نام فایل : بمب اتم

فرمت : .ppt

تعداد صفحه/اسلاید : 55

حجم : 0 مگابایت

بنام خدا
     U
   اورانیم ( Uranium ) :


کشف این عنصر توسط Martin Klaproth و در سال 1789 در آلمان رخ داد و اسم این عنصر از نام سیاره اورانوس برگرفته شده است .شیشه های رنگی زرد شامل 1 درصد اکسید اورانیم هستند. این عنصردر سنگ معدن اورانیم (پیچبلانت) موجود است و اولین بار در سال 1789 جداسازی شد. این فلز در سال 1841 توسط Peligot از واکنش کلرید بی آب با فلز پتاسیم به دست آمد. اورانیم عنصر نایابی نیست این عنصر امروزه فراوانتر از جیوه، آنیتموان، نقره، کادمیم، مولیبدن و آرسنیک می باشد. این عنصر به فراوانی در کانیهای پیچبلاند، اورانیتیت، کارنوتیت، اوتونیت،اورانوفان و توبرنیت وجود دارد. همچنین اورانیم در سنگهای فسفاته، لیگنیت، مونازیت وجود دارد. اورانیم از واکنش هالید اورانیم با عناصر آلکالی و یا از واکنش اکسید اورانیم با آلومینیم یا کلسیم یا کربن در درجه حرارت بالا به دست می آید. این فلز می تواند از الکترولیز ترکیبات KUF5 یا UF4 در محلول CaCl2 و NaClحاصل شود. اورانیم با خلوص بالا می تواند از تجزیه هالید اورانیم با رشته های داغ حاصل شود.اورانیم دارای 3 ساختار کریستالوگرافی آلفا، بتا و گاما می باشد. اورانیم عنصری سنگین به رنگ سفید نقره ای و در زمانی که خیلی ریز شود آتش گیر است. این عنصر کمی نرمتر از فولاد است. این عنصر مفتول پذیر و چکش خوار و اندکی پارامغناطیس است. این عنصر در هوا با یک لایه اکسید پوشیده می شود.
خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر اورانیم :
عدد اتمی: 92جرم اتمی: 238.0289نقطه ذوب: C° 1135نقطه جوش : C° 3815شعاع اتمی : pm 156ظرفیت: 3، 4، 5 و 6 رنگ: خاکستري متالیکحالت استاندارد: جامد راديواکتيونام گروه: آکتنيدانرژی یونیزاسیون : Kj/mol 686.4شکل الکترونی: Rn5f36d17s2شعاع یونی : Å 0.52الکترونگاتیوی: 1.38حالت اکسیداسیون: 3، 4، 5 و 6 دانسیته: 19.05گرمای فروپاشی : Kj/mol 6.12گرمای تبخیر : Kj/mol 417گرمای ویژه: J/g Ko 0.12دوره تناوبی:7
ايزوتوپ‌هاي اورانيوم
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:
تهیه و تولید رادیو داروی ید-131، حهت تشخیص بیماریهای تروئید و درمان آنها. در درمان بیماریهای سرطانی ، تومورهای مغزی و غیره بکار می‌گیرند.‏ تهیه و تولید کیتهای رادیو دارویی جهت مراکز پزشکی هسته‌ای. 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.
استخراج اورانيوم
هر دو نوع حفاري و تكنيك‌هاي موقعيتي براي كشف كردن اورانيوم به كار مي‌روند، حفاري ممكن است به صورت زيرزميني يا چال‌هاي باز و روي زمين انجام شود.در كل، حفاري‌هاي روزميني در جاهايي استفاده مي‌شود كه ذخيره معدني نزديك به سطح زمين و حفاري‌هاي زيرزميني براي ذخيره‌هاي معدني عميق‌تر به كار مي‌رود. به‌طور نمونه براي حفاري روزميني بيشتر از 120 متر عمق، نياز به گودال‌هاي بزرگي بر سطح زمين است؛ اندازه گودال‌ها بايد بزرگتر از اندازه ذخيره معدني باشد تا زماني كه ديواره‌هاي گودال محكم شوند تا مانع ريزش آنها شود. در نتيجه، تعداد موادي كه بايد به بيرون از معدن انتقال داده شود تا به كانه دسترسي پيدا كند زياد است. حفاري‌هاي زيرزميني داراي خرابي و اخلال‌هاي كمتري در سطح زمين هستند و تعداد موادي كه بايد براي دسترسي به سنگ معدن يا كانه به بيرون از معدن انتقال داده شوند به‌طور قابل ملاحظه‌اي كمتر از حفاري نوع روزميني است.
مقدار زيادي از اورانيوم جهاني از (ISL) (In Sitaleding) مي‌آيد. جايي كه آب‌هاي اكسيژنه زيرزميني در معدن‌هاي كانه‌اي پرمنفذ به گردش مي‌افتند تا اورانيوم موجود در معدن را در خود حل كنند و آن را به سطح زمين آورند. (ISL) شايد با اسيد رقيق يا با محلول‌هاي قليايي همراه باشد تا اورانيوم را محلول نگهدارد، سپس اورانيوم در كارخانه‌هاي آسياب‌سازي اورانيوم، از محلول خود جدا مي‌شود. در نتيجه انتخاب روش حفاري براي ته‌نشين كردن اورانيوم بستگي به جنس ديواره معدن كانه سنگ، امنيت و ملاحظات اقتصادي دارد. در غالب معدن‌هاي زيرزميني اورانيوم، پيشگيري‌هاي مخصوصي كه شامل افزايش تهويه هوا مي‌شود، لازم است تا از پرتوافشاني جلوگيري شود.
چگونه اورانيوم به انرژي تبديل مي شود؟
غني سازي:
اورانيوم طبيعي اصولا شامل مخلوطي از دو ايزوتوپ (نوع اتمي) از اورانيوم است. تنها 7/0 درصد از اورانيوم طبيعي، شكاف پذير و يا داراي قابليت شكاف پذيري است كه با شكافته شدن در راكتورهاي هسته اي انرژي توليد مي كنند. ايزوتوپ اورانيوم شكاف پذير، اورانيوم نوع 235 (u-235) است و پس مانده آن اورانيوم 238 (u-238) است. در بيشتر انواع راكتورهاي معمولي هسته اي به اورانيوم 235 (u-235 كه اورانيوم با غلظت بيش از حد طبيعي است) نياز دارند. عمليات غني سازي، غلظت اورانيوم را بيشتر مي كند. عموماً بين 5/3 تا 5 درصد اورانيوم 235 با بيرون آوردن 8 درصد از اورانيوم 238. اين عمل با جداسازي گازي هگزافلوريد اورانيوم در دو جريان انجام مي گيرد. يكي به اندازه لازم غني سازي مي شود و اورانيوم غني شده ضعيف ناميده مي شود و ديگري به اورانيوم 235 منتهي مي شود كه به پس مانده معروف است.
در عمليات غني سازي در مقياس هاي بزرگ تجاري وجود دارد، كه هر كدام هگزافلوريد اورانيوم را به عنوان منبع استفاده مي كنند: نفوذ گازي و تفكيك گازي و هر دوي آنان از خواص فيزيكي مولكولي استفاده مي كنند. مخصوصا با 10 درصد اختلاف جرم، براي جداسازي ايزوتوپ ها محصول اين مرحله از چرخه سوختي هسته اي، اورانيوم هگزا فلوريد غني شده است كه براي توليد اورانيوم اكسيد غني شده تغيير حال مجدد مي يابد.
هدف از غني سازي توليد اورانيومي است كه داراي درصد بالايي از ايزوتوپ U۲۳۵ باشد.
اورانيوم مورد استفاده در راكتورهاي اتمي بايد به حدي غني شود كه حاوي ۲ تا ۳ درصد اورانيوم ۲۳۵ باشد، در حالي كه اورانيومي كه در ساخت بمب اتمي بكار ميرود حداقل بايد حاوي ۹۰ درصد اورانيوم ۲۳۵ باشد.
يكي از روشهاي معمول غني سازي استفاده از دستگاههاي سانتريفوژ گاز است.
سانتريفوژ از اتاقكي سيلندري شكل تشكيل شده كه با سرعت بسيار زياد حول محور خود مي چرخد. هنگامي كه گاز هگزا فلوئوريد اورانيوم به داخل اين سيلندر دميده شود نيروي گريز از مركز ناشي از چرخش آن باعث ميشود كه مولكولهاي سبكتري كه حاوي اورانيوم ۲۳۵ است در مركز سيلندر متمركز شوند و مولكولهاي سنگينتري كه حاوي اورانيوم ۲۳۸ هستند در پايين سيلندر انباشته شوند.
ورانيوم ۲۳۵ غني شده اي كه از اين طريق بدست مي آيد سپس به داخل سانتريفوژ ديگري دميده ميشود تا درجه خلوص آن باز هم بالاتر رود. اين عمل بارها و بارها توسط سانتريفوژهاي متعددي كه بطور سري به يكديگر متصل ميشوند تكرار ميشود تا جايي كه اورانيوم ۲۳۵ با درصد خلوص مورد نياز بدست آيد.
آنچه كه پس از جدا سازي اورانيوم ۲۳۵ باقي ميماند به نام اورانيوم خالي يا فقير شده شناخته ميشود كه اساسا از اورانيوم ۲۳۸ تشكيل يافته است. اورانيوم خالي فلز بسيار سنگيني است كه اندكي خاصيت راديو اكتيويته دارد و از آن براي ساخت گلوله هاي توپ ضد زره پوش و اجزاي برخي جنگ افزار هاي ديگر از جمله منعكس كننده نوتروني در بمب اتمي استفاده ميشود.
يك شيوه ديگر غني سازي روشي موسوم به ديفيوژن يا روش انتشاري است.
دراين روش گاز هگزافلوئوريد اورانيوم به داخل ستونهايي كه جدار آنها از اجسام متخلخل تشكيل شده دميده ميشود. سوراخهاي موجود در جسم متخلخل بايد قدري از قطر مولكول هگزافلوئوريد اورانيوم بزرگتر باشد.
در نتيجه اين كار مولكولهاي سبكتر حاوي اورانيوم ۲۳۵ با سرعت بيشتري در اين ستونها منتشر شده و تفكيك ميشوند. اين روش غني سازي نيز بايد مانند روش سانتريفوژ بارها و باره تكرار شود.
راكتورهاي هسته‌اي
راكتورها داراي كاربردهاي كاملاً دوگانه هستند. در مصارف صلح‌آميز با بهره‌گيري از حرارت توليدي در شكافت هسته‌اي كار مي‌كنند. اين حرارت جهت گرم كردن آب، تبديل آن به بخار و استفاده از بخار براي حركت توربين‌ها بهره گرفته مي‌شود. همچنين اگر قصد ساخت بمب‌هاي پلوتونيومي در كار باشد نيز اورانيوم غني‌شده را به راكتورهاي هسته‌اي منتقل مي‌كنند. در نوع خاصي از راكتورهاي هسته‌اي از اروانيوم غني شده به شكل قرص‌هايي به اندازه يك سكه و ارتفاع يك اينچ بهره مي‌گيرند. اين قرص‌ها به صورت كپسول‌هاي ميله‌اي شكل صورت‌بندي شده و درون يك محفظه عايق، تحت فشار قرار داده مي‌شود.
در بسياري از نيروگاه‌هاي هسته‌اي اين ميله‌ها جهت خنك شدن درون آب غوطه‌ور هستند. روش‌هاي ديگر خنك‌كننده نيز نظير استفاده از دي‌اكسيد كربن يا فلز مايع هستند. براي كاركرد مناسب يك راكتور ـ مثلاً توليد حرارت با كمك واكنش شكافت ـ هسته اورانيومي بايد داراي جرم فوق بحراني باشد، اين بدين معناست كه مقدار كافي و مناسبي از اورانيوم غني شده جهت شكل‌گيري يك واكنش زنجيري خود به خود پيش رونده مورد نياز است. براي تنظيم و كنترل فرآيند شكافت ميله‌هاي كنترل‌كننده از جنس موادي نظير گرافيت با قابليت جذب نوترون‌هاي درون راكتور وارد محفظه مي‌شوند. اين ميله‌ها با جذب نوترون‌ها باعث كاهش شدت فرآيند شكافت مي‌شوند. در حال حاضر بيش از چهارصد نيروگاه هسته‌اي در جهان وجود دارند و 17 درصد الكتريسته جهان را توليد مي‌كنند. راكتورها همچنين در كشتي‌ها و زيردريايي‌ها كاربرد دارند.
