|
|
|
|
تاریخچه ی: غنی سازی اورانیوم
تفاوت با نگارش: 9
| - | !مقدمه />((منابع معدنی اورانیوم و توریم|سنگ معدن اورانیوم)) موجود در طبیعت از دو ((ایزوتوپ)) __235U __ به مقدار 0.7 درصد و __238U __به مقدار 3.99 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. |
+ |
|
| | | |
| | | | | | |
| | | | | | |
| | {picture=hasteyi.gif} | | {picture=hasteyi.gif} |
| | | | |
| | | | |
| | | | | |
|
| - |
!نی ای اورانیوم دیفویو ای />رهان در ال 1864 پدیده‌ای را کف کرد که د ن ((سرعت متوسط)) مولکولهای گاز با معکوس جرم مولکولی گاز متناسب و. ا ین پیه ه ه نا ((یفوزیون ای)) مهور است برای نی سازی اوانیو استفاده می‌کند. ر عل ونیوم هگزا لوراید بیعی گازی کل ر ا توهایی ک دار نها سام متخلخل (ل و ار) درس ه ا ور می‌هند. وراخهای مو در س مخل باید قی یتر از شا امی یی ر 2.5 نگست (7-25x10 نمر) باد.
ریب جداسازی متناب اتا جم مولکوله است. رو غنی سازی اورانیوم قیا طا همی ولی ا که ر اینجا گفته شد. با ین می‌ون ب خوبی س د که پ رین مله هی وت اتمی همین مرحله غنی سازی ایزووها است، زیرا ز هر ان کیلو سن من رانیوم 140 کیلوگ اانی یعی دست ی‌ید که قط یک کیلوگرم __235U __ خالص در آن وجود دارد. |
+ | !مقدمه
((منبع معدنی ورانیوم و وریم|سنگ معدن اورانیوم)) موو در طبیعت از دو ((یزوتپ)) __235U __ به مقا 0.7 درصد و __238</sup>U __به مقار 3.99 رصد تشکیل شده است. سنگ معدن را بتدا در اسید حل کرده و بعد از تخلص فلز ، ((اورانیوم)) را بصورت ترکی با اتم ((فلوئور)) (__9F __) و بصورت ((مولکول)) اورانیوم هگزا فلوراید تبدیل می‌کنند که ه حالت زی ست. سرعت متوسط مولکولهای گازی با ((جرم مولکولی)) گاز نسبت ک داد. />!نی ازی ا دسته ساریفیو
((سانریفیوژ)) ستگاهی است که برای دا سازی مود از یکدیگر بر اساس وز آنها استفاده می‌شد. ی گاه واد ا با رت زیا و یک ور ه گش میرد و و مناس وزنی که دان محور فاصله میگند. ر و در ی برای جدا زی مود از یکیگر از شا نای از نیی ریز کز ستفد میگد، کربرد عمومی این ته برای جداسازی مای مای یا ایع از جم است. سانتریفیوژهیی که برای غنی سازی اورانیوم ا می‌شد لت خاصی دان که رای گاز تهیه شده‌ا ک ه نها Hyper-Centrifuge گفته می‌و. یش نکه نمنن ی و برای غنی سازی اوانیو استفاه کن ا کنولوی صی ام Gaseous Diffusion نی خش ویع گازی ستده کردند.
|
| | | |
| | | | | | |
| | | | | | |
| - | {picture=atrak.jpg} |
+ | {picture=200px-Nuclear_Fuel_Cycle.JPG} |
| | | | |
| | | | |
| | | | | |
|
| | + | !غنی سازی با دیفوزیون گازی Gaseous Diffusion |
| | + | 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 2.5 آنگسترم (7-25x10 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. Gaseous Diffusion از جمله تکنولوژیهایی بود که ایالات متحده طی جنگ جهانی دوم در پروژه‌ای بنام __منهتن__ (Manhattan) برای ساخت ((بمب هسته‌ای)) ، با کمک انگلیس و کانادا به آن دست پیدا کرد.
در این روش با تکرار استفاده از این صفحات فیلتر مانند ، بصورت آبشاری (Cascade) ، میزان __235U __ را به مقدار دلخواه بالا می‌بردند. این روش اولین راهکارهای صنعتی برای غنی سازی اورانیوم بود که کابرد عملی پیدا کرد. نمونه‌ای از سانتریفیوژهای گازی آبشاری که برای غنی سازی اورانیوم از آنها استفاده می‌شود. Hyper-Centrifuge اما در روش استفاده از سانتریفیوژ برای غنی سازی اورانیوم ، تعداد بسیار زیادی از این دستگاهها بصورت سری و موازی بکار می‌برند تا با کمک آن بتوانند غلظت __235U __ را افزایش دهند. |
| |
| |
|
| - | !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 ((دستگاه سانتریفوژ|سانتریفوژهای)) بسیار قوی استفاده می‌کنند.
