النشاط الإشعاعي في العلوم النووية: الطاقة ، نظائر الراديو ، الاستخدامات وتدابير السلامة
اقرأ هذه المقالة للتعرف على الطاقة ، ونظائر الراديو ، والاستخدامات ، وقياس السلامة ، والإشعاع النووي للعلوم النووية!
"النووية" تعني شيئًا يتعلق بنية أو سلوك الذرات ونوى الذرات.
الصورة مجاملة: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b5/ALSEP_Apollo_14_RTG.jpg
العلوم والتكنولوجيا النووية هو مجال دراسي متقدم ، وهو جزء من سيناريو "التكنولوجيا العالية" ، حيث الطاقة الناتجة عن نوى الذرات ، عندما تخضع لتغييرات معينة ، لا تستخدم كمصدر للكهرباء فحسب ، تطبيقات في الزراعة والصناعة والطب.
النشاط الإشعاعي:
يحتوي الهيدروجين العادي على بروتون واحد ولا نيوترونات ، لذلك فهو يحتوي على عدد هائل 1. إن الهيدروجين الثقيل ، أو الديوتريوم ، له كتلة عدد 2 ، لأنه يحتوي على بروتون واحد ونيوترون واحد.
شكل إشعاعي من الهيدروجين ، التريتيوم ، له كتلة عدد 3. له بروتون واحد و 2 نيوترون. الهيدروجين العادي ، الديوتيريوم ، والتريتيوم هي نظائر الهيدروجين. جميع النظائر لعنصر لها نفس الخصائص الكيميائية. نواة اليورانيوم لديها 92 بروتون.
إن النظير الأكثر وفرة من اليورانيوم يحتوي على 146 نيوترون. عدد كتلته هو 238 (مجموع 92 و 146). يطلق العلماء هذا على نظير اليورانيوم 238 أو U-238. إن نظير اليورانيوم الذي تستخدمه جميع المفاعلات النووية تقريبا كوقود هو 143 نيوترون ، وبالتالي فإن عدد كتلته هو 235. ويسمى هذا النظير باليورانيوم 235 أو U-235.
يتضمن التفاعل النووي تغييرات في بنية النواة. نتيجة لهذه التغييرات ، تكسب النواة أو يفقد نيوترون أو بروتون واحد أو أكثر. وبالتالي يتغير في نواة نظير أو عنصر مختلف. إذا تغيرت النواة إلى نواة عنصر مختلف ، فإن التغيير يدعى التحوُّل.
النشاط الإشعاعي هو العملية التي تقوم بها الذرات بإصدار إشعاعات ، أو جسيمات ذرية وأشعة عالية الطاقة ، من نواتها (النوى). من بين أكثر من 2300 نوع مختلف من الذرات المعروفة ، أكثر من 2000 من الإشعاع. يوجد فقط حوالي 50 نوعًا مشعًا في الطبيعة. العلماء يصنعون الباقي بشكل مصطنع.
اكتشف أنطوان هنري بيكريل من فرنسا النشاط الإشعاعي الطبيعي في عام 1896. ووجد أن مركبات اليورانيوم تنبعث منها إشعاعات تؤثر على لوحة فوتوغرافية حتى عندما تكون ملفوفة بورق أسود. هم أيضا تأين الغاز. بعد ذلك بفترة وجيزة ، اكتشفت ماري كوري مادة مشعة بقوة أكبر ، ألا وهي الراديوم.
كل عنصر ذي عدد ذري أكبر من عنصر الرصاص (82) يكون مشعاً. يمكن لنواة بعض هذه العناصر أن تتحلل عن طريق الانقسام إلى قسمين: هذا هو الانشطار العفوي.
يحدث النشاط الإشعاعي الطبيعي في تسعة عناصر أخف أيضًا. ومن أهمها 14 6 درجة مئوية (الكربون) و 40 19 ك (البوتاسيوم). ربما تشكل النظير عندما تم إنشاء الأرض.
يرجع وجوده الحالي إلى عمر نصفه الطويل البالغ 1.25 × 10 9 سنوات ؛ على الرغم من أنها تشكل 0.01٪ فقط من البوتاسيوم الطبيعي ، إلا أن وجودها يجعل الأنسجة الحية مشعة بشكل ملحوظ. قد تتحلل إما بانبعاثات ب أو الإلكترون. يتم إنتاجه باستمرار من عمل النيوترونات في الأشعة الكونية على النيتروجين الجوي ، عن طريق تفاعل نووي.
من عناصر الصف السابع ، خمسة عناصر مستديرة بطبيعتها فقط ؛ الراديوم ، الأكتينيوم ، الثوريوم ، البروتكتينيوم واليورانيوم.
انبعاث الإشعاع:
تنشأ أشكال مختلفة من الإشعاع في نوى الذرات المشعة. هناك ثلاثة أنواع من الإشعاع المشع: جسيمات ألفا ، والتي تم تحديدها لأول مرة بواسطة بيكريل ؛ أشعة بيتا التي حددها ارنست رذرفورد من نيوزيلندا. وأشعة جاما ، التي حددتها ماري وبيير كوري من فرنسا. يسبب انبعاث أشعة ألفا أو بيتا التحوُّل ، لكن إشعاع غاما لا يؤدي إلى التحول.
تحتوي جسيمات ألفا على شحنة كهربائية موجبة. وهي تتكون من بروتونين ونيوترونين ، وتتطابقان مع نوى ذرات الهيليوم. تنبعث جسيمات ألفا مع طاقات عالية ، ولكنها تفقد الطاقة بسرعة عندما تمر عبر المادة. يتم إيقاف هذه بواسطة ورقة سميكة من الورق. في الهواء لديهم مجموعة من بضعة سنتيمترات ، في نهاية المطاف إلى الراحة عن طريق الاصطدام مع جزيئات الهواء.
فهي تسبب تأينًا شديدًا في الغاز (عن طريق جذب الإلكترونات من جزيئاتها) وتنحرف عن طريق المجالات المغناطيسية الكهربائية والقوية جدًا. جميع جسيمات ألفا المنبعثة من مادة مشعة معينة لها نفس السرعة ، حوالي واحد وعشرون من سرعة الضوء. أميريوم يصدر جسيمات ألفا فقط.
إشعاع ألفا يحدث في 238 يو ، نظير اليورانيوم. بعد فقدان جسيم ألفا ، تحتوي النواة على 90 بروتون و 144 نيوترون. الذرة مع العدد الذري 90 لم تعد اليورانيوم ، بل الثوريوم. النظير المشكل هو 234 90 ث.
أشعة بيتا هي الإلكترونات. تقوم بعض النوى المشعة بإصدار إلكترونات عادية ، لها شحنة كهربائية سالبة. لكن الآخرين يصدرون بوزيترونات أو إلكترونات مشحونة إيجابيا. على سبيل المثال ، يعطي نظير الكربون ، 14 6 درجة مئوية ، إلكترونات سالبة. يحتوي الكربون 14 على ثمانية نيوترونات وست بروتونات.
