شیمی

ظهور هر فناوري جديد، انتظاراتي براي تحول در صنعت و شيوة زندگي به وجود مي‌آورد. به عنوان مثال، با ظهور فناوري‌هاي اطلاعات و ارتباطات (IT) تغييرات شگرفي در زندگي بشر به وجود آمد. با وجود اينترنت، شكل و ساختار تحقيقات و مطالعات از درون كتابخانه‌ها به پشت رايانه‌ها انتقال يافت. داد و ستد با پول جاي خود را به داد و ستد با كارت‌هاي اعتباري داد و حتي ارتباط ميان ملت‌ها راحت‌تر و آسان‌تر شد، تا جايي كه انسان‌ها مي‌توانند در جهان امروز، همچون يك دهكدة كوچك، با يكديگر ارتباط داشته باشند.
ظهور فناوري‌هاي نانو در هر يك از رشته‌هاي علمي و فني هم مي‌تواند تغييرات گسترده‌اي را ايجاد كند. يكي از اين عرصه‌ها الكترونيك است. تقريباّ از چهل سال پيش تا كنون، شاهد رشد شتاباني در رايانه‌هاي الكترونيكي بوده‌ايم. قدرت رايانه‌ها با گذشت زمان نسبت به حالت‌هاي اوليه زيادتر و در عين حال حجم ترانزيستورهاي آنها كمتر شده است. البته بايد توجه کرد که كاهش حجم ترانزيستور تا اندازه‌اي امكان‌پذير است و بخصوص با روش‌هاي فعلي به آخرين حد کوچک کردن نزديک مي‌شويم و به‌زودي به بن‌بست مي‌رسيم. اصول علم الكترونيك امروزي بر اساس حركت آماري الكترون‌ها و اتم‌هاست. اين اصول به ما اجازه نمي‌دهند تا هر اندازه که بخواهيم فرايند کوچک‌سازي حجم ترانزيستورها را ادامه دهيم. در عصر نانوفناوري، بررسي اصول الكترونيك در اندازة کوچک‌تر از 30 نانومتر امکان‌پذير نيست، زيرا در اين مقياس، ديگر پديده‌هاي آماري جوابگو نخواهند بود. براي رسيدن به اين حدّ کوچک‌سازي، بايد از علم و تكنيك‌هاي جديد براي ادامة رشد الكترونيك استفاده كرد. يكي از روش‌هاي جديد، الكترونيك بيوملكولي است.
در حقيقت، الكترونيك بيوملكولي بر اين اصل استوار است كه امكان ايجاد سيستم‌ها و رايانه‌هاي مختلف در اثر اختلاط مباني فيزيك و رياضي با دانستني‌هاي زيست‌شناسي وجود دارد. براي مثال مي توان به ساختن اعصاب مصنوعي اشاره كرد.

اعصاب مصنوعي

موجودات زنده براي انجام اغلب فعاليت‌هاي خود به سيستم‌هاي شيمياييِ سازمان‌يافته‌اي چون فتوسنتز و اكسيداتيو و... وابسته‌اند.
يك سلول از گياهان سبز آلي را در نظر بگيريد. بيشتر اندامك‌هاي اين گياهان شامل همين سيستم‌هاي شيميايي سازمان‌يافته هستند. يكي از مهمترين اين اندامك‌ها كه نقش سوخت و ‌ساز را در گياهان به عهده دارد «ميتوكُندري» است. فرآيندهاي كسب انرژي در طبيعت، ديرزماني است كه مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. مجموع اين مطالعات بيانگر آن است كه سيستم‌هاي مبدل انرژي، ساز و كار واحدي دارند. نقل و انتقال الكترون‌هاي پُرانرژي به واسطه‌ي كاهش تدريجي در انرژي آزاد، در نهايت به شكل خاصي از تركيبات مي‌انجامد كه انرژي لازم را براي فرآيندهاي حياتي تأمين مي‌كنند. اين الكترون‌هاي پُرانرژي، يا محصول جذب انرژي نوراني هستند (فتوسنتز)، يا از اكسيداسيون مواد غذايي (تنفس سلولي) پديد مي‌آيند. در تنفس سلولي، الكترون‌هاي حاصل به طور عمده توسط مولكول «نيكوتين آميد آدنين دي نوكلئوتيد» (NADH) به صورت يون هيدريد (H+) به زنجيره‌ي انتقال الكترون‌ها در غشاي داخلي ميتوكُندري وارد مي‌شوند. اكسيداسيون يون هيدريد اكسيژن كه به تشكيل مولكول آب مي‌انجامد انرژي‌زا است. حال اگر اين واكنش به صورت فرآيندهاي متعدد اكسيداسيون و احيا در غشاي داخلي ميتوكُندري انجام شود، انرژي حاصل در نهايت در مولكول‌هاي ATP ذخيره خواهند شد. ATP منبع انرژي سلول است.
امروزه به واسطه‌ي اطلاعاتي كه در ارتباط با نقل و انتقالات الكتروني غشاي داخلي ميتوكُندري و ساختارهاي مربوطه داريم، مي‌توانيم به چنين سيستمي از نقطه نظر فناوري توجه كنيم. در واقع قصد داريم كه از اين سازوكار توليد انرژي در صنايع الكترونيك استفاده كنيم. در اين رابطه مي‌توان به پژوهش‌هايي اشاره كرد كه در آنها از طريق مهندسي پروتئين‌هاي ناقل الكترون ساختارهايي طراحي و ساخته مي‌شوند كه در نهايت امكان بهره‌وري در صنايع بيوحسگر و بيوالكترونيك را داشته باشند.

