انرژي هسته‌اي از معدن تا نيروگاه

استفاده از انرژي هسته‌اي براي توليد برق روشي پيچيده اما كارامد براي تامين انرژي مورد نياز بشر است. به طور كلي براي بهره‌برداري از انرژي هسته‌اي در نيروگاه‌هاي هسته‌اي، از عنصر اورانيوم غني شده به عنوان سوخت در راكتورهاي هسته‌اي استفاده مي‌شود كه ماحصل عملكرد نيروگاه، انرژي الكتريسته است. عنصر اورانيوم كه از معادن استخراج مي‌شود به صورت طبيعي در راكتورهاي نيروگاه‌ها قابل استفاده نيست و به همين منظور بايد آن را به روشهاي مختلف به شرايط ايده عال براي قرار گرفتن درون راكتور آماده كرد. اورانيوم يكي از عناصر شيميايي جدول تناوبي است كه نماد آن ‪ U‬و عدد اتمي آن ‪ ۹۲‬است. اين عنصر داراي دماي ذوب هزار و ‪ ۴۵۰‬درجه سانتيگراد بوده و به رنگ سفيد مايل به نقره‌اي، سنگين، فلزي و راديواكتيو است و به رغم تصور عام، فراواني آن در طبيعت حتي از عناصري از قبيل جيوه، طلا و نقره نيز بيشتر است.

عنصر اورانيوم در طبيعت داراي ايزوتوپهاي مختلف از جمله دو ايزوتوپ مهم و پايدار اورانيوم ‪ ۲۳۵‬و اورانيوم ‪ ۲۳۸‬است. براي درك مفهوم ايزوتوپهاي مختلف از هر عنصر بايد بدانيم كه اتم تمامي عناصر از سه ذره اصلي پروتون، الكترون و نوترون ساخته مي‌شوند كه در تمامي ايزوتوپهاي مختلف يك عنصر، تعداد پروتونهاي هسته اتمها با هم برابر است و تفاوتي كه سبب بوجود آمدن ايزوتوپهاي مختلف از يك عنصر مي‌شود، اختلاف تعداد نوترونهاي موجود در هسته اتم است. به طور مثال تمامي ايزوتوپهاي عنصر اورانيوم در هسته خود داراي ‪۹۲‬ پروتون هستند اما ايزوتوپ اورانيوم ‪ ۲۳۸‬در هسته خود داراي ‪ ۱۴۶‬نوترون (‪ (۹۲+۱۴۶=۲۳۸‬و ايزوتوپ اورانيوم ‪ ۲۳۵‬داراي ‪ ۱۴۳‬نوترون(‪ (۹۲+۱۴۳=۲۳۵‬در هسته خود است.

اورانيوم ‪ ۲۳۵‬مهمترين ماده مورد نياز راكتورهاي هسته‌اي(براي شكافته شدن و توليد انرژي) است اما مشكل كار اينجاست كه اورانيوم استخراج شده از معدن تركيبي از ايزوتوپهاي ‪ ۲۳۸‬و ‪ ۲۳۵‬بوده كه در اين ميان سهم ايزوتوپ ‪ ۲۳۵‬بسيار اندك(حدود ‪ ۰/۷‬درصد) است و به همين علت بايد براي تهيه سوخت راكتورهاي هسته‌اي به روشهاي مختلف درصد اوانيوم ‪ ۲۳۵‬را در مقايسه با اورانيوم ‪ ۲۳۸‬بالا برده و بسته به نوع راكتور هسته‌اي به ‪ ۲‬تا ‪ ۵‬درصد رساند و به اصطلاح اورانيوم را غني‌سازي كرد.

درون راكتورهاي هسته‌اي، هسته اورانيوم ‪ ۲۳۵‬به صورت كنترل شده شكسته شده كه در اين فرايند مقداري جرم به انرژي تبديل مي‌شود. همين انرژي سبب ايجاد حرارت(اغلب از اين حرارت براي تبخير آب استفاده مي‌شود) و در نتيجه چرخيدن توربينها و در نهايت چرخيدن ژنراتورهاي نيروگاه و توليد برق مي‌شود.

در نيروگاه‌هاي غير هسته‌اي، از سوزاندن سوختهاي فسيلي از قبيل نفت و يا زغال سنگ براي گرم كردن آب و توليد بخار استفاده مي‌شود كه يك مقايسه ساده ميان نيروگاه‌هاي هسته‌اي و غير هسته‌اي، صرفه اقتصادي قابل توجه نيروگاه‌هاي هسته‌اي را اثبات مي‌كند.

به طور مثال، براي توليد ‪ ۷۰۰۰‬مگاوات برق حدود ‪ ۱۹۰‬ميليون بشكه نفت خام مصرف مي‌شود كه استفاده از سوخت هسته‌اي براي توليد همين ميزان انرژي ساليانه ميلونها دلار صرفه جويي به دنبال دارد و به علاوه ميزان آلايندگي زيست محيطي آن نيز بسيار كمتر است.

كافي است بدانيم كه مصرف اين ‪ ۱۹۰‬ميليون بشكه نفت خام براي توليد ‪ ۷۰۰۰‬مگاوات برق، ‪ ۱۵۷‬هزار تن گاز گلخانه‌اي دي اكسيد كربن، ‪ ۱۵۰‬تن ذرات معلق در هوا، ‪ ۱۳۰‬تن گوگرد و ‪ ۵‬تن اكسيد نيتروژن در محيط زيست پراكنده مي‌كند كه نيروگاههاي هسته‌اي اين آلودگي‌ها را ندارند. پس از آشنايي با مفاهيم كلي انرژي هسته‌اي و مزاياي آن، ابتدا با مراحل مختلف چرخه سوخت هسته‌اي آشنا مي‌شويم و سپس نحوه استفاده از سوخت هسته‌اي درون راكتور را مرور مي‌كنيم.

