انجام پایان نامه

درخواست همکاری انجام پایان نامه  بانک مقالات رایگان انجام پایان نامه

سفارش پایان نامه

|

انجام پایان نامه ارشد

 پایان نامه

پایان نامه | پایان نامه انرژی هسته ای

پایان نامه 


انـرژي هســـته اي

    









موضوع تحقيق :
انرژي هسته اي
فهرست مطالب
مقدمه .......................................................................................................................4
فصل اول
شكافتن اتم..............................................................................................................6
پيشرفتهاي حاصله در دهه ي 90 ...................................................................... 6   
ژئوفيزيك پرتوهاي كيهاني و عناصر سنگين .................................................10
شكافتن اتم .............................................................................................................12
پروژه هاي مانهاتان.............................................................................................14
ساختار هسته اي اتم ..........................................................................................18
فصل دوم
گردش مواد سوختني هسته اي يعني چه ؟ ....................................................21
سنگ اورانيوم خام ................................................................................................22
انواع اورانيوم ........................................................................................................22
اورانيوم چگونه به دست مي آيد ؟.....................................................................23
غني سازي اورانيوم............................................................................................. 24
فصل سوم
با عناصر سوختي مصرف شده چه مي كنند ؟..............................................28
تاسيسات « دوباره غني سازي » چيست ؟ .....................................................29
فصل چهارم
سرنوشت زباله هاي اتمي چيست ؟ ...................................................................31
آيا مي توان زباله هاي اتمي را با اطمينان و ايمني كامل انبار كرد ؟ ........32
آيا انرژي اتمي از نظر اقتصادي مقرون به صرفه است ؟ .............................33
سهم انرژي اتمي در توليد برق ......................................................................... 35
انرژي هسته اي بيم ها و اميد ها .......................................................................39
منابع ........................................................................................................................43

انـرژي اتمي                نيـاز امـروز            ضـرورت فردا
مقدمه
تصور امكان ادامه زندگي امروزه بشر بدون وجود برق غير قابل باور به نظر مي رسد . در جهان كنوني قطع كوتاه مدت جريان برق مي تواند لطمات جبران ناپذيري به روند زندگي وارد نمايد . از اين روي نياز انسان به جريان الكتريسيته با نياز به اكسيژن مقايسه
شده است .
افزايش جمعيت ، توسعه صنايع و كارخانجات و توليد روز افزون محصولاتي كه براي استفاده متكي به جريان الكتريسيته هستند .
توليد روز افزون برق را اجتناب ناپذير مي سازد . اين نياز در كشورهاي در حال توسعه به دليل تمايل به رفع وابستگي و ايجاد اشتغال نمود بيشتري پيدا مي نمايد .
توسعه فعاليت در بخش كشاورزي و صنعت مستلزم در اختيار داشتن نيروي الكتريسيته كافي است ، علاوه بر آن كه تامين برق مصرفي در بخش خانگي و شهري ( روشنايي معابر و امكان تفريحي ) كه هر روز گسترش مي يابد حجم زيادي از نيروي الكتريسيته را
طلب مي نمايد .
استفاده از سوخت هاي فسيلي ، نيروي آب و انرژي اتمي سه روش اصلي در توليد الكتريسيته در جهان محسوب مي شود و در كنار آن استفاده از نيروي باد و انرژي خورشيدي به عنوان روشهاي مكمل در برخي از كشورها سهم ناچيزي از توليد برق را به خود اختصاص مي دهد .
براساس آخرين آمارها 105 كشور از جمله جمهوري اسلامي ايران تمام يا بيش از 80 درصد انرژي الكتريكي مورد نياز خود را با استفاده از سوخت هاي فسيلي به دست
مي آورند . در مقابل تنها 28 كشور تمام يا بيش از 80 درصد انرژي الكتريسيته مورد نياز را با استفاده از نيروي آب ايجاد مي نمايد .
محدوديت منابع آبي يا عدم امكان احداث سد موجب گرديده تا تعداد كشورهاي كمتري از نيروي آب براي توليد برق بهره گيرند . در مقابل بيشترين سهم در توليد الكتريسيته به سوخت هاي فسيلي اختصاص داده شده است كه دسترسي به آن ساده تر به نظر مي رسد
به دنبال افزايش قيمت نفت از يك سو و كاهش تدريجي ذخاير نفتي از سوي ديگر و در كنار آن محدوديت منابع آبي برخي از كشورها كه به دنبال پيدا كردن منبع جايگزين براي توليد الكتريسيته بودند استفاده از انرژي اتمي را به عنوان بهترين راه براي به دست آوردن نيروي برق ارزان و مطمئن شناسايي نمودند .
براساس آخرين آمارها 31 كشور از انرژي اتمي به عنوان مولد بخشي از الكتريسيته مورد نياز خود اقدام مي نمايند .







     فصل اول
شكافتن اتم
به نظر عامة مردم موفقيت هاي برجسته سالهاي جنگ در زمينة فيزيك اتمي ( كه به ساختن بمب اتم و پديد آمدن نيروي اتمي انجاميد ) تا اندازة زيادي ساير پيشرفت هاي حاصله در علوم فيزيكي را تحت الشعاع قرار داد . البته صاحب نظران معاصر تنها از زاوية فيزيك اتمي به قضيه نگاه نمي كردند . با اين كه كشفيات جديد در مورد اتم بسيار جالب بود و جاذبة قابل ملاحظه اي داشت ، اما به طور كلي به آنها به عنوان پديده هايي مي نگريستند كه ارتباط چنداني با زندگي روزمرة مردم ندارند . واقعيت آن بود كه پيشرفت در جبهة وسيعي ( از جمله در زمينه هايي مانند تكنيك هاي استخراج فلزات و ژئوفيزيك ، هواشناسي و اقيانوس نگاري ) ، چه در سطح نظري و چه در سطح عملي ، در شرف وقوع بود .
پيشرفت هاي حاصله در دهة 1930
مطالعات كلاسيك در مورد الكتريسيته به جريان الكتريسيته در اجسام هادي مربوط
مي شد . اما با تحويل قرن بيستم ، وسايلي كه به جريان الكترونها بستگي داشتند ( نمونة آن لامپ ترميونيك اختراع جي . اي . فلمينگ است ) ، به طرز فزاينده اي اهميت يافتند . در اين زمينه پيشرفت عمده ، اختراع ميكروسكوپ الكتروني بود كه در آن شعاع الكتروني كه به طريقة الكترومغناطيسي متمركز شده ، جاي اشعة نور و عدسي هاي شيشه اي ميكروسكوپ  هاي معمولي را مي گيرد . اين ميكروسكوپ نقايصي دارد كه بعضاً غيرقابل اجتناب است ، اما قدرت درشت نمايي بسيار زياد آن نسبت به ميكروسكوپ معمولي باعث مي شود كه بتوان از اين عيوب چشم پوشيد .
نخستين ميكروسكوپ الكتروني در سال 1932 توسط « نول » M: Knoll و « روسكا »
E. Ruska در آلمان ساخته شد . در اين ميكروسكوپ شعاع الكتروني از ميان بخش
فوق العاده كوچكي از نمونة مورد مشاهده گذرانده شد . در سال 1932 يك ميكروسكوپ الكتروني كه تصوير كلي مورد نظر را به صورت تسلسلي از تصاوير جزيي به دست
مي داد ساخته شد كه بررسي شكل نمونه هاي ضخيم را ممكن كرد .
با پيچيده تر شدن وسايل الكتروني ، پيچيدگي مدار بندي مربوط به آن نيز افزايش يافت كه خود مشكلات خاصي در رابطه با ظرافت و كوچكي آن به وجود آورد . يكي از بهترين پيشرفت هاي حاصله ، اختراع مدار چاپي به وسيله « آيلر » P . Aister  در سال 1943 بود . در اين روش ، چنان كه از نام آن پيداست ، سيم كشي اجزاء عمدة مدار مورد نياز به شيوه معمول چاپ ، با استفاده از يك مركب هادي برق ، به صورت خطوط ظريفي كه بر يك صفحة عايق نشانده مي شوند ، صورت مي گيرد .
در دنياي علم و تكنولوژي اين نكته جا افتاده است كه اغلب ساليان متمادي به درازا
مي كشد تا اصول كشف شده به مرحلة عمل درآيد . رادار يكي از اين موارد است . مورد ديگر صفحة نمايش LCD « بلور مايع »  (Liquid Crystql)   است ، كه در نهايت به شكل هاي بسياري ـ مانند ساعت ديجيتال و دستگاه تلويزيون با صفحة مينياتور ـ عرضه شد و مردم با آن آشنا هستند . اصول اوليه آن وسيلة الكترو ـ اپيتكال ( الكتروني ـ بصري) در سال 1934 به وسيلة « درير » J.Dreyer در بريتانيا پرورانده و به روشني بيان شد . البته استفاده وسيع از آن تا پس از پايان جنگ ميسر نشد .
به طور كلي در تاريخ علم و تكنولوژي ، نقش شيمي تا اندازه اي دست كم گرفته شده و به نظر مي رسد كه دو دليل عمده در اين كار دخيل بوده است . نخست آن كه تعداد تركيبات خاص شيميايي حقيقتاً به ميليون ها مي رسد كه معدودي از آنها داراي اسامي شناخته شده و غيرعلمي هستند ، به طوري كه تعداد تركيبات آشنا براي مردم عادي ، بسيار كم است . از جمله نمونه هايي كه به ذهن خطور مي كنند ، ازون ، متان ، كلروفيل ، زاج ، دي ان . اي و كلروفرم را مي توان نام برد . اما خود شيمدانان بايد ضرورتاً به يك زبان فني ويژه پناه ببرند كه دقيقاً تعيين مي كند چگونه اتم هاي مختلف در مولكول يك مادة خاص مرتب
شده اند . اين موضوع مشكلات بزرگي را در سطح عامه كه با اين زبان آشنايي ندارند ، به وجود مي آورد . دليل دوم آن است كه شيمي علمي بسيار فراگير است . بدين ترتيب كه كمتر پيشرفتي است كه به نوعي حاوي روابط شيميايي نباشد . از اين رو بيشتر مردم در برابر اين دستاوردها شيمي را امري مهيا انگاشته ، توجه خود را به نوآوري علمي يا
فني اي كه در نهايت فراهم آمده معطوف مي كنند .
اكثر اختراعات جديد را صرفاً به واسطة زمينه هاي مي شناسند كه آن اختراعات باعث بسط و توسعه آنها شده اند ، ولي از وسايلي كه به كمك آنها اختراع تحقق يافته غافل مي مانند . اين نكته در مورد بسياري از پيشرفت هاي پزشكي دهة 1930 و 1940 صادق است . سولفوناميدها فقط به آن دليل ساخته شدند كه شيميدانان شركت اي . گ . فاربن از مهارت حرفه اي كافي براي ساختن مصنوعي ( سنتز ) تعداد بي شماري از موادي كه در طبيعت يافت نمي شوند ، برخوردار بودند . حتي پني سيلين ( يعني ماده اي كه بيشتر يك كشف بود تا يك اختراع ، زيرا يك توليد طبيعي است ) بدون مساعدت و كمك شيميدانان زبده چه در زمينه هاي تئوريك و چه در زمينه هاي كاربردي هرگز نمي توانست استخراج و توليد شود اين نكته در مورد كليه داروها ، از آسپرين گرفته تا كورتيزون و از پاراستامول تا واكسنها صدق مي كند .
همچون بايد به خاطر داشت كه كليه مواد پلاستيكي توليدات شيميايي هستند . اين مواد الياف مصنوعي مانند پلي اميدها ، پلي استر و اكريلان و پلاستيك هاي قابل قالب گيري مانند پليتن و پي . وي . سي و پرسپكس ( لوسيت ) را شامل مي شوند . حتي لاستيك طبيعي بايد به طرق شيميايي عمل آورده شود ( مانند وولكانيزه كردن يا سخت كردن آن با تركيبات گوگرد ) تا بتواند مورد استفادة مؤثر واقع شود . ساير توليدات صنايع شيميايي كه امروزه توليد آنها اجتناب ناپذير است ، شامل محدودة گسترده اي از رنگهاي نساجي ، رنگها ، مواد شيميايي كشاورزي و مواد منفجره براي مصارف نظامي و غيرنظامي مي شود به قول معروف از هيچ چيزي به وجود نمي آيد و صنايع شيميايي با توجه به مواد اوليه مورد نياز خود مي بايست اين نكته را مد نظر داشته باشد . اما صنايع سنگين شيميايي ( كه به طور سنتي محصولاتي مانند اسيد سولفوريك ، سود و مواد سفيد كننده يا رنگ بر توليد مي كنند ) همچنان به استفاده روزافزون خود از مواد معدني چون نمك ، سنگ آهك ، زغال سنگ و پيريت ( سولفيد آهن ) به عنوان مواد اوليه ادامه دادند . در ميان محصولات جديد ، محصولاتي كه در زمينة شيمي آلي به دست آمدند ، جالب ترين آنها بودند . اين محصولات معرف محدودة وسيع و بسيار متفاوتي هستند كه جملگي در عين تنوع ويژگي مشتركي دارند و آن دارا بودن نسبت قابل ملاحظه اي از عنصر كربن است . هر محصول آلي الزاماً مي بايست از يك مقدار مساوي مواد خام كربن دار ، مشتق شود . در آغاز ، ماده اوليه اصلي در اروپا قطران بود كه به صورت توليدات جانبي كارخانه هاي گاز زغال سنگ به وفور يافت مي شد . قطران براي توليد انواع فرآورده هاي واسطه اي شيميايي ( از جمله بنزن ، تولوئن ، گزيلن و نفتالين ) تقطير مي شد . وابستگي به قطران به عنوان ماده اوليه ، تا دهة 1950 همچنان بر جاي بود . اما در آمريكا وضعيت بسيار متفاوت بود . در آنجا گاز طبيعي از دهة 1880 به مقادير زياد مورد استفاده قرار مي گرفت و صنايع گاز زغال سنگ در مقام مقايسه با گاز طبيعي ، وجود نداشت . از دهه 1920 به بعد اندك اندك نفت خام به عنوان مادة اوليه عمده مصرف شد و تا زمان چنگ جهاني دوم به همين صورت باقي ماند .
ژئوفيزيك ، پرتوهاي كيهاني و عناصر سنگين
دنياي علم نيز مانند احزاب سياسي دائماً در حال انشعاب و تقسيم شدن به شاخه هاي كوچكتر است . در فيزيك ، يكي از جا افتاده ترين و ريشه دار ترين رشته ها ژئوفيزيك است كه با پديده هاي پوسته زمين مانند حركت قاره ها سروكار دارد . در سال 1929
زمين شناس ( ژئولوژيست ) ژاپني « موتونوري ماتوياما » Motonori Matuyama از روي پس ماندة خاصيت مغناطيسي در بعضي سنگها كشف كرد كه در تاريخ ژئولوژيك زمين ، ميدان مغناطيسي آن واژگون شده است .
امروز ، معلوم شده است كه اين واژگوني در خلال 5 ميليون سال اخير بارها رخ داده است اين چرخشي كاملاً شمالي ـ جنوبي بوده است ، كه با انحراف موضعي قطب مغناطيسي شمال ، كه از قرن شانزدهم شناخته شده بود ، متفاوت است . دليل اين چرخش هنوز روشن نيست . اما ممكن است به دليل نوسان هاي جريان هاي انتقال گرما در هستة مايع زمين بوده باشد ، كه در مورد آن اطلاع چنداني در دست نيست . پيشرفت هاي حاصله در علم زلزله شناسي ، اطلاعات جديدي در مورد قسمت هاي سهل الوصول تر پوستة زمين به دست داده است . تا سال 1935 شدت زمين لرزه ها بر حسب آثار كيفي آنها اندازه گيري مي شد اما از آن سال به بعد « ريشتر » C.F.Richter  معياري مطلق براي آن انديشيد كه نام وي را به خود گرفت . اين واحد براساس لگاريتم دامنة مشاهده شده امواج
تكان دهنده زلزله تعيين شده است .
در سال 1910 « وولف » T. zulf كشف كرد كه تشعشعات موجود در آتمسفر زمين بيش از تشعشعات موجود در سطح زمين است و به اين نتيجه رسيد كه منشاء اين پديده بايد خارج از زمين باشد . در سال 12-1911 « هس » V.F. Hess در اتريش تعدادي بالون را براي اندازه گيري اين پديده در ارتفاعات بيش از 5000 متر ، به آسمان فرستاد . در آغاز تصور مي رفت كه منشاء اين تشعشعات خورشيد باشد ، اما اندازه گيري هايي كه در خلال كسوف سال 1912 به عمل آمد ، بر اين نظريه خط بطلان كشيد . در سال 1925 ميليكان ، فيزيكدانان آمريكايي اين تشعشعات را پرتوهاي كيهاني ناميد . در سال 1932 « پيكار » ، A.Piccard فيزيكدان فرانسوي ، براي مطالعه در مورد اين پرتوها با بالن ( مخصوصي ) تا ارتفاع 16000 متري ، يعني تا لاية استراتسفر ، صعود كرد .
در سال 1933 بررسي هاي مربوط به تشعشعات فضاي خارج از جو زمين وارد مرحلة جديدي شد . در اين سال « كارل يانسكي » Karl Jansky در ايالات متحده به يك منبع ارسال امواج راديويي در امتداد كهكشان راه شيري برخورد . عجب آنكه اين پديده در آن زمان چندان جلب توجه نكرد ، اما پس از جنگ موجب گسترش زمينة عمده جديدي در اخترشناسي راديويي شد كه ساخت بشقاب عظيم و قابل نشانه گيري جدرل بنگ انگلستان مظهر آن بود .
به اعتقاد پيشينيان چهار عنصر تشكيل دهندة جهان آتش ، خاك ، هوا و آب بود . اما در سال 1931 بشر دريافت كه هنوز اسرار ناشناخته ديگري نيز در آب نهفته است . شيميدان امريكايي « هارولد يوري »  Hatold Urey در دانشگاه كلمبيا ، براساس بعضي نظم هاي موجود در ساختار هسته هاي اتم ها ، پيش بيني كرده بود كه هيدروژن ـ سبك ترين عنصر با جرم يك ـ بايد به شكل ايزوتوپ هاي با جرم دو و سه نيز وجود داشته باشد . او با استفاده از يك طيف نماي بسيار حساس در طيف ئيدروژن معمولي يك خط بسيار ضعيف مربوط به يك تركيب يك قسمت در 4500 ( كه به بعدها به يك در 6500 ، نزديك به آخرين رقم محاسبه شده ، تصحيح شد ) ئيدروژن با جرم 2 يافت . اين نظريه بعدها با استفاده از غني كردن ئيدروژن از طريق تقطير جزء جزء آن به شكل مايع به تأييد رسيد . در صورت وجود اين ئيدروژن سنگين ( دوتريوم ) مي بايست آب سنگين نيز وجود داشته باشد . اين آب نيز متعاقباً از طريق الكتروليز آب معمولي تهيه شد . زيرا آب معمولي سريع تر از آب سنگين تجزيه مي شود .
شكافتن اتم
با نظري به گذشته ، چندان جاي شگفتي باقي نمي ماند كه چرا تجربة شكافتن اتم توسط
« كاك كرافت » J.D.Cockcroft و والتون E.S. Wallon  از دانشگاه كمبريج در سال 1932 ، آن  اندازه توجه مردم را جلب كرد . تا جايي كه به عامة مردم مربوط مي شد ،
پرده برداري تدريجي از ساختار اتم در حيطة كار دانشمندان آكادميك و نوعي پيگيري عالمانه اما بي ضرر بود . در آن زمان ، تصوري از امكانات بالقوه قدرت اتمي وجود نداشت با وجود اين فقط كمتر از ده سال بعد بود كه ساختن بمب اتمي شروع شد .
در اين چنين شرايط و جو فكري بود كه آزمايش هاي كلاسيك كاك كرافت و والتون به اجرا درآمد . در توضيح اين مطلب كه چرا مسئله شكافتن اتم تا اين حد افكار عمومي را جلب كرد ما بايد به عقايد سنتي دربارة ماهيت اتم رجوع كنيم . عليرغم مدارك گرد آوري شده مبني بر اين كه اتم ها نيز داراي اجزايي هستند ، عده اي از اين اعتقاد قديمي كه اتم غيرقابل تقسيم است ، سرسختانه حمايت مي كردند . انتشار اين خبر كه دو دانشمند كمبريج توانسته اند ماهرانه اتم را بشكافند ، نوعي تأثير ويرانگر بر عقايد جزمي داشت . آيا سرانجام روياي كيميا گران براي تبديل سرب به طلا به حقيقت پيوسته بود ؟
اين آزمايش ، به ساده ترين زبان و البته در مقياسي بسيار خرد به بازي شكستن نارگيل در بازي هاي مرسوم در بازارهاي مكاره شباهت دارد . در اين بازي يك گوي چوبي را با چنان قدرتي پرتاب مي كنند كه يك نارگيل بزرگ تر از آن گوي را شكاف دهد . در تجربة كاف كرافت / والتون ، گوي يك اتم ئيدروژن داراي بار مثبت ( پروتون ) ـ تسريع شده به طرق الكتريكي ـ و نارگيل يك اتم ليتيوم بود . براساس نظريه سنتي ، جرم ذرة پرتاب شده و هدف بايد دقيقاً باجرم دو ذرة جديد حاصله ، مساوي باشد . اما در حقيقت اختلاف ناچيزي وجود داشت كه دقيقاً بر حسب تئوري اينشتن برابر با ميزان انرژي رها شده است بدين ترتيب راه درازي در پيش بود و مسير هم روشن نبود ، اما امكان ( و نه بيشتر ) تبديل دقيق جرم به انرژي به اثبات رسيده بود . اما ، در آن زمان به حقيقت ناديده گرفته شد . هدف پيشتازان اين نظريه تدارك يك منبع جديد انرژي نبود ، بلكه مي خواستند كنجكاوي خود را در مورد ساختار نهايي ماده ، ارضاء كنند .
جوهرة شيوه جديد براي تحقيق در مورد ساختار اتم ، اين بود كه براساس اين اصل كه گلوله تفنگ واقعي بسيار بيشتر از يك دانة نخود پرتاب شده از لولة تفنگ اسباب بازي به درون نشانه فرو مي رود ، به نحو فزاينده اي ذرات پرانرژي تر و سريع تري به دست بياورند . شتابي كه يك ذره از يك ميدان الكتريكي كسب مي كند ، هم با توجه به اختلاف پتانسيل و هم با توجه به طول مسير حركت ذره تعيين مي شود . براي افزايش طول مسير
« لارنس » E.O. Lawrence و « اسلون » D.H. Sloan در آمريكا نظريه زيركانة استفاده از يك ميدان توأم الكتريكي و مغناطيسي براي واداشتن ذره به سير در يك مسير مارپيچي ، مانند فنر موئين ساعت مچي را ارائه دادند . به اين طريق يك مسير طولاني را
مي توان در يك فضاي نسبتاً كوچك گنجانيد . چنين وسيله اي به عنوان سيكلوترون Cyclotron شناخته شد و تا سال 1939 « لارنس » خود دستگاهي در « بركلي » كاليفرنيا با قدرتي بيش از 50 برابر وسيله كاك كرافت و دالتون ساخت . اين دستگاه كه مجهز به يك آهن رباي 200 تني بود ، در آن زمان دستگاه گرانبهايي به شمار مي رفت . اما لارنس حتي در آن زمان طرح دستگاه به مراتب پيچيده تري را روي تخته رسم آماده داشت . اين دستگاه براي يك آهن رباي 5 متري به وزن نزديك به 4000 تن و 300 تن سيم پيچ مسي ، طراحي شده بود : قدرت اين دستگاه كمتر از 200 مگا الكترون ولت ( MeV) نبود . در هر صورت در آغاز ، همانگونه كه پيش بيني شده بود ، از اين دستگاه براي كارهاي تحقيقات استفاده نكردند ، بلكه آن را به اجراي پروژه مانهاتان ، اختصاص دادند تا ايزوتوپ هاي اورانيوم را براي تهيه نخستين بمب هاي اتمي جدا كنند .
پروژه مانهاتان
پديدار شدن انرژي اتمي بدون ترديد يكي از مهمترين وقايع ( و احتمالاً مهمترين واقعه ) در تاريخ تمدن بشري است كه نه تنها يك جنگ جهاني را در مسير خود متوقف كرد ، بلكه در نهايت قدرت ، مسير بعدي تاريخ بشر را نيز تحت تأثير و نفوذ خود درآورد . پروژه مانهاتان پل بين عهد قديم و دنياي جديد بود كه در آغاز براي ساختن بمب اتمي طراحي شده بود ، اما به طور ضمني اساس توليد نيروي هسته اي براي مقاصد صلح آميز را نيز پي ريزي كرد . اين يك سرمايه گذاري عظيم و بسيار پيچيده ، چه از نظر فني و چه از نظر اداري بود . اما در اين پروژه چهار مرحلة مختلف مرتبط به هم قابل تميز است : مراحل علمي ، سياسي ، تكنولوژيك و نظامي .
از نظر علمي ، موضوع به اواخر قرن نوزدهم يعني به كشف اشعة ايكس به وسيله رونتگن و اشعة راديواكتيو به وسيلة بكرل ، باز مي گردد . اما آنچه در اينجا به بحث ما مربوط
مي شود آشنايي با وضعيت تكنولوژي نوپاي اتمي در ماههاي بحراني پيش از بروز جنگ جهاني دوم است . تا آن زمان گروهي از دانشمندان اروپايي ـ از جمله فرمي ، هان ، استراسمان ، مايتز ، فريش ، ژوليو و همسرش ايرن ، بوهر و ويلر ثابت كرده بودند كه اگر هستة اورانيوم از طريق بمباران نوتروني شكافته شود ، نه تنها مقداري انرژي آزاد
مي شود ، بلكه همچنين نوترون هاي ثانوي به مراتب بيشتري از نوترون هاي مورد استفاده در بمباران اوليه آزاد مي گردد . از اين رو تحت شرايط مناسب ، يك واكنش زنجيره اي امكان پذير مي شود كه حين آن عمل انشقاق هسته در بين توده اي از اورانيوم گسترش مي يابد و انرژي وحشتناكي را آزاد مي كند . بعدها ، ( درست دو روز پيش از بروز جنگ ) گزارش شد كه عمل انشقاق اتم در مورد ايزوتوپ كمياب اورانيوم 235 به مراتب راحت تر از اورانيوم طبيعي 238 انجام مي شود ، كه 3/99 درصد اورانيوم طبيعي را تشكيل مي دهد در اوايل سال 1940 دو دانشمند پناهنده به بريتانيا ، « اوتوفريش »  Outto Frisch  و رودولف پايرلز Rudolf Peierls ضمن ارسال يادداشتي براي دولت بريتانيا با دلايل متقن به اين نكته اشاره كردند كه مقدار معيني موسوم به « جرم بحراني » ( Critical Mass ) از اورانيوم 235 ( شايد نه بيشتر از 10 كيلوگرم ) مي تواند به صورت بمب ، عمل كند .
اين موضوع سپس وارد صحنة سياست شد . دولت بريتانيا تحت توصيه هاي كميته مود MAUD پروژه ساخت بمبي را با نام رمز « آلياژهاي لوله سازي » ( Tube Alloys )) ايجاد كرد . در همان زمان گزارش MAUD به دولت آمريكا ( كه در آن زمان به انرژي اتمي در درجه نخست به عنوان يك منبع انرژي براي زيردريايي ها علاقه مند بود ) ابلاغ شد و از آن به بعد مركز ثقل فعاليت هاي اتمي به سمت ديگر اقيانوس اطلس منتقل شد . دولت آمريكا در بحبوبه بمباران ناوگان اقيانوس آرام خود در بندر « پرل هاربور » توسط ژاپني ها ( 7 دسامبر 1941 ) پروژة بمب اتم را با نام رمز پروژة مانهاتان تصويب كرد . به مدت يك سال اين پروژه مانهاتان تصويب كرد . به مدت يك سال اين پروژه با همكاري ايالات متحده و بريتانيا پيش رفت . سپس جاي شگفتي است ولي بريتانيا كه مبتكر اصلي اين پروژه بود ، از ادامة كار معاف شد . البته دوباره در اواخر سال 1943 به عنوان شريك كوچكتر پروژه به آن پيوست . تا سال 1945 هزينه پروژه مانهاتان به حدي بالا رفته بود كه با كل سرمايه گذاري هاي صنايع اتومبيل سازي امريكا برابري مي كرد .
اين پروژه از نظر تكنولوژيك با مشكلات بسيار روبرو شد . از نظر شيميايي اورانيوم ـ 238 و اورانيوم ـ 235 يكسانند به طوري كه فرآيندهاي عادي جداسازي فلزات در مورد آنها كاربرد ندارد . بنابراين استفاده از شيوه هاي فيزيكي ضرورت يافت . اما اختلاف وزن بين اين دو ايزوتوپ ( 25/1 درصد ) بدان معني بود كه صدها تقطير پي در پي لازم است . در اين رابطه سه تكنيك عمده به كار گرفته شد : در هم آميختن آنها با گاز ، جداسازي حرارتي ، و جداسازي الكترومغناطيسي . يك پروژه ثانوي نيز به ساختن پلوتونيوم يعني يك عنصر مصنوعي كه در طبيعت وجود ندارد ، اختصاص داده شد . پلوتونيوم محصول بمباران اورانيوم با پروتون هاست و همچنين مي تواند نقطة شروع براي يك فعل و انفعال زنجيره اي انفجاري باشد. پلوتونيوم عنصري است كه فقط به مرور زمان به وجود مي آيد .  اما به عنوان يك عنصر خاص مي توان آن را از طريق روش هاي شيميايي نيز مجزا و تهيه كرد .
مشكل آن بود كه به علت ناشناخته بودن پلوتونيوم ، خواص شيميايي آن مي بايست از آغاز ، تغيين و شناخته مي شد . در هر صورت پي بردن به خواص شيميايي پلوتونيوم با استفاده از ذره اي از اين عنصر كه اندازه آن از سر يك سوزن ته گرد بزرگ تر نبود ، صورت گرفت . براي تحصيل اين مقدار پلوتونيوم به طراحي و ساخت يك كارخانه تمام عيار استخراج نياز بود . كل عمليات بسيار پيچيده بود زيرا با مواد شديداً راديواكتيو متعددي ، مي بايست در عين رعايت نهايت ايمني ، سروكار داشت . و دست آخر مشكل انفجار نيز وجود داشت . براي دستيابي مؤثر به جرم بحراني دو تودة كوچكتر
تشكيل دهندة بمب بايد در كمتر از يك ميليونيم ثانيه تلفيق مي شدند . و اين كار سرانجام از طريق محاصرة دو تودة كمتر از حد بحراني با يك انفجار معمولي ميسر شد . در اثر انفجار دو توده مزبور به حد جرم بحراني متراكم شد .

.

پایان نامه

برای دیدن ادامه مطلب از لینک زیر استفاده نمایید

سفارش پایان نامه