توضیحات

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 مقاله در مورد نگاهى به مبانى نظرى انرژى هسته اى دارای 57 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله در مورد نگاهى به مبانى نظرى انرژى هسته اى  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله در مورد نگاهى به مبانى نظرى انرژى هسته اى،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد


بخشی از متن مقاله در مورد نگاهى به مبانى نظرى انرژى هسته اى :

نگاهى به مبانى نظرى انرژى هسته اى

اتم در زبان یونانى به معنى تقسیم ناپذیر است. این ایده، زاده تفكر دموكریتوس فیلسوف یونانى در 2300 سال پیش است. براى او این تصور محال بود كه اجسام مادى بتوانند بى حد و حصر تقسیم شوند. اما «جان دالتون» شیمیدان بود كه نخستین نظریه اتمى نوین را ارائه كرد. دالتون كه كارش پژوهش در مورد هواشناسى بود، به تركیب گازها علاقه مند شد و خیلى زود ایده تشكیل گازها از واحدهاى كوچك غیرقابل تقسیم در ذهنش شكل گرفت. او این نظریه را در سال 1808 تحت عنوان «سیستم جدید فلسفه شیمى» منتشر كرد. تا دهه پایانى قرن نوزدهم دو جنبه اساسى فیزیك

كلاسیك یعنى مكانیك كلاسیك و الكترومغناطیس به خوبى شناخته شده بود و دانشمندان گمان مى كردند كه طبیعت براساس دو نیروى گرانشى و الكترومغناطیسى ساخته شده است. درست در همین زمان بود كه پدیده هایى مشاهده شد كه طى دهه هاى ابتدایى قرن بیستم منجر به بزرگترین انقلاب هاى تاریخ علم یعنى نسبیت عام و مكانیك كوانتومى شدند.

•رادیواكتیویته

در سال 1896 آنتوان هانرى بكرل (Becquerel) فیزیكدان فرانسوى كه از كشف اشعه X به وسیله رونتگن مطلع شده بود، به دنبال یك رشته آزمایش روى سنگ معدنى به نام اورانیل، فعالیت هاى پرتوافشانى خود به خودى خاصى را كشف كرد و آن را «رادیواكتیویته» نام گذاشت. پس از او مارى و پى یر كورى هم دو عنصر رادیوم و پولونیوم را كشف كردند كه خاصیت رادیواكتیویته بسیار بیشترى داشتند. اما بیشتر پژوهش ها روى رادیواكتیویته به وسیله لرد رادرفورد انجام شد. او كشف كرد كه خاصیت رادیواكتیویته ناشى از پراكنش سه نوع اشعه است:

1- اشعه آلفا كه توسط یك برگ كاغذ متوقف مى شود. بار آن مثبت است و در حقیقت همان یون هاى هلیوم دو بار مثبت یا هسته اتم هلیوم است.
2- اشعه بتا كه از ورقه چند میلى مترى آلومینیوم رد مى شود. بار آن منفى است. ماهیت این اشعه الكترون هاى پرانرژى است.

3- اشعه گاما كه از صفحات سربى به ضخامت ده ها سانتى متر ه

م عبور مى كند، از لحاظ الكتریكى خنثى است. این اشعه فوتون هاى پرانرژى با طول موج بسیار كوتاه است.
دانشمندان با توجه به مجموعه آزمایش هاى رادرفورد به این نتیجه رسیدند كه اتم ها برخلاف نامشان از اجزاى كوچكترى هم تشكیل شده اند.

• هسته

افتخار كشف هسته اتم نیز از آن رادرفورد است. او با كمك دو دانشجویش به نام گایگر و مارسدن با انجام آزمایشى كه «پراكندگى» نام دارد، به وجود هسته پى برد. رادرفورد فكر مى كرد كه اتم ها مثل مدل كیك كشمشى تامسون از تعدادى الكترون تشكیل شده اند كه در یك فضاى پیوسته با بار مثبت قرار دارند. به همین دلیل ذرات آلفا را به سمت ورقه نازكى از طلا پرتاب كرد. اما پراكندگى این ذرات از هسته طلا نشان داد كه بارهاى مثبت در ناحیه بسیار كوچكى در وسط اتم متمركز شده اند. شعاع اتم حدود یك آنگسترم (10-10 متر) است ولى اندازه هسته حدود 10 فرمى (14 -10 متر) است.

• نیمه عمر

پس از اینكه رادرفورد ماهیت تشعشع رادیواكتیو را كشف كرد، دانشمندان پى بردند كه رادیواكتیویته به علت تلاشى خودبه خود هسته هاى سنگین و تبدیل آنها به هسته هاى سبك تر است. در حین این تبدیل، ذرات آلفا، بتا و گاما ساطع مى شود. در حقیقت پس از خارج شدن این ذرات از هسته، ماهیت آن تغییر مى كند. تعداد هسته هایى كه در هر لحظه متلاشى مى شوند با تعداد هسته ها در آن لحظه نسبت مستقیم دارد. زمانى را كه نیمى از هسته هاى ماده ابتدایى

متلاشى مى شوند، نیمه عمر ماده مى گویند. یعنى اگر در ابتدا یك گرم ماده رادیواكتیو داشته باشیم، پس از یك نیمه عمر نصف و پس از دو نیمه عمر، یك چهارم و پس از سه نیمه عمر، یك هشتم مقدار اولیه را خواهیم داشت. نیمه عمر مواد مختلف متفاوت است و از چند میلیاردیوم ثانیه تا چندین میلیارد سال تغییر مى كند. معمولاً هرچه نیمه عمر بیشتر باشد، انرژى ساطع شده از تلاشى رادیواكتیویته كمتر است. نیمه عمر اورانیوم 5/4 میلیارد سال است. نیمه عمر رادیوم 1590 سال و نیم عمر راكتانیوم كمتر از 10 هزارم ثانیه است.

• درون هسته

مدل اتمى رادرفورد بیانگر این مطلب بود كه هسته در وسط اتم داراى بار مثبت است و الكترون ها با بار منفى در اطراف آن قرار دارند. مدل اتمى بور هم مدل رادرفورد را كامل كرد و سازوكار منظمى را براى استقرار الكترون ها در اطراف هسته تدوین كرد. اما تفسیر و توجیه رادیواكتیویته تردیدى به جاى نمى گذارد كه هسته ها خود مجموعه مكانیكى پیچیده اى هستند كه از اجراى سازنده متفاوتى تشكیل شده اند. این واقعیت كه وزن اتمى ایزوتوپ هاى اتم هاى مختلف (بعضى از اتم ها درحالى كه جرم اندكى متفاوت با هم دارند، خواص شیمیایى كاملاً یكسانى دارند، به این اتم ها

ایزوتوپ مى گویند.) با اعداد صحیح (یا لااقل بسیار نزدیك به عدد صحیح) بیان مى شوند، نشان مى دهد كه پروتون ها (حاملان بار مثبت) باید نقش یكى از اجزاى اصلى سازنده هسته را داشته باشند. ابتدا فرض مى كردند كه درون هر هسته علاوه بر پروتون، الكترون هم هست. یعنى مثلاً كربن كه جرم 12 و بار 6+ دارد، درون هسته خود 12 پروتون و 6 الكترون دارد و علاوه بر آن در بیرون هسته هم 6 الكترون به دور آن مى چرخند اما این راه حل از لحاظ نظرى مشكلات عدیده اى را به همراه داشت. اما رادرفورد و بور پیشنهاد كردند كه علاوه بر پروتون ذره دیگرى هم جرم آن ولى بدون بار درون هسته است. آنها نام نوترون را براى آن انتخاب كردند و این ذره در سال 1932 توسط چادویك كشف شد.

