تحقیق علمی درباره چرخه سوخت هسته ای و استخراج اورانیوم از معدن

فرمت فایل : word (قابل ویرایش) تعداد صفحات : 33 صفحه

مقدمه:   

اورانیوم که ماده خام اصلی مورد نیاز برای تولید انرژی در برنامه های صلح آمیز یا نظامی هسته ای است، از طریق استخراج از معادن زیرزمینی یا سر باز بدست می آید. اگر چه این عنصر بطور طبیعی در سرتاسر جهان یافت میشود اما تنها حجم کوچکی از آن بصورت متراکم در معادن موجود است.

هنگامی که هسته اتم اورانیوم در یک واکنش زنجیره ای شکافته شود مقداری انرژی آزاد خواهد شد.

برای شکافت هسته اتم اورانیوم، یک نوترون به هسته آن شلیک میشود و در نتیجه این فرایند، اتم مذکور به دو اتم کوچکتر تجزیه شده و تعدادی نوترون جدید نیز آزاد میشود که هرکدام به نوبه خود میتوانند هسته های جدیدی را در یک فرایند زنجیره ای تجزیه کنند.

مجموع جرم اتمهای کوچکتری که از تجزیه اتم اورانیوم بدست می آید از کل جرم اولیه این اتم کمتر است و این بدان معناست که مقداری از جرم اولیه که ظاهرا ناپدید شده در واقع به انرژی تبدیل شده است، و این انرژی با استفاده از رابطه E=MC۲ یعنی رابطه جرم و انرژی که آلبرت اینشتین نخستین بار آنرا کشف کرد قابل محاسبه است.

اورانیوم به صورت سه ایزوتوپ مختلف در طبیعت یافت میشود. دو گونه اصلی آن اورانیوم U۲۳۵ و U۲۳۸ است که هر دو دارای تعداد پروتون یکسانی بوده و تنها تفاوتشان در سه نوترون اضافه ای است که در هسته U۲۳۸ وجود دارد. اعداد ۲۳۵ و ۲۳۸ بیانگر مجموع تعداد پروتونها و نوترونها در هسته هر کدام از این دو ایزوتوپ است.

برای بدست آوردن بالاترین بازدهی در فرایند زنجیره ای شکافت هسته باید از اورانیوم ۲۳۵ استفاده کرد که هسته آن به سادگی شکافته میشود. هنگامی که این نوع اورانیوم به اتمهای کوچکتر تجزیه میشود علاوه بر آزاد شدن مقداری انرژی حرارتی دو یا سه نوترون جدید نیز رها میشود که در صورت برخورد با اتمهای جدید اورانیوم بازهم انرژی حرارتی بیشتر و نوترونهای جدید آزاد میشود.اما بدلیل "نیمه عمر" کوتاه اورانیوم ۲۳۵ و فروپاشی سریع آن، این ایزوتوپ در طبیعت بسیار نادر است بطوری که از هر ۱۰۰۰ اتم اورانیوم موجود در طبیعت تنها هفت اتم از نوع U۲۳۵ بوده و مابقی از نوع سنگینتر U۲۳۸ است.

کشورهای اصلی تولید کننده اورانیوم

استرالیا

چین

کانادا

قزاقستان

نامیبیا

نیجر

روسیه

ازبکستان

دانلود پایانامه چرخه ی سوخت هسته ای

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:90

فهرست مطالب

فهرست

مقدمه ……………………………………………………………………1

غنی سازی اورانیوم با دیفوزیون گازی ………………………………………1

غنی سازی اورانیم از طریق میدان مغناطیسی …………………………………2

کاربردهای اورانیوم غنی شده ………………………………………………2

نحوه تولید سوخت پلوتونیوم رادیو اکتیو …………………………………… 3

 دید کلی………………………………………………………………… 4

حالتهای برهمکنش …………………………………………………………4

چگونه یک بمب هسته ای بسازیم ؟ …………………………………………  6

نگاه اجمالی: ……………………………………………………………    11

کاربرد انرژی هسته ای در تولید برق…………………………………………12  برتری انرژی هسته ای بر سایر انرژیها……………………………………   13

