| |
|
| انرژي اتمي
|
|
Atom
|
پيشگفتاردردو دهة نخست قرن بيستم نظرية نسبيت انشتين امكان تبديل جرم به انرژي را به بشر آموخت. متاسفانه
اولين كار برد اين نظريه منجر به توليد بمبهاي اتمي شد. در سال 1945 دولت امريكا با اين بمبها شهرهاي
هيروشيما و ناكازاكي در ژاپن را به تلي از خاك تبديل كرد و چند صدهزار نفر مردم عادي و غير نظامي را كشت.
اگر چه اين عمل وحشيانه انزجار جهانيان را بر انگيخت، ولي نبايد پنهان داشت كه در دراز مدت منشاء آثار
مثبتي شد. از يك سو ترس ازجنگ افزارهاي اتمي را در دل قدرتمندان جهان ايجاد كرده و از آن زمان تا كنون به
رغم گذشت 68 سال و وقوع هزاران جنگ خانمان برانداز در ابعادي كوچكتراز جنگهاي اول و دوم جهاني هيچ
گاه بمبهاي اتمي و يا هزاران بار مخربتر از آنها بمبهاي هيدروژني و نوتروني، به كار گرفته نشده اند. از سوي ديگر،
كاربرد نظريه هاي انشتين كه در ابتدا و با بودجة كلان صرف تهيه بمبهاي اتمي شده بود، وسيله مهار اين بمب ها
را نيز به بشر آموخت. چندي بعد، نيروگاههاي اتمي متكي بر پديدة شكست اتمها يكي بعد از ديگري ابتدا در
كشورهاي پيشرفته و اكنون در كشورهاي در حال توسعه به وجود آمدند. بر اساس منابع موجود، در آوريل سال
2012 تعداد 436 نيروگاه اتمي در 28 كشور جهان مشغول بهره دهي هستند و نيز 61 نيروگاه در حال ساخت
وجود دارد. قدرت مجموع نيروگاههاي فعال 368857 مگاوات است و در كشورهاي مختلف جهان 17 درصد
15646 ترليون وات ساعت) انرژي الكتريكي مورد نياز آنها را تأمين مي كنند. درست است كه اكنون با كشور ما )
در مورد كاربرد اتم براي صنعت مخالفت مي كنند. ولي متاسفانه اين صنعت به هر صورت در آينده در تمام
كشورهاي ديگر جهان عموميت خواهد يافت و زباله پرتوزاي اين نيروگاهها كه بسيار خطرناك است، آيندة نسل
بشر را به مخاطره خواهد انداخت. ولي خوشبختانه مبارزه مدافعان محيط زيست از يك سو به ويژه ترس به وجود
آمده بعد از زمين لرزه و سونامي در ژاپن و انفجار 4 نيروگاه اين كشور و از سوي ديگر ترس قدرتمندان از توسعه سلاحهاي اتمي، توليد نيروگاهها را كنترل و محدود كرده و خواهد كرد. البته نبايد از ياد برد كه كار برد صلح
جويانه اتم كمك بسيار زيادي به سلامت بشر مي كند. كار برد اتم و ايزوتپهاي پرتوزا روز به روز تشخيص و درمان
بيماريها را بهتر و راحت تر ساخته و خدمت بزرگي به بشريت مي كند.
براي عموم مردم چه در دنياي غرب و چه در كشورما پرسشهاي بسياري در بارة انرژي اتمي مطرح است.
هب هنوگچ انرژي اتمي چيست و دست مي آيد؟
ساختار نيروگاههاي اتمي چگونه است و مواد سوختي اين نيروگاهها از كجا تامين مي شود؟
زباله هاي نيروكاهها از چه موادي تشكيل شده و آثار زيست محيطي اين مواد بر روي بدن موجودات زنده
چيست؟
يم هنوگچ توان از انسان در مقابل آثار زيان بخش مواد پرتوزا محافظت كرد؟
حوادث نيروگاهها و آثارشان بر روي محيط زيست چه بوده است؟
كاربرد پرتوهاي راديو اكتيو در تشخيص بيماريها چگونه است و زيانهايي كه استفاده بيش از حد آنها بربافتهاي
بدن بيمار دارد چيست؟
آيا نيروگاههاي اتمي قادر به تأمين انرژي الكتريكي همه ساكنان كره زمين خواهند بود؟
آيا قيمت كيلو وات ساعت انرژي به دست آمده از اين طريق ارزانتر از انرژيهاي ديگر است؟
آيا ممكن نيست كه فراورده هاي حاصل از تخليص مواد سوخته شده در نيروگاهها كه مقدار قابل ملاحظه اي
پلوتونيم 239 دارند و به سهولت به كمك واكنشهاي سادة شيميايي از بقيه مواد جدا مي شوند، به دست افراد
ناباب و سود جو بيفتد تا از آن براي تهديد ديگران استفاده كنند؟
كوشش خواهم كرد كه در اين كتاب براي اين پرسشها، پاسخهاي مختصر و قابل در ي ارائه كنم.
