ای آر پایانامه

 

  مقاله مواد رادیو اکتیو، استخراج و آماده سازی جهت استفاده در راکتورها و تولید برق. (بررسی چرخه سوخت هسته ای و تکنولوژی پالایشی در ایرا pdf دارای 200 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله مواد رادیو اکتیو، استخراج و آماده سازی جهت استفاده در راکتورها و تولید برق. (بررسی چرخه سوخت هسته ای و تکنولوژی پالایشی در ایرا pdf   کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله مواد رادیو اکتیو، استخراج و آماده سازی جهت استفاده در راکتورها و تولید برق. (بررسی چرخه سوخت هسته ای و تکنولوژی پالایشی در ایرا pdf ،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن مقاله مواد رادیو اکتیو، استخراج و آماده سازی جهت استفاده در راکتورها و تولید برق. (بررسی چرخه سوخت هسته ای و تکنولوژی پالایشی در ایرا pdf :

مواد رادیو اکتیو، استخراج و آماده سازی جهت استفاده در راکتورها و تولید برق. (بررسی چرخه سوخت هسته ای و تکنولوژی پالایشی در ایران)

فصل اول

معرفی مواد پرتوزا

1-1- رادیواکتیویته (Radio activity)
فروپاشی خودبخود هسته یک اتم باعث گسیل پرتوهائی از اتم می گردد که این پدیده را رادیواکتیویته وپرتوهای ساطع شده را در مجموع تشعشعات رادیو اکتیو می نامند که خود شامل اشعه فروپاشی خودبخود هسته یک اتم باعث گسیل پرتوهائی از اتم می گردد که این پدیده را رادیواکتیویته وپرتوهای ساطع شده را در مجموع تشعشعات رادیو اکتیو می نامند که خود شامل اشعه از جنس هسته هلیم (بارمثبت)، اشعه از الکترونها ( بار منفی ) و اشعه است که آن نیز از سری امواج الکترومانیتیک با فرکانس

بالا می باشد و می توان ذرات فوتون را به آن نسبت داد. قدرت نفوذ اشعه در شرایط متعارفی در حدود چند سانتیمتر در هوا بوده بطوریکه با یک ورق کاغذ براحتی می توان جلوی آنها را سد کرد. اشعه حداکثر تا 5/1 میلی متر در سرب قابلیت نفوذ داشته و بالاخره اشعه دارای قدرت نفوذ بسیار زیادی است و تا چندین سانتیمتر در سرب نفوذ می کند. پرتوهای رادیواکتیو بهنگام برخورد با مواد گوناگونی سه اثر مختلف از خود بجا می گذارند:
1-1-1- اثر شیمیائی:

نظیر اثر نور بر امولوسیونهای حساس وفیلم عکاسی ( که منجر به کشف اشعه رادیواکتیو توسط هانری بکرل (1896) گردید):
1-1-2- اثر لومینسانس ( فسفرسانس) :
این پدیده تحت عنوان Scintillation در ساختمان دستگاه های سنتیلومتر مورد بحث قرار خواهد گرفت.
1-1-3- اثر یونیزاسیون:

که باعث یونیزه شدن برخی از گازها می شود که این خاصیت نیز بنوبه خود اساس کار برخی از وسایل سنجش رادیواکتیویته می باشد. (شمارشگر های گایگر)
هسته اتم با تشعش پرتوهای به هسته‌ای متفاوت با خواص جدید تبدیل می‌گردد. به عبارتی با تغییر جرم و عدد اتمی که ناشی از خروج پروتونها در قالب اشعه و الکترونها در قالب اشعه است اتم جدیدی بوجود می‌آید. این پدیده تحت عنوان تلاش هسته‌ای یا تلاشی رادیواکتیو نامیده می شود. می‌دانیم مقدار تغییرات لحظه ای فوق نسبت به اتمهای حاضر در اتم(N) در لحظه دلخواه (T) مقدار ثابتی است ( قانون تجزیه) ، یعنی:
( = مقدار ثابت برای هر ایزوتوپ )

به عبارتی نسبت تلاشی هر هسته با تعداد اتمهای حاضر آن ایزوتوپ بوجود آمده نسبت مستقیم دارد.
(N تعداد اتمهای اولیه در لحظه t=0)
قانون تجزیه

هرگاه حالتی رادر نظر بگیریم که نصف اتمهای اولیه تبدیل به اتمهای حاضر شده اند یعنی نسبت باشد، داریم:

در اینجا t را با نمایش داده و آنرا نیمه عمر آن اتم می نامیم.
(Half-Life)

