مقدمه

در طبيعت چهار نيروي بنيادي گرا نشي، الکترو مغناطيسي، هسته اي ضعيف و هسته اي قوي وجود دارد که از طريق تبادل ذرات بنيادي و در نتيجه اندازه حرکت بين اجسام ايجاد مي شود. نتيجه بر هم کنش ذرات بنيادي در هسته واکنش هسته اي و انرژي حاصل از ان انرژي هسته اي است، که از آن براي صنعت، پزشکي، کشاورزي توليد برق استفاده صلح اميز و براي انفجارهاي هسته اي استفاده نظامي مي شود. انفجار هسته اي ، راکتور هسته اي کنترل نشده اي است که در ان واکنش هسته اي بسيار وسيع در زمان کمتر از ميلياردم ثانيه رخ مي دهد براي ايجاد انفجار هسته اي به يک سوخت شکافت يا گداخت پذير، ماشه اغاز گر حوادث و روشي که اجازه مي دهد تا قبل از اينکه انفجار پايان يابد، کل سوخت شکافته يا گداخته شود، نياز مي باشد در انفجار هاي هسته اي همه چيز در کانون انفجار در دماي بالا( حدود106×300 درجه سانتي گراد) به حالت گاز در مي آيد و در خارج از کا نون موج شديد گرما همه چيز را مي سوزاند و فشار موج ضربه اي ساختمان ها و تاسيسات را خراب مي کند و تشعشعات مواد راديواکتيو در محيط انفجار و نقاط دور دست، محيط زيست، گياهان وموجودات زنده را به مخاطره مي اندازد. براي داشتن فن آوري هسته اي چرخه سوخت ضروري است که شامل نورد سنگ معدن اورانيوم ، تهيه هگزافلورايد اورانيوم ، غني سازي و... است.غني سازي به روش هاي الکترومغناطيسي ، سانتريفيوژ، ليزر، ديفوزيون گازي و ... انجام ميگيرد.

بحث

ذرات بنيادي طبيعت ازذرات ديگري ساخته نشده اند مانند فوتون، گلوئون، گراويتون،کوارک، الکترون، بوزونهاي برداري حدواسط و نوترينو و پروتون و نوترون ذرات بنيادي نيستند بلکه از کوارکها ساخته ميشوند. نيرو يا بر هم کنش متقابل بين اجسام از طريق مبادله ذرات بنيادي و ا ندازه حرکت توسط اجسام ايجاد ميشود.
نيروي قوي که منشاء نيروي هسته اي قوي بين نوکلئون هاست از طريق تبادل گلئون ها بين کوارک ها ايجاد ميشود. نيروي الکترومغناطيسي بين ذرات باردار از طريق تبادل فوتون بين ذرات باردار ايجاد ميشود. نيروي ضعيف که منشاء نيروي هسته اي ضعيف در واپاشي بتايي است از طريق تبادل بوزونهاي برداري حد واسط(w,z) برقرار مي گردد.
n (udd)?p(udu)و )u ) و ( معرف کوارک بالا، dمعرف کوارک پايين است
نيروي گرانشي بين ذرات داراي جرم از طريق تبادل گراويتون بين آنها برقرار ميشود.شدت نسبي نيروها:
1 = هسته اي قوي و ،10-2=الکترو مغناطيسي و10-9 = هسته اي ضعيف و 10-38 = گرانشي مي باشد با آزمايش جذب سوزن با يک آهن رباي کوچک و نيروي گرانشي و الکتريکي دو بار آزمون شدت نسبي نيرو ها را مي توان نشان داد.
واکنش هسته اي فرو پاشي خودبخودي، شکافت، همجوشي همان بر هم کنش بين ذرات بنيادي هسته است.

راکتور هسته اي شکافت دستگاهي است که در ان شکافت هسته اي زنجيره اي کنترل شده به منظو توليد برق، توليد راديونوکلئيد ها و تامين انرژي کشتي ها ،زير دريايي ها و ماهواره ها و تحقيقات هسته اي انجام ميگيرد.
کند کننده ها براي تبديل نوترون هاي سريع حاصل ازشکافت، به نوترون هاي حرارتي بکار ميروند.بهترين هسته ها براي اين منظور هسته هاي سبک از قبيل هيدروژن معمولي دو تريوم، بريليوم و کربن بصورت گرافيت مي باشد. بنا به انرژي جنبشي نوترون نسبت به انرژي جنبشي اوليه آن دربرخورد الاستيک با هسته ها مي باشد. نوترون در برخورد با هيدروژن آب معمولي تقريبا تمام انرژي جنبشي خود را از دست داده و به نوترون حرارتي تبديل ميشود از اين جهت آب معمولي از بهترين کند کننده است.

