تعریف راکتور هسته ای: راکتور هسته ای به عنوان چشمه تولید انرژی: عناصر فوق اورانیوم : به دست آوردن مواد رادیواکتیو: مباحث مرتبط با عنوان: تعریف راکتور هسته ای: وسیله ای که در آن واکنش شکافت زنجیری کنترل شده انجام می شود راکتور هسته ای نام دارد.
اورانیوم یا پلتونیوم ( عنصر پرتوزای مصنوعی با عدد اتمی 94 ( Z=به عنوان ماده شکافت پذیر «سوخت هسته ای ) به کار می رود.
از راکتور ها جهت تولید انرژی ، برای به دست آوردن ایزوتوپ های پرتوزا (از جمله عناصر فوق اورانیوم ، یعنی عناصری و 92 Z =) و چشمه های باریکه های قوی نو ترون استفاده می کنند. راکتور هسته ای به عنوان چشمه تولید انرژی: پاره های شکافت در اورانیوم در فاصله کوتاهی (کمتر ازμm 5) کند می شوند.
در نتیجه ، تقریبا تمامی انرژی آزاد شده در راکتور به صورت گرما در توده اورانیوم ظاهر می شود.
از این گرما مثلا می توان برای گرم کردن و تبخیر مایع جاری از اورانیوم که بعدا به کمک توربین بخار)) یا بعضی از ماشین های گرمایی دیگر به صورت انرژی الکتریکی یا مکانیکی در می آید استفاده کرد. اولین نیروگاه هسته ای بر این اساس در سال 1945 در روسیه ساخته شد.
ساختمان این راکتور بیانگر این است که بخش اصلی این راکتور عناصر سوختش است که شامل اورانیوم می باشد.
عناصر "سوخت" به صورت دو دیوار نازک از لوله های فولادی ضد زنگ ساخته شده اند که یکی توی دیگری قرار دارد . اورانیوم را بدون درز در فضای میان لوله محکم می کنند، در حالی که از کاواک داخلی به عنوان کانال برای عبور آب استفاده می شود.
که گرمای آزاد شده از اورانیوم را در ضمن کار راکتور به خارج می برد.
محکم کردن بدون درز از این نظر لازم است که اورانیوم از لحاظ شیمیایی ناپایدار است و دیگر اینکه مانع نشت گاز های پرتوزا خطرناکی شود که در نتیجه واکنش تشکیل می شوند. برای تسهیل گسترش واکنش زنجیری ، عناصر "سوخت" را از اورانیومی که با ایزوتوب سریعا شکافت پذیر اورانیوم 235 غنی شده اند، درست می کنند «اورانیوم غنی شده که در راکتور مصرف می کنند.
دارای 5 درصد 235Uدر حالی که اورانیوم طبیعی فقط دارای 0.7 درصد از این ایزوتوپ است ).
کار راکتور اورانیوم با پرتوزایی شدید همراه است.
جهت حفاظت کارکنان از تابش پرتوزا و نوترون ها که مقادیر زیاد آن نیز زیانبار است، راکتور را در محفظه ای با دیوار های ضخیم که از سیمان و مواد دیگر ساخته شده اند قرار می دهند. امتیاز بزرگ راکتور هسته ای به عنوان چشمه تولید انرژی هزینه کم سوخت آن است.
مقدار گرمایی که در ضمن شکافت یک گرم U 235 آزاد می شود برابر با مقدار گرمایی است که از سوختن چند تن ذغال سنگ به دست می آید.
این امر امکان می دهد که راکتورها را در نواحی دور از ذخایر ذغال سنگ و نفت و حتی دور از راه های حمل و نقل ( با کشتی، زیردریایی و هواپیما ) برپا سازند. در روسیه ، چندین نیروگاه اتمی در مقیاس بزرگ در حال کارند.
چندین یخ شکن مجهز به موتور های اتمی و زیر دریایی های اتمی نیز ساخته شده است.
در آینده نقش مهندسی انرژی هسته ای مهم تر از این خواهد شد. محاسبه شده است که با آهنگ امروزی مصرف انرژی کمبود ذغال سنگ و نفت حتی در 50 سال آینده حس خواهد شد.
استفاده از اورانیوم راهی برای خروج از این مشکل است.
زیرا انرژی ذخیره شده در ذخایر اورانیوم 10 تا 20 برابر انرزی ذخیره شده در سوخت های آلی است.
مسئله منابع انرژی پس از مهار شدن واکنش های گداخت به کلی حل خواهد شد. عناصر فوق اورانیوم : درنتیجه بمباران اورانیوم با نوترون ، ایزوتوپ U 238 به U 239 تبدیل می شود.
این ایزوتوپ ناپایدار است و در نتیجه واپاشی ««ذره بتا به ایزوتوپ نپتونیوم 93 ( Np 239 ) تبدیل می شود.
این ایزوتوپ به نوبه خود ، با تحمل واپاشی بتا ، پس از زمان کوتاهی ( نیم عمر آن 2.35 روز است ) به ایزوتوپ پلتونیوم 94 ، یعنی Pu 239 تبدیل می شود.
پلتونیوم 239 نیز ناپایدار است ، ولی به کندی وا می پاشد ( نیم عمر آن 24000 سال است).
به این دلیل ممکن است به مقدار انبوهی انبار شود. درنتیجه بمباران اورانیوم با نوترون ، ایزوتوپ U 238 به U 239 تبدیل می شود.
به این دلیل ممکن است به مقدار انبوهی انبار شود. پلتونیوم 239 مانند اورانیوم 235 ، ( سوخت هسته ای )خوبی است که برای راکتورهای هسته ای و بمب های اتمی مناسب است.
پلوتونیوم از راکتورهای هسته ای مبتنی بر اورانیوم طبیعی و کند کننده به دست می آید.
در چنین راکتورهایی بیشتر نوترون ها را 238U جذب می کند که نتیجه آن تشکیل پلتونیوم است. پلتونیوم انبار شده در اورانیوم را می توان با روش های شیمیایی جدا کرد.
سوخت هسته ای مصنوعی دیگر ایزوتوپ 233U با نیم عمر 162000 است که در اورانیوم طبیعی وجود ندارد.
233U نیز مانند پلتونیوم ، در نتیجه بمباران توریم با نوترون تشکیل می شود.
به این طریق مواد با شکافت پذیری کم) 238U و توریم ) می توانند به سوخت هسته ای با ارزش تبدیل شوند.
این امکان پذیری بسیار اساسی است زیرا در پوسته زمین 238U و توریم خیلی بیشتر از 236U است. نپتونیم و پلتونیوم معرف عناصر فوق اورانیوم هستند و در جدول تناوبی بعد از اورانیوم می آیند. رشته عناصر فوق اورانیوم بعد از پلتونیوم تا عنصری به عدد اتمی 107 ادامه دارد.
عناصر فوق اورانیوم در طبیعت کشف نشده اند.
زیرا همه آنها پرتوزا بوده در مقایسه با سن زمین شناسی زمین نیم عمر کوتاهی دارند. به دست آوردن مواد رادیواکتیو: در راکتور در حال کار ،جریان شدید نوترون ها در نتیجه شکافت مشاهده می شود.
از بمباران مواد با نوترون ها می توان ایزوتوب های پرتوزای مصنوعی گوناگون در راکتور به دست آورد.
چشمه پرتوزای دیگر در راکتور پاره های شکافت اورانیوم هستند که اغلب شان ناپایدارند. عناصر پرتوزای مصنوعی کاربرد گسترده ای در علم و صنعت پیدا کرده اند.
از موادی که اشعه گاما گسیل می کنند به جای رادیم خیلی گران ، برای امتحان اجسام فلزی کلفت با نور عبوری ، برای مداوای سرطان و جز اینها استفاده می شود.
از خاصیت کشنده بودن مقادیر زیاد تابش گاما در موجودات ذره بینی برای نگهداری مواد غذایی استفاده می شود.
اکنون از تابش پرتوزا در صنایع شیمیایی استفاده می شود.
زیرا انجام بسیاری از واکنش های شیمیایی مهم را آسان می کند. یکی از مهم ترین استفاده ها روش نشانه گذاری اتم هاست.
این روش بر این اساس استوار است که ایزوتوب پرتوزا از لحاظ خواص شیمیایی و بسیاری از ویژگی های فیزیکی از ایزوتوپ پایدار همان عنصر غیر قابل تشخیص است.
در عین حال، ایزوتوپ پرتوزا را از روی تابش آن (مثلا با استفاده از شمارشگر تخلیه گازی ) می توان شناخت.
با افزودن یک ایزوتوپ پرتوزا به عنصر مورد بررسی و آشکار سازی تابش آن ، می توان مسیر این عنصر را در اندام ، در واکنش شیمیایی ، در ضمن ذوب فلزات و جز اینها ردیابی کرد. مباحث مرتبط با عنوان: آشکارساز اتاقک یونیزاسیون اشعه گاما انواع راکتور هسته ای ایزوتوپهای اورانیوم اورانیوم غنی شده بمباران مواد با نوترون مواد رادیواکتیو راکتور هسته ای سوخت هسته ای شکافت زنجیری شکافت هستهای عناصر رادیواکتیو کاربرد هسته ای در پزشکی مواد پرتوزا مهندسی هسته ای واکنش زنجیری