پس مدت زمان لازم برای تبدیل نصف اتمهای اولیه به اتمهای ثانویه می باشد. این زمان برای اتمهای گوناگون متفاوت بوده و مثلاً برای پلونیوم – 214 برابر ثانیه وب رای اروانیوم –238 برابر سال می باشد. این فعل و انفعالات تا جائی ادامه می‌یابد که منتهی به ایجاد یک اتم پایدار گردد. تا به حال سه سری از این واکنش ها شناسایی شده اند که پس از طی مراحل واسطه‌ای همگی به سرب ختم می‌شوند. در شکلهای (1-1) و (1-2) دو سری اورانیوم –238 و توریم – 232 نشان داده شده اند.
در علم زمین شناسی از پدیده فوق برای تعیین سن مطلق (Absolute Age) سنگها استفاده می‌شود که به روشهای مختلف مثل روش اورانیوم، روش پتاسیم آرگن، روش روبیدیم – استرونسیوم و کربن –14 انجام می پذیرد.

شکل (1-1): سری تلاشی رادیواکتیو مربوط به اورانیوم – 238 که به ایزوتوپ پایدار
سرب –206 ختم می شود.

شکل (1-2) : سری تلاشی رادیواکتیو مربوط به توریوم –232 که به ایزوتوپ پایدار
سرب –208 ختم می شود.

1-2-1- تاریخچه
مواد رادیواکتیو اورانیوم در سال 1789 توسط M.H.Klaproth کشف و بخاطر همزمانی آن با کشف سیاره اورانوس در آن دهه (1781) بنام اورانیوم خوانده شد ولی برای اولین بار بطور خالص توسط Peligot (1841) تهیه گردید. توریوم نیز در سال 1828 توسط J.Berzelius کشف شد. با کشف پدیده رادیواکتیویته توسط بکرل، (1896) و مطالعات پرارزش بعدی توسط دانشمندانی نظیر راترفورد، کوری، گابگر، مایر، ویلورد، بکلر، چادویک و سرانجام کشف رادیواکتیویته مصنوعی توسط ایرن و ژولیوکوری (1934) اهمیت مواد رادیواکتیو فزونی یافت.

1-2-2- 1- کاربرد:
مواد رادیواکتیو انفجار دو بمب اتمی در 1945 قدرت بسیار عظیم انرژی اتمی را بر همگان روشن ساخت و از آن ببعد موج جدیدی برای اکتشاف اورانیوم و دستیابی به انرژی هسته‌ای آغاز گشت. تا قبل از آن تاریخ مهمترین استفاده از سنگهای معدنی اورانیوم بخاطر تهیه رادیوم بود که برای اولین بار توسط کوری ها کشف شده بود. رادیوم در آن موقع بعنوان یک منبع رادیواکتیو برای آزمایشات فیزیکی و شیمیائی گوناگون اربرد داشت و در نتیجه اورانیوم بعنوان یک محصول فرعی رادیوم محسوب می شد.
از خود اورانیوم نیز بعنوان ماده رنگین در صنایع سرامیک و شیشه سازی عکاسی و بعنوان کاتالیزور در برخی واکنشهای شیمیائی و موارد محدود دیگری استفاده می‌شد.
1-2-1-1- تکنولوژی هسته‌ای:

نیاز به اورانیوم برای مصارف صنعتی با کنترل انرژی اتمی آغاز شد و پیشرفتهای بسیار چشمگیری در تکنیکهای اکتشافی و استخراج آن بوقوع پیوست. اهمیت انرژی اتمی را زمانی بهتر درک می‌کنیم که بدانیم چیزی حدود 500 گرم اورانیوم خالص ( که مکعبی به ابعاد 5/1 اینچ می شود) در حدود 10000 وات- ساعت انرژی تولید می‌کند که معادل انرژی حاصل از احتراق 1500 تن زغالسنگ است. در حال حاضر در حدود 375 نیروگاه اتمی در جهان در حال کار بوده و در حدود 15% انرژی مورد نیاز در جهان را تأمین می ‌کنند و صنایع دیگری نیز با استفاده از انرژی اتمی مشغول بکار هستند.

کاربردهای وسیع تکنولوژی هسته‌ای را در همه جا می‌توان یافت از جمله در ایران از فعالیتهای سازمان انرژی اتمی ایران در زمینه استرلیزاسیون با اشعه گاما و یا تولید رادیوایزوتوپ های داروئی می‌توان نام برد.
اورانیوم خالص طبیعی حاوی حدود 28/99% ایزوتوپ اورانیوم –238 و 71/0% اورانیوم – 235 و0057/0 % اورانیوم –234 است که در این میان تنها ایزوتوپ – 235 قابلیت شکافتن با نوترونهای حرارتی را داراست و از این رو بایستی بوسیله روشهای پیچیده‌ای از اورانیوم طبیعی جدا شود. دو ماده دیگر نیز بعنوان سوخت می‌توانند بکار روند: اورانیوم –233 که بطریق «تحولات زاینده» از توریوم – 232 بدست می آید و نیز پلوتونیوم –239 که آن نیز بطور مصنوعی از اورانیوم –238 حاصل می شود. ولی تقریبا تمامی راکتورهای در حال بهره برداری در جهان با اورانیوم – 235 و تعداد کمی با پلوتونیوم –239 کار می‌کنند.