چرخه سوخت هسته‌اي عبارت است از: ‪ -۱‬فراوري سنگ معدن اورانيوم ‪-۲‬ تبديل و غني‌سازي اورانيوم ‪ -۳‬توليد سوخت هسته‌اي ‪ -۴‬بازفرآوري سوخت مصرف شده.

در حال حاضر چند كشور صنعتي جهان هر كدام در يك، چند و يا همه چهار مرحله ياد شده از چرخه سوخت هسته‌اي فعاليت مي‌كنند.

هم اكنون به لحاظ صنعتي، كشورهاي فرانسه، ژاپن، روسيه، آمريكا و انگليس داراي تمامي مراحل چرخه سوخت هسته‌اي در مقياس صنعتي هستند و در مقياس غيرصنعتي، كشورهاي ديگري مثل هند نيز به ليست فوق اضافه مي‌شوند.

كشورهاي كانادا و فرانسه در مجموع داراي بزرگترين كارخانه‌هاي تبديل اورانيوم(مرحله پيش از غني‌سازي ) هستند كه محصولات آنها شامل ‪UO3,UO2,UF6‬ غني نشده مي‌باشد و پس از آنها به ترتيب كشورهاي آمريكا، روسيه و انگلستان قرار دارند. در زمينه غني‌سازي نيز، دو كشور آمريكا و روسيه داراي بزرگترين شبكه غني‌سازي جهان هستند.

آمريكا هم اكنون بزرگترين توليدكننده سوخت هسته‌اي(مرحله بعد از غني سازي) در جهان است و پس از آمريكا، كانادا توليدكننده اصلي سوخت هسته‌اي در جهان محسوب مي‌شود. پس از آمريكا و كانادا، كشورهاي انگليس، روسيه، ژاپن، فرانسه، آلمان، هند، كره جنوبي و سوئد از توليدكنندگان اصلي سوخت هسته‌اي جهان هستند. آمريكا بيشترين سهم بازفراوري سوخت مصرف شده هسته‌اي در جهان را داراست و پس از آن فرانسه، انگليس، روسيه، هند و ژاپن قرار دارند. درحال حاضر بين كشورهاي جهان سوم، هندوستان پيشرفته‌ترين كشور در زمينه دانش فني چرخه سوخت هسته‌اي است.

چرخه سوخت هسته‌اي: …………….

‪-۱‬استخراج اوانيوم از معدن و تهيه كيك زرد(مرحله فراوري سنگ معدن اورانيوم) عنصر اورانيوم در طبيعت به صورت تركيبات شيميايي مختلف از جمله اكسيد اورانيوم، سيليكات اورانيوم و يا فسفات اورانيوم و به صورت مخلوط با تركيباتي از عناصر ديگر يافت مي‌شود.در ميان كشورهاي مختلف جهان، استراليا داراي بزرگترين معادن اورانيوم است و كشورهاي قزاقستان، كانادا، آفريقاي جنوبي، ناميبيا، برزيل و روسيه نيز از معادن بزرگي برخوردارند.

مواد معدني حاوي اورانيوم با استفاده از روشهاي معدن‌كاوي زيرزميني و يا روزميني استخراج شده و سپس طي فرايندهاي مكانيكي و شيميايي موسوم به “آسياب كردن” و “كوبيدن” از ديگر عناصر جدا مي‌شوند.

اورانيوم پس از استخراج تفكيك، كوبيده، خرد و به شكل پودر درآمده و سپس براي توليد ماده موسوم به “كيك زرد” (‪ (YellowCake‬مورد استفاده قرار مي گيرد.

كيك زرد در واقع محصول فراوري سنگ معدن ارونيوم است و به تركيباتي از اورانيوم گفته مي‌شود كه ناخالصي‌هاي معدني آن به ميزان زيادي گرفته شده و حاوي ‪ ۷۰‬تا ‪ ۹۰‬درصد اكسيد اورانيوم از نوع ‪ U3O8‬است.

‪ -۲‬فراوري كيك زرد و توليد هگزافلوريد اورانيوم و آغاز غني‌سازي (مرحله تبديل و غني‌سازي ) كيك زرد در اين مرحله هنوز داراي ناخالصي‌هايي است كه توسط روشهاي مختلف اين ناخالصي‌ها كاسته شده و پس از طي فرايندهاي شيميايي نسبتا پيچيده، از شكل معدني ‪ U3O8‬به ‪UO3(‬تري اكسيد اروانيوم) و سپس ‪ UO2(‬دي اكسيد اورانيوم) در مي‌آيد كه اين تركيب آخر نيز به دو روش موسوم به روش تر و روش خشك براي توليد ماده مورد نياز در فرايند غني‌سازي، يعني هگزافلوريد اورانيوم(‪ (UF6‬به كار گرفته مي‌شود. در صنعت به اين دليل عنصر اورانيوم را به صورت تركيب هگزافلوريد اورانيوم(‪ (UF6‬در مي‌آورند كه ماده مذكور بهترين تركيب اورانيوم براي استفاده در روشهاي مهم غني‌سازي اورانيوم محسوب مي‌شود. در روشهاي مرسوم غني‌سازي اورانيوم، بايد از حالت گازي تركيبات اين عنصر استفاده كرد و هگزافلوريد اورانيوم در دماي ‪ ۵۶‬درجه سانتيگراد به راحتي تصعيد شده و از حالت جامد به حالت گاز در مي‌آيد كه اين گاز براي دستيابي به درصد بالاتر ايزوتوپ ‪ ۲۳۵‬اورانيوم، قابل غني‌سازي است.

