دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه: 69
انرژی اتمی
انرژی و جامعه
انرژی چیست؟
همه مردم از انرژی صحبت می کنند. شکلات میتواند انرژی مصرف شده را به ما بازگرداند. هر انسان زنده و متحرک منبعی از انرژی است. آموزگاران و مربیان همواره قصد دارند با صرف انرژی کار خود را انجام میدهند. دانمشندان سرگرم تحقیق درباره فیزیک انرژی زیادند. سیاستمداران و کارشناسان اقتصادی درباره انرژی خورشیدی، باد و یا هسته ای به بحث می پردازند؛ اما حتی برای متخصصان هم، تعریف دقیق انرژی مشکل است.
اگر انرژی را به صورت کار انبار شده یا توانایی انجام کار، تعریف کنیم، تا حد زیادی به حقیقت نزدیک شده ایم. بنابراین انرژی برای به حرکت درآوردن، شتاب دادن، بلند کردن، گرم کردن یا نورانی کردن یک شی لازم است. زندگی بدون مواد غذایی انرژی زا امکان پذیر نیست.
بدون ذخیره انرژی هیچ اتومبیلی به حرکت در نمی آید و بخاریها گرم نمی شوند؛ انرژی نه به وجود می آید و نه از بین می رود. به هر حال انرژی را میتوان از منابع طبیعی آن از قبیل زغال سنگ، گاز طبیعی یا اورانیوم به دست آورد و به شکلی از انرژی که مورد نیاز است (مثلا گرما و نور) تبدیل کرد. در محیط اطراف ما ذخایر انرژی به صورتهای مختلفی یافت می شود، مثلا آب دریاچه مصنوعی دارای انرژی ارتفاعی است، خوروی در حال حرکت انرژی حرکتی دارد، در کمان تیراندازی انرژی کششی نهفته است، در ابرهای باران زا انرژی الکتریکی یافت می شود. پرتوهای خورشیدی انرژی نورانی حمل می کنند، از مواد سوختی انرژی شیمیایی به دست می آید، و در اورانیوم انرژی اتمی که نظرات مختلفی درباره آن وجود دارد و این کتاب به آن اختصاص یافته، نهفته است.
واحد اندازه گیری انرژی چیست؟
طول و مسافت را با متر یا سانتی متر اندازه می گیرند و زمان را با ثانیه، دقیقه یا ساعت می سنجند. برای اندازه گیری مقدار انرژی نیز واحدهایی وجود دارد. معروفترین واحد اندازه گیری انرژی کیلووات ساعت (kWh) است. مثلا میزان مصرف برق هر وسیله برقی خانگی با واحد کیلو وات ساعت بیان می شود. سایر واحدهای مهم اندازه گیری انرژی ژول (J) ، وات ثانیه ( Ws) و واحد زغال سنگ (SKE) است. یک (TSKE) برابر با مقدار انرژی ای است، که می توان از یک تن ]1000 کیلوگرم[ زغال سنگ متوسط به دست آورد.
واحدهای اندازه گیری انرژی
1 ژول (J)
1 وات ثانیه ( Ws)= 1 ژول
1 کیلووات ساعت (kWh)= 000/360/3 وات ثانیه
1 تن واحد زغال سنگ (TSKE)= 8141 کیلووات ساعت (kWh)
واحد دیگر اندازه گیری انرژی که عده ای برای تنظیم وزن بدن خود از آن استفاده می کنند، کیلوکالری (kcal) است که البته دیگر اعتبار رسمی و علمی ندارد (ولی مدتی طول خواهد کشید تا کاربرد روزانه خود را از دست بدهد).
واژه بسیار مهم دیگری که باید با آن آشنا شویم، ظرفیت است. اصطلاح ظرفیت نیروگاه به معنای میزان تولید انرژی آن نیروگاه در واحد زمان (مثلا در ساعت) است. مشخصات ظرفیتی دستگاههای الکتریکی گویای این است که چه مقدار انرژی درهر ساعت مصرف می شود.
