مقاله در مورد نگاهى به مبانى نظرى انرژى هسته اى

word قابل ویرایش
52 صفحه
11700 تومان
117,000 ریال – خرید و دانلود

نگاهى به مبانى نظرى انرژى هسته اى

اتم در زبان یونانى به معنى تقسیم ناپذیر است. این ایده، زاده تفکر دموکریتوس فیلسوف یونانى در ۲۳۰۰ سال پیش است. براى او این تصور محال بود که اجسام مادى بتوانند بى حد و حصر تقسیم شوند. اما «جان دالتون» شیمیدان بود که نخستین نظریه اتمى نوین را ارائه کرد. دالتون که کارش پژوهش در مورد هواشناسى بود، به ترکیب گازها علاقه مند شد و خیلى زود ایده تشکیل گازها از واحدهاى کوچک غیرقابل تقسیم در ذهنش شکل گرفت. او این نظریه را در سال ۱۸۰۸ تحت عنوان «سیستم جدید فلسفه شیمى» منتشر کرد. تا دهه پایانى قرن نوزدهم دو جنبه اساسى فیزیک

کلاسیک یعنى مکانیک کلاسیک و الکترومغناطیس به خوبى شناخته شده بود و دانشمندان گمان مى کردند که طبیعت براساس دو نیروى گرانشى و الکترومغناطیسى ساخته شده است. درست در همین زمان بود که پدیده هایى مشاهده شد که طى دهه هاى ابتدایى قرن بیستم منجر به بزرگترین انقلاب هاى تاریخ علم یعنى نسبیت عام و مکانیک کوانتومى شدند.

•رادیواکتیویته

در سال ۱۸۹۶ آنتوان هانرى بکرل (Becquerel) فیزیکدان فرانسوى که از کشف اشعه X به وسیله رونتگن مطلع شده بود، به دنبال یک رشته آزمایش روى سنگ معدنى به نام اورانیل، فعالیت هاى پرتوافشانى خود به خودى خاصى را کشف کرد و آن را «رادیواکتیویته» نام گذاشت. پس از او مارى و پى یر کورى هم دو عنصر رادیوم و پولونیوم را کشف کردند که خاصیت رادیواکتیویته بسیار بیشترى داشتند. اما بیشتر پژوهش ها روى رادیواکتیویته به وسیله لرد رادرفورد انجام شد. او کشف کرد که خاصیت رادیواکتیویته ناشى از پراکنش سه نوع اشعه است:

۱- اشعه آلفا که توسط یک برگ کاغذ متوقف مى شود. بار آن مثبت است و در حقیقت همان یون هاى هلیوم دو بار مثبت یا هسته اتم هلیوم است.
۲- اشعه بتا که از ورقه چند میلى مترى آلومینیوم رد مى شود. بار آن منفى است. ماهیت این اشعه الکترون هاى پرانرژى است.

۳- اشعه گاما که از صفحات سربى به ضخامت ده ها سانتى متر ه

م عبور مى کند، از لحاظ الکتریکى خنثى است. این اشعه فوتون هاى پرانرژى با طول موج بسیار کوتاه است.
دانشمندان با توجه به مجموعه آزمایش هاى رادرفورد به این نتیجه رسیدند که اتم ها برخلاف نامشان از اجزاى کوچکترى هم تشکیل شده اند.

• هسته

افتخار کشف هسته اتم نیز از آن رادرفورد است. او با کمک دو دانشجویش به نام گایگر و مارسدن با انجام آزمایشى که «پراکندگى» نام دارد، به وجود هسته پى برد. رادرفورد فکر مى کرد که اتم ها مثل مدل کیک کشمشى تامسون از تعدادى الکترون تشکیل شده اند که در یک فضاى پیوسته با بار مثبت قرار دارند. به همین دلیل ذرات آلفا را به سمت ورقه نازکى از طلا پرتاب کرد. اما پراکندگى این ذرات از هسته طلا نشان داد که بارهاى مثبت در ناحیه بسیار کوچکى در وسط اتم متمرکز شده اند. شعاع اتم حدود یک آنگسترم (۱۰-۱۰ متر) است ولى اندازه هسته حدود ۱۰ فرمى (۱۴ -۱۰ متر) است.

• نیمه عمر

پس از اینکه رادرفورد ماهیت تشعشع رادیواکتیو را کشف کرد، دانشمندان پى بردند که رادیواکتیویته به علت تلاشى خودبه خود هسته هاى سنگین و تبدیل آنها به هسته هاى سبک تر است. در حین این تبدیل، ذرات آلفا، بتا و گاما ساطع مى شود. در حقیقت پس از خارج شدن این ذرات از هسته، ماهیت آن تغییر مى کند. تعداد هسته هایى که در هر لحظه متلاشى مى شوند با تعداد هسته ها در آن لحظه نسبت مستقیم دارد. زمانى را که نیمى از هسته هاى ماده ابتدایى

متلاشى مى شوند، نیمه عمر ماده مى گویند. یعنى اگر در ابتدا یک گرم ماده رادیواکتیو داشته باشیم، پس از یک نیمه عمر نصف و پس از دو نیمه عمر، یک چهارم و پس از سه نیمه عمر، یک هشتم مقدار اولیه را خواهیم داشت. نیمه عمر مواد مختلف متفاوت است و از چند میلیاردیوم ثانیه تا چندین میلیارد سال تغییر مى کند. معمولاً هرچه نیمه عمر بیشتر باشد، انرژى ساطع شده از تلاشى رادیواکتیویته کمتر است. نیمه عمر اورانیوم ۵/۴ میلیارد سال است. نیمه عمر رادیوم ۱۵۹۰ سال و نیم عمر راکتانیوم کمتر از ۱۰ هزارم ثانیه است.

• درون هسته

مدل اتمى رادرفورد بیانگر این مطلب بود که هسته در وسط اتم داراى بار مثبت است و الکترون ها با بار منفى در اطراف آن قرار دارند. مدل اتمى بور هم مدل رادرفورد را کامل کرد و سازوکار منظمى را براى استقرار الکترون ها در اطراف هسته تدوین کرد. اما تفسیر و توجیه رادیواکتیویته تردیدى به جاى نمى گذارد که هسته ها خود مجموعه مکانیکى پیچیده اى هستند که از اجراى سازنده متفاوتى تشکیل شده اند. این واقعیت که وزن اتمى ایزوتوپ هاى اتم هاى مختلف (بعضى از اتم ها درحالى که جرم اندکى متفاوت با هم دارند، خواص شیمیایى کاملاً یکسانى دارند، به این اتم ها

ایزوتوپ مى گویند.) با اعداد صحیح (یا لااقل بسیار نزدیک به عدد صحیح) بیان مى شوند، نشان مى دهد که پروتون ها (حاملان بار مثبت) باید نقش یکى از اجزاى اصلى سازنده هسته را داشته باشند. ابتدا فرض مى کردند که درون هر هسته علاوه بر پروتون، الکترون هم هست. یعنى مثلاً کربن که جرم ۱۲ و بار ۶+ دارد، درون هسته خود ۱۲ پروتون و ۶ الکترون دارد و علاوه بر آن در بیرون هسته هم ۶ الکترون به دور آن مى چرخند اما این راه حل از لحاظ نظرى مشکلات عدیده اى را به همراه داشت. اما رادرفورد و بور پیشنهاد کردند که علاوه بر پروتون ذره دیگرى هم جرم آن ولى بدون بار درون هسته است. آنها نام نوترون را براى آن انتخاب کردند و این ذره در سال ۱۹۳۲ توسط چادویک کشف شد.