منابع اورانيوم
مهمترين كشورهاي داراي منابع اورانيوم عبارتند از: كانادا، استراليا، آفريقاي جنوبي، برزيل، قزاقستان، ازبكستان، روسيه، نيجريه، ناميبيا. معدن‌هاي اورانيوم داراي 10 هزار تن از بزرگترين معدن‌ها و كوچكترين آن با ذخيره حدود 500 تن به شمار مي‌رود. گرچه انواع مختلفي از معادن اورانيوم كشف گرديده و در دست بهره‌برداري است اما معادن جاي گرفته در ماسه سنگي كه مناسب استحصال هستند. از انواع ارزان و اقتصادي در بازار جهان تلقي مي‌شوند.
بر مبناي گزارش ترخانف و همكاران در نشست كميته فني آژانس بين المللي انرژي اتمي در دسامبر 1994 و بر پايه اطلاعات منتشر شده از سوي كشورهاي مختلف بخصوص بلوك شرق انواع كانسارهاي اقتصادي اورانيم به قيمت 130 دلار براي هر كيلوگرم طبق رتبه بندي آژانس بين المللي تحت عنوان Reasonably Assured Resources (RAR) شامل انواع ذيل مي باشد.
   1- كانسارهاي ماسه سنگ : شامل كانسارهاي تخت و هلالي در ميزبانهاي ماسه سنگي است كه عموما در جبهه اكسيدي افق هاي تراوا قرار داشته و فرآيندي از تزريق سيالات اكسيدهاي اورانيم دار در گذر به زون هاي سيالي مي باشند. ماسه سنگهاي نوع سكويي (Platform) داراي تراوايي بالا و محصور بين افق هاي ناتراوا رخساره مناسب براي اين گونه كانسارها به شمار مي روند.   2- كانسارهاي كنگلومرايي با قلوه كوارتز (Quartz – Pebble congtomerate) با نمونه بارز ويت واترزرند (W.thatersrand) شناخته شده در آفريقاي جنوبي و اليوت ليك (Eliot lake) در كانادا.  3- كانسارهاي منسوب به دگرشيبي نظير حوضه آتاباسكا در كانادا و پاين كريك (Pine-Crick) در استراليا.
  4- كانسارهاي رگه اي و شبه رگه : شامل انواع رگه اي كلاسيك (پر شده در فضاي گسستگي ها) و رگه اي – استوك ورك، نوع اخير اغلب همراه زونهاي متاسماتيك با كاني سازي انتشاري اورانيم مي باشد.
5- كانسارهاي منفرد كه هنوز مورد مشابهي براي آنها يافت نشده است مثــــــل Olimpic-Dam در استراليا و كانسارهاي منطقه معدني Ronnenburg در آلمان .  6- كانسارهاي متاسماتيك انتشاري : در اين كانسارها كانه هاي متاسماتيك سازنده اصلي سنگ بوده و بقاياي كاني هاي پيشين كمتر از 10درصد مي باشد.مهمترين كانسارهاي شناخته شده از اين نوع در سپر اوكراين و آلدان يافت شده اند.
   7- كانسارهاي انتشاري گرانيتي و پگماتيتي شامل نمونه راسينگ (Rossing) نامي بيا و بانكرفت (Banckroft) در كانادا و ديگر موارد مشابه مي باشد.  8- ساير انواع كانسارها عبارتند از تنوره هاي برشي، كارست ها، شيل هاي سياه اورانيم
دار. استخوانهاي فسفاته اورانيم دار كانسارهاي لايه اي شكل در سنگهاي رسوبي كهن فرانس گابون و اونژسكي (Onezhsky) روسيه   درصد انواع كانسارها نسبت به بزرگي و ميزان ذخيره آنها در جدول شماره يك خلاصه شده است.
....