واحدهای اندازه گیری ظرفیت
1 وات (J)
1 کیلووات (kW)= 000/1 وات
1 مگاوات (MW) = 000/1000 وات= 1000 کیلووات
یک بخاری برقی 2 کیلوواتی در هر ساعت 2 کیلو وات ساعت انرژی الکتریکی مصرف می کند. یک نیروگاه اتمی با ظرفیت 1000 مگاوات یا 000/1000 کیلو وات، در هر ساعت 000/1000 کیلووات ساعت kWh انرژی تولید می کند.
اغلب اوقات جریان الکتریکی (برق-م) با انرژی الکتریکی اشتباه گرفته می شود. مردم به غلط از مصرف برق به جای مصرف انرژی الکتریکی صحبت می کند.
بنابراین اگر گاهی در این کتاب از جریان برق به عنوان شکلی از انرژی نام برده شده، به خاطر هماهنگی بیشتر با زبان عامه مردم است.
منابع انرژی کدامند؟
ما برای تامین انرژی مورد نیاز خود، سه گروه بزرگ ناقل انرژی در اختیار داریم گروه اول، مواد سوختی فسیلی، از قبیل زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی است که به طور عمده بازمانده های گیاهان و جانوارنیند که میلیونها سال پیش در زمین می زیسته اند. این مواد در صورت تبدیل به انرژی، غیر قابل بازیافت می شوند و از دست می روند. از آنجا که تولیدات بسیار مهم از قبیل دارو، کود، مواد مصنوعی و رنگ از این مواد به دست می آید، سوزاندن آنها برای تولید انرژی، کار تاسف آوری است. به علاوه تولیدات سوختی مواد فسیلی پوشش هوایی زمین را مسموم و آلوده می سازند.
گروه دوم، منابع انرژی تجدید شدنی مانند خورشید، باد، جزر و مد، نیروی آب و گرمای محیط است که بدون دخالت انسان خودبه خود تجدید می شوند و به محیط زیست نیز صدمه نمیزنند. متاسفانه در استفاده از این گروه، امروزه هنوز علم و دانش بشری آن قدر پیشرفت نکرده است که به اشتهای سیری ناپذیر انسان به مصرف انرژی پاسخ دهد.
گروه سوم مواد سوختی هسته ای مانند اورانیوم و پلوتونیم است که دروازه دسترسی به انرژیهای عظیم و باورنکردنی را به روی ما می گشاید. انرژی یاد شده در هسته اتم نهفته است. از یک کیلوگرم زغال سنگ تقریبا 8 کیلووات ساعت حرارت به دست می آید، در صورتی که از یک کیلوگرم اورانیوم نوع 235 –U ، 000/000/23 کیلووات ساعت گرما حاصل می شود! چون مواد سوختی هسته ای عملا در صنایع شیمیایی کاربردی ندارند میتوان با خیال راحت از آنها برای تولید انرژی استفاده کرد. به هر حال استفاده نادرست از این مواد، خطرات غیر قابل تصوری را در بر دارد. همچنین همان طور که همه می دانند، انسان می تواند از آنها بمبهایی بسازد که قادرند حیات را در زمین نابود کنند. اما از سوی دیگر، همانطور که در صفحات آینده خواهید خواند، نیروگاههای اتمی در صورت رعایت کلیه موازین و مقررات ایمنی، صدمه بسیار کمی به محیط زیست وارد میکنند، زیرا به ندرت مواد خطرناک از آنها خارج می شود.
انرژی اولیه و انرژی ثانویه چیست؟
ناقلان انرژی اولیه مواد خام انرژی داریند که در شکل طبیعی خود یافت می شوند و هنوز هیچ گونه تغییر و تبدیل تکنیکی داده نشده اند، مثل زغال سنگ، نفت خام، گاز طبیعی و سنگ معدنی اورانیوم؛ در زبان روزمره این مواد انرژی اولیه نامیده می شوند. تابش آفتاب، باد و نیروی آب نیز با واژه انرژی اولیه مشخص می شوند.
انرژی ثانویه عبارت از انرژی ناب یا تصفیه شده ای است که از ناقلان انرژی اولیه به دست می آید، مانند جریان الکتریکی، بنرین و مواد سوختی گرمازا. وقتی انرژی به دست مصرف کننده می رسد، انرژی نهایی نامیده میشود.
انرژی نهایی اغلب به صورت انرژی ثانویه است، مانند جریان الکتریکی و مواد سوختی گرمازا. گاهی نیز به صورت انرژی اولیه است، مثل کنده و چوب سوختی، تابش آفتاب یا گاز طبیعی. متاسفانه فقط قسمتی از انرژی نهایی مورد استفاده قرار می گیرد. این انرژی، انرژی مفید نامیده می شود. مثالهایی که در این مورد میتوان ذکر کرد، عبارتند از برق، انرژی محرکه ماشینها یا گرمایی که توسط جریان الکتریکی به دست می آید.
انرژی بیشتر در کجا به مصرف می رسد؟
بیشترین قسمت انرژی نهایی به مصرف لوازم خانگی می رسد. به این ترتیب هر یک از ما در زندگی خصوصی خود بیشترین انرژی را مصرف می کنیم. بسیاری از وسایلی که در خانه ما وجود دارد، مثل اجاق گاز، چراغها، تلویزیون، جاروبرقی، بخاری و حتی اتومبیل، اشتهایی سیری ناپذیر به انرژی دارند. صنایع ردیف دوم مصرف کنندگان انرژی قرار دارند. مصرف کننده جزء از قبیل کشاورزان، کارگاههای صنایع دستی و مطب پزشکان، از این هم کمتر انرژی مصرف می کنند.
کمترین مصرف انرژی توسط وسایل نقلیه عمومی مثل اتوبوسها، قطارها، هواپیماها و کشتیها صورت می گیرد. انرژی اولیه مورد نیاز تمام این مصرف کنندگان از کجا میآید؟ در بیشتر کشورهای اروپایی هنوز هم بیشترین سهم انرژی را نفت خام تامین میکند، زغال سنگ و گاز در این مورد اهمیت کمتری دارند. انرژی اتمی در سال 1984 سهم ناچیزی (اندکی کمتر از 10%) در تامین کل انرژی کشور آلمان را به عهده داشت. ولی در زمینه تولید برق این سهم در سال 1984 به 25% و در سال 1985 به 33% (در کشور فرانسه حتی به 60%) رسید. در بسیاری از کشورهای دیگر نیر مقدار انرژی تولید شده از طریق انرژی اتمی سال به سال در حال افزایش است.
آیا منابع انرژی زمین پایان ناپذیر است؟
نیاز جهانی به انرژی اولیه در حال حاضر حدود 12 میلیارد تن SKE (واحد زغال سنگ –م) در سال است. مسلماً این مقدار افزایش خواهد یافت، زیرا بدیهی است که هر چه جمعیت دنیا افزایش یابد، مصرف انرژی نیز افزایش پیدا میکند.
در وضعیت علمی و تکنولوژیکی عصر حاضر، انسان قادر است بدون زحمت و هزینه زیاد به ذخایر شناخته شده زغال سنگ به میزان 640 میلیارد تن SKE و نفت خام و گاز حدود 226 میلیارد تن SKE دست یابد. این به آن معنی است که این مواد خام حتی اگر با صرفه جویی زیاد هم استفاده شوند، پس از حدود صد سال تمام خواهند شد.
البته احتمالا هنوز ذخایر عظیم ناشناخته ای از مواد سوختی فسیلی در جهان وجود دارد. صحبت از 8000 میلیارد تن SKE ذخیره انرژی میشود ولی باید در نظر داشت که حتی در صورت بهبود روشهای استخراج هم فقط دستیابی به حدود 2000 میلیارد تن SKE زغال سنگ و 731 میلیارد تن SKE نفت خام و گاز امکان پذیر است. البته این ذخایر برای 2 تا 3 قرن دیگر کافی خواهند بود، ولی در صورت اتمام برای نسلهای آینده غیر قابل بازیافتند. همچنین در اثر سوزاندن آنها مواد زایدی تولید می شود که صدمات و خسارات زیادی به محیط زیست وارد می آورد.
ذخایر اورانیوم قابل استخراج زمین توانایی تولید 153 میلیارد تن SKE انرژی را دارند. این مقدار در نگاه نخست ناچیز در نظر می رسد، ولی با استفاده از تکنولوژی جدید (مثلا استفاده از راکتورهای خود سوخت زا) می توان از این میزان سوخت هسته ای حدود 9180 میلیارد تن SKE انرژی به دست آورد، این مقدار انرژی تا هزاره دیگر هم تمام نخواهد شد. البته این ذخایر هم برای آینده دور زمین و انسان ناچیز است.