• اسپین

اتم ها در اثر گرفتن انرژى، تابش مى کنند. این تابش ناشى از این است که الکترون هاى اطراف هسته، انرژى مى گیرند و بعد این انرژى را به صورت یک فوتون با طول موج معین بازمى تابانند. اما خود این طیف در مجاورت میدان الکترومغناطیسى، به چند طول موج جدا از هم تفکیک مى شود. علت این است که الکترون ها در اتم، اندازه حرکت زاویه اى هم دارند. اشترن و گرلاخ نشان دادند که الکترون ها علاوه بر این اندازه حرکت زاویه اى، خاصیت دیگرى هم دارند که فقط در حضور میدان مغناطیسى آن را بروز مى دهند. به دلیل شباهت این خاصیت به اندازه حرکت زاویه اى، نام آن را «اندازه حرکت زاویه اى ذاتى» یا اسپین نهادند. بعدها ثابت شد که علاوه بر الکترون، باقى ذرات بنیادى هم اسپین دارند. مهمترین ویژگى اسپین این است که یک خاصیت کاملاً کوانتومى است و مشابه کلاسیک ندارد. ذراتى که اسپین نیم صحیح دارند (یک دوم، سه دوم، …) فرمیون مى نا

مند، مثل الکترون، پروتون، نوترون و… این ذرات تشکیل دهنده ماده هستند. در مقابل ذراتى که اسپین صحیح دارند(صفر، ۱ ، ۲ و…) بوزون گفته مى شوند، مثل فوتون، مزون، گلوتون و… این ذرات حامل نیروها هستند.

• ایزواسپین و نیروى هسته اى

هنگامى که نوترون توسط چادویک کشف شد، این واقعیت مسلم شد که علاوه بر نیروى گرانش و الکترومغناطیسى، حداقل یک نیروى دیگر در طبیعت وجود دارد و این نیرو است که عامل پیوند نوکلئون ها (پروتون ها و نوترون ها) درون هسته است. زیرا در صورت عدم وجود این نیرو، در اثر دافعه شدید بارهاى مثبت پروتون ها بر هم، هسته از هم مى پاشد. از این مثال برمى آید که اولاً این نیرو باید جاذبه اى باشد تا در مقابل دافعه پروتون ها بایستد و ثانیاً برد آن باید خیلى کوتاه باشد و از ابعاد هسته بیشتر نباشد. زیرا نیروى الکترومغناطیسى (در مدل بوهر) آرایش الکترون ها در مدارهاى اتمى را به خوبى توضیح مى داد. اما واقعیت مهم و جالب تر این است که باید براى این نیرو، پروتون و نوترون به یک شکل دیده شوند و فارغ از اختلاف بار الکتریکى این دو ذره یک شکل باشند. هایزنبرگ با استفاده از این واقعیت و با ایده گرفتن از نظریه اسپین، مفهوم ریاضى جدیدى به نام «ایزوتوپ اسپین» یا ایزواسپین را معرفى کرد. او پیشنهاد کرد که همان طور که در حضور میدان الکتریکى خطوط طیفى یکى هستند و با ظهور میدان مغناطیسى به چند خط دیگر شکافته مى شوند، نوکلئون ها (پروتون و نوترون) هم در حقیقت در مقابل نیروى هسته اى یک ذره هستند اما هنگام ظهور نیروهاى الکترومغناطیسى به دو ذره با ایزواسپین متفاوت تبدیل مى شوند.

•نیروى هسته اى قوى

یوکاوا فیزیکدان ژاپنى در سال ۱۹۳۵ براى توضیح نیروى هسته اى گفت: این نیرو باید در اثر مبادله ذره اى به نام پیون (مزون پى) بین نوکلئون ها به وجود بیاید. چون این ذره نسبتاً سنگین است، اصل عدم قطعیت هایزنبرگ ایجاب مى کند که برد این نیرو کوتاه باشد، به این ترتیب ایده مبادله ذره، توانست تمام ویژگى هاى نیروى هسته اى را توضیح بدهد. پیون ها هم مثل نوکلئون ها براى نیروى هسته اى یک ذره به شمار مى روند اما ایزواسپین آنها یک است یعنى در مقابل نیروى

الکترومغناطیسى ۳ حالت پیون با بار مثبت و با بار منفى و خنثى را دارند. یک پروتون، با از دست دادن یک پیون مثبت به نوترون تبدیل مى شود و این پیون مثبت خود یک نوترون دیگر را به پروتون تبدیل مى کند. دوتا نوترون یا دوتا پروتون هم مى توانند با هم پیون خنثى (صفر) مبادله کنند. یک نوترون هم با از دست دادن یک پیون منفى به پروتون تبدیل مى شود و این پیون منفى با یک پروتون دیگر، یک نوترون تولید مى کند. به این ترتیب با مبادله این ذرات، نوکلئون ها در هسته پایدار مى مانند.

• نیروى هسته اى ضعیف

یکى از ویژگى هاى بارز نوترون نیم عمر آن است. نوترون در حالت آزاد پس از ۱۸ دقیقه متلاشى و به یک پروتون و یک الکترون تبدیل مى شود. این مدت بسیار طولانى تر از تمام پدیده هایى است که با نیروى قوى سروکار دارد. نیرو هاى الکترومغناطیسى هم بر نوترون بدون بار عمل نمى کنند. پس واضح است که تلاشى نوترون، ناشى از یک نیروى جدید در طبیعت است. به علت ضعیف بودن این نیرو نسبت به نیروى هسته اى آن را نیروى هسته اى ضعیف نام گذاشتند. تلاشى هسته که نتیجه آن تولید پرتو بتا است هم ریشه در این نیرو دارد.

• شکافت

فرمى در فاصله کمى بعد از کشف نوترون در سال ۱۹۳۲ بررسى هسته اتم هاى سنگین بمباران شده به وسیله نوترون را آغاز کرد و از انجام این آزمایش ها با اورانیوم نتایج عجیبى به دست آمد. اتوهان و اشتراسمن در سال ۱۹۳۹ این معضل را حل کردند.
آنها کشف کردند وقتى که اورانیوم با نوترون بمباران مى شود، هسته هایى مثل باریو تولید مى شوند که عدد اتمى آنها خیلى کوچک تر از عدد اتمى اورانیوم است. لیز میتنر فیزیکدان آلمانى که در سوئد زندگى مى کرد، این پدیده را به دقت بررسى کرد و نام شکافت را براى آن انتخاب کرد. بور و ویلر با ارائه مقاله اى فهم نظرى شکافت را به طور کامل ممکن کردند و پس از ارائه مقاله آنها کلیه پژوهش هاى علمى در مورد شکافت هسته اى تا به امروز جزء اسناد فوق العاده سرى، طبقه بندى مى شود.

• گداخت

 

هسته هاى خیلى سبک مثل هیدروژن یا هلیوم انرژى بستگى کمترى نسبت به هسته هاى سنگین دارند. اگر دو هسته سبک در هم ادغام شوند، هسته سنگین ترى را به وجود مى آورند و مقدار زیادى انرژى به صورت انرژى جنبشى آزاد مى شود. براى انجام گداخت باید هسته ها را بسیار به هم نزدیک کرد. دافعه الکترواستاتیکى مانع بزرگى براى این فرآیند است. این واکنش با افزایش انرژى جنبشى هسته هاى اولیه انجام مى شود. دسترسى به چنین انرژى هایى در

شتاب دهنده ها آسان است اما براى اینکه این واکنش خودنگهدار باشد، به دمایى حدود ۱۰۸ کلوین نیاز است. (دماى سطح خورشید شش هزار کلوین است.) چنین وضعیتى تنها در حالت پلاسمایى ماده پیش مى آید که در آن هسته ها و الکترون ها از هم جدا هستند. پژوهش ها به روى گداخت هسته اى همچنان ادامه دارد و قرار است در رآکتور Iter در فرانسه براى نخستین بار چنین فرآیند خود نگهدارى اى ایجاد شود. اما شاید رسیدن به این هدف چند دهه طول بکشد.

