مقدمه

 محدوديت منابع فسيلي و مشكلات زيست محيطي ناشي از آن تفكر استفاده از منابع جديد و جايگزين را فرا روي متخصصين قرار داده است.

در اين ميان انرژي هسته اي كه انرژي پاك و انرژي هزاره سوم نيز ناميده مي شود نقش مهمی راايفا خواهد نمود. ما علاوه بر انرژي برق كه توليد آن برايمان اجتناب ناپذير است جهت توسعه فني، اقتصادي، بهداشتي و حتي اجتماعي نياز به انرژي هسته اي داريم.

ایران هر ساله نياز به هفت هزار مگاوات ظرفيت سازي توليد برق دارد. براساس برنامه توسعه و تصويب مجلس محترم شواري اسلامي دولت موظف است طي يك دوره، 20هزار مگاوات برق هسته اي را ظرفيت سازي كند.پيش راه اندازي نيروگاه 1000  مگاواتي بوشهر مي تواند سر آغاز بهره گيري ما از انرژي برق اتمي باشد. با اين حال دست يافتن به 20 هزار مگاوات برق هسته اي ممكن و در عين حال غرور آفرين خواهد بود در اين راستا سعي داريم مكتوبي به حد وسع ارائه نمائيم.

 انرژي هسته اي

 تشعشعات و نيروي عظيم حرارتي حاصل از شكافت و گداخت اتم را انرژي هسته اي گويند که كاربرد اصلی آن در توليد برق است.

 اين انرژي  در دسته انرژي هاي تجديدناپذير قرار مي گيرد. زيرا انرژي هسته اي قابليت تبديل به انرژي هاي ديگر را داراست ولي هيچ انرژي به انرژي هسته اي تبديل نمي شود.

  مزاياي استفاده از انرژي هسته اي

- مقرون به صرفه بودن آن از لحاظ اقتصادي نسبت به ساير انرژي ها.

- ايجاد آلودگي كمتر نسبت به ساير انرژي ها به ويژه انرژي حاصل از نفت و سوخت هاي فسيلي.

- كاربردهاي فراوان آن در زمينه هاي پزشكي، صنعت، كشاورزي و... كه در هر كدام به سهم خود داراي توجيه اقتصادي و اجتماعي است.

تاريخچه

در سالهای اولیه ای که تشریح رادرفورد در خصوص واپاشی اتم عنوان شد، هوادار چندانی نداشت اما پس از کشف نوترون در سال ۱۹۳۲ به وسیله جيمز چادويك فیزیکدان انگليسي اين نظريه جهت و سوي تازه اي يافت. ليزه مايتنر (1878-1968 م) شيميدان اتريشي ثابت كرد كه اتم هاي سنگين به اتم هاي سبك تر تجزيه مي شوند، او اين فرايند را شكافت هسته اي ناميد. در سال 1938 ليزه ماريتنر، اتوهان اتو فريش و فردريك استراسمن روي پديده شكافت هسته اورانيوم 235 كار كردند و به همين دليل در سال 1944 ، جايزه نوبل شيمي را در يافت كردند .

اين دانشمندان پديده شكافت هسته اتم را به وسيله بمباران نوترون در مجله طبيعت (Nature) در مقاله اي ارائه كردند و اين كشف منجر به اختراع بمب اتمي در جنگ جهاني دوم شد. در سال 1932 .م انریکو فرمی (ایتالیایی) و همکارانش تصمیم گرفتند تا با بمباران اورانیوم عنصری مصنوعی (شماره ۹۳) را بوجود بیاورند. آنها فراورده این بمباران را ( اورانیوم ایکس ) نامیدند و تصور کردند عنصر جدیدی بوجود آوردند. آنها با توجه به جدول تناوبی خواصی مشابه رنیوم برای این ماده فرض کردند و کوشش کردند تا با استفاده از خود باریوم، آنرا از اورانیوم جدا کنند، که ممکن نشد.

 اما مشهورترین کار فرمي، استفاده از نوترون ها برای بمباران اتم ها و تولید ایزوتوپ های رادیواکتیو جدید بود. کلید موفقیت وی آن بود که بلوکی از موم را برای کاستن سرعت نوترون ها به کار گرفت و تأثیر آنها را افزایش داد. فرمی، در سال 1938 میلادی، جایزه نوبل در رشته فیزیک را دریافت کرد. انريكو فرمي به عنوان "پدر فيزيك هسته اي " شناخته شده است. او را به اين نام خوانده اند چون او نخستين كسي است كه واكنش زنجير اي راكشف كرد.وي در سال 1942 پس از چندين سال كار و زحمت نخستين راكتور هسته اي را در شيكاگو  در يك زمين بازي اسكواش ساخت و با اين راكتور به وسيله ي انفجار هسته اي انرژي توليد كرد. و بعد ها به در خواست دولت آمريكا به کار بر روی پروژه بمب اتم پرداخت. به خاطر موفقيت ها علمي وي در سال 1964 عنصري از عناصر هم به افتخار او فرميون خوانده شد.

در دهه 1950 ميلادي، دانشمندان به اين نكته پي بردند كه نيروي هسته اي راه حلي براي نياز به انرژي در سراسر دنياست. نخستين نيروگاه تجاري دنيا، كالد هال در انگلستان بود كه در سال 1956، توليد برق را آغاز كرد.  

در پایان سال 1991 حدود 31 کشور توانایی تولید تجاری انرژی از راکتورهای هسته ای را یافتند که این نشانه پیشرفت جهانی در عرصه فناوری هسته ای بود.
تحقیقات در زمینه های دیگر در دهه 90 نیز ادامه یافت و جایگاه انرژی هسته ای علاوه بر تولید انرژی حرارتي(الكتريسيته) در ساير زمینه ها همچون پزشکی، کشاورزی، صنعت و علم شناخته شد. برای مثال پزشکان از رادیوایزوتوپ ها كه از انرژي هسته اي سرچشمه مي گيرد و بالا بردن تأثیرات طب سنتی استفاده مي كنند. همچنین باستان شناسان انرژی هسته ای را برای تعیین زمان دقیق یافته های خود بکار مي بردند، علاوه بر آن پرتوافکنی به غذاها، ماندگاری آنها را افزایش داده و تأثیرات فریز کردن را (در از بین رفتن ویتامین موادغذایی مؤثر است)کم می کند. دراين مقاله سعي داريم با توجه به اهميت توليد انرژي برق نحوه استفاده از انرژی هسته ای در تولید برق را تشريح نمايم.

روش هاي بهره برداري از انرژي هسته اي  در نيروگاه ها:

1- شكافت هسته‌اي: در اين روش هسته يك اتم (اورانيوم ) توسط يك نوترون به دو بخش كوچكتر تقسيم مي‌شود. در اين واكنش مقدار زيادي انرژي  به صورت گرما و نور آزاد مي شود. عمل شكافت هسته اصطلاحاً فيزيون هسته اي ناميده مي شود.

 اگر اين انرژي به صورت آهسته از اتم خارج شود مي توان با مهار كردن آن برق توليد كرد اما اگر اين انرژي به طور ناگهاني خارج شود انفجار مهيبي به صورت بمب اتم رخ مي دهد.

2- گداخت هسته‌اي: با برخورد دو نوع هيدروژن (دوتريم و ترتيم) به يكديگر يك اتم هليوم و يك ذره اضافي نوترون تشكيل مي‌شود. در اين تبديل، انرژي بسيار زيادي بصورت نور و گرما توليد مي‌شود. عمل گداخت هسته اي فوزيون ناميده مي شود.

براي در ك بهتر مطالب ابتدا به تعريف بعضي از مفاهيم مي پردازيم.

تعاريف

عنصر : عبارتست از يك ماده خالص ساده كه با روش هاي شيميايي نمي توان آن را به دو يا چند ماده خالص تر تفكيك و تجزيه كرد. عناصر به سه حالت جامد، مايع و گاز در جهان يافت مي شوند. و اين عناصر از ذرات ريزي به نام اتم تشكيل يافته اند واتم هاي يك عنصر يكسان هستند.

ماده: هر آنچه كه جهان هستي از آن تشكيل شده و مي توان آن را به عنوان هر چيزي كه فضا را اشغال كند و داراي جرم باشد تعريف كرد.

 تاريخچه كشف اتم

براي اولين بار دموكريتوس، بنا به نوشتار يونان قديم ذيمقراطيس (370تا 460 پيش از ميلاد) وجود اتم را پيش بيني كرد و تعدادي از ويژگي هاي اتم را بيان كرد.

دموكريتويس فرضيه خود را اينگونه عنوان كرد ‍»گيتي از اتم ها [ملاء] و خلاء آغاز مي شود و مابقي فقط در فكر و نظر وجود دارد. هيچ چيز از عدم به وجود نمي آيد و هيچ چيز معدوم نمي شود(اصل بقا انرژي) و اتم ها كه از لحاظ تعداد كثرت مي شمارند عالم را در بر گرفته و چون گردبادي در چرخشند و بدين شكل كليه تركيبات بغرنج از قبيل آتش،آب، هواو خاك آفريده مي شوند.

درباره اين فرضيه اينگونه مي توان گفت كه  Atomيك واژه يوناني به معناي تجزيه ناپذير است وي عقيده داشت كه جهان از ذرات بي نهايت ريزي به نام اتم تشكيل شده كه ديگر قابل تجزيه نيست و اين اتم ها از هيچ به وجود نمي آيند بلكه هر چيزي اصل و منشاء دارد و بر طبق اصل بقا انرژي كه بعدها به اثبات رسيد هيچ چيز از بين نمي رود بلكه تبديل مي گردد.

دموكريتوس براي اين ذرات حركت را در نظر مي گيرد و بدين شكل همچنين وي براي اجسام تفاوت هاي كه ناشي از تفاوت در اتم آنها است قائل بود بنا به عقيده وي اتم ها بعضي كروي و برخي چند ضلعي هستند و از به هم پيوستن آنها اجسام تشكيل مي شوند.

به دلیل تسلط فلسفه ارسطو در آن زمان( اروپاي وسطي ) و نبود امكانات و وسائل علمي دقيق اين نظريه توسط ارسطو رد شود. نظر ارسطو بر اين بود كه مواد تا بي نهايت مي توانند تجزيه شوند.

نظريه اتمي دموكريتوس تا قرن هفدهم ميلادي به فراموشي سپرده شد تا اينكه فيلسوف فرانسوي پير گاسندي ( 1592-1655) اين فرضيه را دنبال كرد  و به همین دلیل از سوی كليسا تحت تعقيب قرار گرفت و محاكمه شد.

در سال 1661 رابرت بويل و درسال1687 ايزاك نيتون، وجود اتم را پذيرفتند ولي همچنان اين فرضيه در حد يك انديشه باقي ماند. سرانجام در سال 1803 تا 1808 دانشمند انگليسي جان دالتون نظريه اتمي خود را عنوان كرد كه مهر تأئيدي بر فرضيه دموكريتوس بود.

نظريه اتمي دالتون برچند اصل استوار بود:

1. عناصر از ذرات ريز و كروي شكلي به نام اتم تشكيل شده اند .

2. تمام اتم هاي يك عنصر يكسان و اتم هاي عناصر گوناگون متفاوتند.

3. تمام اتم هاي يك عنصر معين جرم يكساني دارند.

4. اتم هاي يك عنصر در واكنش هاي شيميايي از هم جدا و به هم مي پيونند. در اين واكنش ها هيچ اتمي ايجاد نمي شود و از بين نمي رود بلكه يك عنصر به عنصر ديگري تبديل مي گردد.

وي با عنوان اين نظريه توانست قوانين تغييرات شيميايي را توضيح دهد و با نسبت دادن جرم هاي نسبي به اتم هاي عناصر گوناگون يك مفهوم به نظريه اتمي بدهد.

وي همچنين عنوان كرد كه يك ماده شيميايي مركب حاصل تركيب دو يا چند اتم عناصر مختلف است. نظريه دالتون امروزه بر همين كیفيت باقي است ولي اصل سوم آن تغيير كرده است. زيرا بعضي از عناصر داراي اتم هاي با تعداد نوترون هاي متفاوت و در نتيجه با جرم مختلف هستند. اين اصل امروزه اينگونه بيان مي گردد كه تمام اتم هاي يك عنصر از لحاظ شيميايي به هم شبيه و اتم هاي يك عنصر با اتم هاي عنصر ديگر متفاوت است.

 در اواخر سده نوزدهم معلوم شد كه برخلاف آنچه دالتون و يونانيان قديم عنوان مي كردند اتم كوچكترين ذره هر ماده نیست و خود اتم از ذرات ريزتري تشكيل يافته است. اين كشف نتيجه آزمايشات الكتريسيته بود كه در سال هاي 1808 به وسیله شيمي دان انگليسي« همفري ديوي» با تجزيه مركب نيروي الكتريسيته پنج عنصر پتاسيم، سديم، كلسيم و استرونسيم و باريم صورت گرفت. نتيجه اي كه حاصل شد اين بود كه عناصر با نيروي جاذبه اي كه ماهيت آن ها الكتريكي است به هم متصل اند.

دانشمنداني همچون مايكل فارادي(1833) و جانسون استوني (1874) در اين زمينه نيز به پژوهش پرداختند و به وجود ذرات باردار الكتريكي پي بردند. گلد شتاين با انجام آزمايشاتي در سال 1886 متوجه حركت ذراتي به سمت الكترود منفي و ذراتي هم به طرف الكترود مثبت شد، وي توجه خود را معطوف ذراتي كه به وسیله الكترود منفي جذب شده بود ساخت و اين ذرات با بار مثبت را پروتون ناميد. 

درسال 1891 جورج جان تامسون واحدهاي الكتريكي با بار منفي  را الكترون ناميد. در سال 1895 ويلهلم رونتگن فيزيكدان آلماني اشعه مجهول را كشف كرد. كشف اين اشعه حاصل پنج سال كوشش وآزمايشات وي بود. رونتگن آن را اشعه ايكس ناميده كه قادر بود از پاره اي از اجسام عبور كند و موانع سر راه خود را معلوم كند .

با كشف اشعه ايكس براي نخستين بار در سال 1909 رابرت.آ. ميليكان توانست به اندازه گيري دقيق بار الكترون بپردازد. در آزمايش وي با برخورد اشعه X به ملكول هاي تشكيل دهنده هوا و روغن، (الكترون هاي توليد شده با قطر هاي روغن جذب شد) با عبور قطرات باردار شده روغن و نحوه و سرعت سقوط آنها از بين دو صفحه جرم آنها را برآورد كرد و در نهايت به الكترون يك واحد  بار منفي از لحاظ جرمي اطلاق كرد.

در سال 1919 ميلادي ارنست رادفورد دانشمند اهل زلاندنو ( نيوزلند) پس آزمايشات متعدد مدل تازه اي براي اتم پيشنهاد كرد.

رادفورد در مدل خود بار مثبت هسته اي اتم را به ذره هايي به نام پروتون نسبت داد بار الكتريكي پروتون  به اندازه بار الكترون است در حالي كه اندازه گيري ها نشان داده كه جرم پروتون حدود هزار بار بيشتر از جرم يك الكترون است.

