فایل مواد راديو اكتيو، استخراج و آماده سازي جهت استفاده در راكتورها و توليد برق
دسته بندي :
کالاهای دیجیتال »
رشته برق و مخابرات (آموزش_و_پژوهش)
مقدمه
اورانيوم،
عنصري كمياب محسوب مي شود. اين عنصر كاربردهاي ويژه‌اي دارد؛ بنابراين تهيه، توليد
و بازار مصرف آن به گونه اي خاص كنترل مي شود. اين عمل توسط «آژانس بين المللي
انرژي اتمي»، انجام مي پذيرد.
در
گذشتة نه چندان دور، هر يك از كشورها جداگانه فعاليت مي نمودند؛ تا اينكه آژانس
مزبور پايه گذاري شد. پس از فروپاشي اتحاد جماهير شوروي و تحول سياسي در شرق
اروپا، كشورهاي بيشتري به آژانس مزبور، پيوستند. در حال حاضر، آژانس بين المللي
انرژي اتمي 120 عضو دارد؛ كه كشور ما نيز يكي از آنان است.
در
ايران،فعاليت هاي هسته اي زير نظر سازمان انرژي اتمي انجام مي شود. سازمان مزبور،
از چند معاونت تشكي شده؛ كه معاونت توليد سوخت هسته‌اي، يكي از آنان است. معاونت
مورد نظر، از چند واحد تشكيل مي شود؛ كه واحدهاي اكتشاف و استخراج، سوخت و كانه
آرايي دو واحد مهم آن محسوب مي شوند.
واحد
اكتشاف و استخراج، فعاليتهاي مربوط به اكتشاف و استخراج كانسارهاي اورانيوم را،
به عهده دارد. واحد سوخت و كانه آرايي، در رابطه با فرآوري كانسنگ هاي اورانيوم
دار، فعاليت مي كند.
از
نظر اكتشافي، فعاليت هاي گسترده اي انجام شده ؛ و دو سوم كشور توسط پروازهاي هوايي
و دورسنجي مورد بررسي قرار گرفته است؛ كه اين فعاليت ها همچنان ادامه دارد.
پس
از كشف مناطقي كه داراي معدن اورانيوم هستند مثل منطقه سلقه و معدنكاري اورانيوم و
استخراج آن توسط فرآيندهاي سنگ معدن آماده تغليظ شده ، و جهت تهيه در نيروگاه هاي
هسته‌اي مورد استفاده قرار مي گيرد. اميد است كه در اين پروژه توانسته باشم نمايي
از چرخة سوخت هسته اي در ايران را به رشته تحرير درآورده باشم.
چكيده
با
توجه به مصرف روز افزون انرژي درصنايع مختلف، براي تامين انرژي مورد نياز صنايع
مختلف از منابع متفاوتي استفاده مي شود.يكي از بهترين و به صرفه ترين منابع انرژي
در جهان سوخت هسته اي مي باشد كه توليد انرژي از سوخت هسته اي در راكتورهاي هسته
اي صورت مي پذيرد و از لحاظ مقدار توليد انرژي در مقايسه با ديگر منابع توليد
انرژي سوخت هسته اي از اهميت خاصي برخوردار است براي تفهيم اين موضوع ذكر اين مطلب
ضروري است كه حرارتي كه از 500 گرم اورانيوم بدست مي آيد معادل حرارتي است كه از
1500 تن زغال سنگ بدست مي‌آيد. بنابراين مي توان گفت سوخت هسته اي يكي از بهترين و
بزرگترين منابع توليد انرژي محسوب مي شود. از آنجائيكه سوخت هسته اي مورد نياز
نيروگاههاي هسته اي از ايزوتوپي از عنصر اورانيوم بنام اورانيوم 238 كه در طبيعت فراوان
يافت مي شود و 99% از پوسته زمين را تشكيل مي دهد تامين مي شود. لذا اكتشاف اين
عنصر پرتوزا از اهميت خاصي برخوردار است. مراحل مختلفي براي اكتشاف اين عنصر
استراتژيك طي مي شود تا در نهايت به مناطق محدود اميد بخش رسيد. در مراحل اوليه
ابتدا بررسي مي شود كه كاني سازي اورانيوم از لحاظ زمين شناسي در چه مناطقي مي
تواند وجود داشته باشد، بعد از مطالعات اوليه با توجه به اين مطلب كه عناصر سنگيني
مثل اورانيوم در طبيعت از نظر ساختمان اتمي ناپايدار هستند ودائماً تمايل دارند كه
به حالت پايدار برگردند. اين گرايش باعث توليد اشعة گاما، آلفا و بتا مي‌شود.