در همه راکتورها ي شکافتي ، نوترون هاي کند نشده حاصل از شکافت با اورانيوم 238 برخورد نموده و پلوتونيوم239 نيز مطابق 238U+n(fast)?239 U?239 Np?239 Pu توليد مي کنند، ولي براي اهداف نظامي از راکتورهاي ويژه با شار نوتروني زياد استفاده مي شود ،اين راکتور و يک واحد باز پردازش براي توليد Pu در يک ساختمان عادي جاي مي گيرد. انفجار هسته ا ي راکتور هسته اي کنترل نشده اي است که در آن واکنش هسته اي بسيار وسيع در زمان کمتر از ميلياردم ثانيه رخ ميدهد براي توليد انفجارهسته اي به يک سوخت شکافت يا گداخت پذير، ماشه آغاز گر حوادث و روشي که اجازه ميدهد تا قبل از اينکه بمب خاموش شود کل سوخت شکافته يا گداخته شود، نياز ميباشد. در شکافت هسته اي Fat man براي شروع واکنش انفجار داخل گوي صورت ميگيرد و موج ضربه اي حاصل از ان Pu239 که در مرکز گوي با U238 احاطه شده را به داخل کره ميفرستد و آن را فشرده ميکند تا واکنش هسته اي خارج از حد بحراني انجام گيرد و بمب منفجر شود. همچنين در شکافت هسته اي Little boyيک گلوله حاوي U235 به دور يک مولد نوترون بالاي يک گوي حاوي U235 حول دستگاه مولد نوترون قرار دارد و هنگامي که اين بمب به زمين اصابت ميکند.حسگر حساس به فشار، ارتفاع مناسب را براي انفجار چا شني مشخص ميکند و مواد منفجره پشت گلوله منفجر ميشود و گلوله به پايين ميافتد.سپس گلوله به کره برخورد ميکند و واکنش شکافت هسته اي رخ ميدهد و بمب منفجر ميشود. انفجار گداخت هسته اي نسبت به انفجار شکافتي بازده و قدرت تخريب بيشتري دارد مشکلات استفاده از اين انفجار الف ) T,d که سوخت اين انفجار هستند هر دو به شکل گازند و امکان ذخيره سازي انها مشکل است پس بايد به دماي-2500C برده شوندتا مايع گردند. ب) تهيه T مشکل و پر هزينه است. موج انفجارهمان گسترش سريع گاز داغ و فشرده از محل انفجار به محيط اطراف و افزايش فشار اتمسفر ميباشد. گاز هاي ثانويه مسير داغ تري را طي کرده و به گازهاي اوليه ميرسند و فشارشان بر هم نهاده شده و جبهه موج ضربه اي را تشکيل ميدهند و به سطح تاسيسات فشار استاتيکي وارد ميکنند.در پشت جبهه موج هواي همراه موج انفجار سرعت بسيار زياد دارد و فشار ديناميکي ايجاد ميکند که ميخواهد اجسام را در سوي حرکت خود به جنبش دراورد در نتيجه آنها را واژگون يا قطعات آنها را از هم جدا ميکند زيان هاي ناشي از انفجار هسته اي عبارتند از:
الف:در کانون انفجار همه چيز تحت دماي تبخير ميشود و در خارج از آن اغلب تلفات بخاطر سوزش ايجاد شده توسط گرماست ب:موج شديد گرما همه چيز را ميسوزاند. ج: فشار موج ضربه اي ساختمانها و تاسيسات را خراب ميکند. د: تشعشعات راديواکتيويته باعث سرطان ميشود. ه: بارش مواد راديواکتيو در مناطق دور بصورت ابري از ذرات راديواکتيوتوسط باد در غالب غبار و توده سنگهاي متراکم و آلوده شدن گياهان و موجودات زنده و محيط زندگي با عث ايجاد آلودگي زيست محيطي مي شوند.
از قسمتهاي مهم فن آوري هسته اي چرخه سوخت است که شامل مراحل زير است :1 ) نورد سنگ معدن اورانيوم الف ) استخراج سنگ معدن اورانيوم از معادن زير زميني و همچنين حفاري هاي روباز که داراي 3% U3o8 است. ب ) آماده سازي و آسياب سنگ معدن و تهيه کنسا نتره با شکل پودر ريز و جامدج ) تهيه کيک زرد که شامل 85- 65 درصدU3o8 است.هر تن سنگ معدن اورانيوم زرد شامل مقدار کمي U3o8 است.شستن سنگ معدن در اسيد و عمليات تعويض- يون منجر به U3o8 نسبتا خالص ميگردد.2)تهيه هگزا فلورايد اورانيوم :براي غني سازي اورانيوم آن را به صورت Uf6 در مياورند چون:الف) در دماي بالاي بحالت گاز است.ب) فلوئور تک ايزوتوپي استU3 o8 + 2 H2?3 Uo2+ 2 H2O وUo2+4Hf?Uf4+ 2 H2o وUf4+ F2?Uf6 3) غني سازي اورانيوم : جداسازي U235 از مخلوط ساير ايزوتوپهاي ان در سنگ معدن طبيعي 4 ) تهيه Uo2 يا فلز خالص 5) تهيه ميله سوخت و مجتمع سوخت و حمل سوخت6) مديريت سوخت هسته اي در قلب راکتور7) باز فراوري و جداسازي عناصر شکافت پذير8 ) پسماندداري.
انواع روشهاي غني سازي عبارتند از :1)روش الکترو مغناطيسي2)روش سانتريفوژ3)روش ايرو ديناميکي نازل4 )روش ديفوزيون گازي5)روش ليزر.در روش الکترومغناطيس اورانيوم يونيزه شده با سرعت وارد ميدان مغناطيسي ميشود. يون ها با توجه به جرم متفاوتي که دارند شعاعهاي مختلفي را طي ميکنند. در روش سانتريفوژ هگزا فلورايد اورانيوم را وارد دستگاه سانتريفوژ با سرعت دقيقه? دور 104×6 ميکنيم اورانيوم 235 به سمت استوانه مرکزي و اورانيوم 238به سمت ديواره جانبي رفته و از آنجا خارج ميشوند و به سانتريفوژ بعدي منتقل ميشوند براي غناي مطلوب از زنجيره هاي موازي-سري–مرکب استفاده مي شود.

در روش ايرو ديناميکي نازل Uf6را با گاز کمکي سبکي ما نند He,H2 به نسبت 95%تا سرعت صوت نزديک مي کنند و غني سازي مطابق شکل زير انجام مي گيرد.
در روش ديفوزيون گازي بنا به اصل گراهان انرژي ملکولهاي يک گاز در حال تعادل برابر و ثابت است. پس ملکولهاي با جرم متفاوت سرعت هاي متفاوتي خواهند داشت
M1<M2 ?V1>V2 اگر ½M1V1 2 =½M2V2 2
در اين روش که اولين روش غني سازي بوده است، گاز Uf6 را در ظرفي که داراي پرده نيمه تراواست وارد
مي کنيم.دراين حالت گاز سبک از پرده بيشتر عبور ميکند الف) به وسيله تفنگ الکتروني فلز اورانيوم بخار ميشود.ب) بخار اتمي به قسمت جدا سازي جريان يافته و پالسهاي ليزر به اتم ها برخورد ميکنند. در نتيجه اتم ها يونيزه ميشوند.ج ) به وسيله ميدان الکترومغناطيسي يون هاي توليد شده به طرف صفحه هاي باردار فرستاده ميشوند و جمع ميشوند.محاسن اين روش عبارتند از:الف) توان بالاي جداسازي ايزوتوپي در تک مرحله ب) امکان پذيري از لحاظ تکنولوژي ج) سرمايه گذاري اوليه کم و مصرف انرژي پايين سيستم و فضاي مورد نياز بسيار کم است
د) راه اندازي و توقف کار سيستم در مدت زمان کمتر انجام مي شود

منابع :
1. Basic Nuclear Engineering, Arthur R foster L,1977
2. Introductory Nuclear Physics ,Kenneth S.Krane,1988
3. Nuclear Reactor Engineering ,Glasstone,s.& Sesonske,1963
4. Fundamental of Elementary Particle Physics,Longo,M.V.1973
5. WWW-Physicclassroom-Com
6. WWW-Ukea-Org-Uk
/خ