بنابراین هدف اصلی پروژه های اکتشافی عنصر اورانیوم می باشد چرا که فعلاً توریوم مصرف چندانی مگر بعنوان دیرگداز در ساخت برخی آلیاژهای مخصوص ندارد و مصرف جهانی آن تنها حدود 300 تن در سال است. در قسمتهای بعدی نیز اکثراً تأکید بر اورانیوم داشته و فقط در مواردی از توریوم نیز ذکر می شود.

پس از استفاده از سوختهای هسته ای در راکتورها برخی از مواد باقیمانده مجدداً با اعمال فرایندهائی روی آنها بعنوان سوخت به راکتور بازگردانده و برخی بصورت پس مانده‌ها بایستی از جریان خارج شوند. امروزه مسئله از بین بردن و یا به عبارت صحیح تر از سترس خارج شدن این مواد که فوق العاده قدرت آلوده کنندگی دارند از جمله مشکلات فرعی تکنولوژی هسته‌ای می باشد. بخصوص آنکه مسئله دفن زباله های اتمی نیاز به مطالعات و بررسی بسیار دقیق و کنترل شده ژئوتکنیکی و مهندسی بهداشت دارند؛ چرا که نشت این مواد در اثر هر عامل پیش بینی نشده ای می تواند زندگی و محیط زیست همه موجودات را بشدت به خطر اندازد.

به طور خلاصه کلیه مراحل اکتشاف ،استخراج، کانه آرائی و غنی سازی، تهیه میله های سوخت راکتور ، تولید جریان برق از نیروگاه های هسته ای و سرانجام دفن پس مانده ها را در سیکلی به نام چرخه سوخت هسته ای نمایش می‌دهیم ؛ (شکل 2-1) ابتدای این چرخه‌ها با اکتشاف و استخراج این مواد از زمین شروع شده و انتهای آن نیز با دفن این مواد در زمین خاتمه می یابد. که بدین ترتیب لزوم حضور کارشناسان معدن، زمین شناسی و ژئوتکنیک را در این دو مرحله و داشتن یک اطلاعات کلی از سایر مراحل را برای این افراد بخوبی توجیه می کند.

بنا به گزارشات آژانس بین المللی انرژی اتمی میزان تقاضا برای اورانیوم از 100-85 هزار تن ( با ضریب تبدیل 85/0 ) در سال 1985 به حدود 800-200 هزار تن در سال 2000 خواهد رسید. ( این آمار شامل بلوک شرق نمی‌شود).
در شکلهای (2-2) و((2-3) میزان تولید جهانی و نیز میزان تقاضا برای اورانیوم در سطح جهان نشان داده شده است.

شکل (2-2) : نمودار مربوط به تولید اورانیوم در جهان در طول سالهای (1980-1952)

شکل (2-3)

در حال حاضر در انبارهای کشورهای تولید کننده اورانیوم در حدود 100000 تن موجود می‌باشد.
قیمت اورانیوم با توجه به نوسانات اقتصادی جهان که بنوبه خود به بازار جهانی نفت بر می گردد و نیز به میزان عرضه و تقاضای آن بستگی دارد. در عین حال تولید کنندگان اصلی این ماده نیز برای حفظ بازار و دیگر عوامل اقتصادی مربوطه بر روی این ماده نیز برای حفظ بازار و دیگر عوامل اقتصادی مربوطه بر روی این ماده نرخ گذاری می‌کنند. بطوریکه در سال 1974 برخی پیش بینی نموده بودند که در طول سالهای 1979 تا 1982 می بایست قیمتها از حدود $24 به $30 برای هر کیلوگرم افزایش یابد…
(CANADIAN MINIG JOURNAL, Feb,1974)

در خاتمه این قسمت یادآوری این نکته بجاست که با توجه به گسترش روز افزون تکنولوژی هسته‌ای، علوم و فنون مرتبط با آن نیزسریعاً در حال گسترش هستند و بد نیست اشاره کنیم که اورانیوم و توریم تنها مواد سوخت

