انرژی هسته‌ای

[رزیتا]

غنی سازی اورانیوم

مقدمه

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.
غنی سازی با دستگاه سانتریفیوژ

سانتریفیوژ دستگاهی است که برای جدا سازی مواد از یکدیگر بر اساس وزن آنها استفاده می‌شود. این دستگاه مواد را با سرعت زیاد حول یک محور به گردش در می‌آورد و مواد متناسب با وزنی که دارند از محور فاصله می‌گیرند. در واقع در این روش برای جدا سازی مواد از یکدیگر از شتاب ناشی از نیروی گریز از مرکز استفاده می‌گردد، کاربرد عمومی این دستگاه برای جداسازی مایع از مایع و یا مایع از جامد است. سانتریفیوژهایی که برای غنی سازی اورانیوم استفاده می‌شود حالت خاصی دارند که برای گاز تهیه شده‌اند که به آنها Hyper-Centrifuge گفته می‌شود. 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 می‌کردند.

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 ***** 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.

گاز هگزافلوراید اورانیوم (UF6) در داخل سیلندرهای سانتریفیوژ تزریق می‌شود و با سرعت زیاد به گردش در آورده می‌گردد. گردش سریع سیلندر ، نیروی گریز از مرکز بسیار قوی تولید می‌کند و طی آن مولکولهای سنگینتر (آنهایی که شامل ایزوتوپ 238U هستند) از مرکز محور گردش دورتر می‌گردند و برعکس آنها که مولکولهای سبکتری دارند (حاوی ایزوتوپ 235U ) بیشتر حول محور سانتریفیوژ قرار می‌گیرند.

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 می‌گردد. میزان گاز هگزافلوراید اورانیوم شامل 235U که در این روش از یک واحد جداسازی بدست می‌آید به مراتب بیشتر از مقداری است که در روش قبلی (Gaseous Diffusion) بدست می‌آید، به همین علت است که امروزه در بیشتر نقاط جهان برای غنی سازی اورانیوم از این روش استفاده می‌کنند.

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 می‌پردازند. کشور ژاپن هم دارای دستگاههای بزرگ سانتریفیوژ است، اما تنها برای مصرف داخلی اورانیوم غنی شده تولید می‌کند.
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 می‌کند ( این نیرو به نیروی لورنتس معروف می‌باشد) 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.

[رزیتا]

ایزوتوپهای اورانیوم

دید کلی

برحسب نظریه اتمی عنصر عبارت است از یک جسم خالص ساده که با روشهای شیمیایی نمی‌توان آنرا تفکیک کرد. از ترکیب عناصر با یکدیگر اجسام مرکب بوجود می‌آیند. تعداد عناصر شناخته شده در ‏طبیعت حدود 92 عنصر است. هیدروژن اولین و ساده‌ترین عنصر و پس از آن هلیوم ، کربن ، ازت ، اکسیژن ‏و ... فلزات روی ، مس ، آهن ، نیکل و ... و بالاخره آخرین عنصر طبیعی به شماره 92، عنصر اورانیوم است. ‏بشر توانسته است بطور مصنوعی و به کمک واکنشهای هسته‌ای در راکتورهای هسته‌ای و یا به ‏کمک شتاب دهنده‌های قوی بیش از 20 عنصر دیگر بسازد که تمام آنها ناپایدارند و عمر کوتاه دارند و به ‏سرعت با انتشار پرتوهایی تخریب می‌شوند.



{picture=tr> ‏
ایزوتوپهای عناصر

اتمهای یک عنصر از اجتماع ذرات بنیادی به نام پرتون ، نوترون و الکترون تشکیل یافته‌اند. پروتون بار مثبت و ‏الکترون بار منفی و نوترون فاقد بار است. تعداد پروتونها نام و محل قرار گرفتن عنصر در جدول تناوبی ‏‏(جدول مندلیف) مشخص می‌شود. اتم اورانیوم در خانه شماره 92 قرار دارد. یعنی دارای 92 پروتون است. ‏تعداد نوترونها در اتمهای مختلف یک عنصر همواره یکسان نیست که برای مشخص کردن آنها از کلمه ‏ایزوتوپ استفاده می‌شود.

بنابراین اتمهای مختلف یک عنصر را ایزوتوپ می‌گویند. مثلا عنصر هیدروژن ‏سه ایزوتوپ دارد: هیدروژن معمولی که فقط یک پروتون دارد و فاقد نوترون است. هیدروژن سنگین یک پروتون ‏و یک نوترون دارد که به آن دوتریوم گویند و نهایتا تریتیوم که از دو نوترون و یک پروتون تشکیل شده و ناپایدار ‏است و طی زمان ، تجزیه می‌شود. ایزوتوپ سنگین هیدروژن یعنی دوتریم در نیروگاههای اتمی کاربرد دارد و از الکترولیز آب بدست می‌آید. ‏در جنگ دوم جهانی آلمانیها برای ساختن نیروگاه اتمی و تهیه بمب اتمی در سوئد و نروژ مقادیر بسیار ‏زیادی آب سنگین تهیه کرده بودند که انگلیسیها متوجه منظور آلمانیها شده و مخازن و دستگاههای ‏الکترولیز آنها را نابود کردند.‏
ایزوتوپهای اورانیوم

• عنصر اورانیوم ، چهار ایزوتوپ دارد که فقط دو ایزوتوپ آن به علت داشتن نیمه عمر نسبتا بالا در طبیعت و در ‏سنگ معدن یافت می‌شوند. این دو ایزوتوپ عبارتند از 235U و 238U که در هر دو 92 پروتون ‏وجود دارد ولی اولی 143 و دومی 146 نوترون دارد. ‏
• اختلاف این دو فقط وجود 3 نوترون اضافی در ایزوتوپ سنگین است. ولی از نظر خواص شیمیایی این دو ‏ایزوتوپ کاملا یکسان هستند و برای جداسازی آنها از یکدیگر حتما باید از خواص فیزیکی آنها یعنی اختلاف ‏جرم ایزوتوپها استفاده کرد.

شکافت هسته‌ای اورانیوم

ایزوتوپ 235U شکست پذیر است و در نیروگاههای اتمی از این خاصیت استفاده می شود و حرارت ‏ایجاد شده در اثر این شکست را تبدیل به انرژی الکتریکی می‌نمایند. در واقع ورود یک نوترون به درون ‏هسته این اتم سبب شکست آن شده و به ازای هر اتم شکسته شده Mev‎‏200 (دویست میلیون الکترون ولت) ‏انرژی و دو تکه شکست و تعدادی نوترون حاصل می‌شود که می‌توانند اتمهای دیگر را بشکنند. بنابراین ‏در برخی از نیروگاهها ترجیح می‌دهند تا حدی این ایزوتوپ را در مخلوط طبیعی دو ایزوتوپ غنی کنند و ‏بدین ترتیب مسئله غنی سازی اورانیوم مطرح می‌شود.‏
کاربرد ایزوتوپهای اورانیوم

• در راکتورهای هسته‌ای به عنوان سوخت بکار می‌روند.‏
• در نیروگاههای هسته‌ای برای تولید انرژی الکتریکی بکار برده می‌شود.‏
• در ساخت انواع مهمات هسته‌ای از جمله بمبهای هسته‌ای ، بمب هیدروژنی و ... کاربرد دارند.‏
• بطور کلی می‌توان موارد ذیل را به عنوان مصادیق کاربرد تکنیکهای هسته‌ای در حوزه پزشکی نام برد:

1. تهیه و تولید رادیو داروی ید-131، حهت تشخیص بیماریهای تروئید و درمان آنها.
2. در درمان بیماریهای سرطانی ، تومورهای مغزی و غیره بکار می‌گیرند.‏
3. تهیه و تولید کیتهای رادیو دارویی جهت مراکز پزشکی هسته‌ای.
4. کنترل کیفی رادیو داروهای خوراکی و تزریقی برای تشخیص ودرمان بیماریها.

• کاربرد انرژی اتمی در بخش دامپزشکی و دامپروری.
• کاربرد تکنیکهای هسته‌ای در مدیریت منابع آب.
• کاربرد انرژی هسته‌ای در بخش صنایع غذایی و کشاورزی.
• کاربرد انرژی هسته‌ای در صنایع.
• کاربرد تکنیک هسته‌ای در شناسایی مینهای ضد نفر.

[رزیتا]

برق هسته‌ای

مقدمه

از مهمترین منابع استفاده صلح آمیز از انرژی اتمی ، ساخت راکتورهای هسته‌ای جهت تولید برق می‌باشد. راکتور هسته‌ای وسیله‌ای است که در آن فرآیند شکافت هسته‌ای بصورت کنترل شده انجام می‌گیرد. در طی این فرآیند انرژی زیاد آزاد می‌گردد به نحوی که مثلا در اثر شکافت نیم کیلوگرم اورانیوم انرژی معادل بیش از 1500 تن زغال سنگ بدست می‌آید. هم اکنون در سراسر جهان ، راکتورهای متعددی در حال کار وجود دارند که بسیاری از آنها برای تولید قدرت و به منظور تبدیل آن به انرژی الکتریکی ، پاره‌ای برای راندن کشتیها و زیردریائیها ، برخی برای تولید رادیو ایزوتوپوپها و تحقیقات علمی و گونه‌هایی نیز برای مقاصد آزمایشی و آموزشی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در راکتورهای هسته‌ای که برای نیروگاههای اتمی طراحی شده‌اند (راکتورهای قدرت) ، اتمهای اورانیوم و پلوتونیم توسط نوترونها شکافته می‌شوند و انرژی آزاد شده گرمای لازم را برای تولید بخار ایجاد کرده و بخار حاصله برای چرخاندن توربینهای مولد برق بکار گرفته می‌شوند.

