دانلود تحقیق رادیو اکتیو

نیمه عمر ماده رادیواکتیو یعنی چه ؟

هیچ کس نمی تواند زمان فروپاشی هسته اتم به خصوصی را پیش بینی کند .

مثلا فروپاشی یک هسته به خصوص رادیم می تواند یک ثانیه دیگر ، فردا یا 10000 سال دیگر صورت گیرد البته یک چیز را می توان با اطمینان خاطر پیش بینی کرد .

از 100000 هسته رادیم پس از 1620 سال دقیقا 50000 هسته(50% از آنها) فرو می پاشند .

فروپاشی نیمی از هسته ها در یک قطعه اورانیم 238، 5/4 میلیارد سال طول می کشد زمانی را که در آن هسته نیمی از اتمهای یک ایزوتوپ می نامند همان طور که مشاهده کردیم این زمان در اورانیم 238 5/4 میلیارد سال طول می کشد .

پولونیم «نیمه عمر » بسیار کوتاهتری دارد .

این زمان 138 روز است .

در فرانسیم این زمان فقط 21 دقیقه طول می کشد پس از دو زمان نیمه عمر فقط 4/1 (2/1 ´2/1)و پس از 10 زمان نیمه عمر فقط 1024/1 (2/1 ´2/12/1 ´2/12/1 ´2/12/1 ´2/12/1 ´2/1) از هسته های اولیه در عنصر باقی می مانند بنابراین از یک کیلوگرم رادیم پس از 1620´10سال فقط حدود 98/0 گرم باقی می ماند .

در جریان شکافت اتم اورانیم چه روی می دهد ؟

اورانیم طبیعی سه ایزوتوپ (234- U 235- U و 238- U) دارد از هر 1000 اتم اورانیم 993 اتم هسته 238- U و 7 اتم هسته 235- U دارند .

مقدار 234 – U آن قدر کم است که لازم نیست در نظر گرفته شود .

نوترونهای آرام فقط هسته های 235- U را می شکافند در جریان این عمل نخست یک هسته واسطه یعنی 236- U ایجاد می شود این هسته پایدار نیست و به یک هسته باریم 144 یک هسته کریپتون 90و2 نوترون جدید تبدیل می شود اکنون با پدیده ای آشنا می شویم که کشف آن باعث اختراع بمب اتمی و نیروگاههای هسته ای شد و جهان را تغییر داد قطعات ایجاد شده به هنگام شکافت دارای جرم کمتری نسبت به مجموع جرمهای هسته و گلوله نوترونی اند .

به عبارت دیگر جرم از دست می رود .

جرم از دست رفته مطابق معادله اینشتین (E=mc2) به مقدار عظیمی انرژی (انرژی اتمی) تبدیل می شود می توان گفت که در این جریان آن بخش از انرژی که صرف یکپارچه نگاه داشتن اتم بزرگتر شده بود آزاد می شود و امکان دور شدن قطعات جدید را از یکدیگر فراهم می آورد قطعات جدید با سرعت بسیار زیاد به اتمهای همجوار خود برخورد می کنند و آنها نیز به نوبه خود در اثر این برخورد نوسانهای شدیدی پیدا می کنند و به یکدیگر ساییده می شوند .

به این ترتیب انرژی جنبشی قطعات به گرما تبدیل می شود .

در شکافت هسته ای مقدار زیادی انرژی آزاد می شود .از یک گرم اورانیم 235 می توان 23000 کیلو وات ساعت انرژی به دست آورد .

اغلب به هنگام شکافت هسته ای 3 نوترون جدید نیز ایجاد می شود .

هسته واسطه 236- U مثلا می تواند به باریم 144 کریپتون 89 و 3 نوترون تبدیل شود .

متاسفانه هسته های نیمه سنگین جدید برحسب قاعده خود رادیواکتیوند و پرتوهای خطرناک منتشر می کنند ما درباره هنگام بررسی مشکل اصلی نیروگاههای اتمی (یعنی تخلیه زباله های اتمی ) در این باره صحبت خواهیم کرد .

برای شکافت هسته های 238- U باید نوترونهای بسیار سریع داشته باشیم .

البته نوترونهای آرام نیز در این هسته ها نفوذ می کنند ولی در داخل هسته گرفتار می شوند و 239- U را می سازند این هسته نیز طی یک مرحله میانی به پلوتونیم 239 تبدیل می شود که به نوبه خود می تواند به خوبی به وسیله نوترونهای آرام شکافته شود .

واکنش زنجیره ای چیست ؟

هنگامی که یک قطعه بزرگ 235 – U (و یا پلوتونیم) در زمانی کوتاه بمباران نوترونی می شود روند زیر اتفاق می افتد نخستین هسته شکافته می شود .

