بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
انرژی هسته ای صلح آمیز یا جنگ افروز
اسلاید 2 :
مقدمه
انواع انرژی: انرژی تجدید پذیر، انرژی تجدید ناپذیر
انرژی تجدید ناپذیر به دو دسته تقسیم می شوند:
الف) سوخت های فسیلی مانند نفت، گاز و ذغال سنگ
ب) سوخت های هستهای مانند سوخت اورانیم، توریم، پلوتونیم
مقایسه انرژی سوخت هسته ای و سوخت فسیلی
- برتری انرژی هسته ای با وجود خطر ها و محدودیت هایش به دلیل تولید نکردن گاز گلخانه ای
تولید غیر قابل مقایسه مقدار انرژی حاصل از سوخت های هسته ای (مقدار انرژی آزاد شده از شکافت یک کیلوگرم اورانیم 235 معادل انرژی حاصل از سوختن 10 تن ذغال سنگ است.)
- انرژي هسته اي بهترين منبع توليد انرژي الكتريكي (به عنوان انرژی پاک) است.
اسلاید 3 :
اورانیم (U)
- عنصری سنگین
- سمی
- فلزی
- رادیواکتیو
- براق به رنگ سفید مایل به نقره ای
- اورانیم خالص حدود 18/7 مرتبه از آب چگال تر است.
- کمی از فولاد نرم تر می باشد و تقریبا قابل انعطاف است.
- فلز اورانيم داراي خاصيت آتش زايي است و در درجه حرارت 200 تا 400 درجه سانتيگراد مي تواند در محيط نيتروژن و دي اكسيد كربن خود به خود آتش بگيرد.
- رسانای جریان الکتریسیته بوده و کمی خصلت پارا مغناطیس دارد.
- درصد فراوانی اين فلز 500 مرتبه بیشتر از طلا است.
اسلاید 4 :
فرآیند تولید انرژی هسته ای
مراحل اصلي چرخه سوخت هسته اي عبارتند از:
1) فرآوري سنگ معدن اورانيم (كشف و استخراج سنگ معدن اورانیم)
2) تهیه کيک زرد و تبديل آن به هگزا فلوئورید اورانیم
3) غني سازي اورانيم
4) توليد سوخت هسته اي
5) باز فرآوري سوخت مصرف شده
6) روش های پردازش و دفع ضایعات هسته ای
اسلاید 5 :
1) فرآوری سنگ معدن اورانیم
سنگ معدن اورانیم از معادن زیر زمینی و همچنین حفاری های روباز که دارای 3 درصد، است استخراج مي شود.
عنصر اورانيم در طبيعت به صورت تركيبات شيميايي مختلف از جمله اكسيد اورانيم، سيليكات اورانيم، فسفات اورانيم و به صورت مخلوط با تركيباتي از عناصر ديگر يافت مي شود.
در ميان كشور هاي مختلف جهان، استراليا داراي بزرگ ترين معادن اورانيم است و كشور هاي قزاقستان، كانادا، آفريقاي جنوبي، برزيل و روسيه نيز از معادن بزرگي برخوردارند.
معدن اورانيم ایران در ساغند يزد است و از عمق حدود 350 تا 400 متري سطح زمين سنگ معدن اورانيم بيرون آورده مي شود و تبديل به کيک زرد مي گردد.
اسلاید 6 :
ایزوتوپ های اورانیم
به طور ساده ایزوتوپ های یک عنصر عدد اتمی مشابه خود عنصر اما وزن اتمی متفاوتی دارند.
اورانیم را به سه دسته تقسیم می کنند:
اورانيم سنگين n=146 زمان نیمه عمر: سال
اورانيم نيمه سنگين n=143 زمان نیمه عمر: سال
اورانيم سبك n= 142 زمان نیمه عمر: سال
حدود 99/2 درصد از اورانیمی که در طبیعت یافت می شود ایزوتوپ 238 است و حدود 0/7 درصد ایزوتوپ 235 وجود دارد.
