استغلال الطاقة من التفاعلات النووية
التفاعل الانشطاري :
- تفاعل نووى صناعي يتم فيه قذف نواة ذرة عنصر مشع بقذيفة نووية ينتج انشطار نواة العنصر المشع إلى نواتين لعنصرين مختلفين وعدد من النيترونات وطاقة هائلة .
92U235 + 0n1 56Ba141 + 36Kr92+ 3 0n1 + E
التفاعل المتسلسل :
- تفاعل انشطاري تقوم فيه بلايين من ذرات اليورانيوم بفلق بعضها بصورة تلقائية دون تدخل خارجي
- يتم ذلك عند قذف نواة اليورانيوم بنيترون . ينتج ثلاث نيترونات ثانوية . يصطدم بعضها بذرات يورانيوم أخرى . وينتج نيترونات أخرى تصدم ذرات يورانيوم أخرى وهكذا دون بذل شغل .
الشروط الواجب توافرها لحدوث تفاعل انشطاري :
1- عنصر قابل للانشطار مثل : يورانيوم 92 U 23 بلوتونيوم 94 Pu239
2- الحجم الحرج :
- هو حجم المادة القابلة للانشطار . او هو الحجم التي تنشطر عنده المادة المشعة .
3- الكتلة الحرجة :
- كتلة المادة القابلة للانشطار . او الكتلة التي تبدأ عندها المادة فى الانشطار .
3-مادة مهداة للتفاعل :
مثل الكاديوم والبورن للتحكم فى سرعة التفاعل
4- مصدر للنيترونــات :
مثل خليط من الراديوم و البيرليوم
علل : لكي يحدث تفاعل انشطاري أن يصل حجم المادة وكتلتها إلى الحجم الحرج والكتلة الحرجة .
- حتى لا تهرب النيترونات المتكونة وتتمكن من إحداث الانشطار المطلوب لإحداث تفاعل متسلسل
علل لا يحدث الانشطار النووى إلا اذا كانت الكتلة والحجم اكبر من الكتلة والحجم الحرج لأنة إذا كانت الكتلة والحجم اقل من الكتلة والحجم الحرج تهرب النيترونات
المفاعلات الذرية
المفاعلات الذرية
- وسيلة للتحكم فى الطاقة الهائلة الناتجة من التفاعلات النووية واستخدامها فى الأغراض السلمية .
ملاحظات :-
-الانشطار الكامل التى يعطيها واحد جم من اليورانيوم 235 يعطى طاقة حرارية تقدر بحوالى مليون كيلو وات ساعة
-الطاقة الناتجة عن انشطار 1 كجم يورانيوم 235 تعادل الطاقة الناتجة عن احتراق 2400 طن فحم و1600 طن بترول
المفاعل الانشطاري
قلب المفاعل
- عبارة عن مكعب من الجرافيت النقي . تتخلله قنوات رأسية أو أفقية .
- يوضع فى القنوات قضبان المادة القابلة للانشطار مغلفة بالصلب .
نظام التبريد
- يعمل على سحب الطاقة الحرارية الناتجة عن الانشطار داخل قلب المفاعل باستمرار عن طريق إمرار
الغاز أو السائل المبرد داخل قلب المفاعل لحفظ حرارته عند درجة حرارة ثابتة
*المواد التى تستخدم فى عملية التبريد
1- الماء العادي H2Oوالماء الثقيل D2O
2- ثانى أكسيد الكربون
قضبان التحكم
- وهى تتكون من الكاديوم Cd والبورن B
*درع من الصلب
- وعاء من الصلب لاحتواء المفاعل ومعداته ودوائر التبريد
*درع خرساني
- عبارة عن خرسانة مسلحة تحيط بالمفاعل من جميع الجهات لمنع نفاذ الإشعاعات الذرية للوسط الخارجي .
- سمك الخرسانة 2 متر لتحمل الحوادث
علل : استخدام مكعبات من الجرافيت فى قلب المفاعل
1- تعمل كمادة مهدأة تهدئ من سرعة النيترونات حتى يمكن أن تصطدم باليورانيوم (235 ) ويحدث الانشطار .
2- تعمل كعاكس لمنع هروب النيترونات إلى خارج المفاعل النووى .
3- تتحمل الحرارة الناتجة من الانشطار النووى .
علل : استخدام أقطاب من الكاديوم والبور ن فى المفاعل النووي
-نظرا لأن هذه المواد لها القدرة على امتصاص النيترونات فيمكن التحكم فى سرعة التفاعل عن طريق
أ - دخول السيقان فى المفاعل فتمتص النيترونات وتقل سرعة التفاعل .