در سال هاي 1932-1933 جيمز چارويك دانشمند انگليسي عنوان كرد در هسته اتم علاوه بر پروتون، ذره ديگري نيز وجود دارد او نام اين ذره را كه جرم آن تقريباً با جرم پروتون برابر و بار الكتريكي ندارد نوترون اعلام كرد و به اين ترتيب نظريه وجود سه ذره در ساختار اتم شكل گرفت.

منابع عناصر در جهان

از 116 عنصر شناخته شده 92 عنصر در طبيعت وجود دارد كه شش تاي آنها (O₂،N₂و چهار گاز نجيب Ye،Kr،Ar،Ne) به صورت عنصر در اتمسفر يافت مي شوند. اين عناصر را با روش تقطير جزء به جزء هواي مايع مي توان از يكديگر جدا كرد و ساير عناصر مانند  Na، Mg، Cl₂،Br₂ را مي توان از آب اقيانوس ها به صورت يون هاي تك اتمي استخراج كرد و سپس با واكنش هاي الكتروشميايي در سلول هاي الكتريكي به عناصر مورد نظر تبديل كرد.

ساير عناصر را مي توان از ذخاير معدني در زمين استخراج كرد، تعدادي ديگر از عناصر (حدود 24 عنصر) را دانشمندان توانسته اند به طور مصنوعي و به كمك واكنش هاي هسته اي در راكتورهاي اتمي و يا به كمك شتاب دهنده هاي قوي بسازند كه تمامي آن ها، ناپايدار ند و عمر كوتاه دارند و به سرعت و با انتشار پرتوهايي تخريب مي شوند.

جدول تناوبي : آرايشي از عناصر شيميايي به صورت تناوب ها يا دوره ها(رديف ها) و گروه ها(ستون ها) است. اين جدول بر اساس قانون تناوبي عناصر استوار است بر طبق اين قانون هرگاه عنصر ها را برحسب افزايش عدد اتمي در كنار يكديگر قرار دهيم خواص فيزيكي و شيميايي آن ها به صورت تناوبي تكرار مي شود.

(جدول -1)

(جدول تناوبي عناصر شيميايي)

*عنصر اورانيوم

در اين جدول هيدروژن اولين و ساده ترين عنصر و پس از آن هليم، كربن، نيتروژن، اكسيژن، و... فلزات روي، مس،آهن، نيكل و... است و بالاخره آخرين عنصر طبيعي به شماره 92 عنصر اورانيوم است.

اتم هاي عناصر شامل ذراتي به نام هاي پروتون، نوترون و الكترون هستند. در مركز اتم (هسته) كه بيشتر جرم و تمام بار مثبت اتم در آن متمركز است، دو ذره نوترون و پروتون قرار گرفته اند كه پروتون داراي بار مثبت و نوترون داراي بار خنثي است. الكترون ها كه بيشتر حجم اتم را اشغال مي كنند در اطراف هسته قرار گرفته و به دور آن مي گردند. اتم ها داراي بار الكتريكي خنثي هستند در نتيجه كل بار مثبت هسته(تعداد پروتون ها) برابر و معادل كل بار منفي اطراف هسته(تعداد الكترون ها ) است.

ايزوتوپ: تعداد نوترون ها در اتم هاي مختلف يك عنصر همواره يكسان نيست و براي مشخص كردن آنها از كلمه ايزوتوپ استفاده مي كنند به طور كلي اتم هاي مختلف يك عنصر را ايزوتوپ گويند،  فردریک سودی کاشف ایزوتوپ‌ها بود.

بعضي عناصر شيميايي مانند آلومينيوم، طلا، فلوئور و فسفر فقط يك نوع اتم دارند. اما بيشتر عناصر چندين ايزوتوپ دارند مثلاَ عنصر هيدروژن 3 ايزوتوپ دارد. هيدروژن معمولي ( با عدد جرمي 1 )كه داراي يك پروتون و فاقد نوترون است. هيدروژن سنگين شامل يك پروتون و يك نوترون (عدد جرمي2) كه به آن دوتريم گويند و در نهایت تريتيم كه دو نوترون و يك پروتون(عدد جرمي 3) تشكيل شده که ناپايدار است و طي زمان تجزيه مي شود.

عدد جرمي : به مجموع تعداد پروتون ها و نوترون ها در هسته يك اتم عدد جرمي گويند.

خواص شيميايي ايزوتوپ هاي يك عنصر يكسان است زيرا تعداد پروتون و الكترون ها مساوي است. اما بعضي خواص فيزيكي ايزوتوب هاي يك عنصر، مانند وزن اتمي و چگالي آنها متفاوت است زيرا تعداد نوترون هاي آنها مساوي نيست.

عنصر اورانيوم: Uranium,u,92

يكي از عناصر شيميايي كه در جايگاه (92) با نمادU  در گروه اكتينيدها، دوره7، بلوك f با جرم حجمي Kg/m³ 19050 و سختي 6 در جدول تناوبي قرار گرفته اورانیوم است.

اورانيوم يك عنصر فلزي، سمي، براق و به رنگ سفيد مايل به نقره اي با خاصيت ضعيف راديواكتيو است مانند ساير فلزات چكش خوار و قابل مفتول شدن و رساناي جريان برق است.اين عنصر بسيار سنگين و پر چگالي، عنصري است طبيعي كه بصورت اکسید و یا نمک‌های مخلوط در مواد معدنی (مانند اورانیت یا کارونیت)   در تمام سنگ ها، آب ها و خاك به مقدار ناچيز يافت مي شود و از نظر فراوانی در میان عناصر طبیعی پوسته زمین در رده 48 قراردارد و نسبت وجود آنها در زمین برابر دو در میلیون نسبت به سایر سنگها و مواد کانی است.

اورانیوم در سال 1789 توسط مارتین کلاپروت (Martin Klaproth) شیمی دان آلمانی از نوعی اورانیت بنام پیچبلند (Pitchblende) کشف شد. واژه‌ي اورانيم از نام سياره‌ي اورانوس گرفته شد. اين سياره هشت سال پيش از اورانيم كشف شده بود.

در گذشته‌هاي بسيار دور از تركيبهاي اورانيم در ساختن شيشه‌ي رنگي استفاده مي‌كردند. مارتين كلاپروت، شيميدان آلماني، هنگامي كه درباره‌ ساختمان شيميايي يك سنگ معدن براق و سياهرنگ به نام پچبلنده تحقيق مي‌كرد، به ماده‌اي برخورد كه كاملاً ناشناخته بود او آن را اورانيم ناميد. اما كلاپروت در واقع تركيبي از اورانيم را پيدا كرده بود نه فلز خالص را. اورانيم خالص سرانجام در سال 1841 م،1220 هجري شمسي توسط اوژن پليگو، شيميدان فرانسوي، به دست آمد. کشف اشعه‌ی ایکس یا رونتگن توسط ویلهلم کونراد رونتگن در سال 1985، توجه آنتوان هانري بكرل، فيزيكدان فرانسوي را به پدیده‌ی فلوئورسانس جلب کرد.

وي مشغول تحقيق بر روي مواد داراي خاصيت فسفرسانس شد (خاصيت فسفرسانس ازجمله خواص فیزیکی مواد به شمار می رود و مواد دارای این خاصیت نور با طول موج خاصی را جذب کرده و نور با طول موج دیگری را منتشر می سازند. تابش این نور تا مدت کوتاهی پس از قطع شدن منبع نور ادامه می یابد. در ساعت ها و بعضی شب نماها از موادی با این خاصیت استفاده می شود.) آنتوان هانري بكرل متوجه شد كه تأثير نور مرئي و سنگ معدن اورانيوم(سولفات پتاسيم اورانيوم) بر روي يك فيلم عكاسي بسته بندي شده شبيه هم هستند ( بعدها مشخص شد كه سنگ معدن اورانيوم از خود پرتوهاي آلفا و گاما گسيل كرده و چون پرتوهاي گاما همان پرتوهاي X پرانرژي هستند و از جنس نور يا امواج الكترومغناطيسي اند، بنابراين اورانيوم، چنين تاثيري بر روي فيلم عكاسي بسته بندي شده وي گذاشته است) در همين حين ماري كوري خاصيت پرتوزايي را كشف كرد و با تعداد محدودي ماده پرتوزا مانند پولونيم(فلز ضعيف) و راديم(فلز قليايي خاكي) آشنا گرديد. ماری کوری نام هاي كنوني چون راديواكتيو(پرتوزا) يا راديواكتيويته (پرتوزايي) را برگزيد و منتشر ساخت. در آن زمان، اطلاعات بشر در مورد اين مواد بسيار كم بود و رادرفورد در پي اكتشافات تازه اي درمورد اين مبحث نوين وجود دو ذره گسیلی متفاوت از الکترونها را که در مورد آنها با تامسون کار کرده بود، به اثبات رساند. این ذرات پرتوهای آلفا و بتا بودند. پرتوهای آلفا همان پرتوهایی هستند که اینک هسته هلیم نامیده می شوند و پرتوهای بتا جریانی از الکترونها و پروتونها هستند که از هر منبعی رها می شود. رادرفورد با کار بر روی توریم، مفهوم نیم عمر را جا انداخت. اورانيوم طبيعي از سه ايزوتوپ U₂₃₄،U₂₃₅،U₂₃₈ تشكيل شده است. سنگ معدن استخراج شده از معادن بيشتر حاوي دو ايزوتوپU₂₃₅ , U₂₃₈ است که 3/99 درصد آن U₂₃₈و 7/0 درصد آن را ايزوتوپ   U₂₃₅تشكيل مي دهد.

اين سه ايزوتوپ راديواكتيو بوده كه نيمه عمر ايزوتوپ U₂₃₈ در حدود 5/4 ميليارد سال و پايدارترين ايزوتوپ طبيعي اروانيوم و U₂₃₅ با نيمه عمر 700 ميليون سال است.

راديواكتيو: مواد راديو اكتيو از اتم هاي ناپايداري تشكيل مي شوند و انرژي سطح بالايي به نام تابش راديو اكتيو را آزاد مي كنند. اين اتم ها نهايتاَ عناصر جديدي را تشكيل مي دهند.

 سه نوع تابش راديو اكتيو وجود دارد .

1. پرتو آلفا: از دو پروتون و دو نوترون و با بار الكتريكي مثبت تشكيل شده است كه ضعيف ترين نوع تابش راديواكتيو هستند مسير آن را مي توان با كاغذ سفيد مسدود كرد.

2. پرتو بتا: با الكترون هاي سريع، جرم ناچيز و بار الكتريكي منفي تشكيل شده است. اين ذرات قدرتمند هستند و از كاغذ عبور كرده ولي آلومينيوم آنرا مسدود مي كند .

3. پرتو گاما:( موج الكترو مغناطيسي ): از ذرات بدون جرم و بدون بار تشكيل شده و بسيار قدرتمند كه فقط با لايه ضعيفي از سرب مي توان آن را كنترل كرد.

نيمه عمر: يك ماده زماني است كه طول مي كشد تا خاصيت راديواكتيويتيه آن به نصف كاهش يابد مثلاَ نيمه عمر اورانيوم U₂₃₅  كه 700 ميليون سال است يعني 700 ميليون سال طول مي كشد تا نصف اتم هاي راديواكتيو اورانيوم 235 دچار فروپاشي شوند يا يك گرم از اتم هاي راديواكتيو به نيم گرم تقليل يابند و 700 ميليون سال ديگر طول مي كشد تا همين مقدار نيز به نصف برسد و به همين ترتيب نيمه عمر عناصر مختلف از چند ثانيه تا ميليون ها سال متغير است . فروپاشي شبكه اي از زباله هاي اتمي حاصل از نيروگاه هاي هسته اي ميليون ها سال طول مي كشد تا فرو پاشيده شود.  

خواص فيزيكي و شيميايي عنصر اورانيوم

• براي دستيابي به اطلاعات بيشتر در مورد اورانيوم و ساير عناصر جدول تناوبي به سايت زير مراجعه كنيد.

http://www.ngdir.ir/GeoLab/PGeoLabElements.asp?PID=92#Nod1                                               

 همانطور كه عنوان شد استفاده اصلي از انرژي هسته‌اي، توليد انرژي الكتريسته است. روشي بسيار ساده براي جوشاندن آب و ايجاد بخار براي راه‌اندازي توربين‌هاي مولد برق.

توليد برق به وسيله انرژي هسته اي از طريق:

1-  نيرو گاه هسته اي

 نيروگاه هسته اي: جايست كه تمامي چرخه هسته اي و در نهايت توليد برق در آن صورت مي گيرد.

چرخه سوخت هسته‌اي با تعدادي عمليات صنعتي صورت مي گيرد كه توليد الكتريسته را با اورانيوم در راكتورهاي هسته‌اي ممكن مي‌كند. اين چرخه با عنصر اورانيوم به عنوان سوخت آغاز و با انهدام پسماند هاي واكنش هاي هسته اي پايان مي يابد.

چرخه انرژي هسته اي

1- استخراج اورانيوم از معدن  Mining

سنگ معدن اورانيوم (حاوي دو ايزوتوپ U₂₃₅ به مقدار 7/0 درصد، U₂₃₈به مقدار 3/99 درصدو006/0 درصد  U₂₃₄ در طبيعت با دو روش حفاري زير زميني يا ايجاد كانال و چاله هاي باز و رو زميني استخراج مي گردد.
حفاري‌هاي روزميني در جاهايي صورت مي گيرد كه ذخاير معدني نزديك به سطح زمين و حفاري‌هاي زيرزميني براي ذخيره‌هاي معدني عميق‌تر به كار مي‌رود.  نكته قابل توجه در حفاري هاي رو زميني اين است كه اندازه گودال‌ها بايد بزرگتر از اندازه ذخيره معدني باشد و ديواره‌هاي گودال ها بايد محكم باشد تا مانع ريزش ديواره گودال گردد. در نتيجه، ميزان موادي كه بايد به بيرون از معدن انتقال داده شود تا به كانه دسترسي پيدا كند زياد است. حفاري‌هاي زيرزميني داراي خرابي و اخلال‌هاي كمتري در سطح زمين هستند و حجم موادي كه بايد براي دسترسي به سنگ معدن يا كانه به بيرون از معدن انتقال داده شوند به‌طور قابل ملاحظه‌اي كمتر از حفاري نوع روزميني است. در معادن زير زميني اورانيوم به علت خاصيت راديو اكتيويته عنصر اورانيوم و مضر بودن و خطرناك بودن تابش ها تهويه هوا باید به دقت مورد توجه قرار گیرد.

2-تبديل (فرآوري) Conversion

بعد از استخراج، سنگ معدن اورانيوم به محل آسياب كردن انتقال مي يابد كه معمولاً به معادن نزديك است. در يك آسياب ابتدا عمل خرد كردن سنگ معدن صورت مي گيرد و بعد از شستشو با اسيد سولفوريك، آلكالاين و يا پرااكسيد و ته نشين شدن اورانيوم و جدا كردن اورانيوم خالص از محلول، محصول بدست آمده را خشك  و فيلتر مي كنند، نتيجه آن اكسيد اورانيوم غليظي است كه به كيك زرد(قرص زرد) معروف است كه معمولاً با حرارت دادن به صورت اشباع شده و غليظ در استوانه اي 200 ليتري بسته بندي مي شود.

