جهان تلقی می‌شوند.

از بمب اتم بیشتر بدانیم

هانری بکرل نخستین کسی بود که متوجه پرتودهی عجیب سنگ معدن اورانیم گردید پس از ان در سال 1909 میلادی ارنست رادرفورد هسته اتم را کشف کرد. وی همچنین نشان دادکه پرتوهای رادیواکتیو در میدان مغناطیسی به سه دسته تقیسیم می شود( پرتوهای الفا و بتا وگاما) بعدها دانشمندان دریافتند که منشا این پرتوها درون هسته اتم اورانیم می باشددر سال 1938 با انجام ازمایشاتی توسط دو دانشمند المانی بنامهای اتوهان و فریتس شتراسمن فیزیک هسته ای پای به مرحله تازه ای نهاد این فیزیکدانان با بمباران هسته اتم اورانیم بوسیله نوترونها به عناصر رادیواکتیوی دست یافتند که جرم اتمی کوچکتری نسبت به اورانیم داشت و در اینجا بود که نا قوس شوم اختراع بمب اتمی به صدا در امد. زیرا هر فروپاشی هسته اورانیم میتوانست تا 200 مگاولت انرژی ازاد کند وبدیهی بود اگر هسته های بیشتری فرو پاشیده می شد انرژی فراوانی حاصل می گردید.

بعدها فیزیکدانان دیگری نیز در این محدوده به تحقیق می پرداختند یکی از انان انریکو فرمی بود( 1954 – 1901) که بخاطر تحقیقاتش در سال 1938 موفق به دریافت جایزه نوبل گردید.در سال 1939 یعنی قبل از شروع جنگ جهانی دوم در بین فیزیکدانان این بیم وجود داشت که المانیهابه کمک فیزیکدانان نابغه ای مانند هایزنبرگ ودستیارانش بتوانند با استفاده از دانش شکافت هسته ای بمب اتمی بسازندبه همین دلیل از البرت انیشتین خواستند که نامه ای به فرانکلین روزولت رئیس جمهور وقت امریکا بنویسد در ان نامه تاریخی از امکان ساخت بمبی صحبت شد که هر گز هایزنبرگ ان را نساخت.چنین شدکه دولتمردان امریکا برای پیشدستی برالمان پروژه مانهتن را براه انداختندو از انریکو فرمی دعوت به عمل اوردند تا مقدمات ساخت بمب اتمی را فراهم سازد سه سال بعددر دوم دسامبر 1942 در ساعت 3 بعد از ظهر نخستین راکتور اتمی دنیا در دانشگاه شیکاگو امریکا ساخته شد.سپس در 16 ژوئیه 1945 نخستین ازمایش بمب اتمی در صحرای الامو گرودو نیو مکزیکو انجام شد.سه هفته بعد هیروشیما درساعت 8:15 صبح در تاریخ 6 اگوست 1945 بوسیله بمب اورانیمی بمباران گردیید و ناکازاکی در 9 اگوست سال 1945 بمباران شدند که طی ان صدها هزار نفر فورا جان باختند. 

لینک کمکی