+ نوشته شده در ساعت 12:46 توسط زارعی . نیری . محسن زاده .عباسی | یک نظر

شتاب دهنده ذرات

امروز سوخت و انرژي در دنيا به چند دسته كلي تقسيم مي شوند. سوخت هاي فسيلي و سوخت هاي غيرفسيلي و انرژي هاي تجديد پذير و غيرقابل تجديد.

سوخت هاي فسيلي عبارتند از: نفت، گاز و زغال سنگ كه با اكسيژن هوا تركيب مي شوند و ايجاد انرژي به شكل حرارت مي كنند. اين سوخت ها در مقايسه با سوخت هاي ديگر انرژي كمتر توليد مي كنند. مثلاً يك كيلوگرم زغال سنگ حدود 8 كيلووات ساعت انرژي توليد مي كند و يك كيلوگرم نفت حدود 12 كيلووات ساعت انرژي توليد مي كنند. اين سوخت ها آلوده كننده محيط زيست نيز هستند.

به علاوه جزء ذخاير غيرقابل تجديد بوده و داراي مشكلات زيادي در حمل و نقل ايمني نيز هستند. مانند گازگرفتگي (خفگي) يا توليد گاز سمي منوكسيد كربن. دسته ديگر از سوخت ها شامل سوخت هاي هسته اي هستند مانند اورانيوم يا پلوتونيوم يا ايزوتوپ هاي هيدروژن مانند دوتريوم يا تريتيوم يا فلز سبك ليتيوم. اين سوخت ها در مقايسه با سوخت هاي دسته اول داراي امتيازات مثبت و منفي هستند. اول اينكه در اين سوخت ها بعضي ايزوتوپ ها توانايي توليد انرژي به وسيله تكنولوژي فعلي بشر را دارد مانند ايزوتوپ هاي كمياب اورانيوم 235 يا پلوتونيوم 239 يا اورانيوم 233 كه به اين ايزوتوپ ها شكاف پذير مي گويند. امتيازات اينها عبارتند از توليد مقادير زياد انرژي به وسيله حجم كم ماده سوختني. مثلاً از يك كيلوگرم اورانيوم 235 يا پلوتونيوم 239 مي توان مقدار 23ميليون كيلووات ساعت گرما ايجاد كرد، اما مشكلاتي نيز دارند از آن جمله اين كه: غني سازي و توليد اين ايزوتوپ ها مشكلات و هزينه زيادي دارند. دوم اينكه، اين سوخت هاي هسته اي سنگين پس از توليد انرژي مقادير زيادي ايزوتوپ هاي پرتوزا از خود به جاي مي گذارند كه به زباله هاي هسته اي موسوم است.

اين زباله ها براي محيط زيست و سلامت افراد خطرناك هستند و بايد براي صدها سال در انبار هاي محكم نگهداري شوند تا راديواكتيو آن از بين برود. دسته ديگر از سوخت هاي هسته اي شامل عناصر سبك مانند دوتريوم يا تريتيوم يا ليتيوم هستند كه قرار است در راكتور هاي گداخت يا همجوش هسته اي توليد انرژي كنند. البته تاكنون از اينها در بمب هاي هيدروژني بهره برداري نظامي و تسليحاتي مي شد، اما براي توليد انرژي براي مصارف صلح آميز تكنولوژي راكتور هاي گداخت بايد تكميل شود، اين سوخت ها معايب و مزاياي فراواني دارند. اول توليد نوترون و تشعشعات نوتروني مي كنند كه بايد در راكتور هاي همجوشي هسته اي به نحوي جذب و كنترل شوند دوم اينكه تريتيوم نبايد از راكتور نشت كند زيرا يك ايزوتوپ راديواكتيو است.مزاياي اين سوخت ها عبارت از اين كه فراوان در دسترس هستند و دوم اينكه توليد انرژي زيادتري نسبت به اورانيوم يا پلوتونيوم مي كنند. مثلاً انرژي حاصل از گداخت هيدروژن به هليوم مساوي است با 177 ميليون كيلووات ساعت در صورتي كه انرژي حاصل از اورانيوم برابر است با 000/000/23 كيلووات ساعت. بنابراين يك كيلوگرم هيدروژن حدود 8 برابر يك كيلوگرم اورانيوم توليد انرژي مي كند.

