مقدمه
سنگ معدن اورانیوم موجود در طبیعت از دو ایزوتوپ ۲۳۵U به مقدار ۰٫۷ درصد و ۲۳۸U ‏به مقدار ۳٫۹۹ درصد تشکیل شده است. سنگ معدن را ابتدا در اسید حل کرده و ‏بعد از تخلیص فلز ، اورانیوم را بصورت ترکیب با اتم فلوئور (۹F ) و بصورت مولکول ‏اورانیوم هگزا فلوراید تبدیل می‌کنند که به حالت گازی است. سرعت متوسط ‏مولکولهای گازی با جرم مولکولی گاز نسبت عکس دارد.

غنی سازی اورانیوم با دیفوزیون گازی
گراهان در سال ۱۸۶۴ پدیده‌ای را کشف کرد که در آن سرعت متوسط مولکولهای ‏گاز با معکوس جرم مولکولی گاز متناسب بود. از این پدیده که به نام دیفوزیون ‏گازی مشهور است برای غنی سازی اورانیوم استفاده می‌کنند. در عمل اورانیوم ‏هگزا فلوراید طبیعی گازی شکل را از ستونهایی که جدار آنها از اجسام متخلخل ‏‏(خلل و فرج دار) درست شده است عبور می‌دهند. سوراخهای موجود در جسم ‏متخلخل باید قدری بیشتر از شعاع اتمی یعنی در حدود ۲٫۵ آنگسترم (۷-‏۲۵×۱۰ سانتیمتر) باشد

ضریب جداسازی متناسب با اختلاف جرم مولکولها است. روش غنی سازی ‏اورانیوم تقریبا مطابق همین اصولی است که در اینجا گفته شد. با وجود این ‏می‌توان به خوبی حدس زد که پرخرج ترین مرحله تهیه سوخت اتمی همین ‏مرحله غنی سازی ایزوتوپها است، زیرا از هر هزاران کیلو سنگ معدن اورانیوم ‏‏۱۴۰ کیلوگرم اورانیوم طبیعی بدست می‌آید که فقط یک کیلوگرم ۲۳۵U ‏خالص در آن وجود دارد. ‏

غنی سازی اورانیم از طریق میدان مغناطیسی
یکی از روشهای غنی سازی اورانیوم استفاده از میدان مغناطیسی بسیار قوی می‌باشد. در این روش ابتدا اورانیوم هگزا فلوئورید را حرارت می‌دهند تا تبخیر شود. از طریق تبخیر ، اتمهای اورانیوم و فلوئورید از هم تفکیک می‌شوند. در این حالت ، اتمهای اورانیوم را به میدان مغناطیسی بسیار قوی هدایت می‌کنند. میدان مغناطیسی بر هسته‌های باردار اورانیم نیرو وارد می کند ( این نیرو به نیروی لورنتس معروف می باشد) و اتمهای اورانیوم را از مسیر مستقیم خود منحرف می‌کند. اما هسته‌های سنگین اورانیم (۲۳۸U ) نسبت به هسته‌های سبکتر (۲۳۵U ) انحراف کمتری دارند و درنتیجه از این طریق می‌توان ۲۳۵U را از اورانیوم طبیعی تفکیک کرد.

کاربردهای اورانیوم غنی شده
• شرایطی ایجاد کرده اند که نسبت ۲۳۵U به ۲۳۸U را به ۵ درصد می‌‏رساند. برای این کار و تخلیص کامل اورانیوم از سانتریفوژهای بسیار قوی استفاده ‏می‌کنند.
• برای ساختن نیروگاه اتمی ، اورانیوم طبیعی و یا اورانیوم غنی شده بین ۱ تا ۵ ‏درصد کافی است.
• برای تهیه بمب اتمی حداقل ۵ تا ۶ کیلوگرم ۲۳۵U صد درصد خالص نیاز ‏است. در صنایع نظامی از این روش استفاده نمی‌شود و بمبهای اتمی را از ۲۳۹Pu که سنتز و تخلیص شیمیایی آن بسیار ساده‌تر است تهیه ‏می‌کنند.

نحوه تولید سوخت پلوتونیوم رادیو اکتیو
این عنصر ناپایدار را در نیروگاههای بسیار قوی می‌سازند که تعداد نوترونهای ‏موجود در آنها از صدها هزار میلیارد نوترون در ثانیه در سانتیمتر مربع تجاوز ‏می‌کند. عملا کلیه بمبهای اتمی موجود در زراد خانه‌های جهان از این عنصر ‏درست می‌شود.‏ روش ساخت این عنصر در داخل نیروگاههای هسته‌ای به این صورت که ‏ایزوتوپهای ۲۳۸U شکست پذیر نیستند، ولی جاذب نوترون کم انرژی هستند.

تعدادی از نوترونهای حاصل از شکست ۲۳۵U را ‏جذب می‌کنند و تبدیل به ۲۳۹U می‌شوند. این ایزوتوپ از اورانیوم بسیار ‏ناپایدار است و در کمتر از ده ساعت تمام اتمهای بوجود آمده تخریب ‏می‌شوند. در درون هسته پایدار ۲۳۹U یکی از نوترونها خود به خود به ‏پروتون و یک الکترون تبدیل می‌شود. بنابراین تعداد پروتونها یکی اضافه شده و عنصر جدید را که ۹۳ پروتون دارد ‏نپتونیوم می‌نامند که این عنصر نیز ناپایدار است و یکی از نوترونهای آن خود به ‏خود به پروتون تبدیل شده و در نتیجه به تعداد پروتونها یکی اضافه شده و عنصر ‏جدید پلوتونیم را که ۹۴ پروتون دارد ایجاد می‌کنند. این کار حدودا در مدت یک هفته ‏صورت می‌گیرد.

دید کلی
خواص منحصر به فرد برهمکنش ذرات و تشعشات مختلف منجر به تخریب فیزیولوژیکی سیستم‌های حیاتی در هنگام پرتوگیری می‌شود. بسیاری از کاربردهای مواد رادیواکتیو در زمینه‌های داروسازی و پزشکی نیز نیاز به دانستن مکانیسم‌های برهمکنش نور با ماده را دارند.

حالتهای برهمکنش
تابش با ماده به پنج حالت اساسی برهمکنش می‌دهد: یونیزاسیون ، انتقال انرژی جنبشی ، برانگیختگی مولکولی و اتمی ، ‌واکنش‌های هسته ای و فرآیندهای تشعشعی.

یونیزاسیون:
یونیزاسیون عبارت است از جدا نمودن یک الکترون اتمی ‌از یک اتم جذب کننده برای تشکیل یک جفت یون حاوی یک الکترون منفی و یک یون مثبت با جرم بالاتر. یونیزاسیون اولیه مستقیما بوسیله تشعشع فرودی شروع می‌شود. یونیزاسیون ثانویه متعاقبا بوسیله یونهای تولید شده در پدیده یونیزاسیون اولیه بوجود می‌آیند. مقدار انرژی مورد نیاز برای تشکیل یک جفت یون بسته به نوع ماده جذب کننده تغییر می‌کند.

انتقال انرژی جنبشی:
انتقالات انرژی جنبشی برهمکنش‌هایی هستند که انرژی را بیشتر از مقدار مورد نیاز برای تشکیل جفت به جفت یون می‌رسانند. انتقالات انرژی جنبشی همچنین ممکن است به دلیل برخوردهای الاستیک بین تشعشع ورودی و هسته‌های جذب‌کننده رخ دهد.

برانگیختگی مولکولی و اتمی:
برانگیختگی مولکولی و برانگیختگی اتمی‌ حالتهای برهمکنشی هستند که ممکن است حتی زمانی که انرژی انتقال یافته کمتر از انرژی یونیزاسیون جذب کننده باشد، نیز رخ دهد. با برگشتن الکترونهای اتمی ‌به ترازهای انرژی پایین‌‌تر ، اشعه ایکس و الکترونهای اوژه منتشر می‌شوند.
برانگیختگی مولکولی در حین فرآیندهای انتقالی ، چرخشی و ارتعاشی و نیز در حین برانگیختگی الکترونی رخ می‌دهد. انرژی برانگیختگی مولکولی در حقیقت بوسیله شکستن پیوند ، لومینسانس یا ایجاد حرارت پراکنده می‌شود.

واکنش‌های هسته‌ای:
واکنش‌های هسته‌ای تشعشعات ورودی ، هسته‌های اتم‌های جذب‌کننده می‌توانند حالتهای مهمی ‌از برهمکنش باشد. این امر مخصوصا برای ذرات باردار و نوترونهای با انرژی بالا صحیح است.

فرآیندهای تشعشعی:
فرآیندهای تشعشعی ، فرآیندهایی هستند که در آنها انرژی الکترومغناطیسی از طریق کند شدن ذرات با انرژی بالا آزاد می‌شود. این فرآیندهای مورد نظر عبارتند از: تولید تشعشع چرنکو و تولید تابش ترمزی.

تشعشعات باردار:
تشعشعات باردار ابتدا با الکترونهای اتم در ماده جذب کننده و از طریق یک سری از پدیده‌های متعدد با اتلاف انرژی کم برهمکنش می‌دهند. این پدیده‌ها منجر به تشکیل جفت یونها ، انتقالات انرژی جنبشی و برانگیختگی اتمی‌ یا مولکولی می‌شوند. بنابراین این تشعشعات به یک شیوه افزایشی و نسبتا قابل پیش‌بینی انرژی از دست می‌دهند.

تشعشعات بدون بار:
برعکس تشعشعات باردار ، تشعشعات بدون بار هنگام از دست دادن انرژی بندرت با الکترونهای جذب کننده برهمکنش می‌دهند و یا اصلا واکنش نمی‌دهند. بجای یک سری برهمکنش‌های پی‌در‌پی کوچک ، تشعشعات بدون بار غالبا و یا حتی فقط متحمل برهمکنش‌هایی می‌گردند که در آنها انرژی خود را کلا از دست می‌دهند
این برهمکنش‌ها به اندازه حالت تشعشعات باردار ، قابل پیش بینی نیستند. ممکن است تشعشعات بدون بار با احتمال کم برهمکنش از میان مقدار زیادی از ماده عبور نمایند. این حالت برای ذرات باردار وجود ندارد. خلاصه تشعشعات بدون بار دارای نفوذ بیشتری نسبت به ذرات باردار با انرژی یکسان هستند.

چگونه يك بمب هسته اي بسازيم ؟

بمب هاي اتمي شامل نيروهاي قوي و ضعيفي اند كه اين نيروها هسته يك اتم را به ويژه اتم هايي كه هسته هاي ناپايداري دارند، در جاي خود نگه مي دارند. اساسا دو شيوه بنيادي براي آزادسازي انرژي از يك اتم وجود دارد:

۱- شكافت هسته اي: مي توان هسته يك اتم را با يك نوترون به دو جزء كوچك تر تقسيم كرد. اين همان شيوه اي است كه در مورد ايزوتوپ هاي اورانيوم (يعني اورانيوم ۲۳۵ و اورانيوم ۲۳۳) به كار مي رود.

– همجوشي هسته اي: مي توان با استفاده از دو اتم كوچك تر كه معمولا هيدروژن يا ايزوتوپ هاي هيدروژن (مانند دوتريوم و تريتيوم) هستند، يك اتم بزرگ تر مثل هليوم يا ايزوتوپ هاي آن را تشكيل داد. اين همان شيوه اي است كه در خورشيد براي توليد انرژي به كار مي رود. در هر دو شيوه ياد شده ميزان عظيمي انرژي گرمايي و تشعشع به دست مي آيد.

براي توليد يك بمب اتمي موارد زير نياز است:
– يك منبع سوخت كه قابليت شكافت يا همجوشي را داشته باشد.
– دستگاهي كه همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.
– راهي كه به كمك آن بتوان بيشتر سوخت را پيش از آنكه انفجار رخ دهد دچار شكافت يا همجوشي كرد.

در اولين بمب هاي اتمي از روش شكافت استفاده مي شد. اما امروزه بمب هاي همجوشي از فرآيند همجوشي به عنوان ماشه آغازگر استفاده مي كنند.
بمب هاي شكافتي (فيزيوني): يك بمب شكافتي از ماده اي مانند اورانيوم ۲۳۵ براي خلق يك انفجار هسته اي استفاده مي كند. اورانيوم ۲۳۵ ويژگي منحصر به فردي دارد كه آن را براي توليد هم انرژي هسته اي و هم بمب هسته اي مناسب مي كند. اورانيوم ۲۳۵ يكي از نادر موادي است كه مي تواند زير شكافت القايي قرار بگيرد.اگر يك نوترون آزاد به هسته اورانيوم ۲۳۵ برود،هسته بي درنگ نوترون را جذب كرده و بي ثبات شده در يك چشم به هم زدن شكسته مي شود. اين باعث پديد آمدن دو اتم سبك تر و آزادسازي دو يا سه عدد نوترون مي شود كه تعداد اين نوترون ها بستگي به چگونگي شكسته شدن هسته اتم اوليه اورانيوم ۲۳۵ دارد. دو اتم جديد به محض اينكه در وضعيت جديد تثبيت شدند از خود پرتو گاما ساطع مي كنند. درباره اين نحوه شكافت القايي سه نكته وجود دارد كه موضوع را جالب مي كند.