عندما تتحول نواتها ، يتغير النيوترون إلى بروتون ، وإلكترون ، ومضادًا للنينورينو. بعد انبعاث الإلكترون و antineutrino ، تحتوي النواة على سبعة بروتونات وسبعة نيوترونات. عدد كتلته يبقى كما هو ، لكن العدد الذري 7 له هو النيتروجين. وهكذا ، تتغير 14 6 C إلى 14 7 N بعد انبعاث جسيم بيتا سلبي.
نظير الكربون ، 11 6 C ، ينبعث البوزيترونات. يحتوي الكربون 11 على ستة بروتونات وخمسة نيوترونات. عندما ينبعث منها بوزيترون ، يتغير بروتون واحد إلى نيوترون وبوزيترون ونيوترينو. بعد انبعاث البوزيترون والنيوترينو ، تحتوي النواة على خمسة بروتونات وستة نيوترونات. يبقى العدد الكتلي هو نفسه ، لكن العدد الذري ينخفض بمقدار واحد.
عنصر العدد الذري 5 هو البورون. وهكذا ، يتغير 11 6 درجة مئوية إلى 11 5 B بعد انبعاث البوزيترون ونيوترينو. السترونتيوم يصدر جسيمات بيتا فقط. تسافر جسيمات بيتا مع سرعة الضوء تقريبًا. يمكن لبعض اختراق 13 ملم من الخشب.
قد تحدث أشعة جاما بعدة طرق. في عملية واحدة ، لا ينفصل جسيم ألفا أو بيتا المنبعث من النواة من جميع الطاقة المتاحة. بعد الانبعاث ، تمتلك النواة طاقة أكثر من حالتها الأكثر استقرارًا. يخلص نفسه من الفائض عن طريق إصدار أشعة غاما. لا تمتلك أشعة جاما شحنة كهربائية. وهي تشبه الأشعة السينية ، ولكنها عادة ما يكون لها طول موجي أقصر.
في حين أن الأشعة السينية ترجع إلى تغيرات في الطاقة خارج النوى الذرية ، وكذلك جميع أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي ، أشعة جاما ، مثل جسيمات ألفا وبيتا ، تأتي من داخل نواة الذرة. هذه الأشعة هي الفوتونات (جسيمات الإشعاع الكهرومغناطيسي) والسفر بسرعة الضوء. هم أكثر بكثير من اختراق الجسيمات ألفا وبيتا.
الراديوم يصدر أشعة ألفا وبيتا وجاما. الكوبالت هو مصدر غاما نقي.
التسوس الإشعاعي ونصف العمر:
الانحلال الإشعاعي هو العملية التي تتحول بها النواة تلقائياً (طبيعياً) إلى نواة نظير أو عنصر آخر. تقوم العملية بنشر الطاقة بشكل رئيسي في شكل إشعاع نووي. تحدث عملية الاضمحلال من تلقاء نفسها ولا يمكن السيطرة عليها. لا يتأثر بالتغيرات في درجة الحرارة ، ويحدث ما إذا كانت المادة نقية أو مجمعة كيميائياً مع عناصر أخرى.
يتفكك اليورانيوم والثوريوم وعدة عناصر طبيعية أخرى بشكل عفوي ، مما يزيد من الإشعاع الطبيعي أو الخلفي الذي يوجد دائمًا على الأرض. المفاعلات النووية تنتج تسوس إشعاعي بشكل مصطنع. تمثل الإشعاعات النووية حوالي 10 في المائة من الطاقة المنتجة في مفاعل نووي.
يقيس العلماء الاضمحلال الإشعاعي في وحدات من الزمن تسمى نصف العمر. ويساوي نصف العمر الوقت اللازم لنصف ذرات عنصر إشعاعي معين أو نظيره في عنصر آخر أو نظير آخر.
ويساوي عدد الجسيمات المنبعثة في فترة زمنية محددة بواسطة عينة من النظائر المشعة (النظائر المشعة) نسبة مئوية محددة من عدد الذرات في العينة. على سبيل المثال ، في أي عينة من 11 درجة مئوية ، ينهار 3.5 في المائة من الذرات كل دقيقة. في نهاية دقيقة ، ستبقى فقط 96.5 في المائة من العينة.
وفي نهاية الدقيقة الثانية ، سيبقى 96.5 في المائة فقط من 96.5 في المائة السابقة ، أو 93.1 في المائة من المبلغ الأصلي. في نهاية 20 دقيقة ، ستبقى فقط نصف الكمية الأصلية. هذا يدل على أن عمر النصف من 11 درجة مئوية هو 20 دقيقة. يسمى هذا الموت من مادة ما بالتحلل الإشعاعي أو التحول النووي.
تختلف النظائر المشعة المختلفة بنصف عمر مختلف. قد تتراوح من كسور من الثانية إلى مليارات السنين. وباستثناءات قليلة ، فإن النظائر الراديوية الوحيدة الموجودة في الطبيعة بكميات قابلة للاكتشاف هي نصف عمر ملايين أو حتى بلايين السنين. يعتقد العلماء أنه عندما تشكلت العناصر التي شكلت الأرض ، كانت جميع النظائر الممكنة موجودة.
وعموما ، فإن الذين لديهم فترات نصف عمر قصيرة قد تحلوا إلى كميات صغيرة غير قابلة للكشف. لكن بعض النظائر المشعة القصيرة العمر التي تحدث بشكل طبيعي قد تشكلت نتيجة لانحطاط نظير الإشعاع طويل العمر. على سبيل المثال ، الثوريوم 234 ، الذي له عمر قصير ، ينتج من اليورانيوم ، الذي له عمر نصف طويل.
يتم إنتاج مئات من النظائر المشعة القصيرة العمر بشكل مصطنع عن طريق قذف النواة بالنيوترونات وجسيمات نووية سريعة أخرى في المفاعلات النووية. فعندما يضرب جسيم نتروني أو جسيم آخر نواة ذرة ، فمن المرجح أن تلتقطه النواة. في بعض الحالات ، تلتقط نواة جسيمًا وتطلق على الفور بعضًا من جزيئاتها.
الطاقة النووية:
الطاقة النووية هي الطاقة المشتقة من التفاعلات النووية ، إما عن طريق انشطار النوى الثقيلة إلى النوى الأخف أو عن طريق دمج النوى الخفيفة إلى النوى الثقيلة. في المبادئ ، فإن طاقة الربط لنظام الجزيئات التي تشكل نواة ذرية هي الطاقة النووية.
وينتج عن التغيرات في نواة الذرات. لقد وجد العلماء والمهندسون العديد من الاستخدامات لهذه الطاقة ، خاصة في إنتاج الكهرباء. لكنهم لا يملكون حتى الآن القدرة على الاستفادة الكاملة من الطاقة النووية. إذا تم تطوير الطاقة النووية بالكامل ، يمكن أن تزود جميع الكهرباء في العالم لملايين السنين.