این هسته 2 تا 3 نوترون را به خارج پرتاب می کند این نوترونها در مثال ما دو هسته دیگر را می شکافند و در مجموع به طور متوسط 5 نوترون آزاد می شود وقتی چهار تا از این نوترونها به هسته های همجوار برخورد کنند و آنها را بشکافند 8 تا 12 نوترون جدید به وجود می آید این نوترونها با چشمپوشی از درصد ضایعاتشان دوباره هسته های دیگری را می شکافند و با هر شکافت مقدار عظیمی انرژی رها می شود ر این ضمن حدود 20 نوترون جدید ایجاد می شود که آنها نیز دوباره هسته هایی را مورد اصابت قرار می دهند وخلاصه در کسر بسیار کوچکی از ثانیه تعداد هسته های شکافته شده و مقدار انرژی آزاد شده بهمن آسا افزایش می یابد این جریان را «واکنش زنجیره ای » می نامند .

روش غیر قابل کنترلی که در بالا بیان شد در بمب اتمی به کار گرفته می شود حداقل جرم سوخت هسته ای که برای انجام یک واکنش زنجیره ای مورد نیاز است «جرم حیاتی»نامیده می شود در اورانیم 235 این جرم تقریبا 23 کیلوگرم است یک گلوله اورانیم به قطر 13 سانتی متر همین جرم را دارد اگر کمتر از این حد سوخت به کار گرفته شود تعداد بسیار زیادی نوترون از دست می رود این نوترونها بدون برخورد با هسته ای از محدوده توده اورانیم خارج می شوند خوشبختانه «واکنش زنجیره ای» را می توان کنترل کرد به این ترتیب که در هر ثانیه امکان انجام تعداد معینی شکافت را فراهم آورد دقیقا همین تکنیک در نیروگاههای اتمی به کار گرفته می شود .

غنی سازی چیست ؟

در اورانیم طبیعی معمولا «واکنش زنجیره ای» اتفاق نمی افتد بیش از 99% از اورانیم یافت شده در طبیعت از نوع 238 – U است 2 تا 3 نوترونی که در اثر یک شکافت هسته ای ایجاد می شوند اغلب پرشتاب تر از آنند که بتوانند هسته های نادر 235 – U را بشکافند از طرف دیگر آنها کندتر از ان حرکت می کنند کا قادر باشند 238- U را خرد کنند و توسط 238 – U گرفتار می شوند .

بنا براین واکنش زنجیره ای بدون آمادگی و تنها با یک شکافت هسته ای انجام پذیر نیست .

برای رسیدگی به یک واکنش ذنجیره ای می توان دو راه را در پیش گرفت .

1- باید مقدار 235-U را افزایش داد تا مواد قابل شکافت بیشتری به دست آید .

2- باید سرعت نوترونهای ایجاد شده در اثر شکافت را کند تر کرد .

مثلا سوخت هسته ای مطلوب بعضی نیروگاههای هسته ای در صورتی فراهم می آید که میزان 235- U از 7/0 % به 3 % افزایش یابد این روش را «غنی سازی» می نامند .

«همجوشی» یا «ذوب هسته ای» یعنی چه ؟

برای بدست آوردن انرژی اتمی روش دیگری نیز وجود دارد مثلا اگر هسته های دوتریم و تریتیم تحت فشار و حرارت فوق العاده زیاد در هم بجوشند هر بار یک هسته هلیم و یک نوترون ایجاد می شود این دو ذره جدید در مجموع جرم کمتری نسبت به هسته های اولیه دارند .

جرم از دست رفته مانند آنچه هنگام بحث درباره شکافت هسته فراگرفتیم به مقدار عظیمی انرژی تبدیل می شود این روش را همجوشی یا ذوب هسته ای می نامند تمام ستارگان خورشید و همچنین بمب هیدروژنی انرژی خود را از این راه به دست می آورند .

چگونه خورشید انرژی خود را به دست می آورد ؟

در داخل خورشید روند زیر اتفاق می افتد در حرارت 15 میلیون درجه سانتی گراد و تحت فشار غیر قابل تصوری که بیش از 200 میلیارد اتمسفر است از هر 4 هسته هیدروژن یک هسته هلیم ساخته می شود این هسته از چهار هسته سازنده خود کمی سبکتر است جرم از دست رفته به مقدار بسیار زیادی انرژی تبدیل می شود خورشید در هر ثانیه 564 میلیون تن هیدروژن مصرف می کند و از آن 560 میلیون تن هلیم به دست می آورد 4 میلیون تن جرم از دست رفته (که 7/0%از کل مواد سوختی اولیه است ) به انرژی خورشیدی تبدیل می شود ظرفیت پرتوزایی کل خورشید حدود 1023´83/3 یا383000000000000000000000 کیلو وات است هر متر مربع از سطح خورشید 62900 کیلو وات پرتو تولید می کند این مقدار تقریبا برابر ظرفیت 62000 بخاری برقی با یک میلیون لامپ روشنایی است .