هسته‌ای بوده و در راه شناسائی، اکتشاف و استخراج و بهره برداری از سایر عناصر طبیعی نیز که مواد ساختمانی در تکنولوژی هسته‌ای بشمار می‌روند، پیشرفتهای فراوانی صورت گرفته است. گرافیک بسیار خالص، کادمیوم تنگستن، زیرکونیم، مولیبدن، تانتالیوم، تیتانیوم، نیوبیوم ، آلیاژهای بسیار مخصوص فولاد، منیزیم ، آلومینیم و برخی از عناصر نادر ازجمله دیگر مواد اساسی مورد نیاز در تکنولوژی هسته‌ای بشمار می‌روند.
1-3- شیمی عناصر رادیواکتیو

1-3-1- شیمی اورانیوم:
اورانیوم فلزی رادیواکتیو و نقره‌ای رنگ با ساختمان الکترونی و عدد اتمی 92 و وزن مخصوص آن 04/19 گرم بر سانتی متر مکعب و دارای نقطه ذوب و نقطه جوش است. اورانیوم در گروه آکتینیدها بوده و آخرین عنصر طبیعی جدول مندلیف محسوب می شود. اورانیوم دارای عدد اکسیداسیون 3-4-5 و6 می‌باشد.
اکسیدهای اورانیوم که از اجزاء اصلی ترکیبات و کانی های اورانیوم بشمار می روند از پیچیده ترین ساختمانهای شیمیائی برخوردارند از این رو فرمول دقیق بسیاری از ترکیبات و کانی های آن بدرستی شناخته نشده است.

مهمترین اکسیدهای اورانیوم، عبارتند از ( به رنگ سیاه قهوه ای) ( به رنگ سیاه سبز) و ( به رنگ زرد نارنجی) معمولترین حالتهای اکسیداسیون اورانیوم در طبیعت هستند که نیز بسادگی بصورت می‌تواند اکسید شود. کانی‌های اورانیوم حاوی معمولاً تیره رنگ و فاقد خاصیت فلوئورسانس در زیر اشعه ماوراء بنفش هستند و متامیکتیزاسیون در مورد آنها صورت می گیرد.

این دسته غالباً منشاء اولیه داشته و عناصر نظیر Ce, Zr,Ca,Th سایر عناصر نادر خاکی می توانند جانشین یون گردند. کانی های اورانیوم حاوی از دو سری تشکیل شده اند: الف – سری اورانات ها به فرمول کلی و معمولاً به رنگ قرمز، نارنجی و قهوه ای بوده و در معرض اشعه ماوراء بنفش گاهی فلوئورسانس قرمز یا نارنجی از خود نشان می دهند. ب- سری اورانیل ها شامل یون که بطور بارزی پایدار بوده و بخاطر شکل غیرعادی و اندازه بزرگ این یون بندرت جانشینی در مورد آن صورت می گیرد. این کانی ها معمولاً به رنگهای زرد یا سبز بود، و اغلب دارای خاصیت فلوئورسانس مشابهی هستند. کانی های حاوی معمولاً منشاء ثانوی داشته و بندرت متامیکت می شوند .در شکل (3-1) پایداری اکسیدهای ( محلول درآ‘) بصورت توابعی از PH و Eh محیط نشان داده شده است.

روشهای متعدد پیچیده‌ای جهت تهیه اورانیوم فلزی وجود دارند که اکثراً در مراحل نهائی آنها از استخراج نیترات اورانیل از محلولهای آبی به کمک اتر و یا سایر محلولهای آلی استفاده می شود.

1-3-2- شیمی توریوم:
توریوم فلزی رادیواکتیو و خاکستری رنگ با ساختمان الکترونی و عدد اتمی 90 و وزن اتمی حدود 038/232 می باشد. وزن مخصوص آن 7/11 گرم برسانتیمتر مکعب و دارای نقطه ذوب 1750 و نقطه جوش 3850 است ( استفاده بعنوان دیرگداز). توریوم در گروه آکتینیدها بوده و بعنوان یکی از دو منبع اصلی مواد رادیو اکتیو طبیعی بشمار می رود. توریوم دارای عدد اکسیداسیون 4 می باشد.