تشكل النواة معظم كتلة كل ذرة وتحتفظ هذه النواة معا بقوة قوية للغاية. تتركز كمية هائلة من الطاقة في النواة بسبب هذه القوة.
أطلق العلماء أول مرة الطاقة النووية على نطاق واسع في جامعة شيكاغو في عام 1942 ، بعد ثلاث سنوات من بدء الحرب العالمية الثانية. هذا الإنجاز أدى إلى تطوير القنبلة الذرية. منذ عام 1945 تم استخدام الطاقة النووية للاستخدامات السلمية مثل إنتاج الكهرباء.
وأشار أينشتاين إلى أنه إذا تغيرت طاقة الجسم بمقدار E ، فإن كتلته تتغير بمقدار م بواسطة المعادلة E = mc 2 . المعنى الضمني هو أن أي تفاعل يكون فيه نقص في الكتلة ، يسمى عيبًا جماعيًا ، هو مصدر للطاقة.
تغيرات الطاقة والكتلة في التغيرات الفيزيائية والكيميائية صغيرة جدا. تلك في بعض التفاعلات النووية ، مثل الاضمحلال الإشعاعي ، أكبر بملايين المرات. إن مجموع كتل منتجات التفاعل النووي أقل من مجموع كتل الجسيمات المتفاعلة. يتم تحويل هذه الكتلة المفقودة إلى طاقة.
الانشطار النووي:
الانشطار النووي هو العملية التي تتحول فيها النواة الذرية إلى شظيتين رئيسيتين أو أكثر مع انبعاث اثنين أو ثلاثة نيوترونات. ويرافقه إطلاق الطاقة في شكل أشعة غاما والطاقة الحركية للجسيمات المنبعثة.
يحدث الانشطار تلقائيًا في نوى اليورانيوم 235 ، وهو الوقود الرئيسي المستخدم في المفاعلات النووية. ومع ذلك ، يمكن أيضًا تحفيز العملية عن طريق قذف الأنوية بالنيوترونات لأن النواة التي استوعبت النيوترون أصبحت غير مستقرة وقريباً تنشقق.
العيب الكتلي كبير ويظهر في الغالب كعنصر من شظايا الانشطار. هذه تطير بسرعة كبيرة ، تصطدم مع الذرات المحيطة ورفع متوسط ke ، أي درجة حرارتها. وبالتالي يتم إنتاج الحرارة.
إذا قسمت النيوترونات الانشقاقية نويات اليورانيوم -235 الأخرى ، يتم إعداد سلسلة من التفاعلات. من الناحية العملية ، يتم فقدان بعض النيوترونات الانشطارية عن طريق الهروب من سطح اليورانيوم قبل حدوث ذلك. تنخفض نسبة أولئك الذين يفرون إلى أولئك الذين يسببون الانشطار مع زيادة كتلة اليورانيوم 235.
هذا يجب أن يتجاوز كتلة حرجة معينة لبدء سلسلة من ردود الفعل. وبالتالي ، فإن الكتلة الحرجة هي الحد الأدنى من المادة الانشطارية التي يمكن أن تخضع لتفاعل متسلسل متواصل. فوق الكتلة الحرجة ، قد يتسارع التفاعل إلى انفجار نووي إذا لم يتم التحكم فيه.
إن نظير اليورانيوم 238 سيصنع وقود مفاعل نووي مثالي لأنه وفير بطبيعته. لكن النوى U-238 عادة تمتص النيوترونات الحرة دون الانشطار. يصبح النيوترون الممتص ببساطة جزءًا من النواة. إن نظير اليورانيوم الشحيح U-235 هو المادة الطبيعية الوحيدة التي يمكن أن تستخدمها المفاعلات النووية لإنتاج تفاعل متسلسل. ويسمى اليورانيوم بكمية وفيرة من اليورانيوم 235 باليورانيوم المخصب.
مفاعل نووي:
المفاعل النووي هو المكون المركزي لمحطة الطاقة النووية التي تولد الطاقة النووية في ظل ظروف خاضعة للسيطرة لاستخدامها كمصدر للطاقة الكهربائية.
تتكون مفاعلات الطاقة بشكل عام من ثلاثة أجزاء رئيسية. هم (1) المفاعل ، أو الضغط ، السفينة. (2) اللب ؛ و (3) قضبان التحكم.
تحتفظ سفينة المفاعل بأجزاء المفاعل الأخرى. يتم تثبيته بالقرب من قاعدة مبنى المفاعل. للسفينة جدران فولاذية بسماكة 15 سم على الأقل. أنابيب الصلب تؤدي إلى وخارج السفينة لحمل الماء والبخار.
يحتوي القلب على الوقود النووي ، وكذلك جزء المفاعل الذي يحدث فيه الانشطار. جوهر هو بالقرب من قاع سفينة المفاعل. وهي تتكون أساسًا من الوقود النووي الموجود بين لوحة الدعم العلوية والسفلية.
قضبان التحكم هي قضبان معدنية طويلة تحتوي على عناصر مثل البورون أو الكادميوم. هذه العناصر تمتص النيوترونات الحرة ، وبالتالي تساعد في التحكم في سلسلة التفاعل. يتم إدخال قضبان التحكم في القلب أو تنسحب لإبطاء أو تسريع تفاعل سلسلة.
المراقبين والمبردات:
كما تعتمد عمليات المفاعلات على مواد تسمى المشرفين والمبردات. الوسيط هو مادة ، مثل الماء أو الكربون ، التي تبطئ النيوترونات التي تمر عبرها. تتطلب المفاعلات وسيطًا لأن النيوترونات المنطلقة من الانشطار هي نيوترونات سريعة. ولكن هناك حاجة إلى النيوترونات البطيئة لإحداث تفاعل متسلسل في خليط U-238 و U-235 الذي تستخدمه المفاعلات كوقود.
المبرد هو مادة ، مثل الماء أو ثاني أكسيد الكربون ، التي تجري الحرارة بشكل جيد ولكنها لا تمتص النيوترونات الحرة بسهولة. يحمل المبرد حرارة من التفاعل المتسلسل. من خلال القيام بذلك ، فإن خوادم المبردات على حد سواء لمنع قلب المفاعل من الذوبان وإنتاج البخار.
العديد من مفاعلات الطاقة هي مفاعلات الماء الخفيف ، والتي تستخدم الماء الخفيف (العادي) كالمراقب والمبرد. تستخدم مفاعلات الماء الثقيل أوكسيد الديوتيريوم ، أو الماء الثقيل ، كالمراقب والمبرد. الجرافيت هو مشرف آخر. تستخدم المفاعلات الهندية (باستثناء المفاعل في Tarapur) الماء الثقيل.