راکتور «خود سوخت ساز» چیست ؟

قبلا مشاهده کردیم که هسته اتمهای 238 – U می توانند به وسیله گرفتار ساختن نوترونها خود را به پلوتونیم تبدیل کنند هسته های پلوتونیم نیز به راحتی شکافته می شوند وانرژی آزاد می کنند .

در «راکتورها خود سوخت زا» از این خاصیت استفاده می شود .

در این نوع راکتور پلوتونیم 239 به عنوان ماده قابل شکافت به کار می رود در هر شکافت 2 تا 3 نوترون آزاد می شود یکی از این نوترونها برای حفظ و نگهداری واکنش زنجیره ای لازم است تعداد دیگری از نوترونها جذب هسته های 238 – U می شوند و این هسته ها را به پلوتونیم 239 (یا به عبارت دیگر به سوخت تازه) تبدیل می کنند راکتور به این ترتیب سوخت تازه تولید می کند در شرایط مناسب این سوخت حتی بیشتر از سوخت مصرفی راکتور است .

لازم به یادآوری است که این جریان سوخت زایی در سطحی محدود در سایر انواع راکتورها نیز یافت می شود از آنجا که منابع عظیمی از 238-U در دسترس است با وجود مشکلات تکنیکی عمده ای که در حال حاضر در به کارگیری راکتورهای «خود سوخت زا» وجود دارد می توان نقش مهماین نوع راکتورها در سده های آینده امیدوار بود البته این در صورتی است که بشر تا آن زمان موفق به کشف روشهای کم خطرتری برای به دست آوردن انرژی نشده باشد انسان با کاربرد تکنیک «سوخت زایی» می تواند بخش عمده ای از هسته های 238-U را (را که در غیر این صورت بی ارزشند) به مواد قابل شکافت تبدیل کند و به این ترتیب از اورانیم 60 بار بهتر از روشهای متداول امروزه بهره برداری کند تبدیل 238-U به پلوتونیوم به وسیله نوترونهای پرشتاب بهتر از نوترونهای آرام انجام می شود در راکتورهای خود سوخت زای سریع در جریان سوخت زایی از نوترونهای پرشتاب برای شکافت استفاده می شود .

البته اگر میزان پلوتونیم کم باشد این عمل به خوبی صورت نمی گیرد به همین دلیل عناصر سوختی راکتورهای خود سوخت زای سریع 20 تا 30 درصد پلوتونیم و 70 تا 80 درصد 238 – U دارند به عبارت دیگر این نوع راکتورها ده برابر راکتورهایی که تا کنون راجع به آنها صحبت شد مواد قابل شکافت احتیاج دارند و بدیهی است که این امر مشکلات و خطرات زیادی همراه دارد .

با کمک توضیحات بالا اکنون به سادگی می توان راکتور خود سوخت زای سریع را شرح داد راکتور اصلی از عناصر سوختی (که از آنها انرژی تولید می شود) و عناصر سوخت زایی (که از آنها مواد سوختی جدید تولید می شود) تشکیل شده است گرمازایی عناصر سوختی به خاطر درصد بالای مواد قابل شکافت بسیار زیاد است به این دلیل این راکتور را توسط سدیم مایع (که از ظرفیت گرمایی بالایی برخوردار است و بر خلاف آب از شتاب نوترونها نمی کاهد )خنک می کنند و به این ترتیب نوترونها نیز همان گونه که مورد نظر است پرشتاب باقی می مانند .

مدار سدیم ثانویه را داغ می کند مدار ثانویه به وبه خود آب را بخار می کند و این بخار نوربینها را برای تولید برق به حرکت در می آورد.

آیا «همجوشی هسته ای »منبع اصلی انرژی سده بیست و یکم خواهد بود ؟

راکتورهای آب تحت فشار و آب جوش امروزه امروزه مثل اتومبیل و هواپیما از وسایل تکنولوژیک متداول و پذیرفته شده به شمار می آیند .

راکتورهای خود سوخت زا و حرارت زیاد نیز نخستین آزمایشهای ارزیابی خود را با موفقیت پشت سر گذارده اند .

در این میان بهره برداری از راکتور «ذوب یا همجوشی هسته ای » تنها در آینده ای دور ممکن است .