• اسپین

اتم ها در اثر گرفتن انرژى، تابش مى كنند. این تابش ناشى از این است كه الكترون هاى اطراف هسته، انرژى مى گیرند و بعد این انرژى را به صورت یك فوتون با طول موج معین بازمى تابانند. اما خود این طیف در مجاورت میدان الكترومغناطیسى، به چند طول موج جدا از هم تفكیك مى شود. علت این است كه الكترون ها در اتم، اندازه حركت زاویه اى هم دارند. اشترن و گرلاخ نشان دادند كه الكترون ها علاوه بر این اندازه حركت زاویه اى، خاصیت دیگرى هم دارند كه فقط در حضور میدان مغناطیسى آن را بروز مى دهند. به دلیل شباهت این خاصیت به اندازه حركت زاویه اى، نام آن را «اندازه حركت زاویه اى ذاتى» یا اسپین نهادند. بعدها ثابت شد كه علاوه بر الكترون، باقى ذرات بنیادى هم اسپین دارند. مهمترین ویژگى اسپین این است كه یك خاصیت كاملاً كوانتومى است و مشابه كلاسیك ندارد. ذراتى كه اسپین نیم صحیح دارند (یك دوم، سه دوم، ;) فرمیون مى نا

مند، مثل الكترون، پروتون، نوترون و; این ذرات تشكیل دهنده ماده هستند. در مقابل ذراتى كه اسپین صحیح دارند(صفر، 1 ، 2 و;) بوزون گفته مى شوند، مثل فوتون، مزون، گلوتون و; این ذرات حامل نیروها هستند.

• ایزواسپین و نیروى هسته اى

هنگامى كه نوترون توسط چادویك كشف شد، این واقعیت مسلم شد كه علاوه بر نیروى گرانش و الكترومغناطیسى، حداقل یك نیروى دیگر در طبیعت وجود دارد و این نیرو است كه عامل پیوند نوكلئون ها (پروتون ها و نوترون ها) درون هسته است. زیرا در صورت عدم وجود این نیرو، در اثر دافعه شدید بارهاى مثبت پروتون ها بر هم، هسته از هم مى پاشد. از این مثال برمى آید كه اولاً این نیرو باید جاذبه اى باشد تا در مقابل دافعه پروتون ها بایستد و ثانیاً برد آن باید خیلى كوتاه باشد و از ابعاد هسته بیشتر نباشد. زیرا نیروى الكترومغناطیسى (در مدل بوهر) آرایش الكترون ها در مدارهاى اتمى را به خوبى توضیح مى داد. اما واقعیت مهم و جالب تر این است كه باید براى این نیرو، پروتون و نوترون به یك شكل دیده شوند و فارغ از اختلاف بار الكتریكى این دو ذره یك شكل باشند. هایزنبرگ با استفاده از این واقعیت و با ایده گرفتن از نظریه اسپین، مفهوم ریاضى جدیدى به نام «ایزوتوپ اسپین» یا ایزواسپین را معرفى كرد. او پیشنهاد كرد كه همان طور كه در حضور میدان الكتریكى خطوط طیفى یكى هستند و با ظهور میدان مغناطیسى به چند خط دیگر شكافته مى شوند، نوكلئون ها (پروتون و نوترون) هم در حقیقت در مقابل نیروى هسته اى یك ذره هستند اما هنگام ظهور نیروهاى الكترومغناطیسى به دو ذره با ایزواسپین متفاوت تبدیل مى شوند.

•نیروى هسته اى قوى

یوكاوا فیزیكدان ژاپنى در سال 1935 براى توضیح نیروى هسته اى گفت: این نیرو باید در اثر مبادله ذره اى به نام پیون (مزون پى) بین نوكلئون ها به وجود بیاید. چون این ذره نسبتاً سنگین است، اصل عدم قطعیت هایزنبرگ ایجاب مى كند كه برد این نیرو كوتاه باشد، به این ترتیب ایده مبادله ذره، توانست تمام ویژگى هاى نیروى هسته اى را توضیح بدهد. پیون ها هم مثل نوكلئون ها براى نیروى هسته اى یك ذره به شمار مى روند اما ایزواسپین آنها یك است یعنى در مقابل نیروى

الكترومغناطیسى 3 حالت پیون با بار مثبت و با بار منفى و خنثى را دارند. یك پروتون، با از دست دادن یك پیون مثبت به نوترون تبدیل مى شود و این پیون مثبت خود یك نوترون دیگر را به پروتون تبدیل مى كند. دوتا نوترون یا دوتا پروتون هم مى توانند با هم پیون خنثى (صفر) مبادله كنند. یك نوترون هم با از دست دادن یك پیون منفى به پروتون تبدیل مى شود و این پیون منفى با یك پروتون دیگر، یك نوترون تولید مى كند. به این ترتیب با مبادله این ذرات، نوكلئون ها در هسته پایدار مى مانند.

• نیروى هسته اى ضعیف

یكى از ویژگى هاى بارز نوترون نیم عمر آن است. نوترون در حالت آزاد پس از 18 دقیقه متلاشى و به یك پروتون و یك الكترون تبدیل مى شود. این مدت بسیار طولانى تر از تمام پدیده هایى است كه با نیروى قوى سروكار دارد. نیرو هاى الكترومغناطیسى هم بر نوترون بدون بار عمل نمى كنند. پس واضح است كه تلاشى نوترون، ناشى از یك نیروى جدید در طبیعت است. به علت ضعیف بودن این نیرو نسبت به نیروى هسته اى آن را نیروى هسته اى ضعیف نام گذاشتند. تلاشى هسته كه نتیجه آن تولید پرتو بتا است هم ریشه در این نیرو دارد.

• شكافت

فرمى در فاصله كمى بعد از كشف نوترون در سال 1932 بررسى هسته اتم هاى سنگین بمباران شده به وسیله نوترون را آغاز كرد و از انجام این آزمایش ها با اورانیوم نتایج عجیبى به دست آمد. اتوهان و اشتراسمن در سال 1939 این معضل را حل كردند.
آنها كشف كردند وقتى كه اورانیوم با نوترون بمباران مى شود، هسته هایى مثل باریو تولید مى شوند كه عدد اتمى آنها خیلى كوچك تر از عدد اتمى اورانیوم است. لیز میتنر فیزیكدان آلمانى كه در سوئد زندگى مى كرد، این پدیده را به دقت بررسى كرد و نام شكافت را براى آن انتخاب كرد. بور و ویلر با ارائه مقاله اى فهم نظرى شكافت را به طور كامل ممكن كردند و پس از ارائه مقاله آنها كلیه پژوهش هاى علمى در مورد شكافت هسته اى تا به امروز جزء اسناد فوق العاده سرى، طبقه بندى مى شود.

• گداخت

هسته هاى خیلى سبك مثل هیدروژن یا هلیوم انرژى بستگى كمترى نسبت به هسته هاى سنگین دارند. اگر دو هسته سبك در هم ادغام شوند، هسته سنگین ترى را به وجود مى آورند و مقدار زیادى انرژى به صورت انرژى جنبشى آزاد مى شود. براى انجام گداخت باید هسته ها را بسیار به هم نزدیك كرد. دافعه الكترواستاتیكى مانع بزرگى براى این فرآیند است. این واكنش با افزایش انرژى جنبشى هسته هاى اولیه انجام مى شود. دسترسى به چنین انرژى هایى در

شتاب دهنده ها آسان است اما براى اینكه این واكنش خودنگهدار باشد، به دمایى حدود 108 كلوین نیاز است. (دماى سطح خورشید شش هزار كلوین است.) چنین وضعیتى تنها در حالت پلاسمایى ماده پیش مى آید كه در آن هسته ها و الكترون ها از هم جدا هستند. پژوهش ها به روى گداخت هسته اى همچنان ادامه دارد و قرار است در رآكتور Iter در فرانسه براى نخستین بار چنین فرآیند خود نگهدارى اى ایجاد شود. اما شاید رسیدن به این هدف چند دهه طول بكشد.

نگاهى به آمار تولید سلاح هاى هسته اى در كشورهاى مختلف

جهان همچون یك زرادخانه

سلاح هاى هسته اى، پس از گذشت سال ها از اختراعشان همچنان به عنوان قوى ترین نیروى موجود باقى ماندند. این سلا ح ها را مى توان با استفاده از پلوتونیوم یا اورانیوم غنى شده (بالاى 20 درصد از U238) تهیه كرد. اغلب سلاح هاى هسته اى با تلفیق شكافت و همجوشى عمل مى كنند، یعنى واكنش هسته اى اولیه كه در هسته اى از جنس اورانیوم یا پلوتونیوم انجام مى شود واكنش همجوشى عنصرهاى سبك تر را آغاز مى كند. اولین سلاح هاى هسته اى به وسیله ایالات متحده آمریكا ساخته شد كه قدرت تخریبى آن معادل 10 تا 20 كیلوتن TNT بود، در حالى كه اغلب سلاح هاى هسته اى پیشرفته امروزى قدرت تخریبى بین 100 تا 500 كیلو تن دارند. طبق برآوردها در مجموع 27600 سلاح هسته اى در سراسر جهان وجود دارد.
آمریكا: این كشور حداقل ده هزار سلاح هسته اى دارد اما تصمیم دارد تا سال 2012 این تعداد را به نصف كاهش دهد. آمریكا آخرین مورد از 1030 آزمایش هسته اى خود را در 23 سپتامبر 1992 انجام داد. دولت آمریكا در نظر دارد در مورد طرح هاى سلاح هاى هسته اى پیشرفته تر پژوهش هایى انجام دهد، هر چند كه چنین سلاح هایى هم اكنون تولید نمى شود. آمریكا پیمان جامع منع آزمایش سلاح هاى هسته اى (CTBT) را امضا كرده است، اما به مرحله اجرا درنیاورده است. عمده سلاح هاى هسته اى این كشور در زیردریایى هاى Trdent نصب شده است، باقى سلاح ها نیز روى موشك هاى بالستیك قاره پیما یا بمب افكن هاى B-52 و B-2 نصب شده است.
روسیه: این كشور بیش از 16 هزار سلاح هسته اى كامل دارد. اتحاد شوروى سابق بین 1949 و 1990 ، 715 بار سلاح هاى هسته اى را آزمایش كرد. روسیه مجتمع هاى هسته اى

عظیمى دارد كه از جمله آنها مى توان به ده شهرك سرى هسته اى سابق اشاره كرد كه داراى صدها تن از مواد هسته اى است كه در شرایط امنیتى ناكافى نگهدارى مى شود. روسیه از مقدار تجهیزات و سلاح هاى هسته اى خود به شدت كاسته است و بسیارى از سیستم هاى قدیمى این كشور به پایان دوره خدمت رسانى خود نزدیك مى شوند. این كشور CTBT را امضا

كرده و به مرحله اجرا گذاشته است. روسیه به تلاش هاى خود براى گسترش تجهیزات هسته اى «ورود مجدد» – این گونه سلاح ها از برترین نوع موشك هاى دوربرد هستند كه سلاح هسته اى را به اهداف خود مى رسانند _ ادامه مى دهد. این تجهیزات ورود مجدد به گونه اى طراح

ى مى شوند كه در آخرین مرحله پرواز مانورهایى انجام دهند و مانع تلاش ایالات متحده براى گسترش دفاع موثر در مقابل موشك هاى بالستیك شود.
چین: این كشور 400 سلاح هسته اى و انواع مختلفى از سكوهاى پرتاب دارد (به طور

عمده موشك هاى كوتاه برد و میان برد) و به طور آهسته اما استوارى تلاش هایى را براى نوسازى این سلاح ها انجام مى دهد. این كشور بین سال هاى 1964 و 1996 ، 45 بار آزمایش سلاح هسته اى انجام داد. چین CTBT را امضا كرد، اما هنوز اجرا نكرده است. این كشور به تلاش هاى خود براى توسعه موشك هاى دوربرد قابل اطمینان ادامه مى دهد و گمان مى رود در جست وجوى سیستم هایى است كه آسیب پذیرى كمترى نسبت به حمله پیشگامانه سایر قدرت هاى هسته اى داشته باشد. شواهد قاطعى مبنى بر آنكه چین درصدد دستیابى به انواع جدید سلاح است وجود ندارد، اما این كشور هیچ محدودیتى را هم براى دانشمندان خود براى توقف فعالیت هایشان قائل نشده است.
فرانسه: این كشور حدود 350 سلاح هسته اى را روى 84 هواپیماى حامل سلاح هسته اى و چهار زیردریایى نصب كرده است. از این چهار زیردریایى، سه تا مى توانند هر كدام 16 موشك را حمل كنند. این كشور حدود 60 سلاح هسته اى دارد كه روى هواپیما نصب مى شود. فرانسه بین سال هاى 1960 تا 1996 ، 210 بار سلاح هسته اى را آزمایش كرده است. این كشور بین 1960 تا 1992 حدود 1110 سلاح هسته اى تولید كرد. این كشور CTBT را امضا كرده و به اجرا گذاشته است. فرانسه در نظر دارد سیستم هاى موشكى حامل سلاح هسته اى را كه پیشرفته ترند جانشین موشك هاى بالستیك نصب شده در زیر دریایى ها كند، كه لازمه این كار آن است موشك هاى جدید را به سلاح هاى هسته اى موجود مجهز كند. هیچ تلاشى براى توسعه سلاح هاى هسته اى جدید در این كشور مشاهده نشده است.
انگلستان: هم اكنون این كشور چهار زیردریایى حامل موشك بالستیك مجهز به سلاح هسته اى دارد. هر كدام از این زیردریایى ها را مى توان با 16 موشك TridentII و در مجموع به 48 سلاح هسته اى مجهز كرد. این كشور بین سال هاى 1952 و 1992 حدود 834 سلاح هسته اى تولید كرد. انگلستان تاكنون 44 بار سلاح هاى هسته اى را امتحان كرده است كه اولین آنها در 30 اكتبر 1952 و آخرى آنها در 26 نوامبر 1991 بوده است. این كشور CTBT را امضا و اجرا كرده است. انگلستان به تجهیزات آزمایش هسته اى آمریكا وابسته است و قادر به آزم

ایش یا تایید تجهیزات هیچ گونه سلاحى نیست، مگر آنكه آمریكا آزمایش سلاح هاى خود را از سر بگیرد.
اسرائیل: گمان مى رود این كشور مقدار كافى مواد هسته اى براى تولید 100 تا 170 سلاح هسته اى را در اختیار داشته باشد. اسرائیل تاكنون به داشتن سلاح هسته اى

اقرار نكرده است اما هیچ شك و شبهه اى وجود ندارد كه این كشور داراى سلاح هسته اى است. تعداد دقیق سلاح هاى هسته اى اسرائیل مشخص نیست، اما به احتمال زیاد تعداد آن به آنچه كه تخمین مى زنند بسیار نزدیك است. احتمالاً اسرائیل در مجموع 530 تا 684 كیلوگرم پلوتونیوم قابل استفاده در سلاح هسته اى را از زمان آغاز به كار رآكتور تحقیقاتى دیمونا در سال 1964 تولید كرده است. اسرائیل توانست با جداسازى پلوتونیوم میله سوخت رآكتور در پایان سال 1966 یا 1967 اولین سلاح هسته اى خود را بسازد و به این ترتیب ششمین كشورى بود كه موفق به انجام چنین كارى شد. این كشور مى تواند سلاح هاى هسته اى را به وسیله هواپیما، موشك هاى بالستیك، كشتى و موشك هاى كروزى كه از زیردریایى پرتاب مى شود، حمل كند. اسرائیل به احتمال بسیار در جست وجوى طرح هاى پیشرفته تر سلاح هاى هسته اى است اما جزئیات فعالیت آنان آشكار نشده است.
هند: این كشور امكان انتقال و توزیع تعداد كمى از سلاح هاى هسته اى را در چند روز یا چند هفته دارد و به نظر مى رسد هواپیماهاى جنگنده بمب افكن آن محتمل ترین وسیله حمل این سلاح ها باشند. هند احتمالاً آن قدر پلوتونیوم قابل استفاده در سلاح هسته اى دارد كه بتواند با آنها 75 تا 110 سلاح تهیه كند، با این همه از تعداد واقعى سلاح هاى تولید شده در این كشور اطلاعاتى در دست نیست. این كشور در سال 1974 یك سلاح هسته اى را آزمایش كرد و پنج آزمایش دیگر را در مه 1998 انجام داد. از آن زمان تاكنون روند برنامه هاى تسلیحاتى هند متعادل تر شده است. این كشور به تولید مواد هسته اى براى استفاده در سلاح ادامه مى دهد، اما تاكنون رسماً اعلام نكرده است كه چند سلاح تولید كرده یا تصمیم به تولید چه تعداد سلاح دارد. هند عضو پیمان عدم گسترش سلاح هسته اى (NPT) نیست و CTBT را نیز امضا نكرده است. به احتمال بسیار دانشمندان هندى در جست وجوى طرح هاى پیشرفته ترى براى سلاح هاى هسته اى اند و به محض آنكه مجوز را دریافت كنند، مى توانند این سلاح ها را امتحان كنند.
پاكستان: این كشور از امكانات لازم براى حمل و توزیع تعداد ك

مى سلاح هسته اى در چند روز یا چند هفته برخوردار است. پاكستان مى تواند تا پایان سال 2005 مقدار كافى اورانیوم قابل استفاده در سلاح هسته اى را تولید كند كه مى تواند از آنها 50 تا 110 سلاح هسته اى بسازد. طبق گزارش هاى رسیده، سلاح هاى هسته اى این كشور در بخش هاى مختلف نگهدارى مى شود و بخش مركزى شكافت پذیر این

بمب ها جدا از سایر مواد منفجره غیرهسته اى نگهدارى مى شود. هر چند كه مكان دقیق نگهدارى این تجهیزات عموماً ناشناخته است. پاكستان هم مثل هند، از امضاى NPT خوددارى كرده است. با این همه این كشور CTBT را امضا كرده است، اما از اجراى آن خوددارى مى كند. به احتمال بسیار دانشمندان پاكستانى سرگرم یافتن طرح هاى پیش سلاح ها مى پردازند.
كره شمالى: این كشور برنامه پیشرفته اى براى تولید سلاح هاى هسته اى دارد و به احتمال زیاد پیش از این توانسته است مقدار كافى پلوتونیوم را براى ساخت 9 سلاح هسته اى تولید كند. معلوم نیست كه این كشور چه تعداد از این سلاح ها را ساخته است. سازمان هاى جاسوسى آمریكا مى گویند: «كره شمالى در اواسط دهه 1990 یك یا احتمالاً دو سلاح هسته اى تولید كرده است.»
اما شاید این حدس و گمان بر اظهارات این كشور در مورد قصد یا امكانات آنها باشد و این احتمال هم وجود دارد كه هیچ شاهد مستقیمى در این باره وجود نداشته باشد. اطلاعات بسیار كمى از فعالیت هاى هسته اى كره شمالى وجود دارد، اما به احتمال زیاد این سلاح ها ساده و از نسل اول طرح سلاح هسته اى اند. از توانایى كره شمالى براى دستیابى به طرح هاى پیشرفته تر اطلاعى در دست نیست، با این همه بسیار محتمل است كه این كشور در این مورد سرگرم پژوهش است.

چرخه سوخت هسته اى چیست؟

اورانیومى كه از زمین استخراج مى شود، بلافاصله قابل استفاده در نیروگاه هاى تولید انرژى نیست. براى آنكه بتوان بیشترین بازده را از اورانیوم به دست آورد، فرآیندهاى مختلفى روى سنگ معدن اورانیوم صورت مى گیرد تا غلظت ایزوتوپ U235 كه قابل شكافت است، افزایش یابد. چرخه سوخت اورانیوم نسبت به سوخت هاى رایج دیگر، از جمله زغال سنگ، نفت و گاز طبیعى به مراتب پیچیده تر و متمایزتر است. چرخه سوخت اورانیوم را چرخه سوخت هسته اى نیز مى گویند. چرخه سوخت هسته اى از دو بخش انتهاى جلویى و انتهاى عقبى Front end) و (Back end تشكیل شده است. انتهاى جلویى چرخه، مراحلى است كه منجر به آماده سازى اورانیوم به عنوان سوخت رآكتور هسته اى مى شود و شامل استخراج از معدن، آسیاب كردن، تبدیل، غنى سازى و تولید سوخت است. هنگامى كه اورانیوم به عنوان سوخت مصرف شد و انرژى از آن به دست آمد، انتهاى عقبى چرخه آغاز مى شود تا ضایعات هسته اى به انسان و محیط زیست آسیبى نرسانند. این بخش عقبى شامل انباردارى موقتى، بازفرآورى كردن و انبار نهایى است.

• اكتشاف و استخراج

ذخایر طبیعى اورانیوم، سنگ معدن اورانیوم است كه بر اساس مقدار قابل استحصال از معدن محاسبه مى شود. با تكنیك ها و روش هاى زمین شناسى، معدن اورانیوم شناسایى مى شود و نمونه هایى از سنگ معدن به آزمایشگاه فرستاده مى شود. در آنجا، محلولى از سنگ معدن تهیه مى كنند و اورانیوم ته نشین شده را مورد بررسى قرار مى دهند تا بفهمند چه مقدار اورانیوم را مى توان از آن معدن استخراج كرد و چقدر هزینه مى برد. اورانیوم موجود در طبیعت معمولاً از دو ایزوتوپ U235 و U238 تشكیل مى شود كه فراوانى آنها به ترتیب 71/0 درصد و 28/99 درصد است. هنگامى كه معدن شناسایى شد، به سه روش مى توان اورانیوم ر

ا استخراج كرد. استخراج از سطح زمین، استخراج از معادن زیرزمینى و تصفیه در معدن. دو روش نخست همانند دیگر روش هاى استخراج فلزات هستند ولى در روش سوم كه در ایالات متحده استفاده مى شود، سنگ معدن در خود معدن تصفیه مى شود و اورانیوم به دست مى آید. سنگ معدن اورانیوم معمولاً از اكسید اورانیوم (U3O8) تشكیل شده است و غلظت آن در سنگ معدن بین 05/0 تا 3/0 درصد تغییر مى كند. البته این تنها منبع اورانیوم نیست. اورانیوم در برخى معادن فسفات با منشاء دریایى نیز وجود دارد كه البته فراوانى بسیار كمى دارد، به طورى كه حداكثر به 200 ذره در یك میلیون ذره مى رسد. از آنجایى كه این معادن فسفات مقادیر انبوهى تولید دارند، مى توان اورانیوم را با قیمت معقولى استحصال كرد.

• آسیاب كردن

پس از استخراج سنگ معدن، تكه سنگ ها به آسیاب فرستاده مى شود تا خوب خرد شده، خرده سنگ هایى با ابعاد یكسان تولید شود. اورانیوم توسط اسید سولفوریك از دیگر اتم ها جدا مى شود، محلول غنى شده از اورانیوم تصفیه و خشك مى شود. محصول به

دست آمده، كنسانتره جامد اورانیوم است كه كیك زرد نامیده مى شود.

• تبدیل

كیك زرد جامد است، ولى مرحله بعد (غنى سازى) از تكنولوژى بخصوصى بهره مى برد كه نیازمند حالت گازى است. بنابراین كنسانتره اكسید اورانیوم جامد طى فرآیندى شیمیایى به هگزافلوراید اورانیوم (UF6) تبدیل مى شود. UF6 در دماى اتاق جامد است، ولى د

ر دمایى نه چندان بالا به گاز تبدیل مى شود.

• غنى سازى

براى ادامه یك واكنش زنجیره اى هسته اى در قلب یك رآكتور آب سبك، غلظت طبیعى اورانیوم 235 بسیار اندك است. براى آنكه UF6 به دست آمده در مرحله تبدیل، به عنوان سوخت هسته اى مورد استفاده قرار گیرد، باید ایزوتوپ قابل شكافت آن را غنى كرد. البته سطح غنى سازى بسته به كاربرد سوخت هسته اى متفاوت است. براى یك رآكتور آب سبك، سوختى با 5 درصد اورانیوم 235 مورد نیاز است، درحالى كه در یك بمب اتمى، سوخت هسته اى باید حداقل 90 درصد غنى شده باشد. غنى سازى با استفاده از یك یا چند روش جداسازى ایزوتوپ هاى سنگین و سبك صورت مى گیرد. در حال حاضر، دو روش رایج براى غنى سازى اورانیوم وجود دارد كه عبارتند از انتشار گاز و سانتریفوژ گاز. در روش انتشار گازى (دیفیوژن)، گاز طبیعى UF6 با فشار بالا از یك سرى سدهاى انتشارى عبور مى كند. این سد ها كه غشاهاى نیمه تراوا هستند، اتم هاى سبك تر را با سرعت بیشترى عبور مى دهند. در نتیجه 235UF6 سریع تر از 238UF6 عبور مى كند. با تكرار این فرآیند در مراحل مختلف، گازى نهایى به دست مى آید كه غلظت U235 بیشترى دارد. مهم ترین عیب این روش این است كه جداسازى ایزوتوپ هاى سبك در هر مرحله نرخ نسبتاً پایینى دارد، لذا براى رسیدن به سطح غنى سازى مطلوب باید این فرآیند را به دفعات زیادى تكرار كرد كه این خود نیازمند امكانات زیاد و مصرف بالاى انرژى الكتریكى است و بالتبع هزینه عملیات نیز بسیار افزایش خواهد یافت. در روش سانتریفوژ گاز، گاز UF6 را به مخزن هایى استوانه اى تزریق مى كنند و گاز را با سرعت بسیار زیادى مى چرخانند. نیروى گریز از مركز موجب مى شود 235Uf6 كه اندكى از 238UF6 سبك تر است، از مولكول سنگین تر جدا شود. این فرآیند در مجموعه اى از مخزن ها صورت مى گیرد و در نهایت، اورانیوم با سطحى غنى شده مطلوب به دست مى آید. هر چند روش سانتریفوژ گازى نیازمند تجهیزات گرانقیمتى است، هزینه انرژى آن نسبت به روش قبلى كمتر است. امروزه فناورى هاى غنى سازى جدیدى نیز توسعه یافته است كه همگى بر پایه استفاده از لیزر پیشرفت كرده اند. این روش ها كه روش جداسازى ایزوتوپ با لیزر بخار اتمى (AVLIS) و جداسازى ایزوتوپ با لیزر مولكولى (MLIS) نام دارند، مى توانند مواد خام بیشترى را در هر مرحله غنى كنند و سطح غنى سازى آنها نیز بالاتر است.

• ساخت میله هاى سوخت

تولید میله سوخت، آخرین مرحله انتهاى جلویى در چرخه سوخت هسته اى است. اورانیوم غنى شده كه هنوز به شكل UF6 است، باید به پودر دى اكسید اورانیوم (2 UO) تبدیل شود تا به عنوان سوخت هسته اى قابل استفاده باشد، پودر 2 UOسپس فش

رده مى شود و به شكل قرص درمى آید. قرص ها در معرض حرارت با دماى بالا قرار مى گیرند تا به قرص هاى سرامیكى سخت تبدیل شوند. پس از طى چند فرآیند فیزیكى، قرص هایى سرامیكى با ابعاد یكسان حاصل مى شود. حال، متناسب با طراحى رآكتور و نوع سوخت مورد نیاز، این قرص هاى كوچك را دسته دسته كرده و در لوله اى بخصوص قرار مى دهند. این لوله از آلیاژ بخصوصى ساخته شده است كه در برابر خوردگى بسیار مقاوم است و در عین حال از رسانایى حرارتى بسیار بالایى برخوردار است. حال میله سوخت آماده شده است و براى استفاده در رآكتور به نیروگاه فرستاده مى شود.
• انتهاى عقبى چرخه سوخت هسته اى: مدیریت زباله هاى هس

ته اى
در نیروگاه هسته اى هم مثل دیگر فعالیت هاى بشرى، ضایعاتى تولید مى شود كه به دلیل حساسیت مضاعف زباله هاى رادیواكتیو، مدیریت این ضایعات باید تحت قوانین و محدودیت هاى خاصى صورت بگیرد. در هر هشت مگاوات ساعت انرژى الكتریكى

تولید شده در نیروگاه هسته اى، 30 گرم زباله رادیواكتیو به وجود مى آید. براى تولید همین مقدار برق با استفاده از زغال سنگ پركیفیت، هشت هزار كیلوگرم دى اكسید كربن تولید مى شود كه در دما و فشار جو، 3 استخر المپیك را پر مى كند. مى بینید حجم زباله هاى رادیواكتیو بسیار كمتر است، ولى خطر آنها به مراتب بیشتر است و مراقبت از آنها ضرورى تر و دشوارتر. زباله هاى رادیواكتیو بر اساس مقدار و نوع ماده رادیواكتیو به 3 گروه تقسیم مى شوند:

الف _ سطح پایین: لباس هاى حفاظتى، لوازم، تجهیزات و فیلترهایى كه حاوى مواد رادیواكتیو با عمر كوتاه هستند. اینها نیازى به پوشش حفاظتى ندارند و معمولاً فشرده شده یا آتش زده مى شوند و در چاله هاى كم عمق دفن شده و انبار مى شوند.

ب- سطح متوسط: رزین ها، پسمانده هاى شیمیایى، پوشش میله سوخت و مواد نیروگاه هاى برق هسته اى جزء زباله هاى سطح متوسط طبقه بندى مى شوند. اینها عموماً عمر كوتاهى دارند، ولى نیاز به پوشش محافظ دارند. این زباله ها را مى توان درون بتن قرار داد و در مخزن زباله ها گذاشت.
ج _ سطح بالا: همان سوخت مصرف شده رآكتورها است و نیاز به پوشش حفاظتى و سردسازى دارند. مراحل مدیریت این ضایعات عبارتند از:

• انباردارى موقتى

سوخت مصرف شده كه از رآكتور خارج مى شود، بسیار داغ و رادیواكتیو است و تشعشع و یون هاى فراوانى را مى تاباند. از این رو باید هم آن را سرد كرد و هم از تابیدن پرتوهاى رادیواكتیو آن به محیط جلوگیرى كرد. در كنار هر رآكتور، استخرهایى براى ا

نبار كردن سوخت مصرف شده وجود دارد. این استخرها، مخزن هایى بتنى مسلح به لایه هاى فولاد زنگ نزن هستند كه 8 متر عمق دارند و پر از آب هستند. آب هم میله هاى سوخت مصرف نشده را خنك مى كند و هم به عنوان پوشش حفاظتى در برابر تابش رادیواكتیو عمل مى كند. به مرور زمان، شدت گرما و تابش رادیواكتیو كاهش مى یابد،

به طورى كه پس از چهل سال، به یك هزارم مقدار اولیه (زمانى كه از رآكتور خارج شده بود) مى رسد.

• بازفرآورى و انبار نهایى

3 درصد سوخت مصرف شده در یك رآكتور آب سبك را ضایعات بسیار خطرناك رادیواكتیو تشكیل مى دهد، ولى بقیه آن حاوى مقادیر قابل توجهى U-235،Pu-239 وU-238 و دیگر مواد رادیواكتیو است. این مواد را مى توان با روش هاى شیمیایى از یكدیگر جدا كرد و اگر شرایط اقتصادى و قوانین حقوقى اجازه دهد، مى توان سوخت مصرف شده را براى تهیه سوخت هسته اى جدید بازیافت كرد. كارخانه هایى در فرانسه و انگلستان وجود دارند كه مرحله بازفرآورى سوخت نیروگاه هاى كشورهاى اروپایى و ژاپن را انجام مى دهند. البته این كار در ایالات متحده ممنوع است. رایج ترین شیوه بازفرآورى PUREX نام دارد كه مخفف عبارت جداسازى اورانیوم و پلوتونیوم است. ابتدا میله هاى سوختى را از یكدیگر جدا مى كنند و در اسید نیتریك حل مى كنند، سپس با استفاده از مخلوطى از فسفات ترى بوتیل و یك حلال هیدروكربن، اورانیوم و پلوتونیوم مصرف نشده را جدا مى كنند و به عنوان سوخت جدید به مراحل تهیه سوخت مى فرستند. ضایعات هسته اى سطح بالا را پس از جداسازى، حرارت مى دهند تا به پودر تبدیل شود. پس از این فرآیند كه آهى كردن خوانده مى شود، پودر را با شیشه مخلوط مى كنند تا ضایعات را در محفظه اى محبوس كند. این فرآیند شیشه سازى نام دارد. شیشه مایع براى ذخیره سازى درون محفظه هایى از جنس فولاد ضدزنگ قرار مى گیرند و این محفظه ها را در منطقه اى پایدار (از نظر جغرافیایى) انبار مى كنند. پس از یك هزار سال، شدت تابش هاى رادیواكتیو ضایعات هسته اى به مقدار طبیعى كاهش پیدا مى كند. این نقطه تا به امروز، انتهاى چرخه سوخت هسته اى است.

آشنایى با اجزاى رآكتورهاى هسته اى

در حالى كه تولید انرژى با استفاده از سوخت هاى فسیلى در جهان روزبه روز گران تر مى شود، برق هسته اى كه در نیروگاه هاى هسته اى و با استفاده از واكنش شكافت هسته اى تولید مى شود، منبع بسیار خوبى براى تولید انرژى و جایگزینى آن با برق فسیلى به شمار مى رود. تولید برق به روش هسته اى ضمن آنكه پایان ناپذیر است، گازهاى گلخانه اى هم تولید نمى كند. تنها مشكل آن، زباله هاى هسته اى هستند كه در صورتى كه از آنها درست محافظت شود، عملاً هیچ ضررى براى محیط زیست ندارند.

• رآكتورهاى شكافت

در اثر شكافت هسته هاى سنگین مثل اورانیوم و تبدیل آن به هسته هاى سبك تر و اشعه آلفا یا بتا و نوترون، مقدارى انرژى جنبشى هم آزاد مى شود. اگر جرم محصولات شكافت را از جرم ماده اولیه كم كنیم مقدار ناچیزى باقى مى ماند. این مقدار ناچیز طبق معادله معروف اینشتین E=mc2 تبدیل به انرژى جنبشى مى شود. گرماى تولید شده توسط شك

افت، در قلب رآكتور توسط میله هایى كنترل مى شود. نوترون ها تحریك كننده شكافت هستند.
با قرار دادن جذب كننده هاى نوترونى بین اورانیوم مى توان میزان فرآیند شكافت و سرعت آن و در نتیجه شدت گرماى تولیدشده را كنترل كرد. گرماى حاصل توسط آب به بیرون از رآكتور منتقل مى شود. دماى آب درون چرخه تحت فشار، گاهى به چندین برابر نقطه جوش مى رسد. در بیرون از رآكتور این گرما آب موجود در منبع دیگر را بخار مى كند و بخار آب تولید شده، با انرژى زیادى كه دارد، توربین هاى بخار را به حركت درمى آورد و برق تولید مى شود.

• قلب رآكتور

فرآیند شكافت معمولاً نوترون هاى سریع تولید مى كند. اما براى اینكه یك هسته اورانیوم شكافته شود، به یك نوترون كند نیاز است. براى این كار از كندكننده هاى نوترونى استفاده مى شود. گرافیت و آب سنگین، توان این كار را دارند.

• واكنش زنجیره اى

یك نوترون كند، اورانیوم را مى شكافد حاصل علاوه بر هسته هاى كوچك تر تعدادى نوترون است كه خود هسته هاى اورانیوم دیگر را مى شكافد. به این فرآیند واكنش زنجیره اى مى گویند كه اساس كار رآكتور است.

• نخستین رآكتورهاى هسته اى

فرمى و زیلارد نخستین كسانى بودند كه توانستند یك واكنش زنجیره اى كامل را در یك رآكتور هسته اى انجام دهند. آنها در دهه 1940 كه بر روى پروژه ساخت بمب هسته اى براى ایالات متحده (منهتن) كار مى كردند، در دانشگاه شیكاگو و در آزمایشگاه شان این كار را انجام دادند. اما در سال 1955 كه ایده اقتصادى شدن انرژى هسته اى رواج یافت، آنها این كشف را در اداره اختراعات و اكتشافات ایالات متحده ثبت كردند.

رآكتورها از لحاظ سرعت عمل شان به دو دسته تقسیم مى شوند:

0- رآكتورهاى گرمایى: كه سرعت كمى دارند و فرآیند شكافت و تولید گرما در آنها به آرامى انجام مى شود. اكثر این رآكتورها استفاده صلح آمیز دارند.

2- رآكتورهاى سریع: هدف اصلى این رآكتورها تولید سوخت لازم براى سلاح هاى هسته اى است. پلوتونیوم و اورانیوم 235 از محصولات این رآكتورها هستند.

بمب هاى هسته اى

•چرا اورانیوم و پلوتونیوم؟

ایزوتوپ معمول اورانیوم (اورانیوم 238) براى ساخت سلاح اتمى مناسب نیست. چرا كه با شلیك نوترونى به هسته این ایزوتوپ، احتمال به دام افتادن نوترون و تشكیل اورانیوم 239 از احتمال شكافت هسته اى بسیار بیشتر است. درحالى كه در اورانیوم 235 امكان شكافت هسته اى بیشتر است. اما فقط 7/0 درصد اورانیوم موجود در طبیعت، ایزوتوپ 235 است. به همین خاطر براى تهیه مقدار مورد نیاز اورانیوم 235 براى ساخت بمب، به مقدار زیادى از اورانیوم طبیعى نیاز است.

در عین حال ایزوتوپ هاى 235 و 239 اورانیوم به روش هاى شیمیایى قابل جداسازى نیستند؛ چرا كه از لحاظ شیمیایى یكسانند. بنابراین دانشمندان پروژه منهتن قبل از ساختن بمب باید مسئله دیگرى را حل مى كردند؛ جداسازى ایزوتوپ هاى اورانیوم به روش هاى غیرشیمیایى. پژوهش ها همچنین نشان مى داد كه پلوتونیوم 239 قابلیت شكافت هسته اى بالایى دارد. گرچه پلوتونیوم 239 یك عنصر طبیعى نیست و باید ساخته شود. رآكتورهاى هنفورد در واشینگتن به همین منظور ساخته شده اند.

• «پسربچه»:(Little boy) یك بمب شلیكى

طرح «پسربچه» شامل تفنگى است كه توده اى از اورانیوم 235 را به سمت توده دیگرى از این ایزوتوپ شلیك مى كند. به این ترتیب یك جرم فوق بحرانى تولید مى شود. نكته اساسى كه حتماً باید رعایت شود این است كه این توده ها باید در زمانى كوتاه تر از حدفاصل بین شكافت هاى خود به خودى در كنار هم نگه داشته شوند. به محض اینكه دو توده اورانیوم در كنار هم قرار گرفتند، ناگهان چاشنى توده اى از نوترون ها را تولید مى كند و زنجیره واكنش ها آغاز مى شود. با ادامه این زنجیره، انرژى مدام افزایش مى یابد تا بمب به سادگى و خودبه خود منفجر شود.

1- در دنباله پلیسه بردارى

2- مخروط دم

3- لوله هاى ورود هوا

4- چاشنى فشار هوا

5- محفظه پوشش محافظ سربى

6- بازوى چاشنى

7- سرانفجارى

8- چاشنى انفجارى معمول

9- اورانیوم 235 (گلوله)

10- سیلندر توپ

11- اورانیوم 235 (هدف) با مخزن

(منعكس كننده نوترون درست این بالا است)

12- میله هاى كنترل فاصله

13- فیوزها

• «مرد چاق»(Fat man) : بمب انفجار درونى

شكافت خودبه خودى پلوتونیوم 239 آنقدر سریع است كه بمب تفنگى (پسربچه) نمى تواند دو توده پلوتونیوم را در زمانى كوتاه تر از حد فاصل شكافت ها كنار هم نگه دارد. بنابراین براى پلوتونیوم باید نوع دیگرى از بمب طراحى شود. قبل از سواركردن بمب، چند نوترون سرگردان رها مى شوند تا زنجیره واكنش پیش رس را آغاز كنند. این زنجیره موجب كاهش عظیم انرژى منتشر شده مى شود. «ست ندرمى یر» (دانشمندى از لس آلاموس) ایده استفاده از چاشنى هاى انفجارى را براى كمپرس بسیار سریع كره پلوتونیوم مطرح كرد و بسط داد. با این روش كره پلوتونیوم به چگالى مناسب بحرانى مى رسد و انفجار هسته اى رخ مى دهد.

1- :AN 219 فیوز تخریب

2- :Archie آنتن رادار

3- صفحه باترى ها

4- واحد :Xسیستم جرقه زن كنار چاشنى

5- لولا براى ثابت نگه داشتن دو بخش بیفوى بمب

6- لنز پنج ضلعى با قابلیت انفجار بالا

7- لنز شش ضلعى با قابلیت انفجار زیاد

8- چتر نجات كالیفرنیا دنباله (آلومینیوم)

9- حفاظ دور، قطر داخلى cm 140

10- مخروط هایى كه كل كره را در بر مى گیرند

11- لنزهاى انفجارى

12- ماده هسته اى

13- صفحه رادارها، سوئیچ هاى هوا و تایمرها

14- جمع كننده لوله هوا

• بمب انفجار داخلى: بمب كثیف

انفجار درونى كه در واقع عكس انفجار بیرونى است ماده و انرژى را چگال و متمركز مى كند. ویرانى ساختمان بر اثر انفجار بیرونى باعث مى شود كه ساختم

ان روى خودش آوار شود. اصطلاحاً گفته مى شود كه «ساختمان از درون منفجر شده است.» انفجار درونى، آوار شدن از داخل است. درست مقابل انفجار بیرونى، یك كره توخالى پلوتونیوم مى تواند با چاشنى كروى انفجارى خارجى، از درون منفجر شده و به عنوان ماشه یك بمب شكافت هسته اى به كار رود. این بمب هم به نوبه خود مى تواند یك ماشه انفجار داخلى براى یك جور هم جوشى باشد. در بحث كاویتاسیون انفجار درونى یك فرآیند مكثى است كه ذرات را مجبور به حركت به سمت داخل مى كند (نه حركت به سمت خارج كه مربوط به انفجار بیرونى است) این حركت مركزگراى درونى، از یك مسیر مستقیم به سمت مركز (مسیر شعاعى) پیروى نمى كند، بلكه با چرخش روى یك مسیر مارپیچى حركتش را انجام مى دهد. این حركت چرخشى ورتكس نام دارد. در كاویتاسیون به خاطر فشار كم، حباب هاى كوچكى از بخار آب در یك سمت پروانه تشكیل مى شود. با تخریب این حباب ها، موج هاى ناگهانى محلى شدیدى به و

جود مى آید كه سر و صدا تولید مى كند و منجر به شكست محلى در سطح پروانه مى شود. ادامه این روند سایش ماده را به دنبال دارد. مشخصه اصلى ورتكس این است كه خارج آن كند و مركز آن تند حركت مى كند. در ورتكس، آب «از درون منفجر مى شود» ذرات معلقى كه از آب سنگین ترند به مركز جریان كشیده مى شوند، مقاومت اصطكاكى كاهش مى یابد و سرعت جریان زیاد مى شود.

مراحل انفجار داخلى

1 ماده منفجر ه اى كه ماده شكافت پذیر را در برگرفته است، مشتعل مى شود. 2 یك موج ناگهانى تراكمى به سمت داخل شروع به حركت مى كند. سرعت این موج ناگهانى از سرعت صوت بیشتر است و سبب افزایش قابل توجه شار مى رود. موج در یك لحظه به تمام نقاط روى سطح كروى ماده شكافت پذیر در هسته بمب حمله مى كند، فرآیند تراكم آغاز مى شود. 3 با افزایش چگالى هسته، جرم به حالت بحرانى و سپس فوق بحرانى مى رود كه در آن زنجیره واكنش ها به صورت نهایى زیاد مى شود. 4 اكنون پخش

شدن چاشنى به رها شدن نوترون هاى زیاد منجر مى شود. به همین دلیل خیلى از تولیدات اولیه باى پس مى شوند.5 زنجیره واكنش ها همچنان ادامه مى یابد. تا زمانى كه انرژى تولید شده در درون بمب به قدرى بزرگ شود كه فشار درونى (ناشى از انرژى شكافت) به مقدارى بیش از فشار انفجار داخلى و ناشى از موج ناگهانى برسد.6 با از هم جدا كردن بمب، انرژى منتشر شده در فرآیند شكافت، به اطراف انتقال مى یابد.

•بمب هیدروژنى

بازده هیدروژنى به وسیله مقدار لیتیوم دوتراید (deuteride) و نیز مواد شكافت پذیر اضافه كنترل مى شود. براى تامین نوترون هاى اضافه فرآیند هم جوشى (fusion) معمولاً اورانیوم 238 در بخش هاى مختلف بمب به كار مى رود. این ماده شكافت پذیر اضافه (اورانیوم 238) در عین حال تشعشعات اتمى باكیفیت بالا نیز تولید مى كند.

بمب نوترونى

بمب نوترونى یك بمب هیدروژنى است. بمب نوترونى به كلى با سایر سلاح هاى اتمى استاندارد تفاوت دارد. چرا كه اثرهاى مهلك بمب كه از تشعشعات مضر مى آید، به خاطر نوترون هایى است كه خودش رها مى كند. این بمب همچنین به نام «سلاح تشعشع افزوده» (enhanced- radiation weapon) شناخته مى شود.اثرات تشعشع افزوده در بمب نوترونى بدین صورت است كه آثار حرارتى و تخریبى این بمب نسبت به سایر سلاح هاى اتمى كمتر است. به همین دلیل ساختارهاى فیزیكى مثل ساختمان ها و مراكز صنعتى كمتر خسارت مى بینند و بمب بیشترین آسیب را به انسان وارد مى كند. از آنجا كه اثرات تشعشع نوترون با افزایش فاصله به شدت كاهش مى یابد اثر بمب در مناطق نزدیك به آن و مراكز دور از آن به وضوح تفاوت دارد. این ویژگى كاملاً مطلوب كشورهاى عضو پیمان آتلانتیك شمالى (ناتو) است، چرا كه آنها مى خواهند آمادگى نبرد در مناطق پرازدحام را داشته باشند درحالى كه انواع دیگر انفجارهاى هسته اى، زندگى شهرى و دارایى ها را به خطر مى اندازند بمب نوترونى فقط با زنده ها سر و كار دارد.

نگاهى به مبانى و كاربردها
پزشكى هسته اى

نیم نگاه

پزشكى هسته اى بهتر از رادیو درمانى

تصویربردارى به طریق هسته اى و تزریق و خوردن داروهاى هسته اى به هیچ وجه براى بدن مضر نیست. مواد رادیواكتیوى كه در پزشكى هسته اى مورد

استفاده قرار مى گیرند نیمه عمر خیلى كوتاهى دارند و خیلى زود از بین مى روند. میزان پرتو تابش شده از این مواد پائین تر از اشعه X معمول و یا اشعه CT اسكن است و به راحتى از طریق ادرار یا كیسه صفرا حذف و دفع مى شود. در مقایسه رادیو درمانى (Radio Therapy) كه با پزشكى هسته اى متفاوت است، با تابش پرتو هاى مختلف یونیزه مثل آلفا، بتا و گاما و اشعه X تمام سلول ها را تحت تاثیر قرار مى دهد.

پزشكى هسته اى شاخه اى از علم پزشكى است كه در آن از مواد رادیواكتیو براى تشخیص و درمان بیمارى استفاده مى شود. مواد رادیواكتیو مورد استفاده یا رادیو ایزوتوپ هستند و یا داروهایى كه با مواد رادیو ایزوتوپ نشاندار شده اند. داروى رادیواكتیو، در روش هاى تشخیصى مواد رادیواكتیو به بیمار تزریق مى شود و میزان اشعه تایید شده، از بیمار اندازه گیرى مى شود. اكثر روش هاى تشخیصى به كمك یك دوربین اشعه گاما، توانایى تشكیل تصویر را دارند. در موارد استفاده درمانى، مواد رادیواكتیو براى درمان مورد استفاده قرار مى گیرند مثل استفاده از ید (131) كه در درمان سمى شدن تیروئید و سرطان تیروئید مورد استفاده قرار مى گیرد.
روش هاى مختلف استفاده از داروهاى رادیواكتیو:

•تزریق درون رگى كه در اسكن هاى مختلفى مورد استفاده قرار مى گیرد.

•تزریق زیر جلدى كه معمولاً براى مطالعه سیستم لنفاوى كاربرد دارد.

•تنفسى كه معمولاً براى مطالعه شش ها مورد استفاده قرار مى گیرد. در این روش از گاز كریپتون (81) و یا ذرات هواى حاوى تكنتیوم (99) استفاده مى شود.

•خوراكى كه معمولاً براى شفاف كردن و متمایز كردن سیستم گوارشى به كار برده مى شود.

• كاربردهاى تشخیصى پزشكى هسته اى

در كلیه روش هاى تشخیصى، نحوه عملكرد صحیح اندام هاى بدن در مقایسه با یك فرد سالم مقایسه مى شود. اتصال رادیو ایزوتوپ ها به ماده یا عضو مورد نظر به تشخیص و شناسایى پرتوهاى تابش شده و اندازه گیرى آنها كمك مى كند. در پزشكى هسته اى براى تشخیص معمولاً از یك سرى از مواد رادیواكتیو استفاده مى شود كه یا به صورت گاز هستند و یا مایع كه به بدن تزریق مى شوند.

•مواد رادیواكتیو به فرم مایع:

Technetium(99)
ت(131)یا Iodinت(123)

Thallium(201)

Gallium(67)
• مواد رادیواكتیو به فرم گازى:

Xenon )133)

Krypton (81)

• تجهیزات لازم براى عكسبردارى

معمولاً پرتوهاى ساطع شده از ماده رادیواكتیو داخل بدن، توسط دوربین هاى گاما تشخیص داده مى شوند. به طور معمول، دوربین هاى گاما از آشكارساز گاما مثل یك كریستال فعال یدید سدیم كه با یك سیستم تصویرى همراه است، تشكیل شده اند. دوربین هاى گاما از نحوه پراكنش تابش رادیواكتیو بر روى آشكارساز گاما تصویر را به وجود مى آورند.وضوح دوربین هاى گاما بین 4 تا 6 میلى متر است كه مى تواند هزاران اشعه گاما را در ثانیه آشكار كند. دوربین گاما هر پرتو گاماى ساطع شده را در دو جهت محور

x و y آشكار مى كند و به این ترتیب تصویر را به وجود مى آورد.در پزشكى هسته اى معمولاً وضوح (dpi) هر تصویر به تعداد پرتوهاى گاماى آشكار شده در آن پیكسل، در واحد زمان گفته مى شود.اساس كار دستگاه ه

اى مختلف كه از فیزیك هسته اى براى تصویربردارى استفاده مى كنند، ایجاد یك سرى تصویر از برش هاى مختلف بدن و از زاویه هاى متفاوت است كه این تصاویر با یكدیگر ادغام شده و یك تصویر سه بعدى از محل مورد نظر ایجاد مى كنند.

• سى تى اسكن

Computed Tomography با نام CAT scan هم خانواده مى شود و روشى است كه طى آن یك سرى تصاویر دوبعدى به دست آمده با اشعه X به تصاویر سه بعدى تبدیل مى شوند. كلمه tomo از واژه tomos به معنى برش گرفته شده است. سیستم CT اسكن در سال 1972 توسط گاد فرى نیوبلد هوزنفیلد از آزمایشگاه مركزى EMI اختراع شد. آلن مك لئود كدمارك از دانشگاه تافت نیز به طور جداگانه اى همین روش را ابداع كرده بود. این دو نفر به طور مشترك برنده جایزه نوبل سال 1979 شدند. اولین نوع اسكنرها، در انجام اسكن از مغز محدودیت هایى داشتند و در آنها منبع اشعه X به صورت یك امتداد باریك مدادمانند بود كه روى یك یا دو آشكارساز ثابت شده بود. منبع اشعه X و آشكارسازها در وضعیتى متناسب با یكدیگر قرار داشتند و در امتداد بدن بیمار حركت مى كردند و طى این حركت، چرخشى یك درجه اى نسبت به یكدیگر داشتند. در نسل دوم اسكنرها، تغییراتى در شكل منبع اشعه X و تعداد آشكارسازها به وجود آمد. منبع اشعه x به شكلى شبیه پنكه تغییر پیدا كرد و زمان اسكن به طور قابل ملاحظه اى كاهش یافت. در نسل سوم اسكنرها، تغییر اساسى در زمان اسكن به وجود آمد و امكان تشكیل تصویر نهایى همزمان با اسكن ایجاد شد. در این اسكنرها، منبع پنكه اى شكل اشعه X در امتداد ردیفى از آشكارسازها كه در وضعیتى متناسب با منبع اشعه X قرار داشتند ثابت شده بود و سرعت اسكن از هر برش به 10 ثانیه كاهش پیدا كرد.

در نسل چهارم اسكنرها، زمان اسكن نسبت به قبل تغییرى نكرد با این تفاوت كه یك حلقه 360 درجه از آشكارسازها دور بدن بیمار را فرامى گرفت و منبع اشعه x نیز در وضعیتى غیرمتناسب با آشكارسازها به دور بیمار مى چرخید. در حالت مدرن اسكنرها كه واجد چندین آشكارساز و چند ردیف اسكنر هستند،

اسكن از قفسه سینه به مدت یك دم و بازدم زمان مى برد. در سال هاى اخیر توموگرافى در حد میكرومتر نیز قابل انجام است و میكروتوموگرافى خوانده مى شود ولى هنوز در مورد انسان مورد استفاده قرار نگرفته است.CT اسكن در پزشكى هسته اى به عنوان روشى تشخیصى كاربرد دارد. در برخى از موارد براى ایجاد تمایز بین بافت هاى مختلف از ید درون رگى استفاده مى شود. این حالت به وضوح بیشتر ساختارهایى مثل

رگ هاى خونى كه ممكن است از بافت هاى اطراف متمایز نباشد، كمك مى كند. استفاده از این مواد در برخى موارد به بررسى نحوه عملكرد بعضى از اعضاى بدن نیز كمك مى كند. پیشرفت و فناورى CT اسكن باعث شده كه دوز تابش اشعه X و زمان اسكن كاهش پیدا كند و اما هنوز هم دوز اشعه تابشى در این روش بسیار بالاتر از رادیوگرافى معمولى با اشعه X است.

اسكن جمجمه: تشخیص ضربه مغزى و خونریزى داخلى معمولى ترین دلیل براى اسكن از سر است. این اسكن بدون تزریق ماده حاجب انجام مى شود و خونریزى حالت متمایزترى خواهد داشت. براى تشخیص تومور نیز از این روش به همراه تزریق ماده حاجب استفاده مى شود كه البته دقت MRI را ندارد. از CT اسكن سر و گردن و منطقه دهانى معمولاً براى آمادگى جراحى استخوان صورت و فك و گاهى تشخیص تومور یا كیست در ناحیه فك ها و سینوس ها و تیغه بینى استفاده مى شود.

اسكن قفسه سینه: CT اسكن بهترین روش براى تشخیص تغییر بافت شش ها به صورت حاد و یا مزمن است. به طور معمول براى تشخیص بیمارى هاى تنفسى مثل ذات الریه یا سرطان از CT اسكن بدون ماده حاجب استفاده مى شود.

اسكن قلب: اسكن از قلب معمولاً تا 64 برش و وضوح خیلى بالا و سرعت بالا صورت مى گیرد كه معمولاً هرگونه اختلال در عملكرد عروقى قلبى را مشخص مى كند.
به طور كلى هرگونه بیمارى را مى توان با CT اسكن از نقاط مختلف بدن تشخیص داد. معمول ترین موارد انجام CT اسكن در تشخیص سنگ هاى مثانه و كلیه، عفونت آپاندیس، عفونت پانكراس و عدم عملكرد كیسه صفرا است.

• MRI (Magnetic Resonance Imaging)

MRI روشى است كه با استفاده از میزان آب معدنى متصل به مولكول ها، تصویرى از داخل بدن ایجاد مى كند. این روش معمولاً براى تشخیص هرگونه بیمارى یا اختلال در عملكرد ارگان ها مورد استفاده قرار مى گیرد.اسم اصلى این روش nuclean MRI است كه كلمه هسته اى به علت بار منفى كه روى بیمار ایجاد مى كند، به طور كلى حذف شده است. در علوم دیگر واژه NMR كه استفاده از همین دستگاه در علوم غیرپزشكى است، هنوز استفاده مى شود. اساس كار MRI معمولاً براساس خصوصیات آزاد شدن اتم برانگیخته هیدروژن در مولكول آب است

برای دریافت اینجا کلیک کنید

سوالات و نظرات شما

برچسب ها

سایت پروژه word, دانلود پروژه word, سایت پروژه, پروژه دات کام,

آخرین مطالب وبلاگ

نظرات مشتریان

سلام و خسنه نباشید اول بگم که سایت خوب و جامع و با امکانات خیلی خوبی دارید.. مهمتر اینکه کاربر رو بعد از خریدش رها نمیکنید و واقعا پاسخگو هستید. موفق باشید ممنون. امیر

Copyright © 2014 cpro.ir