1-4- کانی شناسی اورانیوم و توریم
هر چندکه فراوانی اورانیوم از عناصری مانند نقره، جیوه، کادمیوم و بریلیوم بیشتر است ولی ذخائر اقتصادی آن گسترش چندانی ندارند. مهمترین کانی های اورانیوم از اکسیدهای آن و سپس واناداتهای اورانیم تشکیل شده است. از میان بیش از 200 کانی شناخته شده اورانیوم و توریوم مهمترین آنها عبارتنداز:
1-4-1- اتونیت

رنگ آن زرد روشن تا زرد سبز و بشکل صفحات میکائی شکل است- سیستم تبلور آن تتراگوتال و سختی آن 5/2-2 است – دارای کلیواژ کامل و وزن مخصوص آن 2/3 می‌باشد. نیمه شفاف و با جلای شیشه ای تا صدفی بوده و بشدت رادیواکتیو است. تحت اشعه ماوراء بنفش دارای خاصیت فلوئورسانس برنگ زرد سبز می باشد. در اثر حرارت تبدیل به متااتونیت با دو الی شش ملکول آب می شود. مقدار متوسط اورانیوم این کانی حدود 1/56-3/48% است. اتونیت کانی ثانویه ناشی از دگرسانی کانی های اورانیم دار در پگماتیت ها و رگه های هیدروترمال است. غالباً در مناطق دگرسانی گرانیت ها نیز مشاهده می شود.

1-4-2- کارنوتیت

رنگ آن زرد روشن و بصورت میکروکریستالین است. معمولاً به شکل خاک یا پودری شکل یافت شده و بندرت بلورهای هگزاگونال کاذب آن نیز مشاهده شده است. سیستم تبلور آن منوکلینیک بوده و بسیارنرم است. وزن مخصوص آن بین 0/5- 7/4 بوده و نیمه کدر با جلای خاکی است – کارنوتیت بشدت رادیواکتیو بوده و تحت اشعه ماوراء بنفش خاصیت فلورسانس از خود نشان نمی دهد –کمی در اسیدها محلول است- مقدار متوسط اورانیوم در این کانی حدود 55-2/55% است- کارنوتیت کانی ثانوی بوده و احتمالاً ناشی از رسوبگذاری آبهای فرو رو می باشد و بصورت اشباع در ماسه ها، ماسه سنگها و درختان سنگ شده یافت می شود ( کانی رسوبی)
1-4-3- توربرنیت (کالکولیت)

رنگ آن سبز زمردی و بشکل صفحات میکائی شکل است – سیستم تیلور آن تتراگونال و سختی آن 5/2-2 است. دارای کلیواژ کامل ووزن مخصوص 3/3 می‌باشد. جلای مرواریدی و خاصیت رادیواکتیو دارد. تحت اشعه ماوراء بنفش خاصیت فلوئورسانس نشان نداده و در اسیدهای قوی محلول است. در هوای آزاد دهیدراته شده و به متاتور برنیت با 8 مولکول آب تبدیل می شود. مقدار متوسط اورانیوم این کانی حدود 1/47% است. توربرنیت یک کانی ثانویه ناشی از دگرسانی دریچیلاند می باشد.
1-4-4- از دیگر کانی های مهم اورانیوم و توریم می توان کانی های زیر را ذکر نمود:
– اورانینیت
(Uraninite) (پیچیلاند)

– اورانوفان

– اورانیت

– ویکسیت

– توریت

– مونازیت

– میکرولیت

– زیرکن

– کوفینیت

5- وسایل آشکارسازی رادیواکتیو
5-1- آشکارسازی اشعه بکمک سنتیلومتر

در این روش از خاصیت فلوئورسانس موارد استفاده می‌شود و با شمارش جرقه‌های ناشی از بمباران ماده فلوئورسانس مثل ZnS و با کمک Photomultiplier مقدار تشعشعات را اندازه گیری می کنند. بهترین ماده بعنوان کریستال آشکارساز یدورسدیم (NaI) با کمی ناخالص تالیوم است؛ (هدف از افزودن ناخالصی به یدور سدیم تغییر مکان طول موجها به ناحیه مرئی است ) در اثر برخورد اشعه به کریستال یدور سدیم نوری تولید می شود که توسط فتوکاتد به جریان الکتریکی تبدیل شده (فتوالکتریک) و پس از تقویت به روش Secondary Emissions توسط آمپلی فایرها مقدار تشعشات توسط عقربه یا صفحه دیجیتال نشان داده می شود. این دستگاهها که براساس Scintillation کار می کنند سنتیلومتر نامیده شده و می توانند در ابعاد کوچک (Hand-held Scintillometer) و یا ابعاد بزرگ جهت Airborne, Carborne باشند.
1-5-2- آشکارسازی رادیواکتیو به کمک شمارنده گایگر

در این روش از خاصیت یونیزاسیون تشعشعات رادیواکتیو بر روی گازها استفاده
می شود. بنابراین اساس کاربسیار ساده است و با اندازه گیری مقدار یونیزاسیون که نسبت مستقیم با مقدار تشعشعات دارد؛ به مقدار رادیواکتیو پی می بریم. معمولاً شمارنده های گایگر شامل سه بخش می باشد : 1- لوله استوانه ای که ازجنس شیشه ( و گاهی فلز نازک) و به قطر حدود یک سانتی متر و طول چند سانتی متر می باشد و کاتد که آن نیز به شکل استوانه است درون آن قرار می گیرد.