نگاهى به آمار تولید سلاح هاى هسته اى در کشورهاى مختلف

جهان همچون یک زرادخانه

سلاح هاى هسته اى، پس از گذشت سال ها از اختراعشان همچنان به عنوان قوى ترین نیروى موجود باقى ماندند. این سلا ح ها را مى توان با استفاده از پلوتونیوم یا اورانیوم غنى شده (بالاى ۲۰ درصد از U238) تهیه کرد. اغلب سلاح هاى هسته اى با تلفیق شکافت و همجوشى عمل مى کنند، یعنى واکنش هسته اى اولیه که در هسته اى از جنس اورانیوم یا پلوتونیوم انجام مى شود واکنش همجوشى عنصرهاى سبک تر را آغاز مى کند. اولین سلاح هاى هسته اى به وسیله ایالات متحده آمریکا ساخته شد که قدرت تخریبى آن معادل ۱۰ تا ۲۰ کیلوتن TNT بود، در حالى که اغلب سلاح هاى هسته اى پیشرفته امروزى قدرت تخریبى بین ۱۰۰ تا ۵۰۰ کیلو تن دارند. طبق برآوردها در مجموع ۲۷۶۰۰ سلاح هسته اى در سراسر جهان وجود دارد.
آمریکا: این کشور حداقل ده هزار سلاح هسته اى دارد اما تصمیم دارد تا سال ۲۰۱۲ این تعداد را به نصف کاهش دهد. آمریکا آخرین مورد از ۱۰۳۰ آزمایش هسته اى خود را در ۲۳ سپتامبر ۱۹۹۲ انجام داد. دولت آمریکا در نظر دارد در مورد طرح هاى سلاح هاى هسته اى پیشرفته تر پژوهش هایى انجام دهد، هر چند که چنین سلاح هایى هم اکنون تولید نمى شود. آمریکا پیمان جامع منع آزمایش سلاح هاى هسته اى (CTBT) را امضا کرده است، اما به مرحله اجرا درنیاورده است. عمده سلاح هاى هسته اى این کشور در زیردریایى هاى Trdent نصب شده است، باقى سلاح ها نیز روى موشک هاى بالستیک قاره پیما یا بمب افکن هاى B-52 و B-2 نصب شده است.
روسیه: این کشور بیش از ۱۶ هزار سلاح هسته اى کامل دارد. اتحاد شوروى سابق بین ۱۹۴۹ و ۱۹۹۰ ، ۷۱۵ بار سلاح هاى هسته اى را آزمایش کرد. روسیه مجتمع هاى هسته اى

عظیمى دارد که از جمله آنها مى توان به ده شهرک سرى هسته اى سابق اشاره کرد که داراى صدها تن از مواد هسته اى است که در شرایط امنیتى ناکافى نگهدارى مى شود. روسیه از مقدار تجهیزات و سلاح هاى هسته اى خود به شدت کاسته است و بسیارى از سیستم هاى قدیمى این کشور به پایان دوره خدمت رسانى خود نزدیک مى شوند. این کشور CTBT را امضا

کرده و به مرحله اجرا گذاشته است. روسیه به تلاش هاى خود براى گسترش تجهیزات هسته اى «ورود مجدد» – این گونه سلاح ها از برترین نوع موشک هاى دوربرد هستند که سلاح هسته اى را به اهداف خود مى رسانند _ ادامه مى دهد. این تجهیزات ورود مجدد به گونه اى طراح

ى مى شوند که در آخرین مرحله پرواز مانورهایى انجام دهند و مانع تلاش ایالات متحده براى گسترش دفاع موثر در مقابل موشک هاى بالستیک شود.
چین: این کشور ۴۰۰ سلاح هسته اى و انواع مختلفى از سکوهاى پرتاب دارد (به طور

عمده موشک هاى کوتاه برد و میان برد) و به طور آهسته اما استوارى تلاش هایى را براى نوسازى این سلاح ها انجام مى دهد. این کشور بین سال هاى ۱۹۶۴ و ۱۹۹۶ ، ۴۵ بار آزمایش سلاح هسته اى انجام داد. چین CTBT را امضا کرد، اما هنوز اجرا نکرده است. این کشور به تلاش هاى خود براى توسعه موشک هاى دوربرد قابل اطمینان ادامه مى دهد و گمان مى رود در جست وجوى سیستم هایى است که آسیب پذیرى کمترى نسبت به حمله پیشگامانه سایر قدرت هاى هسته اى داشته باشد. شواهد قاطعى مبنى بر آنکه چین درصدد دستیابى به انواع جدید سلاح است وجود ندارد، اما این کشور هیچ محدودیتى را هم براى دانشمندان خود براى توقف فعالیت هایشان قائل نشده است.
فرانسه: این کشور حدود ۳۵۰ سلاح هسته اى را روى ۸۴ هواپیماى حامل سلاح هسته اى و چهار زیردریایى نصب کرده است. از این چهار زیردریایى، سه تا مى توانند هر کدام ۱۶ موشک را حمل کنند. این کشور حدود ۶۰ سلاح هسته اى دارد که روى هواپیما نصب مى شود. فرانسه بین سال هاى ۱۹۶۰ تا ۱۹۹۶ ، ۲۱۰ بار سلاح هسته اى را آزمایش کرده است. این کشور بین ۱۹۶۰ تا ۱۹۹۲ حدود ۱۱۱۰ سلاح هسته اى تولید کرد. این کشور CTBT را امضا کرده و به اجرا گذاشته است. فرانسه در نظر دارد سیستم هاى موشکى حامل سلاح هسته اى را که پیشرفته ترند جانشین موشک هاى بالستیک نصب شده در زیر دریایى ها کند، که لازمه این کار آن است موشک هاى جدید را به سلاح هاى هسته اى موجود مجهز کند. هیچ تلاشى براى توسعه سلاح هاى هسته اى جدید در این کشور مشاهده نشده است.
انگلستان: هم اکنون این کشور چهار زیردریایى حامل موشک بالستیک مجهز به سلاح هسته اى دارد. هر کدام از این زیردریایى ها را مى توان با ۱۶ موشک TridentII و در مجموع به ۴۸ سلاح هسته اى مجهز کرد. این کشور بین سال هاى ۱۹۵۲ و ۱۹۹۲ حدود ۸۳۴ سلاح هسته اى تولید کرد. انگلستان تاکنون ۴۴ بار سلاح هاى هسته اى را امتحان کرده است که اولین آنها در ۳۰ اکتبر ۱۹۵۲ و آخرى آنها در ۲۶ نوامبر ۱۹۹۱ بوده است. این کشور CTBT را امضا و اجرا کرده است. انگلستان به تجهیزات آزمایش هسته اى آمریکا وابسته است و قادر به آزم

ایش یا تایید تجهیزات هیچ گونه سلاحى نیست، مگر آنکه آمریکا آزمایش سلاح هاى خود را از سر بگیرد.
اسرائیل: گمان مى رود این کشور مقدار کافى مواد هسته اى براى تولید ۱۰۰ تا ۱۷۰ سلاح هسته اى را در اختیار داشته باشد. اسرائیل تاکنون به داشتن سلاح هسته اى

اقرار نکرده است اما هیچ شک و شبهه اى وجود ندارد که این کشور داراى سلاح هسته اى است. تعداد دقیق سلاح هاى هسته اى اسرائیل مشخص نیست، اما به احتمال زیاد تعداد آن به آنچه که تخمین مى زنند بسیار نزدیک است. احتمالاً اسرائیل در مجموع ۵۳۰ تا ۶۸۴ کیلوگرم پلوتونیوم قابل استفاده در سلاح هسته اى را از زمان آغاز به کار رآکتور تحقیقاتى دیمونا در سال ۱۹۶۴ تولید کرده است. اسرائیل توانست با جداسازى پلوتونیوم میله سوخت رآکتور در پایان سال ۱۹۶۶ یا ۱۹۶۷ اولین سلاح هسته اى خود را بسازد و به این ترتیب ششمین کشورى بود که موفق به انجام چنین کارى شد. این کشور مى تواند سلاح هاى هسته اى را به وسیله هواپیما، موشک هاى بالستیک، کشتى و موشک هاى کروزى که از زیردریایى پرتاب مى شود، حمل کند. اسرائیل به احتمال بسیار در جست وجوى طرح هاى پیشرفته تر سلاح هاى هسته اى است اما جزئیات فعالیت آنان آشکار نشده است.
هند: این کشور امکان انتقال و توزیع تعداد کمى از سلاح هاى هسته اى را در چند روز یا چند هفته دارد و به نظر مى رسد هواپیماهاى جنگنده بمب افکن آن محتمل ترین وسیله حمل این سلاح ها باشند. هند احتمالاً آن قدر پلوتونیوم قابل استفاده در سلاح هسته اى دارد که بتواند با آنها ۷۵ تا ۱۱۰ سلاح تهیه کند، با این همه از تعداد واقعى سلاح هاى تولید شده در این کشور اطلاعاتى در دست نیست. این کشور در سال ۱۹۷۴ یک سلاح هسته اى را آزمایش کرد و پنج آزمایش دیگر را در مه ۱۹۹۸ انجام داد. از آن زمان تاکنون روند برنامه هاى تسلیحاتى هند متعادل تر شده است. این کشور به تولید مواد هسته اى براى استفاده در سلاح ادامه مى دهد، اما تاکنون رسماً اعلام نکرده است که چند سلاح تولید کرده یا تصمیم به تولید چه تعداد سلاح دارد. هند عضو پیمان عدم گسترش سلاح هسته اى (NPT) نیست و CTBT را نیز امضا نکرده است. به احتمال بسیار دانشمندان هندى در جست وجوى طرح هاى پیشرفته ترى براى سلاح هاى هسته اى اند و به محض آنکه مجوز را دریافت کنند، مى توانند این سلاح ها را امتحان کنند.
پاکستان: این کشور از امکانات لازم براى حمل و توزیع تعداد ک