ایزوتوپ نوترون ها را برای تولید ایزوتوپ رادیواکتیو جذب کرده و آن را به ایزوتوپ پلوتونیم تجزیه می کند.
اسلاید 7 :
2) تهیه کيک زرد و تبديل آن به هگزا فلوئورید اورانیم
کیک زرد در واقع تركيب پرعيار اورانيمي كه قابل عرضه به بازار باشد را گويند.
قسمت بیشتر کیک زرد (معادل 70-90 درصد وزنی) شامل اکسید های اورانیم با فرمول شیمیایی و یا سایر اکسید ها است و مابقی آن از دیگر موادی تشکیل شده است که مهم ترین آنها عبارتند از:
- هیدروکسید اورانیم با فرمول شیمیایی یا که در صنایع شیشه و سرامیک از آن استفاده می شود. باید تحت شرایط خاصی نگهداری و حمل شود.
- سولفات اورانیم با فرمول شیمیایی که ماده ای بی بو با رنگ زرد لیمویی است.
- اکسید اورانیم زرد (اورانیت سدیم) با فرمول شیمیایی که ماده ای با رنگ زرد - نارنجی است.
- پراکسید اورانیم با فرمول شیمیایی با رنگ زرد کم رنگ.
در اين مرحله اورانيم هنوز داراي ناخالصي هايي می باشد كه توسط روش هاي مختلف از مقدار این ناخالصی ها كاسته شده و پس از طي فرآيند هاي شيميايي نسبتا پيچيده، از شكل معدني به تري اكسيد اورانيم و سپس دی اکسید اورانیم تبدیل می شود.
اسلاید 8 :
كيك زرد اولين قدم به سوي اورانيم غني شده است. اين پودر قبل از اين كه غني شود بايد به گاز هگزا فلوئورید اورانيم تبديل شود.
هگزا فلوئوريد اورانیم ترکیب اورانیمی است که برای دو فرایند غنی سازی نفوذ گاز و سانتریفیوژ استفاده می شود و در صنعت با نام ساده "هگز" شناخته مي شود. این ترکیب ماده شيميایي خورنده و رادیواکتیو است که بايد آن را با احتياط نگهداري و جا به جا کرد.
اسلاید 9 :
3) غني سازي اورانيم
به طور متوسط تعداد نوترون ها به ازاي هر 100 اتم شکسته شده 247 عدد است و اين نوترون ها اتم هاي ديگر را مي شکنند و اگر کنترلي در مهار کردن تعداد آنها نباشد واکنش شکست در داخل توده اورانيم به صورت زنجيرهاي انجام مي شود که در زماني بسيار کوتاه منجر به انفجار شديدي خواهد شد.
انرژي آزاد شده از هر شکافت حدود ژول است. در حالیکه توليد انرژي از منابع متعارف سوخت فسيلي که حاصل تشکيل يک مولکول دي اکسيد کربن هست ژول است.
اورانيم نيمه سنگين ، عنصر اصلي براي راه انداختن و ادامه يافتن چرخه سوخت در رآكتور اتمي است. اما مقدار طبيعي آن، يعني مقدار 0/7 درصد، كافي نيست و بايد غلظت اورانيم نيمه سنگين از این مقدار به پنج درصد افزايش يابد. عمليات مربوط به افزايش غلظت اورانيم نيمه سنگين از 0/7 درصد به پنج درصد را اصطلاحا، عمل غني سازي اورانيم مينامند.
اسلاید 10 :
انواع روش های غني سازي اورانيم
- روش فتويونيزاسيون و فتوديساسيون ليزري
- روش جدا سازي الکترو مغناطیسی
- روش سانتریفيوژ گازی
- روش جداسازي نازل
- روش نفوذ گازي
- استفاده از لیزر
- جدا سازی شیمیایی
- فرآیند جداسازی پلاسما
اسلاید 11 :
توليد سوخت هسته اي
سوخت رآكتور غالبا به شكل گلوله هاي سراميكي است. اين گلوله ها از اورانيم غنی شده كه در دماي بسيار بالا (بيش از 1400 درجه سانتيگراد) پخته شده است شكل مي گيرند. سپس گلوله ها در لوله هاي فلزي از ميله سوختي پوشانده مي شوند كه در مجتمع هاي سوختي براي استفاده در رآكتور ها آماده می شوند. درون يك رآكتور هسته اي اتم هاي شكافته مي شوند و در جريان عمليات پردازش انرژي آزاد مي كنند.