انرژی هسته ای در پزشکی هسته ای و امور بهداشتی………………………… 13

کاربرد انرژی هسته ای در بخش دامپزشکی و دامپروری ………………………14

کاربرد انرژی هسته ای در دسترسی به منابع آب : ……………………………14

کاربرد انرژی هسته ای در بخش صنایع غذایی و کشاورزی : …………………  14

آنچه باید بدانیم: …………………………………………………………  15

اورانیوم …………………………………………………………………15

از بمب اتم بیشتر بدانیم ……………………………………………………17

بمبهای هسته ای چگونه ساخته میشوند؟ …………………………………… 18

اختراع بمب اتم …………………………………………………………    19

استفاده مفید از همجوشی هسته‌ای: <:P:>…………………………………… 21

چرخه سوخت هسته اى و اجزاى تشکیل دهنده آن …………………………… 25

استخراج …………………………………………………………………26

تبدیل اورانیوم ……………………………………………………………27

غنى سازى ……………………………………………………………… 27

بمب اورانیومى ……………………………………………………………28

راکتورهاى هسته اى ………………………………………………………  29

بازپردازش ………………………………………………………………  30

بمب پلوتونیوم ……………………………………………………………30

بمب اتمی …………………………………………………………………31

لیزه میتنر ( مادر انرژی اتمی)………………………………………………   33

بمب هسته ای چگونه کار می‌کند؟……………………………………………  34

طراحی بمب‌های هسته‌ای: …………………………………………………   36

بمب‌ شکافت هسته‌ای :……………………………………………………    36

بمب گداخت هسته‌ای : ……………………………………………………   36

بمب‌های شکافت هسته‌ای: …………………………………………………  36

روش انفجار از داخل………………………………………………………  38

بمب‌ گداخت هسته‌ای:………………………………………………………39

اثر بمب‌های هسته‌ای: ………………………………………………………40

زیانهای ناشی از انفجار بمب هسته‌ای عبارتند از : ……………………………   40

دید کلی …………………………………………………………………  41

آیا می‌دانید که …………………………………………………………… 42 

نحوه آزاد شدن انرژی هسته‌ای ……………………………………………  42

سوخت راکتورهای هسته‌ای ………………………………………………  44

مزیتهای انرژی هسته‌ای بر سایر انرژیها ……………………………………   44  

چرا سقف نیروگاه  های  اتمی گنبدی شکل است؟……………………………    45

ساساکی! شجاع باش!……………………………………………………    51

شمار تلفات انفجار نیروگاه چرنوبیل………………………………………… 72

دید کلی …………………………………………………………………  73

ساختار نیروگاه اتمی ………………………………………………………74

طرز کار نیروگاه اتمی ………………………………………………………75

نمونه عملی ………………………………………………………………  76

افشاگری افشاگر برنامه هسته ای تل آویو؛……………………………………77

ساختار نیروگاه های اتمی جهان ……………………………………………  81 ایزوتوپ های اورانیوم ……………………………………………………   82

ساختار نیروگاه اتمی ………………………………………………………83

غنی سازی اورانیم …………………………………………………………86

سالگرد این حادثه………………………………………………………… 87

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 اورانیوم با دیفوزیون گازی

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

غنی سازی اورانیم از طریق میدان مغناطیسی

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

 

کاربردهای اورانیوم غنی شده

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

نحوه تولید سوخت پلوتونیوم رادیو اکتیو

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

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

 دید کلی

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

حالتهای برهمکنش

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

یونیزاسیون:

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

انتقا

تحقیق درباره بررسی چرخه حیات نیروگاه اتمی بوشهر از دیدگاه اثر برتغییر اقلیم

فرمت فایل : word (قابل ویرایش) تعداد صفحات : 26 صفحه

چکیده

تولید برق با استفاده از سوخت‌های فسیلی موجب انتشار آلودگی‌های محیط‌زیستی و به ویژه انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌شود. با وجود آن که برق اتمی به عنوان یک فناوری بدون انتشار گازهای گلخانه‌ای مورد توجه قرار می‌گیرد، اما در صورتی که کل چرخه حیات تولید برق اتمی در نظر قرار گیرد، امکان انتشار گازهای گلخانه‌ای در مراحل مختلف وجود دارد. ارزیابی چرخه حیات یک رویکرد «گهواره تا گور» برای ارزیابی سیستم‌های مختلف است که قادر است اثرات محیط‌زیستی را در کل چرخه حیات یک فرآیند مورد ارزیابی قرار دهد. همچنین ارزیابی چرخه حیات امکان تخمین اثرات محیط‌زیستی تجمعی ناشی از همه مراحل چرخه حیات محصول را فراهم می‌آورد. بر همین اساس، به منظور ارزیابی انتشار گازهای گلخانه‌ای و اثر بر تغییر اقلیم ناشی از بهره برداری نیروگاه اتمی بوشهر از این ابزار مدیریتی استفاده شده است. در طبقه‌بندی اثرات محیط‌‌زیستی در روش ارزیابی چرخه حیات، «تغییر اقلیم» به عنوان یکی از طبقات اثر در نظر گرفته می‌شود. لازم به ذکر است در روش ارزیابی چرخه حیات، سایر اثرات محیط‌زیستی نیز در نظر گرفته می‌شوند که در این مقاله مورد بررسی قرار نگرفته‌اند. شایان ذکر است مدل تعیین ویژگی اثر تغییر اقلیم در این تحقیق، روش تعیین ویژگی و فاکتورهای GWP100 (1) بوده است. نتیجه ارزیابی چرخه حیات اثر تغییر اقلیم نیروگاه اتمی بوشهر نشان می‌دهد که انتشار اکسیدهای نیتروژن و دی اکسید کربن بیشترین اثر تغییر اقلیم را در چرخه حیات نیروگاه اتمی بوشهر خواهند داشت.