پسماند هاي  سنگ معدن كه بيشتر شامل مواد پرتوزا و سنگ معدن است در محلي معين به دور از محيط معدن، معمولاً در گودال‌هايي روي زمين نگه داري مي شوند
پس‌ماند‌هاي داراي مواد راديواكتيو، نيمه عمري طولاني وخاصيتي سمي دارند. هرچند مقدار كلي عناصر پرتوزا كمتر از سنگ معدن اصلي است و نيمه عمر آنها كوتاه خواهد بود اما اين مواد بايد از محيط زيست دور بمانند.
كيك زرد:  Yellowcakeكه به نام اورانيا Uraniaهم شناخته مي شود به اكسيد اورانيوم تلغيظ شده با فرمول  (U₃O₈ )به ميزان 90-70 درصد وزني و ساير اكسيد ها به نسبت كم اطلاق می شود. اطلاق این عنوان به ماده بدست آمده به خاطر رنگ زرد آن در مراحل اوليه كار است و تاريخچه نام نهادن اين اكسيد به گذشته بر مي گردد كه كيفيت روشهاي خالص سازي سنگ معدن مناسب نبود و ماده بدست آمده به رنگ زرد بود ولي هم اكنون ماده حاصله از خالص سازي به رنگ قهواي و يا سياه است و تنها در همان اوايل كار زرد است. 

ساير اكسيد هاي كيك زرد شامل:

• هيدرو اكسيد اورانيوم، UO₂OH₂ كه در صنايع ساخت شيشه و سراميك كاربرد دارد.

• سولفات اورانيوم،UO₂SO₄  ماده اي زرد رنگ و بي بو.

• اورانيت سديم (Na₂ (UO₃)₂ 6H₂O )  ماده اي با رنگ زرد مايل به نارنجي

• پراكسيد اورانيوم (UO₄nH₂O ) ماده اي با رنگ زرد كم رنگ

كيك زرد عموماَ براي تهيه سوخت راكتورهاي هسته اي بعد از يكسري پردازش ها بكار مي رود. اين ماده بعد از پردازش به OU₂ تبديل شده و در ميله هاي سوختي بكار برده مي شود.

مهمترين كاربرد  كيك زرد تهيه هگزا فلورايد اورانيوم است .

محلول آسياب شده اورانيوم مستقيماً قابل استفاده به‌عنوان سوخت در راكتورهاي هسته‌اي نيست. پردازش اضافي به غني‌سازي اورانيوم مربوط است كه براي تمام راكتورها لازم است.

3- غني سازي اورانيوم Enrichment

در راكتورهاي هسته اي به علت تمايل زياد  U₂₃₅به شكافته شدن زنجيره اي نسبت به U₂₃₈ به عنوان سوخت در نيروگاه هاي هسته اي (به منظورهاي صلح آميز و ساخت بمب هسته اي ) محسوب مي شود. ولي به علت وجود درصد بسيار كم اورانيوم 235 در سنگ معدن(به علت "نيمه عمر" كوتاه  و فروپاشي سريع آن، اين ايزوتوپ در طبيعت بسيار نادر است بطوري كه از هر ۱۰۰۰ اتم اورانيوم موجود در طبيعت تنها هفت اتم از نوع  U₂₃₅بوده و مابقي از نوع سنگينتر  U₂₃₈است) بايستي غني سازي اورانيوم صورت گيرد تا مقدار 7/0 درصد به 1 الي 3 درصد (براي مصارف صلح آميز) و يا بيش از 5 درصد تا حدود 90 درصد براي ساخت بمب هاي اورانيومي (مصارف نظامي) برسد. در كل مي توان گفت كه هدف اصلي از فرايند غني سازي اورانيوم افزايش  ميزان اتم هاي ايزوتوپ 235 اورانيوم است.

 غني سازي اورانيوم در شرايط تحت خلاء و به وسیله واحد هاي مختلفي صورت مي گيرد. اولين واحد، واحد خوراك دهي است: در اين واحد ابتدا اورانيوم را به نوع گازي تبديل مي كنند و راه بدست آمدن آن تبديل كردن اورانيوم به هگزا فلورايد (Hexa fluoride) است. در اين عمل اورانيوم را با اتم فلوئور (F) تركيب و به صورت ملكول اورانيوم هگزا فلورايد UF₆  درمي آورند.

ملكول هگزافلورايدUF₆

با توجه به اينكه سرعت متوسط ملكول هاي گازي يا جرم ملكولي گاز نسبت عكس دارد از اين پديده، در گذشته براي غني سازي اورانيوم استفاده مي كردند كه به اين پديده ديفوزيون گازي يا روش انتشاري  مي گفتند. در اين پديده در عمل اورانیوم ‏هگزا فلوراید طبیعی گازی شکل را از ستونهایی که جدار آنها از اجسام متخلخل ‏‏(خلل و فرج دار) درست شده است عبور می‌دهند و از آنجا كه اورانيوم 235 سبك تر از اورانيوم 238 است سريع تر حركت كرده و امكان بيشتری براي عبور از سوراخ هاي موجود در غشا را دارند. سوراخهای موجود در جسم ‏متخلخل باید قدری بیشتر از شعاع اتمی یعنی در حدود 2.5 آنگسترم  () باشد. هگزا فلورايد جامد با گرم شدن در دماي 64 درجه سانتي گراد به گاز با جرم ملكولي كمتر نسبت به جامد آن، تبديل مي گردد. براي اين منظور UF₆ جامد به کمک مخازني ويژه به واحد خوراك دهي منتقل و با تجهيزات خاصي در درون گرمكن هاي به نام اتو كلاو قرار مي گيرند. در درون اتوكلاو به اين مخازن حرارت داده مي شود و   UF₆به گاز تبديل مي گردد.

با توجه به ظرفيت پرتو زايي و خورنده بودن  UF₆  اين گاز براي ادامه مراحل غني سازي بايد به دقت جابجا شود لوله ها و پمپ ها در كارخانه مبدل به طور ويژه اي از آلياژ آلومينيوم و نيكل ساخته شده اند و گاز توليدي همچنين بايد از نفت، روغن ها و مواد چرب به جهت جلوگيري از واكنش هاي نا خواسته و برگشت ناپذير شيميايي دور نگه داشته شود.

دومين واحد در عمليات غني سازي واحد جدا سازي   UF₆گازي است.

جدا سازي اورانيوم با روش هاي انتشار (پخش) حرارتی، انتشار (پخش) گازها، روش الکترومغناطیسی، مرکز گریز گازی(سانتريفيوژ)، مرکز گریز گازی زیپه و روش‌های لیزری و شیمیایی صورت مي گيرد كه متداول ترين روش در نيروگاه هاي هسته اي اغلب كشورها دو روش سانتريفيوژ گازي و بخش گازي (ديفيوژن) است. در كشور ايران روش سانتريفيوژ گازي براي غني سازي اورانيوم متداول است.

در اين روش هگزا فلورايد تهيه شده در داخل سيلندرهاي سانتريفيوژ كه بصورت موازي در كنار هم قرار گرفته اند تزريق مي شود و بعد سيلندرها با سرعت زياد(به طور متوسط 1000 تا 1500 دور در ثانيه) به گردش در آورده مي شود، اين گردش سريع نيروي گريز از مركز بسيار قوي توليد مي كند كه باعث جدا شدن ايزوتوپ هاي سنگين با جرم حجمي بالاتر از اورانيوم 235 مي شود. يعني اورانيوم 238 با جرم ملكولي زياد از محور گردش دور مي شوند و به پائين محفظه كشيده مي شود و خارج مي گردد و برعكس اتم هاي سبك تر   U₂₃₅حول محور باقي مانده و بعد از جدا سازي از بخش مياني سيلندر جمع آوري مي شود.(از نظر وزني اورانيوم 235 فقط26/1 درصد از اورانيوم 238 سبك تر است).

در گام بعدي U₂₃₅ جمع آوري شده به سيلندر هاي گريز از مركز بعدي انتقال مي يابد. فرايند سانتريفيوژ كردن بارها با دستگاههاي  گريز از مركز كه بصورت زنجيره اي در كنار هم قرار گرفته اند انجام مي شود تا خالص ترين ميزان اورانيوم 235 بدست آيد. طي اين مراحل ميزان به مراتب بيشتري  U₂₃₅نسبت به جدا سازي در يك مرحله بدست مي آيد. سانتريفيوژ متوالي به كَس كيد (cascade) معروف است. لازم به ذكر است كه به خاطر ماهيت خورندگي هگزا فلورايد اورانيوم، تمامي اجزايي كه با اين ماده در تماسند بايد از مواد مقاوم در برابر خوردگي ساخته شوند از همين رو، مواد مناسب براي گرداننده هاي سانتريفيوژها (روتورها) شامل آلياژ هاي آلومينيوم، تيتانيم، فولاد ماراژين يا تركيباتي كه با برخي شيشه هاي خاص تقويت مي شوند، فيبرهاي كربني هستند كه در حال حاضر فولاد ماراژين متداول ترين ماده است. سانتريفيوژ با روتور آلومينيومي به نوع 1 P و سانتريفيوژ با روتور فولاد ماراژين به نوع 2P معروف است. همانطوركه گفته شد نوع 2P آن به خاطر قوي تر بودن و چرخش سریع نسبت به 1P مرسوم تر است. اين نوع سانتريفيوژ با سرعت 2 تا 3 برابر بيشتر از نوع 1P اورانيوم را غني مي كند.

فولاد مارازين(ماراجينگ): جزء فولادهاي مارتنزيتي با استحكام، پيرسختي و چقرمگي شكست بالا هستند. در اين فولادها ميزان كربن بسيار پائين (در حد ناخالصي)، ولي غلظت كبالت موجود در تركيب آن بالا است. مارازین شامل تركيباتي همچون 6- 7 درصد نيكل، 0-11 درصد كبالت، 0-5 درصد موليبدن، تيتانيم و كولومبيوم است. اين فولاد به خاطر  استحكام و مقاومت زياد، در پروسه هاي هوافضا، صنايع نظامي (ساخت بدنه و توليد كلاهك هاي هسته اي) کاربرد فراوانی دارد و به عنوان روتورهاي سانتريفوژ در نيروگاه هاي هسته اي نیز استفاده می شود.

مارتنزيتي: بطور کلی به ساختارهای بلورینی گفته می‌شود که با استحاله مارتنزیتی به وجود بیایند. اما این اصطلاح بیشتر به فاز مارتنزیت در فولادهای سخت‌شده اطلاق می‌شود. استحاله اين فلز سخت با كاهش دما و سرد كردن آن( به میزان 400 تا 500 در جه سانتي گراد) صورت مي گيرد و ساختار بلوري اين آلياژ تشكيل مي شود. (ساختاري بسيار ريز و در حد نانوساختار)

پيرسختي: با گذشت زمان سختي و استحكام فلزات افزايش مي يابد. در اين نوع فولاد ها در اثر سرد كردن سريع و تغيير شكل در ساختار نوعي پيري كرنشي به وجود مي آيد يعني ديگر قابليت انعطاف پذيري ندارند و در گذر زمان به علت نفوذ عناصري همچون كربن و نيتروژن به اين آلياژ و رسوب كردن آنها به سختي اين فولاد افزوده مي شود.

چقرمگي: مقاومت ماده در مقابل شکست است. چقرمگی یک حسن محسوب می شود هر چه ماده ای داراي چقرمگی بیشتري باشد انرژی بیشتری برای شکست لازم دارد. همانطور كه گفته شد در اثر پيرسختي در اين فلزات بر ميزان چقرمگي افزوده مي شود.

آنچه كه پس از جداسازي اورانيوم 235 باقي مي ماند به نام اورانيوم خالي يا فقيرشده شناخته مي شود كه عمدتاَ از اورانيوم 238 تشكيل شده است. اورانيوم خالي، فلز بسيار سنگيني است كه اندكي خاصيت راديو اكتيويته دارد و از آن براي ساخت گلوله هاي توپ ضد زره پوش و اجزاي برخي سلاح هاي جنگي ديگر از جمله منعكس كننده نوتروني در بمب اتمي استفاده مي شود.

آنچه كه پس از جداسازي اورانيوم 235 باقي مي ماند به نام اورانيوم خالي يا فقيرشده شناخته مي شود كه عمدتاَ از اورانيوم 238 تشكيل شده است. اورانيوم خالي، فلز بسيار سنگيني است كه اندكي خاصيت راديو اكتيويته دارد و از آن براي ساخت گلوله هاي توپ ضد زره پوش و اجزاي برخي سلاح هاي جنگي ديگر از جمله منعكس كننده نوتروني در بمب اتمي استفاده مي شود.

كاربردهاي اورانيوم غني سازي شده

در مصارف صلح آميز انرژي هسته اي، از اورانيوم غني سازي شده ( با تلخيص در حدود 1الي 3 درصدي ) به عنوان سوخت در راكتورهاي هسته اي نيروگاه ها براي توليد برق و ساير مصارف استفاده می شود. در ادامه مطلب چگونگي توليد برق با انرژی هسته ای و ساير كاربردها توضيح داده خواهد شد.

مصرف ديگر اورانيوم غني سازي شده با تلخيص سازي تا حدود 90 درصد براي مصارف نظامي و تهيه بمب هاي اورانيومي است. البته در صنايع نظامي ديگر از بمب اورانيومي استفاده نمي شود و بمب هاي اتمي را از پلوتونيوم 239 كه سنتز و تلخيص شيميايي آن بسيار ساده تر است تهيه مي کنند.

وضعيت غني سازي اورانيوم در ايران

 بنا به گفته آقاي رضا آقازاده، رييس سازمان انرژي اتمي ايران  در حال حاضر در تأسيسات غني سازي اورانيوم نطنز، سه هزار دستگاه سانتريفيوژ مشغول به كارند و تا 5 سال آينده نيز راه اندازي50 هزار دستگاه سانتريفيوژ برنامه ريزي شده است. وي همچنين اينگونه عنوان كرد: ما در نطنز براي  50 هزار سانتريفيوژ سرمايه گذاري و برنامه ريزي کرده ايم يعني زير بناهايي که درست شده، تجهيزات تصفيه هوا، برق و تهويه هواي تازه و همه آن ملزوماتي که براي پشتيباني اين صنعت وجود دارد، براي تعداد  50هزار عدد طراحي و ايجاد شده است.

به کار بردن در راکتور Reactor

وسيله اي كه در آن واكنش شكافت هسته اي ( هسته اورانيوم 235) كنترل مي شود راكتور نام دارد. راكتور ها نيز داراي كاربرد هاي كاملا دو گانه اي هستند. يعني هم در مصارف صلح آميز و هم در دستيابي به تسليحات اتمي كاربرد دارد.

انواع راكتور

1- براساس نوع فرآیند شکافت  به:راکتورهای حرارتی( ریع ، میانی و ، واسطه)

2- براساس مصرف سوخت به:( راکتورهای سوزاننده ، مبدل و زاینده)  

3- بر اساس نوع سوخت به: ( راکتورهای اورانیوم طبیعی ، راکتورهای اورانیوم غنی شده با  U₂₃₅ راکتور مخلوطی (Be

4  -  براساس خنک کننده به: ( راکتورهای  ,  CO₂فلز مايع و آب )

5 - براساس فاز سوخت کندکننده‌ها به:)  راکتورهای همگن ، ناهمگن(  

6 - براساس کاربرد به:) راکتورهای قدرت ، تولید نوکلید و تحقیقاتی(

تقسیم می شود.