به هر حال احتمال یافتن انرژی دیگری در قرنهای آینده وجود دارد. علاوه بر گرما و انرژی خورشید احتمالا شکل دیگری از انرژی اتمی، که همجوشی نامیده می شود، در آینده نقش مهمی را بر عهده خواهد داشت.
خورشید، ستار گان و نیز بمبهای مهیب هیدروژنی، انرژی عظیم خود را در اثر عمل همجوشی (ذوب هسته ای) به دست می آورند.
درصورت به کار گیری این تکنولوژی (همجوشی) عملا مواد خام به میزان نامحدود در دسترس است. زیرا آب تمام دریاهای جهان می تواند به عنوان مواد خام در نظر گرفته شود! بنابراین علاوه بر خورشید، انرژی هسته ای چه در کوتاه مدت و چه در بلند مدت، بزرگترین امکان پیشرفت اقتصادی و رفاه جهانیان را فراهم می آورد. البته این امر فقط در صورتی ممکن است که ما با خطرهای زیست محیطی این انرژی آشنا باشیم و آن را کنترل کنیم.
ماده چیست؟
سنگ، اتومبیل، ساعت مچی و انسان همه یک وجه مشترک دارند، آنها دارای جرمند. حضور جرم در وزن و نیز در اینرسی حس می شود.
اینرسی عبارت از مقاومتی است که هنگام به حرکت درآوردن یا از حرکت بازداشتن جرم بروز می کند. هر چیزی که جرم دارد، ماده است. قبلا این طور تصور می شد که جرم نه تولید می شود و نه از بین می رود. مثلا اگر یک قطعه زغال سنگ می سوخت، در صورت اندازه گیری دقیق مشاهده می شد که وزن مواد حاصل از سوختن آنه با وزن مواد اولیه برابر است. (یعنی وزن تمام مواد حاصل از سوختن زغال سنگ برابر است با وزن زغال سنگ به اضافه وزن اکسیژنی که صرف سوختن آن شده است). یعنی جرم در تمام مراحل واکنش مذکور ثابت می ماند.
زغال سنگ یک ناقل انرژی دارای جرم است. ولی ناقلان انرژی بدون جرم نیز وحود دارند. مثلا امواج نوری از این دسته اند. تا آغاز سده حاضر این طور فرض می شد که جرم و انرژی دو چیز اصولا متفاوتند و هیچ گاه به یکدیگر تبدیل نمی شوند. اما در اوایل این سده آلبرت اینشتین یکی از بزرگترین دانشمندان تاریخ به صحنه آمد و نشان داد که ماده فقط یکی از شکلهای متعدد قابل تصور انرژی است.
آیا می توان ماده را به انرژی تبدیل کرد؟
یکی از مهمترین معادله های تئوری نسبیت اینشتین عبارت است از، E=mc2
) انرژی =E ، جرم=m ، سرعت نور= c) این فرمول بیان میدارد که تحت شرایط خاصی جرم (m) می تواندبه میزان عظیمی از انرژی (E) تبدیل شود. بنابراین می شود ماده را شکلی از اشکال گوناگون انرژی تصور کرد، که میتوان از آن انواع دیگر انرژی را (مثل گرما و نور) به دست آورد. همانطور که در صفحات آینده مشاهده خواهیم کرد، در راکتورهای هسته ای موفق شده اند، بخش کوچکی از جرم مواد سوختی را به انرژی گرمایی تبدیل کنند.