مى سلاح هسته اى در چند روز یا چند هفته برخوردار است. پاکستان مى تواند تا پایان سال ۲۰۰۵ مقدار کافى اورانیوم قابل استفاده در سلاح هسته اى را تولید کند که مى تواند از آنها ۵۰ تا ۱۱۰ سلاح هسته اى بسازد. طبق گزارش هاى رسیده، سلاح هاى هسته اى این کشور در بخش هاى مختلف نگهدارى مى شود و بخش مرکزى شکافت پذیر این

بمب ها جدا از سایر مواد منفجره غیرهسته اى نگهدارى مى شود. هر چند که مکان دقیق نگهدارى این تجهیزات عموماً ناشناخته است. پاکستان هم مثل هند، از امضاى NPT خوددارى کرده است. با این همه این کشور CTBT را امضا کرده است، اما از اجراى آن خوددارى مى کند. به احتمال بسیار دانشمندان پاکستانى سرگرم یافتن طرح هاى پیش سلاح ها مى پردازند.
کره شمالى: این کشور برنامه پیشرفته اى براى تولید سلاح هاى هسته اى دارد و به احتمال زیاد پیش از این توانسته است مقدار کافى پلوتونیوم را براى ساخت ۹ سلاح هسته اى تولید کند. معلوم نیست که این کشور چه تعداد از این سلاح ها را ساخته است. سازمان هاى جاسوسى آمریکا مى گویند: «کره شمالى در اواسط دهه ۱۹۹۰ یک یا احتمالاً دو سلاح هسته اى تولید کرده است.»
اما شاید این حدس و گمان بر اظهارات این کشور در مورد قصد یا امکانات آنها باشد و این احتمال هم وجود دارد که هیچ شاهد مستقیمى در این باره وجود نداشته باشد. اطلاعات بسیار کمى از فعالیت هاى هسته اى کره شمالى وجود دارد، اما به احتمال زیاد این سلاح ها ساده و از نسل اول طرح سلاح هسته اى اند. از توانایى کره شمالى براى دستیابى به طرح هاى پیشرفته تر اطلاعى در دست نیست، با این همه بسیار محتمل است که این کشور در این مورد سرگرم پژوهش است.

چرخه سوخت هسته اى چیست؟

اورانیومى که از زمین استخراج مى شود، بلافاصله قابل استفاده در نیروگاه هاى تولید انرژى نیست. براى آنکه بتوان بیشترین بازده را از اورانیوم به دست آورد، فرآیندهاى مختلفى روى سنگ معدن اورانیوم صورت مى گیرد تا غلظت ایزوتوپ U235 که قابل شکافت است، افزایش یابد. چرخه سوخت اورانیوم نسبت به سوخت هاى رایج دیگر، از جمله زغال سنگ، نفت و گاز طبیعى به مراتب پیچیده تر و متمایزتر است. چرخه سوخت اورانیوم را چرخه سوخت هسته اى نیز مى گویند. چرخه سوخت هسته اى از دو بخش انتهاى جلویى و انتهاى عقبى Front end) و (Back end تشکیل شده است. انتهاى جلویى چرخه، مراحلى است که منجر به آماده سازى اورانیوم به عنوان سوخت رآکتور هسته اى مى شود و شامل استخراج از معدن، آسیاب کردن، تبدیل، غنى سازى و تولید سوخت است. هنگامى که اورانیوم به عنوان سوخت مصرف شد و انرژى از آن به دست آمد، انتهاى عقبى چرخه آغاز مى شود تا ضایعات هسته اى به انسان و محیط زیست آسیبى نرسانند. این بخش عقبى شامل انباردارى موقتى، بازفرآورى کردن و انبار نهایى است.

• اکتشاف و استخراج

 

ذخایر طبیعى اورانیوم، سنگ معدن اورانیوم است که بر اساس مقدار قابل استحصال از معدن محاسبه مى شود. با تکنیک ها و روش هاى زمین شناسى، معدن اورانیوم شناسایى مى شود و نمونه هایى از سنگ معدن به آزمایشگاه فرستاده مى شود. در آنجا، محلولى از سنگ معدن تهیه مى کنند و اورانیوم ته نشین شده را مورد بررسى قرار مى دهند تا بفهمند چه مقدار اورانیوم را مى توان از آن معدن استخراج کرد و چقدر هزینه مى برد. اورانیوم موجود در طبیعت معمولاً از دو ایزوتوپ U235 و U238 تشکیل مى شود که فراوانى آنها به ترتیب ۷۱/۰ درصد و ۲۸/۹۹ درصد است. هنگامى که معدن شناسایى شد، به سه روش مى توان اورانیوم ر

ا استخراج کرد. استخراج از سطح زمین، استخراج از معادن زیرزمینى و تصفیه در معدن. دو روش نخست همانند دیگر روش هاى استخراج فلزات هستند ولى در روش سوم که در ایالات متحده استفاده مى شود، سنگ معدن در خود معدن تصفیه مى شود و اورانیوم به دست مى آید. سنگ معدن اورانیوم معمولاً از اکسید اورانیوم (U3O8) تشکیل شده است و غلظت آن در سنگ معدن بین ۰۵/۰ تا ۳/۰ درصد تغییر مى کند. البته این تنها منبع اورانیوم نیست. اورانیوم در برخى معادن فسفات با منشاء دریایى نیز وجود دارد که البته فراوانى بسیار کمى دارد، به طورى که حداکثر به ۲۰۰ ذره در یک میلیون ذره مى رسد. از آنجایى که این معادن فسفات مقادیر انبوهى تولید دارند، مى توان اورانیوم را با قیمت معقولى استحصال کرد.

• آسیاب کردن

پس از استخراج سنگ معدن، تکه سنگ ها به آسیاب فرستاده مى شود تا خوب خرد شده، خرده سنگ هایى با ابعاد یکسان تولید شود. اورانیوم توسط اسید سولفوریک از دیگر اتم ها جدا مى شود، محلول غنى شده از اورانیوم تصفیه و خشک مى شود. محصول به

دست آمده، کنسانتره جامد اورانیوم است که کیک زرد نامیده مى شود.

• تبدیل

کیک زرد جامد است، ولى مرحله بعد (غنى سازى) از تکنولوژى بخصوصى بهره مى برد که نیازمند حالت گازى است. بنابراین کنسانتره اکسید اورانیوم جامد طى فرآیندى شیمیایى به هگزافلوراید اورانیوم (UF6) تبدیل مى شود. UF6 در دماى اتاق جامد است، ولى د

ر دمایى نه چندان بالا به گاز تبدیل مى شود.