كاربرد راكتورهاي هسته اي

 انواع مختلف راكتورها كاربردهاي گوناگوني دارند، برخی از آنها در تحقیقات، بعضی از آنها برای تولید رادیو ایزتوپهای پرانرژی، برخی برای راندن کشتیها و برخی برای تولید برق به کار می‌روند.

دو گروه اصلی راکتورهای هسته‌ای براساس تقسیم بندی کاربرد آنها، راکتورهای قدرت و راکتورهای تحقیقاتی هستند. راکتورهای قدرت مولد برق بوده و راکتورهای تحقیقاتی برای تحقیقات هسته‌ای پایه، مطالعات کاربردی تجزیه‌ای و تولید ایزوتوپها مورد استفاده قرار می گیرند.

دراين مقاله بر حسب اهميت توليد برق از طريق اين فناوري به توضيح درباره راكتورهاي قدرت و چگونگي عملكرد آنها مي پردازيم.

ساختمان راکتور

انواع مختلف راکتور‌ها، از اجزای یکسانی تشکیل شده‌اند. این اجزا شامل سوخت، پوشش(غلاف) برای سوخت، کند کننده سرعت نوترونهای حاصله از شکافت، خنک کننده‌ای برای حمل انرژی گرمايي حاصله از فرآیند شکافت و ماده کنترل کننده، برای کنترل نمودن میزان شکافت است.

سوخت هسته‌ای

سوخت راکتورهای هسته‌ای باید به گونه‌ای باشد تا بتوان به راحتي با نوترون آن را شكافت. ايزوتوپ اتم هاي مختلفي مانند: ²³³U ، ²³⁵U ، ²³⁸U ،   ²³⁹Pu  به عنوان سوخت در راكتورهاي هسته اي به كار برده مي شود و همانطور که گفته شد راكتورها براساس انواع سوخت دسته بندي مي شوند. برخی از این ايزوتوپ ها برای شکافت حاصل از نوترونهای حرارتی و برخی برای شکافت حاصل از نوترونهای سریع هستند. تفاوت بین سوخت یک خاصیت در دسته‌بندی راکتورها است.

در کنار قابلیت شکافت، سوخت بکار رفته در راکتور هسته‌ای باید داراي ويژگي هاي زير باشد: این سوخت باید از نظر مکانیکی قوی، از نظر شیمیایی پایدار و در مقابل تخریب تشعشعی مقاوم باشد، تا تحت تاثیر تغییرات فیزیکی و شیمیایی محیط راکتور قرار نگیرد. هدایت حرارتی ماده باید بالا باشد تا بتواند حرارت را خیلی راحت جابجا کند. همچنین امکان بدست آوردن، ساخت راحت، هزینه نسبتاً پایین و خطرناک نبودن از نظر شیمیایی از دیگر فایده‌های سوخت است.

غلاف سوخت راکتور

سوختهای هسته‌ای  به دلايل محافظت از خوردگي و جلوگيري از گسترش محصولات حاصل از شكافت، مستقیما در داخل راکتور قرار داده نمی‌شوند، بلکه همواره بصورت پوشیده مورد استفاده قرار می‌گیرند. این غلاف می‌تواند پشتیبان ساختاری سوخت بوده و در انتقال حرارت به آن کمک کند. ماده غلاف همانند خود سوخت باید دارای خواص خوب حرارتی و مکانیکی بوده و از نظر شیمیایی نبايد با سوخت و مواد محيط اطراف خود برهمکنش داشته باشد. همچنین لازم است غلاف دارای سطح مقطع پایینی نسبت به بر همکنشهای هسته‌ای حاصل از نوترون بوده و در مقابل تشعشع مقاوم باشد.

مواد کندکننده

کندکننده ماده‌ای است که برای کند یا حرارتی کردن نوترونهای سریع بکار می‌رود. هسته‌هایی که دارای جرمی نزدیک به جرم نوترون هستند بهترین کندکننده محسوب می شوند. کندکننده برای آنکه بتواند در راکتور مورد استفاده قرار گیرد بایستی سطح مقطع جذبی پایینی نسبت به نوترون باشد. با توجه به خواص اشاره شده برای کندکننده، چند ماده هستند که می‌توان از آنها به عنوان کندکننده استفاده کرد. هیدروژن، دوتریم، بریلیوم و کربن چند نمونه از کندکننده‌هاست. از آنجا که بریلیوم سمی است، این ماده خیلی کم به عنوان کند کننده در راکتور مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین ایزوتوپهای هیدروژن ، به شکل آب و آب سنگین و کربن، به شکل گرافیت به عنوان مواد کندکننده استفاده می‌شوند.

خنک کننده‌ها

انرژي گرمای حاصل از شکافت در محیط راکتور باید از سوخت زدوده شود و یا در نهایت این گرما به قدری زیاد شود که میله‌های سوخت را ذوب کند. حرارت گرفته شده از سوخت در راكتور هاي قدرت برای تولید برق بکار رود. از ویژگیهایی که ماده خنک کننده باید داشته باشد، اينست كه: هدایت حرارتی آن بايد به گونه اي باشد تا بتواند در انتقال حرارت  مؤثر باشد. همچنین پایداری شیمیایی در برابر واكنش و برهمكنش با محيط اطراف خود و سطح مقطع جذب پایین‌تر از نوترون دو خاصیت عمده ماده خنک کننده است. نکته دیگری که باید به آن اشاره شود این است که این ماده نباید در اثر واکنشهای گاما دهنده رادیواکتیو شود.از گازهای دی اکسید کربن و هلیوم( هلیوم ایده‌آل است ولی پر هزینه بوده و تهیه مقادیر زیاد آن مشکل است)، مایعاتي مانند آب، آب سنگین و فلزات مايع به عنوان خنك كننده در راكتور هاي هسته اي استفاده مي شود. نكته قابل توجه اينست كه: به علت اينكه برای جلوگیری از جوشیدن آب فشار زیادی لازم است، خنک کننده ایده‌آلی محسوب نمي شود.

 مواد کنترل کننده شکافت

برای كنترل فرآیند و یا متوقف کردن یک سیستم شکافت پس از شروع، بايد از موادي استفاده شود که بتوانند نوترونهای اضافی را جذب کنند. مواد جاذب نوترون برخلاف مواد دیگر مورد استفاده در محیط راکتور باید سطح مقطع جذب بالایی نسبت به نوترون داشته باشند. مواد زیادی وجود دارند که سطح مقطع جذب آنها نسبت به نوترون بالاست، ولی ماده مورد استفاده باید دارای چند خاصیت مکانیکی و شیمیایی باشد که برای این کار مفید واقع شود.

*راكتور هاي قدرت با سوخت اورانيوم غني شده U₂₃₅ :

راکتورهاي هسته اي قدرت، وظيفه توليد انرژي را به عهده دارند. انرژي  گرمايي آزادشده از شكافت هسته اورانيوم در راكتور قدرت تحت كنترل درمي آيد و از اين گرما به منظور گرم كردن آب و بخار شدن استفاده مي كنند. بخار حاصله به توربين دميده مي شود و آن را به گردش درمي آورد و در نهايت با چرخش توربين  انرژي الکتريکي توليد مي شود. استفاده هاي ديگر راكتور قدرت شامل توليد گرماي مورد نياز براي فرآيندهاي صنعتي، نمک زدايي(شيرين سازي) آب دريا، حرکت کشتي ها و مخصوصاً در زير دريايي هاست.

چگونگي عملكرد راكتورها

در اكثر نيروگاه هاي هسته اي اورانيوم غني شده را ابتدا به صورت سكه هاي كه پليت ناميده مي شود درمي آورند بعد پليت ها را به صورت ميله هاي كه باندل ناميده مي شوند درون يك محفظه عايق و سنگين تحت فشار قرار مي دهند. در مرحله بعد باندل را جهت خنك نگه داشتن درون آب يا فلز مايع و يا گاز دي اكسيدكربن قرار مي دهند. سپس باندل ها عايق بندي شده همراه ماده خنك كننده درون قلب راكتور قرار داده مي شود.

برای عمل‌کردن راکتور و ايجاد گرما بواسطه‌ی فيزيون (شکافت) هسته‌ اي اورانيوم بايد به اندازه‌ی کافی غنی‌شده باشد، تا اجازه بدهد که زنجيره‌ی واکنش‌های پشت ‌سر هم اتفاق بيفتد. تنظيم اين فرآيند و اجازه‌ی عمل به دستگاه هسته‌ای، به وسيله‌ی ميله‌هايی که در هسته‌ی راکتور وجود دارد کنترل می‌شود. اين ميله‌ها از ماده‌ای بادوام و مقاوم ساخته می‌شوند، به‌عنوان نمونه، فلز کاديم که نوترون‌ها را در راکتور جذب می‌کند.

تعدادی نوترون واسطه می‌شود تا زنجيره‌ی فعل ‌و انفعالات پیاپی در راکتور هسته‌ای آغاز ‌شود، و شکافت هسته‌ای را به آهستگی پيش برد. براي اين كار با شليك  نوترون کند(با انرژی مشخص و سرعت مورد نظر ) بر روی باندل U₂₃₅ ، اين ايزوتوپ به U₂₃₆  تحریک شده، تبدیل می‌شود. كه بسيار ناپايدار بوده و به سرعت مي شكند و هسته به دو تكه تقسيم مي شود، تکه‌ها در اثر نیروی دافعه الکتریکی خیلی سریع از هم فاصله گرفته و انرژی جنبشی فوق العاده‌ای پیدا می‌کنند. در کنار این تکه‌ها ذراتي مانند باريوم، كريپتون، 3 تا نوترون تند و اشعه‌های گاما و بتا تولید می‌شود. انرژی جنبشی تکه‌ها و انرژی ذرات و پرتوهای بوجود آمده، در اثر برهمکنش ذرات با مواد اطراف و شكست هاي متوالي و زنجيره اي در راكتور، انرژی گرمایی توليد می کند. مثلا در واکنش هسته‌ای که طی آن  U₂₃₅ به دو تکه تبدیل می‌شود و انرژی کلی معادل با ( 117-200(MeV  را آزاد می‌کند. این مقدار انرژی می‌تواند حدود 20 میلیارد کیلوگالری گرما را در ازای هر کیلوگرم سوخت تولید کند. این مقدار گرما 2800000 بار بزرگتر از حدود 7000 کیلوگالری گرمایی است که از سوختن هر کیلوگرم زغال سنگ حاصل می‌شود.

                                                    راكتور هسته اي

     لازم به ذکر است در راکتورهای هسته‌ای که با نوترون کار می‌کند، طبق واکنشهای به عمل آمده 2 الی3 نوترون سریع تولید می‌شود. این نوترونهای سریع، باید توسط مواد كندكننده، کند شوند وگرنه خود راكتور همانند يك بمب عمل كرده و با شكست هاي زنجيره اي متوالي، و توليد انرژي بسيار زيادي حالت انفجار به خود می گیرد كه مي تواند فاجعه عظيمي به بار آورد. به عنوان مثال مي توان به حادثه چرنوبيل وتري مايل اشاره كرد.

حادثه تری مایل آیلند در سال (1979) تا پیش از وقوع فاجعه چرنوبیل ، مشهورترین حادثه در تاریخ نیروی هسته‌ای به شمار می‌رفت. نیروگاه مورد بحث از نوع رآکتور آب تحت فشار با قدرت 900 مگاواتی بود.

در سال 1986، متصدیان قسمت چهار راكتور RBMK در نيروگاه هسته‌اي چرنوبيل شوروي سابق، در جريان يك آزمايش سیستم ایمنی، کندکننده‌های نوترون را از آن خارج کردند که نتیجه آن راکتوری بدون کندکننده مناسب و از کنترل خارج شدن آن بود. بدون توانایی در کنترل رآکتور، دمای آن به حدی رسید که بیشتر از حرارت خروجی طرح ریزی شده بود و كنترل راكتور از دسترس خارج شد و انفجار عظيمي را در ساختمان راكتور ايجاد كرد. قسمتي از ساختمان تخريب شد و مقدار زيادي پرتو در آن ناحيه آزاد شد راكتورهاي RBMK در آن زمان، به سيستم نگهدارنده مجهز نبودند. اين سيستم در واقع يك گنبد ساخته شده از سيمان و فولاد است كه علاوه بر سقف راكتور روي آن قرار مي‌گيرد و باعث مي‌شود تا در صورت بروز چنين حادثه‌اي پرتوها داخل راكتور بمانند و در فضاي خارج پخش نشوند. با گذشت زمان، عناصر راديواكتيوي مثل پلوتونيوم، يد، استرانتيوم و سزيوم در كل منطقه پخش شد. علاوه بر اين بلوك‌هاي گرانيتي كه به‌عنوان متعادل نگهدارنده در RBML نگهداري مي‌شوند با ورود هوا به راكتور و گرماي ناشي از انفجار آتش گرفتند كه اين موضوع موجب تابش پرتوهاي موجود در مركز راكتور به بيرون شد. انفجار اوليه منجر به مرگ دو نفر از كارگران منجر شد اما 28 آتش‌نشان و كارگراني كه راكتور را تميز كردند تنها در فاصله سه ماه بعد از انفجار به دليل بيماري‌هاي ناشي از پرتوهاي راديواكتيو و ايست قلبي جان سپردند. البته تعداد زیادی از کارکنان تأسیسات در عرض چند ساعت نشانه‌های دریافت تشعشع رادیو اکتیو را نشان دادند.

بعد از حادثه، حداقل 1800 مورد سرطان تيروئيد كودكان در بين جوانان 14-0 ساله گزارش شد. اين ميزان سرطان تيروئيد خيلي‌ بيشتر از ميزان طبيعي آن است.
 گرماي حاصل از واکنش هسته‌ای در محیط راکتور  مهار شده و پس از خنک سازی کافی با روش مناسبی به خارج از محيط راكتور منتقل می‌شود. گرمای حاصله آبی را که در مرحله خنک سازی به عنوان خنک کننده بکار می‌رود به بخار  تبدیل می‌کند. بخار آب تولید شده، همانند آنچه در تولید برق از زغال سنگ، نفت یا گاز متداول است، به سوی توربین فرستاده می‌شود تا با راه اندازی مولد، توان الکتریکی مورد نیاز را تولید کند. در واقع راکتور همراه با مولد بخار، جانشین دیگ بخار در نیروگاه‌های معمولی شده است.

بازفرآوری Reprocessing

يكي از معايب عمده انرژي هسته اي، زباله ها و پس ماندهای حاصل از توليد آن است كه هزاران سال در محیط زیست باقی مانده و برای سلامت موجودات زنده بسیار خطرناک است. براي مثال يك راكتور معمولي در سال حدود 60 تن زباله اتمي توليد مي كند كه يك تن آن به شدت پرتوزا است.  با وجود این پس از مقایسه آماری بین خطرات همه انواع انرژی، انرژی هسته‌ای جزو بهترین گزینه های موجود به شمار می‌ رود.

باز فرآوري عملياتي است شيميايي، براي جدا سازي سوخت كاركردي از زباله هاي اتمي. بعد از استفاده از اورانيوم براي توليد انرژي در راكتور هسته اي اين سوخت ديگر قابل استفاده نیست و بايد با روش هاي خاصي بازيافت و مواد زائد آن دفن شود، اما اين كار به دليل تشعشع زياد ميله هاي سوختي به راحتي صورت نمي گيرد.

