اورانیوم چیست؟



خصوصیتهای قابل توجه

اورانیوم هنگام عمل پالایش به رنگ سفید مایل به نقره ای فلزی با خاصیت رادیو اکتیوی ضعیف می باشد که کمی از فولاد نرم تر است. این فلز چکش خوار ، رسانای جریان الکتریسیته و کمی PARAMAGNETIC می باشد. چگالی اورانیوم 65% بیشتر از چگالی سرب میباشد. اگر اورانیوم به خوبی جدا شود به شدت از آب سرد متاثر شده و در برابر هوا اکسید میشود. اورانیوم استخراج شده از معادن می تواند به صورت شیمیایی به دی اکسید اورانیوم و دیگر گونه های قابل استفاده در صنعت تبدیل شود.
اورانیوم در صنعت سه گونه دارد:
• آلفا (ORTHOHOMBIC) که تا دمای 667.7 درجه پایدار است.
• بتا (TETRAGONAL) که از دمای 667.7 تا 774.8 درجه پایدار است.
• گاما (BODY-CENTERED CUBIC) که از دمای 774.8 درجه تا نقطه ذوب پایدار است. ( این رساناترین و چکش خوارترین گونه اورانیوم می باشد.)
دو ایزوتوپ مهم ان U235 و U238 می باشند که 235 Uمهمترین ایزوتوپ برای راکتورها و سلاحهای هسته ای است. چرا که این ایزوتوپ تنها ایزوتوپی است که در طبیعت وجود دارد و در هر مقدار ممکن توسط نوترونهای حرارتی شکافته میشود. ایزوتوپ U238 نیز از این جهت مهم است که نوترونها را برای تولید ایزوتوپ رادیو اکتیو جذب کرده و آن را به ایزوتوپ PU239 پلوتونیوم تجزیه می کند. ایزوتوپ مصنوعی U233 نیز شکافته شده و توسط بمباران نوترونی THORIUM232 بوجود می آید.
اورانیوم اولین عنصر یافته شده بود که می توانست شکافته شود. برای نمونه با بمباران آرام نوترونی ایزوتوپ U235 آن به ایزوتوپ کوتاه عمر U236 تبدیل شده و بلا فاصله به دو هسته کوچکتر تقسیم می شود که این عمل انرژی آزاد کرده و نوترونهای بیشتری تولید می کند. اگر این نوترونها توسط هسته U235 دیگری جذب شوند عملکرد حلقه هسته ای دوباره اتفاق می افتد و اگر چیزی برای جذب نوترونها وجود نداشته باشد به حالت انفجاری در می آیند. اولین بمب اتمی با این اصل جواب داد «شکاف هسته ای » نام دقیقتر برای این بمبها و بمب های هیدروژنی« آمیزش هسته ای» سلاحهای هسته ای می باشد.

روش‌های غنی‌سازی اورانیوم

روش انتشار (پخش) حرارتی

روش انتشار (پخش) گازها

روش الکترومغناطیسی

روش مرکزگریز گازی

روش مرکزگریز گازی زیپه

روش‌های لیزری

مقدمه

انرژی شکافت هسته‌ای

کشف انرژی هسته‌ای در جریان جنگ جهانی دوم صورت گرفت و اکنون برای شبکه برق بسیاری از کشورها هزاران کیلو وات تهیه می کند (نیرو گاه هسته ای). بحران انرژی بر اثر بالارفتن قیمت نفت در سال 1973 استفاده از انرژی شکافت هسته‌ای بیشتر وارد صحنه کرد. در حال حاضر ممالک اروپایی انرژی هسته‌ای را تنها انرژی می‌داند. که می‌تواند در اکثر موارد جایگزین نفت شود. استفاده از انرژی شکافت هسته‌ای که بر روی یک ماده قابل احتراق کانی که بصورت محدود پایه گذاری می‌شود. برای سایر کشورها خطرات بسیار دارد در حال حاضر تولید الکتریسته با استفاده از شکافت هسته‌ای کنترل شده به میزان زیادی توسعه یافته و مورد قبول واقع شده است. تولید انرژی هسته‌ای در کشورهای توسعه یافته بخش مهمی از طرح انرژی ملی را تشکیل می‌دهد.

مواد شکافتنی

مواد ناپایدار برای اینکه به پایداری برسند، انرژی گسیل می‌کنند تا به حالت پایدار برسد. معمولا عناصری شکافت پذیر هستند که جرم اتمی آنها بالای 150 باشد ،²³⁵U و ²³⁸U در معادن یافت می‌شود. 99.3 درصد اورانیوم معادن ²³⁸U می‌باشد.و تنها 7% آن ²³⁵U می‌باشد. از طرفی ²³⁵U با نوترونهای کند پیشرو واکنش نشان می‌دهد. ²³⁸Uتنها با نوترونهای تند کار می‌کند، البته خوب جواب نمی‌دهد. بنابر این در صنعت در نیروگاههای هسته‌ای ²³⁵U به عنوان سوخت محسوب می‌شود. ولی به دلایل اینکه در طبیعت کم یافت می‌شود. بایستی غنی سازی اورانیوم شود، یعنی اینکه از 7 درصد به 1 الی 3 درصد برسانند.

شکافت ²³⁵U

در این واکنش هسته‌ای وقتی نوترون کند بر روی ²³⁵U برخورد می کند به ²³⁶U تحریک شده تبدیل می‌شود. نهایتا تبدیل به باریوم و کریپتون و 3 تا نوترون تند و 177 Mev انرژی آزاد می‌شود. پس در واکنش اخیر به ازای هر نوکلئون حدود 1 Mev انرژی آزاد می‌شود. در واکنشهای شیمیایی مثل انفجار به ازای هر مولکول حدود 30 Mev انرژی ایجاد می‌شود. لازم به ذکر است در راکتورهای هسته‌ای که با نوترون کار می‌کند، طبق واکنشهای به عمل آمده 2 الی3 نوترون سریع تولید می‌شود. حتما این نوترونهای سریع باید کند شوند

منبع روزگار نامرد

چگونه اورانیوم به انرژی تبدیل می شود؟

پس مانده ها

پس مانده های حاصل از چرخه سوختی هسته ای در رده های: شدید، متوسط و كم دسته بندی می شوند و این تقسیم بندی براساس تشعشعات رادیواكتیوی كه از خود ساطع می كنند، است.

این پس مانده ها از منابعی سرچشمه می گیرند كه شامل موارد زیر است:

پس مانده های رده پایین (Low-level) كه در تمام مراحل چرخه سوختی تولید می شوند.

پس مانده های رده متوسط (Intermediat-level) كه در جریان عملكرد راكتور و دوباره سازی تولید می شوند.

پس مانده های رده بالا (High-Level) كه شامل محصولات شكافته شده حاصل از دوباره سازی و در بسیاری از كشورها خود سوخت مصرف شده هستند.

فرآیند غنی سازی تولیدات را به سوی تهی كردن اورانیوم هدایت می كند. غلظت اورانیوم 235 به طور عمده كمتر از 7/0 درصد است كه در طبیعت پیدا می شود. تعداد كمی از این مواد كه اصولاً اورانیوم 238 هستند زمانی استفاده می شوند كه چگالی بسیار زیاد نیاز است. مثل استحفاظ پرتوافشانی و گاهی استفاده در تولید سوخت Mox. در حالی كه اورانیوم 238 قابل شكافتن نیست ماده ای پرتوافشانی كم است و باید درمورد آن احتیاط كرد، از این رو یا آن را انبار و یا دفع می كنند.

میزان مواد موجود در چرخه سوختی هسته ای

موارد زیر فرضیات مختلفی ایجاد می كنند. (پاورقی شماره 2 را ملاحظه فرمایید) اما مورد ملاحظه عملكرد راكتور انرژی هسته ای NWE 1000 قرار می گیرند.

20000 تن از یك درصد سنگ معدن اورانیوم استخراج

230 تن از اورانیوم اكسید غلیظ شده (همراه 195 تن اورانیوم) آسیاب سازی

288 تن UF6 (همراه 195 تن اورانیوم) تبدیل كردن

35 تن UF6 (همراه 24 تن اورانیوم غنی شده) غنی سازی

27 تن UO2 (همراه 24 تن اورانیوم غنی شده) ساخت و تولید سوخت

7000 میلیون كیلووات ساعت (kwh) نیروی الكتریسیته عملكرد راكتور

27 تن شامل 240 كیلوگرم پلوتونیوم، 23 تن اورانیوم(u-235 8/0 درصد)، 720 كیلوگرم محصولات شكافتی، همچنین ترانزورانیك سوخت مصرف شده

پاورقی شماره 1- غلیظ كننده های اورانیوم بعضی اوقات در شرایط u3o8 قرار می گیرند كه حجم آن (مخلوطی از دو اورانیوم اكسیدی كه نسبتاً همان چیزی است كه در طبیعت یافت می شود.

محصول u3o8 خالص شامل حدوداً 85 درصد فلز اورانیوم است.

پاورقی شماره 2- غلظت اورانیوم 80 درصد است، غنی سازی در 4 درصد اورانیوم 235 به همراه 3 درصد دنباله آزمایش شده، 80 درصد برای عملكرد راكتور بارگزاری می شوند، در هسته راكتور 72 تن اورانیوم بارگزاری می شوند. سوخت گیری سالانه است و هر سال یك سوم سوخت را عوض می كنند.

منیع : خبرگزاری آفتاب

كاربردهای انرژی هسته ای در صنعت نفت

چرا جهان فردا به انرژی هسته.ای نیاز دارد

1- بشریت برای چندین هزار سال با كمترین اثرگذاری بر روی كره زمین زندگی كرد.
حتی پنج قرن پیش در زمان وقوع رنسانس در اروپا� خاندان مینگ در چین و اولین حكمران مغول در هند� جهان هنوز جمعیت كمی داشت.
از آن زمان� جمعیت جهان كه بر اثر انقلاب.های پیش آمده در زمین� كشاورزی� صنعت و دارو� رشد شتابزده.ای پیدا كرده و در حدود 15 برابر شده است.