مشکلات تکنیکی این امر بسیار زیاد است برای این کار مواد سوختی مثلا ایزوتوپهای هیدروژن (یعنی دوتریم و تریتیم) باید تا 100 میلیون درجه سانتی گراد حرارت ببینند البته در صورت انجام این کار تمام مشکلات مربوط به انرژی حل خواهد شد زیرا با مصرف 1 کیلوگرم دوتریم حدود 24 میلیون کیلووات ساعت انرژی به دست می آید این انرژی معادل انرژی 3 میلیون کیلوگرم زغال سنگ است بدیهی است که هیچ دیگی تحمل چنین درجه حرارت بالایی را ندارد به همین دلیل تلاش می کنند که مواد سوختی را با میدانهای مغناطیسی بزرگ به هم پیوند دهند یا گلوله های کوچکتر مواد سوختی را در کوتاه مدت با پرتوهای لیزری حرارت دهند تا آنها خود بتوانند از طریق همجوشی (فوزیون) انرژی تولید کنند همچنین روشهای «سرد» با کمک «میونها» (یا به عبارت دیگر ذرات کوچک) مورد آزمایش قرار گرفته است که توضیح آن در این جا به درازا خواهد کشید .

در حال حاضر برای ما استفاده از تکنیک «همجوشی یا ذوب هسته ای» (به استثنای کاربرد آن در بمب هیدروژنی) ممکن است به هر حال با توجه به اینکه پیشرفتهای تکنیکی همواره شتاب بیشتری می یابند امکان دارد که در سده آینده «همجوشی یا ذوب هسته ای » در تولید انرژی و نیز در سفرهای فضایی نقش بسیار مهمی بازی کند .

اورانیم چگونه به دست می آید ؟

اورانیم فلزی سنگین است که از سنگ معدن اورانیم به دست می آید معروفترین سنگ معدن اورانیم ظاهرا نوعی اورانینیت است که از 95 درصد اکسید اورانیم تشکیل شده است و گاهی به صورت صخره های چند تنی یافت می شود ( این نوع اورانینیت معمولا دارای رنگ قهوه ای تا سیاه براق است .) متاسفانه اغلب سنگ معدن های دیگرمقدار بسیار کمتری اورانیم در خود دارند استخراج هنگامی مقرون به صرفه است که حداقل یک کیلوگرم اورانیم از هر تن سنگ معدن به دست آید سنگ معدن استخراج شده از معادن زیر زمینی یا سطحی باید نخست آماده شود این سنگها خرد آسیاب و با آب قلیایی شستشو می شوند پس از طی دیگر مراحل آماده سازی اورانیم متراکم یا «کنسانتره اورانیم» که بیش از 70 درصد اورانیم در خود دارد و «کیک زرده » نامیده می شود به دست می آید این محصول برای آماده سازی بیشتر به محل دیگری حمل می شود .

اورانیم غنی شده چگونه تولید می شود ؟

اورانیم خالص طبیعی برای استفاده ر نیروگاههای اتمی مناسب نیست زیرا فقط 7/0 درصد آن از نوع شکافت پذیر 235 –U و 3/99 درصد آن از نوع سنگینتر و شکافت ناپذیر 238– U است .

سوخت اتمی بیشتر نیروگاههای اتمی باید حدود 3 درصد 235- U داشته باشد بنابراین اورانیم باید تااین غلظت غنی شود چون دو ایزوتوپ اورانیم از نظر شیمیایی از یکدیگر قابل تشخیص نیستند برای غنی سازی از تفاوت وزنی آنها استفاده می شود .

نخست اورانیم با کمک «فلوئور»به گاز هگزافلوئورید اورانیم (UF6) (به عبارت دیگر به ترکیبی از اورانیم و فلوئور)تبدیل می شود .

در این مرحله برای جداسازی دو ایزوتوپ اورانم از یکدیگر روشها ی متفاوتی وجود دارد .

در روش لوله های جداکننده گاز UF6 در لوله های کوچکی که انحنایی نیم دایره ای دارند با شتاب وارد می شوند نیروی گریز از مرکزایجاد شده گاز دارای U-238 را با شدت بیشتر به خارج می راند به نحوی که این گاز می تواند ازگاز سبکتر U-235 جدا شود بدیهی است که با این روش جداسازی کامل دو ایزوتوپ ممکن نیست ولی اگر تعداد بیشتری از این واحدهای جدا کننده را به صورت زنجیره ای به یکدیگر مربوط کنند بالاخره گازی به دست می آید که در آن اتمهای 235- U به حد کافی وجود دارد در «روش گازی افشانی » گاز UF6 با فشار از غشایی (دیافراگم) عبور داده می شود در این عمل گاز عبور داده می شود در این عمل گاز سبکتر 235- U سریعتر از گاز سنگینتر 238- U از منفذهای دیافراگم عبور می کند این روش نیز تا حدودی موجب جداسازی ایزوتوپها از یکدیگر می شود .

در «روش سانتریفوژ» (روش استفاده از دستگاه گریز از مرکز) گاز به داخل یک سانتریفوژ بسیار سریع وارد می شود نیروی گریز از مرکز اورانیم سنگینتر را به سمت دیواره های دستگاه می راند به نحوی که تمرکز 235-U در مرکز دستگاه افزایش می یابد به این ترتیب جداسازی 235-U و 238-U انجام می شود در این روش نیز برای غنی سازی مناسب واحدهای سانتریفوژ متعدد و مرتبط با هم لازماست در حال حاضر روشهای دیگری که بتوان در آنها غنی سازی لازم را در یک مرحله انجام داد در دست پژوهش و توسعه است .

عناصر سوختی چگونه ساخته می شود؟

همان گونه که مشاهده کردیم میله های سوختی در نیروگاههای هسته ای از قرصها یا گلوله های استوانه ای دی اکسید اورانیم فشرده (UO2 ) تشکیل می شود دی اکسید اورانیم نخست از گاز هگزافلوئورید اورانیم (UF6) غنی شده بدست می آید و سپس به صورت قرصهایی به ضخامت تقریبا 5/1 سانتی متر و قطر 1 سانتی متر فشرده می شود البته این اندازه ها می توانند در نیروگاهها و کشورهای مختلف متفاوت باشند و مقادیر ذکر شده تنها اندازه میانگین را نشان می دهند قرصهای فشرده خام تا 1700 درجه سانتی گراد حرارت داده می شوند و به این ترتیب استحکام و تراکم لازم را به دست می آورند .

آنگاه با دقت 1000/1 میلی متر در اندازه هایی برابر تراش داده می شوند و در داخل لوله پوشش قرار می گیرند البته لوله ها به طور کامل با گلوله های سوختی پر نمی شوند برای انتقال بهتر گرما گاز هلیم بهداخل لوله ها رانده می شود لوله ها به این دلیل به طور کامل با قرصهای سوختی پر نمی شوند که هنگام فروپاشی هسته ها گازهایی ایجاد می شود که فضای معینی را اشغال می کند این فضا را «فضای گاز حاصل از شکافت » می نامند.

این لوله های پرشده و عایق بندی شده از نظر نشت گاز میله های سوختی را می سازند این میله های سوختی را می سازند این میله های سوختی همراه بامیله های تنظیم به صورت عناصر سوختی در می آیند ساخت عناصر سوختی بسته به مورد متفاوت است مثلا در راکتورهای اب جوش اغلب میله های سوختی به صورت 77 و به شکل یک عنصر سوختی بسته بندی شده اند در راکتورهای آب تحت فشار میله های 1515 یا 2020 عناصر سوختی را تشکیل می دهند وضعیت میله های تنظیم نیز می تواند در راکتورهای مختلف بسیار متفاوت باشد .

تاسیسات «دوباره غنی سازی» چیست؟

تاسیسات دوباره غنی سازی یا دوباره آماده سازی کارگاههایی اند که در آنها بر روی عناصر سوختی مصرف شده عملیات جداسازی انجام می شود در این تاسیسات به ویژه باید زباله های اتمی جدا شوند و مواد سوختی اورانیم و پلوتونیم دوباره به دست آیند میله های سوختی در واقع علاوه بر هسته های هسته های شکافته نشده 235- U پلوتونیم 239 نیز دارند که از 238 – U به دست می اید و به عنوان مواد سوختی هسته ای قابل استفاده اند عناصر سوختی مصرف شده پس از توقف در استخر کاهش رتوزایی و انبار موقت در تانکرهای حمل و نقل به تاسیسات دوباره غنی سازی انتقال می یابند .

آنها در این هنگام هنوز هم به شدت رادیواکتیوند و باید به وسیله دیوارهای بتونی ضخیم یا پنجره های شیشه ای سربی از پرسنل کارگاهها دور نگه داشته شوند و کاری روی آنها کاملا اتوماتیک انجام شود میله های سوختی نخست به قطعه های کوچک بریده می شود این قطعات در اسید نیتریک (به فرمول HNO3 - م) حل می گردد اورانیم پلوتونیم و تولیدات شکافتی در این عمل تقریبا به طور کامل حل می شوند و پوسته های تکه تکه شده میله های سوختی باقی می مانند که در قالبهای بتونی با ایمنی کامل انبار می شوند سپس طی یک سلسله فعل و انفعالات شیمیایی اورانیم پلوتونیم و تولیدات شکافتی به سه بخش تقسیم شده از هم جدا می شوند اورانیم و پلوتونیم پس از تکمیل روند جداسازی و خالص سازی برای ایجاد عناصر سوختی جدید به کارخانه منتقل می شوند زباله های اتمی برای انبار نهایی آماده و بسته بندی می شوند .

سرنوشت زباله های اتمی چیست ؟

تاسیسات اتمی شامل موسسات پژوهشی نیروگاههای هسته ای و تاسیسات دوباره غنی سازی است میزان خطر زباله های ایجاد شده در هر یک از این تاسیسات متفاوت است .

آن دسته از زباله های اتمی که درجه پرتوزایی آنها ضعیف است و به صورت جامد یا مایعند نخست از طریق تبخیر فشردن یا سوزاندن به حداقل حجم ممکن می رسند آنگاه در بشکه هایی گذاشته می شوند و با بشکه به صورت قالبهای بتنی در می آیند و زباله های اتمی نیمه فعالی مثل پوششهای فلزی قطعه قطعه شده میله های سوختی را نیز همراه بشکه هایشان به صورت قالبهای بتنی در می آورند در مورد زباله های اتمی بسیار فعال باید نهایت دقت و احتیاط را به عمل آورد این زباله ها به ویژه شامل تولیدات شکافتی محلول در اسید نیتریکند 99% از پرتوزایی تمام زباله های اتمی به این دسته اختصاص دارند برای این مواد خطر ناک روش شیشه ای کردن ابداع شده است محلولهای رادیواکتیو بسیار فعال نخست تغلیظ می شود و طی واکنشهای شیمیایی به مواد دیگری تبدیل می گردد آنگاه این زباله ها در حرارت 1150 درجه سانتی گراد همراه با پودر شیشه ذوب می شوند و به این ترتیب به صورت جز جدانشدنی شیشه در می آیند شیشه مذاب در محفظه هایی فولادی با درجه مقاومت بالا ریخته می شوند .

این محفظه ها دیواره های زخیمی دارند در تاسیسات دوباره غنی سازی از هر تن اورانیم حدود 130 لیتر زباله رادیواکتیو بسیار فعال به صورت یک بلوک شیشه ای ، 5 بشکه (هر بشکه 400 لیتر ظرفیت دارد ) زباله نیمه فعال و 15 بشکه زباله اتمی ضعیف حاصل می شود این مواد باید برای همیشه با ایمنی کامل انبار شوند زیرا حتی برای نسلهای آینده نیز خطر بزرگی محسوب می شوند .

آیا می توان زباله های اتمی را با اطمینان و ایمنی کامل انبار کرد ؟

مطمئن ترین روش برای انبار کردن نهایی زباله های اتمی به مدت هزاران سال دفن این مواد بسیار خطرناک در گنبدهای نمکی زیرزمینی است بشکه های دارای زباله های رادیواکتیو ضعیف به اتاقکهایی از سنگ نمک انتقال می یابند و در آنجا ردیف به ردیف دفن و با نمک پوشانده می شوند هر اتاق پس از پر شدن مهر و موم می شود در مورد مواد زاید نیمه فعال که در بشکه قرار دارند باید بیشتر احتیاط شود برای این مواد اتاق مخصوصی در گنبد نمکی زیرزمینی در نظر گرفته می شود ورود به این اتاق غیر ممکن است و با دوربینهای مدار بسته تلویزیونی از آن مراقبت می شود زباله های اتمی همراه با محفظه های بتونی خود که پرتو را از خود عبور نمی دهند در این اتاقها دفن می شوند .انبار کردن نهایی زباله های اتمی بسیار فعال در گنبد نمکی باید به ترتیب زیر انجام شود زباله های اتمی که به صورت شیشه در آمده و داخل پوششهای فولادی با درجه مقاومت بالا قرار گرفتهاند در عمق 1000 متری داخل سوراخهایی که مخصوص آنها حفر شده است دفن می شوند سپس این سوراخها مسدود می شود آرایشهای سنگ نمکی برای انبار نهایی این مواد بسیار مناسب است زیرا بنابر آگاهیهای امروز نمک کاملا نفوذ ناپذیر است به نحوی که هیچ اثر رادیواکتیویته ای نمی تواند از آن به محیط زیست (مثلا به آبهای سطحی) راه یابد گنبد سنگ نمک زیرزمینی که در آلمان در نزدیکی شهر «گورلبن» واقع شده است و برای این منظور به کار می رود 15 کیلومتر طول و 4 کیلومتر عرض دارد و بین 300 تا 3000 متری زیرزمین قرار گرفته است .