ميله سوختي را معمولاً براي سرد شدن اوليه در حوضچه هاي قرار مي دهند كه علاوه بر سرد شدن اين ميله ها از ميزان تشعشع آن ها نيز كاسته مي شود.

در مرحله بعد ميله ها را خرد كرده و درون ظرفي حاوي اسيد نيتريك قرار مي دهند غلاف بيروني فلزي اين ميله ها در اسيد حل شده و از بين مي رود و محصولات بدست آمده از اين روش 96 درصد اورانيوم، 3 درصد زباله هاي اتمي كه به شدت راديواكتيو بوده و درنهايت 1 درصد پلوتونيوم است. اورانيوم و پلوتونيوم بازيافت شده به ابتداي چرخه سوخت باز مي گردند تا از آنها استفاده شود و مازاد مواد دفن مي گردند .

دفن مواد زائد اتمي ( زباله هاي اتمي ):

مواد زائد اتمی به دلیل تشعشعاتی که دارند باید به طور خاصي تحت نظر باشند و طی مراحل پیچیده از محیط دور شده و دفن شوند. امروزه تلاش بر اين است كه اين زباله ها با كمترين آسيب به طبيعت نابود شوند.
اين مواد اغلب  پس از استفاده از مواد رادیواکتیو در نیروگاه ها، مصارف پزشکی و صنعتی و ... تولید می شوند که معمولآ آنها را با توجه به میزان تشعشع به سه دسته تقسیم می کنند. این تقسیم بندی بر اساس قوانین بین المللی صورت گرفته و برای هر کدام از آنها شرایط ویژه جمع آوری و دفن در نظرگرفته شده است.

1. سطح پايين( Low-Leve): اين مواد كم خطرترین مواد رادیواکتیو هستند که مدت زمان بسیار کوتاهی توانایی تشعشع دارند. این نوع از زباله ها نیازی به محافظت های مخصوص Shield) کردن) ندارند، اما آنگونه هم نیستند که مانند زباله های عادی با آنها برخورد شود. آنها معمولآ سوزانده و در عمق کم دریا یا خشکی دفن می شوند.

2. سطح متوسط :( Intermediate-Leve) این دسته از زباله ها شامل موادی مانند پسابهای شیمیایی، روکش فلزی سوختها و بسیاری از مواد زائد نیروگاههای اتمی هستند. این نوع مواد دارای عمر کوتاه تشعشع هستند اما لازم است که با پوشش های مخصوص محافظت یا Shield شوند، چرا که در عمر محدود خود، تشعشع قابل توجهی دارند، لذا این مواد را معمولآ در میان بلوک های بتون قرار می دهند و در مکانهای مخصوص انبار می کنند.

3.  سطح بالا( High-Leve):  اين زباله ها دقیقآ تفاله های سوخت هسته ای در راکتورها هستند، که شرایط نگهداری بسیار سخت تر و پرهزینه تری دارند. آنها باید با پوشش های مخصوص، محافظت یا Shield شوند و سپس در دماهای زیر صفر در انبارهایی در عمق حد اقل 1.5 کیلومتری زمین نگهداری شوند.

- از طريق، پیل برق هسته ای :

پیل هسته ای یا اتمی دستگاه تبدیل کننده انرژی اتمی به جریان برق مستقیم(DC) است. ساده ترین پیل ها شامل دو صفحه است. یک پخش کننده بتای خالص مثل استرنیوم 90 و یک هادی مثل سیلسیوم.

جریان الکترون های سریعی که با استرنیوم منتشر می شود از میان نیمه هادی عبور کرده و در حین عبور تعداد زیادی الکترون اضافی را از نیمه هادی جدا می‌کند که صدها هزار مرتبه زیادتر از جریان الکتریکی حاصل از ایزوتوپ رادیواکتیو استرنیوم 90 است.

تعداد نيرو گاه هاي هسته اي جهان

به گزارش ایرنا به نقل از ان.اچ.کی، بنابر اعلام سازمان همکاری اقتصادی و توسعه، هم اکنون ‪ 439 نیروگاه هسته ای در جهان وجود دارد، اما پیش بینی می شود که این میزان تا سال ‪ 2050 میلادی تا سطح یک هزار و  400 مرکز افزایش یابد.

سهم برق هسته‌ای در تولید برق کشورها

کشور انگليس تا سال 1965 پیشرو در ساخت نیروگاه اتمی بود پس از آن تاریخ  ساخت نیروگاه اتمی در این کشور کاهش یافت اما برعکس آمریکا روز به روز بر پيشرفت خود در اين زمينه مي افزود به طوري كه تا اواخر دهه 1960 تنها 17 نیروگاه اتمی داشت، در طي سال هاي 1970 تا 1980 بیش از 90 نیروگاه اتمی دیگر ساخت. اين بدان علت بود كه هزینه تولید برق هسته‌ای در مقایسه با تولید برق از منابع دیگر انرژی در آمریکا خيلي ارزانتر بود.

در حال حاضر كشور  فرانسه با داشتن سهم 75 درصدی برق هسته‌ای از کل تولید برق خود در صدر کشورهای جهان قرار دارد. پس از آن به ترتیب لیتوانی (73 درصد ( ، بلژیک (57 درصد) ، بلغارستان و اسلواکی (47 درصد) ،سوئد (48.6 درصد) و بريتانيا (22 درصد) در مقام های بعدی قرار دارند.ايالات متحده آمریکا نیز حدود 16 درصد از تولید برق خود را به برق هسته‌ای اختصاص داده است. گرچه ساخت نیروگاههای هسته‌ای و تولید برق هسته‌ای در جهان از رشد انفجاری اواخر دهه 1960 تا اواسط 1980 فاصله گرفته است اما کشورهای مختلف همچنان درصدد تأمین انرژی مورد نیاز خود از طریق انرژی هسته‌ای هستند.

همانطور كه قبلا ذكر شد در صورت راه اندازي نيروگاه بوشهر سهم برق اتمي توليدي ايران به 1000 مگاوات در سال خواهد رسيد.

استفاده غير منطقي از انرژي هسته اي

بمب هاي هسته اي

این نوع بمبها تاکنون قویترین و مخربترین بمبهاي جهان محسوب می‌شوند. دارندگان این نوع بمبها در شمار قدرتهای هسته‌ای جهان محسوب می‌شود. بمب اتمی در اصل یک راکتور هسته‌ای ‌کنترل نشده است که در آن یک واکنش هسته‌ای بسیار وسیع در مدت یک میلیونیم ثانیه در سراسر ماده صورت می‌گیرد. بنابراین، این واکنش با راکتور هسته‌ای کنترل شده تفاوت دارد. در راکتور هسته‌ای کنترل شده، شرایط به گونه‌ای سامان یافته است که انرژی حاصل از شکافت بسیار کندتر و با سرعت ثابت رها می‌شود. در این راکتور ، ماده شکافت پذیر به گونه‌ای با مواد دیگر آمیخته می‌شود که به طور متوسط، فقط یک نوترون گسیل یافته از عمل شکافت موجب شکافت هسته دیگر می‌شود، و واکنش زنجیری به این طریق تداوم خود را حفظ می‌کند. اما در یک بمب اتمی، ماده شکافت‌ پذیر خالص است، یعنی یک متعادل کننده آمیخته نیست و طراحی آن به گونه‌ای است که تقریبا تمام نوترونهای گسیل یافته از هر شکافت می‌تواند در هسته‌های دیگر شکافت ایجاد کند.

تاريخچه

پس از كشف نيروي هسته اي، بعضي از قدرتمندان جهان از آن استفاده هاي نامناسبي كردند. نخستين بمب اتمي در سال 1855. م. در نيومكزيكو آزمايش شد، اكنون بيش از 27 هزار بمب اتمي در جهان وجود دارد كه بيشتر آن در اختيار آمريكا، روسيه و اسرائیل است. ايالات متحده آمريكا در دهه 1940 به ساخت سلاح هاي اتمي پرداخت و در جنگ جهاني دوم، بدون هشدار قبلي شهرهاي هيروشيما وناكازاكي ژاپن را بمباران اتمي كرد و در كمتر از يك دقيقه بيش از 100 هزار نفر را قتل عام كرد.آثار اين فاجعه تا ده ها سال در منطقه روي نسل ها، باقي مانده است.

بمبهای هسته‌ای به دو شکل ساخته می‌شوند. بمبهای شکافتی (اتمی) و بمبهای همجوشی (هیدروژنی). سوخت در یک بمب شکافتی شامل U₂₃₅  و  PU₂₃₉ تقریبا خالص است که هر دو هسته‌های شکافت پذیری دارند. یک تکه کوچک از چنین ماده‌ای نمی‌تواند منفجر شود، زیرا تعداد بسیار زیادی از نوترونها فرار می‌کنند. ولی در یک جرم به قدر کافی بزرگ (بحرانی) واکنش زنجیره‌ای صورت می‌گیرد. یک نوترون اولیه اتفاقی باعث شروع شکافت خواهد شد.

  همجوشی وقتی رخ می‌دهد که دو هسته سبک را آنقدر به هم نزدیک کنیم که در حوزه عمل جاذبه متقابل نیروی هسته‌ای قوی قرار گیرند. از آن به بعد به شدت همدیگر را جذب می‌کنند و اتمی سنگینتر تولید می‌کنند و مقداری انرژی آزاد می‌کنند.

همجوشی را می‌توان در محیط پلاسمایی بوجود آورد و این کار اخیراً با لیزر هم انجام می شود. در این همجوشی قرصهای کوچکی از دوتریم و تریتیم) ايزوتوپ هاي هیدروژن (را با فوجهای لیزری پر قدرت گرم می‌کنند. اگر توان لیزرها کم باشد انفجارهای ضعیفی در این قرصهای کوچک رخ می‌دهد. اما اگر قدرت بالا باشد و در زمان کوتاه اثر کند همجوشی رخ می‌دهد. توان این نوع لیزرها بیش از توان نیروی برق آمریکاست، پس تهیه‌اش بسیار سخت است.

بمب اورانيومي

 هدف از طراحي  بمبهاى هسته‌اى رسیدن به یک جرم فوق بحراني(از اورانيوم و پلوتونيوم) است تا  بتواند طي یک سرى واکنشهاى زنجیره‌اى كنترل شده منجر به  تولید حجم بالایى از حرارت ‌شود. در ساده‌ترین نوع طراحى( تفنگي) این بمبها، یک جرم زیر بحرانى کوچکتر به جرم بزرگترى شلیک مى‌شود و در اثر برخورد اين دو قطعه، جرم ایجاد شده باعث ایجاد یک جرم فوق بحرانى و به تبع آن یک سرى واکنشهاى زنجیره‌اى و یک انفجار هسته‌اى مى‌شود. کل این فرآیند در کمتر از یک دقیقه رخ مى‌دهد. برای ساخت سوخت یک بمب اورانیومى هگزافلوئورید، اورانیوم فوق غنى شده در ابتدا به اکسید اورانیوم و سپس به شمش فلزى اورانیوم تبدیل مى‌شود. در حال حاضر بمب هاي اورانيومي كاربرد چنداني در مصارف نظامي ندارد و بيشتر از بمب هاي پلوتونيومي و هيدروژني استفاده مي كنند.

بمب پلوتونيومي

پلوتونيوم برای استفاده در ساخت تسليحات هسته‌ای، به چند دليل نسبت به اورانيوم برتری دارد:

 تنها حدود 4 کيلوگرم پلوتونيوم برای ساخت يک بمب اتمی نياز است. نيروی چنين بمبی در حدود 20 هزار تن ماده‌ی انفجاری است. برای توليد 12 کيلوگرم پلوتونيوم در هر سال، تنها يک تأسيسات کوچک بازفرآوری نياز است.

PU₂₃₉  را در نیروگاههای بسیار قوی می‌سازند که تعداد نوترونهای ‏موجود در آنها از صدها هزار میلیارد نوترون در ثانیه در سانتیمتر مربع تجاوز ‏می‌کند. عملاً کلیه بمبهای اتمی موجود در زراد خانه‌های جهان از این عنصر ‏درست می‌شود.‏ روش ساخت این عنصر در داخل نیروگاههای هسته‌ای به این صورت که ‏ایزوتوپهای ²³⁸U شکست پذیر نیستند، ولی جاذب نوترون کم انرژی هستند.

تعدادی از نوترونهای حاصل از شکست²³⁵U را  با کند کننده هایی از جمله گرافیت ، آب معمولی یا ‏آب سنگین یا مواد دیگر به ميزان  (1 تا 10)  الكترون ولت کند مي كنند، هسته اورانیوم 238 چنین نوترون ‏های آهسته ای را جذب می کند‏ و تبدیل به U₂₃₉ می‌شوند. این ایزوتوپ از اورانیوم بسیار ‏ناپایدار است و در کمتر از ده ساعت تمام اتمهای بوجود آمده تخریب ‏می‌شوند. در درون هسته پایدار U₂₃₉  یکی از نوترونها خود به خود به ‏پروتون و یک الکترون تبدیل می‌شود. بنابراین تعداد پروتونها یکی اضافه شده و عنصر جدید را که 93 پروتون دارد ‏نپتونیوم می‌نامند که این عنصر نیز ناپایدار است و یکی از نوترونهای آن خود به ‏خود به پروتون تبدیل شده و در نتیجه به تعداد پروتونها یکی اضافه شده و عنصر ‏جدید پلوتونیوم را که 94 پروتون دارد و داراي نيمه عمر 4/24 سال است ایجاد می‌کنند. اين يك واكنش هسته اي بسيار سريع است كه به شکل زنجيره اي صورت مي گيرد و انرژي حاصل از آن به صورت كنترل نشده و انفجاري عمل مي كند.

كلاهك هسته اي شامل گوي پلوتونيومي است كه اطراف آنرا پوسته اي موسوم به منعكس كننده نوتروني فرا گرفته است. اين پوسته كه معمولا از تركيب بريليوم و پلونيوم ساخته ميشود، نوترونهاي آزادي را كه از فرايند شكافت هسته اي به بيرون ميگريزند، به داخل اين فرايند بازمي تاباند.

استفاده از منعكس كننده نوتروني عملا جرم بحراني را كاهش مي دهد و باعث مي شود براي ايجاد واكنش زنجيره اي مداوم به پلوتونيوم كمتري نياز باشد.

چنين بمب پلوتونيومي مي تواند با قدرتي معادل ۱۰۰ تن تي ان تي منفجر شود، يعني ۲۰ مرتبه قويتر از قدرتمندترين بمب گزاري تروريستي كه تاكنون در جهان رخ داده است.

بمب هيدروژني

گداخت هسته ای، بنیاد اصلی بمب هیدروژنی را تشکیل می دهد. همان طور که از شکافته شدن هسته های سنگین مقدار عظیمی انرژی حاصل می شود، از پیوند هسته های سبک نیز انرژی بیشتری به دست می آید. در هر یک از دو حالت هسته هایی با جرم متوسط تشکیل می گردد که جرم آنها کمتر از جرم اولیه ای است که برای تشکیل آنها به کار رفته است. در روش شکافتن ، ماده اولیه منحصر به اورانیوم و توریم است در حالی که در روش پیوند هسته ای از هر اتم سبکی مثل اتم هیدروژن می توان استفاده نمود.