انواع راکتور اتمی

راکتورهای اتمی را معمولا برحسب خنک کننده ، کند کننده ، نوع و درجه غنای سوخت در آن طبقه بندی می‌کنند. معروفترین راکتورهای اتمی ، راکتورهایی هستند که از آب سبک به عنوان خنک کننده و کند کننده و اورانیوم غنی شده (2 تا 4 درصد 235U) به عنوان سوخت استفاده می‌کنند. این راکتورها عموما تحت عنوان راکتورهای آب سبک (LWR) شناخته می‌شوند. راکتورهای PWR ، BWR و WWER از این دسته‌اند. نوع دیگر ، راکتورهایی هستند که از گاز به عنوان خنک کننده ، گرافیت به عنوان کند کننده و اورانیوم طبیعی یا کم غنی شده به عنوان سوخت استفاده می‌کنند. این راکتورها به گاز - گرافیت معروفند. راکتورهای GCR ، AGR و HTGR از این نوع می‌باشند.

راکتور PHWR راکتوری است که از آب سنگین به عنوان کند کننده و خنک کننده و از اورانیوم طبیعی به عنوان سوخت استفاده می‌کند. نوع کانادایی این راکتور به CANDU موسوم بوده و از کارایی خوبی برخوردار می‌باشد. مابقی راکتورها مثل FBR (راکتوری که از مخلوط اورانیوم و پلوتونیوم به عنوان سوخت و سدیم مایع به عنوان خنک کننده استفاده کرده و فاقد کند کننده می‌باشد) LWGR (راکتوری که از آب سبک به عنوان خنک کننده و از گرافیت به عنوان کند کننده استفاده می‌کند) از فراوانی کمتری برخوردار می‌باشند. در حال حاضر ، راکتورهای PWR و پس از آن به ترتیب PHWR ، WWER ، BWR فراوانترین راکتورهای قدرت در حال کار جهان می‌باشند.
تاریخچه

به لحاظ تاریخی اولین راکتور اتمی در آمریکا بوسیله شرکت "وستینگهاوس" و به منظور استفاده در زیر دریائیها ساخته شد. ساخت این راکتور پایه اصلی و استخوان بندی تکنولوژی فعلی نیروگاههای اتمی PWR را تشکیل داد. سپس شرکت جنرال الکتریک موفق به ساخت راکتورهایی از نوع BWR گردید. اما اولین راکتوری که اختصاصا جهت تولید برق طراحی شده ، توسط شوروی و در ژوئن 1954در "آبنینسک" نزدیک مسکو احداث گردید که بیشتر جنبه نمایشی داشت. تولید الکتریسیته از راکتورهای اتمی در مقیاس صنعتی در سال 1956 در انگلستان آغاز گردید.

تا سال 1965 روند ساخت نیروگاههای اتمی از رشد محدودی برخوردار بود، اما طی دو دهه 1966 تا 1985 جهش زیادی در ساخت نیروگاههای اتمی بوجود آمده است. این جهش طی سالهای 1972 تا 1976 که بطور متوسط هر سال 30 نیروگاه شروع به ساخت می‌کردند بسیار زیاد و قابل توجه است. یک دلیل آن شوک نفتی اوایل دهه 1970 می‌باشد که کشورهای مختلف را بر آن داشت تا جهت تأمین انرژی مورد نیاز خود بطور زاید الوصفی به انرژی هسته‌ای روی آورند. پس از دوره جهش فوق یعنی از سال 1986 تا کنون روند ساخت نیروگاهها به شدت کاهش یافته ، بطوریکه بطور متوسط سالیانه 4 راکتور اتمی شروع به ساخت می‌شوند.

سهم برق هسته‌ای در تولید برق کشورها

کشورهای مختلف در تولید برق هسته‌ای روند گوناگونی داشته‌اند. به عنوان مثال کشور انگلستان که تا سال 1965 پیشرو در ساخت نیروگاه اتمی بود، پس از آن تاریخ ، ساخت نیروگاه اتمی در این کشور کاهش یافت، اما برعکس در آمریکا به اوج خود رسید. کشور آمریکا که تا اواخر دهه 1960 تنها 17 نیروگاه اتمی داشت، در طول دهه های 1970و 1980 بیش از 90 نیروگاه اتمی دیگر ساخت. این مسئله نشان دهنده افزایش شدید تقاضای انرژی در آمریکاست. هزینه تولید برق هسته‌ای در مقایسه با تولید برق از منابع دیگر انرژی در آمریکا کاملا قابل رقابت می‌باشد.

هم اکنون فرانسه با داشتن سهم 75 درصدی برق هسته‌ای از کل تولید برق خود در صدر کشورهای جهان قرار دارد. پس از آن به ترتیب لیتوانی (73 درصد) ، بلژیک (57 درصد) ، بلغارستان و اسلواکی (47 درصد) و سوئد (48.6 درصد) می‌باشند. آمریکا نیز حدود 20 درصد از تولید برق خود را به برق هسته‌ای اختصاص داده است. گرچه ساخت نیروگاههای هسته‌ای و تولید برق هسته‌ای در جهان از رشد انفجاری اواخر دهه 1960 تا اواسط 1980 برخوردار نیست، اما کشورهای مختلف همچنان درصدد تأمین انرژی مورد نیاز خود از طریق انرژی هسته‌ای می‌باشند.

طبق پیش بینیهای به عمل آمده روند استفاده از برق هسته‌ای تا دهه‌های آینده همچنان روند صعودی خواهد داشت. در این زمینه ، منطقه آسیا و اروپای شرقی به ترتیب مناطق اصلی جهان در ساخت نیروگاه هسته‌ای خواهند بود. در این راستا ، ژاپن با ساخت نیروگاههای اتمی با ظرفیت بیش از 25000 مگا وات در صدر کشورها قرار دارد. پس از آن چین ، کره جنوبی ، قزاقستان ، رومانی ، هند و روسیه جای دارند. استفاده از انرژی هسته‌ای در کشورهای کاندا ، آرژانتین ، فرانسه ، آلمان ، آفریقای جنوبی ، سوئیس و آمریکا تقریبا روند ثابتی را طی دو دهه آینده طی خواهد کرد.
دیدگاههای اقتصادی و زیست محیطی برق هسته‌ای

جمهوری اسلامی ایران در فرآیند توسعه پایدار خود به تکنولوژی هسته‌ای چه از لحاظ تأمین نیرو و ایجاد جایگزینی مناسب در عرصه انرژی و چه از نظر دیگر بهره برداریهای صلح آمیز آن در زمینه‌های صنعت ، کشاورزی ، پزشکی و خدمات نیاز مبرم دارد که تحقق این رسالت مهم به عهده سازمان انرژی اتمی ایران می‌باشد. بدیهی است در زمینه کاربرد انرژی هسته‌ای به منظور تأمین قسمتی از برق مورد نیاز کشور قیود و فاکتورهای بسیار مهمی از جمله مسایل اقتصادی و زیست محیطی مطرح می‌گردند.

دیدگاه اقتصادی استفاده از برق هسته‌ای

امروزه کشورهای بسیاری بویژه کشورهای اروپایی سهم قابل توجهی از برق مورد نیاز خود را از انرژی هسته‌ای تأمین می‌نمایند. بطوری که آمار نشان می‌دهد از مجموع نیروگاههای هسته‌ای نصب شده جهت تأمین برق در جهان به ترتیب 35 درصد به اروپای غربی ، 33 درصد به آمریکای شمالی ، 16.5 درصد به خاور دور ، 13درصد به اروپای شرقی و نهایتا فقط 0.74 درصد به آسیای میانه اختصاص دارد. بدون شک در توجیه ضرورت ایجاد تنوع در سیستم عرضه انرژی کشورهای مذکور ، انرژی هسته‌ای به عنوان یک گزینه مطمئن اقتصادی مطرح است.

بنابراین ابعاد اقتصادی جایگزینی نیروگاههای هسته‌ای با توجه به تحلیل هزینه تولید (قیمت تمام شده) برق در سیستمهای مختلف نیرو قابل تأمل و بررسی است. از اینرو در اغلب کشورها ، نیروگاههای هسته‌ای با عملکرد مناسب اقتصادی خود از هر لحاظ با نیروگاههای سوخت فسیلی قابل رقابت می‌باشند. بهرحال طی چند دهه گذشته کاهش قیمت سوختهای فسیلی در بازارهای جهانی ، سبب افزایش هزینه‌های ساخت نیروگاههای هسته‌ای به دلیل تشدید مقررات و ضوابط ایمنی ، طولانیتر شدن مدت ساخت و بالاخره باعث ایجاد مشکلات تأمین مالی لازم و بالا رفتن قیمت تمام شده هر واحد الکتریسیته در این نیروگاهها شده است.

