اورانیوم دارای دو ایزوتوپ ۲۳۵ و ۲۳۸ است. خب حالا ایزوتوپ چیست؟ جواب خیلی ساده ی آن می شود دو عنصری که فقط از نظر جرم باهم تفاوت دارند. (به طور ظریف تر تنها اختلاف آنها در تعداد نوترون های هسته است). مثلاً همین آب سنگین که در بحث هسته ای مطرح است، به این معناست که ملکول آب به جای هیدورژن معمولی، از همتای سنگین ترش به نام دوتریم تشکیل شده است. عناصری که ایزوتوپ یکدیگر هستند(مثل همین هیدروژن و دوتریم یا اورانیوم ۲۳۵ و ۲۳۸) خواص شیمیایی یکسانی دارند، اما خواص فیزیکی یکسانی نخواهند داشت! چرا که خواص شیمیایی در واقع بستگی به ماهیت درونی ماده بستگی دارد، اما خواص فیزیکی به ویژگی های فیزیکی مثل جرم، وابسته اند.
در فرآیند شکافت هسته ای اورانیوم ۲۳۵ به اورانیوم ۲۳۸ ترجیح داده می شود، به دلایل زیر:
-
هسته ی آن راحت تر شکافته می شود
-
پس از شکافت هسته، دو یا سه نوترون هم آزاد می شوند که می توانند با اتم های جدید اورانیوم برخورد کرده و این فرآیند را تکرار کنند، پس با یک پروسه ی زنجیره ای و بنابراین بسیار پربازده تر روبرو هستیم.
اما در این میان مشکلی وجود دارد و آن ناپایداری (نیمه عمر کوتاه) اورانیوم ۲۳۵ است که باعث می شود این ایزوتوپ، به سرعت فروپاشیده شود و به همین خاطر در طبیعت به مقدار کمی موجود است، یعنی تنها ۰.۷ % اورانیوم های موجود در طبیعت، ۲۳۵ هستند و بقیه از نوع سنگین ۲۳۸ هستند. پس باید آن را خالص و غنی کنیم.
فرآیندهای هسته ای
اورانیوم دارای دو ایزوتوپ ۲۳۵ و ۲۳۸ است. خب حالا ایزوتوپ چیست؟ جواب خیلی ساده ی آن می شود دو عنصری که فقط از نظر جرم باهم تفاوت دارند. (به طور ظریف تر تنها اختلاف آنها در تعداد نوترون های هسته است). مثلاً همین آب سنگین که در بحث هسته ای مطرح است، به این معناست که ملکول آب به جای هیدورژن معمولی، از همتای سنگین ترش به نام دوتریم تشکیل شده است. عناصری که ایزوتوپ یکدیگر هستند(مثل همین هیدروژن و دوتریم یا اورانیوم ۲۳۵ و ۲۳۸) خواص شیمیایی یکسانی دارند، اما خواص فیزیکی یکسانی نخواهند داشت! چرا که خواص شیمیایی در واقع بستگی به ماهیت درونی ماده بستگی دارد، اما خواص فیزیکی به ویژگی های فیزیکی مثل جرم، وابسته اند.
در فرآیند شکافت هسته ای اورانیوم ۲۳۵ به اورانیوم ۲۳۸ ترجیح داده می شود، به دلایل زیر:
-
هسته ی آن راحت تر شکافته می شود
-
پس از شکافت هسته، دو یا سه نوترون هم آزاد می شوند که می توانند با اتم های جدید اورانیوم برخورد کرده و این فرآیند را تکرار کنند، پس با یک پروسه ی زنجیره ای و بنابراین بسیار پربازده تر روبرو هستیم.
اما در این میان مشکلی وجود دارد و آن ناپایداری (نیمه عمر کوتاه) اورانیوم ۲۳۵ است که باعث می شود این ایزوتوپ، به سرعت فروپاشیده شود و به همین خاطر در طبیعت به مقدار کمی موجود است، یعنی تنها ۰.۷ % اورانیوم های موجود در طبیعت، ۲۳۵ هستند و بقیه از نوع سنگین ۲۳۸ هستند. پس باید آن را خالص و غنی کنیم.
نیروگاه هسته ای
راکتور هسته ای در واقع، دستگاهی است که فرآیند شکافت هسته ای در آن، به صورت کنترل شده انجام می گیرد. سوخت راکتورهای هسته ای، اورانیوم است. اما این اورانیوم به صورت خام قابل استفاده نبوده و باید تغییراتی در آن انجام شود. مراحل این تغییر عبارتند از:
فرآوری: پس از اینکه اورانیوم استخراج شد، آن را آسیاب می کنند تا پودر نرمی به دست آید. این پودر طی یک پروسه ی شیمیایی (شستشو با سولفوریک اسید) و خشک کردن، به ماده جامد زرد رنگی به نام کیک زرد (بافرمولU۳O۸ ) تبدیل می شود. پس از آن، کیک زرد به اورانیوم هگزافلورید (UF۶) تبدیل می شود که برای مرحله ی غنی سازی استفاده می شود.
غنی سازی: همانطور که از نام این فرآیند برمی آید، هدف، خالص سازی اورانیوم ۲۳۵ است. اورانیوم ۲۳۵ راکتورهای هسته ای باید از درصد خلوص ۰.۷ به ۲تا۳ درصد برسد(درصد خلوص اورانیوم بمب اتمی باید بیش از ۹۰ درصد باشد!). حالا چه طور این دو نوع اورانیوم را از هم جدا کنیم؟ اگر یادتان باشد گفتیم خواص شیمیایی دو ایزوتوپ یکسان است، پس باید به سراغ خواص فیزیکی برویم، راه حل، استفاده از سانتریفیوژ است، بچه هایی که مثل من رشته ی شیمی هستند، حتما در آزمایشگاه با سانتریفیوژ کارکرده اند. کلمه ی لاتین سانتریفیوژ به معنای تفکیک کردن است و طرز کار کلی آن این است که یک محفظه با سرعت زیادی حول محور خور می چرخد، بنابراین زمانیکه هگزافلورید به داخل این محفظه تزریق می شود، نیروی گریز از مرکز باعث تمرکز ملکول های حاوی اورانیوم سبکتر ۲۳۵ در مرکز محفظه و ملکول های حاوی اورنیوم سنگین تر ۲۳۸، در قسمت دورتر از مرکز محفظه می شود. اورانیوم ۲۳۵ جدا شده، دوباره در سانتریفیوژ دیگری تفکیک می شود و این عمل آنقدر تکرار می شود تا اورانیوم ۲۳۵ به خلوص لازم برسد.
یک سانتریفیوژ آزمایشگاهی
+ نوشته شده در یکشنبه بیست و دوم آذر ۱۳۹۴ ساعت 18:1 توسط admin
|