پس از مراحل استخراج اورانيوم، توليد كيك زرد و در نهايت هگزافلوريد اورانيوم، نوبت به غني‌سازي اين عنصر مي‌رسد.

روش‌هاي مختلف غني‌سازي ………………….

به طور كلي اورانيوم را به چندين روش مختلف مي‌توان غني‌سازي كرد كه اين روشها عبارتند از: “سانتريفوژ گازي”، “پخش گازي”(‪،(Gaseous Diffusion‬ “جداسازي اكلترومغناطيسي”، “تبادل شيميايي”(‪،(Chemical Exchange‬ “فتويونيزاسيون و فتوديساسيون ليزري”، “نازل جداسازي”(‪(Separation Nazzle‬ و “جداسازي ايزوتوپ رزونانس سيكلوتروني”. از بين تمامي اين روشها هم‌اكنون تنها دو روش “سانتريفوژگازي” و “پخش گازي” است كه در مقياس تجاري اهميت داشته و كاربردهاي عملي وسيع پيدا كرده‌اند .

در غني‌سازي اورانيوم به روش مرسوم‌تر “سانتريفوژ گازي”، در عمل هگزافلوريد اورانيوم (‪ (UF6‬را وارد دستگاه سانتريفوژ با سرعت دوران بسيار بالا مي‌كنند. در سرعت دوراني بسيار زياد، آن دسته از مولكولهاي هگزافلوريد اورانيوم كه اورانيوم موجود در آنها از نوع ايزوتوپ ‪ ۲۳۵‬است از آنجا كه در مقايسه با مولكولهاي هگزافلوريد اورانيوم با ايزوتوپ اورانيوم ‪ ۲۳۸‬جرم كمتري دارند، در نزديك محور سانتريفوژ تراكم بيشتري نسبت به ناحيه خارجي دستگاه پيدا كرده و در مقابل مولكولهاي سنگين‌تر هگزا فلوريد اورانيوم ‪ ۲۳۸‬در ناحيه خارجي تراكم بيشتري نسبت به ناحيه نزديك محور پيدا مي‌كنند .

بدين ترتيب گاز هگزافلوريد اورانيومي كه از نزديك محور دستگاه سانتريفوژ گرفته مي‌شود از نظر درصد اورانيوم ‪ ۲۳۵‬از غني شدگي بيشتري نسبت به نواحي ديگر سانتريفوژ برخوردار است. در اين روش براي رسيدن به درصد مورد نياز اورانيوم ‪ ۲۳۵‬بايد مرحله به مرحله از تعداد بسيار زياد سانتريفوژ به صورت زنجيره‌اي استفاده كرد.

روش “سانتريفوژ گازي” براي غني‌سازي اورانيوم به دو علت در مقايسه با روش “پخش گازي” از مزاياي بيشتري برخوردار است. اول آنكه اين روش كارايي بيشتري داشته و دوم آنكه انرژي لازم در اين روش غني‌سازي حدود يك دهم مقدار انرژي لازم در غني‌سازي با “پخش گازي” براي حصول همان ميزان محصول مي‌باشد.

اين عوامل باعث شده كه غني‌سازي اورانيوم به روش سانتريفوژ هزينه كمتري را شامل شده و اقتصادي‌تر باشد.البته بايد به خاطر داشت كه هزينه تعميرات و نگهداري تجهيزات مورد استفاده در غني‌سازي به روش سانتريفوژ اندك نيست.

‪ -۳‬توليد سوخت هسته‌اي(تبديل ‪ UF6‬غني شده به ‪ UO2‬غني شده): برخي انواع راكتورهاي مي‌توانند به طور مستقيم از هگزافلوريد اورانيوم غني شده به عنوان سوخت هسته‌اي استفاده كنند اما براي تهيه سوخت هسته‌اي بسياري انواع ديگر راكتورها لازم است كه هگزافلوريد اورانيوم غني شده را به شكل به اصطلاح “ميله‌هاي سوختي” از دي اكسيد اورانيوم غني شده(‪ (UO2‬و يا در موارد معدود، به اورانيوم غني شده فلزي(‪ (U‬تبديل كرد.

تبديل ‪ UF6‬غني شده به ‪ UO2‬غني شده نيز خود به دو روش شيميايي موسوم به خشك و تر انجام مي‌گيرد كه پرداختن بدانها از حوصله اين بحث خارج است.

در پايان اين مرحله سوخت هسته‌اي آماده قرارگرفتن در راكتور و آغاز توليد انرژي است. حال كه سوخت هسته‌اي با درصد مورد نياز اورانيوم ‪۲۳۵(‬حدود ‪ ۲‬تا ‪۵‬ درصد) به منظور استفاده در راكتور هسته‌اي آماده شد، عملكرد يك راكتور هسته‌اي را نيز به صورت خلاصه بررسي مي‌كنيم.