آرایش سنگ نمک در طول صدها میلیون سال به ندرت دستخوش تغییر و تحول می شود و انتظار می رود که این انبار طبیعی در آینده نیز پایدار بماند آیا نیروگاههای هسته ای خطرناکند ؟

وقتی یک نیروگاه هسته ای فعال است در میله های سوختی همواره تولیدات شکافتی و هسته های پلوتونیم بیشتری ایجاد می شود که شدیدا باید از ورود آنها به محیط خارج جلوگیری کرد برای این منظور در بیشتر نیروگاههای اتمی شش مانع ایجاد شده است که در شرایط عادی این هسته های اتمی مرگ آور قادر به عبور از آنها نیستند .

قرصهای مواد سوختی به نحوی ساخته شده اند که تولیدات شکافتی نمی توانند از آنها فرار کنند .

لوله های آب بندی شده که از نشت گاز میله های سوختی جلوگیری می کنند اجازه نمی دهند هیچ ماده خطرناکی خارج شود .

دیگ فشار راکتور مانع دیگری در سر راه این مواد مرگ آور است .

تمام تجهیزات و تاسیساتی که احتمال انتشار پرتوهای خطرناک از آن می رود توسط دیوارهای بتونی قطور محصور شده اند .

یک دیگ یا محفظه ایمنی فولادی (Containment نیز نامیده می شود ) تمام تجهیزات و تاسیساتی را که تا کنون ذکر شد در بر می گیرد .

آخرین مانع یک پوشش بتونی سراسری به قطر بیش از یک متر است که حتی در اثر برخورد هواپیماهای در حال پرواز سقوط نیز آسیب نمی بیند .

مواد رادیواکتیو تنها پس از عبور از این 6 مانع می توانند به محیط زیست راه یابند این حالت فقط در صورت از کار افتادن تمام دستگاهها و سیستمهای خنک کننده امکان وقوع پیدا می کند البته در این صورت معمولا واکنش زنجیره ای بلافاصله متوقف می شود ولی به هر حال امکان دفع گرمای حاصله وجود ندارد و این گرما می تواند دیگ فشار راکتور را ذوب کند برای جلوگیری از این امر در اکثر نیروگاههای اتمی چهار سیستم خنک کننده اضطراری مستقل از یکدیگر وجود دارد .

بزرگترین حادثه احتمالی در یک نیروگاه که(در زبان آلمانی) بهاختصار «GAU نامیده می شود بروز» شکاف ناگهانی در مدار خنک کننده اولیه است در این صورت بلافاصله دیگ اطمینان با بخار داغ پر می شود و در همان لحظه به طور خودکار اقدامات بازدارنده متعددی صورت می گیرد میله های فرمان به سرعت داخل راکتورها می شوند وواکنش زنجیره ای را متوقف می سازند یک مخزن فشاری آب را وارد دیگ فشار راکتور می کند وآب بیشتری از مخزنهای لبریز شونده به داخل دیگ می ریزند حتی در صورتی که دیگ فشار راکتور جذب شود مواد مذاب نخست با دیواره ای به قطر یک متر برخورد می کنند این دیواره از هزاران تن بتون وآهن ساخته شده است آن گاه لایه های فوقانی بتون در اثر ذوب حالت شیشه ای به خود می گیرد ومانند یک لایه عایق بین مواد مذاب هسته ای و لایه های زیرین بتون عمل می کند ساختمان راکتورها باید علاوه بر مقاومت در برابر ضربه سقوط هواپیما در برابر زلزله امواج طولانی دریا وفشارهای انفجاری معینی نیز مقاوم باشند بدیهی است که نیروگاهها را نمی توان کاملا در برابر حرارت وصدمات ناشی از جنگ بویژه در برابر اصابت مستقیم راکتها وموشکها یا بمبارانهای هوایی حفاظت کرد تروریستهای مسلح نیز می توانند به داخل نیروگاه نفوذ کنند وخسارات جبران ناپذیر و وحشتناکی به بار آورند البته در شرایط معمولی زمان صلح با اجرای مقررات واقدامات حفاظتی متعددی از این کار جلوگیری می شود بنابر این در مجموع می توان گفت که نیروگاههای اتمی در زمان صلح خطر بزرگی را ایجاد نمی کنند به هر حال در صورت وقوع بمباران یا انفجار در یک نیروگاه اتمی 1300 مگاواتی فعال هزار برابر انفجار اتمی هیروشیما مواد رادیواکتیو رها می شود در این صورت مناطق بسیار وسیعی برای صدها سال غیر قابل زیست خواهد شد با این همه بالا نبودن سطح استانداردهای ایمنی بسیار خطرناک تر است و واقعه چرنوبیل از معروفترین نمونه های آن محسوب می شود ایمنی انبار نهایی زباله های اتمی تا چه حدودی است ؟

آرایشهای سنگ نمکی که برای انبار نهایی زباله های رادیواکتیو در نظر گرفته شده بنابر دانش آمروز ما از ایمنی بالایی برخوردار است در سنگ نمک به دلیل غیر قابل تغییر بودن شکل آن هیچ شکافی که آب بتواند از آن جاری شود به وجود نمی آید شکافهای ایجاد شده نیز خیلی زود دوباره بسته می شوند آرایش سنگ نمک همچنین بسایر مقاوم وپایدار است آرایشهای سنگ نمکی که در آلمان برای انبار نهایی انتخاب شده اند از 100 میلیون سال پیش تا کنون هیچ گونه ارتباطی با لایه های آبخیز زمین نداشته اند وبه هیچ وجه تحت تاثیر تغییرات شکل و وضعیت زمین از قبیل پدید آمدن کوهستانهای گوناگون قرار نگرفته اند .

علاوه بر آن سنگ نمک قابلیت انتقال گرمای زیادی دارد که این امر در سده های اولیه ذخیره نهایی زباله های اتمی از اهمیت زیادی برخوردار است همان گونه که قبلا شرح داده شد آن دسته از زباله های اتمی که از ظر رادیو اکتیویته بسیار فعالند با شیشه ذوب و مخلوط می شوند به همین دلیل حتی اگر بر خلاف انتظار آب به داخل آرایش سنگ نمک نفوذ کند باز هم مواد رادیو اکتیو نمی تواند انتشار یابند.

محیط زیست تنها هنگامی آسیب می بیند که آب آلوده به مواد رادیو اکتیو از میان کوهی که بالای آرایش سنگ نمک قرار گرفته است صدها متر بالا و با آبهای سطحی مخلوط می شود این امر بر اساس پژوهشهای امروزی قابل تصور نیست علاوه بر آن پرتو زایی وگرامازایی زباله های اتمی پس از گذشت هزار سال به میزان زیادی کاهش می یابد بمب اتمی چیست ؟

در نیروگاهها انرژی محبوس در هسته اتمها را آزاد می کنند ولی انرژی آزاد شده بلافاصله زندانی می شود .واکنشهای زنجیره های در این نیروگاهها کاملا کنترل شده اند ومقدار انرژی ثابتی را تولید می کنند در بمب اتمی در اثر واکنشهای زنجیره ای کنترل نشده ناگهان تعداد بی شماری هسته شکافته می شود ومقدار عظیمی انرژی در در کسری از ثانیه رها می شود وخرابیهای گسترده ای به بار می آورد برای ایجاد چنین انفجاری اورانیم 235 یا پلوتونیم 239 خالص لازم است اورانیم 238 غیر فعال که از بروز فاجعه جلوگیری می کند در تاسیسات جداسازی ایزوتوپها تصفیه می شود علاوه برآن باید مقدار حداقلی از مواد شکافت پذیر که جرم بحرانی نامیده می شود در دسترس باشد تا به وسیله آن نوترونها زیادی بدون ترک منطقه انفجاری به هسته های جدید اصابت کنند جرم بحرانی در اورانیم 235 ، 23 کیلوگرم و در پلوتونیم 239 ) 6/5 کیلوگرم (یعنی به بزرگی یک توپ تنیس) است .

اکنون انواع بسیار متفاوتی از بمبهای اتمی وجود دارد مثلا می توان در یک بمب دو یا چند قطعه اورانیم کوچک «زیر جرم بحرانی » را که به تنهایی بی خطرند همزمان به سمت یک نقطه شلیک کرد .

آنها در مجموع به «جرم بحرانی» می رسند یک منبع نوترونی ایجاد اولین شکافتها را به عهده دارد و پس از آن جهنمی برپا می شود !

تقریبا هر نوترون هسته جدیدی را می شکافد 2 تا 3 نوترون جدیدی که در هر شکافت ایجاد می شوند خود درباره شکافتهای جدید را موجب می شنود هیچ میله تنظیم و کنترلی این بهمن نوترونی افزاینده را متوقف نمی کند از این رو در چند میلیاردم ثانیه با ایجاد شکافتهای هسته ای بی شمار انرژی عظیم و غول آسایی و نیز تولیدات شکافتی رادیواکتیو مرگ آوری آزاد می شود مواد رادیواکتیو بسیار فعال که معمولا در شرایط عادی با شیشه مذاب مخلوط شده به داخل محفظه های فولادی تزریق و در عمق آرایشهای سنگهای نمک زمین ذخیره و نگهداری می شوند بر مزارع جنگها و شهرها فرو می بارند .

جرم از دست رفته بر اثر انفجار در مقایسه با آثار و پیامدهایی که دارد ناچیز است به ای ترتیب بود که در بمب اتمی هیروشیما کاهش 1 گرم ماده که به انرژی تبدیل شد 200000 انسان را به کام مرگ فرستاد .