*برای ساختن ((نیروگاه اتمی)) ، اورانیوم طبیعی و یا اورانیوم غنی شده بین 1 تا 5 درصد کافی است.
dir align=center> |
+ | left>
| | | | | | |
| | | | | | |
| - | {img src=img/daneshnameh_up/6/6e/fissionanim.gif}
|
<center>
all>
~~green:شکافت هسته اورانیوم~~
ll>
enter> |
+ | {picture=chp_nuclearfuelcycle1.jpg} |
| | | | |
| | | | |
| | | | | | | |
| |
| |
|
| - | *رای ی (( اتی)) دال 5 ا 6 کیلوگرم __235U __ د درد ال نیاز ت. ر نیع امی این استفاده یود و بمهای اتمی را از __239Pu __ که ((نز یمییی|نتز لی شیمیی)) ن سیار سار است هیه می‌کنند. />!نه تلید و نم راو اتی />ای ن ناایدار ا ر یراههی بیار وی می‌ازند که داد نوترونهای موود د نا از ا ا ییارد ((نرو)) در ثانی د انتیم ر او می‌کند. ملا کی بمبهای ای موود در ((زرا خا هست‌ای|را اه‌های ان)) ین ن رت می‌شد. ر ا این نر در دا ((نیروگاه امی|نیروگهی ت‌ای)) ه این رت ک ایوپهای __238U __ شکست ی یستن لی ا ((نورون ای|نورون کم ارژی)) تد. |
+ | گز هگزافلوراید رانیم (UF6) ر داخ یلندرهای سانترییوژ زریق می‌شود و با سرعت زیاد ب گردش در آورده می‌گردد. گردش سریع سیلندر ، نیوی گریز از مرکز بسیار قوی تولید می‌کند و طی آن مولکولهای سنگینتر (آنهایی که شامل ایزوتوپ __238U __ هتند) ز مرکز محور رش دورتر می‌گدند و برعکس آنها که مولکولهی سبکتری دارند (حاوی ایزوتوپ __235U __) یتر ول محور انریفیوژ ار می‌گین.
در این هنگ ا استفاده از رشای خاص گاز که ول محور جمع شده است جمع آوری شده به محله دیگر یعنی دستگاه سانتریفیوژ بعدی هدایت می‌گردد. میزان گاز هگزافلوراید اورانیوم شامل __235U __ که ر این وش از یک وحد جداسازی بدست مید به مراتب بیتر از قری ست که در روش قبلی (Gaseous Diffusion) بدست مید ه همین لت است که امروزه در بیشتر نقاط جهان برای غنی سای ارانوم ز این روش استفده می‌کنند.
بزرگترین ستگاهای آبشاری سانترییوژ در کوهیی ا رانسه آمان ، انلستان و چی در حا نی زی ارانیوم هستد. این کشورها لاوه ر صر الی به ادرات ارانیوم غنی شده نیز می‌پدازند. کشور ژاپن هم رای ستاههی بزر سانتریفیوژ است، اما تنها برای مصرف داخلی اوانیوم غنی شده تولید می‌کن. />!نی سازی ارانیم از ی میدان نایسی />یکی از رشهای غی سازی اورانیوم استفاده از ((میدان ناطیسی)) بسیار قوی ی‌باشد. در ای روش ابتد ورانیوم هگ لوئوری ا ات می‌دهند ا تبخیر شد. از طری تبخیر ، اتمهای اوایوم و فلوورید ا تکیک می‌شوند. در این ال اتهای رانیوم ه میدان منیسی سیار قوی هایت می‌کند. یان منایی بر هستههای ردار اوایم نیرو واد می‌کند ( این نیرو ه __یوی ونتس__ عروف می‌باشد) و تمهای اورانیوم ا از سیر مستقیم خود منحرف می‌کد. اما هستههای گین ورانیم (__238U __) نسبت ب ه‌های سبکتر (__235U __) اناف کتری ان و رنیه ا ین ریق می‌توان __235U __ را از ارانیم بیعی تکیک کرد. |
| |
| |
|
| - | dir align=left> |
+ |
| | | | | | |
| | | | | | |
| - | {img src=img/daneshnameh_up/b/b3/chainreactionanim.gif}
|
enter>
ll>
~~green:واکنش زنجیری شکافت~~
|
+ | {picture=fuel_cycle.JPG} |
| | | | |
| | | | |
| | | | | |
| - |
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. |
+ | !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 ((دستگاه سانتریفوژ|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 شیمیایی|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 خانه هسته‌ای|زراد خانه‌های جهان)) از این عنصر درست می‌شود. روش ساخت این عنصر در داخل ((نیروگاه اتمی|نیروگاههای هسته‌ای)) به این صورت که ایزوتوپهای __238U __ شکست پذیر نیستند، ولی جاذب ((نوترون حرارتی|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. |
| | !مباحث مرتبط با عنوان | | !مباحث مرتبط با عنوان |
| | *((بمب اتمی)) | | *((بمب اتمی)) |
| - | *((اجسام متخلخل)) | |
| | *((اورانیوم)) | | *((اورانیوم)) |
| | *((اورانیوم غنی شده)) | | *((اورانیوم غنی شده)) |
| | *((ایزوتوپهای اورانیوم)) | | *((ایزوتوپهای اورانیوم)) |
| | *((پلتونیوم)) | | *((پلتونیوم)) |
| | *((دیفوزیون گازی)) | | *((دیفوزیون گازی)) |
| | *((سانتریفوژ)) | | *((سانتریفوژ)) |
| | *((نیروگاه اتمی)) | | *((نیروگاه اتمی)) |
| | *((زراد خانه هسته‌ای)) | | *((زراد خانه هسته‌ای)) |
| | *((منابع معدنی اورانیوم و توریم)) | | *((منابع معدنی اورانیوم و توریم)) |
| | *((نوترون حرارتی)) | | *((نوترون حرارتی)) |
| | + | *((چرخه سوخت هسته‌ای)) |