با توجه به اينكه در سالهاي اخير در ايران به كاربرد انرژي اتمي براي تأمين بخشي از الكتريسيتة كشور
وري ساخت نيروگاههاي اتمي و عدم اطلاع عموم از اين صنعت، Ĥ توجه شده است و نيز با توجه به پيچيدگي فن
لازم ديدم برخي از تجربيات شخصي خود را با بياني ساده براي مردم كشورمان بيان دارم. فصل اول اين كتاب را
به انرژي اتمي يا در واقع اصول اساسي كه منجر به شكست اتمها در نيروگاهها، يا در بمب اتمي و يا در پيوست
اتمها و بمب هيدروژني، اختصاص داده ام. در اين فصل همچنين پرتوزايي راديوايزوتوپها را شرح مي دهم. در فصل
دوم، ساختار نيروگاههاي اتمي و چگونگي تهية سوخت اتمي و دليل ضرورت غني سازي اورانيم و كاربرد آب
سنگين و چگونگي تهيه آنها را تشريح خواهم كرد. در فصل سوم آثار زيست محيطي مواد پرتوزا و زباله هاي
حاصل از نيروگاهها را شرح داده و اشاره اي به چگونكي محافظت كارگران در محيط كار را تشريح خواهم كرد.
مطالب مطرح شده در تن كتاب براي اطلاعات عمومي افراد كافي است. ولي اگر افرادي مايل به اطلاعات
بيشتر از سطح عمومي هستند، مطالعة زير نويسهاي اشكال و زيرنويسهاي متن، اطلاعاتي بيشتر به دست مي دهد.
اين كتاب در سال 1387 از سوي انتشارات مؤسسة فرهنگي هنري جهان كتاب، چاپ شد و تا كنون سه
بار تجديد چاپ شده است. اينك چاپ چهارم آن را كه كاملا" به روز شده است را به صورت رايگان در وب سايت
خودم و نيز در وبسايت گروههاي عمومي و دانشگاهي و به ويژه در وبسايت فيزيكدانان جوان هوپا قرار خواهم داد.
نسخه چاپي اين كتاب در برخي از كتاب فروشيها وجود دارد و احتمالا" ناشر اگر مايل باشد مي تواند نسخة به روز
شده را نيز چاپ كند.
اصول اساسي كه منجر به شكست و يا پيوست اتمها مي شود:
بشر از بدو آشنايي با آتش، همواره به دنبال انرژي حرارتي براي گرم كردن خود بوده است.
در طي قرنهاي متمادي، انسان براي گرم كردن خود از چوب يا زغال استفاده كرده است. ابتدا از
زغال سنگ و سپس از نفت و مشتقات آن براي به حركت در آوردن وسايل نقليه ( كشتي، قطار،
خودرو، هواپيما و . . .) استفاده كرده و مي كند. به ويژه در قرن بيستم و هم اكنون در قرن بيست و
يكم افراط در مصرف سوختهاي فسيلي و ضعيت خطرناكي بر روي كرة زمين پديد آورده است.
توليد گاز كربنيك و اكسيدهاي گوگرد و ازت و گاز متان و گازهاي سرد كنندة يخچالها، حالت
گلخانه اي را در زمين تشديد كرده و حفره اي در لاية اُزون كه محافظ بشر از پرتوهاي خطرناك
خورشيدي است به وجود آورده است. در نتيجه دماي زمين به تدريج بالا رفته وبه زودي به ميزان
خطرناكي خواهد رسيد. يخهاي قطبي در حال ذ وب شدن هستند، سطح آب درياها بالا خواهد آمد،
بخشي از زمين زير آب خواهد رفت و پرتوهاي خورشيدي ما را كباب خواهد كرد. از اين رو
دانشمندان به فكر نجات افتاده و قدرتمندان جهان را مجبور به چاره جويي كرده اند. از سال
1990 كنفرانسهاي متعددي در نقاط مختلف جهان تشكيل شده و جلساتي به ويژه بين سران كشورهاي پيشرفته در لندن ، ريودوژانيرو ، كيوتو، كپنهاك و اخيرا" در كانكون مكزيك، در اين
خصوص بر گزار شده است. در همة اين نشستها، تصميم به كاهش توليد گاز كربنيك و يا به عبارت
بهتر، مصرف كمتر سوختهاي فسيلي گرفته شده است و در تمام كنفرانسها، برخي از كشورها
ازجمله امريكا سرسختانه مخالفت كرده و حاضر به كاستن از مقدار توليد گاز كربنيك خود نشده اند.
راههاي توليد انرژي در جهان كم نيست، از خورشيد، باد، آبشارها، جذر ومد درياها، انرژي
نهفته در اعماق زمين، مزارع توليد كنندة انرژي سبز و به ويژه از پيوست اتمهاي سبك مي توان
انرژي لازم براي زندگي را به دست آورد. ولي متأسفانه به دليل و جود نظام اقتصادي و سرمايه داري
حاكم بر جهان، رقابت در قيمت مانع از بهره برداري كامل از منابع مذكور مي شود و بهاي
سوختهاي فسيلي همواره پايين تر از قيمت تمام شدة سوختهاي ديگر است. درشكل( 1) در نموداري
كه ارائه شده ،توليد انرژي در جهان را به روشهاي متفاوت به نمايش گذاشته ام. در نمودار ارائه شده
در شكل( 2) برق توليد شده بر حسب نسبت درصد مواد سوختي در جهان را آورده ام.
نموداري از نسبت درصد انرژي نوع اول توليد شده به وسيلة سوخت هاي مختلف در جهان تا سال 2000 ميلادي.
بشر بعد از شناخت آتش همواره به دنبال استفاد از انرژي بوده است. درآغاز تمدن، بشراز چوب درختان براي گرم كردن خود
استفاده مي كرده است. هزاران سال بعد از شناخت آتش، قير ، نفت ، زغال سنگ و در نهايت گاز را براي توليد انرژي يافته ، از اين
مواد براي گرم كردن منازل و كارهاي صنعتي خود استفاده كرده است. در اواسط قرن بيستم بعد از شناخت پديده شكست اتمها و
توليد بمب هاي مخرب اتمي و هيدروژني، توانست ازاين پديده براي توليد انرژي استفاد كند. به علت خطرناك بودن اين روش و
امكان استفاده هاي نا مشروع به وسيله افراد و يا قدرتهاي مشكوك ازيك سو و از سوي ديگر، وجود زباله هاي خطرناك حاصل از
شكست اتمها و امكان حوادثي چون تريميل آيلند، چرنوبيل و يا حادثه انفجار چهار نيروگاه ژاپن در اثر زمين لرزه و سونامي، سبب
شده كه اين روش توليد انرژي همواره به زير سؤال برده شود. توليد نيروگاه هاي اتمي تا سال 2000 ميلادي چندان توسعه نيافت، و
تا سال 2006 ميلادي نيز بيشتر از مقدار مشخص شده در نمودار نشده است. بعد از اين سال و در اثر افزايش بهاي سوختهاي فسيلي
تمايل به ايجاد نيروگاههاي اتمي در جهان بالا گرفت و تا سال 2011 تعداد طرح هاي اجرا شده و يا در حال اجرا از صد ها نيروگاه
بيشي گرفت. در اوايل اين سال در اثر فاجعة زمين لرزه و در پي آن سونامي در ژاپن، كه منجر به انفجار چهار نيروگاه از نيروگاه هاي
ژاپن شد، بازهم مسئلة كاربرد نيروگاههاي اتمي براي توليد انرژي به زير سئوال برده شد، به نحوي كه دولت فدرال آلمان تصميم به
متوقف كردن نيروگاه هاي خود تا پايان سال 2022 را گرفت. بعد از آلمان سويس و سپس در سال گذشته ژاپن نيز تصميم به متوقف كردن نيروگاههاي خود در پايان عمر مفيد آنها را گرفتند. امكان دارد در اثر فعاليت مخالفان كاربرد انرژي اتمي كشورهاي ديگر نيز از
آلمان، سوئيس و ژاپن پيروي كنند. يا نيروگاههاي خود را متوقف و يا از ساخت نيروگاه هاي ديگر خود داري نمايند.
اول نوامبر 2012 ) بخش مهم انرژي مصرف شده در جهان به مقدار 80 Notre planete.info /) بنابر خبرنامه اينترنتي
درصد از سوخت هاي فسيلي بوده كه شامل 22 درصد نفت 21 درصد گاز و 28 در صد زغال سنگ و نيز 7 در صد اورانيوم بوده است از 26/8 ميليون بشكه نفت مصرفي در جهان 50 در صد آن صرف حمل و نقل و خودرو ها بوده است.
نموداري از برق توليد شده برحسب نسبت درصد مادة سوختي به كار برده شده در جهان.