عملكرد راكتور هسته اي …………………

همانطور كه گفتيم، سوخت هسته‌اي شامل اورانيوم ‪ ۲۳۸‬و اورانيوم ‪۲۳۵‬ است كه درصد اورانيوم ‪ ۲۳۵‬با روشهاي غني‌سازي از حدود ‪ ۰/۷‬درصد در وضعيت طبيعي به حدود ‪ ۲‬تا ‪ ۵‬درصد در وضعيت غني شده افزايش يافته‌است. به زبان ساده، درون يك راكتور هسته‌اي اورانيوم ‪ ۲۳۵‬به صورت كنترل شده توسط نوترونها بمباران مي‌شود. برخورد نوترونها به هسته اتم اورانيوم ‪ ۲۳۵‬سبب شكست اين هسته شده كه نتيجه شكست مذكور توليد انرژي و توليد نوترونهاي بيشتر است.

كنترل اين نوترونهاي پر انرژي حاصل شده ضروري است زيرا مي‌توانند درون راكتور طي يك فرايند زنجيره‌اي سبب شكست هسته‌هاي بيشتر اورانيوم ‪۲۳۵‬ و بروز حادثه شوند. براي كاهش انرژي نوترونهاي آزاد شده و جذب آنها از مواد نرم‌كننده (از قبيل آب سبك، آب سنگين، گرافيت) و ميله‌هاي مهار كننده(از قبيل كاديوم و يا بور) درون راكتور استفاده مي‌شود.

البته تعدادي از اين نوترونها نيز پس از شكست هسته اورانيوم ‪ ، ۲۳۵‬با هسته اورانيوم ‪ ۲۳۸‬برخورد كرده و سبب پيدايش ايزوتوپ جديد و ناپايداري از اورانيوم به نام اورانيوم ‪ ۲۳۹‬مي‌شوند كه خود اين ماده نيز در نهايت به يك عنصر راديواكتيو ديگر به نام پلوتونيوم ‪ ۲۳۹‬بدل مي‌شود. پلوتونيوم ‪۲۳۹‬ همانند اورانيوم ‪ ۲۳۵‬خود مي‌تواند به عنوان سوخت هسته‌اي مجددا مورد استفاده قرار بگيرد.

انرژي آزاد شده به صورت گرما در پي شكست هسته اورانيوم ‪ ۲۳۵‬درون راكتور، توسط مواد خنك‌كننده و به منظور به حركت در آوردن توربينهاي توليد برق، به خارج از راكتور منتقل مي‌شود. اين مواد خنك‌كننده يا انتقال‌دهنده انرژي حرارتي(از قبيل گاز دي اكسيي كربن، آب، آب‌سنگين، گاز هليم و يا سديم مذاب)، پس از انتقال انرژي به بيرون از راكتور و خنك شدن مجددا به داخل راكتور برمي گردند و اين فرايند به صورت مداوم براي توليد برق ادامه مي‌يابد.

سوخت مصرف شده در راكتور در پايان كار حاوي حدود ‪ ۹۵‬درصد اورانيوم ‪ ،۲۳۸‬حدود يك درصد اورانيوم ‪ ۲۳۵‬شكافته نشده، حدود يك درصد پلوتونيوم و حدود سه درصد مواد پرتوزاي حاصل از شكافته شدن اورانيوم ‪ ۲۳۵‬و همچنين عناصر فوق سنگين بوجود آمده درون راكتور است. اين سوخت مصرف شده معمولا در تجهيزات دوباره‌سازي به سه جزء اصلي اورانيوم، پلوتونيوم و پس ماندهاي پرتوزا تقسيم مي‌شود.

به لحاظ تاريخي اولين راكتور هسته‌اي در آمريكا و به منظور استفاده در زير دريائيها ساخته‌شد. ساخت اين راكتور پايه اصلي و استخوان بندي تكنولوژي فعلي نيروگاههاي هسته‌اي از نوع ‪ PWR‬را تشكيل مي‌دهد. پس از آن شركت جنرال الكتريك موفق به ساخت راكتورهايي از نوع ‪ BWR‬گرديد اما اولين راكتوري كه منحصرا جهت توليد برق مورد استفاده قرار گرفت توسط شوروي سابق و در ژوئن ‪ ۱۹۵۴‬در “آبنينسك” نزديك مسكو احداث گرديد كه بيشتر جنبه نمايشي داشت.

توليد الكتريسيته از راكتورهاي هسته‌اي در مقياس صنعتي در سال ‪۱۹۵۶‬ در انگلستان آغاز شد. تا سال ‪ ۱۹۶۵‬روند ساخت نيروگاههاي هسته‌اي از رشد محدودي برخوردار بود اما طي دو دهه ‪ ۱۹۶۶‬تا ‪ ۱۹۸۵‬جهش زيادي در ساخت نيروگاههاي هسته‌اي بوجود آمد. اين جهش طي سالهاي ‪ ۱۹۷۲‬تا ‪ ۱۹۷۶‬كه بطور متوسط هر سال ‪ ۳۰‬نيروگاه شروع به ساخت مي‌كردند، بسيار زياد و قابل توجه است. پس از دوره جهش فوق يعني از سال ‪ ۱۹۸۶‬تاكنون روند ساخت نيروگاهها كاهش يافته بطوريكه هم اكنون بطور متوسط ساليانه كار ساخت ‪ ۴‬راكتور هسته اي آغاز مي‌شود.

