آب سنگين چيست¬؟
دكتر رهبر: آب سنگين، آبي است كه هيدروژن هاي آن دتريوم يا ايزوتوپ سنگين هيدروژن است. اين آب در مقايسه با آب معمولي نقطه جوش و نقطه انجماد بالاتري دارد و ويسكوزيته يا چسبندگي آن بيشتر است. هيدروژن داراي 2 ايزوتوپ پايدار H و D و يك ايزوتوپ ناپايدار و راديواكتيو T يا تريتيوم است. هسته ايزوتوپ معمولي هيدروژن داراي يك پروتون و هسته ايزوتوپ سنگين داراي يك پروتون و يك نوترون است. اين نوترون اضافي، هم سبب كاهش جذب نوترون توسط دتريوم و آب سنگين مي شود و هم افزايش جرم آن را به همراه دارد. جرم ملكولي آب معمولي 18 و آب سنگين 20 است. در نتيجه يك ليتر آب سنگين داراي جرمي بيشتر از يك ليتر آب سبك است.
J آب سخت با آب سنگين چه تفاوتي دارد¬؟
آب سخت همان آب سبك يا معمولي است كه داراي املاح بسيار زيادي مي باشد.
J ايزوتوپ چيست¬؟
دكتر آفريده: هسته اتم يك عنصر از پروتون و نوترون تشكيل شده است، تغيير در تعداد پروتون هاي هسته، سبب تغيير ماهيت و پديد آمدن عنصر ديگري مي شود، به عنوان مثال: هسته اتم نيتروژن 7 پروتون دارد كه با از دست دادن يكي از آنها تبديل به عنصر كربن مي شود، اما تغيير در تعداد نوترون ها، سبب ايجاد گونه جديدي از يك عنصر به نام ايزوتوپ مي شود. اغلب عناصر داراي ايزوتوپ هستند، ازجمله: عنصر اورانيوم داراي 4 ايزوتوپ است كه فقط 2 ايزوتوپ آن به علت داشتن نيمه عمر نسبتا" بالا در طبيعت به صورت سنگ معدن يافت مي شود. اورانيوم 235 و 238 هركدام داراي 92 پروتون در هسته خود هستند ولي اورانيوم 235، 143 نوترون و اورانيوم238، 146 نوترون دارد.
J نيروگاه هاي اتمي به چند دسته تقسيم مي شود¬ درباره نيروگاه آب سنگين توضيح بيشتري بدهيد؟
¬ دكتر رهبر: نيروگاه هايي كه از انرژي شكافت اورانيوم استفاده مي كنند به 2 بخش نيروگاه آب سبك و آب سنگين تقسيم مي شوند. نيروگاه آب سبك داراي راكتور آب سبك و نيروگاه آب سنگين داراي راكتور آب سنگين است. سوخت نيروگاه هاي هسته اي، اورانيوم 238 و 235 است. اگر از اورانيوم 235 به عنوان سوخت هسته اي استفاده شود بايد درجه غناي آن از 7/0 درصد (كه در طبيعت وجود دارد) به 3 تا 5 درصد برسد تا جرم بحراني لازم براي شكافت را داشته باشد. درون يك راكتور هسته اي، اورانيوم توسط نوترون ها، بمباران مي شود. برخورد نوترون به هسته اتم اورانيوم، سبب شكست آن مي شود و در اثر اين شكست، انرژي و نوترون هاي اضافي به وجود مي آيد. نوترون هاي اضافي در يك واكنش زنجيره اي شركت مي كنند و باعث شكست ديگر اتم هاي اورانيوم مي شود. اگر اين نوترون هاي اضافي كنترل نشود، ورود آن ها به واكنش هاي زنجيره اي، سبب توليد انرژي بسيار زياد و در نتيجه انفجار در راكتور مي شود. از شكست هسته هر اتم اورانيوم معادل 200 ميليون الكترون ولت انرژي آزاد مي شود؛ بنابراين بايد از موادي كه جاذب نوترون هاي اضافي هستند و يا كندكننده ها، استفاده شود. در راكتورهاي آب سبك از اورانيوم 235 به عنوان سوخت و از آب سبك يا معمولي به عنوان كندكننده استفاده مي شود. در راكتورهاي