از یک طرف مشاهده می‌شود که طی این مدت حدود 40 درصد از هزینه‌های چرخه سوخت هسته‌ای کاهش یافته است و از سویی دیگر با توجه به پیشرفتهای فنی و تکنولوژی حاصل از طرحهای استاندارد و برنامه ریزیهای دقیق به منظور تأمین سرمایه اولیه مورد نیاز مطمئن و به هنگام احداث چند واحد در یک سایت برای صرفه‌ جوییهای ناشی از مقیاس مربوط به تأسیسات و تسهیلات مشترک مورد نیاز در هر نیروگاه ، همچنان مزیت نیروگاههای اتمی از دیدگاه اقتصادی نسبت به نیروگاههای با سوخت فسیلی در اغلب کشورها حفظ شده است.
دیدگاه زیست محیطی استفاده از برق هسته‌ای

افزایش روند روزافزون مصرف سوختهای فسیلی طی دو دهه اخیر و ایجاد انواع آلاینده‌های خطرناک و سمی و انتشار آن در محیط زیست انسان ، نگرانیهای جدی و مهمی برای بشر در حال و آینده به دنبال دارد. بدیهی است که این روند به دلیل اثرات مخرب و مرگبار آن در آینده تداوم چندانی نخواهد داشت. از اینرو به جهت افزایش خطرات و نگرانیها تدریجی در مورد اثرات مخرب انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از کاربرد فرآیند انرژیهای فسیلی ، واضح است که از کاربرد انرژی هسته‌ای بعنوان یکی از رهیافتهای زیست محیطی برای مقابله با افزایش دمای کره زمین و کاهش آلودگی محیط زیست یاد می‌شود. همچنانکه آمار نشان می‌دهد، در حال حاضر نیروگاههای هسته‌ای جهان با ظرفیت نصب شده فعلی توانسته‌اند سالانه از انتشار 8 درصد از گازهای دی اکسید کربن در فضا جلوگیری کنند که در این راستا تقریبا مشابه نقش نیروگاههای آبی عمل کرده‌اند.

چنانچه ظرفیتهای در دست بهره برداری فعلی تولید برق نیروگاههای هسته‌ای ، از طریق نیروگاههای با خوراک ذغال سنگ تأمین می‌شد، سالانه بالغ بر 1800 میلیون تن دی اکسید کربن ، چندین میلیون تن گازهای خطرناک دی اکسید گوگرد و نیتروژن ، حدود 70 میلیون تن خاکستر و معادل 90 هزار تن فلزات سنگین در فضا و محیط زیست انسان منتشر می‌شد که مضرات آن غیرقابل انکار است. لذا در صورت رفع موانع و مسایل سیاسی مربوط به گسترش انرژی هسته‌ای در جهان بویژه در کشورهای در حال توسعه و جهان سوم ، این انرژی در دهه‌های آینده نقش مهمی در کاهش آلودگی و انتشار گازهای گلخانه‌ای ایفا خواهد نمود.

در حالیکه آلودگیهای ناشی از نیروگاههای فسیلی سبب وقوع حوادث و مشکلات بسیار زیاد بر محیط زیست و انسانها می‌شود، سوخت هسته‌ای گازهای سمی و مضر تولید نمی‌کند و مشکل زباله‌های اتمی نیز تا حد قابل قبولی رفع شده است، چرا که در مورد مسایل پسمانداری با توجه به کم بودن حجم زباله‌های هسته‌ای و پیشرفتهای علوم هسته‌ای بدست آمده در این زمینه در دفن نهایی این زباله‌ها در صخره‌های عمیق زیرزمینی با توجه به حفاظت و استتار ایمنی کامل ، مشکلات موجود تا حدود زیادی از نظر فنی حل شده است و طبیعتا در مورد کشور ما نیز تا زمان لازم برای دفع نهایی پسماندهای هسته‌ای ، مسائل اجتماعی باقیمانده از نظر تکنولوژیکی کاملا مرتفع خواهد شد.

از سوی دیگر بنظر می‌رسد که بیشترین اعتراضات و مخالفتها در زمینه استفاده از انرژی اتمی بخاطر وقوع حوادث و انفجارات در برخی از نیروگاههای هسته‌ای نظیر حادثه اخیر در نیروگاه چرنوبیل می‌باشد، این در حالی است که براساس مطالعات بعمل آمده احتمال وقوع حوادثی که منجر به مرگ عده‌ای زیاد بشود نظیر تصادف هوایی ، شکسته شدن سدها ، انفجارات زلزله ، طوفان ، سقوط سنگهای آسمانی و غیره ، بسیار بیشتر از وقایعی است که نیروگاههای اتمی می‌توانند باعث گردند.

به هر حال در مورد مزایای نیروگاههای هسته‌ای در مقایسه با نیروگاههای فسیلی صرفنظر از مسایل اقتصادی علاوه بر اندک بودن زباله‌های آن می‌توان به تمیزتر بودن نیروگاههای هسته‌ای و عدم آلایندگی محیط زیست به آلاینده‌های خطرناکی نظیر SO2 ، NO2 ، CO ، CO2 پیشرفت تکنولوژی و استفاده هرچه بیشتر از این علم جدید ، افزایش کارایی و کاربرد تکنولوژی هسته‌ای در سایر زمینه‌های صلح آمیز در کنار نیروگاههای هسته‌ای اشاره نمود.

مقایسه هزینه‌های اجتماعی تولید برق در نیروگاههای فسیلی و اتمی

در مجموع ارزیابیهای اقتصادی و مطالعات بعمل آمده در مورد مقایسه هزینه تولید (قیمت تمام شده) برق در نیروگاههای رایج فسیلی کشور و نیروگاه اتمی نشان می‌دهد که قیمت این دو نوع منبع انرژی صرفنظر از هزینه‌های اجتماعی ، تقریبا نزدیک به هم و قابل رقابت با یکدیگر هستند. چنانچه قیمت مصرف انرژیهای فسیلی برای نیروگاههای کشور برمبنای قیمتهای متعارف بین المللی منظور شوند و همچنین در شرایطی که نرخ تسعیر هر دلار در کشور 8000 ریال تعیین گردد، هزینه تولید (قیمت تمام شده) هر کیلووات ساعت برق در نیروگاههای فسیلی و اتمی بشرح زیر می باشد.

در تازه‌ترین مطالعه‌ای که برای تعیین هزینه‌های اجتماعی نیروگاههای هسته‌ای در 5 کشور اروپایی بلژیک ، آلمان ، فرانسه ، هلند و انگلستان صورت گرفته است، میزان هزینه‌های اجتماعی ناشی از نیروگاههای هسته‌ای در مقایسه با نیروگاههای فسیلی بسیار پائین است. در این مطالعه هزینه‌های خارجی هر کیلووات ساعت برق تولیدی در نیروگاههای هسته‌ای در حدود 0.39 سنت( معادل 31.2 ریال) برآورده شده است. بنابراین در صورتیکه هزینه‌های اجتماعی تولید برق را در ارزیابیهای اقتصادی نیروگاههای فسیلی و هسته‌ای منظور نمائیم قطعا قیمت تمام شده هر کیلووات ساعت برق در نیروگاه هسته‌ای نسبت به فسیلی بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش خواهد یافت.

به هر حال نیروگاههای فسیلی و هسته‌ای هر کدام دارای مزایا و معایب خاص خود می‌باشند و ایجاد هر یک متناسب با مقتضیات زمانی و مکانی هر کشور خواهد بود و انتخاب نهایی و تصمیم گیری در این زمینه می‌بایست با توجه به فاکتورهایی از قبیل عوامل تکنولوژیکی ، ارزشی ، سیاسی ، اقتصادی و زیست محیطی توأما اتخاذ گردد. قدر مسلم ایجاد تنوع در سیستم عرضه و تأمین انرژی از استراتژیهای بسیار مهم در زمینه توسعه سیستم پایدار انرژی در هر کشور محسوب می شود. در این راستا با توجه به بررسیهای صورت گرفته ، شورای انرژی اتمی کشور مصمم به ایجاد نیروگاههای اتمی به ظرفیت کل 6000 مگاوات در سیستم عرضه انرژی کشور تا سال 1400 هجری شمسی می‌باشد.
چشم انداز

سایر دیدگاههای اقتصادی در مورد آینده انرژی هسته‌ای حاکی از آن است که براساس تحلیل سطح تقاضا و منابع عرضه انرژی در جهان ، توجه به توسعه تکنولوژیهای موجود و حقایقی نظیر روند تهی شدن منابع فسیلی در دهه های آینده، مزیتهای زیست محیطی انرژی اتمی و همچنین استناد به آمار و عملکرد اقتصادی و ضریب بالای ایمنی نیروگاههای هسته ای، مضرات کمتر چرخه سوخت هسته ای نسبت به سایر گزینه های سوخت و پیشرفتهای حاصله در زمینه نیروگاههای زاینده و مهار انرژی گداخت هسته ای در طول نیم قرن آینده، بدون تردید انرژی هسته ای یکی از حاملهای قابل دسترس و مطمئن انرژی جهان در هزاره سوم میلادی به شمار می‌رود.