در سالهاي گذشته گسترش استفاده از انرژي هسته‌اي براي توليد برق در كشورهاي مختلف روندهاي گوناگوني داشته‌است. به عنوان مثال كشور انگليس تا سال ‪ ۱۹۶۵‬پيشرو در ساخت نيروگاه‌هاي هسته‌اي بود، اما پس از آن تاريخ ساخت نيروگاه هسته‌اي در اين كشور كاهش يافت. برعكس كشور آمريكا كه تا اواخر دهه ‪ ۱۹۶۰‬تنها ‪ ۱۷‬نيروگاه هسته‌اي داشت در طول دهه‌هاي ‪۱۹۷۰‬و ‪ ۱۹۸۰‬بيش از ‪ ۹۰‬نيروگاه هسته‌اي ديگر ساخت. هم اكنون كشور فرانسه ‪ ۷۵‬درصد از برق مورد نياز خود را توسط نيروگاه‌هاي هسته‌اي توليد مي‌كند كه از اين بابت در صدر كشورهاي جهان قرار دارد.

گرچه ساخت نيروگاههاي هسته‌اي و توليد برق هسته‌اي در جهان از رشد انفجاري اواخر دهه ‪ ۱۹۶۰‬تا اواسط ‪ ۱۹۸۰‬برخوردار نيست اما كشورهاي مختلف همچنان درصدد تامين انرژي مورد نياز خود از طريق انرژي هسته‌اي هستند. طبق پيش بيني‌هاي به عمل آمده روند استفاده از برق هسته‌اي تا دهه‌هاي آينده همچنان روند صعودي خواهد داشت و در اين زمينه، منطقه آسيا و اروپاي شرقي به ترتيب مناطق اصلي جهان در ساخت نيروگاه هسته‌اي جديد خواهند بود.

از: كيوان باقري

خبرگزاري جمهوري اسلامي

آب سنگین چیست؟

سنگین آبی است که هیدروژن های آن، دوتریوم (ایزوتوپ سنگین هیدروژن) است. این آب در مقایسه با آب معمولی دیرتر می جوشد و زودتر یخ می زند و گیلبرت لوییس نخستین بار نمونه آن را از آب سنگین خالص در سال 1933 به دست آورد.

هیدروژن طبیعی دارای دو ایزوتوپ است. ایزوتوپ هیدروژن سبک که تقریبا 98/99 درصد هیدروژن موجود را تشکیل می دهد و ایزوتوپ هیدروژن سنگین یا دوتریوم که مقدار آن 15درصد است. ایزوتوپ دوتریوم برخلاف هیدروژن معمولی دارای یک نوترون است.آب معمولی از یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن تشکیل شده است.

در حالی که آب سنگین، از یک اتم اکسیژن و دو اتم دوتریوم(D) تشکیل شده است. برای تولید آب سنگین باید مولکول های آب حاوی هیدروژن سنگین (دوتریوم) را از مولکول های آب معمولی جدا کنند یا از داخل هیدروژن، اتم های هیدروژن سنگین یا دوتریوم را جدا و خالص کنند.

جرم مولکولی آب معمولی 18 و جرم مولکولی آب سنگین 20 است. از لحاظ خواص شیمیایی تفاوت چندانی با خواص آب معمولی نداشته و اختلافات جزئی وجود دارد اما از لحاظ هسته ای هیدروژن معمولی می تواند نوترون را جذب کند اما احتمال جذب نوترون توسط هیدروژن سنگین بسیار کم است.چنانچه بخواهیم یک راکتور هسته ای بسازیم که با آب خنک شود چون هیدروژن آب جاذب نوترون است، مجبوریم که اورانیوم غنی شده به کار ببریم، اما اگر از آب سنگین استفاده کنیم می توانیم برای نیروگاه هسته ای از اورانیوم طبیعی استفاده کنیم.

به دلیل تفاوت مشخصات هسته ای دوتریوم با هیدروژن از لحاظ تکانه زاویه ای و گشتاور مغناطیسی از آب سنگین و دوتریوم در زمینه های مختلف تحقیقاتی نیز استفاده می شود. به عنوان مثال رفتار آب سنگین در دستگاه های MRI با رفتار هیدروژن معمولی متفاوت است. در فعالیت های تحقیقاتی به منظور بررسی برخی خواص از موادی استفاده می کنند که هیدروژن طبیعی را در آن با هیدروژن سنگین (دوتریوم) جایگزین کرده اند. یکی از کاربردهای دوتریوم استفاده در تولید نوترون در شتاب دهنده ها و تولید انرژی در «راکتورهای گداخت» است.

فشرده اطلاعات آب سنگین

1ـ دوتریوم برای تولید تریتیم و کلاهک بمب هسته ای از اجزای اساسی به شمار می رود. 
2ـ آب سنگین برای تعدیل نوترونی راکتورهای هسته ای با هدف آهسته کردن حرکت نوترون ها برای واکنش با اورانیوم طبیعی و تولید پلوتونیم به کار می رود.

3ـ آب سنگین به طور طبیعی به میزان ناچیزی با نسبت 1 به 5000 در آب معمولی وجود دارد. 
4ـ از مزایای استفاده از آب سنگین حذف مراحل غنی سازی اورانیوم برای تولید پلوتونیم برای استفاده در سلاح های هسته ای است. راکتورهای آب سنگین برای تولید تریتیم می توانند به کار روند.