بيشترين تشعشات اين عناصر اشعه گاما است و اين اشعه نيز بوسيله شمارنده،
سنتيلومتر، اسپكترومتر و ساير دستگاهها قابل اندازه گيري هستند.لذا براي پيدا كردن
مناطقي كه احتمال وجود عناصر راديواكتيو در آنها وجود دارد. اشعه گاما را ابتدا
دروسعت زياد توسط اندازه گيري هاي هوايي توسط هواپيما يا هلي كوپتر براي مناطق
وسيع وبزرگ تعيين مي كنند. نتيجه اين راديومتري اين عناصر مي باشد. با پردازش و
تفسير دانسته هاي راديومتري هوايي در محدوده هايي كه با توجه به راديومتري هوايي
اميد بخش تشخيص داده شد، عمليات راديومتري زميني و اندازه گيري اشعه گاماي عناصر
در مقياس كوچكتر وزميني انجام مي شود تا در نهايت بعد از مراحل اكتشاف مقدماتي و
تفضيلي و با حفر گمانه ها و تخمين ذخيره به كانسارهاي اقتصادي اورانيوم رسيد. پس
از عمليات اكتشاف تفضيلي،مرحله بهره برداري و استخراج سنگهاي حاوي اورانيوم صورت مي‌گيرد. در مرحله بعدي با
فرآوري اين سنگها توسط روشهاي مختلف از جمله خردايش و آسياب آنها، فلوتاسيون و
ليچينگ كانيهاي اورانيوم از سنگهاي باطله جدا شده و بصورت يك كيك زرد رنگي از
سنگها استحصال مي شود. در مراحل بعدي اين كيك زرد تحت عمليات غني سازي انجام مي
گيرد و به اورانيوم غني شده كه همان سوخت هسته اي است تبديل مي شود. در اين حالت
اشعه گاما بسيار قوي است. اشعه هاي گاما از نظر منشاء توليد به دو دسته تقسيم مي
شوند:
1-
منشا اول سنگ طبيعي يا منابع طبيعي است.
2-
منشاء دوم توليدات صنعتي مي باشد مثل اورانيوم غني شده براي مصرف در راكتورها.
اورانيوم
طبيعي اشعه گاماي ضعيفي دارد، اما اشعه گاماي چشمه‌هاي مصنوعي، گاماي فوق العاده
قوي دارد. عمده مصرف اورانيوم غني شده بصورت سوخت هسته اي در راكتورهاي هسته اي
براي توليد برق مي باشد. اما مصارف ديگري نيز دارد كه از جمله مصرف در راكتورهاي
تحقيقاتي براي مطالعات هسته اي مي باشد. از اين فرآورده براي مصارف ديگر از جمله توليد راديو داروها
براي اندام و سلولهاي سرطاني كه فقط در آنها جذب مي شود و آنها را از بين مي برد
نيز استفاده مي كنند، راديوداروها در راكتورهاي تحقيقاتي بدست مي آيند. مصرف ديگر
استفاده از اشعه گاماي حاصل از شكافت هسته اي در راكتورهاي تحقيقاتي است كه از اين
اشعه اي گاما براي مصارف پزشكي، كشاورزي و توليد راديو داروها استفاده مي كنند و
مخربترين كاربرد آن استفاده از اين منبع انرژي هسته اي در بمبهاي اتمي و ويرانگر
با شدت تخريب بالا مي باشد.
با
توجه به كاربردهاي مخلتف عناصر راديواكتيو و هم چنين توليد انرژي زياد توسط سوخت
هسته اي در راكتورهاي هسته اي، بنابراين براي توليد بهينه و انرژي مقرون به صرفه
تر از ديگر منابع با توجه به منابع گسترده و عيار بالاي اورانيوم در محدوده هايي
از كشورمان ايران، مي توان براي توليد انرژي در دامنه زياد از سوخت هسته اي
استفاده كرد كه براي اين كار تاسيس نيروگاه هاي هسته اي مختلف در كشور از جمله
نيروگاه اتمي بوشهر در حال اجراء مي باشد و براي تامين سوخت هسته اي اين نيروگاهها
بايد منابع اورانيوم موجود در كشورمان شناسايي و بعد از طي مراحل مختلفي اكتشافي و
استخراجي تبديل به سوخت هسته اي نيروگاهها و راكتورهاي هسته اي مختلف در كشور از
جمله نيروگاه اتمي بوشهر در حال اجراء ي باشد و براي تامين سوخت هسته اي اين
نيروگاهها بايد منابع اورانيوم موجود در كشورمان شناسايي و بعد از طي مراحل مختلفي
اكتشافي و استخراجي تبديل به سوخت هسته اي نيروگاهها و راكتورهاي تحقيقاتي براي
مصارف ديگر شود. با راه اندازي نيروگاههاي هسته اي در كشور مي توان به توليد انرژي
زيادي كه از اين روش بدست مي آيد دست يافت. البته بايد به اين نكته مهم توجه داشت
كه اين امر با ضريب ايمني بالايي صورت پذيرد زيرا خطر احتمالي يك نيروگاه هسته اي
بزرگ كمتر از يك بمب اتمي نيست، بنابراين بايد تمام نكات و زواياي ايمني و بروز
خطر احتمالي در نظر گرفته شود تا فجايعي مثل انفجار نيروگاه اتمي چرنوبيل روسيه
هيچگاه در جهان تكرار نشود.
فهرست
مطالب
عنوان
............................................... صفحه
فصل
اول: معرفي مواد پرتو زا
1-1-
راديواكتيو ................................................... 2
1-1-1-
اثر شيميايي ................................................ 2
1-1-2-
اثر لومينسانس ( فسفرسانس) .................................... 2
1-1-3-
اثر يونيزاسيون ....................................................... 2
1-2-
تاريخچه و كاربرد .................................................. 7
1-2-1-
تاريخچه مواد راديواكتيو.................................... 7
1-2-2-
كاربرد مواد راديواكتيو .................................. 7
1-2-2-1-
تكنولوژي هسته اي ........................................... 7
1-3-
شيمي عناصر راديواكتيو ................................................... 12
1-3-1-
شيمي اورانيوم ................................................. 12
1-3-2-
شيمي توريوم ................................................. 14
1-4-
كاني شناسي اورانيوم و توريوم .................................... 14
1-4-1-
اتونيت ........................................ 14
1-4-2-
كارنوتيت ............................................... 15
1-4-3-
توربرنيت (كالكوليت) ................................... 15
1-4-4-
ديگر كانيهاي اورانيوم و توريم .............................. 15
1-5-
وسايل آشكارساي راديواكتيو .................................... 17
1-5-1-
آشكارشازي اشعه 
به
كمك سنتيلومتر .......................... 17
1-5-2-
آشكارسازي راديواكتيو به كمك شمارنده گايگر ................. 17
1-5-3-
اسپكترومترهاي اشعه ......................................... 18
1-5-4-
روشهاي اكتشافي اورانيوم آشكارسازي اشعه 
....... 23
1-5-4-1-
امانومتري .......................................... 23
1-5-4-2-
ترك اچ ....................................................... 23
1-5-4-3-
هليوم متري ............................................. 24
1-5-4-4-
اتوراديوگرافي .................................................... 24
1-6-
معرفي اورانيوم ( خواص و كاربرد ) ........................... 25
1-6-1-
منشاء و اهميت خطرات راديولوژيكي ........................ 26
1-6-2-
محتوي اورانيوم سنگها................................... 29
1-6-3-1-
كنگلومراها ....................................... 31
1-6-3-2-
ماسه سنگها ............................... 32
1-6-3-2-1-
كانسارهاي پنكوفكوردانت......................................... 32
1-6-3-2-2-
كانسارهاي هلالي شكل ............................. 34
1-6-3-2-3-
كانسارهاي استك ................................. 35
1-6-3-3-
كانسارهاي نوع رگه اي شكل ............................... 36
1-6-3-4-
كانسارهاي رگه اي ماگمايي .............................. 38
1-6-3-5-
كانسارهاي نوع درون ماگمايي .................................. 39
1-6-3-6-
كانسارهاي نوع كالكريت ..................................... 40
1-6-3-7-
سنگهاي فسفاتيك اورانيوم دار ............................. 41
1-6-3-8-