هیدروژن موجود در تمامی آبهای اقیانوس ها یکی از مواد اولیه روش پیوند هسته ها را تشکیل می دهد. هیدروژن سنگین که نسبت به هیدروژن معمولی فوق العاده نایاب است (يعني  در هر 6400 اتم هیدروژن، فقط یک اتم آن هیدروژن سنگین می باشد) بنابرین مقدار هیدروژن موجود در اقیانوس ها بسیار کافی است.

برای وقوع گداخت هسته اي دو اتم دوتريم و ترتيتم را به شدت به هم شليك مي كنند، تا به هم برخورد کنند و به یکدیگر بپيوندند و اتم هليوم را تشكيل دهند. اين پيوند با آزاد سازي انرژي زيادي همراه است. نكته قابل توجه اينست كه دافعه الکترواستاتیکی هسته، مانع بزرگی در پيوند هسته دو اتم است. در فواصل بی نهایت نزدیک این دافعه فوق العاده زیاد است. البته راه حل ساده اين است كه به هسته ها آنقدر سرعت دهیم که از این مانع رد شوند. می دانیم که سرعت ذرات در هر گازی بستگی به درجه حرارت آن گاز دارد. پس کافی است درجه حرارت را آنقدر بالا ببریم تا سرعت لازم برای عبور از این مانع به دست آید .

درجه حرارت لازم برای این کار چندین میلیون درجه سانتی گراد است و چنین حرارتی در کره زمین وجود ندارد. اما اگر یک بمب اتمی حاصل از عمل فيزيون (شكافت هسته اي ) در وسط توده ای از هسته های سبک منفجر شود، انرژي گرمايي  فوق العاده ای که از انفجار(فيزيون هسته اي ) بمب حاصل می شود، حرارت هسته های سبک را به قدری بالا می برد که پیوند آنها را امکان پذیر سازد. این موضوع اساس ساختمان بمب حرارتی است.

بعد از انفجار یک بمب اتمی معمولی ، عمل سرد شدن به سرعت انجام می گیرد. بنابرین ، باید فعل و انفعالاتی را در نظر گرفت که در آنها عمل پیوند به سرعت انجام گیرد. اگر یک بمب اتمی را در مخلوطی از دوتریوم و تریتیم محصور کرده و مجموعه را در یک محفظه با مقاومت مکانیکی بالا قرار دهیم، پس ازانفجار بمب اتمی محیط مساعدی برای یک فعل و انفعال هسته ای گرمازا به وجود می آید و در اثر آن عمل پیوند هسته ها انجام شده و هلیوم به تولید می شود.

در نتیجه واكنش ، حدود هفده میلیون الکترون ولت ، انرژی آزاد می شود. این میزان انرژِی نسبت به واحد وزن ماده قابل انفجار، در حدود چهار برابر انرژی است که از شکسته شدن اورانیوم حاصل می شود.

عواقب ناشی از بمب اتمی

مسئله مهم در رابطه با اين بمب ها ريزش مواد رادیواکتیو حاصل از انفجار آنها و پراکنده شدن اين مواد در جو است.این مواد به کمک باد از یک نقطه به نقاط دیگر آن منتقل می‌شود و با باران و برف از جو زمین فرو می‌ریزد. بعضی از این مواد رادیواکتیو طول عمر زیادی دارند و از طریق مواد غذایی گیاهی جذب شده و به وسیله مردم و حیوانات خورده می‌شود. معلوم شده است که اینگونه مواد رادیواکتیو آثار ژنتیکی و همچنین آثار جسمانی زیان آوری دارند. یکی از فراوانترین محصولات حاصل از شکافت U₂₃₅  یا PU₂₃₉  ، که از لحاظ شیمیایی شبیه ⁴⁰₂₀Ga است. بنابراین وقتی که ⁹⁰Sr حاصل از ریزشهای رادیواکتیو وارد بدن می‌شود، به ماده استخوانی بدن راه می‌یابد. این عنصر می‌تواند با گسیل ذرات بتا با انرژی 0.54 میلیون الکترون ولت ( با نیم عمر 28 سال) به سلولها آسیب رسانده و موجب بروز انواع بیماریها از قبیل تومور استخوان ، لوکمیا و ... ، بخصوص در کودکان در حال رشد، ‌شود.

ساير كاربرد هاي انرژي هسته اي

کاربردهای پزشکی:

• رادیو گرافی

• گاما اسکن

• استرلیزه کردن هسته ای و میکروب زدایی وسایل پزشکی با پرتوهای هسته ای

• رادیو بیولوژی

• تهیه و تولید کیتهای رادیو دارویی جهت مراکز پزشکی هسته ای

• تهیه و تولید رادیو دارویی جهت تشخیص بیماری تیرویید و درمان آنها

• تهیه و تولید کیتهای هورمونی

• تشخیص و درمان سرطان پروستات

• تشخیص سرطان کولون، روده کوچک و برخی سرطانهای سینه

• تشخیص تومورهای سرطانی و بررسی تومورهای مغزی، سینه و ناراحتی وریدی

• تصویر برداری بیماریهای قلبی، تشخیص عفونتها و التهاب مفصلی، آمبولی و لخته های وریدی

• موارد دیگری چون تشخیص کم خونی، کنترل رادیو داروهای خوراکی و تزریقی و ...

کاربرد در دامپزشکی و دامپروری:

• تشخیص و درمان بیماریهای دامی.

• تولید مثل و اصلاح نژاد دام.  

• بهداشت و ایمن سازی محصولات دامی و خوراک دام.

کاربرد در دسترسی به منابع آب:

• شناسایی حوزه های آبخيز و دارای منابع آب زیرزمینی

• هدایت آب های سطحی و زیرزمینی

• کشف و کنترل نشت و ایمنی سدها

• شیرین کردن آبهای شور

 کاربرد در کشاورزی:

• موتاسیون هسته ای ژن ها در کشاورزی.

• کنترل حشرات با تشعشعات هسته ای.

• جلوگیری از جوانه زدن سیب زمینی با اشعه گاما.

• انبار کردن میوه ها.

کاربرد، در صنعت:

• نشت یابی با اشعه.

• دبی سنجی پرتویی(سنجش شدت تشعشعات، نور و فیزیک امواج).

• سنجش پرتویی میزان سائیدگی قطعات در حین کار.

• سنجش پرتویی میزان خوردگی قطعات.

• چگالی سنج مواد معدنی با اشعه.

• کشف عناصر نایاب در معادن.

ديدگاه هاي مختلف راجع به انرژي هسته اي

دیدگاه اقتصادی و اجتماعي

اهمیت توليد برق در جهان و هزینه های بالای تولید آن در سیستمهای مختلف  بیانگر اهمیت استفاده از انرژی هسته ای است. از اینرو در اغلب کشورها، نیروگاههای هسته‌ای با عملکرد مناسب اقتصادی خود از هر لحاظ با نیروگاههای سوخت فسیلی قابل رقابت هستند. طی چند دهه گذشته کاهش قیمت سوختهای فسیلی در بازارهای جهانی، افزایش هزینه‌های ساخت نیروگاههای هسته‌ای، تشدید مقررات و ضوابط ایمنی نیروگاه ها، طولاني تر شدن مدت ساخت و بالاخره مشکلات تأمین مالی طرح های نیروگاهی، موجب بالا رفتن قیمت تمام شده هر واحد الکتریسیته در این نیروگاهها شده است.

از طرف ديگر با توجه به کاهش 40 درصدی هزینه‌های چرخه سوخت هسته‌ای ، پیشرفتهای فنی و تکنولوژی حاصل از طرحهای استاندارد، برنامه ریزیهای دقیق به منظور تأمین سرمایه اولیه مورد نیاز و مطمئن و احداث چند واحد در یک سایت برای صرفه‌ جوییهای مربوط به تأسیسات و تسهیلات مشترک مورد نیاز در هر نیروگاه، نیروگاههای اتمی از دیدگاه اقتصادی نسبت به نیروگاههای با سوخت فسیلی، دارای مزیتهای فراوانی هستند.

دیدگاه زیست محیطی

روند روزافزون مصرف سوختهای فسیلی طی دو دهه اخیر و ایجاد انواع آلاینده‌های خطرناک و سمی و انتشار آن در محیط زیست انسان، نگرانیهای جدی و مهمی برای بشر در حال و آینده به دنبال دارد. بدیهی است که این روند به دلیل اثرات مخرب و مرگبار آن در آینده تداوم چندانی نخواهد داشت. از اینرو با افزایش خطرات و نگرانیها، در مورد اثرات مخرب انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از کاربرد فزاینده انرژیهای فسیلی، واضح است که از کاربرد انرژی هسته‌ای به عنوان یکی از رهیافتهای زیست محیطی برای مقابله با افزایش دمای کره زمین و کاهش آلودگی محیط زیست یاد ‌شود. همچنانکه آمار نشان می‌دهد، در حال حاضر نیروگاههای هسته‌ای جهان با ظرفیت نصب شده فعلی توانسته‌اند سالانه از انتشار 8 درصد از گازهای دی اکسید کربن در فضا جلوگیری کنند که در این راستا تقریباً مشابه نقش نیروگاههای آبی عمل کرده‌اند.

چنانچه ظرفیتهای در دست بهره برداری فعلی تولید برق نیروگاههای هسته‌ای، از طریق نیروگاههای با خوراک زغال سنگ تأمین می‌شد، سالانه بالغ بر 1800 میلیون تن دی اکسیدکربن، چندین میلیون تن گازهای خطرناک دی اکسید گوگرد و نیتروژن ، حدود 70 میلیون تن خاکستر و معادل 90 هزار تن فلزات سنگین در فضا و محیط زیست انسان منتشر می‌شد که مضرات آن غیرقابل انکار است. لذا در صورت رفع موانع و مسایل سیاسی مربوط به گسترش انرژی هسته‌ای در جهان بویژه در کشورهای در حال توسعه و جهان سوم، این انرژی در دهه‌های آینده نقش مهمی در کاهش آلودگی و انتشار گازهای گلخانه‌ای ایفا خواهد نمود.

در حالیکه آلودگیهای ناشی از نیروگاههای فسیلی سبب وقوع حوادث و مشکلات بسیار زیاد بر محیط زیست و انسانها می‌شود، سوخت هسته‌ای گازهای سمی و مضر تولید نمی‌کند و مشکل زباله‌های اتمی نیز تا حد قابل قبولی رفع شده است، چرا که در مورد مسایل پسمانداری با توجه به کم بودن حجم زباله‌های هسته‌ای و پیشرفتهای علوم هسته‌ ای  و دفن نهایی این زباله‌ها در صخره‌های عمیق زیرزمینی با استتار و ایمنی کامل، مشکلات موجود تا حدود زیادی از نظر فنی حل شده است. در مورد کشور ما نیز تا زمان لازم برای دفع نهایی پسماندهای هسته‌ای ، مسائل اجتماعی باقیمانده از نظر تکنولوژیکی کاملاً مرتفع خواهد شد.

از سوی دیگر به نظر می‌رسد که بیشترین اعتراضات و مخالفتها در زمینه استفاده از انرژی اتمی به خاطر وقوع حادثه و انفجار در برخی از نیروگاههای هسته‌ای نظیر حادثه اخیر در نیروگاه چرنوبیل است، این در حالی است که براساس مطالعات احتمال وقوع حوادثی که منجر به مرگ عده‌ای زیاد شود نظیر تصادف هوایی، شکسته شدن سدها، زلزله، طوفان، سقوط سنگهای آسمانی و غیره، بسیار بیشتر از وقایعی است که نیروگاههای اتمی می‌توانند ایجادکنند. به هر حال در مورد مزایای نیروگاههای هسته‌ای در مقایسه با نیروگاههای فسیلی صرفنظر از مسایل اقتصادی و اندك بودن زباله‌های آن می‌توان به تمیزتر بودن نیروگاههای هسته‌ای و عدم آلایندگی محیط زیست با آلاینده‌های خطرناکی نظیرSO₂ ، NO₂ ،CO ، CO₂  پیشرفت تکنولوژی، استفاده هرچه بیشتر از این علوم جدید و افزایش کارایی و کاربرد تکنولوژی هسته‌ای در سایر زمینه‌های صلح آمیز در کنار نیروگاههای هسته‌ای اشاره نمود.

به هر حال نیروگاههای فسیلی و هسته‌ای هر کدام دارای مزایا و معایب خاص خود هستند و ایجاد هر یک متناسب با مقتضیات زمانی و مکانی هر کشور خواهد بود و انتخاب نهایی و تصمیم گیری در این زمینه می‌بایست با توجه به فاکتورهایی از قبیل عوامل تکنولوژیکی، ارزشی، سیاسی، اقتصادی و زیست محیطی اتخاذ گردد. قدر مسلم ایجاد تنوع در سیستم عرضه و تأمین انرژی از استراتژیهای بسیار مهم در زمینه توسعه سیستم پایدار انرژی در هر کشور محسوب می شود. در این راستا با توجه به بررسیهای صورت گرفته، شورای انرژی اتمی کشور مصمم به ایجاد نیروگاههای اتمی به ظرفیت کل 6000 مگاوات در سیستم عرضه انرژی کشور تا سال 1400 هجری شمسی است.

 سير تحولات سياسي انرژي هسته اي ايران

 همانطور كه می دانید موضوعی که در حال حاضر در رسانه ها خارجي و داخلي  جنجال بر انگيز  شده و در صدر مسايل مهم سياست خارجی کشورهای بزرگ دنيا يعنی آمريکا، انگليس، فرانسه و آلمان قرار گرفته، موضوع برنامه انرژی هسته ای ايران است.

مقام های کشورهای مزبور در بالا ترين سطح سياسی، برای هر موضوعی ديگری که با يکديگر ديدار می کنند، به موضوع پرونده هسته ای ايران هم می پردازند. اهميت اين موضوع محدود به ايران نمی شود هيچ موضوع مربوط به ايران تاکنون اين چنين در سطح بين المللی اهميت پيدا نکرده است.

پس از كشف نيروي هسته اي، بعضي قدرت مندان جهان از آن استفاده هاي نا مناسب كردند. ايالات متحده آمريكا در دهه 1940، به ساخت سلاح هاي اتمي پرداخت و در جنگ جهاني دوم و بدون هشدار قبلي، شهرهاي هيرو شيما و ناكازاكي را بمباران اتمي كرد. كشور هاي روسيه، انگلستان، فرانسه و چين نيز خيلي زود به فن آوري ساخت سلاح هاي اتمي مجهز شدند. به اين سبب براي محدود كردن خطر سلاح هاي اتمي در سال 1968 با پيشنهاد همين کشورهای دارای فناوری هسته ای (آمريکا، انگليس، فرانسه و آلمان و ...( پيمانی در مجمع عمومي سازمان ملل منعقد شد که به پيمان منع توليد و تکثير سلاح های هسته ای در جهان معروف است.

اين پيمان به NPT معروف است و به وسیله كشور هاي زيادي ازجمله ايران به امضا رسيد.  NPT از سال 1970 لازم الاجرا شد. در اين میان كشور هند و به تبع آن پاكستان اين پيمان را امضاء نكردند چون معتقد بودند که كشورهاي غربي خود به  فناوري هسته اي دست يافته اند و حتي بمب اتمي دارند اما نمی خواهند اجازه دهند که کشورهای جهان سوم به این توانایی دست یابند. البته رژيم اشغالگر قدس نيز، آشكارا از پيوستتن به اين پيمان خوداري كرد. و امروزه اين كشورها از قدرت هاي هسته اي جهان محسوب مي شوند.

هدف از انعقاد پيمان NPT:

اين پيمان سه هدف را دنبال مي كرد:

1- عدم  گشترش سلاح های هسته ای

2- خلع سلاح هسته ای کشورهاي دارای سلاح هسته ای.

اين كشورها بر طبق اين پيمان ملزم شدند حداکثر ظرف 25 سال از تاريخ لازم الاجرا شدن پيمان، همه سلاح های هسته ای خود را از بين ببرند. اما كشورهاي عضو مي توانند براي مقاصد صلح آميز از اين انرژي استفاده كنند.( وضع ايران به اين هدف مربوط مي شود.)

متن کامل پيمان منع گسترش سلاح­های هسته­ای به شرح زير است:

دولت­هايی که وارد اين پيمان شده­اند، در متن پيمان به عنوان "همپيمانان" ناميده خواهند شد.

با در نظر گرفتن انهدام و ويرانی که در صورت بروز جنگ هسته­ای دامنگير نوع بشر خواهد شد و به تبع آن، لزوم به کارگيری حداکثر تلاش برای جلوگيری از خطر وقوع چنين جنگ­هايی و برای اتخاذ تمهيدات لازم برای تامين امنيت مردم، با اعتقاد به اين که گسترش تسليحات هسته­ای، خطر جنگ هسته­ای را به طور جدی افزايش خواهد داد، در مطابقت با مفاد قطعنامه­های مجمع عمومی سازمان ملل متحد که خواستار حصول توافقی برای جلوگيری از اشاعه­ی بيشتر سلاح­های هسته­ای شده است.

 در ابراز تعهد خود برای همکاری با آژانس بين المللی انرژی اتمی جهت اعمال تدابير حفاظتی اين آژانس در خصوص فعاليت­های هسته­ای صلح آميز، در اعلام حمايت خود از انجام تحقيقات، توسعه بخشيدن و تلاش­های ديگر در جهت اجرای مؤثر اصل تدابير حفاظتی با استفاده از تجهيزات و ساير راهکارها در خصوص انتقال مواد اصلی و مواد مخصوص شکافت پذير در چارچوب تدابير حفاظتی مقرر شده توسط آژانس بين­المللی انرژی اتمی، در تاييد اين اصل که منافع استفاده صلح آميز از تکنولوژی هسته­ای، از جمله فرآورده­های جانبی که ممکن است توسط دولت­های دارای تسليحات هسته­ای از طريق توسعه­ی ابزارهای انفجار هسته­ای به دست آيد، بايد به منظور بهره برداری در مقاصد صلح آميز در اختيار تمام همپيمانان اعم از دولت­های دارای تسليحات هسته­ای يا فاقد تسليحات هسته­ای ـ قرار گيرد، با ايمان به اين که در عملی کردن اين اصل، تمام همپيمانان حق دارند به منظور حصول پيشرفت در استفاده صلح آميز از انرژی اتمی، در تبادل اطلاعات به هر نحو ممکن مشارکت داشته باشند و به تنهايی يا با همکاری ساير دولت­ها در اين زمينه تلاش کنند، در ابراز نيات خود جهت توقف مسابقه­ی تسليحات هسته­ای در نزديک­ترين زمان ممکن و برای اتخاذ تمهيدات موثر جهت خلع سلاح هسته­ای، در تشويق همه کشورها به همکاری جهت دستيابی به اين هدف، در تاکيد مجدد بر عزم دولت­های امضاکننده­ی پيمان 1963 در مقدمه­ی آن پيمان، مبنی بر ممنوع ساختن آزمايش تسليحات هسته­ای در جو، در خارج از جو زمين و زير آب­ها و برای ادامه­ی توقف هرگونه انفجارهای آزمايشی تسليحات هسته­ای در تمام زمان­ها و ادامه­ی مذاکرات لازم برای رسيدن به اين هدف، به منظور ادامه­ی فروکاستن از تنش­های بين­المللی و تقويت اعتماد متقابل بين دولت­ها جهت تسهيل در توقف ساخت تسليحات هسته­ای، نابودی همه ذخيره­های موجود، حذف تسليحات هسته­ای و ابزارهای استفاده از آن از زرادخانه­های ملی و به منظور مدون ساختن اين مقاصد در قالب يک پيمان جهت خلع سلاح کامل و عام تحت نظارت مؤثر و دقيق بين­المللی، با يادآوری اينکه، براساس منشور ملل متحد، دولت­ها بايد در روابط بين­المللی خود از تهديد يا استفاده از زور، يا اعمال هر روش ديگری که با اهداف ملل متحد در تعارض باشد، عليه تماميت ارضی يا استقلال سياسی ديگر دولت­ها احتراز ورزند، و اينکه تثبيت و تداوم صلح و امنيت بين­المللی، با به حداقل رسيدن سوق منابع انسانی و اقتصادی جهان به سوی مسلح شدن ميسر می­شود، توافق می­کنند که:

ماده 1

هر دولت دارای تسليحات هسته­ای، در اين پيمان متعهد می­شود از انتقال هرگونه سلاح­های هسته­ای يا ديگر ابزارهای انفجار هسته­ای يا دادن کنترل مستقيم يا غير مستقيم سلاح­ها يا ابزارهای انفجار هسته­ای به ديگران خودداری کند و به هيچ نحوی هيچ يک از کشورهای فاقد سلاح­های هسته­ای را ياری، تشويق و ترغيب به ساخت يا دستيابی به سلاح­های هسته­ای يا ديگر ابزارهای انفجار هسته­ای يا کنترل چنين سلاح­ها يا ابزارهای انفجاری نکند.

ماده 2

هر دولت فاقد تسليحات هسته­ای در اين پيمان متعهد می­شود هيچگونه سلاح هسته­ای يا ابزارهای انفجار هسته­ای و اعمال کنترل مستقيم يا غير مستقيم بر چنين سلاح­ها يا ابزارهايی را از هر منبع انتقال دهنده يا به هر نحو ديگری، دريافت نکند؛ به ساخت يا تلاش برای دستيابی به سلاح­ها يا ابزارهای انفجار هسته­ای مبادرت نورزد و در پی کمک برای ساخت سلاح­های هسته­ای يا ابزارهای انفجار هسته­ای نباشد يا چنين کمک­هايی را دريافت نکند.

ماده 3

1. هر دولت فاقد سلاح­های هسته­ای در اين پيمان متعهد می­شود تدابير حفاظتی را که پس از مذاکرات انجام گرفته با آژانس بين­المللی انرژی اتمی توافق خواهد شد بپذيرد. اين تدابير در چارچوب ضوابط آژانس بين­المللی انرژی اتمی و نظام تدابير حفاظتی اين آژانس خواهد بود و صرفاً به منظور تاييد پايبندی آن کشور به تعهدات خود در قبال اين پيمان با هدف جلوگيری از تبديل مصارف صلح آميز انرژی هسته­ای به استفاده در سلاح­های هسته­ای يا ابزارهای انفجاری هسته­ای صورت می­گيرد. روند تدابير حفاظتی مذکور در اين ماده بايد در خصوص تمام مواد اصلی يا مواد مخصوص شکافت پذير، اعم از توليد، فرآوری يا استفاده از آن در هرگونه تأسيسات هسته­ای يا خارج از چنين تأسيساتی اجرا شود. تدابير حفاظتی مقرر در اين ماده، می­بايد روی تمام مواد اصلی يا مواد مخصوص شکافت پذير که در فعاليت­های صلح آميز هسته­ای در قلمرو چنين دولتی، در حوزه قضايی آن، يا تحت کاربری آن در هر نقطه ديگر انجام می­پذيرد اعمال شود.

2. هر دولت وارد شده در اين پيمان متعهد می­شود (الف) ماده­ی اصلی يا ماده­ی مخصوص شکافت پذير، يا (ب) تجهيزات يا موادی که مشخصاً برای فرآوری، استفاده يا توليد مواد مخصوص شکافت پذير طراحی يا آماده شده است، را در اختيار هيچ دولت فاقد سلاح­های هسته­ای (حتی) به منظور استفاده در مقاصد صلح آميز قرار ندهد، مگر اين که ماده­ی اصلی يا ماده­ی مخصوص شکافت پذير به طور قطع مشمول تدابير حفاظتی مقرر شده در اين ماده قرار گيرد.

3. تدابير حفاظتی مقرر در اين ماده بايد به گونه­ای به مرحله­ی اجرا گذاشته شود که با ماده­ی 4 اين پيمان در تطابق کامل باشد و از ايجاد مانع بر سر راه توسعه­ی تکنولوژيکی يا اقتصادی همپيمانان در استفاده­ی صلح آميز از انرژی هسته­ای احتراز ورزد. اين امر، شامل تبادل بين­المللی مواد هسته­ای و تجهيزات برای فرآوری، استفاده يا توليد مواد هسته­ای برای مقاصد صلح آميز، در مطابقت با شرايط اين ماده و اصل تدابير حفاظتی که در مقدمه­ی­ اين پيمان مشخص شده، خواهد بود.

4. دولت­های فاقد سلاح­های هسته­ای در اين پيمان بايد به منظور انجام تعهدات خود در قبال اين ماده به طور انفرادی يا همراه با ساير دولت­ها در چارچوب ضوابط آژانس بين­المللی انرژی اتمی با آژانس بين­المللی انرژی اتمی موافقتنامه­هايی منعقد کنند. مذاکره به منظور حصول چنين موافقتنامه­هايی بايد ظرف مدت 180 روز از وارد اجرايی شدن اين پيمان، آغاز شود. در خصوص دولت­هايی که اسناد پيوستن و يا تصويب الحاق خود به پيمان را بعد از دوره­ی 180 روزه تسليم کنند، مذاکره برای حصول چنين توافقی نمی­تواند ديرتر از تاريخ تسليم اسناد آغاز شود و اجرای مفاد اين توافقات نمی­تواند ديرتر از 18 ماه از تاريخ آغاز مذاکرات باشد.

*توضيح: برطبق ماده سوم  NPT  آژانس بين المللي انرژي اتمي، به عنوان ناظر بر اجراي اين  پيمان توسط عضوهاي اين معاهده عمل خواهد كرد. وكشورهاي عضو موظفند، موافقت نامه دو جانبه اي با آژانس منعقد كنند. اين موافقت نامه به موافقت نامه هاي پادمان ((Agrements Safeguard معروف است كه در واقع ضمانت نامه اجراي صحيح NPT است. منظور از موافقت نامه پادمان اين است که کشور عضو طی ترتيباتی بايد به  آژانش اجازه دهد که از تاسيسات هسته ای  آن کشور بازديد به عمل آيد و بر طبق آن  تاييد شود كه آيا  اين  کشور فعاليت های هسته ای صلح آميز دارد يا خير. ايران هم البته چنين توافقنامه پادمان با آژانس بين المللی انرژی هسته ای را امضا کرده است.

 ماده 4

1. هيچ نکته­ای در اين پيمان نبايد به گونه­ای تفسير شود که حق مسلم همپيمانان در انجام تحقيقات، توليد و استفاده از انرژی هسته­ای برای مقاصد صلح آميز را تحت تأثير قرار دهد. اين امر بايد بدون اعمال تبعيض و در مطابقت با مواد 1 و 2 اين پيمان باشد.

2. در تبادل تجهيزات، مواد و اطلاعات تکنولوژيکی برای مقاصد صلح آميز، استفاده از انرژی هسته­ای در حداکثر شکل، تمام همپيمانان حق مشارکت داشته و متعهد به تسهيل در انجام آن می­شوند. همپيمانانی که توان چنين اقدامی را دارند همچنين بايد به شکل انفرادی يا همراه با ديگر دولت­ها يا سازمان­های بين­المللی برای توسعه­ی بيشتر استفاده از اشکال صلح آميز انرژی هسته­ای، خصوصاً در قلمرو دولت­های فاقد سلاح­های هسته­ای که وارد اين پيمان شده­اند، مشارکت ورزند. اين مشارکت با عطف توجه به نيازهای مناطق در حال توسعه جهان، انجام می­پذيرد.

ماده 5

تمام همپيمانان متعهد می­شوند تمهيدات لازم را اتخاذ کنند تا در مطابقت با اين پيمان، تحت نظارت مناسب بين­المللی و در چارچوب روال­های بين­المللی مقتضی، از دسترسی تمام دولت­های فاقد تسليحات هسته­ای که عضو این پیمان هستند به مزايای بالقوه­ی حاصل از انجام هرگونه انفجار صلح آميز هسته­ای، حصول اطمينان کنند. اين امر بايد بدون اعمال تبعيض انجام گيرد و هزينه­ی مالی آن برای چنين دولت­هايی، در پايين­ترين حد ممکن خواهد بود و شامل هزينه­ی تحقيقات و توسعه نمی­شود. دولت­های فاقد تسليحات هسته­ای در اين پيمان بايد بتوانند در چارچوب يک توافق يا توافقات خاص
بين­المللی و از مجرای يک نهاد مناسب بين­المللی که دولت­های فاقد تسليحات هسته­ای نمايندگان کافی در آن داشته باشند، به اين مزايا دست يابند. مذاکرات در اين زمينه بايد پس از اجرايی شدن اين پيمان، در نزديک­ترين زمان ممکن آغاز شود. دولت­های فاقد تسليحات هسته­ای در اين پيمان که چنين تمايلی داشته باشند، می­توانند از طريق توافقات دوجانبه به اين مزايا دست يابند.

ماده 6

تمام همپيمانان متعهد می­شوند، مذاکرات به منظور توقف مسابقه­ی سلاح­های هسته­ای و خلع سلاح هسته­ای و انعقاد پيمانی جهت خلع سلاح کامل و عام با مقررات دقيق و مؤثر را با حسن نيت و در اسرع وقت آغاز کنند.

ماده 7

هيچ نکته­ای در اين پيمان، ناقض حق دولت­هايی که به منظور حصول اطمينان از عدم وجود سلاح­های هسته­ای در قلمرو خود وارد پيمان­های منطقه­ای شوند، نخواهد بود.

 ماده 8

1. هر يک از همپيمانان می­توانند اصلاحيه­ای را به منظور اعمال در اين پيمان، پيشنهاد کنند. متن هرگونه اصلاحيه­ای بايد به دولت­های امانتدار تحويل داده شود و اين متن به وسیله آنان بين تمام همپيمانان، توزيع خواهد شد. در صورت درخواست يک سوم همپيمانان يا بيشتر، دولت­های امانتدار بايد کنفرانسی را تشکيل داده و از تمام همپيمانان برای شرکت در آن و بررسی اصلاحيه، دعوت به عمل آورند.

2. هرگونه اصلاحيه در اين پيمان بايد به تأييد اکثريت همپيمانان، از جمله تمام دولت­های دارای تسليحات هسته­ای عضو در اين پيمان و تمام همپيمانانی که در زمان توزيع متن اصلاحيه عضو هيئت رئيسه­ی آژانس بين­المللی انرژی اتمی بوده­اند، برسد. زمان اجرايی شدن اصلاحيه برای هر دولتی که اسناد تصويب آن را تسليم کرده، از هنگامی خواهد بود که اکثريت همپيمانان، از جمله تمام دولت­های دارای تسليحات هسته­ای و تمام همپيمانانی که در زمان توزيع متن اصلاحيه عضو هيئت رئيسه­ی آژانس بين­المللی انرژی اتمی بوده­اند، اسناد تصويب آن را تسليم کرده باشند. پس از آن، زمان اجرايی شدن اصلاحيه برای هر همپيمان ديگر از زمان تسليم اسناد تصويب آن خواهد بود.