آب سنگين، از اورانيوم معمولي يا 238 به عنوان سوخت و از آب سنگين براي كند كردن واكنش هاي زنجيره اي، بهره گرفته مي شود. اگر در راكتور آب سنگين، از آب معمولي استفاده كنيم تمامي نوترون هاي حاصل از شكافت، توسط آب جذب و واكنش زنجيره اي متوقف مي شود، درحالي كه آب سنگين توانايي كمي در جذب نوترون دارد. پس از شكست هسته اورانيوم 235 يا 238، انرژي به صورت گرمايي آزاد و اين انرژي توسط مواد خنك كننده و به منظور به حركت درآوردن توربين به خارج از راكتور منتقل مي شود. اين مواد خنك كننده مي تواند آب معمولي يا آب سنگين باشد كه پس از انتقال حرارت به بيرون از راكتور و خنك شدن، مجددا" به راكتور برمي گردد و اين فرآيند به صورت پيوسته، براي توليد برق، ادامه پيدا مي كند. بنابراين آب سنگين و آب سبك در راكتورها علاوه بر كندكنندگي، نقش خنك كنندگي هم دارند.
J آيا پسماندهاي حاصل از شكافت در راكتور آب سنگين متفاوت از راكتور آب سبك است؟
¬ دكتر رهبر: مواد و عناصر حاصل از شكافت در 2 نوع راكتور مشابه هم است ولي ميزان آن فرق مي كند. نوترون هاي آزاد شده در هنگام شكافت با هسته اورانيوم 238 برخورد مي كنند و ايزوتوپ جديد و ناپايداري از اورانيوم را با عنوان اورانيوم 239 به وجود مي آورند. اورانيوم 239 در فرآيندي، تبديل به يك عنصر راديواكتيو به نام پلوتونيوم 239 مي شود. پلوتونيوم، هم به عنوان سوخت در بعضي راكتورها كاربرد دارد و هم مي تواند براي ساخت بمب اتمي استفاده شود. در كشوري مثل آمريكا، نيروگاه هايي وجود داشت كه هدف آن ها فقط توليد پلوتونيوم بود و از اين پلوتونيوم در توليد بمب هاي نوتروني استفاده مي شد. بمبي كه بر سر مردم هيروشيما فرود آمد، از اين نوع بود. استفاده از اورانيوم طبيعي در راكتورهاي آب سنگين، سبب ايجاد ميزان بيشتري از پلوتونيوم مي شود كه اين پلوتونيوم مي تواند كاربرد نظامي داشته باشد. بنابراين روي اين راكتورها حساسيت بيشتري وجود دارد و واردات آب سنگين از ديگر كشورها تحت كنترل سازمان هاي بين المللي است و به مجوز نياز دارد اما پروژه توليد آب سنگين در ايران براي استفاده هايي صلح آميز از اين ماده است و تمام برنامه هاي آن تحت نظارت آژانس است.
J آب سنگين چگونه توليد مي شود¬؟
محققان براي اولين بار به طريق الكتروليز به آب سنگين خالص دست يافتند. چون نقطه جوش آب سنگين بالاتر از آب معمولي است، براي توليد آن، از روش تبخير و تقطير هم استفاده مي شود. در تأسيسات توليد آب سنگين در اراك، طي مراحلي پيچيده از آب معمولي، آب سنگين به دست مي آيد كه درجه خلوص آن 8/99 درصد است. البته بايد يادآور شد كه مراحل غني سازي اورانيوم، از پيچيدگي بيشتري برخوردار است چون اختلاف جرم 2 ايزوتوپ اورانيوم بسيار كم است، بنابراين بايد براي بالا بردن درجه غناي اورانيوم 235، از سانتريفوژهاي متعدد كه به صورت آبشاري، پشت سرهم قرار مي گيرند، استفاده كرد. ولي تفاوت جرم آب سنگين و آب سبك قابل ملاحظه است و تفاوت در نقاط جوش اين 2 نوع آب، امكان جداسازي آب سنگين و خالص سازي آن را تسهيل مي كند. از ميان هر 6400 تا 7000 ملكول آب معمولي، يك ملكول آب سنگين وجود دارد كه براي دستيابي به آن از طرق فيزيكي و شيميايي درجه خلوص آن را بالا مي برند. J در چه كشورهايي از راكتور آب سنگين استفاده مي شود¬