مقداري از ( به شكل سوخت) در هسته و مركز رآكتور به پلوتونيم تبديل مي شود و اين يك سوم انرژي در يك رآكتور هسته اي معمولي را حاصل مي كند.
شكافت اورانيم 238 به عنوان منبع حرارت در رآكتورها استفاده مي شود. همانگونه كه سوزاندن ذغال سنگ، گاز و يا نفت به عنوان سوخت فسيلي در تاسيسات نيرو استفاده مي شود.
معمولا بيش از 45 ميليون كيلو وات ساعت الكتريسيته از يك تن اورانيم طبيعي توليد مي شود. توليد اين مقدار انرژي الكتريكي با استفاده از سوخت هاي فسيلي ملزم به سوزاندن بيش از 20 هزار تن ذغال سنگ سياه و 30 ميليون متر مكعب گاز است.
اسلاید 12 :
باز فرآوري سوخت مصرف شده
پس از گذشت 2 الي 24 ماه سوخت مصرف شده از رآكتور خارج مي شود.
وقتي يك مجموعه سوختي، از رآكتور خارج مي شود از خود پرتو ساطع مي كند. سوخت مصرف شده فورا در استخر هاي انبار كه در اطراف رآكتور براي كاهش ميزان پرتوزايي آن است تخليه مي شوند. در استخر ها، آب جلوي پرتوزايي را مي گيرد و حرارت را به خود جذب مي كند.
بازپردازش يك عمليات شيميايى است كه سوخت كاركردى را از زباله هاى اتمى جدا مى كند.
در اين عمليات ميله سوخت مصرف شده، غلاف بيرونى فلزى خود را در قبال حل شدن در اسيد نيتريك داغ از دست مى دهد. محصولات اين عمليات كه در رآكتور مورد استفاده دوباره قرار مى گيرد، شامل 96 درصد اورانيم، 3 درصد زباله اتمى به شدت پرتوزا و 1 درصد پلوتونيم است.
همه رآكتورهاى هسته اى، پلوتونيم توليد مى كنند. اما رآکتورهای با اهداف نظامی به صورت كاملا بهينه ترى نسبت به ساير انواع رآكتور ها اين كار را انجام مى دهند.
اسلاید 13 :
روش های پردازش و دفع ضایعات هسته ای
ضایعات هستهای را بر حسب نوع محتویات، پتانسیل تولید حرارتی و شدت پرتوزایی به سه گروه دسته بندی می کنند که عبارتند از:
- ضایعات سطح پایین (زباله هاي کم عيار) یا LLW
- ضایعات فرا اورانیمی یا TRW
- ضایعات سطح بالا (زباله هاي پر عيار) یا HLW
امروزه روش های پردازش و دفع ضایعات هسته ای نوین عبارتند از:
- فشرده سازی
- پردازش شیمیایی
- شیشه سازی
- محفوظ سازی
- ذخیره سازی
اسلاید 14 :
رآکتورهای های اتمی
رآکتور هاي هسته اي دستگاه هايي هستند که در آنها شکافت هسته اي کنترل شده رخ مي دهد
و براي توليد انرژي الکتريکي و توليد نوترون بکار مي روند. اندازه و طرح رآکتور بر حسب کار آنها متفاوت است.