انواع ديگر انرژي عبارتند از: انرژي خورشيدي، انرژي باد، انرژي زمين گرمايي و انرژي بيوگاز كه مشكل بزرگ اين انرژي تجديدپذير اينكه بازده انرژي اينها پايين است و دوم اينكه دائمي نيستند و سوم اينكه تكنولوژي بشر براي استفاده مقياس زياد از اينها تكميل نيافته است. ما در اين مقاله سعي مي كنيم جديدترين طرح توليد انرژي كه شايد يكي از منابع انرژي قرن 21 باشد را معرفي كنيم. اين طرح توليد انرژي عبارت از شتاب دهنده ذرات اتمي براي توليد انرژي زياد، عملكرد اين سيستم و دستگاه براساس استفاده از ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي براي شتاب دادن و كنترل ذرات باردار الكتريكي تا مرز سرعت نور است. اين سيستم ها قادر هستند سرعت الكترون ها و پروتون ها را تا مرز سرعت نور شتاب دهند. وقتي ذرات تا اين حد شتاب يافتند سطح انرژي آنها چند ميليون برابر مي شود و داراي انرژي عظيم و فراواني مي شود. يك مثال نشان دهنده اين مطلب است، به عنوان مثال شتاب دهنده پروتون در آزمايشگاه فرمي آمريكا قادر است ذرات پروتون را تا يك تريليون الكترون ولت (Tev) شتاب دهد.

اگر ما به وسيله اين شتاب دهنده پروتون هاي يك گرم هيدورژن معمولي كه در آب زياد است را تزريق كنيم و شتاب دهيم انرژي پروتون ها برابر خواهد بود با انرژي 26 ميليارد كيلووات ساعت انرژي، كه مساوي است با انرژي توليد شده به وسيله شكافت حدود 1200 كيلوگرم اورانيوم يا 15 ميليون بشكه نفت. همه اين انرژي عظيم و غيرقابل باور فقط به وسيله شتاب دادن پروتون هاي يك گرم هيدروژن تا سطح انرژي يك تريليون الكترون ولت است. پس با اين محاسبات دانستيم كه شتاب دهنده ها داراي چه قدرت عظيمي هستند.

شتاب دهنده ها به چند دسته كلي تقسيم بندي مي شوند: 1- شتاب دهنده هاي خطي، 2 _ شتاب دهنده هاي مداري، 3 _ شتاب دهنده سيلكووترون. علاوه بر آن ساخت و نگهداري شتاب دهنده آسان و كم هزينه است. در ضمن مي توان اين سيستم هاي مولد را در ابعاد و مقياس هاي مختلف ساخت به عنوان مثال يك شتاب دهنده خطي كه طول آن 100 متر و ولتاژ آن 10 ميليون ولت است كه قادر است انرژي معادل يك گيگا (Gev) الكترون ولت توليد كند. اين انرژي معادل است با انرژي 26 ميليون كيلووات ساعت در هر ثانيه. اگر تنها موفق شويم 50 درصد انرژي اين شتاب دهنده را استفاده كنيم اين شتاب دهنده قادر است معادل 20 هزار نيروگاه اتمي در مقياس نيروگاه اتمي هزار مگاواتي نيروگاه بوشهر توليد انرژي كند. يعني قادر خواهد بود 20 ميليون مگاوات انرژي الكتريكي توليد كند.

علاوه بر آن از حرارت و گرماي توليدي اين دستگاه مي توان براي بخار كردن آب دريا و توليد آب شيرين استفاده كرد. محاسبات نشان مي دهد كه اين سيستم قادر خواهد بود در سال معادل بارندگي ساليانه كشور آب شيرين توليد كند، بدون اينكه هوا را آلوده كند يا مشكلاتي از قبيل زباله هاي هسته اي يا پس مانده و آلودگي ايجاد كند، در واقع يكي از بهترين منابع انرژي خواهد بود. سوخت مصرفي اين دستگاه تنها چند گرم هيدروژن معمولي است انرژي توليدي از يك دستگاه شتاب دهنده يك گيگا الكترون ولت (Gev) برابر است با انرژي حاصل از سوختن 000/500/2 ليتر بنزين خواهد بود. بنابراين اگر به مدت يك سال كار كند معادل انرژي 500 ميليارد بشكه نفت انرژي توليد مي كند.

ارزش اقتصادي اين مقدار انرژي كه 2 برابر انرژي ذخاير نفت عربستان سعودي است با احتساب قيمت هر بشكه نفت بر مبناي 20 دلار برابر است با 10 تريليون دلار. در صورتي كه ما از اين سيستم شتاب دهنده استفاده كنيم نيازي به سوزاندن اين حجم عظيم نفت و گاز براي توليد انرژي نداريم. مزاياي اين سيستم عبارتند از: 1- مي توان در ابعاد و اندازه هاي مختلف ساخت. 2- هزينه ساخت و نگهداري آن كم بوده است. 3_ هيچ گونه زباله يا آلودگي محيطي توليد نمي كند. محصول نهايي آن آب خالص يا بخار آب است. 4 _ با استفاده از اين دستگاه عملاً عمر منابع انرژي نامحدود مي شود و منبع عظيمي از انرژي در دسترس خواهد بود.