تحضير الوقود:
يجب إثراء اليورانيوم المستخدم في مفاعلات الماء الخفيف ، أي أنه يجب زيادة نسبة اليورانيوم 235. النيوترونات الحرة عندها فرصة أفضل لضرب نواة اليورانيوم 235.
إنتاج البخار:
يحقق المفاعل الحرجية عندما يتم تحفيز التفاعل المتسلسل في الوقود ، في المتوسط ، تفاعل واحد إضافي لكل تفاعل انشطاري.
مفاعلات الماء الخفيف نوعان رئيسيان. نوع واحد ، مفاعل الماء المضغوط ، ينتج البخار خارج وعاء المفاعل. النوع الآخر ، مفاعل الماء المغلي ، يجعل البخار داخل الوعاء.
تستخدم معظم المحطات النووية مفاعلات ماء مضغوطة. تقوم هذه المفاعلات بتسخين وسيط المياه في القلب تحت ضغط مرتفع للغاية. يسمح الضغط للماء بتسخين نقطة الغليان العادية عند 100 درجة مئوية دون غليان بالفعل. يسخن التفاعل المتسلسل الماء إلى حوالي 320 درجة مئوية. تحمل أنابيب هذا الماء الساخن للغاية ، ولكن ليس الغليان ، إلى مولدات البخار خارج المفاعلات. الحرارة من الماء المضغوط تغلي الماء في مولد البخار وتنتج البخار.
في مفاعل الماء المغلي ، يغلي التفاعل المتسلسل الماء في القلب. تحمل الأنابيب البخار الناتج من المفاعل إلى توربينات المحطة.
في الهند ، يكون نوع المفاعل القياسي هو مفاعل الماء الثقيل المضغوط.
يجب إزالة قضبان الوقود وإعادة معالجتها من وقت لآخر لفصل منتجات النفايات المشعة وكميات صغيرة من البلوتونيوم 239 من اليورانيوم غير المستخدم. ينتج البلوتونيوم 239 في المفاعل عندما يمتص اليورانيوم 238 نيوترونات انشطارية سريعة. مثل اليورانيوم 235 ، فإنه يخضع للانشطار ويستخدم في المفاعلات سريعة التكاثر ولصنع أسلحة نووية.
مفاعلات التجريب التجريبية:
يستخدم النوع الأكثر أهمية للمربي التجريبي نظير اليورانيوم الفائق U-238 كوقود أساسي. يغير المفاعل اليورانيوم 238 إلى بلوتونيوم النظير 239 (Pu- 239) عن طريق الاضمحلال الإشعاعي. مثل U-235 ، يمكن Pu-239 إنشاء سلسلة متسلسلة ، وبالتالي يمكن استخدامها لإنتاج الطاقة.
يستخدم مربي آخر عنصر الثوريوم الطبيعي كوقود أساسي. إنه يغير الثوريوم إلى نظير U-233 ، الذي يمكن أن ينتج أيضًا تفاعلًا متسلسلًا. طورت الهند مفاعل تجريب مربي في Kalpakkam ، تشيناي ، باستخدام وقود الكربيد المختلط والصوديوم كمبرد.
الاندماج النووي:
يحدث الاندماج النووي عند دمج فتحتين نويتين خفيفتين (دمج) وتشكل نواة لعنصر أثقل. تزن منتجات الانصهار أقل من الأوزان المشتركة للنواة الأصلية. وبالتالي تم تغيير المادة المفقودة إلى طاقة. يمكن إنشاء تفاعلات الاندماج التي تنتج كميات كبيرة من الطاقة فقط عن طريق الحرارة الشديدة للغاية. تسمى ردود الفعل هذه التفاعلات النووية الحرارية. تنتج التفاعلات الحرارية النووية طاقة كل من الشمس والقنبلة الهيدروجينية.
يمكن أن يحدث التفاعل النووي الحراري فقط في البلازما ، وهو شكل خاص من المادة التي تحتوي على إلكترونات حرة ونوى حرة. عادة ، تتنافر النوى بعضها البعض.
ولكن إذا كانت البلازما التي تحتوي على نواة ذرية خفيفة الوزن تسخن عدة ملايين من الدرجات ، فستبدأ النوى بالتحرك بسرعة فائقة بحيث تخترق الحواجز الكهربائية والصمامات لبعضها البعض.
مشاكل السيطرة على الانصهار:
لم ينجح العلماء بعد في تسخير طاقة الانصهار لإنتاج الطاقة. في تجاربهم الاندماجية ، يعمل العلماء عمومًا مع البلازما المصنوعة من واحد أو اثنين من نظائر الهيدروجين. يعتبر الديوتيريوم وقودًا حراريًا نوويًا مثاليًا لأنه يمكن الحصول عليه من الماء العادي. يمكن لوزن معين من الديوتيريوم أن يورد حوالي أربعة أضعاف كمية الطاقة بنفس وزن اليورانيوم.
لإنتاج تفاعل نووي حراري مسيطر عليه ، يجب تسخين بلازما من الديوتيريوم أو التريتيوم أو كلا النظيرين عدة ملايين من الدرجات. لم يقم علماء بوي حتى الآن بتطوير حاوية مما يمكن أن يحملوا البلازما فائقة السرعة.
صممت معظم مفاعلات الدمج التجريبي لاحتواء البلازما فائقة السرعة في "الزجاجات المغناطيسية" الملتوية في أشكال شبيهة بالملف. جدران القنينات مصنوعة من النحاس أو بعض المعادن الأخرى. الجدران محاطة بمغناطيس.
يمر تيار كهربائي عبر المغناطيس ويخلق مجال مغناطيسي في داخل الجدران. تدفع المغناطيسية البلازما بعيدًا عن الجدران ونحو مركز كل ملف. وتسمى هذه التقنية بالاحتجاز المغنطيسي جميع أجهزة الانصهار التي تم تطويرها حتى الآن ؛ ومع ذلك ، استخدم طاقة أكثر بكثير مما تنشئ.
تم تصميم مفاعل الاندماج الأكثر نجاحًا ، والذي يسمى التوكاماك ، في الأصل من قبل العلماء الروس. Tokamak يعني تيار قوي باللغة الروسية. مثل المفاعلات الاندماجية التجريبية الأخرى ، يستخدم التوكاماك مجال مغناطيسي لدفع البلازما بعيدًا عن الجدران التي تحتوي عليها. كما يمر تيار قوي من خلال البلازما. الأعمال الحالية مع المجال المغناطيسي للمساعدة في حصر البلازما. طورت الهند توكاماك أديتيا ، لأغراض البحث في معهد أبحاث البلازما ، أحمد أباد.
تستخدم طريقة أخرى تجريبية لتحقيق الانصهار حزمًا من الليزر لضغط وتسخين كريات دقيقة من الدوتريوم والتريتيوم المتجمد. تخلق هذه العملية انفجارات نووية حرارية مصغرة تطلق الطاقة قبل وصول الحبيبات إلى الجدران المحتوية عليها. لكن جميع التجارب مع هذه الطريقة لم تنتج بعد كميات قابلة للاستخدام من الطاقة.
أسلحة نووية:
قد تكون الأسلحة النووية من النوع الانشطار (الأسلحة الذرية) أو من النوع الاندماجي (الأسلحة النووية الحرارية أو الهيدروجين).
أسلحة الانشطارية تحصل على قوتها التدميرية من شظايا النوى الذرية. من المعروف أن ثلاثة أنواع فقط من الذرات مناسبة للانشطار في مثل هذه الأسلحة. هذه الذرات هي من نظائر اليورانيوم (U) U-235 و U-238 ونظير البلوتونيوم (Pu) ، Pu-239. يحدث تفاعل سلسلة متسلسل غير متحكم فيه ، على سبيل المثال ، تتلاقى قطعتان من U-235 وتتجاوزان الكتلة الحرجة.
أسلحة حرارية نووية تحصل على قوتها من الاندماج النووي تحت حرارة شديدة. النواة المندمجة في الأسلحة النووية الحرارية هي من نظائر الهيدروجين ، الديوتيريوم والتريتيوم. تتطلب التفاعلات الاندماجية درجات حرارة تساوي أو تزيد عن تلك الموجودة في قلب الشمس.
الطريقة العملية الوحيدة لتحقيق درجة الحرارة هذه عن طريق انفجار انشطاري. وهكذا ، تنفجر الانفجارات النووية الحرارية بواسطة جهاز الانشطار من النوع الداخلي. (في طريقة الإنفجار ، يتم جعل الكتلة دون الحرجة فوق الحرجة عن طريق ضغطها إلى حجم أصغر).
كانت أول سلاح نووي قنبلتين ذريتيْن استخدمتهما الولايات المتحدة خلال الحرب العالمية الثانية (1939-1945). في الحرب ، تم إسقاط واحدة في كل من المدن اليابانية هيروشيما وناغازاكي.
يمكن أن تحتوي الأجهزة المتفجرة النووية على مجموعة متنوعة من المحاصيل. بعض القنابل الأقدم عانت من حوالي 20 ميغاطن ، أو 1540 قنبلة هيروشيما. Megaton هي كمية الطاقة التي يتم إطلاقها بـ 907،000 طن متري من مادة TNT. اليوم ، بسبب الدقة العالية للصواريخ ، فإن معظم الأجهزة النووية لديها غلة أقل من 1 مليون طن.
النظائر المشعة:
تنشأ أشكال مختلفة من الإشعاع في نوى الذرات المشعة. هناك ثلاثة أنواع من الإشعاع المشع: جسيمات ألفا ، والتي تم تحديدها لأول مرة بواسطة بيكريل ؛ أشعة بيتا ، التي حددها ارنست رذرفورد ؛ وأشعة جاما ، التي حددتها ماري وبيار كوري. يسبب انبعاث أشعة ألفا أو بيتا التحوُّل ، لكن إشعاع غاما لا يؤدي إلى التحول.
يمكن تغيير عنصر واحد إلى آخر بشكل مصطنع. يتم إنتاج النظائر الإشعاعية الاصطناعية Ail عن طريق جعل النظائر المشعة مستقرة - أي غير مستقرة ، حيث تتفكك نوىها لتحرير الجسيمات الصغيرة والطاقة (النشاط الإشعاعي). كل عنصر ذي قيمة ذرية أكبر من عنصر الرصاص (82) يكون مشعاً.
يمكن إنتاج النظائر المشعة الاصطناعية عن طريق قذف الذرات بالجسيمات والأشعة المنبعثة من العناصر المشعة في مفاعل نووي. ويمكن أيضا أن تنتج عن طريق تحطيم الذرات في مسرعات الجسيمات مثل السيكلوترون. حقيقة أن المواد الإشعاعية يمكن الكشف عنها من خلال إشعاعها يجعلها مفيدة في العديد من المجالات.
وتستخدم النظائر المشعة بفعالية كأدوات التتبع لأغراض التشخيص في الطب. يستخدم الزرنيخ -74 للكشف عن الأورام. يستخدم الصوديوم 24 للكشف عن جلطات الدم في الدورة الدموية. يستخدم اليود 131 (1-131) لتحديد نشاط الغدة الدرقية. يستخدم Cobalt-60 في علاج السرطان. أيضا في الاستخدام هي إيريديوم 192 ، والسيزيوم 137.
بدأ إنتاج النظائر المشعة في الهند في عام 1956 بتكليف مفاعل أبسارا البحثي في ترمباي. تم تعزيز قدرة إنتاج النظائر المشعة في عام 1963 عندما بدأ تشغيل 40MWT Cirus في Trombay. في عام 1985 ، مع تشغيل شركة Dhruva من قبل BARC ، برزت الهند إلى الواجهة كمنتج رئيسي لطيف واسع من النظائر المشعة.
تنتج مفاعلات الأبحاث في ترومباى مجموعة متنوعة من النظائر المشعة للاستخدامات المختلفة. كما تم تجهيز مفاعلات الطاقة لإنتاج النظائر المشعة للكوبالت 60.
كما يستخدم سيكلوترون الطاقة المتغيرة في VECC لتصنيع النظائر المشعة ، والتي يتم معالجتها للتطبيقات الطبية. وتشمل المنتجات والخدمات القائمة على الإشعاع والنظائر المشعة التي تقدمها شركة دبي لصناعات الطيران من خلال BARC و BRIT المصادر الراديوية ومعدات التصوير الإشعاعي الصناعية ؛ التقنيات الراديوية في اكتشاف التسرب وحركة الطمي والتطبيقات في مجال الهيدرولوجيا ؛ معالجة الإشعاع ، بلمرة الإشعاع ، ملوحة التربة وغيرها.
وقد تم تكليف شركة BRIT بمسؤولية معالجة مجموعة متنوعة من النظائر المشعة ومنتجاتها المشتقة وتوريد معدات التصوير الإشعاعي الصناعية ومعدات تشعيع أشعة جاما لتطبيقات هذه التقنية.
مركز الطب الإشعاعي التابع لـ BARC (RMC) في مومباي ، وهو المركز الرئيسي في البلاد في مجال التشخيص الإشعاعي والعلاج الإشعاعي ، هو مركز إحالة إقليمي لمنظمة الصحة العالمية (WHO) في جنوب شرق آسيا.
تغطي أنشطة المركز مجالات الطب النووي والخدمات المرتبطة به ، والتشخيص السريري والعلاج ، والتطوير الداخلي للأدوية الإشعاعية ، وتكنولوجيا RIA لهرمونات الغدة الدرقية والمستضد السلوي والأجسام المضادة ، إلخ.
كما يتم تصنيع النظائر المشعة للتطبيقات الطبية باستخدام سيكلوترون الطاقة المتغير في كولكاتا. يلبي المركز الإقليمي للطب الإشعاعي (RRMC) متطلبات العلاج الإشعاعي والإشعاعي في المنطقة الشرقية من البلاد. وقد طورت CAT في إندور ليزرًا للتطبيقات الطبية.
في الهند ، تم استخدام الإشعاع منذ عقود لتعقيم المنتجات الطبية. يوفر مصنع التعقيم الإشعاعي التجاري (ISOMED) في ترومبي خدمات التعقيم للصناعة الطبية. تم إنشاء مختبر كبير للأدوية الإشعاعية اسمه ISOPHARM في فاشي ، مومباي.
تعمل مصانع مشابهة لإيزوميد في بنجالورو ونيودلهي وجودبور. لاستخدامها في بنوك الدم والمستشفيات ، طورت BRIT جهازًا لإشعاع الدم ، وهو بديل هام للاستيراد.
استخدامات النظائر المشعة:
في الصناعة يمكن استخدام أشعة جاما لفحص المسبوكات المعدنية أو اللحامات في خطوط أنابيب النفط لنقاط الضعف. تمر الأشعة عبر المعدن وتغميق فيلم التصوير الفوتوغرافي في الأماكن المقابلة للبقع الضعيفة. قد يضع المصنعون نظيرًا إشعاعيًا ينبعث منه جسيمات بيتا أعلى من مادة ما.
يقوم كاشف جسيم بيتا على الجانب الآخر بقياس قوة الإشعاعات القادمة. إذا زادت سماكة الورقة ، فإن عدد الجسيمات يصل إلى المكشاف. يمكن للكشف السيطرة على بكرات والحفاظ على ورقة على السماكة المطلوبة. يمكن استخدام إشعاع جاما في مكافحة الآفات ، وخاصة مخازن ingrain. يتمتع الطعام المشعّ بحياة أطول.
في مجال الأبحاث يستخدم العلماء النظائر المشعة كعلامات تتبع ، لتحديد كيفية عمل المواد الكيميائية في أجسام النباتات والحيوانات. جميع نظائر العنصر هي نفسها كيميائياً ، لذا يمكن استخدام نظير الإشعاع بنفس طريقة النظائر العادية.
على سبيل المثال ، لتتبع مسار الفوسفور في النبات ، يمكن أن يمزج عالم النبات الفوسفور المشع مع الفسفور العادي. لمعرفة متى يصل الفوسفور إلى ورقة ، يمكنه وضع عداد جيجر ، الذي يكتشف النشاط الإشعاعي على الورقة. لمعرفة مكان وجود الفسفور في الورقة ، قد يضع الورقة على لوحة فوتوغرافية. في الصفيحة المطوَّرة ، التي يطلق عليها "autoradiograph" ، تظهر المناطق المظلمة موضع نظائر الراديو.
في الطب:
استخدام النظائر المشعة هو جزء من تخصص يسمى الطب النووي. الاستخدام الرئيسي للنظائر المشعة هو دراسة وظائف مختلف أعضاء الجسم. لتحقيق ذلك ، يقوم الطبيب بإدارة النظائر المشعة المرتبطة بمادة حاملة. تتراكم المادة الحاملة في العضو الذي يريد الطبيب دراسته.
على سبيل المثال ، إذا كان الطبيب يرغب في دراسة وظيفة كلوي للمريض ، فسيتم إرفاق نظير لاسلكي بمواد حاملة تتراكم في الكليتين. عندما ينهار نظير الراديو ، فإنه يصدر أشعة gاما. يتم التقاط بعض الأشعة بواسطة جهاز يسمى الماسح الضوئي. يقوم الطبيب "بقراءة" الصورة على الماسح الضوئي لتحديد ما إذا كانت الكلى تعمل بشكل صحيح.
النظائر المشعة تستخدم أيضا لعلاج السرطان. يعمل الإشعاع بجرعات كبيرة على تدمير الأنسجة الحية ، خاصة الخلايا التي تعاني من الانقسام. ولما كانت الخلايا السرطانية تنقسم أكثر من الخلايا الطبيعية ، فإن الإشعاع يقتل خلايا سرطانية أكثر من الخلايا العادية. قد يستفيد الطبيب من هذه الحقيقة عن طريق إعطاء نظير لاسلكي يتراكم في عضو سرطاني.
على سبيل المثال ، يمكن استخدام نظير إشعاعي لليود ، 1-131 لعلاج سرطان الغدة الدرقية ، لأن هذه الغدة تتراكم في اليود. عندما يتحول اليود المشع ، ينطلق الإشعاع الذي يقتل الخلايا السرطانية. يستخدم Cobalt-60 أيضا في علاج السرطان. يستخدم الزرنيخ -74 للكشف عن الأورام. تقع جلطات الدم في الجهاز الدوري بواسطة الصوديوم 24.
في الزراعة:
استخدمت النظائر المشعة لتعزيز الطفرة الوراثية الطبيعية في النباتات وذلك لتسريع عملية التكاثر ، أو لتطوير النباتات ذات الخصائص الجديدة. ويمكن أيضا دراسة كفاءة الأسمدة بالنظائر المشعة. لدى BARC برنامج لتطوير وإنتاج الجسيمات الحيوية المسمى phosphorus-32 للمساعدة في البحث في الهندسة الوراثية وتكنولوجيا الإنزيمات والمجالات المرتبطة بالطاقة.
وتستخدم النظائر في دراسة إعادة تغذية المياه الجوفية ، والسيول في أنظمة السدود والقنوات ، وتداخل مياه البحر في طبقات المياه الجوفية الساحلية.
التأريخ الإشعاعي:
التأريخ بالكربون المشع هي عملية تستخدم لتحديد عمر كائن قديم من خلال قياس محتواه من الكربون المشع. تم تطوير هذه التقنية في أواخر الأربعينيات من قبل ويلارد ف. ليبي ، وهو كيميائي أمريكي.
ذرات radiocarbon ، مثل جميع المواد المشعة ، تتحلل بمعدل دقيق وموحد. يختفي نصف الكربون المشع بعد حوالي 5700 سنة. ولذلك ، فإن نصف عمر الكربون المشع هو تلك الفترة الزمنية.
بعد حوالي 11400 سنة ، يظل ربع الكمية الأصلية من الكربون المشع. بعد 5700 سنة أخرى ، يبقى فقط الثامنة ، وهكذا.
يتحلل الكربون المشع في أنسجة الكائن الحي ببطء شديد ، ولكنه يتجدد باستمرار طالما يعيش الكائن الحي. بعد وفاة الكائن الحي ، فإنه لم يعد يأخذ في الهواء أو الطعام ، وبالتالي لم يعد يمتص الكربون المشع. يستمر الكربون المشع الموجود بالفعل في الأنسجة في الانخفاض بمعدل ثابت. هذا الاضمحلال المستمر بمعدل معروف - نصف عمر حوالي 5700 سنة - يمكّن العلماء من تحديد عمر الجسم.
بعد أن يقيس العلماء محتوى الجسم المشع للكربون ، يقارنونه بالكربون المشع في حلقات الشجر التي تكون عصورها معروفة. تمكّنهم هذه التقنية من التعويض عن الاختلافات البسيطة في محتوى الكربون المشع في الغلاف الجوي في أوقات مختلفة في الماضي. من خلال القيام بذلك ، يمكن للعلماء تحويل عمر الكربون المشع للكائنات إلى تاريخ أكثر دقة.
وتستخدم النظائر المشعة ذات فترات نصف العمر الطويلة في مواعدة عينات صخرية مثل اليورانيوم 238. اليورانيوم 235 الذي يصبح الرصاص 207 ؛ الثوريوم 232 ، الذي يصبح الرصاص 208 ؛ الروبيديوم 87 ، الذي يتحول إلى السترونتيوم 87 ؛ والبوتاسيوم 40 ، الذي يتحول إلى الأرجون 40 هي النظائر المشعة التي يمكن استخدامها لحساب عمر الصخور.
المخاطر النووية وقضايا السلامة:
في الآونة الأخيرة كان هناك الكثير من المخاوف بشأن المخاطر الكامنة في النباتات النووية - مخاوف من خطر الإشعاع ، والتخلص من النفايات ، والحوادث الكارثية. في حين أن بعض المخاطر حقيقية ، يشير العلماء النوويون إلى أن العديد منها لا يعتمد على الحقائق العلمية والمراقبة غير المتحيزة.
خطر الإشعاع:
لا شك أن الإشعاع يتسبب في تلف الخلايا الحية - لكن هذا يعتمد على شدة الإشعاع ووقت التعرض. عندما تتعرض ذرة خلية عضوية معقدة للإشعاع ، يحدث التأين وتتفكك الجزيئات ، مما يؤثر سلبًا على النظام البيولوجي ، وفي بعض الأحيان يدمر الخلية.
في حين أن الجرعات العالية تكون قاتلة ، فإن الجرعات المنخفضة قد يكون لها تأثير تراكمي وتسبب السرطان ، خاصةً في الجلد ، وسرطان الدم. قد يؤثر على الأنسجة اللمفاوية ، والجهاز العصبي ، والأعضاء التناسلية. ومع ذلك ، تحدث تأثيرات الضار المتقطعة بعد جرعات عالية ومستمرة من الإشعاع.
يتم إطلاق النشاط الإشعاعي في الهواء والماء من المفاعلات ، ولكن يتم الاحتفاظ بها بشكل جيد ضمن الحدود التي يحددها AERB. يجري باستمرار قصف الأرض بواسطة جزيئات الأشعة الكونية النووية (65 في المائة من الإشعاع الطبيعي التي يعاني منها إنسان بسبب هذا).
الإشعاع في الخلفية من مصادر الأرض وخارج الأرض هو أعلى بكثير من الإشعاع من النباتات النووية. في هذه الظروف ، يكون التعرض الإشعاعي من المحطات النووية بكمية لا تذكر. ينشأ الخوف من الإشعاع لأن معظم الناس غير راغبين في الإيمان بأي "مستوى آمن" للتعرض للإشعاع.
خطر من النفايات النووية:
جانب آخر من المخاطر النووية هو إدارة النفايات. تتمثل التقنية العامة للتعامل مع النفايات المشعة في تركيز واحتواء أكبر قدر ممكن من النشاط الإشعاعي ، وتصريف المخلفات إلى البيئة فقط من حيث انخفاض مستوى التركيز قدر الإمكان.
في المواقع الداخلية مثل Narora و Rawatbhatta ، يتم التخلص من النفايات السائلة منخفضة المستوى في البيئة عند الحد الأدنى. في المواقع الساحلية مثل تارابور وتشيناي من الممكن التخفيف الملحوظ في البحر. بالنسبة للنفايات الصلبة ، تستخدم أنواع مختلفة من الاحتواءات وتقع في مواقع مختارة على أساس تقييم جيولوجي وجيولوجي.
وينتج انشطار اليورانيوم 235 العديد من النظائر المشعة ، مثل السترونتيوم 90 والسيزيوم 137 والباريوم 140. وتظل هذه النفايات مشعة وخطيرة لنحو 600 عام بسبب نظائر السترونتيوم والسيزيوم. إذا كان هؤلاء يحصلون على الغذاء أو إمدادات المياه ، يمكن أن يؤخذوا إلى أجسام الناس حيث يمكن أن تسبب الأذى.
الجسم غير قادر على التمييز بين السترونتيوم المشع والكالسيوم ، على سبيل المثال. يظل البلوتونيوم وغيره من العناصر الاصطناعية في النفايات مشعة لآلاف السنين. حتى في الكميات الصغيرة ، يمكن للبلوتونيوم أن يسبب السرطان أو الضرر الوراثي (الإنجابي) عند البشر.
كميات أكبر يمكن أن تسبب مرض الإشعاع والموت. إن التخلص الآمن من هذه النفايات هو أحد المشاكل التي ينطوي عليها إنتاج الطاقة النووية. تدار النفايات بعناية عن طريق دمجها في مصفوفات صلبة خاملة ووضعها في عبوات تبقى تحت التبريد حتى يصل النشاط الإشعاعي إلى المستوى المطلوب. وأخيرا ، يتم تخزين العلب في وسائل جيولوجية مناسبة. ومع ذلك ، لم يتم حل المشكلة بالكامل.
آثار الانفجار النووي:
يمكن أن تختلف التأثيرات التي قد يحدثها انفجار نووي على الأشخاص والمباني والبيئة بشكل كبير ، بناءً على عدد من العوامل. وتشمل هذه العوامل الطقس والتضاريس ونقطة الانفجار بالنسبة لسطح الأرض وعائد السلاح.
سينتج عن انفجار السلاح أربعة تأثيرات أساسية:
(ط) موجة الانفجار:
يبدأ الانفجار بتشكيل كرة نارية تتكون من سحابة من الغبار والغازات شديدة الحرارة تحت ضغط مرتفع للغاية. بعد مرور جزء من الثانية بعد الانفجار ، تبدأ الغازات في التوسع وتشكل موجة انفجار ، وتسمى أيضًا موجة صدمية.
من المحتمل أن تقتل موجة الانفجار والرياح أغلبية الناس على بعد 5 كيلومترات من الأرض ، وبعض الناس بين 5 و 10 كيلومترات من نقطة الصفر. العديد من الأشخاص الآخرين على بعد 10 كيلومترات من المجموعة صفر سيتعرضون للإصابة.
(2) الإشعاع الحراري:
هذا يتكون من الأشعة فوق البنفسجية ، المرئية ، والأشعة تحت الحمراء التي تعطى بها كرة النار. يتم امتصاص الإشعاع فوق البنفسجي بسرعة عن طريق الجسيمات في الهواء ، وبالتالي فإنه لا ضرر يذكر. ومع ذلك ، يمكن للإشعاع المرئي والأشعة تحت الحمراء تسبب إصابات العين وكذلك حروق الجلد تسمى حروق فلاش.
ونتج ما يتراوح بين 20 و 30 في المائة من وفيات هيروشيما وناغازاكي عن حروق الفلاش. الإشعاع الحراري يمكن أن يشعل مثل هذه المواد القابلة للاشتعال مثل الصحف والأوراق الجافة. يمكن أن يؤدي حرق هذه المواد إلى حرائق كبيرة.
(3) الإشعاع النووي الأولي:
يتم تقديم هذا في الدقيقة الأولى بعد الانفجار. It consists of neutrons and gamma rays. The neutrons and some of the gamma rays are emitted from the fireball almost instantaneously. The rest of the gamma rays are given off by a huge mushroom-shaped cloud of radioactive material that is formed by the explosion. Nuclear radiation can cause the swelling and destruction of human cells and prevent normal cell replacement.
Large doses of radiation can cause death. The amount of harm a person would suffer from initial nuclear radiation depends in part on the person's location in relation to ground zero. Initial radiation decreases rapidly in strength as it moves away from ground zero.
(iv) Residual Nuclear Radiation:
This comes later than one minute after the explosion. Residual radiation created by fission consists of gamma rays and beta particles. Residual radiation produced by fusion is made up primarily of neutrons. It strikes particles of rock, soil, water, and other materials that make up the mushroom-shaped cloud. As a result, these particles become radioactive. When the particles fall back to earth, they are known as fallout. The closer an explosion occurs to the earth's surface, the more fallout it produces.
Early fallout consists of heavier particles that reach the ground during the first 24 hours after the explosion. These particles fall mostly downwind from ground zero. Early fallout is highly radioactive and will kill or severely damage living things.
Delayed fallout reaches the ground from 24 hours to a number of years after the explosion. It consists of tiny, often invisible, particles that may eventually fall in small amounts over large areas of the earth. Delayed fallout causes only long-term radiation damage to living things. However, this damage can be serious for certain individuals.
اجراءات السلامة:
تنتج المخاطر الرئيسية لإنتاج الطاقة النووية من الكميات الكبيرة من المواد المشعة التي ينتجها المفاعل. هذه المواد تعطي إشعاعًا على هيئة أشعة ألفا وبيتا وغاما. ومن ثم ، يتم اختيار مواقع المحطات النووية مع وضع معايير السلامة في الاعتبار. تم تصميم المصانع للتشغيل الآمن من خلال سلسلة من الإجراءات الوقائية. إدراكاً لاحتمالات الخطأ البشري ، سوء عمل المعدات ، والظواهر الطبيعية المتطرفة ، تم تصميم المصانع على مفهوم "الدفاع العميق".
يُحاط وعاء المفاعل بكتل خرسانية سميكة تسمى الدرع ، والتي عادة ما تمنع جميع الإشعاعات من الهروب.
في الدول ذات الطاقة النووية ، تحد اللوائح من كمية الإشعاع المسموح بها من المحطات النووية. يحتوي كل مصنع على أدوات تقيس النشاط الإشعاعي باستمرار في المصنع وحوله. ويقومون تلقائيًا بإطلاق إنذار إذا ارتفع النشاط الإشعاعي فوق مستوى محدد مسبقًا. إذا لزم الأمر ، يتم إيقاف المفاعل.
إجراءات السلامة الروتينية للنبات تقلل إلى حد كبير من احتمال وقوع حادث خطير. ومع ذلك ، فإن كل مصنع لديه أنظمة أمان للطوارئ. تتراوح حالات الطوارئ المحتملة من انقطاع في أنبوب مفاعل الماء إلى تسرب الإشعاع من سفينة المفاعل. أي حالة طوارئ من هذا القبيل تقوم تلقائياً بتشغيل نظام يقوم بإيقاف المفاعل على الفور ، وهي عملية تسمى scramming. عادة ما يتم إنجاز عملية Scramming عن طريق الإدراج السريع لقضبان التحكم في اللب.
قد يكون للتسرب أو الكسر في أنبوب مفاعل الماء عواقب وخيمة إذا نتج عنه فقدان سائل التبريد. وحتى بعد إغلاق المفاعل ، فإن المواد المشعة المتبقية في قلب المفاعل يمكن أن تصبح ساخنة للغاية دون وجود سائل تبريد كافٍ يذوب القلب. هذه الحالة ، التي تسمى الانهيار ، يمكن أن تؤدي إلى إطلاق كميات خطيرة من الإشعاع.
في معظم الحالات ، يمنع هيكل الاحتواء الكبير الذي يحتوي على مفاعل النشاط الإشعاعي من الفرار إلى الغلاف الجوي. ومع ذلك ، هناك احتمال ضئيل أن يصبح النواة المنصهرة ساخنة بدرجة تكفي للحرق في أرضية بنية الاحتواء وتذهب إلى أعماق الأرض.
يدعى المهندسون النوويون هذا النوع من الحالات بـ "متلازمة الصين". لمنع وقوع مثل هذا الحادث ، تم تجهيز جميع المفاعلات بنظام تبريد أساسي للطوارئ ، والذي يغمر القلب بالماء تلقائيًا في حالة فقد سائل التبريد.
يتم رصد الجرعات الإشعاعية الخارجية التي يتلقاها العمال المهنيون من جميع أنحاء البلد على أساس شهري. يتم توفير خدمة مراقبة الأفلام للأشخاص العاملين في المؤسسات الطبية والصناعية والبحثية. يتم توفير خدمة مراقبة قياس الجرعات الإنارة والحرارة وخدمة رصد النيوترون السريعة للأشخاص العاملين في المفاعلات ومحطات إعادة معالجة الوقود والمسرعات.
وقد أوصت اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع (ICRP) للعمال الإشعاعين بحد أقصى فعال للجرعات قدره 20 درجة مئوية لكل سنة في المتوسط على مدى خمس سنوات مع توفير مزيد من الجرعة الفعالة لا ينبغي أن تتجاوز 50 درجة مئوية في أي سنة واحدة.
تصنف الوكالة الدولية للطاقة الذرية الأحداث المتعلقة بالمقياس الدولي للأحداث النووية - مقياس من صفر إلى 7 حسب الشدة. الأحداث التي يمكن تسميتها بـ "الحوادث" - المستوى 4 وما فوق في الجدول - حدثت كلها حتى الآن في الغرب (كانت تشيرنوبيل 7 على المقياس ، وتم وضع نار نارورا في المستوى 3). علاوة على ذلك ، تمتلك مجمعات الأسلحة درجة أكبر من المشاكل المتعلقة بالسلامة.