3. پنج سال پس از اجرايی شدن اين پيمان، کنفرانسی از همپيمانان بايد در شهر ژنو واقع در سوئيس به منظور مرور عملکرد آن و با هدف حصول اطمينان از اينکه اهداف مذکور در مقدمه و مقررات پيمان، مورد اجرا قرار گرفته­اند، برگزار شود. پس از آن، هر پنج سال يک بار اکثريت همپيمانان می­توانند با تسليم درخواست خود به دولت­های امانتدار، خواستار برگزاری کنفرانس ديگری به منظور بررسی عملکرد پيمان شوند.

 ماده 9

1. اين پيمان بايد برای امضای تمام دولت­ها، آماده باشد. هر دولتی که پيش از اجرايی شدن آن طبق پاراگراف سوم اين ماده، آن را امضا نکرده باشد، می­تواند در هر زمان ديگری به آن ملحق شود.

2. نفوذ اين پيمان مشروط به تصويب آن توسط دولت­های امضاکننده خواهد بود. اسناد تصويب آن و اسناد الحاق به آن بايد نزد دولت­های بريتانيا، اتحاد جماهير شوروی (سابق) و ايالات متحده آمريکا که به عنوان دولت­های امانتدار تعيين می­شوند، به وديعه گذاشته شود.

3. اين پيمان، پس از تصويب آن به وسیله دولت­هايی که به عنوان امانتدار تعيين شده­اند و تصويب چهل دولت ديگر امضاکننده­ی اين پيمان و تسليم اسناد تصويب آنها، وارد اجرا خواهد شد. در اين پيمان، دولت­های دارای تسليحات هسته­ای به دولت­هايی گفته می­شود که پيش از اول ژانويه­ی 1967، مبادرت به توليد و انفجار سلاح هسته­ای يا هرگونه ابراز انفجار هسته­ای ديگر کرده­اند.

4. در خصوص دولت­هايی که اسناد تصويب و الحاق آنها به پيمان، پس از اجرايی شدن اين پيمان، تسليم می­شود، تاريخ اجرای آن از تاريخ تسليم اسناد تصويب و الحاق خواهد بود.

5. دولت­های امانتدار بايد تمام دولت­های امضاکننده و ملحق شده به پيمان را از تاريخ هر امضا، تاريخ تسليم اسناد تصويب يا الحاق، تاريخ اجرايی شدن اين پيمان و تاريخ دريافت درخواست برای تشکيل کنفرانس يا هر مورد ديگر، بلافاصله مطلع سازند.

6. اين پيمان بايد به وسیله دولت­های امانتدار و در تطابق با ماده 102 منشور ملل متحد، به ثبت برسد.

 ماده 10

1. هر دولتی بايد حق داشته باشد در اجرای حاکميت ملی خود در صورتی که احساس کند موارد فوق­العاده­ای در رابطه با موضوعات اين پيمان، منافع حياتی کشورش را به مخاطره انداخته است، از پيمان خارج شود. در اين صورت بايد سه ماه پيش از خروج، به تمام همپيمانان و شورای امنيت سازمان ملل متحد اطلاع دهد. در چنين اطلاعيه­ای بايد موارد فوق­العاده­ای که از نظر آن کشور منافع حياتی­اش را به مخاطره انداخته نيز ذکر شود.

2. بيست و پنج سال پس از اجرايی شدن اين پيمان، بايد کنفرانسی تشکيل شود تا در خصوص اجرای نامحدود آن، يا تمديد آن برای دوره يا دوره­های ديگر، تصميم گيری شود. تصميم اتخاذ شده در اين مورد با رای اکثريت همپيمانان، نافذ خواهد بود.

ماده 11

اين پيمان، متن انگليسی، روسی، فرانسه، اسپانيولی و چينی آن که همگی از اعتبار يکسانی برخوردارند، در آرشيو دولت­های امانتدار محفوظ خواهند بود. نسخه­های تاييد شده­ی­ اين پيمان، بايد توسط دولت­های امانتدار به دولت­های امضاکننده و ملحق شده به آن ارسال شود.

کنترل شديد کشورهای غربی ادامه يافت و کشورهای جهان سوم هم يا با همکاری پاره ای از کشورهای ديگر دنيا و يا با استفاده از بازار سياه به پيشبرد فن آوری لازم سعی می نمودند.

با نزديك شدن به پايان اعتبار NPT در سال هاي 1993 و 13994 کشورهای عضو تصميم گرفتند که NPT را با سند جديدی به نام پروتکل الحاقی تکميل کنند.
در حقوق بين الملل معمول است چنانچه نخواهند اصل سند را به علت مقرارت وقت گير تغيير دهند، سند مجزايی تنظيم می کنند. و نهايتاً پروتکل الحاقی NPT در سال 1996 امضا و در سال 1997 لازم الاجرا شد. هدف در آن زمان اين بود که پايان سال 2005 همه اعضای NPT به پروتکل الحاقی ملحق شوند.

تاريخچه دستيابي ايران به انرژي هسته اي

استفاده از انرژی هسته‌ای در دوران سلطنت محمدرضا شاه پهلوی مطرح شد ولي براي اولين بار در سال1346 ، مركز تحقيقات هسته اي تهران با تلاش پرفسور حسابي شكل اجرايي گرفت و يك راكتور هسته اي پژوهشي درآ ن راه اندازي شد.آن مركز به صورت سازمان انرژي اتمي ايران توسعه يافت و در سال 1347، پیمان را پذیرفت و در سال 1349، آن را در مجلس شورای ملی به تصویب رساند و برنامه هسته اي خود را با كمك دولت وقت آمريكا آغاز كرد براساس آن برنامه، دولت آمريكا مي بايست در ساختن 23 نيروگاه هسته اي در بخش هاي گوناگون ايران تا سال 2000 ميلادي با دولت ايران همكاري مي كرد و از اين راه، بيش از 6 ميليارد دلار بدست مي آورد. در سال 1353 شمسی، سازمان انرژی اتمی ایران تأسیس و دکتر اعتماد، به ریاست آن منصوب شد. ساخت اولين راکتور هسته ای ايران براي پروژه بوشهر  به آلمان سپرده شد. فرانسه پروژه دارخوين را به عهده گرفت.

  با پیروزی انقلاب ایران در سال 1357 این مقوله متوقف شد و سياست هاي دولت مردان آمريكا در برابر ايران تغيير كرد. برطبق اين سياست آمريكا از ايران مي خواهد از تلاش براي گسترش نيروگاه هاي هسته اي دست بردارد و همچنان به انرژي پايان پذير نفت وابسته بماند. و در نهايت جنگ ایران و عراق منجر به تغییر موضع کشورهای غربی که مخالف این انقلاب بودند شد و مساعدت آنها را برای تکمیل این پروژه غیر ممکن کرد. شرکت آلمانی کا.و.او که پیمانکار این پروژه بود هنگامی که تنها 15 درصد به تکمیل آن باقی مانده بود، از ادامه کار سرباز زد.

در بحبوحه جنگ ایران و عراق و کمبود شدید منابع نیرو در کشور، ایران با روی آوردن به اسپانیا و ژاپن کوشش در تکمیل پروژه بوشهر را ادامه داد که موفقیت آمیز نبود. سپس قراردادی با روسیه برای به انجام رساندن کار نیروگاه بوشهر امضا شد که کار آن هنوز ادامه دارد.

ذکر اين سابقه با توجه به موضع فعلی کشورهای ياد شده جالب توجه است. ولي با نگراني هاي كه از سوي كشور هاي غربي احراز شد دستيابي به اين انرژي در جهان سوم  از جمله ايران دچار تزلزل شد.

با افزايش نگراني هاي ناشي از پنهان كاري كشورها و ضعف سيستم بين المللی بازرسی باعث شد که کشورهای غربی در سال 1976 خط بطلاني بر ماده چهارم پيمان بكشند كه امروزه در مسائل مربوط به انرژي هسته اي از آن به عنوان خط مشي 76 نام برده مي شود.

خط مشی 76 عبارت از يک تعهد نامه نانوشته ميان کشورهای دارای فناوری هسته ای بود که از اجرای تعهدات ماده چهار پيمان NPT در قبال کشورهای فاقد سلاح های هسته ای خودداری نمايند.
کشورهای دارای فناوری هسته ای به صورت شفاهی به هم ديگر قول دادند که به کشوری که تا آن زمان فاقد چنين فن آوری بودند هيچ نوع کمکی هسته ای ننمايند. و اين شد كه براي کشورهايی نظير ايران و اصولاً کشورهای جهان سوم که به فن آوری هسته ای دست نيافته بودند استفاده از امکانات ماده چهار و دست يابی به فن آوری هسته اي بسيار مشکل و حتی غير ممكن شد.

کنترل شديد کشورهای غربی ادامه يافت و کشورهای جهان سوم هم يا با همکاری پاره ای از کشورهای ديگر دنيا و يا با استفاده از بازار سياه به پيشبرد فن آوری لازم سعی می نمودند.

با نزديك شدن به پايان اعتبار NPT در سال هاي 1993 و 13994 کشورهای عضو تصميم گرفتند که NPT را با سند جديدی به نام پروتکل الحاقی تکميل کنند.
در حقوق بين الملل معمول است چنانچه نخواهند اصل سند را به علت مقرارت وقت گير تغيير دهند، سند مجزايی تنظيم می کنند. و نهايتاً پروتکل الحاقی NPT در سال 1996 امضا و در سال 1997 لازم الاجرا شد. هدف در آن زمان اين بود که پايان سال 2005 همه اعضای NPT به پروتکل الحاقی ملحق شوند.

پروتکل الحاقی

قبل از تصويب پروتکل الحاقی ، اساس بر اين بود که اگر آژانس بين المللی اتمی می خواست از تأسيسات هسته ای يک کشور عضو بازديد کند، مطابق ماده سومNPT ( موافقتنامه پادمان) آژانس بايد مدتی قبل مقام های کشور مورد نظر را از قصد خود آگاه می کرد و تقاضای بازديد  برای بازرسان آژانس می نمود. اين مقررارت فرصتی برای پنهان کاری احتمالی به کشورهای عضو می داد.

 اما بر طبق پروتکل الحاقی اختياراتي به  آژانش داده شد که آژانس می تواند براساس مقررات پروتکل عملاً هر زمان که بخواهد مي تواند هر نقطه و تاسيساتی را بازديد کند. پروتکل اين اختيار را به آزانس می دهد که با اعلام وقت  کوتاه، در پاره ای موارد 24 ساعت، به بازديد تأسيسات و تشکيلاتی که به نحوی با برنامه انرژی اتمی ممکن است ارتباط داشته باشند بپردازد و بازديد لازم را در فرودگاه دريافت دارد. با اين همه اختيارات آژانس نامحدود و بدون قيد و شرط نيست. يکی از نتايج اصل برابری کشورها در حقوق بين الملل اين است که يک سازمان بين المللی مجاز نيست که راساً هر جايی را در داخل يک کشور خواست بازديد نمايد. هر کشوری اسرار نظامی دارد و يک سازمان بين المللی نه امکان و نه اجازه دارد که هر جا و هر کسی را که می خواهد ببيند. ( لازم به ذكر است كشور آمريكا و روسيه به اين پروتكل نپيوسته اند)

مشکل ايران در واقع از بعد از حمله تروريست ها در 11 سپتامبر 2001 به آمريکا شروع شد و از آن به بعد بود كه بوش رئيس جمهور آمريكا طي  سخنرانی مهم ساليانه خود، در مورد نکات اصلی سياست های داخلی و خارجی آمريکا برای مردم آمريکا از ايران، عراق و کره شمالی به عنوان محور شرارت نام برد. از آن پس به دليل مبارزه با تروريسم جهانی ايران زير ذره بين قرار گرفت و در اين بين دخالت هاي  اسراييل و اطلاعات ساير گروهك هاي سياسي خارج از کشور درباره هسته ای ايران موجب توجه بيش از پيش به ايران شد. و اين باعث شد كه بازرسی های آژانس به صورت ادواری صورت گيرد. در طول دهه 9019 که سوظن هايی نسبت به برنامه انرژی هسته ای ايران پيدا شده بود، دبيرکل وقت آژانس بارها به منتقدان اطمينان داد که بر اساس بازرسی های معمول آژانس، هيچ گونه فعاليت غير قانونی در ايران مشاهده نشده است.

ولی وقتی در سال 2002 نگاه ها به طور دقيق تری متوجه ايران شد، بازرسی های مخصوص شروع گرديد و تعداد آن ها مرتباً افزايش يافت.از ابتدای سال 2003 پرونده ايران در دستور کار شورای حکام( Governing council)آژانس قرار گرفت.

شورای حکام وظيفه دارد كه يك  تصميم گيری کلی در مورد سياست های آژانس انجام دهد، اين شورا از نمايندگان 35 کشور عضو تشکيل شده است. از اين تعداد، چند کشور صاحب فن آوری هسته ای و سلاح های هسته ای عضو دايمی هستند، و تعدادی هم هر سال به مدت يک سال به عضويت انتخاب می شوند. اگر يکی از اعضای NPT در اجرای وظايف خود قصوری بکند، شورای حکام صلاحيت دارد تصميم بگيرد چه اقدامی عليه آن کشور عضو به عمل آورد. در مواردی که قصور کشور عضو بسيار بزرگ باشد و آن کشور اقدامی برای جبران قصور خود ننمايد، شورای حکام می تواند مساله را به عنوان تهديد صلح بين المللی به شورای امنيت سازمان ملل محول نمايد.

با قرارگرفتن پرونده ايران در اين شورا وضع پرونده ايران فراز و نشيب هايی فراوانی داشته و همچنان بر سر زبان هاست. ولي با اين وجود ايران در زمينه مصارف صلح آميز هسته اي به پيشرفت هاي زيادي نائل شده و دانشمندان جوان ايران دانش هسته اي را در كشور بومي كرده اند و ايران به جمع كشورهاي پيوسته است كه چرخه سوخت هسته اي دارند و اميد بر اين است كه اين روند همچنان ادامه يابد و مشكلات موجود سر راه هر چه سريع تر برداشته شود با اميد آن روز هر ايراني وطن خواه شعار جاويد الله اكبر را آنگونه كه تيمسار شهيد فلاحي سرداد فرياد مي كنيم«شعار جاويد الله اكبر را هيچ قدرتي قادر نيست از ما بگيرد» و امروز همه ملت با هم مي گوييم انرژي هسته اي حق مسلم ماست.

الله اكبر

منابع

دفتر نمايندگي سازمان ملل در تهران، ملل متعهد، عدم تكثير سلاح هاي هسته اي – مؤسسه چاپ وانتشارات وزارت امور خارجه 1378، ص 5

سايت سازمان انرژي اتمي ايران

http://www.aeoi.org.ir

http://daneshnameh.roshd.ir

http://www.ngdir.ir  

http://www.knowclub.com

http://www.porsojoo.com

http://www.magiran.com

http://en.wikipedia.org/wiki/Maraging_steel

http://forum.p30world.com/showthread.php?t=59547