+ نوشته شده در ساعت 12:41 توسط زارعی . نیری . محسن زاده .عباسی | نظر بدهید

نیروگاه اتمی

ساختار نيروگاه هاي اتمي جهان

برحسب نظريه اتمي عنصر عبارت است از يك جسم خالص ساده كه با روش هاي شيميايي نمي توان آن را تفكيك كرد. از تركيب عناصر با يكديگر اجسام مركب به وجود مي آيند. تعداد عناصر شناخته شده در طبيعت حدود 92 عنصر است.

هيدروژن اولين و ساده ترين عنصر و پس از آن هليم، كربن، ازت، اكسيژن و... فلزات روي، مس، آهن، نيكل و... و بالاخره آخرين عنصر طبيعي به شماره 92، عنصر اورانيوم است. بشر توانسته است به طور مصنوعي و به كمك واكنش هاي هسته اي در راكتورهاي اتمي و يا به كمك شتاب دهنده هاي قوي بيش از 20 عنصر ديگر بسازد كه تمام آن ها ناپايدارند و عمر كوتاه دارند و به سرعت با انتشار پرتوهايي تخريب مي شوند. اتم هاي يك عنصر از اجتماع ذرات بنيادي به نام پرتون، نوترون و الكترون تشكيل يافته اند. پروتون بار مثبت و الكترون بار منفي و نوترون فاقد بار است.

تعداد پروتون ها نام و محل قرار گرفتن عنصر را در جدول تناوبي (جدول مندليف) مشخص مي كند. اتم هيدروژن يك پروتون دارد و در خانه شماره 1 جدول و اتم هليم در خانه شماره 2، اتم سديم در خانه شماره 11 و... و اتم اورانيوم در خانه شماره 92 قرار دارد. يعني داراي 92 پروتون است.

ايزوتوپ هاي اورانيوم

تعداد نوترون ها در اتم هاي مختلف يك عنصر همواره يكسان نيست كه براي مشخص كردن آنها از كلمه ايزوتوپ استفاده مي شود. بنابراين اتم هاي مختلف يك عنصر را ايزوتوپ مي گويند. مثلاً عنصر هيدروژن سه ايزوتوپ دارد: هيدروژن معمولي كه فقط يك پروتون دارد و فاقد نوترون است. هيدروژن سنگين يك پروتون و يك نوترون دارد كه به آن دوتريم گويند و نهايتاً تريتيم كه از دو نوترون و يك پروتون تشكيل شده و ناپايدار است و طي زمان تجزيه مي شود.

ايزوتوپ سنگين هيدروژن يعني دوتريم در نيروگاه هاي اتمي كاربرد دارد و از الكتروليز آب به دست مي آيد. در جنگ دوم جهاني آلماني ها براي ساختن نيروگاه اتمي و تهيه بمب اتمي در سوئد و نروژ مقادير بسيار زيادي آب سنگين تهيه كرده بودند كه انگليسي ها متوجه منظور آلماني ها شده و مخازن و دستگاه هاي الكتروليز آنها را نابود كردند.

غالب عناصر ايزوتوپ دارند از آن جمله عنصر اورانيوم، چهار ايزوتوپ دارد كه فقط دو ايزوتوپ آن به علت داشتن نيمه عمر نسبتاً بالا در طبيعت و در سنگ معدن يافت مي شوند. اين دو ايزوتوپ عبارتند از اورانيوم 235 و اورانيوم 238 كه در هر دو 92 پروتون وجود دارد ولي اولي 143 و دومي 146 نوترون دارد. اختلاف اين دو فقط وجود 3 نوترون اضافي در ايزوتوپ سنگين است ولي از نظر خواص شيميايي اين دو ايزوتوپ كاملاً يكسان هستند و براي جداسازي آنها از يكديگر حتماً بايد از خواص فيزيكي آنها يعني اختلاف جرم ايزوتوپ ها استفاده كرد. ايزوتوپ اورانيوم 235 شكست پذير است و در نيروگاه هاي اتمي از اين خاصيت استفاده مي شود و حرارت ايجاد شده در اثر اين شكست را تبديل به انرژي الكتريكي مي نمايند. در واقع ورود يك نوترون به درون هسته اين اتم سبب شكست آن شده و به ازاي هر اتم شكسته شده 200 ميليون الكترون ولت انرژي و دو تكه شكست و تعدادي نوترون حاصل مي شود كه مي توانند اتم هاي ديگر را بشكنند. بنابراين در برخي از نيروگاه ها ترجيح مي دهند تا حدي اين ايزوتوپ را در مخلوط طبيعي دو ايزوتوپ غني كنند و بدين ترتيب مسئله غني سازي اورانيوم مطرح مي شود.

ساختار نيروگاه اتمي

به طور خلاصه چگونگي كاركرد نيروگاه هاي اتمي را بيان كرده و ساختمان دروني آنها را مورد بررسي قرار مي دهيم.

طي سال هاي گذشته اغلب كشورها به استفاده از اين نوع انرژي هسته اي تمايل داشتند و حتي دولت ايران 15 نيروگاه اتمي به كشورهاي آمريكا، فرانسه و آلمان سفارش داده بود. ولي خوشبختانه بعد از وقوع دو حادثه مهم تري ميل آيلند (Three Mile Island) در 28 مارس 1979 و فاجعه چرنوبيل (Tchernobyl) در روسيه در 26 آوريل 1986، نظر افكار عمومي نسبت به كاربرد اتم براي توليد انرژي تغيير كرد و ترس و وحشت از جنگ اتمي و به خصوص امكان تهيه بمب اتمي در جهان سوم، كشورهاي غربي را موقتاً مجبور به تجديدنظر در برنامه هاي اتمي خود كرد.

نيروگاه اتمي در واقع يك بمب اتمي است كه به كمك ميله هاي مهاركننده و خروج دماي دروني به وسيله مواد خنك كننده مثل آب و گاز، تحت كنترل درآمده است. اگر روزي اين ميله ها و يا پمپ هاي انتقال دهنده مواد خنك كننده وظيفه خود را درست انجام ندهند، سوانح متعددي به وجود مي آيد و حتي ممكن است نيروگاه نيز منفجر شود، مانند فاجعه نيروگاه چرنوبيل شوروي. يك نيروگاه اتمي متشكل از مواد مختلفي است كه همه آنها نقش اساسي و مهم در تعادل و ادامه حيات آن را دارند. اين مواد عبارت اند از:

1- ماده سوخت متشكل از اورانيوم طبيعي، اورانيوم غني شده، اورانيوم و پلوتونيم است.

عمل سوختن اورانيوم در داخل نيروگاه اتمي متفاوت از سوختن زغال يا هر نوع سوخت فسيلي ديگر است. در اين پديده با ورود يك نوترون كم انرژي به داخل هسته ايزوتوپ اورانيوم 235 عمل شكست انجام مي گيرد و انرژي فراواني توليد مي كند. بعد از ورود نوترون به درون هسته اتم، ناپايداري در هسته به وجود آمده و بعد از لحظه بسيار كوتاهي هسته اتم شكسته شده و تبديل به دوتكه شكست و تعدادي نوترون مي شود. تعداد متوسط نوترون ها به ازاي هر 100 اتم شكسته شده 247 عدد است و اين نوترون ها اتم هاي ديگر را مي شكنند و اگر كنترلي در مهار كردن تعداد آنها نباشد واكنش شكست در داخل توده اورانيوم به صورت زنجيره اي انجام مي شود كه در زماني بسيار كوتاه منجر به انفجار شديدي خواهد شد.

در واقع ورود نوترون به درون هسته اتم اورانيوم و شكسته شدن آن توام با انتشار انرژي معادل با 200 ميليون الكترون ولت است اين مقدار انرژي در سطح اتمي بسيار ناچيز ولي در مورد يك گرم از اورانيوم در حدود صدها هزار مگاوات است. كه اگر به صورت زنجيره اي انجام شود، در كمتر از هزارم ثانيه مشابه بمب اتمي عمل خواهد كرد. اما اگر تعداد شكست ها را در توده اورانيوم و طي زمان محدود كرده به نحوي كه به ازاي هر شكست، اتم بعدي شكست حاصل كند شرايط يك نيروگاه اتمي به وجود مي آيد. به عنوان مثال نيروگاهي كه داراي 10 تن اورانيوم طبيعي است قدرتي معادل با 100 مگاوات خواهد داشت و به طور متوسط 105 گرم اورانيوم 235 در روز در اين نيروگاه شكسته مي شود و همان طور كه قبلاً گفته شد در اثر جذب نوترون به وسيله ايزوتوپ اورانيوم 238 اورانيوم 239 به وجود مي آمد كه بعد از دو بار انتشار پرتوهاي بتا (يا الكترون) به پلوتونيم 239 تبديل مي شود كه خود مانند اورانيوم 235 شكست پذير است. در اين عمل 70 گرم پلوتونيم حاصل مي شود. ولي اگر نيروگاه سورژنراتور باشد و تعداد نوترون هاي موجود در نيروگاه زياد باشند مقدار جذب به مراتب بيشتر از اين خواهد بودو مقدار پلوتونيم هاي به وجود آمده از مقدار آنهايي كه شكسته مي شوند بيشتر خواهند بود. در چنين حالتي بعد از پياده كردن ميله هاي سوخت مي توان پلوتونيم به وجود آمده را از اورانيوم و فرآورده هاي شكست را به كمك واكنش هاي شيميايي بسيار ساده جدا و به منظور تهيه بمب اتمي ذخيره كرد.

2- نرم كننده ها موادي هستند كه برخورد نوترون هاي حاصل از شكست با آنها الزامي است و براي كم كردن انرژي اين نوترون ها به كار مي روند. زيرا احتمال واكنش شكست پي در پي به ازاي نوترون هاي كم انرژي بيشتر مي شود. آب سنگين (D2O) يا زغال سنگ (گرافيت) به عنوان نرم كننده نوترون به كار برده مي شوند.

3- ميله هاي مهاركننده: اين ميله ها از مواد جاذب نوترون درست شده اند و وجود آنها در داخل رآكتور اتمي الزامي است و مانع افزايش ناگهاني تعداد نوترون ها در قلب رآكتور مي شوند. اگر اين ميله ها كار اصلي خود را انجام ندهند، در زماني كمتر از چند هزارم ثانيه قدرت رآكتور چند برابر شده و حالت انفجاري يا ديورژانس رآكتور پيش مي آيد. اين ميله ها مي توانند از جنس عنصر كادميم و يا بور باشند.

4- مواد خنك كننده يا انتقال دهنده انرژي حرارتي: اين مواد انرژي حاصل از شكست اورانيوم را به خارج از رآكتور انتقال داده و توربين هاي مولد برق را به حركت در مي آورند و پس از خنك شدن مجدداً به داخل رآكتور برمي گردند. البته مواد در مدار بسته و محدودي عمل مي كنند و با خارج از محيط رآكتور تماسي ندارند. اين مواد مي توانند گاز CO2 ، آب، آب سنگين، هليم گازي و يا سديم مذاب باشند.

غني سازي اورانيم

سنگ معدن اورانيوم موجود در طبيعت از دو ايزوتوپ 235 به مقدار 7/0 درصد و اورانيوم 238 به مقدار 3/99 درصد تشكيل شده است. سنگ معدن را ابتدا در اسيد حل كرده و بعد از تخليص فلز، اورانيوم را به صورت تركيب با اتم فلئور (F) و به صورت مولكول اورانيوم هكزا فلورايد UF6 تبديل مي كنند كه به حالت گازي است. سرعت متوسط مولكول هاي گازي با جرم مولكولي گاز نسبت عكس دارد اين پديده را گراهان در سال 1864 كشف كرد. از اين پديده كه به نام ديفوزيون گازي مشهور است براي غني سازي اورانيوم استفاده مي كنند.در عمل اورانيوم هكزا فلورايد طبيعي گازي شكل را از ستون هايي كه جدار آنها از اجسام متخلخل (خلل و فرج دار) درست شده است عبور مي دهند. منافذ موجود در جسم متخلخل بايد قدري بيشتر از شعاع اتمي يعني در حدود 5/2 انگشترم (000000025/0 سانتيمتر) باشد. ضريب جداسازي متناسب با اختلاف جرم مولكول ها است.روش غني سازي اورانيوم تقريباً مطابق همين اصولي است كه در اينجا گفته شد. با وجود اين مي توان به خوبي حدس زد كه پرخرج ترين مرحله تهيه سوخت اتمي همين مرحله غني سازي ايزوتوپ ها است زيرا از هر هزاران كيلو سنگ معدن اورانيوم 140 كيلوگرم اورانيوم طبيعي به دست مي آيد كه فقط يك كيلوگرم اورانيوم 235 خالص در آن وجود دارد. براي تهيه و تغليظ اورانيوم تا حد 5 درصد حداقل 2000 برج از اجسام خلل و فرج دار با ابعاد نسبتاً بزرگ و پي درپي لازم است تا نسبت ايزوتوپ ها تا از برخي به برج ديگر به مقدار 01/0 درصد تغيير پيدا كند. در نهايت موقعي كه نسبت اورانيوم 235 به اورانيوم 238 به 5 درصد رسيد بايد براي تخليص كامل از سانتريفوژهاي بسيار قوي استفاده نمود. براي ساختن نيروگاه اتمي، اورانيوم طبيعي و يا اورانيوم غني شده بين 1 تا 5 درصد كافي است. ولي براي تهيه بمب اتمي حداقل 5 تا 6 كيلوگرم اورانيوم 235 صددرصد خالص نياز است.

عملا در صنايع نظامي از اين روش استفاده نمي شود و بمب هاي اتمي را از پلوتونيوم 239 كه سنتز و تخليص شيميايي آن بسيار ساده تر است تهيه مي كنند. عنصر اخير را در نيروگاه هاي بسيار قوي مي سازند كه تعداد نوترون هاي موجود در آنها از صدها هزار ميليارد نوترون در ثانيه در سانتيمتر مربع تجاوز مي كند. عملاً كليه بمب هاي اتمي موجود در زراد خانه هاي جهان از اين عنصر درست مي شود.روش ساخت اين عنصر در داخل نيروگاه هاي اتمي به صورت زير است: ايزوتوپ هاي اورانيوم 238 شكست پذير نيستند ولي جاذب نوترون كم انرژي (نوترون حرارتي هستند. تعدادي از نوترون هاي حاصل از شكست اورانيوم 235 را جذب مي كنند و تبديل به اورانيوم 239 مي شوند. اين ايزوتوپ از اورانيوم بسيار ناپايدار است و در كمتر از ده ساعت تمام اتم هاي به وجود آمده تخريب مي شوند. در درون هسته پايدار اورانيوم 239 يكي از نوترون ها خودبه خود به پروتون و يك الكترون تبديل مي شود.بنابراين تعداد پروتون ها يكي اضافه شده و عنصر جديد را كه 93 پروتون دارد نپتونيم مي نامند كه اين عنصر نيز ناپايدار است و يكي از نوترون هاي آن خود به خود به پروتون تبديل مي شود و در نتيجه به تعداد پروتون ها يكي اضافه شده و عنصر جديد كه 94 پروتون دارد را پلوتونيم مي نامند. اين تجربه طي چندين روز انجام مي گیرد.

+ نوشته شده در ساعت 12:38 توسط زارعی . نیری . محسن زاده .عباسی | نظر بدهید

الکترون

در نظریه های دالتون و و نظریه های یونانیان ، اتم ها کوچک ترین اجزای ممکن ماده بودند. اما در اواخر سده نوزدهم کم کم معلوم شد که اتم خود از ذراتی کوچکتر ترکیب یافته است. این تغییر دیدگاه ، نتیجه آزمایشهایی بود که با الکتریسیته به عمل آمد.

در 1807-1808 شیمیدان انگلیسی همفری دیوی با تجزیه مواد مرکب توسط الکتریسیته ، پنج عنصر پتاسیم ، سدیم ، کلسیم ، استرونسیم و باریم را کشف کردو دیوی با این کار به این نتیجه رسید که عناصر با جاذبه هایی که ماهیتاً الکتریکی هستند به هم وصل می شوند.

در 1833-1832 مایکل فارادی مجموعه آزمایش های مهمی در زمینه برقکافت شیمیایی انجام داد. در فرایند برقکافت ،مواد مرکب به وسیله الکتریسیته تجزیه می شوند.فارادی رابطه بین مقدار الکتریسیته مصرف شده و مقدار ماده مرکب تجزیه شده را بررسی کرد و فرمول قوانین برقکافت را به دست آورد.

مایکل فارادی

مبنای کار فارادی ، جرج جانستون استونی در سال 1874 به طرح این مساله پرداخت که :

واحد های بار الکتریکی با اتم ها پیوستگی دارند.او در سال 1891 این واحد را الکترون نامید بر اثر کوششهایی که برای عبور جریان برق در خلا به عمل آمد ، یولیوس پلوکر در 1859 پرتو های کاتدی را کشف کرد. مطلب از این قرار بود که دو الکترود در یک لوله شیشه ای وارد کردند و پس از مسدود کردن لوله ، هوای آن را تقریبا به طور کامل بیرون کشیدند. وقتی یک ولتاژ زیاد بین دو الکترود برقرار گردید از الکترود منفی که کاتد نامیده می شد پرتو هایی گسیل یافت. این پرتو ها بار منفی دارند ، بر خط راست سیر می کنند و بر دیواره مقابل کاتد موجب تلالو می شوند. لامپ های تصویری که در صفحه تلویزیون و صفحه نمایش های کامپیوتری به کار می روند لوله های پرتو کاتدی جدیدی هستند. در این لامپ ها پرتو ها بر صفحه ای متمرکز می شوند. این صفحه با با موادی پوشیده شده اند که هنگام برخورد با تابش پرتوها درخشش ایجاد می کنند.

+ نوشته شده در ساعت 12:36 توسط زارعی . نیری . محسن زاده .عباسی | نظر بدهید

نوترون

تاریخچه

از آنجا که اتمها از نظر الکتریکی خنثی هستند، تعداد الکترونها و پروتونها در

هر اتم بایستی برابر باشند. برای توجیه جرم کل اتمها ، ارنست رادرفورد در 1920

وجود ذراتی بدون بار را در هسته اتم مسلم دانست. چون این ذرات بدون

بارند، تشخیص و تعیین خواص آنها مشکل است. ولی در 1932 جیمز چادویک

نتیجه کارهای خود را درباره اثبات وجود این ذرات که نوترون (از واژه لاتین به

معنای خنثی) نامیده می شوند، منتشر کرد.

او توانست با استفاده از داده های به دست آمده بعضی از واکنش های هسته ای مولد نوترون جرم نوترون را محاسبه کند. چادویک با در نظر گرفتن جرم و انرژی تمامی ذراتی که در این واکنشها مصرف و تولید می شوند، جرم نوترون را محاسبه کرد. جرم نوترون ^24-10×6749/1 g است که اندکی بیش از جرم پروتون (^24-10×6726/1 گرم) می باشد.