در این راستا شورای جهانی انرژی تا سال 2020 میلادی میزان افزایش عرضه انرژی هسته‌ای را نسبت به سطح فعلی حدود 2 برابر پیش بینی می‌نماید. با توجه به شرایط موجود چنانچه از لحاظ اقتصادی هزینه‌های فرصتی فروش نفت و گاز را با قیمتهای متعارف بین المللی در محاسبات هزینه تولید (قیمت تمام شده) برای هر کیلووات برق تولیدی منظور نمائیم و همچنین تورم و افزایش احتمالی قیمتهای این حاملها (بویژه طی مدت اخیر) را براساس روند تدریجی به اتمام رسیدن منابع ذخایر نفت و گاز جهانی مد نظر قرار دهیم، یقینا در بین گزینه‌های انرژی موجود در جمهوری اسلامی ایران ، استفاده از حامل انرژی هسته‌ای نزدیکترین فاصله ممکن را با قیمت تمام شده برق در نیروگاههای فسیلی خواهد داشت.
مباحث مرتبط با عنوان

[رزیتا]

راکتور هسته‌ای

دید کلی

راکتورهای هسته‌ای دستگاه‌هایی هستند که در آنها شکافت هسته‌ای کنترل شده رخ می‌دهد. راکتورها برای تولید انرژی الکتریکی و نیز تولید نوترون‌ها بکار می‌روند. اندازه و طرح راکتور بر حسب کار آن متغیر است. فرآیند شکافت که یک نوترون بوسیله یک هسته سنگین (با جرم زیاد) جذب شده و به دنبال آن به دو هسته کوچکتر همراه با آزاد سازی انرژی و چند نوترون دیگر شکافته می‌شود.
تاریخچه

اولین انرژی کنترل شده ناشی از شکافت هسته در دسامبر 1942 بدست آمد. با رهبری فرمی ساخت و راه اندازی یک پیل از آجرهای گرافیتی ، اورانیوم و سوخت اکسید اورانیوم با موفقیت به نتیجه رسید. این پیل هسته‌ای ، در زیر میدان فوتبال دانشگاه شیکاگو ساخته شد و اولین راکتور هسته‌ای فعال بود.

ساختمان راکتور

با وجود تنوع در راکتور‌ها ، تقریبا همه آنها از اجزای یکسانی تشکیل شده‌اند. این اجزا شامل سوخت ، پوشش برای سوخت ، کند کننده نوترونهای حاصله از شکافت ، خنک کننده‌ای برای حمل انرژی حرارتی حاصله از فرآیند شکافت ماده کنترل کننده برای کنترل نمودن میزان شکافت می‌باشد.
سوخت هسته‌ای

سوخت راکتورهای هسته‌ای باید به گونه‌ای باشد که متحمل شکافت حاصله از نوترون بشود. پنج نوکلئید شکافت پذیر وجود دارند که در حال حاضر در راکتورها بکار می‌روند. 232Th ، 233U ، 235U ، 238U ، 239Pu . برخی از این نوکلئیدها برای شکافت حاصله از نوترونهای حرارتی و برخی نیز برای شکافت حاصل از نوترونهای سریع می‌باشند. تفاوت بین سوخت یک خاصیت در دسته‌بندی راکتورها است.

در کنار قابلیت شکافت ، سوخت بکار رفته در راکتور هسته‌ای باید بتواند نیازهای دیگری را نیز تأمین کند. سوخت باید از نظر مکانیکی قوی ، از نظر شیمیایی پایدار و در مقابل تخریب تشعشعی مقاوم باشد، تا تحت تغییرات فیزیکی و شیمیایی محیط راکتور قرار نگیرد. هدایت حرارتی ماده باید بالا باشد بطوری که بتواند حرارت را خیلی راحت جابجا کند. همچنین امکان بدست آوردن ، ساخت راحت ، هزینه نسبتا پایین و خطرناک نبودن از نظر شیمیایی از دیگر فایده‌های سوخت است.

غلاف سوخت راکتور

سوختهای هسته‌ای مستقیما در داخل راکتور قرار داده نمی‌شوند، بلکه همواره بصورت پوشیده شده مورد استفاده قرار می‌گیرند. پوشش یا غلاف سوخت ، کند کننده و یا خنک کننده از آن جدا می‌سازد. این امر از خوردگی سوخت محافظت کرده و از گسترش محصولات شکافت حاصل از سوخت پرتو دیده به محیط اطراف جلوگیری می‌کند. همچنین این غلاف می‌تواند پشتیبان ساختاری سوخت بوده و در انتقال حرارت به آن کمک کند. ماده غلاف همانند خود سوخت باید دارای خواص خوب حرارتی و مکانیکی بوده و از نظر شیمیایی نسبت به برهمکنش با سوخت و مواد محیط پایدار باشد. همچنین لازم است غلاف دارای سطح مقطع پایینی نسبت به بر همکنشهای هسته‌ای حاصل از نوترون بوده و در مقابل تشعشع مقاوم باشد.
مواد کند کننده نوترون

یک کند کننده ماده‌ای است که برای کند یا حرارتی کردن نوترونهای سریع بکار می‌رود. هسته‌هایی که دارای جرمی نزدیک به جرم نوترون هستند بهترین کند کننده می‌باشند. کند کننده برای آنکه بتواند در راکتور مورد استفاده قرار گیرد بایستی سطح مقطع جذبی پایینی نسبت به نوترون باشد. با توجه به خواص اشاره شده برای کند کننده ، چند ماده هستند که می‌توان از آنها استفاده کرد. هیدروژن ، دوتریم ، بریلیوم و کربن چند نمونه از کند کننده‌ها می‌باشند. از آنجا که بریلیوم سمی است، این ماده خیلی کم به عنوان کند کننده در راکتور مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین ایزوتوپهای هیدروژن ، به شکل آب و آب سنگین و کربن ، به شکل گرافیت به عنوان مواد کند کننده استفاده می‌شوند.
خنک کننده‌ها

گرمای حاصله از شکافت در محیط راکتور یا باید از سوخت زدوده شود و یا در نهایت این گرما بقدری زیاد شود که میله‌های سوخت را ذوب کند. حرارتی که از سوخت گرفته می‌شود ممکن است در راکتور قدرت برای تولید برق بکار رود. از ویژگیهایی که ماده خنک کننده باید داشته باشد، هدایت حرارتی آن است تا اینکه بتواند در انتقال حرارت مؤثر باشد. همچنین پایداری شیمیایی و سطح مقطع جذب پایین‌تر از نوترون دو خاصیت عمده ماده خنک کننده است. نکته دیگری که باید به آن اشاره شود این است که این ماده نباید در اثر واکنشهای گاما دهنده رادیواکتیو شوند.

از مایعات و گازها به عنوان خنک کننده استفاده شده‌ است، مانند گازهای دی اکسید کربن و هلیوم. هلیوم ایده‌آل است ولی پر هزینه بوده و تهیه مقادیر زیاد آن مشکل است. خنک کننده‌های مایع شامل آب ، آب سنگین و فلزات مایع هستند. از آنجا که برای جلوگیری از جوشیدن آب فشار زیادی لازم است خنک کننده ایده‌آلی نیست.

مواد کنترل کننده شکافت

برای دستیابی به فرآیند شکافت کنترل شده و یا متوقف کردن یک سیستم شکافت پس از شروع ، لازم است که موادی قابل دسترس باشند که بتوانند نوترونهای اضافی را جذب کنند. مواد جاذب نوترون بر خلاف مواد دیگر مورد استفاده در محیط راکتور باید سطح مقطع جذب بالایی نسبت به نوترون داشته باشند. مواد زیادی وجود دارند که سطح مقطع جذب آنها نسبت به نوترون بالاست، ولی ماده مورد استفاده باید دارای چند خاصیت مکانیکی و شیمیایی باشد که برای این کار مفید واقع شود.
انواع راکتورها

راکتورها بر حسب نوع فرآیند شکافت به راکتورهای حرارتی ، ریع و میانی (واسطه) ، بر حسب مصرف سوخت به راکتورهای سوزاننده ، مبدل و زاینده ، بر حسب نوع سوخت به راکتورهای اورانیوم طبیعی ، راکتورهای اورانیوم غنی شده با 235U (راکتور مخلوطی Be) ، بر حسب خنک کننده به راکتورهای گاز (CO2مایع (آب ، فلز) ، بر حسب فاز سوخت کند کننده‌ها به راکتورهای همگن ، ناهمگن و بالاخره بر حسب کاربرد به راکتورهای قدرت ، تولید نوکلید و تحقیقاتی تقسیم می‌شوند.
کاربردهای راکتورهای هسته‌ای

• راکتورها انواع مختلف دارند برخی از آنها در تحقیقات ، بعضی از آنها برای تولید رادیو ایزتوپهای پر انرژی برخی برای راندن کشتیها و برخی برای تولید برق بکار می‌روند.
• دوگروه اصلی راکتورهای هسته‌ای بر اساس تقسیم بندی کاربرد آنها. راکتورهای قدرت و راکتورهای تحقیقاتی هستند. راکتورهای قدرت مولد برق بوده و راکتورهای تحقیقاتی برای تحقیقات هسته‌ای پایه ، مطالعات کاربردی تجزیه‌ای و تولید ایزوتوپها مورد استفاده قرار می گیرند.