سرآغاز

مباحثات در خصوص انرژی و محیط‌زیست در بسیاری از کشورها شامل کشورهای در حال توسعه و کشورهای توسعه یافته در قرن 21 افزایش یافت. به خصوص نگرانی‌ها در مورد تغییر اقلیم موجب در نظر گرفتن سیاست‌های متفاوتی گردید. سیاست‌های انرژی می‌تواند در مقابله با تغییر آب و هوا نقش مهمی داشته باشد، به این دلیل که تولید و مصرف انرژی در بخش‌های حمل و نقل، خانگی- تجاری و صنعتی سهم عمده‌ای از انتشار گازهای گلخانه‌ای انسان ساخت را به خود اختصاص می‌دهند. در نتیجه، راهبردهای طولانی مدت برای دستیابی به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای نیاز به تغییرات در منابع انرژی، زیرساختارها و میزان مصرف دارد (Pidgeon et al., 2008).

تولید برق با استفاده از سوخت‌های فسیلی موجب انتشار آلودگی‌های محیط‌زیستی و به ویژه گازهای گلخانه‌ای می‌شود. از آنجایی که سهم عمده تولید برق در حال حاضر وابسته به سوخت‌های فسیلی است، امکان کاهش چشمگیر انتشار گازهای گلخانه‌ای از طریق توسعه سایر فناوری‌های تولید برق مانند انرژی‌های نو و انرژی هسته‌ای در آینده نزدیک، کمی دور از انتظار خواهد بود (Rohatgi et al., 2002). اما بدیهی است در طولانی مدت و با گسترش فناوری‌های برق تجدیدپذیر و برق اتمی به جای نیروگاه‌های حرارتی، در روند انتشار گازهای گلخانه‌ای سیر نزولی مشاهده شود.

در حال حاضر عمده نیروگاه‌های موجود در ایران، از نوع نیروگاه‌های حرارتی است که بر اساس آمار سال 1386، حدود 24 درصد انتشار دی‌اکسیدکربن بخش انرژی را به خود اختصاص می‌دهند. تنها نیروگاه اتمی ایران، نیروگاه اتمی بوشهر است که هنوز به بهره‌برداری نرسیده است (دفتر برنامه‌ریزی کلان برق و انرژی، 1385).

با وجود آن که برق اتمی به عنوان یک فناوری بدون انتشار گازهای گلخانه‌ای مورد توجه قرار می‌گیرد، اما در صورتی که کل چرخه حیات تولید برق اتمی مدنظر قرار گیرد، امکان انتشار گازهای گلخانه‌ای در مراحل مختلف تولید برق اتمی از جمله استخراج، غنی‌سازی سوخت و دفع پسماندها وجود دارد (Fthenakis & Kim, 2007). تفاوت در انتشار گازهای گلخانه‌ای برای زنجیره انرژی هسته‌ای را می‌توان به فناوری غنی‌سازی مورد استفاده علاوه بر نوع فناوری انرژی هسته‌ای (مانند راکتور آب تحت فشار (PWR)(2)، راکتور آب جوشان (BWR)(3) نسبت داد. زنجیره انرژی هسته‌ای به طورکلی شامل معدن‌کاوی اورانیوم، آسیاب، تبدیل، غنی‌سازی، تولید سوخت، ساخت نیروگاه، فرآوری مجدد، آماده‌سازی سوخت مصرف شده، ذخیره‌سازی موقت زائدات رادیواکتیو و انبار نهایی زائدات رادیواکتیو می‌باشد. برخلاف نیروگاه‌های سوخت فسیلی، عمده انتشار گازهای گلخانه‌ای نیروگاه‌های هسته‌ای ناشی از مراحل بالادستی سوخت و چرخه فناوری می‌باشدDones et al., ) (2005.