2- سیم نازکی که نقش آند را داشته و در مرکز استوانه شیشه ای قرار دارد.
3- گاز درون استوانه شیشه ای ( Ar یا He) که بصورت خالص و یا بصورت مخلوط با الکل و یا یک ماده هالوژن (Br) تحت فشار چند ده اتمسفر قرار دارد.

1-5-3- اسپکترومترهای اشعه
اساس این دستگاهها بر متناسب بودن پالسهای الکتریکی خارج شده از فتومولتی پلایر با پالسهای نورانی وارده به آن ونیز متناسب بودن این پالسهای الکتریکی با انرژی اولیه اشعه برخورد کننده با دتکتور (آشکارساز) می‌باشد. مهمترین مزیت این دستگاهها جدا کردن تشعشعات ناشی از انواع ایزوتوپهاست که این امر کمک مهمی در تشخیص و شناسائی Source های ساطع کننده به ما می کند، بعنوان مثال در اکثراسپکترومترهای مورد استفاده ما تعیین مقدار تشعشعات ناشی از ‌‌ (ایزوتوپ رادیواکتیو

طبیعی پتاسیم) و نیز مجموع تشعشعات مورد نظر است. بدین منظور از آنالیزورهای الکترونیکی استفاده می شود(Analyzor) . هر یک از این آنالیزورهای به ازای ولتاژ معینی که ناشی از مقدار مشخصی اشعه دریافت شده توسط دتکتور (Detector) است بکار افتاده و به ازای ولتاژ معین دیگری ( که آن نیز ناشی از مقدار مشخصی دیگری از اشعه است) از کار می‌افتند. در نتیجه می‌توان اشعه دریافتی را در کانالهای مختلف تفکیک کرده و تغییرات هر یک را جداگانه بررسی نمود.

فاصله این دو ولتاژ را Window Width یا پهنای پنجره و ولتاژ اولیه را که بر مبنای آن آنالیزور شروع بکار می‌کند. Window Peak یا ارتفاع پنجره می‌نامند. بنابراین با توجه به مقدار انرژی که از مدار آنالیزور عبور می کند ، مقدار اشعه هر عنصر مشخص می شود. یک کانال نیز جهت مجموع رادیواکتیو یا Total Count بکار می‌رود که مجموع رادیواکتیو ساطع شده از همه عناصر فوق را نشان می دهد.

 

شکل (5-1): دیاگرام ساختمان و طرز کار بخش های یک دستگاه اسپکتروسکوپ اشعه

شکل (5-1) طرز کار یک اسپکترومتر اشعه را نشان می دهد. البته در روش فوق مقداری از انرژی هر کانال در کانال دیگر نیز عبور می کند که بایستی این مقدار را تصحیح کرد که با توجه به مدل دستگاه و میزان دقت آن ضریب حساسیت یا “Stripping Sensitivity Constants” را محاسبه و در نتایج حاصله اثر می دهند. بایستی توجه داشت مقادیری که توسط کانالهای ثبت می شوند ناشی از خود این عناصر نیستند، بعبارتی چون هر یک از عناصر فوق باسطوح مختلف انرژی که مربوط به عناصر دیگری هستند خودرا نشان می دهند یعنی پیک که عنصر ما در است با پیک عنصر دختر و نیز پیک عنصر ما در با پیک عنصر دختر مطابقت دارد. و فقط مقدار اندازه گیری شده برای عنصر مربوط به خودش می‌باشد. در ذیل مقادیر سطوح انرژی این عناصر مادر و دختر ذکر شده اند:

انرژی ساطع شده عنصر دختر عنصر مادر
146 MeV

0608-244 MeV

0227-262 MeV

از این رو بهنگام ثبت مقادیر ناشی از آنالیز برای عناصر ‏Th,U بجای ppm از eppm
( مقدار معادل ppm) استفاده می شود.
درشکل (5-2) سطوح انرژی مختلف نشان داده شده است.
شکل (5-3) و (5-4) نیز اسپکتروگرام های سری های و را نشان می‌دهند.

شکل (5-2) مقایسه اسپکتروگرامهای اورانیوم، توریوم و پتاسیم

شکل (5-4):اسپکتروگرام سری تلاشی هسته ای توریوم -232

1-5-4- روشهای اکتشافی اورانیوم بکمک آشکارسازی اشعه
مقدمه
در اینجا با روشهای اکتشافی اورانیوم بکمک آشکارسازی اشعه آشنا می شویم از مراجعی که در نوشتن این بخش از آنها استفاده شده است مقاله ای تحت همین نام تهیه و تنظیم شده از شهروز نیکپور بدر از سرای گزارشات سازمان انرژی اتمی ایران – واحد اکتشاف و نیز اصول اکتشافات ژئوشیمیایی نوشته دکتر حسنی پاک و بالاخره روشهای ژئوفیزیک اکتشافی نوشته دکتر فریدون قاسمی می باشد.