[رزیتا]

رادیو ایزوتوپ

ایزوتوپها با عدد جرمی آنها مشخص می‌شوند. حتی در حالت پایه بسیاری از ایزوتوپها ناپایدارند که ایزوتوپهای ناپایدار را رادیوایزوتوپ میگویند.
دیدکلی

رادیوایزوتوپها را به عنوان ایزوتوپهای ناپایدار شناختیم. حال این سوال پیش می‌آید که یک رادیوایزوتوپ چگونه می‌تواند به حالت پایدار برسد؟ چه چیزی باعث می‌شود که یک رادیوایزوتوپ پایدار یا رادیواکتیو شود؟ چگونه می‌توان رادیوایزوتوپها را تهیه کرد؟
تاریخچه

در سال 1968 هانری بکرل کشف کرد که اورانیوم ، رادیواکتیو است. اندکی بعد ، رادیوایزوتوپهای موجود در طبیعت از قبیل رادیوم ، پلونیوم کشف شدند. بسیاری از رادیوایزوتوپهای طبیعی دارای نیم عمر طولانی (بزرگتر از 1000 سال) هستند.
حالت پایداری رادیوایزوتوپ

رادیوایزوتوپها با گسیل تابش الکترومغناطیس یا ذرات باردار به سوی پایداری پیش می‌روند. سه فرآیندی که از طریق آنها یک رادیوایزوتوپ سعی می‌کند به پایداری برسد، واپاشی آلفا ، بتا و گاما نامیده می‌شوند.
علت وجود رادیوایزوتوپها

دو نوع نیروی قوی هسته‌ای و الکترومغناطیسی ، پایداری یک هسته را مشخص می‌کند. نیروهای قوی بین یک جفت نوکلئون (مثلا پروتون - پروتون یا نوترون - نوترون) عمل می‌کنند. آنها از نوع نیروی جاذبه هستند. نیروهای الکترومغناطیسی ، تنها بین پروتونها عمل کرده و رانشی هستند. عدم تعادل بین این دو نیرو منجر به ناپایداری و وجود رادیوایزوتوپ می‌شود. رادیوایزوتوپها می‌توانند مثل رادیوم ، پلوتونیوم ، اورانیوم بطور طبیعی وجود داشته باشند و یا به طریق مصنوعی ایجاد شوند. رادیوایزوتوپهای مصنوعی به یکی از 3 روش اساسی زیر تولید می‌شوند.
پرتودهی ایزوتوپهای پایدار در یک راکتور

راکتور هسته‌ای ، چشمه وسیعی از نوترونهای حرارتی است. این نوترونها به راحتی می‌توانند توسط ایزوتوپهای پایدار جذب شوند، که در این صورت ایزوتوپ حاصل دارای یک نوترون اضافی خواهد بود که عدد جرمی آن یک واحد افزایش می‌یابد. ایزوتوپ حاصل ممکن است که رادیواکتیو باشد، یعنی رادیوایزوتوپ داشته باشیم و ممکن است پایدار باشد. معادله می‌تواند به صورت زیر باشد.

AZX+10n→ A+1ZX+γ

که در رابطه فوق AZX ایزوتوپ اولیه با عدد جرمی A و عدد اتمی Z و A+1ZX رادیوایزوتوپ با عدد جرمی A+1 و عدد اتمی Z است که در این رادیوایزوتوپ γ گسیل می‌شود.
پرتودهی ایزوتوپهای پایدار در یک شتابدهنده یا سیکلوترون

شتابدهنده یا سیکلوترون چشمه تعداد زیادی از ذرات باردار پر انرژی در محدوده Meu (مگا الکترون ولت) است که داخل این دستگاه ذره باردار (مثل پروتون ، دوترون هلیوم) به ذره هدف (ایزوتوپ) می‌تابانند و رادیوایزوتوپ تشکیل می‌شود. به فرض برای یک پروتون و هسته sup>AZX> اینگونه می‌توان نوشت.

sup>AZX+11P→> Az+1Y+n

که در آن AZX هسته با عدد جرمی A و عدد اتمی Z و 11P پروتون و AZ+1Y رادیوایزوتوپ حاصله با عدد جرمی A و عدد اتمی Z+1 و n نیز نوترون می‌باشد.
شکافت ایزوتوپهای سنگینتر

از شکافت ایزوتوپهای سنگین تر می‌توان رادیوایزوتوپهای سبکتر تولید کرد. بلا فاصله پس از کشف رادیواکتیویته ، معلوم شد که رادیواکتیو طبیعی از قبیل 22688Ru (رادیوم 226) و 23296Th (توریوم 232) و 21084Po (پلونیوم 210) چشمه‌های با ارزش از ذرات α هستند. واکنشهای این ذرات α ، نوترون تولید می‌کردند. برای بسیاری از هسته‌های سنگین تر (A=200) جذب نوترون به تولید چندین ایزوتوپ با اعداد جرمی ، از مرتبه تقریبا نصف عدد جرمی ایزوتوپ هدف می‌انجامد.
واپاش رادیوایزوتوپ

رادیوایزوتوپ را می‌توان از واپاشی رادیوایزوتوپ سنگین نیز تولید کرد که رادیوایزوتوپ حاصله را رادیوایزوتوپ دختر می‌گویند. در یک سری رادیواکتیو ، رادیوایزوتوپ دختر بطور پیوسته از واپاشی رادیوایزوتوپ مادر تولید و با آهنگ واپاشی خود از بین می‌رود. مثل سری اورانیوم یا سری توریوم که تولید رادیوایزوتوپهای دختر می‌کنند. برای مثال واپاشی روبیدیوم به صورت زیر است.

[رزیتا]

پلونیوم


اطلاعات اولیه

پلونیوم یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن Po بوده و عدد اتمی آن 84 می‌باشد. پلونیوم به‌عنوان یک شبه فلز رادیواکتیو نادر از نظر شیمیایی شبیه به Tellurium و Bismuth است و از سنگ معدن اورانیوم بدست می‌آید. پولونیوم برای استفاده گرمایی در سفینه‌های فضایی مطالعه می‌شود.

تاریخچه

پلونیوم که آن را Radium F نیز می‌نامند، در سال 1898 توسط "ماری کوری" و "Pierre Curie" کشف شد و بعدها از روی نام Poland (لهستان) سرزمین مادری نامگذاری شد. این عنصر توسط کوری‌ها هنگامی که آنها برای یافتن دلیل خاصیت رادیواکتیویته pitchblende تحقیق می‌کردند، کشف شد. پیچپلنت بعد از جداسازی اورانیوم و رادیوم رادیواکتیوتر بود. این انها را ترغیب کرد که عنصر را بیابند. الکتروسکوپ آن را هنگام جدا شدن از Bismuth نشان می‌داد.

پیدایش

پلونیوم که یک عنصر بسیار کمیاب در طبیعت است، در معادن اورانیوم با میزان 100 میکروگرم در هر تن یافت می‌شود. فراوانی طبیعی آن تقریبا 0.2% رادیوم می‌باشد.

در سال 1934 یک تجربه نشان داد که هنگامی که Bismuth Bi209 توسط نوترونها بمباران می‌شود، Bi-210 که در واقع مادر پلونیوم است بوجود می‌آید. امروزه پلونیوم در مقادیر میلیگرمی در فرایند ذوب نوترونی در رآکتورهای هسته‌ای بوجود می‌آید.

خصوصیات قابل توجه

این ماده رادیو اکتیوی به‌صورت خیلی سریع در اسیدهای رقیق حل شده و این در حالی است که به مقدار بسیار کمی در Alkalis که از نظر شیمیایی بسیار شبیه به Bismuth و Tellurium می‌باشند قابل حل می‌شود. پلونیوم 210 یک فلز سبک می‌باشد که 50% آن در هوا و بعد از 45 ساعت قرار گرفتن در دمای 328K بخار می‌شود. این ایزوتوپ یک ساتع کننده آلفا بوده که نیمه عمر آن 138.39 روز است. تنها یک میلی‌گرم از این فلز سبک ذرات آلفا به میزان 5 گرم رادیوم را از خود ساتع می‌کند.

در دوره تجزیه آن انرژی بسیار زیاده ساتع شده که نیم گرم آن به سرعت به دمای بالای 750k می‌رسد. چند Curie پلونیوم یک نور آبی رنگ ساتع می‌کند که باعث آشفتگی و برانگیختگی هوای مجاور می‌شود.