مقدار انرژی حاصل از یک کیلوگرم اورانیوم نوع 235U- بر حسب معادله بالا برابر با انرژی آزاد شده از 93 واگن قطارباری (گنجایش هر واگن 30 تن است) زغال سنگ یا 67 تانکر (هر تانکر 30 تن ظرفیت دارد) مواد سوختی نفتی است، که این مقدار حدود 000/000/32 کیلو وات ساعت انرژی است. با این میزان انرژی تمام و مردم کشوری مثل آلمان فدرال از فلنزبورگ (شمالی ترین نقطه آلمان) تا اوبرست دورف (جنوبی ترین نقطه آن) می توانستند به راحتی به مدت یک ساعت خانه های خود را روشن نگاه دارند. انرژی حاصل از چند کیلوگرم اورانیم 235U- دریک بمب اتمی، برای تبدیل شهر هیروشیما (در ژاپن) به تلی از خاک کافی بود. به طور خلاصه، ماده شکلی از انرژی است که می توان آنرا تحت شرایط خاصی به شکلهای دیگر انرژی تبدیل کرد. حتی به هنگام سوزاندن یک قطعه زغال سنگ نیز، به احتمال قوی مقدار کمی از جرم آن کاسته می شود. به هر حال تبدیل جرم به انرژی نخست در دنیای هسته اتمها اهمیت می یابد. به هنگام شکافت یا ترکیب آنها میزان عظیمی از انرژی آزاد می شود. بخش بعدی کتاب به بیان چگونگی دستیابی به انرژی اتمی اختصاص دارد.
دنیای هسته اتم
اتم چیست؟
بیش از 2000 سال پیش انسان با واژه اتم آشنا بود. ذیمقراطیس یکی از بزرگترین دانشمندان یونان باستان عقیده داشت که تمام مواد از ذرات بسیار کوچک غیرقابل تقسیمی تشکیل شده اند. او این ذرات را اتم نامید. فرضیه او به نحو شگفت انگیزی به حقیقت نزدیک بود. در آن زمان بسیاری از فلاسفه و دانشمندان یونان در مورد ماده و کاینات بررسی و تحقیق می کردند. انسان در آن زمان اندازه محیط زمین را با دقت زیاد مشخص کرده بود و می دانست که زمین از ماه چقدر فاصله دارد و از گردش سیاره زمین به دور خورشید نیز آگاه بود. تقریبا تمام این علوم و آگاهیها به طرز عجیبی فراموش شدند. مردم پس از این دوران بیشتر نسبت به امپراتوریهای جهانی، جنگها، کلیساهای بزرگ و روشهای جادوگری و خرافی علاقه نشان دادند.
در حدود سال 1800 میلادی (1179 ه.ش) دوباره به فرضیه قدیمی اتمی توجه شد. انسان دریافت که باید انواع گوناگونی از اتمها وجود داشته باشد، تا تمام مواد و پدیده های موجود در طبیعت را بتوان به وسیله آنها توجیه کرد. در سال 1803 (1182 ه.ش) یک معلم انگلیسی به نام جان دالتون کشف کرد که موادی وجود دارند که فقط از یک نوع اتم تشکیل شده اند. هر یک از این مواد عنصر شیمیایی نامیده می شود. طلا، آهن و اکسیژن به این دسته تعلق دارند. بنابراین آهن خالص فقط از اتمهای آهن و طلای خالص تنها از اتمهای طلا تشکیل شده است. اتم آهن کوچکترین ذره عنصر آهن است. البته می توان آنرا ویران کردن اما در آن صورت ذرات ایجاد شده دیگر آهن نیستند. همین قاعده برای طلا و عناصر شیمیایی دیگر نیز وجود دارد.
به همین سبب در بسیاری از کتابهای شیمی واژه اتم به شرح زیر تعریف شده است: اتم کوچکترین سنگ بنای یک عنصر شیمیایی است که در صورت تقسیم به ذرات کوچکتر، دیگر خواص آن عنصر را دارا نخواهد بود.
اتمهای مختلف، جرمهای متفاوتی دارند. سبکترین آنها اتم هیدورژن است. اتم آهن بسیار سنگین و اتم اورانیوم (که اهمیت ویژه ای در بحث ما دارد) از آن هم سنگین تر است. اتمها در مقایسه با اشیای زندگی روزمره ما، ناچیز و کوچکند. اگر انسانها به اندازه اتمها بودند، 100 میلیون نفر از آنها به راحتی در سر یک سوزن ته گرد جا می گرفتند. در آن صورت اگر تمام مردم دنیا (پنج میلیارد نفر) پشت سر هم می ایستادند، زنجیری به طول 50 سانتی متر می ساختند.
این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
( قابلیت ویرایش و آماده چاپ ) 