5ـ آب سنگین برای تعدیل سازی نوترونی راکتورهای آب سنگین به کار می رود.

منيع : خبرگزاری انتخاب

آیا فرضیه قوم مایا در مورد برخورد جرمی به زمین درست است

شش عدد حاكم بر كل جهان کدام است؟!

شش عدد حاكم بر كل جهان کدام است؟!

این متن خلاصه مقاله پروفسور سرمارتين ريس، يكي از پيشگامان كيهان شناسي در جهان است. وي استاد تحقيقات انجمن سلطنتي در دانشگاه كمبريج و داراي عنوان اخترشناس سلطنتي است. در عين حال وي عضو انجمن سلطنتي، آكادمي ملي علوم ايالات متحده و آكادمي علوم روسيه است. وي ضمن مشاركت با چندين همكار بين المللي ايده هاي بسيار مهمي در مورد سياهچاله ها، تشكيل كهكشان ها و اخترفيزيك انرژي بالا داشته است.

 شش عدد بر كل جهان حاكم است كه از زمان انفجار بزرگ شكل گرفته اند. اگر هر كدام از اين اعداد با مقدار فعلي آن كمي فرق داشت، هيچ ستاره، سياره يا انساني در جهان وجود نداشت. قوانين رياضي عامل تحكيم ساختار جهان است. اين قاعده فقط شامل اتم ها نمي شود، بلكه كهكشان ها، ستاره ها و انسان ها را نيز در برمي گيرد. خواص اتم ها ـ از جمله اندازه و جرمشان، انواع مختلفي كه از آنها وجود دارد و نيروهايي كه آنها را به يكديگر متصل مي كند ـ عامل تعيين كننده ماهيت شيميايي جهاني است كه در آن به سر مي بريم. تعداد بسيار اتم ها به نيروها و ذرات داخل آنها بستگي دارد. اجرامي را كه اخترشناسان مورد بررسي قرار مي دهند ـ سيارات، ستارگان و كهكشان ها ـ توسط نيروي گرانش كنترل مي شوند و همه اين موارد در جهان در حال گسترشي روي مي دهد كه خواصش در لحظه انفجار بزرگ اوليه(Bigbang) در آن تثبيت شده است. علم با تشخيص نظم و الگوهاي موجود در طبيعت پيشرفت مي كند، بنابراين پديده هاي هر چه بيشتري را مي توان در دسته ها و قوانين عام گنجاند. نظريه پردازان در تلاشند اساس قوانين فيزيكي را در مجموعه هاي منظمي از روابط و چند عدد خلاصه كنند. هنوز هم تا پايان كار راه زيادي باقيمانده است، اما پيشرفت هاي به دست آمده نيز چشمگيرند. در آغاز قرن بيست و يكم، شش عدد معرفي شدند كه به نظر مي رسد از اهميت فوق العاده اي برخوردارند.

 دو تا از اين اعداد به نيروهاي اساسي مربوط مي شوند؛ دو تاي ديگر اندازه و «ساختار» نهايي جهان ما را تثبيت مي كند و بيانگر آن هستند كه آيا جهان براي هميشه امتداد مي يابد يا خير؛ و دو عدد باقيمانده بيانگر خواص خود فضا هستند. اين شش عدد با يكديگر« نسخه»اي را براي جهان تشكيل مي دهند. گذشته از اين جهان نسبت به مقدار اين شش عدد بسيار حساس است: اگر يكي از اين اعداد تنظيم نشده باشد، آن وقت نه ستاره اي در جهان وجود مي داشت و نه حياتي.

 سه تا از اين اعداد (كه به جهان در مقياس بزرگ وابسته است) به تازگي با دقت زياد اندازه گيري شده است. سر برآوردن حيات انسان در سياره زمين حدود 5/4 5.6 ميليارد سال به درازا كشيده است. حتي پيش از آنكه خورشيد ما و سيارات گرداگرد آن تشكيل شوند، ستاره هاي قديمي تر، هيدروژن را به كربن، اكسيژن و ديگر اتم هاي جدول تناوبي تبديل مي كردند. اين فرآيند حدود ده ميليارد سال به درازا كشيده است. اندازه جهان قابل مشاهده تقريباً برابر فاصله اي است كه نور بعد از انفجار بزرگ پيموده است بنابراين اين جهان قابل مشاهده كنوني بايد بيش از 10 ميليارد سال نوري وسعت داشته باشد.(X=Ct ,t=1*3600*24*365,C=3*10^8)  بسياري از مناقاشات پردامنه و طولاني مباحث كيهان شناختي امروزه ديگر پايان يافته، و در مورد بسياري از مواردي كه پيش از اين موضوع بحث بودند، ديگر مناظره اي صورت نمي گيرد.

 اينشتين در يكي از مشهورترين كلمات قصار خود مي گويد: «غيرقابل درك ترين چيز در مورد جهان، قابل درك بودن آن است.» وي در اين عبارت بر شگفتي خود در مورد قوانين فيزيك كه ذهن ما نسبتاً با آنها خو گرفته و تا حدودي با آنها آشناست تاكيد مي كند، قوانيني كه نه فقط در روي زمين بلكه در دوردست ترين كهكشان ها هم مصداق دارد. نيوتن به ما آموخت همان نيرويي كه سيب را به سمت زمين مي كشد، ماه و سيارات را در مدار خود به گردش در مي آورد. هم اكنون مي دانيم همين نيروست كه عامل تشكيل كهكشان ها است و همين نيروست كه باعث مي شود ستاره ها به سياهچاله تبديل شوند.