1-5-4-1- امانومتری:
در این روش میزان ایزوتوپهای گاز رادون( از عناصر دختر اورانیوم) را در هاله های هیدروژئوشیمیایی ولیتوژئوشیمیایی توسط دستگاه امانومتر Emanometer که Radon Monitor یا Radon Sniffer نیز خوانده می شود اندازه گیری می کنند. این روش بایستی در مراحل تفصیلی اکتشافی مورد استفاده قرار گیرد تا نتیجه مطلوبی حاصل شود.

1-5-4-2- تراک اچ:
از دیگر روشهای اندازه گیری گاز رادون می‌باشد: در این روش پس از شبکه بندی منطقه مورد مطالعه فیلم های مخصوصی بنام « آلفا دوزیمتر‌» را داخل لیوانهایی (معمولا پلاستیکی) قرار داده و لیوان را بطور معکوس در داخل گودالهایی به عمق تقریبی 75 سانتیمتر قرار می دهیم و روی لیوانها را می پوشانیم. زمان لازم برای اندازه گیری بین 4 هفته تا 6 ماه است سپس با جمع آوری فیلم ها از درون لیوانها و ظهور آنها می توان مسیرها و برخوردهای اشعه را بر روی فیلم مشاهده کرد که با شمارش این خطوط در سطح هر فیلم (شمارش دقیق یک میلی متر مربع از هر فیلم بطور میانگینی نماینده تام سطح فیلم می تواند باشد ) می توان به میزان تجمع گاز رادون در نقاط مختلف شبکه بندی در منطقه مورد مطالعه پی برد. با محاسبات آماری وجود آنومالی در منطقه را می توان مشخص ساخت.

 

1-5-4-3- هلیوم متری:
در این روش از این مسئله اسفتاده می شود که اشعه با ساطع شده از اورانیوم در اثر عمل یونیزاسیون تبدیل به گاز He می‌شود پس با اندازه گیری He در هاله هیدرژئوشیمیائی و لیتوژئوشیمیائی می توان آنرمالی های اورانیم رامشخص کرد. بدین منظور سه نمونه برداری ازسه محیط مختلف مستقلاً انجام می شود که نتایج آنها در مجموع مورد بررسی قرار خواهند گرفت. این سه نمونه برداری عبارتند از : 1- نمونه برداری از آب چاهها و چشمه ها، 2- نمونه برداری از گازهای خاک، 3- نمونه برداری از خاک

1-5-4-4- اتو رادیوگرافی Autoradiography
در این روش از اثر شیمیائی مواد رادیواکتیو استفاده می‌کنیم. فیلم های مخصوصی که در اینجا جهت ثبت مسیر حرکت ذرات اشعه بر روی آنها استفاده می شوند دارای پوششی از ترکیبات نقره و غلظت 10 برابر بیشتر از فیلم های معمولی عکاسی می باشند و پلاک هسته ای نامیده می شوند. با مجاور ساختن جسم رادیواکتیو با این فیلم دراطاق تاریک که به مدت سه هفته یا کمترانجام می شود و ظاهر کردن فیلم مزبور پس از مدت فوق در زیرمیکروسکوپ بخوبی می توان مسیر اشعه را مشاهده کرد. با اندازه گیری طول اشعه توسط متخصصین با تجربه می توان ذرات ساطع شده از اورانیوم و توریم از یکدیگر تشخیص و حتی با شمارش اشعه و در دست داشتن زمان و به شرط در تعادل بودن عنصر رادیواکتیو می توان مقدار اوزانیوم سنگ را مشخص کرد، اجتماع ذرات بدور یک جزء آکتیوشکلی را بنام اورسن ایجاد می کند.

روش اتورادیوگرافی از جمله روشهای پیشرفته جهت شناسایی کانی های حاوی عنصر رادیواکتیو می باشد که در کشورهای معدودی در جهان از آن استفاده می گردد. هم اکنون در سازمان انرژی اتمی ایران نیز این روش برای مطالعه مقاطع نازک سنگها و شناسایی کانی آکتیو بکار می رود.بدین ترتیب که با قرار دادن پلاک هسته ای روی مقطع نازک (Thin Section) و ثابت کردن آندو با یکدیگر برای مدتی (کمتر از سه هفته ) آنها را در اطاق تاریک قرار میدهیم. سپس پلاک را جدا کرده و در محلولهای