ب- خروج السيقان فتصطدم النيترونات بذرات يورانيوم أخرى فتزداد سرعة التفاعل .
علل : يحاط المفاعل بسياج واقي من الخرسانة المسلحة بسمك 2 : 3 م
- لمنع نفاذ النيترونات وأشعة جاما للوسط الخارجي .
علل : تبنى المفاعلات الذرية بالقرب من شواطئ البحار
- لاستخدام مياهها فى عملية التبريد
علل : وجود أجهزة رقابية على المفاعلات الذرية
- لوقف التفاعل النووي عند زيادة الإشعاعات فى المنطقة عن الحد المسموح به
-
أضرار المفاعلات الذرية
الإشعاعات الذرية :
- ينطلق من التفاعلات النووية أشعة غير مرئية مثل ( جسيمات ألفا – بيتا – وأشعة جاما ) ولمنع تسرب هذه الإشعاعات نستخدم:
1- دروع من الخرسانة الواقية والمرشحات.
أهمية المرشحات:-
تخلص الغازات والسوائل المنطلقة من المفاعل من الإشعاعات المصاحبة لها
2- يوجد على كل مفاعل أجهزة رقابية قياسية يمكنها أن توقف المفاعل إذا زاد انطلاق المواد المشعة عن الحد المسموح به .
2-النفايات الذرية : وهى ناتجة من تشغيل المفاعل وصيانته وتنقسم إلى :
أ - مخلفات من النوع المنخفض أو المتوسط من حيث الطاقة الإشعاعية. وهى
تنتج من تشغيل المفاعل وأعمال الصيانة الدورية
ب- مخلفات من النوع العالي فى الإشعاع وتشمل الوقود المحترق داخل قلب المفاعل والآلات والأجهزة الملوثة بالإشعاع والماء المستخدم فى تبريد المفاعل من الداخل
-يمكن التخلص منها عن طريق خلط هذه النفايات بالخرسانة وتوضع فى براميل صلب وتدفن فى باطن الأرض فى طبقات صخرية على أعماق بعيدة أو يلقى بها فى المحيط بعد تغليفها بمواد تقاوم الظروف التى تدفن فيها .
3-الطاقة الحرارية الزائدة :
- نظرا لأن المفاعلات تبنى على الشواطئ لاستخدام مياهها فى التبريد وتصب المياه الناتجة فى البحار ترتفع مياه البحار بمقدار (6–9 م) تصاعدO2 و تؤدى إلى موت الكائنات هذا ما يعرف بالتلوث الحراري .
علل : بناء المفاعلات الذرية بالقرب من شواطئ البحار يسبب تلوثها
- لأن الماء الناتج من عملية التبريد يسبب رفع درجة حرارة الماء بمقدار 6 : 9 درجات فيسبب تلوث حراري يؤدى إلى تصاعد O2 من الماء فتهلك الكائنات البحرية وتموت .
علل توضع مرشحات على المفاعلات الذرية
لتخليص الغازات والسوائل المنطلقة من المفاعل من الإشعاعات المصاحبة لها
علل للمفاعلات الذرية خطورة على البيئة
هذه المخاطر متمثلة في الإشعاعات الذرية مثل أشعة آلفا وبيتا و جاما والنفايات الذرية الناتجة عن تشغيل المفاعل وصيانته والتلوث الحراري الناتج عن استخدام مياه البحار في عمليات التبريد
فوائد المفاعل النووى :
1- الحصول على نظائر مشعة مثل اليود
53I127 + 0n1 53I128 + gamma ray
2- تحويل اليورانيوم إلى بلوتونيوم
92U238 + 0n1 92 U239
92U239 93Np239 + 1-e0
93Np239 94 Pu239 + 1-e0
يستخدم البولوتينيوم الناتج فى عمل القنبلة الذرية أو تشغيل مفاعل آخر
علل : استخدام 92U239 فى المفاعلات الذرية على الرغم من أنه له قدرة على امتصاص النيترونات .
- للحصول على البولتينيوم
92U238 + 0n1 92 U239
92U239 93Np239 + 1-e0
93Np239 94 Pu239 + 1- e0
علل لا يستخدم 92U239 فى المفاعل الانشطاري
لأنة يمتص النيترونات ويتحول إلى البولوتينيوم
92U238 + 0n1 92 U239
92U239 93Np239 + 1-e0
93Np239 94 Pu239 + 1-e0
استخدامات النظائر المشعة
1- فى الطب : لتشخيص بعض الأمراض وعلاج بعضها مل السرطان
2- فى الصناعة : استخدامها فى الكشف عن عيوب المنتجات الصناعية .
3- فى الزراعة: لمقاومة الآفات وتحسين السلالات النباتية .
4- فى حفظ المواد الغذائية .
5- فى توليد الكهرباء عن طريق استخدام الطاقة الحرارية الناتجة من التفاعلات النووية فى تسخين المياه وتحويلها إلى بخار يستخدم فى إدارة التوربينات لتوليد الكهرباء .
6- فى الأبحاث العلمية مثل :
- التأكد أن الماء هو مصدر الأكسجين الناتج من عملية البناء الضوئي وليس
ثانى أكسيد الكربون وذلك باستخدام ماء يحتوى على نظير الأكسجين 8O18
وجد أن الأكسجين الناتج من عملية البناء الضوئي هو نظير الأكسجين 8O18
*ماهو الفرق بين البروتون و البروتنيوم و الديترون و الديتريوم وجسيم ألفا والهليوم
البروتــــــــون ذرة الهيدروجين العادي المتعادلة كهربيا (عدد+ =-)
البروتيــــوم هو نواة ذرة الهيدروجين العادي عندما تفقد واحد إلكترون + [1H1]
الـــــــديترون نظير الهيدروجين ويعرف بالهيدروجين الثقيل
الديتريــــــوم هو نواة الديتريوم عندما تفقد واحد إلكترون +[1H2]
الهليــــــــوم هو ذرة الهليوم المتعادلة 2He4( عدد الشحنات+ = _ )
جسيم الفــــــا هو نواة ذرة الهليوم عندما تفقد 2 إلكترون [2He4]+2
القنبلة الذرية الانشطارية
*الأساس العلمي
- إحداث تفاعل نووى انشطاري متسلسل فى فترة زمنية قصيرة لا يمكن التحكم فيه .
التركيب :
1- مادة قابلة للانشطار مثل اليورانيوم أو البلوتونيوم .
- توضع كل منهم فى :
- حجم أقل من الحجم الحرج
- كتلة أقل من الكتلة الحرجة
-عند تجميعهم يصبح الحجم الحرج أكبر من الحجم الحرج والكتلة اكبر من الكتلة الحرجة
92U235 + 0n1 56Ba141 + 36Kr141 +3 0n1 + E
2- مصدر لقذائف النيترونات :عبارة عن مزيج من البريليومBe ، الراديوم Ra
3- مـــادة مثل الجرافيت : تعوق هروب النيترونات
4-مـــــــادة مفجرة : مثل مادة T.N.T
علل : استخدام مزيج من البريليوم فى صناعة القنبلة الانشطارية
- الراديوم مصدر لقذائف ألفا
88Ra226 86Rn222 + 2He4
- البريليوم هدف لألفا ومصدر للنيترونات
4Be9 + 2He4 6C12 + 0n1
س: من البريليوم كيف نحصل على البور ن
4Be9 + 2He4 6C12 + 0n1
6C12 + 1H1 5B10 +2He4
علل : استخدام مادة T. N.T فى القنبلة الانشطارية
- لأنه عند إلقاء القنبلة تعمل مادة T. N.T المفجرة على تجميع قطع اليورانيوم بطريقة آلية وتصبح الكتلة أكبر من الكتلة الحرجة والحجم أكبر من الحجم الحرج ويبدأ التفاعل المتسلسل وتنتج الطاقة المدمرة .
علل استخدام مكعب من الجرافيت في القنبلة الانشطارية
- حتى يعوق هروب النيترونات
علل تسمى القنبلة الانشطارية القنبلة ذات الانفجاريين
- لأنة يحدث فيها انفجار لمادة T.N.T لتجميع المادة المشعة لتصبح فى حجم وكتلة اكبر من الحجم والكتلة الحرجة فتنفجر المادة المشعة
*أسباب تفوق القنبلة الانشطارية فى التدمير
1-قوة الانفجار :
- يؤدى إلى حدوث ضغط مفاجئ عالي جداً يؤدى إلى اندفاع كتلة من الهواء المحيطة تدمر ما يعترض طريقها يتبع ذلك تخلخل أشد خطورة وفتكاً .
2-حرارة الإشعاع :
- تصل إلى ( 10 مليون درجة مئوية ) تصهر كل ما يحيط بها من كائنات ومنشآت .
3-انبعاث أشعة جاما : تنبعث أشعة جاما بكميات كبيرة تسبب الوفاة لجميع الكائنات .
4-مواد مشعة متخلفة عن الانفجار
- تسبب إصابة الإنسان بأمراض خطيرة مثل تشوه الأجنة وأمراض السرطان .
الرئيسية 
أحدث الصور 
موضوع: الدرس الخامس ... التفاعل الانشطارى 
الثلاثاء أبريل 14, 2009 11:18 pm