با افزايش قيمت نفت و گاز و زغال سنگ تمام روشهاي توليد برق در جهان مورد استفاده ي بشر قرار خواهد گرفت. در حال
حاضر روشهاي توليد برق نمايش داده شده در فوق از نظر ارزش كيلووات ساعت برق توليد شده تقريبا" با هم برابرند. اكنون در غرب
سد بر روي رودخانه ها) باد و يا انرژي سبز حاصل از كشت گياههاي روغني، از ،Hydroélectrique استفاده از انرژي آب ( آبشار ها
نظر قيمت معادل انرژي حاصل از نفت و يا گاز شده و نيز به مراتب ارزانتر از انرژي اتمي براي كشورهاي اروپايي خواهد بود، و اميد
مي رود كه در آينده كار برد انرژيهايي كه حالت گلخانه اي زمين را تشديد نمي كنند بيشتر شود. در جدول( 1) بزرگترين نيروگاه
هاي جهان را كه همه هيدرو الكتريك( منشاء آبي) مي باشند با نام كشور مربوطه آورده ام.
نموداري از اصول نيروگاه متكي بر پديده پيوست اتم ها را مشاهده
تصويري از اولين بمب اتمي آزمايشي آمريكا که در 16 ژوييه 1945 در كوير الاموگوردو واقع در نيو مكزيك منفجر شد.
اين بمب از راديوعنصر پلوتونيم ساخته شده و نام آنرا ترينيتي گذارده بودند. از آن زمان تا سال 1998 تعداد 2053 بمب اتمي
آزمايشي در سطح زمين منفجر شده اند. يعني تقريبا" هر 9 روز يك بمب طي 54 سال سياره زمين را آلوده به مواد راديو
اكتيو خطرناك كرده اند.
به كمك ترازوي فرضي اختلاف جرم دو پروتون و دو نوترن را با اتم هليم نمايش
داده ام. اتمهاي هليم به وجود آمده ديگر نمي توانند حتي در دماي ميليون درجه اي خورشيد از هم
جدا شوند، چون جرم ذرات موجود در آنها كمتر از جرم نوترون و پروتون آزاد است. (هنگام تعريف
انرژي پيوست در اين باره بيشتر بحث خواهم كرد.
( نموداري از تبديل جرم به انرژي در تشكيل اتم هليم. وزن دو پروتون و دو نوترن آزاد بيشتر از وزن هليم است. هليم در
4 مي باشد. اين اعداد بر / 1 و جرم هليم 0026 / 1 و جرم نوترون 0086 / هسته اش دو پروتون و دو نوترون دارد. جرم پروتون 0078
حسب واحد جرم اتمي است، كه بر مبناي جرم اتم كربن 12 معادل 12 واحد جرم اتمي تعريف شده است.
2mP + 2mN > m He 2 × 1/0078 + 2 × 1/0086 > 4/0026
جرم تبديل شده به انرژي برحسب واحد جرم اتمي (2/0156 + 2/0172) - 4/0026 = 0/0302 Δm
E = ( M - m ) C رابطه تبديل جرم به انرژي انشتين 2 رب انب
به توان 2 مي رسد. اگر جرم هستة اتم را كه با حرف
انرژي پيوست مجموع Eb به دست مي آيد كه در آن Eb =( M - m) C پيوست پروتونها به نوتروها با همان رابطه انشتين يعني 2
به دست مي آيد. در فيزيك و يا شيمي اتمي غالبا" الكترون A نوترون براي تشكيل هسته اي با عدد جرمي N پروتون به P پيوست
ولت و يا واحد بزرگتر از آن ميليون الكترون ولت را به جاي جرم به كار مي برند. يك الكترون ولت عبارتست از انرژي جنبشي كه يك
الكترون در اثر اختلاف پتانسيل يك ولت كسب كرده ( انرژي جنبشي الكترون در مبدأ صفر فرض شده است.) بنا به رابطة انشتين ،
اگر يك واحد جرم اتمي را ضرب در مجذور سرعت سير نور كرده و برحسب الكترون ولت تبديل كنيم، معادل 931 ميليون الكترون
0 ميليون الكترون ولت است. / 939 و جرم الكترون معادل 511 / 938 و جرم نوترون معادل 5 / ولت مي شود. جرم يك پروتون معادل 2
و چون هر واحد جرم اتمي معادل 931 ميليون الكترون ولت است لذا: در مورد توليد اتم هليم انرژي حاصل از تبديل دو پروتون و دو
931 x 0/0302 = 28/12 mev . نوترون معادل 28 ميليون الكترون ولت به دست مي آيد
اگر عدد به دست آمده را تعداد مجموع ذرات موجود در اتم يعني A كه عدد جرم ناميده مي شود، بخش كنيم انرژي پيوند به ازاء هر ذره به دست خواهد آمد. اين مقدار همواره عدد مثبتي است.
| | |
همچنین در ناتیلوس بخوانید | لطفا نظر خود را درباره مطلبی که خوانده‌اید، بنویسید... | | |
|
| |
|
| کپی از مطالب این سایت تنها با ذکر فاتحه رایگان است مجله تفریحی، سرگرمی و اطلاع رسانی Natilos.ir © 2024 - 2015 V 9.8
| |