• غنى سازى

براى ادامه یک واکنش زنجیره اى هسته اى در قلب یک رآکتور آب سبک، غلظت طبیعى اورانیوم ۲۳۵ بسیار اندک است. براى آنکه UF6 به دست آمده در مرحله تبدیل، به عنوان سوخت هسته اى مورد استفاده قرار گیرد، باید ایزوتوپ قابل شکافت آن را غنى کرد. البته سطح غنى سازى بسته به کاربرد سوخت هسته اى متفاوت است. براى یک رآکتور آب سبک، سوختى با ۵ درصد اورانیوم ۲۳۵ مورد نیاز است، درحالى که در یک بمب اتمى، سوخت هسته اى باید حداقل ۹۰ درصد غنى شده باشد. غنى سازى با استفاده از یک یا چند روش جداسازى ایزوتوپ هاى سنگین و سبک صورت مى گیرد. در حال حاضر، دو روش رایج براى غنى سازى اورانیوم وجود دارد که عبارتند از انتشار گاز و سانتریفوژ گاز. در روش انتشار گازى (دیفیوژن)، گاز طبیعى UF6 با فشار بالا از یک سرى سدهاى انتشارى عبور مى کند. این سد ها که غشاهاى نیمه تراوا هستند، اتم هاى سبک تر را با سرعت بیشترى عبور مى دهند. در نتیجه ۲۳۵UF6 سریع تر از ۲۳۸UF6 عبور مى کند. با تکرار این فرآیند در مراحل مختلف، گازى نهایى به دست مى آید که غلظت U235 بیشترى دارد. مهم ترین عیب این روش این است که جداسازى ایزوتوپ هاى سبک در هر مرحله نرخ نسبتاً پایینى دارد، لذا براى رسیدن به سطح غنى سازى مطلوب باید این فرآیند را به دفعات زیادى تکرار کرد که این خود نیازمند امکانات زیاد و مصرف بالاى انرژى الکتریکى است و بالتبع هزینه عملیات نیز بسیار افزایش خواهد یافت. در روش سانتریفوژ گاز، گاز UF6 را به مخزن هایى استوانه اى تزریق مى کنند و گاز را با سرعت بسیار زیادى مى چرخانند. نیروى گریز از مرکز موجب مى شود ۲۳۵Uf6 که اندکى از ۲۳۸UF6 سبک تر است، از مولکول سنگین تر جدا شود. این فرآیند در مجموعه اى از مخزن ها صورت مى گیرد و در نهایت، اورانیوم با سطحى غنى شده مطلوب به دست مى آید. هر چند روش سانتریفوژ گازى نیازمند تجهیزات گرانقیمتى است، هزینه انرژى آن نسبت به روش قبلى کمتر است. امروزه فناورى هاى غنى سازى جدیدى نیز توسعه یافته است که همگى بر پایه استفاده از لیزر پیشرفت کرده اند. این روش ها که روش جداسازى ایزوتوپ با لیزر بخار اتمى (AVLIS) و جداسازى ایزوتوپ با لیزر مولکولى (MLIS) نام دارند، مى توانند مواد خام بیشترى را در هر مرحله غنى کنند و سطح غنى سازى آنها نیز بالاتر است.

• ساخت میله هاى سوخت

تولید میله سوخت، آخرین مرحله انتهاى جلویى در چرخه سوخت هسته اى است. اورانیوم غنى شده که هنوز به شکل UF6 است، باید به پودر دى اکسید اورانیوم (۲ UO) تبدیل شود تا به عنوان سوخت هسته اى قابل استفاده باشد، پودر ۲ UOسپس فش

رده مى شود و به شکل قرص درمى آید. قرص ها در معرض حرارت با دماى بالا قرار مى گیرند تا به قرص هاى سرامیکى سخت تبدیل شوند. پس از طى چند فرآیند فیزیکى، قرص هایى سرامیکى با ابعاد یکسان حاصل مى شود. حال، متناسب با طراحى رآکتور و نوع سوخت مورد نیاز، این قرص هاى کوچک را دسته دسته کرده و در لوله اى بخصوص قرار مى دهند. این لوله از آلیاژ بخصوصى ساخته شده است که در برابر خوردگى بسیار مقاوم است و در عین حال از رسانایى حرارتى بسیار بالایى برخوردار است. حال میله سوخت آماده شده است و براى استفاده در رآکتور به نیروگاه فرستاده مى شود.
• انتهاى عقبى چرخه سوخت هسته اى: مدیریت زباله هاى هس

ته اى
در نیروگاه هسته اى هم مثل دیگر فعالیت هاى بشرى، ضایعاتى تولید مى شود که به دلیل حساسیت مضاعف زباله هاى رادیواکتیو، مدیریت این ضایعات باید تحت قوانین و محدودیت هاى خاصى صورت بگیرد. در هر هشت مگاوات ساعت انرژى الکتریکى

تولید شده در نیروگاه هسته اى، ۳۰ گرم زباله رادیواکتیو به وجود مى آید. براى تولید همین مقدار برق با استفاده از زغال سنگ پرکیفیت، هشت هزار کیلوگرم دى اکسید کربن تولید مى شود که در دما و فشار جو، ۳ استخر المپیک را پر مى کند. مى بینید حجم زباله هاى رادیواکتیو بسیار کمتر است، ولى خطر آنها به مراتب بیشتر است و مراقبت از آنها ضرورى تر و دشوارتر. زباله هاى رادیواکتیو بر اساس مقدار و نوع ماده رادیواکتیو به ۳ گروه تقسیم مى شوند:

الف _ سطح پایین: لباس هاى حفاظتى، لوازم، تجهیزات و فیلترهایى که حاوى مواد رادیواکتیو با عمر کوتاه هستند. اینها نیازى به پوشش حفاظتى ندارند و معمولاً فشرده شده یا آتش زده مى شوند و در چاله هاى کم عمق دفن شده و انبار مى شوند.

ب- سطح متوسط: رزین ها، پسمانده هاى شیمیایى، پوشش میله سوخت و مواد نیروگاه هاى برق هسته اى جزء زباله هاى سطح متوسط طبقه بندى مى شوند. اینها عموماً عمر کوتاهى دارند، ولى نیاز به پوشش محافظ دارند. این زباله ها را مى توان درون بتن قرار داد و در مخزن زباله ها گذاشت.
ج _ سطح بالا: همان سوخت مصرف شده رآکتورها است و نیاز به پوشش حفاظتى و سردسازى دارند. مراحل مدیریت این ضایعات عبارتند از:

• انباردارى موقتى

سوخت مصرف شده که از رآکتور خارج مى شود، بسیار داغ و رادیواکتیو است و تشعشع و یون هاى فراوانى را مى تاباند. از این رو باید هم آن را سرد کرد و هم از تابیدن پرتوهاى رادیواکتیو آن به محیط جلوگیرى کرد. در کنار هر رآکتور، استخرهایى براى ا

نبار کردن سوخت مصرف شده وجود دارد. این استخرها، مخزن هایى بتنى مسلح به لایه هاى فولاد زنگ نزن هستند که ۸ متر عمق دارند و پر از آب هستند. آب هم میله هاى سوخت مصرف نشده را خنک مى کند و هم به عنوان پوشش حفاظتى در برابر تابش رادیواکتیو عمل مى کند. به مرور زمان، شدت گرما و تابش رادیواکتیو کاهش مى یابد،

به طورى که پس از چهل سال، به یک هزارم مقدار اولیه (زمانى که از رآکتور خارج شده بود) مى رسد.