کاربردها

• پولونیوم هنگامی که با برلیوم ، آلیاژ تشکیل دهد، میتواند یک منبع نوترون باشد.
• این عنصر در ساخت وسایلی که بار الکتریکی استاتیک را در کاخانجات نساجی و دیگر نقاط از بین می‌برند، استفاده می‌شود. با این وجود از منابع بتا که خطرات کمتری دارند، بیشتر استفاده می‌شود.
• پلونیوم در ساخت شانه‌هایی که گرد و غبار انباشته شده بر روی فلیمهای عکاسی را پاک می‌کنند، استفاده می‌شود. مقدار پولونیوم بکار رفته در این شانه‌ها کنترل شده و در نتیجه خطرات رادیواکتیوی بسیار کمی دارند.
• از آنجا که می‌توان با ظرفهای معمولی تقریبا تابش تمام پرتوی آلفا را متوقف کرد و با حرارت دادن سطح آن انرژی آزاد کرد، پلونیوم نیز به‌عنوان یک منبع گرمایی نیروهای سلولهای ترمو متریک در ماهواره های مصنوعی پیشنهاد می‌شود.

ایزوتوپها

پلونیوم از تمامی عناصر دیگر بیشتر ایزوتوپ دارد که تمام آنها رادیو اکتیو می‌باشند. 25 ایزوتوپ پلونیوم با جرم اتمی از 194 تا 218 شناخته شده است. Po210 در دسترس‌ترین نوع آن است و po209 با نیم عمر 103 سال و Po208 با نیمه عمر 2.9 سال توسط بمباران Deteron سرب یا Bismuth در یک سیکلوترون بوجود می‌آید. با این وجود ساخت این ایزوتوپها بسیار گران است.

هشدارها

پلونیوم یک عنصر بسیار رادیواکتیو و سمی بوده ، کار کردن با آن بسیار خطرناک است. حتی مقادیر میلیگرمی یا میکروگرمی آن در پلونیوم 210 بسیار خطرناک بوده و کار کردن با آنها نیاز به تجهیزات خاصی دارد. همچنین آسیبهای جدی از جذب انرژی توسط بافتهای سلولی از طریق ذرات آفا بوجود می‌آید. مقدار مجاز پلونیوم برای بدن تنها 0.03 میکروکوری می‌باشد.

مباحث مرتبط با عنوان

• آرایش الکترونی عناصر
• جدول تناوبی
• رادیواکتیویته
• عنصر شیمیایی
• فلز

منبع

• Los

[رزیتا]

نیروگاه اتمی


نیروگاه اتمی در واقع یک بمب اتمی است که به کمک میله‌های مهارکننده و خروج دمای درونی بوسیله مواد ‏خنک کننده مثل آب و گاز ، تحت کنترل در آمده است. اگر روزی این میله‌ها و یا پمپهای انتقال دهنده مواد ‏خنک کننده وظیفه خود را درست انجام ندهند، سوانح متعددی بوجود می‌آید و حتی ممکن است نیروگاه نیز ‏منفجر شود، مانند فاجعه نیروگاه چرنوبیل شوروی سابق.



دید کلی

طی سالهای گذشته اغلب کشورها به استفاده از این نوع انرژی هسته‌ای تمایل داشتند و حتی دولت ایران 15 ‏نیروگاه اتمی به کشورهای آمریکا ، فرانسه و آلمان سفارش داده بود. ولی خوشبختانه بعد از وقوع دو حادثه ‏مهمتری میل آیلند (Three Mile Island) در 28 مارس 1979 و فاجعه چرنوبیل (Tchernobyl) در روسیه ‏در 26 آوریل 1986، نظر افکار عمومی نسبت به کاربرد اتم برای تولید انرژی تغییر کرد و ترس و وحشت از ‏جنگ اتمی و به خصوص امکان تهیه بمب اتمی در جهان سوم، کشورهای غربی را موقتا مجبور به تجدید نظر در ‏برنامه‌های اتمی خود کرد.

‏
ساختار نیروگاه اتمی

نیروگاه اتمی از مواد مختلفی شکل گرفته است که همه آنها نقش اساسی و مهم در تعادل و ادامه حیات آن را دارند. ‏این مواد عبارتند از:
ماده سوخت

ماده سوخت متشکل از اورانیوم طبیعی ، اورانیوم غنی شده ، اورانیوم و پلوتونیم است. که سوختن اورانیوم بر ‏اساس واکنش شکافت هسته‌ای صورت می‌گیرد.‏


نرم کننده‌ها

‎‏نرم کننده‌ها موادی هستند که برخورد نوترون های حاصل از شکست با آنها الزامی است و ‏برای کم کردن انرژی این نوترون ها به کار می روند. زیرا احتمال واکنش شکست پی در پی به ازای ‏نوترون های کم انرژی بیشتر می شود. آب سنگین (D2O) یا زغال سنگ (گرافیت) به عنوان نرم کننده نوترون ‏بکار برده می‌شوند.‏


میله‌های مهارکننده

این میله‌ها از مواد جاذب نوترون درست شده‌اند و وجود آنها در داخل راکتور اتمی ‏الزامی است و مانع افزایش ناگهانی تعداد نوترونها در قلب راکتور می‌شوند. اگر این میله‌ها کار اصلی خود را ‏انجام ندهند، در زمانی کمتر از چند هزارم ثانیه قدرت راکتور چند برابر شده و حالت انفجاری یا دیورژانس ‏راکتور پیش می‌آید. این میله ها می توانند از جنس عنصر کادمیم و یا بور باشند.‏


مواد خنک کننده یا انتقال دهنده انرژی حرارتی

این مواد انرژی حاصل از شکست اورانیوم را به خارج ‏از راکتور انتقال داده و توربینهای مولد برق را به حرکت در می آورند و پس از خنک شدن مجدداً به داخل ‏راکتور برمی گردند. البته مواد در مدار بسته و محدودی عمل می کنند و با خارج از محیط رآکتور تماسی ندارند. ‏این مواد می توانند گاز CO2 ، آب ، آب سنگین ، هلیوم گازی و یا سدیم مذاب باشند.‏

طرز کار نیروگاه اتمی

عمل سوختن اورانیوم در داخل نیروگاه اتمی متفاوت از سوختن زغال یا هر نوع سوخت فسیلی دیگر است. در ‏این پدیده با ورود یک نوترون کم انرژی به داخل هسته ایزوتوپ 235U عمل شکست انجام می گیرد و ‏انرژی فراوانی تولید می کند. بعد از ورود نوترون به درون هسته اتم ، ناپایداری در هسته به وجود آمده و بعد از ‏لحظه بسیار کوتاهی هسته اتم شکسته شده و تبدیل به دو تکه شکست و تعدادی نوترون می‌شود.

بطور متوسط تعداد نوترونها به ازای هر 100 اتم شکسته شده 247 عدد است و این نوترونها اتمهای ‏دیگر را می‌شکنند و اگر کنترلی در مهار کردن تعداد آنها نباشد واکنش شکست در داخل توده اورانیوم به ‏صورت زنجیره‌ای انجام می‌شود که در زمانی بسیار کوتاه منجر به انفجار شدیدی خواهد شد. در واقع ورود ‏نوترون به درون هسته اتم اورانیوم و شکسته شدن آن توام با انتشار انرژی معادل با ‏‎ Mev‎‏200 میلیون الکترون ‏ولت است.

این مقدار انرژی در سطح اتمی بسیار ناچیز ولی در مورد یک گرم از اورانیوم در حدود صدها هزار مگاوات ‏است. که اگر به صورت زنجیره‌ای انجام شود، در کمتر از هزارم ثانیه مشابه بمب اتمی عمل خواهد کرد. اما ‏اگر تعداد شکستها را در توده اورانیوم و طی زمان محدود کرده به نحوی که به ازای هر شکست ، اتم بعدی ‏شکست حاصل کند شرایط یک نیروگاه اتمی بوجود می‌آید. ‏
نمونه عملی

نیروگاهی که دارای 10 تن اورانیوم طبیعی است قدرتی معادل با 100 مگاوات خواهد داشت و بطور متوسط ‏‏105 گرم 235U در روز در این نیروگاه شکسته می شود و همانطور که قبلا گفته شد در اثر جذب ‏نوترون بوسیله ایزوتوپ 239U ، 238U بوجود می‌آمد که بعد از دو بار انتشار ذرات بتا (‏الکترون) به 239Pu تبدیل می‌شود که خود مانند 235U شکست پذیر است. در این عمل 70 گرم ‏پلتونیوم حاصل می‌شود.

ولی اگر نیروگاه سورژنراتور باشد و تعداد نوترونهای موجود در نیروگاه زیاد باشند مقدار جذب به مراتب ‏بیشتر از این خواهد بود و مقدار پلتونیومهای بوجود آمده از مقدار آنهایی که شکسته می‌شوند بیشتر خواهند ‏بود. در چنین حالتی بعد از پیاده کردن میله‌های سوخت می‌توان پلتونیوم بوجود آمده را از اورانیوم و ‏فرآورده‌های شکست را به کمک واکنشهای شیمیایی بسیار ساده جدا و به منظور تهیه بمب اتمی ذخیره کرد.

[رزیتا]

مواد معدنی اورانیوم و توریم

سنگ معدن اورانیم


اطلاعات اولیه

اورانیوم و توریم از جمله عناصر کمیاب هستند. قشر جامد کره زمین بطور متوسط به ازای هر تن وزن شامل چهار گرم اورانیوم است. یعنی اورانیوم همانقدر است که روی یا سرب یا قلع. بعضی از انواع سنگ های خارا حتی دارای 30 گرم اورانیوم به ازای هر تن از وزن خود می‌باشند.

مهمترین ماده معدنی اورانیوم عبارتست از پیچ بلِند (Pitch-blende) که نام علمی اش اکسید بی‌آب اورانیوم 358 می‌باشد. این سنگ معدنی در قسمت فوقانی قشر جامد کره زمین تحت تاثیر جریانات آب تغییر می‌یابد و هیدرات های مختلف بوجود می‌آورد و اگر تغییرات و ترکیبات پیشرفت کند، فسفات‌های مختلف مواد معدنی دیگری که خیلی پیچیده هستند، ایجاد می‌شود. معادنی که جلوتر از همه حتی در دوران قدیم مورد بهره برداری قرار گرفته‌اند، در زیر آمده است.
معدن نواحی بوهم (Bohemia)

در حال حاضر ، مهمترین تهیه کنندگان اورانیوم در جهان عبارتند: از کانادا ، کنگوی قدیم ، بلژیک ، ممالک متحده آمریکای شمالی و اتحادیه آفریقای جنوبی و حقیقت این است که درباره روسیه اطلاع دقیقی در دست نیست و احتمالاً محصول آن در حدود هر یک از ممالک ذکر شده است. بعد از این 4 کشور نوبت به استرالیای شمالی ، فرانسه ، چکسلواکی ، ممالک آفریقای جنوبی ، کرن وال و چین می‌رسد.

تا سالهای اخیر در کانادا تنها معدنی که مورد بهره برداری قرار گرفت، عبارت بود از معدن دریاچه بزرگ اورز (Ours) که در شمال کانادا واقع است. در این معدن پیچ بلند با انواع سولفورهای دیگر مخلوط است. اخیراً دو معدن مهم دیگر در این کشور کشف کرده‌اند. گرچه مواد معدنی آنها شامل مقدار کمی اورانیوم می‌باشد، لیکن مقدار کل مواد معدنی در این دو نقطه فوق‌العاده قابل ملاحظه است. یکی از این دو معدن در ناحیه دریاچه بیورلاج (Beaverlodge) و دیگری در ناحیه دریاچه بیند ریور (Bind-River) واقع است.


معادن بسیار غنی کنگو

این معادن ، متعلق به اتحادیه معدنی کاتانکای (Katanga) علیا هستند و عموماً از پیچ بلند تشکیل یافته‌اند. در کشور فرانسه چهار ناحیه مختلف وجود دارد که در آنها اورانیوم استخراج می‌شود که عبارتند از :

• معادن کروزی (Crouzille) در ایالت هوت وین (Haute-viene)
• معادن گروری (Grury) در ایالت سون لوار (Saoneet-Loire)
• معادن لاشو (Lochaux) در ایالت پوی دو دوم (Puy-de-dome)
• معادن وانده (Vendee)

رگه پیچ بلند معادن کروزی ، بطور متوسط شامل 10% اورانیوم است. معادن گروری در عین حال که دارای مقدار کمی اورانیوم هستند، بازهم مورد استفاده می‌باشند و از آن بهره برداری می‌شود. در ناحیه لاشو به نظر می‌رسد که معادن جنگلهای سیاه بسیار مهم هستند و بالاخره تجسساتی که در ناحیه وانده به عمل آمده است، نوید بخش می‌باشد. به نظر می‌رسد سالانه در تمام دنیا بیش از چند صد هزار تن اورانیوم تولید و به بهره برداری می‌رسد. در برخی معادن آفریقای جنوبی ، بعد از استخراج طلا از ماده معدنی ، باقیمانده ماده را برای تهیه اورانیوم مورد استفاده قرار می‌دهند.

سنگ معدن توریم


معادن توریم

سنگ معدنی مونازیت توریم

معادن توریم ، فراوانتر از اورانیوم است و ماده معدنی اصلی آن که عبارتست از فسفات خاصی که ترکیب آن بسیار پیچیده است، مونازیت (Monazite) نام دارد. مهمترین معادن آن در هندوستان جنوبی و برزیل واقع است. معادن دیگری که وسعت آن چندان زیاد نیست، ولی از حیث میزان توریم بسیار غنی می‌باشد، در جزیره سیلان کشف شده است و نیز در این اواخر منابع مهمی شامل مونازیت در جزایر ماداگاسکار کشف کرده‌اند.
سنگ معدنی توریت توریم

سنگ معدنی دیگری از توریم که توریت (Thorite) نام دارد، در استرالیا ، برزیل ، ماداگاسکار ، اسکاندیناویا ، بریتانیا ، ایالت متحده و روسیه وجود دارد. به هیچ وجه ممکن نیست که با دقت معین نماییم که در آینده چه میزان اورانیوم و توریوم در جهان استخراج خواهد شد و به مصرف تهیه انرژی خواهد رسید. البته با تولید مصنوعی این مواد رادیواکتیو و نیز سایر مکانیزم‌های تولید انرژی هسته‌ای از جمله همجوشی‌های کنترل شده ، سبب شده است که دیگر مشکل جستجو و کشف معادن اورانیوم و توریم وجود نداشته باشد و یا این نیاز از راه های دیگر برطرف می‌شود.
تبدیل توریم به اورانیوم

توریم را در کوره اتمی توسط نوترون بمباران می‌کنند. این عنصر پس از یک سری تغییرات رادیواکتیو به اورانیوم 233 تبدیل می‌شود که مانند اورانیوم 235 و پلوتونیم 239 ، توسط نوترونهای حرارتی شکافته می‌شود.

[رزیتا]

جنگ رادیولوژی



جنگ رادیولوژی عبارت است از آلوده کردن بناها ، زمینها ، افراد ، مراکز صنعتی یا بندری ، مواد غذایی و مخصوصا آب و کلیه مایحتاج زندگی دیگر بوسیله مواد رادیو اکتیو. اکتیویته مواد آلوده به مرور زوال پیدا کرده (زوال رادیواکتیو) و منطقه مورد حمله پس از مدتی می‌توانند مجددا قابل سکونت گردد.



دید کلی

ممکن است مستقیما مواد رادیو اکتیو غیر از سلاح اتمی برای مقاصد نظامی از راه آلوده کردن افراد ، تجهیزات ساختمانها و مناطق گوناگون بکار برده ‌شود. برای ایجاد ضایعه و یا مجبور ساختن دشمن به ترک یک منطقه مهم مثل شهر ، کارخانه ، تأسیسات یا مناطق نظامی می‌توان مواد و عوامل رادیو اکتیو را بکار برد.

خواص اشعه

موادی که برای آلوده کردن بکار می‌رود به نام عامل جنگ اشعه نامیده می‌شود (wagents)، چهار نوع تشعشع هسته‌ای مهم که برای بدن انسان زیان آور است عبارتند از:

• اشعه گاما
• نوترونها
• ذرات آلفا
• ذرات بتا

چون تنها طریق عملی تهیه و انتشار نوترون ها بمب های اتمی است. لذا آنها را نمی توان در رده جنگ های رادیو لوژی به حساب آورد. ارزش ذرات آلفا نیز از جنبه عوامل جنگهای رادیولوژی ناچیز است چون از خارج بدن آسیب چندانی نمی رساند.

مگر اینکه با وسیله ای مثلا از راه دستگاه تنفس یا دستگاه گوارش وارد بدن گردند. بنابر این عوامل مهم جنگ اشعه عواملی هستند که بتوانند از خود ذرات بتا و اشعه گاما صادر کنند. این عوامل خصوصیات زیرین را دارا هستند:

• باید اشعه گاما از خود ساتع کنند.
• انرژی تشعشع باید به اندازه کافی باشد تا قدرت نفوذ قابل ملاحظه داشته باشد.
• نیم عمر آنها نباید خیلی کوتاه باشد (نیم عمر شایسته و مناسب بین 14 روز تا 6ماه است). زیرا اگر نیم عمر مواد رادیو اکتیو خیلی کوتاه باشد، زوال رادیو اکتیو به قدری سریع صورت می‌گیرد که عوامل مزبور قبل از استعمال خاصیت خود را از دست می‌دهند و انبار کردن آنها غیر عملی است.
• چنانچه نیم عمر آنها خیلی طولانی باشد، چون خاصیت رادیو اکتیو به همان نسبت ضعیف است باید مقدار زیادی بکار برد تا موثر باشد. به علاوه بکار بردن موادی با نیم عمر طولانی ممکن است مانع اشغال بعدی هدف گردد.

چگونگی تهیه

غیر از سلاح هسته‌ای که می‌تواند جنگ رادیو لوژی غیر مستقیم باشد، عوامل جنگ رادیو لوژی به دو طریق زیر تهیه می‌شود و در هر دو طریق باید از کوره اتمی یا پیل اتمی استفاده گردد:

• اولین روش بکاربردن محصولات حاصل از شکافت هسته‌ای اتمهای سنگین است، که بطور مستقیم از کوره اتمی بدست می‌آیند. این محصولات مخلوط پیچیده‌ای ازچندین عنصر است، که نیم عمر هر یک از آنها متفاوت می‌باشد و می‌توان آنها را مستقیما برای منظورهای نظامی استعمال کرد.
  