دكتر آفريده: در حال حاضر كشورهاي زيادي از اين نوع راكتور براي توليد برق استفاده مي كنند، مانند كانادا، پاكستان و هند ولي تأسيسات توليد آب سنگين تاكنون فقط در 8 كشور وجود داشته است كه ما نهمين كشور هستيم. J موارد استفاده از آب سنگين چيست، و توليد آب سنگين چه اهميتي براي كشور دارد¬ دكتر آفريده: بيشترين استفاده از آب سنگين در راكتورها است كه شامل هر 2 راكتور تحقيقاتي و نيروگاهي مي شود از آب سنگين براي توليد راديوايزوتوپ ها در صنعت، كشاورزي و پزشكي استفاده مي شود همچنين در راديوگرافي، نوترون تراپي و نوترون راديوگرافي از آن بهره برداري مي شود. علاوه براين ها، آب سنگين براي تشخيص نشت آب هاي زيرزميني يا نشت آب از سدها، كاربرد زيادي دارد. علاوه بر اينها ، دو تريم در تحقيقات فيوران، يا گداخت سرد نقش محوري ايفا مي كند. باتوجه به اين كه كشور ما داراي منابع بزرگي از اورانيوم طبيعي است، با توليد آب سنگين در اراك، مي توانيم راكتورهاي آب سنگيني بسازيم كه براي سوخت خود نيازي به كار دشوار و پرهزينه غني سازي اورانيوم ندارند. در تأسيسات اراك سالانه 16 تن آب سنگين توليد مي شود كه نه تنها در توليد برق از نيروگاه هاي آب سنگين كاربرد، بلكه مصارف زيادي در پزشكي هسته اي دارد. همان طور كه ذكر شد از آب سنگين براي توليد راديوايزوتوپ ها و راديوداروها استفاده مي شود. راديوايزوتوپ ها در صنعت و كشاورزي كاربرد زيادي دارند. پروژه توليد آب سنگين در اراك به اندازه دستيابي به فرآيند غني سازي اورانيوم افتخارآفرين است.
به گفته دكتر نوراني متخصص پزشكي هسته اي اساس كار در دانش پزشكي هسته اي استفاده از راديوايزوتوپ ها و راديوداروها است و از آب سنگين مي توان به عنوان تارگت نوترون براي توليد اين مواد استفاده كرد. از پرتوداروها براي تشخيص و درمان بيماري هايي چون سرطان، تومورهاي خوش خيم و بدخيم، نارسايي هاي قلبي و عروقي استفاده مي شود. مثلا" در پت اسكن كه پيشرفته ترين تكنيك در پزشكي هسته اي است، گلوكز نشان دار يا FDG يا فلوئودين كاربرد بسيار زيادي دارد براي نشان دار كردن گلوكز يا فلوئور از آب سنگين استفاده مي شود كه به عنوان مثال از FDG براي بررسي متابوليسم گلوكز و تشخيص تومورها در مغز بهره گيري مي شود. باتوجه به اين كه واردات بعضي راديوايزوتوپ ها و راديوداروها از كشورهاي ديگر با مشكل مواجه است، توليد آب سنگين در كشور موفقيت بزرگي چه در عرصه توليد برق و چه در عرصه پزشكي و صنعت و كشاورزي محسوب مي شود.v

نظرات شما عزیزان:

خلج

ساعت8:45---11 دی 1390

- [ایمیل]

با سلام


در صورت امكان اطلاعاتبيشتري در خصوص استفاده از دتريوم و آب سنگين در مطالعات رديابي و فرار آب از سدها معرفي نماييد





با تشكر


خلج

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: