فایل پاورپوینت کامل تاریخچه انرژی هسته ای

بخشی از متن فایل پاورپوینت کامل تاریخچه انرژی هسته ای :

می دانیم که هسته از پروتون (با بار مثبت) و نوترون (بدون بار الکتریکی) تشکیل شده است. بنابراین بار الکتریکی آن مثبت است. اگر بتوانیم هسته را به طریقی به دو تکه تقسیم کنیم، تکه ها در اثر نیروی دافعه الکتریکی خیلی سریع از هم فاصله گرفته و انرژی جنبشی فوق العاده ای پیدا می کنند. در کنار این تکه ها ذرات دیگری مثل نوترون و اشعه های گاما و بتا نیز تولید می شود. انرژی جنبشی تکه ها و انرژی ذرات و پرتوهای بوجود آمده، در اثر برهمکنش ذرات با مواد اطراف، سرانجام به انرژی گرمایی تبدیل می شود. مثلا در واکنش هسته ای که در طی آن 235U به دو تکه تبدیل می شود، انرژی کلی معادل با 200MeV را آزاد می کند. این مقدار انرژی می تواند حدود ۲۰ میلیارد کیلوگالری گرما را در ازای هر کیلوگرم سوخت تولید کند. این مقدار گرما ۲۸۰۰۰۰۰ بار برگتر از حدود ۷۰۰۰ کیلوگالری گرمایی است که از سوختن هر کیلوگرم زغال سنگ حاصل می شود.

علم انرژی هسته ای، شکل گرفته از مطالعات در علوم شیمی و فیزیک در سده های اخیر می باشد. در ۱۸۷۹ با انجام یونیزاسیون یک گاز از طریق تخلیه الکتریکی به وسیله کراکس شروع شده و در ۱۸۹۷ توسط تامسون الکترون به عنوان ذره باردار مسئول الکتریسیته معرفی شد.

“رونتگن” در ۱۸۹۵ پرتو ایکس نافذ حاصل از یک لوله تخلیه را کشف کرد و “بکرل” در ۱۸۹۶ پرتوهایی مشابه (که امروزه لاندا می نامیم) را یا منشا کاملا متفاوت کشف کرد که منجر به کشف اورانیوم و پدیده ی پرتوزایی شد.

در ۱۹۰۵ “انیشتن” نتیجه گیری کرد که جرم هر جسمی با سرعت آن افزایش پیدا می کند و فرمول مشهور خود E=mc2 را که بیانگر هم ارزی جرم و انرژی است بیان نمود(کوری ها در ۱۸۹۸ عنصرپرتوزای رادیوم را جداسازی نمودند) در زمان انیشتین بررسی تجربی مقدور نبود و انیشتین نتوانست مفاهیم معادله خود را پیش بینی کند.

در اوایل قرن بیستم یک سری آزمایش با ذرات مختلف حاصل از مواد پرتوزا به فهم نسبتا شفاف ساختار اتم و هسته منجر شد. از کار “رادرفورد” و “بور” نتیجه گیری شد که اتم خنثی از نظر الکتریکی از بار منفی به شکل الکترون های احاطه کننده یک هسته مرکزی مثبت که قسمت اعظم ماده اتم را شامل می شود، تشکیل شده است. اگرچه هسته از ذرات مقید به یکدیگر از طریق نیروهای قوی هسته ای تشکیل شده است، تبدیلات هسته ای می توانند القا شوند یعنی بمباران نیتروژن با هلیم منجر به تولید اکسیژن وهیدروژن می شود.

در ۱۹۳۰ “بوته” و” بکر” بریلیم را با ذرات آلفای حاصل از پولونیم بمباران کردند و آنچه را که فکر کردند پرتوهای گاماست کشف کردند اما “چادویک” در ۱۹۳۲ نشان داد که باید نوترون ها باشند. در حال حاضر واکنش های مشابهی در راکتورهای هسته ای به عنوان چشمه نوترون به کار می رود. پرتوزایی مصنوعی اولین بار توسط “کوری” و” ژولیو” گزارش شد ذرات تزریق شده به داخل هسته های بور، منیزیوم و آلومینیوم ایزوتوپ های پرتوزای جدید عناصر متعددی را به وجود آورد. توسعه ماشین ها برای شتاب دادن ذرات باردار تا سرعت های بالا فرصت های جدیدی را برای مطالعه واکنش های هسته ای فراهم ساخت. سیکلوترون، طراحی و ساخته شده در ۱۹۳۲ به وسیله “لارنس” اولین سری از دستگاه های با توانمندی بالا بود.

کشف شکافت

طی سال های۱۹۳۰″ ا نریکوفرمی” و همکاران وی در ایتالیا، تعدادی آزمایش با نوترون تازه کشف شده انجام دادند آن ها استدلال کردند که نبود بار نوترون آن را در نفوذ به هسته موثر می سازد. از جمله کشفیات فرمی، تمایل زیاد بسیاری از عناصر به کند کردن نوترون و تنوع رادیوایزوتوپ هایی بود که می توانست از گیراندازی نوترون تولید شود.

“برایت” و “وینکر” توضیح نظری فرآیندهای نوترون کند را در سال ۱۹۳۶ ارائه نمودند. فرمی اندازه گیری های توزیع هر دو نوترون سریع و کند را انجام داد و رفتار آن ها را از لحاظ پراکندگی کشسان، اثرات پیوند شیمیایی و حرکت گرمایی در مولکول های هدف توضیح داد.

تا این فاصله زمانی هنوز فرآیند شکافت شناسایی نگردید. تا اینکه در سال ۱۹۳۹ تا ۱۹۴۰ توسط فعالیت هان، اشتر اسمن و سپس فریش و… در انتها فرمی پدیده شکافت کشف شد.

کشف شکافت همراه با امکان انجام یک واکنش زنجیره ای با شدت انفجاری در برهه ای از زمان از اهمیت خاصی برخوردار بود زیرا جنگ جهانی دوم در ۱۹۳۹ شروع شده بود.

اولین واکنش زنجیره ای خود تقویت شونده

در سال ۱۹۳۹ “بور” به آمریکا آمد و در کشفیات “انیشتن” و “هان” شریک شد. وی همچنین “فرمی” را در کنفرانسی در واشنگتن ملاقات کرد. آنها برای اولین با وجود واکنش ذنجیره ای خود تقویت شونده را مطرح کردند. در این فرآیند اتم¬ها را برای تولید مقدار زیادی انرژی شکافت می¬دهند. دیگر دانشمندان در سرار دنیا در حال باور این مسئله بودند که می توان از شکافت هسته برای تولید انرژی استفاده کرد. این زمانی ممکن بود که مقدار زیادی اورانیم بتوانند با یکدیگر تحت شرایط مناسب ترکیب شوند و واکنش ذنجیره ای خود تقویت شونده ای را بوجود آورند که جرم بحرانی نامیده می شود.

فرمی و همکارش در سال ۱۹۴۱ طرح اولین طرح راکتور زنجیره ای اورانیم را ارائه دادند. مدل آن ها شامل مقداری اورانیم بود که در محفظه ای از گرافیت جمع شده بود تا مدلی از مواد شکافت پذیر را بسازد. در اوایل سال ۱۹۴۲ دانشمندان به دعوت فرمی در شیکاگو برای ارئه نظریات خود گرد آمدند و در همان سال آمادگی ساخت اولین راکتور هسته ای را پیدا کردند و در استادیوم شهر شیکاگو طرح خود را که علاوه بر گرافیت و اورانیم دارای کادمیوم( عنصری که نوترون ها را می شکافد) به نمایش گذاشتند.

پیشرفت انرژی هسته ای برای مقاصد صلح آمیز

اولین راکتور هسته ای تنها یک شروع بود. اولین تحقیقات در این رشته که تحت پروژه سری به نام “منهتن” صورت گرفت، برای ساخت بمب اتمی برای جنگ جهانی دوم بود. هرچند دانشمندانی هم بودند که روی راکتورهای شکافنده مواد دارای قابلیت شکافت در واکنش زنجیره ای کار می کردند، و این به تولید مواد شکافت پذیر بیشتری منجر شد. بعد از ایالات متحده سرمایه گذاری بیشتری را در جهت پیشبرد این علم برای منافع غیر نظامی انجام داد و در اوایل سال ۱۹۵۱ راکتور زاینده ای ساخت که می توانست الکتریسیته تولید کند.

بزرگترین پیشرفت در دهه ۵۰ توانایی تولید تجاری برق بود که توسط راکتور آب سبک بود که در آن از آب معمولی برای خنک شدن هسته راکتور استفاده می شد. این موفقیت باعث شد که برنامه های هسته ای برای مقاصد تکنولوژیکی دیگر برنامه ریزی شود.

در پایان سال ۱۹۹۱ حدود ۳۱ کشور توانایی تولید تجاری انرژی از راکتورهای هسته ای را یافتند که این نشانه پیشرفت جهانی در عرصه فناوری هسته ای بود.

در عرصه مدیریت پسماند، مهندسین در پی گسترش راهکارهای دفن و بازیافت می باشند و برنامه آنان اینست که هرچه می توانند اثرات محیطی و انسانی این فناوری را کاهش دهند.

تحقیقات در زمینه های دیگر در دهه ۹۰ نیز ادامه یافت و درک شد که انرژی هسته ای علاوه بر تولید انرژی نقش مهمی را زمینه های دیگر همچون پزشکی، کشاورزی، صنعت و علم بازی می¬کند برای مثال پزشکان از رادیوایزوتوپ ها برای درک دلایل بروز بیماریها استفاده کرده و از انرژی هسته ای برای بالابردن تاثیرات طب سنتی استفاده کردند. همچنین باستان شناسان انرژی هسته ای را برای تعیین زمان دقیق یافته های خود بکار بردند، علاوه بر آن پرتو افکنی به غذاها ماندگاری آنها را افزایش داده و تاثیرات فریز کردن را روی از بین رفتن ویتامین مواد غذایی کم می کند.

ساختار نیروگاه اتمی

طی سال های گذشته اغلب کشورها به استفاده از این نوع انرژی هسته ای تمایل داشتند و حتی دولت ایران نیروگاه اتمی به کشورهای آمریکا، فرانسه و آلمان سفا