شیمیائی ظاهر می کنیم در زیر میکروسکوپ بخوبی مسیرهای پرتوهای مشخص است اکنون پلاک ظاهر شده را روی مقطع نازک قرار می دهیم و با توجه به علامتی که موقع مجاور ساختن آنها روی هر دو زده ایم، پلاک و مقطع نازک را بدقت روی هم تطبیق می کنیم . بعلت افزوده شدن ضخامت حاصل در زیرمیکروسکوپ ( ضخامت پلاک + ضخامت تیغه نازک ) و با چرخاندن پیچ تنظیم میکروسکوپ یکبار پلاک و یکبار تیغه نازک را بخوبی و بطور واضح مشاهده می کنیم و در حالت بینابین می توان هر دو را بطور نیمه واضح مشاهده کنیم. در این حالت براحتی می توانیم تشخیص دهیم که اورسن های حاصل، از کدامیک از کانی های سنگ ناشی شده اند.
1-6- معرفی اورانیوم خواص، کاربرد

مقدار اورانیوم در سطح زمین محدود است؛ و در حال حاضر مقدار آن حدود 4/2 (p.p.m) تخمین زده می شود؛ بنابراین عنصری کمیاب محسوب می شود اورانیوم می تواند بصورت چند ایزوتوپ وجود داشته باشد. اورانیوم طبیعی بطور معمول شامل : 006/0 درصد ، 71/0 درصد و مقدار زیادی است اورانیوم 235 قابل شکافت بوده و می تواند منشاء ی برای تولید انرژی باشد؛ ولی اورانیوم 238 به آسانی قابل شکافت نیست.

اورانیوم فلز براقی به رنگ سفید مایل به آبی است؛ و قابلیت صیقل کاری زیادی دارد. فلزی سنگین و وزن مخصوص آن 7/18 است. خالص آن، چکش خوار و نرم است و سیم به قطر کمتر از یک میلی متر نیز، از آن ساخته شده است خواص فیزیکی اورانیوم در جدول (1-1)، آمده است.

قبل از سال 1942 میلادی، استفاده از آن برای رنگ کردن شیشه و لعاب کاری بود؛ ولی با کشف شکافت هسته ای کنترل شده، مورد توجه صنایع هسته ای قرار گرفت. بیشترین کاربرد اورانیوم در صنایع دفاعی و هسته ای است. اورانیوم غنی شده به صورت سوخت راکتورهای هسته ای، مورد استفاده قرار می گیرد؛و معمولاً مخلوطی از اکسید اورانیوم ودی اکسید پلوتونیوم است. بعلاوه از، اورانیوم غنی شده به عنوان یک ماده منفجره هسته‌ای ، استفاده می شود.

اورانیوم بعلت تشعشعات رادیواکتیو، در صنعت مورد اسفتاده زیادی ندارد. این عنصر از لحاظ شیمیایی شبیه تنگستن و مولیبدن بوده و مانند آنها کربورهای ثابت می سازد. از اورانیوم ، بطور تجربی در فولادهای آلیاژی استفاده کرده و فولادهای تند برساخته اند. بهر حال بطوریکه گفته شد؛ بعلت گرانی و رادیواکتیو بودن آن، این فولادها نیز مورد استفاده صنعتی نداشته، و بعلاوه مزیتی بر فولادهای آلیاژی دیگر ندارند.

جدول (1-1) خواص فیزیکی اورانیوم

1-6-1- منشاء و اهمیت خطرات رادیولوژیکی
سنگ معدن اورانیوم، بطور غالب محتوی است؛ که این عنصر با 13 محصول ناشی از تجزیه آن، زنجیره در حال تعادل قرار دارد ( شکل 1-1). مهمترین عناصر زنجیره عبارتند از و برخی عناصر کوتاه عمر مانند : و گروهش.

نیمه عمر یک عنصر رادیواکتیو، زمانی تعریف می شود که جرم آن به نصف جرم اولیه‌اش تقلیل یابد و معمولاً میزان فعالیت عنصر مزبور را ، نشان می دهد.
همانطوریکه از شکل مشاهده می شود؛ عنصر اورانیوم خاصیت ساطع نمودن و انتشار پرتوهای یون ساز را دارد. این پرتوها در اثر تجزیه خودبخودی هسته ناپایدار اتم حاصل می شوند و آنقدر ادامه پیدا می کند؛ تا به یک هسته پایدار برسند. بنابراین مهمترین منبع تولید کننده آلودگی، پرتوهای یون ساز هستند. این پرتوها معمولاً وقتی از ماده یا بافت عبور می کنند، می توانند در اثر پدیده تحریک یا یون سازی انرژی خود را به ماده منتقل کنند.

 

کلمات کلیدی :