قوانين فيزيكي و هندسه ممكن است در جهان هاي ديگر متفاوت باشد. چيزي كه جهان ما را از ساير جهان ها متمايز مي كند ممكن است همين شش عدد باشد.

 1- عدد كيهاني امگا نشان دهنده مقدار ماده ـ كهكشان ها، گازهاي پراكنده و «ماده تاريك» ـ در جهان ماست. امگا اهميت نسبي گرانش و انرژي انبساط در جهان را به ما ارائه مي دهد جهاني كه امگاي آن بسيار بزرگ است، بايستي مدت ها پيش از اين درهم فرورفته باشد، و در جهاني كه امگاي آن بسيار كوچك است، هيچ كهكشاني تشكيل نمي شود. تئوري تورم انفجار بزرگ مي گويد، امگا بايد يك باشد؛ هر چند اخترشناسان درصددند مقدار دقيق آن را اندازه بگيرند.

 2- اپسيلون بيانگر آن است كه هسته هاي اتمي با چه شدتي به يكديگر متصل شده اند و چگونه تمامي اتم هاي موجود در زمين شكل گرفته اند. مقدار اپسيلون انرژي ساطع شده از خورشيد را كنترل مي كند و از آن حساس تر اينكه، چگونه ستارگان، هيدروژن را به تمامي اتم هاي جدول تناوبي تبديل مي كنند، به دليل فرآيندهايي كه در ستارگان روي مي دهد، كربن و اكسيژن عناصر مهمي محسوب مي شوند ولي طلا و اورانيوم كمياب هستند. اگر مقدار اپسيلون 006/ يا 008/ بود ما وجود نداشتيم. عدد كيهاني e توليد عناصري را كه باعث ايجاد حيات مي شوند ـ كربن، اكسيژن، آهن و… يا ساير انواع كه باعث ايجاد جهاني عقيم مي شود را كنترل مي كند.

 3- اولين عدد مهم تعداد ابعاد فضا است. ما در جهاني سه بعدي زندگي مي كنيم. اگر D برابر دو يا چهار بود امكان تشكيل حيات وجود نداشت. البته زمان را مي توان بعد چهارم فرض كرد، اما بايد در نظر داشت بعد چهارم از لحاظ ماهيت با ساير ابعاد تفاوت اساسي دارد چرا كه اين بعد همانند تيري رو به جلو است، ما فقط مي توانيم به سوي آينده حركت كنيم.

 4- چرا جهان پيرامون اين چنين وسيع است كه در طبيعت عدد مهم و بسيار بزرگي وجود دارد. N نشان دهنده نسبت ميان نيروي الكتريكي است كه اتم ها را كنار يكديگر نگاه مي دارد و نيروي گرانشي ميان آنهاست. اگر اين عدد فقط چند صفر كمتر مي داشت، فقط جهان هاي مينياتوري كوچك و با طول عمر كم مي توانست به وجود آيد. هيچ موجود بزرگ تر از حشره نمي توانست به وجود آيد و زمان كافي براي آنكه حيات هوشمند به تكامل برسد در اختيار نبود.

 5- هسته اوليه تمام ساختارهاي كيهاني ـ ستاره ها، كهكشان ها و خوشه هاي كهكشاني ـ در انفجار بزرگ اوليه تثبيت شده است. ساختار يا ماهيت جهان به عدد Q كه نسبت دو انرژي بنيادين است، بستگي دارد. اگر Q كمي كوچك تر از اين عدد بود جهان بدون ساختار بود و اگر Q كمي بزرگ تر بود، جهان جايي بسيار عجيب و غريب به نظر مي رسيد، چرا كه تحت سيطره سياهچاله ها قرار داشت.

 6- اندازه گيري عدد لاندا در بين اين شش عدد، مهم ترين خبر علمي سال 1998 بود، اگرچه مقدار دقيق آن هنوز هم در پرده ابهام قرار دارد. يك نيروي جديد نامشخص ـ نيروي «ضدگرانش» كيهاني ـ ميزان انبساط جهان را كنترل مي كند. خوشبختانه عدد لاندا بسيار كوچك است. در غير اين صورت در اثر اين نيرو از تشكيل ستارگان و كهكشان ها ممانعت به عمل مي آمد و تكامل كيهاني حتي پيش از آنكه بتواند آغاز شود، سركوب مي شد.

آدرس مقاله به زبان انگلیسی : http://www.firstscience.com/site/articles/blackholes.asp

ترجمه: سليمان فرهاديان

تكنولوژي RFID چيست؟

ترجمه دكتر يونس شكرخواه:

شناسايي از طريق امواج راديويي (RFID) يكي از تكنولوژي‌هايي است كه موجي از احساسات را تحريك كرده است. 
كافي است در اينترنت يك جست‌وجوي ساده داشته باشيد تا مقالات متعددي در ستايش اين باركدهاي هوشمند و نامرئي بيابيد و نيز به سايت‌هايي دست‌ يابيد كه RFID را ابزاري در دست دولت براي كنترل مي‌‌دانند. به‌طور كلي، RFID يك ميكروچيپ كوچك (ريزتراشه) است با مقداري مدار چاپي و يك آنتن.

