فیزیک جهان هستی و نجوم در قرآن

مقدمه
 كشف و كاربرد انرژي هسته‌اي در چهارچوب انقلاب عظيم وقتي كه در حال انجام است تعيين‌كننده آينده بشريت از نظر تأمين انرژي بوده و بحق در مركز توجه مقامات مسئول و دورانديش همه كشورهاي پيشرفته جهان قرار دارد كه آن را از چند جانب عمده در زمينه پژوهشهاي علمي زير بررسي مي‌كند:

1) كاربرد انرژي هسته‌اي (اورانيوم) از نظر اقتصادي و اهميت آن در توازن انرژي
2) پژوهش در زمينه‌هاي مختلف علوم و فنون هسته‌اي، روش ساليابي و استفاده از اورانيوم تهي شده به عنوان پوشش حفاظتي در بيمارستانها و هواپيماهاي جنگي و مسافربري
3) كاربرد انرژي هسته‌اي (اورانيوم-233) به عنوان هسته قبل شكافت كه در سنگ معدن اورانيوم با درصد فراواني 7/0% موجود است، براي سوخت راكتورهاي هسته‌اي و نيروگاههاي اتمي و مصارف نظامي، كه سالانه در جهان مبالغ هنگفتي صرف مخارج سرسام‌آور و كمرشكن نظامي براي ذخيره بمب اتمي و نوتروني مي‌شود، بگذريم، در حال حاضر آنچه مربوط به كاربرد مسالمت‌آميز انرژي هسته‌اي است، پژوهش علمي آن جاي اول را دارد. چرا كه انرژي هسته‌اي هنوز بطور عمده در مرحله پژوهش قرار دارد لذا در چنين برهه‌اي از زمان تهيه و تغليظ سوختهاي هسته‌اي از سنگ معدن تا مرحله كيك‌زرد و از مرحله كيك‌زرد تا غني‌سازي اورانيوم و ساخت ميله‌هاي سوخت، و استفاده از آن در نيروگاههاي اتمي و بالاخره پس از مصرف سوخت، بازيابي اورانيوم مصرف نشده و پلوتونيوم توليد شده جهت برگشت مجدد به چرخة سوخت (تصوير شماره 1) نقش بسيار مهمي را بازي مي‌كند. لازم به يادآوري است كه كشورهايي از جهان سوم كه امروز از اين پژوهش دور بمانند، در‌آينده‌اي نه چندان دور وضع بسيار دشواري خواهند داشت.
همانطور كه مي‌دانيم اورانيوم يك راديو نوكلييد طبيعي است كه به صورت (Primordial) پيش تشكيل در پوسته زمين وجود دارد و به صورت تركيبات مختلف شيميايي در اغلب خاكها، صخره‌ها، درياها، رودخانه‌ها و اقيانوس‌ها موجود است. حد متوسط غلظت اورانيوم در بدن انسان در حدود 90 ميكروگرم است كه از طريق آب، هوا و مواد غذايي جذب بدن انسان مي‌شود. اورانيوم طبيعي محتوي مخلوطي از سه راديواكتيو ايزوتوپ است كه داراي درصد ايزوتوپي:

(جرم 99.27%)238U        (0.72%) 235U        (0.00054%) 234U

از اورانيوم همانطوريكه گفتيم عمدتاً در نيروگاههاي هسته‌اي و راكتورهاي اتمي استفاده مي‌شود كه اورانيوم – 235 در آن غني‌سازي شده و درصد غني‌سازي آن براي نيروگاههاي هسته‌اي در گستره 3/3-3% و براي راكتورهاي تحقيقاتي به درصد بالاتري نياز است.
اورانيوم پس از غني‌سازي پسماني را بوجود مي‌آورد كه به آن اورانيوم تهي شده مي‌گويند و تقريباً محتوي جرم 8/99% اورانيوم – 238 و 21/0 درصد اورانيوم – 235 و 0006/0% اورانيوم-234 است. اورانيوم تهي شده بر اساس روش اندازه‌گيري طيف‌سنجي آلفا محتوي 60% راديواكتيويته اورانيوم طبيعي است اورانيوم تهي شده را مي‌توان همچنين از بازيابي يا باز فرآبرش سوختهاي مصرف شده تهيه كرد و محتوي پلوتونيوم-239 است كه امريكاييها از اين ماده در گلوله‌هاي توپ در جنگ براي نابودي تانكها استفاده كردند كه در نتيجه آن تعداد بي‌شماري كودكان ناقص‌الخلقه به دنيا آمد و تعدادي از سربازان امريكايي به سرطان مبتلا شدند و همچنين عدة زيادي جان خود را از دست دادند.