• بازفرآورى و انبار نهایى

۳ درصد سوخت مصرف شده در یک رآکتور آب سبک را ضایعات بسیار خطرناک رادیواکتیو تشکیل مى دهد، ولى بقیه آن حاوى مقادیر قابل توجهى U-235،Pu-239 وU-238 و دیگر مواد رادیواکتیو است. این مواد را مى توان با روش هاى شیمیایى از یکدیگر جدا کرد و اگر شرایط اقتصادى و قوانین حقوقى اجازه دهد، مى توان سوخت مصرف شده را براى تهیه سوخت هسته اى جدید بازیافت کرد. کارخانه هایى در فرانسه و انگلستان وجود دارند که مرحله بازفرآورى سوخت نیروگاه هاى کشورهاى اروپایى و ژاپن را انجام مى دهند. البته این کار در ایالات متحده ممنوع است. رایج ترین شیوه بازفرآورى PUREX نام دارد که مخفف عبارت جداسازى اورانیوم و پلوتونیوم است. ابتدا میله هاى سوختى را از یکدیگر جدا مى کنند و در اسید نیتریک حل مى کنند، سپس با استفاده از مخلوطى از فسفات ترى بوتیل و یک حلال هیدروکربن، اورانیوم و پلوتونیوم مصرف نشده را جدا مى کنند و به عنوان سوخت جدید به مراحل تهیه سوخت مى فرستند. ضایعات هسته اى سطح بالا را پس از جداسازى، حرارت مى دهند تا به پودر تبدیل شود. پس از این فرآیند که آهى کردن خوانده مى شود، پودر را با شیشه مخلوط مى کنند تا ضایعات را در محفظه اى محبوس کند. این فرآیند شیشه سازى نام دارد. شیشه مایع براى ذخیره سازى درون محفظه هایى از جنس فولاد ضدزنگ قرار مى گیرند و این محفظه ها را در منطقه اى پایدار (از نظر جغرافیایى) انبار مى کنند. پس از یک هزار سال، شدت تابش هاى رادیواکتیو ضایعات هسته اى به مقدار طبیعى کاهش پیدا مى کند. این نقطه تا به امروز، انتهاى چرخه سوخت هسته اى است.

آشنایى با اجزاى رآکتورهاى هسته اى

در حالى که تولید انرژى با استفاده از سوخت هاى فسیلى در جهان روزبه روز گران تر مى شود، برق هسته اى که در نیروگاه هاى هسته اى و با استفاده از واکنش شکافت هسته اى تولید مى شود، منبع بسیار خوبى براى تولید انرژى و جایگزینى آن با برق فسیلى به شمار مى رود. تولید برق به روش هسته اى ضمن آنکه پایان ناپذیر است، گازهاى گلخانه اى هم تولید نمى کند. تنها مشکل آن، زباله هاى هسته اى هستند که در صورتى که از آنها درست محافظت شود، عملاً هیچ ضررى براى محیط زیست ندارند.

• رآکتورهاى شکافت

 

در اثر شکافت هسته هاى سنگین مثل اورانیوم و تبدیل آن به هسته هاى سبک تر و اشعه آلفا یا بتا و نوترون، مقدارى انرژى جنبشى هم آزاد مى شود. اگر جرم محصولات شکافت را از جرم ماده اولیه کم کنیم مقدار ناچیزى باقى مى ماند. این مقدار ناچیز طبق معادله معروف اینشتین E=mc2 تبدیل به انرژى جنبشى مى شود. گرماى تولید شده توسط شک

افت، در قلب رآکتور توسط میله هایى کنترل مى شود. نوترون ها تحریک کننده شکافت هستند.
با قرار دادن جذب کننده هاى نوترونى بین اورانیوم مى توان میزان فرآیند شکافت و سرعت آن و در نتیجه شدت گرماى تولیدشده را کنترل کرد. گرماى حاصل توسط آب به بیرون از رآکتور منتقل مى شود. دماى آب درون چرخه تحت فشار، گاهى به چندین برابر نقطه جوش مى رسد. در بیرون از رآکتور این گرما آب موجود در منبع دیگر را بخار مى کند و بخار آب تولید شده، با انرژى زیادى که دارد، توربین هاى بخار را به حرکت درمى آورد و برق تولید مى شود.

• قلب رآکتور

فرآیند شکافت معمولاً نوترون هاى سریع تولید مى کند. اما براى اینکه یک هسته اورانیوم شکافته شود، به یک نوترون کند نیاز است. براى این کار از کندکننده هاى نوترونى استفاده مى شود. گرافیت و آب سنگین، توان این کار را دارند.

• واکنش زنجیره اى

یک نوترون کند، اورانیوم را مى شکافد حاصل علاوه بر هسته هاى کوچک تر تعدادى نوترون است که خود هسته هاى اورانیوم دیگر را مى شکافد. به این فرآیند واکنش زنجیره اى مى گویند که اساس کار رآکتور است.

• نخستین رآکتورهاى هسته اى

فرمى و زیلارد نخستین کسانى بودند که توانستند یک واکنش زنجیره اى کامل را در یک رآکتور هسته اى انجام دهند. آنها در دهه ۱۹۴۰ که بر روى پروژه ساخت بمب هسته اى براى ایالات متحده (منهتن) کار مى کردند، در دانشگاه شیکاگو و در آزمایشگاه شان این کار را انجام دادند. اما در سال ۱۹۵۵ که ایده اقتصادى شدن انرژى هسته اى رواج یافت، آنها این کشف را در اداره اختراعات و اکتشافات ایالات متحده ثبت کردند.

 

رآکتورها از لحاظ سرعت عمل شان به دو دسته تقسیم مى شوند:

0- رآکتورهاى گرمایى: که سرعت کمى دارند و فرآیند شکافت و تولید گرما در آنها به آرامى انجام مى شود. اکثر این رآکتورها استفاده صلح آمیز دارند.

۲- رآکتورهاى سریع: هدف اصلى این رآکتورها تولید سوخت لازم براى سلاح هاى هسته اى است. پلوتونیوم و اورانیوم ۲۳۵ از محصولات این رآکتورها هستند.

بمب هاى هسته اى

•چرا اورانیوم و پلوتونیوم؟

ایزوتوپ معمول اورانیوم (اورانیوم ۲۳۸) براى ساخت سلاح اتمى مناسب نیست. چرا که با شلیک نوترونى به هسته این ایزوتوپ، احتمال به دام افتادن نوترون و تشکیل اورانیوم ۲۳۹ از احتمال شکافت هسته اى بسیار بیشتر است. درحالى که در اورانیوم ۲۳۵ امکان شکافت 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 که از لحاظ شیمیایى یکسانند. بنابراین دانشمندان پروژه منهتن قبل از ساختن بمب باید مسئله دیگرى را حل مى کردند؛ جداسازى ایزوتوپ هاى اورانیوم به روش هاى غیرشیمیایى. پژوهش ها همچنین نشان مى داد که پلوتونیوم ۲۳۹ قابلیت شکافت هسته اى بالایى دارد. گرچه پلوتونیوم ۲۳۹ یک عنصر طبیعى نیست و باید ساخته شود. رآکتورهاى هنفورد در واشینگتن به همین منظور ساخته شده اند.

• «پسربچه»:(Little boy) یک بمب شلیکى

 

طرح «پسربچه» شامل تفنگى است که توده اى از اورانیوم ۲۳۵ را به سمت توده دیگرى از این ایزوتوپ شلیک مى کند. به این ترتیب یک جرم فوق بحرانى تولید مى شود. نکته اساسى که حتماً باید رعایت شود این است که این توده ها باید در زمانى کوتاه تر از حدفاصل بین شکافت هاى خود به خودى در کنار هم نگه داشته شوند. به محض اینکه دو توده اورانیوم در کنار هم قرار گرفتند، ناگهان چاشنى توده اى از نوترون ها را تولید مى کند و زنجیره واکنش ها آغاز مى شود. با ادامه این زنجیره، انرژى مدام افزایش مى یابد تا بمب به سادگى و خودبه خود منفجر شود.

۱- 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

(منعکس کننده نوترون درست این بالا است)

۱۲- میله هاى کنترل فاصله

۱۳- فیوزها

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

 

شکافت خودبه خودى پلوتونیوم ۲۳۹ آنقدر سریع است که بمب تفنگى (پسربچه) نمى تواند دو توده پلوتونیوم را در زمانى کوتاه تر از حد فاصل شکافت ها کنار هم نگه دارد. بنابراین براى پلوتونیوم باید نوع دیگرى از بمب طراحى شود. قبل از سوارکردن بمب، چند نوترون سرگردان رها مى شوند تا زنجیره واکنش پیش رس را آغاز کنند. این زنجیره موجب کاهش عظیم انرژى منتشر شده مى شود. «ست ندرمى یر» (دانشمندى از لس آلاموس) ایده استفاده از چاشنى هاى انفجارى را براى کمپرس بسیار سریع کره پلوتونیوم مطرح کرد و بسط داد. با این روش کره پلوتونیوم به چگالى مناسب بحرانى مى رسد و انفجار هسته اى رخ مى دهد.

