وحيد نقشينه
وقتى صحبت از مفهوم انرژى مى شود نمونه هاى آشناى انرژى مانند انرژى گرمايى، انرژى نور و يا انرژى مكانيكى و الكترونيكى به نظر مى آيد اما انرژى جديدى با عنوان انرژى هسته اى از نظرها غايب است. اگر انرژى هسته اى و توانمندى هايى كه اين انرژى در اختيار انسان قرار مى دهد روشن شود، بى ترديد همگان شيفته آن خواهند شد.
هم اكنون، بيش از ۴۳۰ نيروگاه هسته اى در جهان مشغول به فعاليت هستند و انرژى برخى از كشورها مانند فرانسه از برق هسته اى تأمين مى شود. مقدار انرژى مصرفى در آمريكا ميان سال هاى ۱۹۲۰ تا ۱۹۷۰ با ضريب ۴۰ افزايش يافته است، يعنى در طول اين ۵۰ سال مقدار مصرف انرژى در هر ۱۰ سال ۲ برابر شده است.
با وجود اين كه هنوز زغال سنگ و نفت وجود دارد، مشخص شده است كه حتى با كوشش هاى بيشتر براى استفاده صرفه جويانه از انرژى باز هم منابع انرژى نو لازم است كه انرژى حاصل از شكافت هسته (انرژى هسته اى) مى تواند در درازمدت اين نياز را مرتفع سازد. هم اكنون كشورهاى جهان به نقش و اهميت منابع مختلف انرژى در تأمين نيازهاى حال و آينده واقف شده اند و سرمايه گذارى ها و تحقيقات فراوانى را در اين زمينه شروع كرده اند. در ميان حامل هاى مختلف انرژى، انرژى هسته اى جايگاه ويژه اى دارد.
* فرايند هسته اى
عمل سوختن اورانيوم در داخل نيروگاه اتمى متفاوت از سوختن زغال يا هرنوع سوخت فسيلى ديگر است. در اين واكنش با ورود يك نوترون كم انرژى به داخل هسته ايزوتوپ عمل شكست هسته انجام مى گيرد و انرژى فراوانى توليد مى شود. بعد از واردشدن نوترون به درون هسته اتم، ناپايدارى در هسته به وجود آمده، بعد از لحظه كوتاهى هسته اتم شكسته مى شود و تبديل به دو تكه شكسته و تعدادى نوترون مى شود.
به طور ميانگين، تعداد نوترون ها به ازاى هر ۱۰۰ اتم شكسته شده ۲۴۷ عدد است و اين نوترون ها اتم هاى ديگر را مى شكنند و اگر كنترلى در مهار تعداد آنها نباشد واكنش شكست در داخل توده اورانيوم به صورت زنجيره اى انجام مى شود كه در زمانى بسيار كوتاه منجر به انفجار شديدى مى شود. در حقيقت، ورود نوترون به درون هسته اتم اورانيوم و شكسته شدن آن همراه با انتشار انرژى معادل با ۲۰۰ ميليون الكترون ولت است.
اين مقدار انرژى در سطح اتمى بسيار ناچيز ولى در مورد يك گرم از اورانيوم در حدود صدها هزار مگاوات است كه اگر به صورت دوره اى انجام شود، در كمتر از هزارم ثانيه مشابه بمب اتمى عمل خواهد كرد اما اگر تعداد شكست ها را در توده اورانيوم و در طول زمان محدود كنيم، به گونه اى كه به ازاى هر شكست اتم بعدى شكسته شود، شرايط يك نيروگاه هسته اى به وجود مى آيد.
* ساختار نيروگاه اتمى
نيروگاه اتمى از بخش هاى مختلفى تشكيل يافته است كه همه آنها نقش اساسى و مهم در تعادل و ادامه چرخه حيات نيروگاه را برعهده دارند. در زير به اين بخش ها اشاره شده است:
\ ماده سوخت
ماده سوخت از اورانيوم طبيعى، اورانيوم غنى شده، اورانيوم و پلوتونيوم تشكيل يافته است كه سوختن اين مواد براساس واكنش شكاف هسته اى انجام مى شود.
\ نرم كننده ها
نرم كننده ها موادى هستند كه برخورد نوترون هاى حاصل از شكست با آن ها اجبارى است و براى كم كردن چهار انرژى نوترون ها به كار مى روند. زيرا احتمال واكنش شكست پياپى به ازاى نوترون هاى كم انرژى بيشتر مى شود. از مهم ترين نرم كننده ها كه در ساختار نيروگاه اتمى مورد استفاده قرار مى گيرد، مى توان به آب سنگين (D2o) و يا ز غال سنگ (گرافيت) اشاره كرد.
\ ميله هاى مهاركننده
وجود اين ميله ها كه از مواد جاذب نوترون درست شده اند، در داخل راكتور اتمى الزامى است و وظيفه اى كه بر عهده دارند جلوگيرى از افزايش ناگهانى تعداد نوترون ها در مركز راكتور است. اگر اين ميله ها كار اصلى خود را انجام ندهند، در كسرى از ثانيه قدرت جمع شده در راكتور چند برابر شده، حالت انفجار راكتور پيش مى آيد. جنس اين ميله ها از عنصر كادميم يا بور است.
\ مواد خنك كننده
اين مواد انرژى حاصل از شكست اورانيوم را به خارج از راكتور انتقال داده، توربين هاى مولد برق را به چرخش درمى آورند و پس از خنك شدن دوباره به داخل راكتور بازمى گردند. اين مواد در مدار بسته و محدودى عمل مى كنند و با خارج از محيط راكتور تماس ندارند. اين مواد معمولاً گاز CO2، آب، آب سنگين، هليم گازى و يا سديم مذاب اند.
* كاربردهاى انرژى هسته اى
انرژى هسته اى كاربردهاى متعددى دارد كه در يك تقسيم بندى كلى مى توان آن را به نظامى و غيرنظامى (صلح جويانه) تقسيم كرد:
\ توليد برق
يكى از نيازهاى روزمره و تأثيرگذار تمامى شهروندان توليد برق است كه اگر با صرفه اقتصادى بيشتر و آلودگى هر چه كمتر محيط زيست همراه باشد، مى تواند در اقتصاد هر كشورى نقش بسزايى داشته باشد.
انرژى هسته اى كه از اين دو شاخصه مهم (صرفه اقتصادى ـ آلودگى كم) برخوردار است، مى تواند در اين مورد به كمك نيروگاه هاى توليد برق آمده، جهان را از بحران كمبود منابع فسيلى رهايى بخشد. بنابردلايل ذكر شده بالا، نيروگاه برق اتمى ـ اقتصادى ترين نيروگاهى است كه امروزه در دنيا ساخته مى شود.
\ پزشكى هسته اى
يكى از روش هاى تشخيص و درمان ارزشمند در طب ـ پزشكى هسته اى است كه در آن از ايزوتوپ هاى راديواكتيو براى پيشگيرى ـ تشخيص و درمان بيمارى ها استفاده مى شود. لازم به ذكر است كه از ايزوتوپ هاى راديو اكتيو ۶۰ سال است كه براى تشخيص و درمان بيمارى استفاده مى شود. با كشف شيوه هاى درمانى بيشتر و پيشرفت اين راه ها استفاده از ايزوتوپ هاى راديو اكتيو هم گسترش بيشترى يافته است.
\ پرتودهى مواد غذايى
بعضى از محصولات غذايى مانند سيب زمينى و پياز، زعفران، ادويه و غيره را مى توان در مقابل تعداد مشخصى پرتو گاما به منظور جلوگيرى از جوانه زنى و هم چنين كنترل آفات انبارى، كاهش بار ميكروبى و قارچى و افزايش زمان نگهدارى آن ها به دليل تأخير در رسيدن به مقصد قرار داد.
با استفاده از روش پرتوتابى هسته اى مى توان تغييرات ژنتيكى مورد نظر را براى اصلاح محصول در توده هاى گياهى به كار برد. براى مثال، كشور پاكستان كه بيابان هاى وسيع و زمين هاى باير فراوانى دارد با استفاده از روش كشاورزى هسته اى توانسته است ارقام پرمحصولى از گياهان را در همين مناطق پرورش دهد.
\ بيمارى هاى دامى
از تكنيك هاى هسته اى در پيشگيرى، كنترل و تشخيص بيمارى هاى دامى، توليد مثل دام، تغذيه دام، اصلاح نژاد دام، بهداشت و ايمنى محصولات دامى و خوراك دام نيز استفاده مى شود.
\ مديريت منابع آب
كاربرد تكنيك هاى هسته اى در مديريت منابع آب مانند بهبود دسترسى به منابع آب جهان، تكنيك هاى هسته اى براى شناسايى حوزه هاى آب خيز زيرزمينى، هدايت آب هاى سطحى و زيرزمينى، كشف و كنترل آلودگى و كنترل نشت و ايمنى سدها، شيرين كردن آب شور و آب دريا نيز از ديگر موارد كاربرد انرژى هسته اى است.
\ بخش صنعت
نمونه هايى از كاربرد تكنولوژى هسته اى در بخش صنعت عبارت است از: توليد چشمه هاى پرتوزا براى كاربردهاى مختلف در علوم و صنعت مانند طراحى و ساخت انواع سيستم هاى هسته اى براى كاربردهايى مانند سطح سنجى، ضخامت سنجى، عمق سنجى، چگالى سنجى و غيره، بررسى كوره هاى مذاب شيشه سازى براى مشخص نمودن اشكالات آن ها، توليد چشمه هاى ايريديم براى كاربردهاى صنعتى و بررسى جوشكارى در لوله هاى نفت و گاز، تهيه و توليد چشمه هاى پرتوزايى كبالت براى مصارف صنعتى، نشت يابى در لوله هاى انتقال نفت با استفاده از تكنيك هسته اى و غيره.