  عیب این روش آن است که چون از مخلوطی از عناصری درست شده که نیم عمرهای مختلف دارند، بعضی از آنها به سرعت خاصیت رادیو اکتیویته خود را از دست می‌دهند. و بعضی دیگر سالها این خاصیت را دارا هستند. البته این عیب را به روش مخصوصی می‌توان بر طرف کرد، بطوری که از بین عناصر مخلوط باید ایزوتوپهایی را جدا کرد که دارای خواص مورد دلخواه باشد. لیکن عمل جداکردن بسیار مشکل و مستلزم صرف هزینه زیادی است. از طرفی تعداد عناصر مخلوط آنقدر زیاد است که مقدار هیچ یک از 3% تجاوز نمی‌کند.
• روش دوم رادیو اکتیو کردن یک عنصر معین بوسیله تابش نوترون در کوره اتمی است در این روش با انتخاب صحیح عنصر معینی می‌توان عامل جنگ اشعه مورد نظر را تهیه کرد. باید توجه داشت که هزینه راکتوری که منحصرا به این منظور ساخته می شود خیلی گران است و ازجنبه اقتصادی زیاد مقرون به صرفه نیست.

معایب تولید اشعه با سلاحهای هسته‌ای

عوامل جنگ اشعه با سلاحهای هسته‌ای دو اختلاف اساسی دارند که عبارتند از:

• کلیه سلاحها از قبل تهیه شده‌اند و ممکن است بدون اینکه فاسد شوند ، مدتهای طولانی در انبار بمانند، تا اینکه روزی مورد استفاده قرار گیرند. در حالی که در مورد تهیه عوامل جنگ رادیولوژی نحوه عمل چنین نیست. زیرا به سبب زوال خود بخودی و کاهش رادیو اکتیویته انبار کردن آنها غیر مقدور است.
• تهیه عوامل مزبور در کوره اتمی به کندی صورت می‌گیرد و کم شدن مداوم و غیر قابل اجتناب رادیو اکتیویته آنها یک زیان جبران ناپذیری را فراهم می‌کند. علاوه بر اینها سلاحهای دیگر را می‌توان با اطمینان و بدون اینکه خطری را ایجاد کنند، جابجا و دستکاری کرد.
  
  لیکن در مورد عوامل جنگهای رادیولوژی به سبب نشر اشعه گاما که قدرت نفوذ زیادی دارند، اینکار به سختی انجام می‌گیرد و مراحل مشکلی دارد. افرادی که با آنها سر و کار دارند باید از حفاظهای سنگین و قوی استفاده کنند.

مزایا و معایب جنگ رادیو لوژی

حسن بزرگی که عوامل رادیولوژی دارند این است که مقدار کمی از آنها می‌تواند منطقه وسیعی را آلوده سازد. اما احتیاج به حفاظ سنگین و قوی دارند، بخصوص هنگامی که عوامل با هواپیما حمل و نقل می‌گردند، این مشکل امتیاز مزبور را خنثی می‌کند. مشکل بزرگ دیگری که عوامل جنگ اشعه بوجود می‌آورند این است که مقدار زیادی از انرژی آنها بصورت حرارت آزاد شده و ظرف محتوی را به شدت گرم می‌کنند و باید به روشی حرارت را از ظرف خارج ساخت (دستگاههای سرمایش قوی لازم است)، گر چه با تمام اشکالات فوق بکار بردن عوامل رادیولوژی امکانپذیر و عملی است، لذا بعید به نظر می‌رسد که کشوری در حین جنگ یا صلح از آنها استفاده نماید.

[رزیتا]

بمباران نوترونی




مقدمه

پیشرفت فیزیک هسته‌ای تا حد زیادی در نتیجه اکتشاف نوعی از گلوله‌های هسته‌ای بوده ، گر چه از بسیاری جهات مشابه با پرتونهای عادی است، ولی هیچ بار الکتریکی همراه آنها نیست. این پروتونهای بی‌بار ، یا بنابر اصطلاحی که بیشتر رواج دارد این نوترونها ، برای بمباران هسته عنوان گلوله کمال مطلوب را دارند، چه از آن جهت که فاقد بار الکتریکی بوده هیچ نیروی دافعه‌ای از طرف هسته‌های با بار الکتریکی زیاد بر آنها وارد نمی‌شود و می‌توانند به سهولت به ساختمان درونی هسته اتم نفوذ کنند.

تاریخچه

گر چه فرضیه مربوط به امکان وجود نوترونها در سال 1925 بوسیله رادرفورد بیان شده ، ولی دلیل وجود آنها را در سال 1932 همکار وی یعنی جیمز چادویک (James Chadwick) اثبات کرد. این شخص ثابت کرد که تشعشع مخصوصی که بر اثر بمباران با ذرات از بریلیوم صادر می‌شود عبارت است از ذراتی خنثی که جرم آنها در حدود جرم پروتون است. هسته‌ای که در نتیجه فعل و انفعال به دست می‌آید، همان هسته کربن متعارف است.

چشمه تولید نوترون

نوترونها را معمولا از راه تصادم دو دوترون یعنی دو هسته هیدروژن سنگین بدست می‌آورند. پس از آنها یونهای هیدروژن سنگین را در یکی از مولدهای جدید با پتانسیلی بالا وادار به حرکت با سرعت و شتاب زیاد کرده ، آنها را بر روی ماده‌ای مانند آب سنگین انداخته که در آن اتمهای هیدروژن سنگین در داخل مولکولها به یکدیگر متصل‌اند. در نتیجه تصادمهایی که رخ می‌دهد، عده زیادی نوترونهای سریع مطابق معادله زیر تشکیل می‌دهد:

21D + 21D → 32He + 10n

به این نکته باید اشاره کرد که چون نوترونها بار الکتریکی ندارند در ضمن عبور از هوا عمل یونش صورت نگرفته و به همین جهت در ضمن عبور از اتاق ابر اثر مرئی از آنها بر جای نمی‌ماند. مشاهده آنها معمولا از راه اثری است که از تصادم با ذرات هوایی که مستقیما در راه آنها قرار گرفته حاصل می‌شود.

نتایج بمباران نوترون

نوترونها به آسانی می‌توانند حتی در هسته‌های با بار الکتریکی زیاد ، نفوذ کرده و اثر تخریبی در داخل آنها داشته باشند. این آثار بیش از همه بوسیله فیزیکدان ایتالیایی انریکلو فرمی (Enrico Fermi) و همکاران او مورد پژوهش و مطالعه قرار گرفته است. در صورتی که سر و کار ما با عناصر سبکتر است. نفوذ یک نوترون غالبا با خارج شدن یک ذره آلفا یا یک پروتون همراه است. مانند این فعل و انفعال:

147N + 10n → 115B + 42He

که نشان دهنده تبدیل یافتن نیتروژن به بور و هلیوم است و یا:

5626Fe + 10n → 5625Mn + 11H

که تبدیل آهن را به منیزیم و هیدروژن نشان می‌دهد. در عناصر سنگینتر حصار پتانسیل که هسته اتم را احاطه کرده بلندتر است، و اگر چه این حصار مانع نفوذ نوترون به درون هسته نیست، ولی از خارج شدن اجزا باردار هسته جلوگیری می‌کند. در این حالت نوترونهایی که داخل هسته نفوذ می‌کنند، بایستی از انرژی موجود در خود به صورت تشعشعات مغناطیسی که تولید می‌شود خلاص شوند و به این ترتیب است که اشعه سخت گاما خارج می‌شود. مانند این فعل و انفعال:

اشعه گاما + 19779Au + 10n → 19879Au

که در آن عنصر سنگینتری از همان نوع طلا ساخته می‌شود. این طرز ساخته شدن ، ممکن است از عنصری که بمباران شده ، با تعدیل بار الکتریکی از طریق صدور یک الکترون صورت گیرد.

منفجر ساختن هسته

در فعل و انفعالات هسته‌ای که تا کنون مورد بحث قرار گرفتن ، اساس کار عبارت از آن بود که جز نسبتا بسیار کوچکی از ساختمان هسته (مانند ذره α یا پروتون یا نوترون) از آن خارج شود و حال اگر هسته یک اتم سنگین منجر شود و دو یا بیشتر پاره‌های تقریبا مساوی بدست آید.

در زمستان سال 1939 این نوع شکسته شدن بوسیله دو فیزیکدان آلمانی به نامهای هان (O . Hahn) و مایتنر (Lise Meitner) مشاهده شد و دریافتند اتمهای اورانیوم که ناپایدارند، ممکن است بر اثر بمباران با یک دسته نوترون به دو پاره تقسیم شوند. یکی از دو پاره نماینده هسته باریوم و دیگری به احتمال قوی کریپتون. این نوع شکافته شدن هسته با آزاد شدن مقداری انرژی همراه است که صدها برابر انرژی آزاد شده در سایر فعل و انفعالات شناخته شده هسته‌ای است.