۱- :AN 219 فیوز تخریب

۲- :Archie آنتن رادار

۳- صفحه باترى ها

۴- واحد :Xسیستم جرقه زن کنار 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 کالیفرنیا دنباله (آلومینیوم)

۹- حفاظ دور، قطر داخلى cm ۱۴۰

۱۰- مخروط هایى که کل کره را در بر مى گیرند

۱۱- لنزهاى انفجارى

۱۲- ماده هسته اى

۱۳- صفحه رادارها، سوئیچ هاى هوا و تایمرها

 

۱۴- جمع کننده لوله هوا

• بمب انفجار داخلى: بمب کثیف

انفجار درونى که در واقع عکس انفجار بیرونى است ماده و انرژى را چگال و متمرکز مى کند. ویرانى ساختمان بر اثر انفجار بیرونى باعث مى شود که ساختم

ان روى خودش آوار شود. اصطلاحاً گفته مى شود که «ساختمان از درون منفجر شده است.» انفجار درونى، آوار شدن از داخل است. درست مقابل انفجار بیرونى، یک کره توخالى پلوتونیوم مى تواند با چاشنى کروى انفجارى خارجى، از درون منفجر شده و به عنوان ماشه یک بمب شکافت هسته اى به کار رود. این بمب هم به نوبه خود مى تواند یک ماشه انفجار داخلى براى یک جور هم جوشى باشد. در بحث کاویتاسیون انفجار درونى یک فرآیند مکثى است که ذرات را مجبور به حرکت به سمت داخل مى کند (نه حرکت به سمت خارج که مربوط به انفجار بیرونى است) این حرکت مرکزگراى درونى، از یک مسیر مستقیم به سمت مرکز (مسیر شعاعى) پیروى نمى کند، بلکه با چرخش روى یک مسیر مارپیچى حرکتش را انجام مى دهد. این حرکت چرخشى ورتکس نام دارد. در کاویتاسیون به خاطر فشار کم، حباب هاى کوچکى از بخار آب در یک سمت پروانه تشکیل مى شود. با تخریب این حباب ها، موج هاى ناگهانى محلى شدیدى به و

 

جود مى آید که سر و صدا تولید مى کند و منجر به شکست محلى در سطح پروانه مى شود. ادامه این روند سایش ماده را به دنبال دارد. مشخصه اصلى ورتکس این است که خارج آن کند و مرکز آن تند حرکت مى کند. در ورتکس، آب «از درون منفجر مى شود» ذرات معلقى که از آب سنگین ترند به مرکز جریان کشیده مى شوند، مقاومت اصطکاکى کاهش مى یابد و سرعت جریان زیاد مى شود.

مراحل انفجار داخلى

۱ ماده منفجر ه اى که ماده شکافت پذیر را در برگرفته است، مشتعل مى شود. ۲ یک موج ناگهانى تراکمى به سمت داخل شروع به حرکت مى کند. سرعت این موج ناگهانى از سرعت صوت بیشتر است و سبب افزایش قابل توجه شار مى رود. موج در یک لحظه به تمام نقاط روى سطح کروى ماده شکافت پذیر در هسته بمب حمله مى کند، فرآیند تراکم آغاز مى شود. ۳ با افزایش چگالى هسته، جرم به حالت بحرانى و سپس فوق بحرانى مى رود که در آن زنجیره واکنش ها به صورت نهایى زیاد مى شود. ۴ اکنون 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 واکنش ها همچنان ادامه مى یابد. تا زمانى که انرژى تولید شده در درون بمب به قدرى بزرگ شود که فشار درونى (ناشى از انرژى شکافت) به مقدارى بیش از فشار انفجار داخلى و ناشى از موج ناگهانى برسد.۶ با از هم جدا کردن بمب، انرژى منتشر شده در فرآیند شکافت، به اطراف انتقال مى یابد.

 

•بمب هیدروژنى

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

بمب نوترونى

بمب نوترونى یک بمب هیدروژنى است. بمب نوترونى به کلى با سایر سلاح هاى اتمى استاندارد تفاوت دارد. چرا که اثرهاى مهلک بمب که از تشعشعات مضر مى آید، به خاطر نوترون هایى است که خودش رها مى کند. این بمب همچنین به نام «سلاح تشعشع افزوده» (enhanced- radiation weapon) شناخته مى شود.اثرات تشعشع افزوده در بمب نوترونى بدین صورت است که آثار حرارتى و تخریبى این بمب نسبت به سایر سلاح هاى اتمى کمتر است. به همین دلیل ساختارهاى فیزیکى مثل ساختمان ها و مراکز صنعتى کمتر خسارت مى بینند و بمب بیشترین آسیب را به انسان وارد مى کند. از آنجا که اثرات تشعشع نوترون با افزایش فاصله به شدت کاهش مى یابد اثر بمب در مناطق نزدیک به آن و مراکز دور از آن به وضوح تفاوت دارد. این ویژگى کاملاً مطلوب کشورهاى عضو پیمان آتلانتیک شمالى (ناتو) است، چرا که آنها مى خواهند آمادگى نبرد در مناطق پرازدحام را داشته باشند درحالى که انواع دیگر انفجارهاى هسته اى، زندگى شهرى و دارایى ها را به خطر مى اندازند بمب نوترونى فقط با زنده ها سر و کار دارد.

نگاهى به مبانى و کاربردها
پزشکى هسته اى

 

نیم نگاه

پزشکى هسته اى بهتر از رادیو درمانى

تصویربردارى به طریق هسته اى و تزریق و خوردن داروهاى هسته اى به هیچ وجه براى بدن مضر نیست. مواد رادیواکتیوى که در پزشکى هسته اى مورد

 

استفاده قرار مى گیرند نیمه عمر خیلى کوتاهى دارند و خیلى زود از بین مى روند. میزان پرتو تابش شده از این مواد پائین تر از اشعه X معمول و یا اشعه CT اسکن است و به راحتى از طریق ادرار یا کیسه صفرا حذف و دفع مى شود. در مقایسه رادیو درمانى (Radio Therapy) که با پزشکى هسته اى متفاوت است، با تابش پرتو هاى مختلف یونیزه مثل آلفا، بتا و گاما و اشعه X تمام سلول ها را تحت تاثیر قرار مى دهد.

پزشکى هسته اى شاخه اى از علم پزشکى است که در آن از مواد رادیواکتیو براى تشخیص و درمان بیمارى استفاده مى شود. مواد رادیواکتیو مورد استفاده یا رادیو ایزوتوپ هستند و یا داروهایى که با مواد رادیو ایزوتوپ نشاندار شده اند. داروى رادیواکتیو، در روش هاى تشخیصى مواد رادیواکتیو به بیمار تزریق مى شود و میزان اشعه تایید شده، از بیمار اندازه گیرى مى شود. اکثر روش هاى تشخیصى به کمک یک دوربین اشعه گاما، توانایى تشکیل تصویر را دارند. در موارد استفاده درمانى، مواد رادیواکتیو براى درمان مورد استفاده قرار مى گیرند مثل استفاده از ید (۱۳۱) که در درمان سمى شدن تیروئید و سرطان تیروئید مورد استفاده قرار مى گیرد.
روش هاى مختلف استفاده از داروهاى رادیواکتیو:

•تزریق درون رگى که در اسکن هاى مختلفى مورد استفاده قرار مى گیرد.

•تزریق زیر جلدى که معمولاً براى مطالعه سیستم لنفاوى کاربرد دارد.

•تنفسى که معمولاً براى مطالعه شش ها مورد استفاده قرار مى گیرد. در این روش از گاز کریپتون (۸۱) و یا ذرات هواى حاوى تکنتیوم (۹۹) استفاده مى شود.

•خوراکى که معمولاً براى شفاف کردن و متمایز کردن سیستم گوارشى به کار برده مى شود.