انواع رآکتورها
1) رآکتور هاي تحقيقاتي هسته ای
- رآکتور هاي استخري
- رآکتور هاي تانکي
- رآکتور های تريگا
- رآکتور های آب سنگين
- رآکتور هاي تحقيقاتي همگن
- رآکتور هاي تحقيقاتي (زاينده سريع)
2) رآکتور هاي توليد حرارت و برق
3) رآکتور هاي کِشنده
4) رآکتور هاي توليد پلوتونيم
اسلاید 15 :
موارد استفاده رآکتور هاي تحقيقاتي
رآکتور های تحقیقاتی کاربرد های بسیاری دارند که به صورت کلیدی در زیر آورده شده اند.
- تحقيقات و آموزش
- آزمايش مواد با کاربرد هاي ويژه
- توليد راديوايزوتوپ براي کاربرد هاي مختلف در پزشکي، صنعت و کشاورزي
- اهداف نظامي
- استفاده هاي چند منظوره
اسلاید 16 :
آب سنگین
آب سنگين ایزوتوپ هیدروژن آب است و می توانند نقش کند کننده نوترون در فرآیند سوخت هسته ای را داشته باشند. موادی مانند هيدروژن، دوتريم، بريليم و کربن می توانند نقش کند کننده ها را در رآکتور داشته باشند.
ايزوتوپ هاي هيدروژن، به شکل آب و آب سنگين و کربن به شکل گرافيت به عنوان مواد کند کننده استفاده مي شوند.
آب سنگین > آب > گرافیت
کاربرد های دیگر آب سنگین
عمل کند کنندگي نوترون هاي پر سرعت به اندازه اي برسد که واکنش هاي زنجيره اي توليد انرژي از ميله هاي سوخت آغاز شود. در حالي که در رآکتور هاي قدرت آب سبک، اورانيم غني شده در حد 5 درصد است و بيشتر آن براي انجام واکنش مورد نياز است.
در رآکتور هاي آب سنگين، اين ماده وظيفه خنک کردن ميله هاي سوخت، هم زمان با کند کردن نوترون هاي پر انرژي را به عهده دارد.
جهت درمان و پیشگیری از سرطان
کاربرد در علوم زیستشناسی، پزشکی و فیزیک
به عنوان ماده ی خنککننده برای نیروگاه های هستهای
تولید رادیو دارو
- کليد اصلي تهيه پلوتونيم از اورانيم طبيعي
اسلاید 17 :
کاربرد های هسته ای
ساختار و نحوه انفجار بمب پسر بچه (هیروشیما)
کاربرد نظامی
کاربرد اورانیم و سایر هسته های ایزوتوپی
کاربرد غیر نظامی
کاربرد های بخش نظامی ساختار و نحوه
انفجار بمب اتمی مرد چاق (ناکازاکی)
- براي تجهيزات سيستم هدايت داخلى موشک
- برای حفاظت تجهیزات نظامی ( اگر به چوب معمولی پرتو های گامای اورانیم تابانده شود مقاومت چوب به اندازه فولاد افزایش می یابد.) بالگرد آپاچی
- ساخت ادوات جنگی (حوادث هیروشیما و ناکازاکی)
- برای سوخت ناوگان و زیردریایی ها و همچنین سلاح های هسته ای استفاده می کنند. (اورانیم موجود در سلاح های هستهای به شدت غنی می شوند که این مقدار به صورت تقریبی تا غنای 90 درصد هم می رسد.)
اسلاید 18 :
کاربردهای بخش غیر نظامی
مهم ترین کاربرد براي توليد انرژي برق با اهداف صلح آميز است که در آنها اورانیم به میزان 2 الی 3 درصد غنی می شود. از اين عنصر در سراسر دنيا به عنوان سوخت رآکتور هسته اي براي توليد 31100 مگاوات برق استفاده مي شود.
صنعت رنگ
تخمین سن سنگ های آتشفشانی آذرين
آناليز هاي شيميايي (استات اورانیم)
صنعت عکاسي (نيترات اورانيم)
در ساخت کود های فسفاتی و کاهش آفات کشاورزی
در ساخت اشعه ایکس با انرژی بالا
رادیو داروها در پزشکی (تشخیصی و درمانی)
153Sm, 186Re, 99Tc, 131I, 135Xe, 67Ga, 158Gd