--------

معادله واکنش نوترونی

گسیل نوترون برای اولین بار در سال 1932 در ضمن بمباران بریلیم با ذرات ‏آشکار شد در نتیجه گیراندازی ذره آلفا توسط هسته بریلیم هسته کربن ‏تشکیل و نوترون گسیل شد. بعدها شمار زیادی ‏واکنش های هسته ای کشف شد که نوترون آزاد می کردند. ‏

انواع نوترون

· نوترونهای سرد

· نوترونهای کند( نوترونهای حرارتی)

· نوترونهای تند( نوترونهای سریع)

نوترونهای فوق سریع( نوترونهای نسبیتی)

چشمه تولید نوترون

برای به دست آوردن نوترون مثل سابق واکنش ذره آلفا با بریلیم معمول

‏است. حتی اکنون نیز آمپولهای محتوی آمیزه ای از ماده پرتوزای آلفا و گرد

‏بریلیم به عنوان چشمه تراکم نوترون به کار می رود. چنین چشمه نوترونی ‏را

در نزدیکی اتاقک ابر ویلسون در حال کار قرار می دهیم که در آن لایه ‏نازکی

از ماده محتوی هیدروژن مثلاً پارافین قراردارد.

روی عکسی که از این اتاقک گرفته شود ردهایی مشاهده می شود که از ‏این لایه خارج می شوند چنان که می توان از روی جنس یونش پی برد که ‏اینها ردهای پروتون هستند. تمام ردها به طرف جلو هستند. آنها با پرتونهایی ‏ایجاد شده اند که به علت برخورد نوترونهای تند گسیل شده از چشمه از ‏لایه خارج شده اند. خود نوترونها که از اتاقک می گذرند ردی ندارند.

بنابر این ، نوترونها یونش ‏قابل ملاحظه ای تولید نمی کنند، یعنی برخلاف ذرات باردار آنها با الکترونها ‏عملاً اندر کنش ندارند. نوترونها با گذر از میان ماده فقط با هسته های اتمی ‏اندرکنش می کنند. ولی نظر به اینکه اندازه هسته ها خیلی کوچک است، ‏برخورد نوترونها با آنها خیلی به ندرت صورت می گیرد.

آشکارسازی باریکه نوترونی

برای اینکه نوترون یک ذره خنثی می باشد از مکانیزمهای آشکارسازی ذرات باردار نمی توان برای آشکار سازی نوترون استفاده کرد. اخیرا دانشمندان به کمک آشکارسازهای کوانتومی ، تداخل سنجهای نوترونی ، اسپکترومتر جرمی کوانتومی ، برخوردهای ذرات بنیادی ، بمباران نوترونی مواد و نیز واکنش های هسته ای از جمله واکنش زنجیری شکافت ، نوترونها را آشکارسازی نموده اند.

+ نوشته شده در ساعت 12:21 توسط زارعی . نیری . محسن زاده .عباسی | نظر بدهید

پروتون

اگر یک یا چند الکترون از یک اتم خنثی جدا شود ، باقی مانده که یون (از واژه یونانی به معنی رفتن) نامیده می شود ، دارای باری مساوی با مجموع بار الکترونهای جداشده از آن اتم ، ولی با علامت مخالف، خواهد بود. وقتی که سبکترین اتمها یعنی هیدروژن ، تنها الکترونش را از دست می دهد ، یون تولید شده یک ذره بنیادی است که پروتون (از واژه یونانی به معنی نخستین) نام دارد.

جرم پرتون 1836 برابر جرم الکترون و بار مثبت آن از لحاظ بزرگی برابر با بار منفی الکترون است.

دریک لوله تخلیه الکتریکی ، اشعه کاتدی بر اثر برخورد با اتمهای گاز درون لوله، الکترونهای آنها را جدا کرده، یونهایی با بار مثبت ایجاد می کنند.این یونها به علت مثیت بودن در جهتی خلاف جهت حرکت اشعه کاتدی (که بار منفی دارند) حرکت می کنند، یعنی از قطب مثبت دور و به قطب منفی نزدیک می شوند.بسیاری از این یونها با جذب الکترون (از اشعه کاتدی) مجددا به اتمهای خنثی تبدیل می شوند. ولی بعضی از آنها به کاتد می رسند و اگر کاتد سوراخی داشته باشد، از آن عبور می کنند. این جریان یونهای مثبت که اشعه مثبت یا اشعه کانالی نامیده می شوند، نخستین بار توسط یوجین گلدشتاین در 1886 مشاهده شد.

انحراف اشعه مثبت در میدان الکتریکی و مغناطیسی توسط ویلهم وین (1898) و جی.جی.تامسون (1906) مورد مطالعه قرار گرفت و مقادیر e/m برای یونهای مثبت، که این اشعه را تشکیل می دهند، معین شد.

یونهای تشکیل دهنده این اشعه همیشه یکسان نبوده ، بلکه به نوع گاز درون لوله تخلیه بستگی دارند.

مقدار e/m رای یک بار مثبت به بار یون (که متناسب است با تعداد الکترونهایی که اتم برای تشکیل یون از دست می دهد) و به جرم یون مورد مطالعه بستگی دارد. برای یونهایی که بار مساوی دارند، هنگامی که جرم یون نسبتا کوچک است، مقدار e/m نسبتا بزرگ است. e/m برای آنها بزرگترین مقدار مشاهده شده برای یونهای مثبت است.