• کاربردهاى تشخیصى پزشکى هسته اى

در کلیه روش هاى تشخیصى، نحوه عملکرد صحیح اندام هاى بدن در مقایسه با یک فرد سالم مقایسه مى شود. اتصال رادیو ایزوتوپ ها به ماده یا عضو مورد نظر به تشخیص و شناسایى پرتوهاى تابش شده و اندازه گیرى آنها کمک مى کند. در پزشکى هسته اى براى تشخیص معمولاً از یک سرى از مواد رادیواکتیو استفاده مى شود که یا به صورت گاز هستند و یا مایع که به بدن تزریق مى شوند.

•مواد رادیواکتیو به فرم مایع:

Technetium(99)
ت(۱۳۱)یا Iodinت(۱۲۳)

Thallium(201)

Gallium(67)
• مواد رادیواکتیو به فرم گازى:

Xenon )133)

Krypton (81)

• تجهیزات لازم براى عکسبردارى

معمولاً پرتوهاى ساطع شده از ماده رادیواکتیو داخل بدن، توسط دوربین هاى گاما تشخیص داده مى شوند. به طور معمول، دوربین هاى گاما از آشکارساز گاما مثل یک کریستال فعال یدید سدیم که با یک سیستم تصویرى همراه است، تشکیل شده اند. دوربین هاى گاما از نحوه پراکنش تابش رادیواکتیو بر روى آشکارساز گاما تصویر را به وجود مى آورند.وضوح دوربین هاى گاما بین ۴ تا ۶ میلى متر است که مى تواند هزاران اشعه گاما را در ثانیه آشکار کند. دوربین گاما هر پرتو گاماى ساطع شده را در دو جهت محور

x و y آشکار مى کند و به این ترتیب تصویر را به وجود مى آورد.در پزشکى هسته اى معمولاً وضوح (dpi) هر تصویر به تعداد پرتوهاى گاماى آشکار شده در آن پیکسل، در واحد زمان گفته مى شود.اساس کار دستگاه ه

اى مختلف که از فیزیک هسته اى براى تصویربردارى استفاده مى کنند، ایجاد یک سرى تصویر از برش هاى مختلف بدن و از زاویه هاى متفاوت است که این تصاویر با یکدیگر ادغام شده و یک تصویر سه بعدى از محل مورد نظر ایجاد مى کنند.

• سى تى اسکن

Computed Tomography با نام CAT scan هم خانواده مى شود و روشى است که طى آن یک سرى تصاویر دوبعدى به دست آمده با اشعه X به تصاویر سه بعدى تبدیل مى شوند. کلمه tomo از واژه tomos به معنى برش گرفته شده است. سیستم CT اسکن در سال ۱۹۷۲ توسط گاد فرى نیوبلد هوزنفیلد از آزمایشگاه مرکزى EMI اختراع شد. آلن مک لئود کدمارک از دانشگاه تافت نیز به طور جداگانه اى همین روش را ابداع کرده بود. این دو نفر به طور مشترک برنده جایزه نوبل سال ۱۹۷۹ شدند. اولین نوع اسکنرها، در انجام اسکن از مغز محدودیت هایى داشتند و در آنها منبع اشعه X به صورت یک امتداد باریک مدادمانند بود که روى یک یا دو آشکارساز ثابت شده بود. منبع اشعه X و آشکارسازها در وضعیتى متناسب با یکدیگر قرار داشتند و در امتداد بدن بیمار حرکت مى کردند و طى این حرکت، چرخشى یک درجه اى نسبت به یکدیگر داشتند. در نسل دوم اسکنرها، تغییراتى در شکل منبع اشعه X و تعداد آشکارسازها به وجود آمد. منبع اشعه x به شکلى شبیه پنکه تغییر پیدا کرد و زمان اسکن به طور قابل ملاحظه اى کاهش یافت. در نسل سوم اسکنرها، تغییر اساسى در زمان اسکن به وجود آمد و امکان تشکیل تصویر نهایى همزمان با اسکن ایجاد شد. در این اسکنرها، منبع پنکه اى شکل اشعه X در امتداد ردیفى از آشکارسازها که در وضعیتى متناسب با منبع اشعه X قرار داشتند ثابت شده بود و سرعت اسکن از هر برش به ۱۰ ثانیه کاهش پیدا کرد.

در نسل چهارم اسکنرها، زمان اسکن نسبت به قبل تغییرى نکرد با این تفاوت که یک حلقه ۳۶۰ درجه از آشکارسازها دور بدن بیمار را فرامى گرفت و منبع اشعه x نیز در وضعیتى غیرمتناسب با آشکارسازها به دور بیمار مى چرخید. در حالت مدرن اسکنرها که واجد چندین آشکارساز و چند ردیف اسکنر هستند،

اسکن از قفسه سینه به مدت یک دم و بازدم زمان مى برد. در سال هاى اخیر توموگرافى در حد میکرومتر نیز قابل انجام است و میکروتوموگرافى خوانده مى شود ولى هنوز در مورد انسان مورد استفاده قرار نگرفته است.CT اسکن در پزشکى هسته اى به عنوان روشى تشخیصى کاربرد دارد. در برخى از موارد براى ایجاد تمایز بین بافت هاى مختلف از ید درون رگى استفاده مى شود. این حالت به وضوح بیشتر ساختارهایى مثل

رگ هاى خونى که ممکن است از بافت هاى اطراف متمایز نباشد، کمک مى کند. استفاده از این مواد در برخى موارد به بررسى نحوه عملکرد بعضى از اعضاى بدن نیز کمک مى کند. پیشرفت و فناورى CT اسکن باعث شده که دوز تابش اشعه X و زمان اسکن کاهش پیدا کند و اما هنوز هم دوز اشعه تابشى در این روش بسیار بالاتر از رادیوگرافى معمولى با اشعه X است.

اسکن جمجمه: تشخیص ضربه مغزى و خونریزى داخلى معمولى ترین دلیل براى اسکن از سر است. این اسکن بدون تزریق ماده حاجب انجام مى شود و خونریزى حالت متمایزترى خواهد داشت. براى تشخیص تومور نیز از این روش به همراه تزریق ماده حاجب استفاده مى شود که البته دقت MRI را ندارد. از CT اسکن سر و گردن و منطقه دهانى معمولاً براى آمادگى جراحى استخوان صورت و فک و گاهى تشخیص تومور یا کیست در ناحیه فک ها و سینوس ها و تیغه بینى استفاده مى شود.

اسکن قفسه سینه: CT اسکن بهترین روش براى تشخیص تغییر بافت شش ها به صورت حاد و یا مزمن است. به طور معمول براى تشخیص بیمارى هاى تنفسى مثل ذات الریه یا سرطان از CT اسکن بدون ماده حاجب استفاده مى شود.

اسکن قلب: اسکن از قلب معمولاً تا ۶۴ برش و وضوح خیلى بالا و سرعت بالا صورت مى گیرد که معمولاً هرگونه اختلال در عملکرد عروقى قلبى را مشخص مى کند.
به طور کلى هرگونه بیمارى را مى توان با CT اسکن از نقاط مختلف بدن تشخیص داد. معمول ترین موارد انجام CT اسکن در تشخیص سنگ هاى مثانه و کلیه، عفونت آپاندیس، عفونت پانکراس و عدم عملکرد کیسه صفرا است.

• MRI (Magnetic Resonance Imaging)

MRI روشى است که با استفاده از میزان آب معدنى متصل به مولکول ها، تصویرى از داخل بدن ایجاد مى کند. این روش معمولاً براى تشخیص هرگونه بیمارى یا اختلال در عملکرد ارگان ها مورد استفاده قرار مى گیرد.اسم اصلى این روش nuclean MRI است که کلمه هسته اى به علت بار منفى که روى بیمار ایجاد مى کند، به طور کلى حذف شده است. در علوم دیگر واژه NMR که استفاده از همین دستگاه در علوم غیرپزشکى است، هنوز استفاده مى شود. اساس کار MRI معمولاً براساس خصوصیات آزاد شدن اتم برانگیخته هیدروژن در مولکول آب است

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 11700 تومان در 52 صفحه
117,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد