فناوری هسته ای

مقدمه :

انرژی یکی از مهمترین نیاز های جامعه امروزی است ، از آنجایی که استحصال انرژی از منابع سوخت فسیلی برای بشر و محیط زیست او ، به دلیل ایجاد گازهای گلخانه ای ،  زیان های جبران ناپذیری را به همراه دارد ، این روزها جامعه بشری به دنبال جایگزین های نوینی از انرژی ا ست . از مناسب ترین آنها می توان به انرژی هسته ای نهفته در هسته اتم ها اشاره کرد ،که این انرژی بیش از 5 دهه است که مورد بهره برداری قرار دارد .

انریکو فرمی در سال 1934 در دانشگاه شیکاگو به همراه دستیارانش مشغول بمباران اورنیوم توسط نوترون ها بود که برای اولین بار انرژی اتمی را بطور آزمایشگاهی مشاهده نمود.

در سال 1938 یک تیم آلمانی در تکرار آزمایشی مشابه بودند که مشاهده نمودند در اثر یک شکافت هسته ای علاوه بر آزاد شدن مقداری انرژی تعدادی نوترون آزاد می شود که خود باعث اتفاق افتادن چندین واکنش شکافت هسته ای زنجیره ای دیگر می شود .

سرانجام در 2 دسامبر 1942 فرمی بهمراه همکارنش در پروژه ای بنام chicago-pile1   اولین رآکتور آزمایشی را بهره بردای نمودند و در 27 ژوئن 1951 اولین رآکتور هسته ای برای تولید انرژی الکتریکی در حدود 100 کیلو وات از انرژی هسته ای در پروژه EBR-I ساخته شد.

در نهایت در روز 27 ژوئن 1954 اتحاد جماهیر شوروی اولین نیروگاه هسته ای 5 مگا واتی را برای نخستین بار وارد شبکه برق سراسری خود نمود . اولین نیروگاه تجاری دنیا را انگلستان با توان 50 مگاوات مورد بهر برداری قرار داد .

بدین ترتبیب توجه بشر به سمت انرژی هسته ای جلب شده و باعث گردید فیزیک هسته ای و در نتیجه فناوری هسته ای شکل بگیرد و بعنوان شاخه ای نوین وارد فناوری های بشری شود .

تعریف و شرح :

واکنش های هسته ای به دو شاخه اصلی تقسیم می شود :

1- شکافت هسته ای (FISSION):

در این فرآیند  یک اتم سنگین نظیر اورانیوم 235 یا پلوتونیم 239 در اثر بمباران توسط یک نوترون شتاب دارد به دو اتم سبکتر Ba  و Kr تقسیم می شود . طی این فرآیند مقداری انرژی جنبشی ، پرتو گاما و  چندین نوترون شتابدار آزاد می شود .

2- همجوشی هسته ای (FUSION):

همجوشی واکنشی ست که در آن دو اتم سبک تر معمولا ً دو اتم هیدروژن با یکدیگر یک پیوند ایجاد می کنند که در این راستا مقداری انرژی همجوشی هسته و یک اتم سنگین تر هلیم تولید می شود ، این فرآیند هنوز به مراحل تجاری نرسیده است و در مراحل آزمایشی ست.

این دو فرآیند هسته ای پایه تولید انرژی هسته ای هستند ، شکافت هسته ای فرآیندی است که بطور معمول برای تولید انرژی این روزها در راکتور های هسته ای بکار گرفته می شود و همجوشی هسته ای فناوری آینده برای تولید انرژی مورد نیاز بشر است  . در نتیجه فناوری ای که برای بدست آوردن این گونه انرژی وکنترل واکنش ها تعریف و گسترش یافته است را فناوری هسته ای می نامند .فناوری هسته ای براساس اصول ریاضی و فیزیکی بنا شده است و به بررسی راه های استفاده گوناگون از واکنش های هسته ای می پردازد .

چرخه ای که برای استحصال انرژی بکار می رود فرآیندی پیچیده است ، بطور مثال چرخه اورانیوم از معدن اورانیوم شروع می شود آنگاه ماده بدست آمده از معدن به یک صورت پایدار نظیر کیک زرد در آورده می شود(مواد رادیو اکتیو به شدت ناپایدار هستند)  ، در مرحله بعد اورانیوم بصورت هگزا فلورید اورانیوم در می آید، سپس فرآیند غنی سازی صورت می پذیرد . در این مرحله از اورنیوم غنی شده برای ساختن میله های سوختی استفاده  و در نهایت از میله های سوختی در سه چرخه سوختی استفاده می شود (عموماً به مدت 6 سال) بعد از آن این میله های سوختی به حوضچه های سوخت مصرف شده منتقل می شود که بعد از 5 سال درون حوضچه قابل بازیافت و یا دفع هستند .

کاربرد :

در سال 2007 انرژی معادل 14% انرژی کل دنیا با استفاده از 439 نیروگاه هسته ای در 31 کشور تولید شده است و سهم فرانسه با تولیدبیش از 79 % درصد انرژی الکتریکی خود از این طریق از سایرین  بیشتر بود ه است . همانطور که گفته شد مهمترین استفاده از فناوری هسته ای ایجاد انرژی به کار رفته در جوامع است، اما علاوه بر این استفاده فناوری هسته ای استفاده های دیگری را ن یز دارد که از آن جمله می توان به چهار کاربرد اساسی دیگر نیز اشاره کرد :

• کشاورزی: از فناوری هسته ای در کاربرد های کشاورزی از قبیل جهش ژنی برای تولید گیاهان مقاوم در برابر آفات و و حشرات مضر و یا بالا بردن کیفیت محصولات دامی را می توان نامبرد .

• پزشکی: پزشکی هسته ای تا به آن حدی گسترش پیدا نموده که امروزه شاخه ای از فناوری به نام پزشکی هسته ای را به خود اختصاص داده است . به طور مثال از رادیو ایزوتوپ ها در تصویر برداری استفاده گسترده ای می گردد ، در این روش با استفاده از رادیو ایزوتوپ های کبالت – 60 ، تالیوم – 201 و چندین نوع دیگر از رادیو داروها اقدام به تصور برداری می کنند.

• صنایع :  در صنایع کاربرد های گوناگونی برای این فناوری تعریف شده است که از آن جمله می توان آزمایش غیر مخرب جوش ، سختی سنجی ، ضخامت سنجی و یا نشت یابی را نامبرد .

• نظامی:  با وجود آنکه پیمانی به نام پیمان عدم تکثیر سلاح های هسته ای N.P.T.  بطور بین اللملی میان کشور های مختلف  وجود دارد اما همچنان این کاربرد خانمان سوز در بین بسیار از کشورهای مستکبر و رژیم نا مشروع اسرائیل به طور گسترده ای مورد توجه است .

خلاصه  وضعیت در ایران :

اول تیر ماه 1353 روز فراموش نشدنی برای انرژی هسته ای ایران است چرا که در این روز سازمان انرژی اتمی ایران تاسیس و فعالیت خود را آغاز نمود .

هر چند ایران پیش از آن به عضویت آژانس بین اللملی انرژی اتمی I.A.E.A  و پیمان عدم تکثیر سلاح های هسته ای N.P.T.  در آمده بود و حتی دانشگاه تهران در سال 1967 میلادی اولین رآکتور تحقیقاتی را از آمریکا خریداری و درکارگرشمالی( امیرآباد) نصب نموده است .

قبل از انقلاب اسلامی این سازمان تنها عهده دار ثبت قرارداد های سنگین در زمینه ی فناوری هسته ای بود اما با پیروزی انقلاب هدف این سازمان به ایجاد خودکفایی علمی و صنعتی در این زمینه تغییر یافت. در این راستا پیشرفت های فوق العاده ای حاصل شده است که از آن جمله می توان به غنی سازی اورانیوم در مقیاس آزمایشگاهی در 22 فرودین 1385 اشاره کرد.

ایران در دی ماه 1353 اولین پروژه ساخت نیروگاه اتمی را آغاز نمود اما بعد از انقلاب به دلیل کارشکنی های خارجی این پروژه تاکنون نیز تکمیل نشده است ولی به لطف خداوند در راستای ساخت مشترک آن با کشور روسیه متخصصان ایرانی فناوری های بسیار را بومی سازی نموده اند و امید است که این نیروگاه به زودی افتتاح گردد .

دانشگاه های زیادی در این زمینه در ایران با رشته های نظیر مهندسی هسته ای و فیزیک هسته ای به آموزش و تحقیق در زمینه فناوری هسته ای مشغولند و سازمان انرژی اتمی نیز بعنوان متولی دولتی در زمینه این فناوری همانطور که اشاره شده نیز فعال است .

لازم به ذکر است در کشور ما از سایر کاربرد های این فناوری غافل نبوده اند و تاکنون رادیو دارو ها ، لیزر ها و رادیو ایزوتوپ های فراوانی بر اساس فناوری هسته ای ساخته شده است و از خدمات مختلف این فناوری در کشاورزی , صنعت , خدمات و پزشکی به طور گسترده ای استفاده شده است .

سایت  مفیدی که در این باره وجود دارد سایت سازمان انرژی اتمی ایران است :       www.aeoi.org.ir