چگونگي آزمايش
 سنگ معدن اورانيوم را براي تعيين عيار و غلظت آن ابتدا خورد كرده و سپس به صورت پودر درمي‌آوريم. يك گرم از اين پودر را كه محتوي اورانيوم و ساير عناصر به صورت ناخالصي است، با تيزاب سلطاني يك قسمت اسيد نيتريك و سه قسمت اسيد كلريدريك خيس كرده به آن 10 ميلي‌ليتر HF در يك بمب تفلني اضافه مي‌كنيم و براي انجام واكنش، بمب تفلني را به مدت چند دقيقه در مكروويو حرارت مي‌دهيم تا واكنش انجام شود و اورانيوم به صورت حلال درآيد.
سپس بمب تفلني را با هواي فشرده خنك مي‌كنيم. چون امكان تشكيل CaF2 كه به صورت رسوب مي‌افتد و محلول را كمي تيره مي‌كند وجود دارد، به آن چند سانتي‌مترمكعب اسيد بوريك H3BO3 يا آلومينيوم بروميد اضافه مي‌كنيم. بور با فلئور تشكيل كمپلكس حلالي را مي‌دهد. در نتيجه محلول حاصل كاملاً صاف و شفاف است كه آن را در يك بالن 50 ميلي‌ليتري به حجم مي‌رسانيم و براي جداسازي اورانيوم از عناصر مزاحم از روش استخراج مايع از مايع توسط تري بوتيل فسفات TBP يا تري‌اكتيل فسفين اكسيد TOPO استفاده مي‌شود.
پس از استخراج برگشت اورانيوم به فاز آبي منتقل مي‌شود. براي خالص‌سازي آن را از يك ستون تبادل آنيوني عبور مي‌دهيم و سپس آن را به دستگاه الكترودپوزيت (تصوير شماره 1) منتقل مي‌كنيم. عمل الكتروليز را در يك آمپر جريان پيوسته انجام داده و بررسي‌هاي سينتيكي روي 232U كه داراي اكتيويته بالايي نسبت به اورانيوم-238 مي‌باشد اندازه‌گيري نموده، زمان تماس را هم از نظر سينتيكي براي آن بررسي نموده، پس از خاتمه عمل، بدون اينكه جريان برق را قطع كنيم محلول داخل سل الكتروليز را با آمونياك قليايي نموده و با اضافه كردن يك قطره اسيدآن خنثي مي‌كنيم. محلول را از داخل سل بيرون ريخته و صفحه فولاد ضدزنگ را يكي دو بار با آب و استون شستشو داده، سپس جريان برق را قطع مي‌نماييم. لازم به تذكر است كه به هر نمونه مقدار مشخص از اكتيويته اورانيوم 232U اضافه مي‌كنيم كه در طيف‌سنجي آلفا نشان داده شده است. غلظت اورانيوم پس از شمارش در دستگاه شمارشگر آلفا طبق رابطه زير محاسبه مي‌شود:

A (U-238) = A (U-232) I (U-238)      (Bq)
                    I (U-232)
A (U-234) = A (U-232) I (U-234)      (Bq)
                    I (U-232)
A (U-234) = Activity
U-232  Standard Bq

راندمان شيميايي جداسازي اورانيوم پس از اندازه‌گيري طبق رابطه زير محاسبه مي‌شود:

ch = I (U-232) /  TM . ph . A (U-232)

‏TM = زمان شمارش
ph = راندمان فيزيكي دستگاه كه حدود 20-30% است.
ch = راندمان شيميايي
در جدول شماره 1 غلظت اورانيوم پس از عمليات جداسازي و الكترودپوزيت بر حسب ppm نشان داده شده است.

بحث و نتيجه‌گيريآزمايشهاي انجام شده نشان مي‌دهد كه با اين روش مي‌توان اكتيويته اورانيوم را با راندمان شيميايي بالاتر از 95 درصد محاسبه كرد.
عمل الكترود پوزيت به مدت سه ساعت انجام مي‌شود، چه در اين مدت اورانيوم از نظر كمي بر روي صفحه فولاد ضدزنگ نشسته و راندمان آن از نظر فرآيندهاي شيميايي بسيار مناسب است.
با اين روش مي‌توان به طور دقيق براي ارزيابي سنگ‌معدن اورانيوم از نظر معدن كاوي استفاده كرد كه آيا سنگ معدن لايق استخراج است يا خير. طيف‌سنجي آلفا به زمان زيادي نياز دارد كه اين يكي از عدم برتريهاي اين روش نسبت به ساير روشها مي‌باشد.
اكتيويته زمينه آلفا بين 5-4 شمارش در 1000 ثانيه مي‌باشد. بنابراين با اين روش مي‌توان از خطا در اكتيويته زمينه چشم‌پوشي كرد.

مقادير اورانيوم موجود در سنگ معدن كه توسط روش طيف‌سنجي آلفا تعيين شده است.

جدول شماره 1

 شكل 1- دستگاه الكترودپوزيت

1- بالن شيشه‌اي 100 ميلي‌ليتري

2- آب سرد

3- سيم هدايت كننده پلاتيني

4- بدنه تفلوني

5- آند

6- حلقه، كائوچوئي

7- پلانشت 25 ميلي‌ليتري

8- كف صفحه كه بايد قبل از كار سرد و تميز باشد.

Refrences:

1. A. Bleise, P.R.Danesi and W.Burkart
Properties, use and health effects of depleted uranium (DU): a general overview
Journal of Environmental Radioactivity, 64 (2003) 93-112
2. P. R. Danesi, A.Bleise, W. Burkart et al.
Isotopic composition and origin of uranium and plutonium in selected soil samples collected in Kosovo
Journal of Environmental Radioactivity 64 (2003) 121-131
3. Cristina Giannardi and Daniele Dominici
Military use of depleted uranium: assessment of prolonged population exposure
Journal of Environmental Radioactivity, 64 (2003) 227-236
4. P. R. Danesi, A. Markowics, E. Chinea-Cano et al.
Depleted uranium particles in selected Kosovo samples
Journal of Environmental Radioactivity, 64 (2003) 143-154
5. A. Meinrath, P. Schneider and G. Meinrath
Uranium ores and depleted uranium in the environment, with a reference to uranium in the biosphere from the Erzgebirge/Sachsen, Germany
Journal of Environmental Radioactivity, 64 (2003) 175-193.
6. P Martin
Uranium and thorium series radionuclides in rainwater over several tropical storms
Journal of Environmental Radioactiviy, 65 (2003) 1-18
7. Maria Betti
Civil use of depleted uranium*1
Journal of Environmental Radioactiviy, 64 (2003) 113-119
8. A.E. Lally & K.M. Glover, Nuci. Insrum. Meth. Phy. Res., 223 (1984) 259-256.
9. M.Y. Donnan & E.K. Dukes, Cherm. 1964, 36(2), 392-394.
10. L.Hallstadius, Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res., 223 (1984) 266-267.
11. I.I. Shuktomova & I.G.Kochan, J.Radioanal. Nucl. Chem. Articles, 1989, 129 (2) 245-250.
12. S.K.Aggarwal etal, Radioanal. Nucl. Chem. Letters, 1991, 154, (2) 103-10.
13. M.Pimple etal, J.Radioanal. Nucl. Chem. Articles, 1992, 161(2) 437-441.
14. K.F.K 3502 Febvuar 1983

گردآورندگان:

1- سيدحسين اميدياني، دكتراي فيزيك هسته‌اي

2- ايرج بيات، دكتراي راديوشيمي

[استفاده از مقاله  با ذکر  منبع مجاز می باشد]