اما بخش دوم اين سيستم هم يك دستگاه رمزخوان (Reader) است كه امواج راديويي را در يك فركانس مشخص (مثل سيستم قفل از راه دور اتومبيل‌ها) براي RFID ارسال مي‌‌كند. در واقع ميكروچيپ در اين حالت بيدار مي‌‌شود و حضور و هويت خودش را براي دستگاه رمزخوان اعلام مي‌‌كند. آن‌چه رمزگذاري مي‌‌شود به يك كامپيوتر ميزبان انتقال داده مي‌‌شود و هويت مربوطه سپس در پايگاه داده‌رساني، اسكن و شناسايي مي‌‌شود.

بنابراين، RFID چيزي فراتر از باركد است چرا كه داراي يك سيستم اتوماتيك پويشگر (اسكن‌كننده) است. افزون بر اين ، اطلاعات ارسالي در سيستم RFID به مراتب بيشتر از تعدادي ميله چاپي ضخيم و باريك (باركد) است.

به عنوان مثال اگر بر روي يك نوار كاغذ برچسب RFID باشد، كاملاً مشخص خواهد بود كه چه وقت و كجا ساخته شده است. و چقدر ازكاغذها امكان دارد باطله باشد و به اين ترتيب مي‌‌توان از ميزان ضايعات كاغذ كاست.

در يك مثال ديگر، مي‌‌توان به چاپخانه‌اي بسيار بزرگ اشاره كرد كه در آن RFID به پالت‌ها چسبانده شده تا به سرعت بتوان فهميد كه پالت‌ها از كجا آمده‌اند و الان در كجاي كارگاه قرار دارند.

در چنين حالتي هم مي‌‌توان نمونه‌هاي مورد نظر را يافت و هم بيماران را زير نظر داشت كه آيا به‌صورت صحيح تحت معالجه و مصرف دارو هستند يا خير؟

از سوي ديگر، آژانس‌هاي هواپيمايي هم در حال جايگزين‌سازي RFID با باركدها هستند تا بتوانند در نظام تحويل بار بهبود ايجاد كنند. اين مسأله تا هشتاد درصد دقت و اطمينان را بالا برده است.

اما مشكل اينجاست كه RFID به مثابه يك تكنولوژي در سال 2006 در قالب يك نيروي اخلالگر ديده مي‌‌شود و هنوز در عمل طرح زنده و رايجي در قبال آن وجود ندارد و البه چنين اتفاقي هميشه در مرحله تست گسترده يك پديده پيش مي‌‌آيد.

در عين حال، بايد گفت شركت وال مارت دنبال شركت‌هايي است كه بتوانند چنين سرويسي را گسترده‌تر به آن بدهند. انگيزه اصلي وال مارت در به‌كارگيري RFID اين است كه مي‌‌تواند اقلام مورد فروش خودش را سه برابر سريع‌تر از قبل عرضه كند.

البته مقاومت‌هايي هم در برابر قيمت RFID بروز كرده است كه به نظر مي‌‌رسد تا درك ميزان فوايد آن ادامه داشته باشد.

از ديگر سو، شركت‌ مارك اند اسپنسر انگليس هم كار استفاده از RFID را شروع كرده و مي‌‌خواهد از آن در لباس‌هاي زنانه و مردانه استفاده كند.

اما جالب‌تر از همه استفاده از RFID بر روي تيغ اصلاح بود كه توسط كمپاني تسكو (Tesco) صورت گرفت. هدف اين شركت از كاربرد RFID در تيغ‌هاي اصلاح اين بود كه از كش رفتن آن‌ها از سوپرماركت‌ها- كه امري رايج بود- جلوگيري كند.

هنوز مدتي از استفاده از اين روش نگذشته بود كه موجي از اعتراض به پا شد و علت آن هم اين بود كه معترضان بر اين باور بودند كه اين اقدام به نقض حريم شخصي مي‌‌انجامد. در واقع از هر كس اين تيغ‌هاي اصلاح را در دست داشت، چه خريدار و چه سارق عكس گرفته مي‌‌شد!

افزون بر اين، بليت‌هاي مسابقات فوتبال جام جهاني در آلمان هم با RFID تجهيز شد. رمزگذاري بليت‌هاي مسابقات جام جهاني با اين هدف صورت گرفت تا اين اطمينان به وجود آيد كه تماشاچيان از ورودي‌هاي خودشان وارد ورزشگاه‌ها مي‌‌شوند و در جاهاي خاص خودشان هم مستقر مي‌‌شوند و از بوفه‌هاي مربوط به قسمت خودشان استفاده مي‌‌كنند. علاوه بر اين، كاربرد RFID در بليت‌هاي مسابقات فوتبال جام جهاني يك فايده ديگر هم داشت و آن جلوگيري از جعل بليت‌ها است.

طبق محاسباتي كه به عمل آمده است، استفاده از برچسب RFID در اين بليت‌ها حدود 10 سنت (با واحد يورو) به قيمت بليت‌ها اضافه كردد كه با توجه به 2/3 ميليون بليت در نظر گرفته شده به 320 هزار يورو بالغ شد و به عبارت بهتر استفاده از RFID براي برگزاركنندگان مسابقات فوتبال جام جهاني 32 هزار يورو هزينه در برداشت.

شركت فيليپس كه باني اين اتفاق است، اميدوار است كه اين تجربه به افزايش ميزان تقاضا براي استفاده از RFID بينجامد و همين امر سبب شود تا هزينه‌هاي استفاده از اين تكنولوژي در آينده كاهش يابد. 

منيع : همشهری آنلاين