– احتمال اينكه اتم اورانيوم ۲۳۵ نوتروني را كه به سمتش است، جذب كند، بسيار بالا است. در بمبي كه به خوبي كار مي كند، بيش از يك نوترون از هر فرآيند فيزيون به دست مي آيد كه خود اين نوترون ها سبب وقوع فرآيندهاي شكافت بعدي اند. اين وضعيت اصطلاحا «وراي آستانه بحران» ناميده مي شود.
۲ – فرآيند جذب نوترون و شكسته شدن متعاقب آن بسيار سريع و در حد پيكو ثانيه (۱۲-۱۰ ثانيه) رخ مي دهد.
۳ – حجم عظيم و خارق العاده اي از انرژي به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شكسته شدن هسته آزاد مي شود.

انرژي آزاد شده از يك فرآيند شكافت به اين علت است كه محصولات شكافت و نوترون ها وزن كمتري از اتم اورانيوم ۲۳۵ دارند. اين تفاوت وزن نمايان گر تبديل ماده به انرژي است كه به واسطه فرمول معروف E=mc2 محاسبه مي شود. حدود نيم كيلوگرم اورانيوم غني شده به كار رفته در يك بمب هسته اي برابر با چندين ميليون گالن بنزين است. نيم كيلوگرم اورانيوم غني شده انداز ه اي معادل يك توپ تنيس دارد. در حالي كه يك ميليون گالن بنزين در مكعبي كه هر ضلع آن ۱۷ متر (ارتفاع يك ساختمان ۵ طبقه) است، جا مي گيرد. حالا بهتر مي توان انرژي آزاد شده از مقدار كمي اورانيوم ۲۳۵ را متصور شد.براي اينكه اين ويژگي هاي اروانيوم ۲۳۵ به كار آيد بايد اورانيوم را غني كرد. اورانيوم به كار رفته در سلاح هاي هسته اي حداقل بايد شامل نود درصد اورانيوم ۲۳۵ باشد.در يك بمب شكافتي، سوخت به كار رفته را بايد در توده هايي كه وضعيت «زير آستانه بحران» دارند، نگه داشت. اين كار براي جلوگيري از انفجار نارس و زودهنگام ضروري است. تعريف توده اي كه در وضعيت «آستانه بحران» قرار داد چنين است: حداقل توده از يك ماده با قابليت شكافت كه براي رسيدن به واكنش شكافت هسته اي لازم است. اين جداسازي مشكلات زيادي را براي طراحي يك بمب شكافتي با خود به همراه مي آورد كه بايد حل شود.

۱ – دو يا بيشتر از دو توده «زير آستانه بحران» براي تشكيل توده «وراي آستانه بحران» بايد در كنار هم آورده شوند كه در اين صورت موقع انفجار به نوترون بيش از آنچه كه هست براي رسيدن به يك واكنش شكافتي، نياز پيدا خواهد شد.

۲ – نوترون هاي آزاد بايد در يك توده «وراي آستانه بحران» القا شوند تا شكافت آغاز شود.

۳ – براي جلوگيري از ناكامي بمب بايد هر مقدار ماده كه ممكن است پيش از انفجار وارد مرحله شكافت شود براي تبديل توده هاي «زير آستانه بحران» به توده هايي «وراي آستانه بحران» از دو تكنيك «چكاندن ماشه» و «انفجار از درون» استفاده مي شود.تكنيك «چكاندن ماشه» ساده ترين راه براي آوردن توده هاي «زير بحران» به همديگر است. بدين صورت كه يك تفنگ توده اي را به توده ديگر شليك مي كند. يك كره تشكيل شده از اورانيوم ۲۳۵ به دور يك مولد نوترون ساخته مي شود. گلوله اي از اورانيوم ۲۳۵ در يك انتهاي تيوپ درازي كه پشت آن مواد منفجره جاسازي شده، قرار داده مي شود.كره ياد شده در انتهاي ديگر تيوپ قرار مي گيرد. يك حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را براي انفجار چاشني و بروز حوادث زير تشخيص مي دهد:

۱ – انفجار مواد منفجره و در نتيجه شليك گلوله در تيوپ
۲ – برخورد گلوله به كره و مولد و در نتيجه آغاز واكنش شكافت
۳- انفجار بمب

در «پسر بچه» بمبي كه در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر هيروشيما انداخته شد، تكنيك «چكاندن ماشه» به كار رفته بود. اين بمب ۵/۱۴ كيلو تن برابر با ۵۰۰/۱۴ تن TNT بازده و ۵/۱ درصد كارآيي داشت. يعني پيش از انفجار تنها ۵/۱ درصد ازماده مورد نظر شكافت پيدا كرد.

در همان ابتداي «پروژه منهتن»، برنامه سري آمريكا در توليد بمب اتمي، دانشمندان فهميدند كه فشردن توده ها به همديگر و به يك كره با استفاده از انفجار دروني مي تواند راه مناسبي براي رسيدن به توده «وراي آستانه بحران» باشد. البته اين تفكر مشكلات زيادي به همراه داشت. به خصوص اين مسئله مطرح شد كه چگونه مي توان يك موج شوك را به طور يكنواخت، مستقيما طي كره مورد نظر، هدايت و كنترل كرد؟افراد تيم پروژه «منهتن» اين مشكلات را حل كردند. بدين صورت، تكنيك «انفجار از درون» خلق شد. دستگاه انفجار دروني شامل يك كره از جنس اورانيوم ۲۳۵ و يك بخش به عنوان هسته است كه از پولوتونيوم ۲۳۹ تشكيل شده و با مواد منفجره احاطه شده است. وقتي چاشني بمب به كار بيفتد حوادث زير رخ مي دهند:

– نفجار مواد منفجره موج شوك ايجاد مي كند.
۲ – موج شوك بخش هسته را فشرده مي كند.
۳ – فرآيند شكافت شروع مي شود.
۴ – بمب منفجر مي شود.

در «مرد گنده» بمبي كه در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر ناكازاكي انداخته شد، تكنيك «انفجار از درون» به كار رفته بود. بازده اين بمب ۲۳ كيلو تن و كارآيي آن ۱۷درصد بود.شكافت معمولا در ۵۶۰ ميلياردم ثانيه رخ مي دهد.
بمب هاي همجوشي: بمب هاي همجوشي كار مي كردند ولي كارآيي بالايي نداشتند. بمب هاي همجوشي كه بمب هاي «ترمونوكلئار» هم ناميده مي شوند، بازده و كارآيي به مراتب بالاتري دارند. براي توليد بمب همجوشي بايد مشكلات زير حل شود:دوتريوم و تريتيوم مواد به كار رفته در سوخت همجوشي هر دو گازند و ذخيره كردنشان دشوار است. تريتيوم هم كمياب است و هم نيمه عمر كوتاهي دارد بنابراين سوخت بمب بايد همواره تكميل و پر شود.دوتريوم و تريتيوم بايد به شدت در دماي بالا براي آغاز واكنش همجوشي فشرده شوند. در نهايت «استانسيلا اولام» دريافت كه بيشتر پرتو به دست آمده از يك واكنش فيزيون، اشعه X است كه اين اشعه X مي تواند با ايجاد درجه حرارت بالا و فشار زياد مقدمات همجوشي را آماده كند.

بنابراين با به كارگيري بمب شكافتي در بمب همجوشي مشكلات بسياري حل شد. در يك بمب همجوشي حوادث زير رخ مي دهند:
۱ – بمب شكافتي با انفجار دروني ايجاد اشعه X مي كند.
۲ – اشعه X درون بمب و در نتيجه سپر جلوگيري كننده از انفجار نارس را گرم مي كند.
۳ – گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن آن مي شود. اين كار باعث ورود فشار به درون ليتيوم – دوتريوم مي شود.
۴ – ليتيوم – دوتريوم ۳۰ برابر بيشتر از قبل تحت فشار قرار مي گيرند.

۵ – امواج شوك فشاري واكنش شكافتي را در ميله پولوتونيومي آغاز مي كند.
۶ – ميله در حال شكافت از خود پرتو، گرما و نوترون مي دهد.
۷ – نوترون ها به سوي ليتيوم – دوتريوم رفته و با چسبيدن به ليتيوم ايجاد تريتيوم مي كند.
۸ – تركيبي از دما و فشار براي وقوع واكنش همجوشي تريتيوم – دوتريوم ودوتريوم – دوتريوم و ايجاد پرتو، گرما و نوترون بيشتر، بسيار مناسب است.
۹ – نوترون هاي آزاد شده از واكنش هاي همجوشي باعث القاي شكافت در قطعات اورانيوم ۲۳۸ كه در سپر مورد نظر به كار رفته بود، مي شود.
۱۰ – شكافت قطعات اروانيومي ايجاد گرما و پرتو بيشتر مي كند.
۱۱ – بمب منفجر شود.

نگاه اجمالی:
دانش تبدیل اورانیوم طبیعی که در طبیعت وجود دارد از طریق شکافت اتمها به اورانیوم غنی شده که دارای انرژی بسیار زیاد است، فناوری هسته ای نام دارد. فرآیند تهیه سوخت هسته ای از اورانیوم ، فرآیند بسیار پیچیده و ظریفی است و دانش انجام این کار از دانشهای پیشرفته بشری است. تبدیل اورانیوم به اورانیوم غنی شده ، راههای مختلفی دارد که دو نوع رایج آن از طریق دستگاههای سانتریوفوژ و از طریق لیزر می باشد.
کشورهای قدرتمند جهان دانش هسته ای را انحصاری خود کرده اند. به راحتی اجازه دسترسی دیگران به این دانش را نمی دهند. در مقطع کنونی حدود ۱۰ کشور این دانش را در اختیار دارند. انرژی هسته ای دارای کاربردهای فراوان است. در یک تقسیم بندی کلی می توان کاربردهای انرژی هسته ای را در دو بخش نظامی و غیر نظامی یا صلح جویانه قرار داد.

کاربرد انرژی هسته ای در تولید برق :
یکی از مهم ترین موارد استفاده صلح آمیز از انرژی هسته ای ، تولید برق از طریق نیروگاههای اتمی است. با توم به پایان پذیر بودن منابع فسیلی و روند رو به رشد توسعه اجتماعی و اقتصادی ، استفاده از انرژی هسته ای برای تولید برق را امری ضروری و لازم می دانند و ساخت چند نیروگاه اتمی را دنبال مینماید.
ایران هر ساله حدودا به هفت هزار مگاوات برق در سال نیاز دارد. نیروگاه اتمی بوشهر ۱۰۰۰ مگاوات برق را در صورت راه اندازی تامین می نماید. و احداث نیروگاههای دیگر برای رفع این نیازی ضروری است. برای تولید میزان برق حدود ۱۹۰ میلیون بشکه نفت خام مصرف می شود. که در صورت تامین از طریق انرژی هسته ای سالیانه ۵ میلیارد دلار صرفه جویی خواهد شد.

برتری انرژی هسته ای بر سایر انرژیها:
علاوه بر صرفه اقتصادی دلایل زیر استفاده از انرژی هسته ای را ضروری مینماید. منابع فسیلی محدود بوده و متعلق به نسلهای آتی میباشد. استفاده از نفت خام در صنایع تبدیل پتروشیمی ارزش بیشتری دارد. تولید برق از طریق نیروگاه اتمی ، آلودگی نیروگاههای کنونی را ندارد. تولید هفت هزار مگاوات با مصرف ۱۹۰ میلیون شبکه نفت خام ، هزارتن دیاکسید کربن ، ۱۵۰ تن ذرات معلق در هوا ، ۱۳۰ تن گوگرد و ۵۰ تن اکسید نیتروژن را در محیط زیست پراکنده می کند، در حالی که نیروگاه اتمی چنین آلودگی را ندارد.

انرژی هسته ای در پزشکی هسته ای و امور بهداشتی:
در کشورهای پیشرفته صنعتی ، از انرژی هسته ای به صورت گسترده در پزشکی استفاده می گردد. با توجه به شیوع برخی از بیماریها از جمله سرطان ، ضرورت تقویت طب هسته ای در کشورهای در حال توسعه ، هر روز بیشتر می شود. موارد زیر از مصادیق تکنیکهای هسته ای در علم پزشکی است:

تهیه و تولید کیتهای رادیو دارویی جهت مراکز پزشکی هسته ای
تهیه و تولید رادیو دارویی جهت تشخیص بیماری تیرویید و درمان آنها
تهیه و تولید کیتهای هورمونی
تشخیص و درمان سرطان پروستات

تشخیص سرطان کولون ، روده کوچک و برخی سرطانهای سینه
تشخیص تومورهای سرطانی و بررسی تومورهای مغزی ، سینه و ناراحتی وریدی
تصویر برداری بیماریهای قلبی ، تشخیص عفونتها و التهاب مفصلی ، آمبولی و لختههای وریدی
موارد دیگری چون تشخیص کم خونی ، کنترل رادیو داروهای خوراکی و تزریقی و …
کاربرد انرژی هسته ای در بخش دامپزشکی و دامپروری :
تکنیکهای هسته ای در حوزه دامپزشکی موارد مصرفی چون تشخیص و درمان بیماریهای دامی ، تولید مثل دام ، اصلاح نژاد و دام ، تغذیه ، بهداشت و ایمن سازی محصولات دامی و خوراک دام دارد.

کاربرد انرژی هسته ای در دسترسی به منابع آب :
تکنیکهای هسته ای برای شناسایی حوزه های آب زیر زمینی هدایت آبهای سطحی و زیر زمینی ، کشف و کنترل نشت و ایمنی سدها مورد استفاده قرار میگیرد. در شیرین کردن آبهای شور نیز انرژی هستهای کاربرد دارد.

کاربرد انرژی هسته ای در بخش صنایع غذایی و کشاورزی :
از انرژی هسته ای در حوزههای کشاورزی و صنایع غذایی استفاده های بسیار فراوانی صورت می گیرد. موارد عمده استفاده در این بخش عبارت است از :
جلوگیری از جوانه زدن محصولات غذایی
کنترل و از بین بردن حشرات
به تاخیر انداختن زمان رسیدن محصولات
افزایش زمان نگهداری
کاهش میزان آلودگی میکروبی
از بین بردن ویروسهای گیاهی و غذایی
طرح باردهی و جهش گیاهانی چون گندم و برنج و پنبه
آنچه باید بدانیم:
تکنیکهای هسته ای بر کشف مینهای ضد نفر نیز کاربرد دارد. بنابرین ، دانش هسته ای با این قدرت و وسعتی که دارد، هر روز بر دامنه استفاده از فناوری هسته ای و بویژه انرژی هسته ای افزوده می شود. کاربرد انرژی در بخشهای مختلف به گونهای است که اگر کشوری فناوری هسته ای را نهادینه نماید، در بسیاری از حوزه‌های علمی و صنعتی ، ارتقای پیدا می کند و مسیر توسعه را با سرعت طی می نماید.

اورانیوم
اورانیوم عنصر فلزي، با علامت اختصاري U و عدد اتمي ۹۲ است كه مي‌تواند هم به عنوان سوخت براي نيروگاه‌هاي هسته‌اي و هم براي بمب اتم بكار برود

اورانيوم در سال ۱۹۸۲ توسط كلاپروت، شيميدان آلماني در معدن سنگ پجيلند از معدن ساكوتي كشف شده است. پرتوزايي در سال ۱۸۹۶ توسط فيزيكدان فرانسوي به نام هنري بكرل كشف گرديد. اما توسط خواهران كوري زماني كه آنان راديوم و پلوتونيوم همراه اورانيوم را شناسايي كردند فرمول‌بندي شد. استحصال اورانيوم از معدن سنگ در سال ۱۹۱۴ انجام گرفت و در سال ۱۹۳۹ داينگ پديده فيسيون طبيعي را براي عناصر پرتوزايي معرفي كرد. در سال ۱۹۴۲ با كشف پديده تبديل ساده به انرژي (E=MCR) اورانيوم به عنوان ماده قدرتمند براي توليد انرژي وارد ميدان گرديد و از آن زمان به بعد انرژي هسته‌اي يكي از اقلام مهم انرژي مطرح شد.
امروزه حدود ۵۸۲ معدن اورانيوم با ذخيره ۶۸۰، ۸۱۰، ۴ تن در رده RAR و EAR كره زمين كشف شده است اورانيومي كه از معدن به دست مي‌آيد يك دست نيستند. به عبارت ديگر همه اتم‌هاي اورانيوم داراي يك وزن نيستند. بعضي از آنها سنگين‌تر و بعضي از آنها سبك‌ترند.

همه اتم‌هاي اورانيوم، يعني چه اورانيوم سنگين و چه اورانيوم نيمه سنگين و چه اورانيوم سبك، در درون هسته خود داراي ۹۲ پروتون مي‌باشند، اما تعداد نوترون‌هاي آنها متفاوت است. اورانيوم سنگين، در هسته خود تعداد ۱۴۶ نوترون دارد. در حالي كه اورانيوم نيمه سنگين تعداد ۱۴۳ نوترون و اورانيوم سبك تعداد ۱۴۲ نوترون دارد. براي نام‌گذاري اين سه نوع اورانيوم، دانشمندان تعداد پروتون‌ها و نوترون‌هاي آنها را به اسم اورانيوم اضافه مي‌كنند. به عنوان مثال، اورانيوم سنگين را به نام اورانيوم ۲۳۸ يا U238، اورانيوم نيمه سنگين را به نام اورانيوم ۲۳۵ يا U235 و اورانيوم سبك را به نام اورانيوم ۲۳۴ يا U234 مي‌نامند. براي سوخت راكتورهاي هسته‌اي و بمب اتم، اورانيوم نيمه سنگين از همه مناسب‌تر است، اما درصد آن در سنگ معدن اورانيوم چيزي كمتر از يك درصد است. به طور كلي، اورانيوم سنگين به مقدار زياد يعني حدود نود و نه و سه دهم درصد و اورانيوم نيمه سنگين به مقدار بسيار كم يعني حدود هفت دهم درصد و اورانيوم سبك به مقدار فوق‌العاده جزيي يعني به مقدار يك صدم درصد به طور طبيعي، در معدن اورانيوم وجود دارد

اورانيوم نيمه سنگين يا U235، عنصر اصلي براي راه انداختن و ادامه يافتن چرخه سوخت در راكتور اتمي است. اما مقدار طبيعي آن، يعني مقدار هفت دهم درصد، كافي نيست و بايد غلظت اورانيوم نيمه سنگين از هفت دهم درصد به پنج درصد افزايش يابد. عمليات مربوط به افزايش غلظت اورانيوم نيمه سنگين از هفت دهم درصد به پنج درصد را، اصطلاحاً، عمل غني‌سازي اورانيوم مي‌نامند. براي اين كار از دستگاهي به نام «سانتريفيوژ» استفاده مي‌كنند. ميزان مصرف سالانه اورانيوم در كشورهاي مختلف بالغ بر ۶۵۰۰ تن مي‌شود. انتظار مي‌رود مقدار مصرف تا سال ۲۰۲۰ ميلادي به ۷۵۰۰۰ تن در سال فزوني يابد.
مهمترين كشورهاي داراي منابع اورانيوم عبارتند از: كانادا، استراليا، آفريقاي جنوبي، برزيل، قزاقستان، ازبكستان، روسيه، نيجريه، ناميبيا. معدن‌هاي اورانيوم داراي ۱۰ هزار تن از بزرگترين معدن‌ها و كوچكترين آن با ذخيره حدود ۵۰۰ تن به شمار مي‌رود.

گرچه انواع مختلفي از معادن اورانيوم كشف گرديده و در دست بهره‌برداري است اما معادن جاي گرفته در ماسه سنگي كه مناسب استحصال هستند. از انواع ارزان و اقتصادي در بازار جهان تلقي مي‌شوند.

از بمب اتم بيشتر بدانيم

هانري بكرل نخستين كسي بود كه متوجه پرتودهي عجيب سنگ معدن اورانيم گرديد پس از ان در سال ۱۹۰۹ ميلادي ارنست رادرفورد هسته اتم را كشف كرد. وي همچنين نشان دادكه پرتوهاي راديواكتيو در ميدان مغناطيسي به سه دسته تقيسيم مي شود( پرتوهاي الفا و بتا وگاما) بعدها دانشمندان دريافتند كه منشاء اين پرتوها درون هسته اتم اورانيم مي باشددر سال ۱۹۳۸ با انجام ازمايشاتي توسط دو دانشمند الماني بنامهاي اتوهان و فريتس شتراسمن فيزيك هسته اي پاي به مرحله تازه اي نهاد اين فيزيكدانان با بمباران هسته اتم اورانيم بوسيله نوترونها به عناصر راديواكتيوي دست يافتند كه جرم اتمي كوچكتري نسبت به اورانيم داشت و در اينجا بود كه نا قوس شوم اختراع بمب اتمي به صدا در امد. زيرا هر فروپاشي هسته اورانيم ميتوانست تا ۲۰۰ مگاولت انرژي ازاد كند وبديهي بود اگر هسته هاي بيشتري فرو پاشيده مي شد انرژي فراواني حاصل مي گرديد.

بعدها فيزيكدانان ديگري نيز در اين محدوده به تحقيق مي پرداختند يكي از انان انريكو فرمي بود( ۱۹۵۴ – ۱۹۰۱) كه بخاطر تحقيقاتش در سال ۱۹۳۸ موفق به دريافت جايزه نوبل گرديد.در سال ۱۹۳۹ يعني قبل از شروع جنگ جهاني دوم در بين فيزيكدانان اين بيم وجود داشت كه المانيهابه كمك فيزيكدانان نابغه اي مانند هايزنبرگ ودستيارانش بتوانند با استفاده از دانش شكافت هسته اي بمب اتمي بسازندبه همين دليل از البرت انيشتين خواستند كه نامه اي به فرانكلين روزولت رئيس جمهور وقت امريكا بنويسد در ان نامه تاريخي از امكان ساخت بمبي صحبت شد كه هر گز هايزنبرگ ان را نساخت.چنين شدكه دولتمردان امريكا براي پيشدستي برالمان پروژه مانهتن را براه انداختندو از انريكو فرمي دعوت به عمل اوردند تا مقدمات ساخت بمب اتمي را فراهم سازد سه سال بعددر دوم دسامبر ۱۹۴۲ در ساعت ۳ بعد از ظهر نخستين راكتور اتمي دنيا در دانشگاه شيكاگو امريكا ساخته شد.سپس در ۱۶ ژوئيه ۱۹۴۵ نخستين ازمايش بمب اتمي در صحراي الامو گرودو نيو مكزيكو انجام شد.سه هفته بعد هيروشيما درساعت ۸:۱۵ صبح در تاريخ ۶ اگوست ۱۹۴۵ بوسيله بمب اورانيمي بمباران گردييد و ناكازاكي در ۹ اگوست سال ۱۹۴۵ بمباران شدند كه طي ان صدها هزار نفر فورا جان باختند.