شيلهاي سياه دريايي اورانيوم دار ..................... 42
فصل
دوم :
2-1-
كليات اكتشاف راديولوژي ............................... 44
2-1-1-
اصول فيزيكي اكتشاف اورانيوم به وسيله اندازه گيري تابش گاما..... 44
2-1-2-
منتشر كننده هاي تابش گاما .................................. 45
2-1-3-
فعل و انفعالات فرآيندهاي پراكنش الكترومغناطيسي ........... 52
2-1-4-
تابش گاما از سريهاي K40,Th, U................................. 54
2-1-5-
منابع تابش گاما ............................................. 56
2-1-6-
تكنيكهاي نمايش داده ها ............................... 57
2-2-
اصول و مباني مغناطيس سنجي ............................................ 61
2-2-1-
خواص مغناطيسي سنگها و كانيها ............................. 61
2-2-2-
مغناطيس زمين.......................................... 63
2-3-
اندازه گيريهاي مغناطيسي هوا برد.............................. 64
2-3-1-
اندازه گيريهاي مغناطيسي هوابرد............................. 64
2-3-2- اجزاء دستگاههاي اساسي در مگنتومتري هوايي ......................... 65
2-3-3-
نصب سيستم آشكارساز................................ 65
2-3-4-
ثبت خروجي و آشكار ساز ............................................ 67
2-3-5-
روش اندازه گيري ............................................... 67
2-3-6-
پردازش داده ها ....................................................... 70
2-3-7-
تفسير نتايج ................................................. 71
2-3-8-
فايده و محدوديتهاي روش مغناطيسي هوايي ................. 73
2-3-9-
قابليتهاي اجرايي روش مغناطيسي هوايي ............................. 74
فصل سوم
: اكتشاف اورانيوم در ايران
3-1-
تاريخچه سازمان انرژي اتمي ايران ....................................... 77
3-2-
فعاليتهاي انجام شده در زمينه اكتشاف اورانيوم در ايران ................. 77
3-2-1-
منطقه ساغند .............................................................. 77
3-2-2-
منطقه گچين (بندرعباس) ............................................ 78
3-2-3-
منطقه انارك ...................................................... 79
3-2-3-1-
ناحيه كاليكافي ............................................... 79
3-2-3-2-
ناحيه طالمسي ................................................... 79
3-2-4-
منطقه جاموزيان ............................................. 79
3-2-5-
منطقه عروسان .................................................... 79
فصل
چهارم : معدنكاري اورانيوم
4-1-
معدنكاري اورانيوم ........................................................ 81
4-2-
خصوصيات معدنكاري اورانيوم .......................................... 81
4-3-
روشهاي معدنكاري اورانيوم ............................................ 82
4-3-1-
روش استخراج روباز ............................................ 82
4-3-1-1-
ايمني راديولوژيكي در معادن روباز اورانيوم .................... 83
4-3-2-
روشهاي استخراج زيرزميني ..................................... 84
4-3-2-1-
روش استخراج بلوكي يا تخريب بزرگ ................. 85
4-3-2-2-
روش استخراج با احداث طبقات فرعي ............................ 85
4-3-2-3-
روش استخراج انباره اي ................................ 85
4-3-2-4-
روش استخراج كند و آكند ................................ 86
4-3-2-5-
روش زيربرش و پركردن .................................. 86
4-3-2-6-
روش استخراج چالهاي طولاني و موازي ......................... 86
4-3-2-7-
روش استخراج V.C.R.................................... 87
4-3-2-8-
روش استخراج اتاق و پايه ..................................... 87
4-3-2-9-
روش جبهه كار كوتاه با خاكريزي .......................... 88
4-3-2-10-
روش استخراج جبهه كار طولاني .............................. 88
فصل
پنجم : فرآيند آماده سازي سنگ معدن استخراج شده
5-1-
آماده سازي سنگ معدن ................................................. 90
5-1-1-
سيلو ......................................................... 90
5-1-2-
سنگ شكن فكي ......................................... 90
5-1-3-
سنگ شكن مخروطي ......................................... 90
5-1-4-
الك متحرك نوساني ...................................... 90
5-1-5-
آسياب گلوله اي دوار ............................................ 91
5-1-6-
جداكننده مغناطيسي ....................................... 91
5-1-7-
تيكنر .................................................................... 91
5-3-
استخراج اورانيم از سنگ معدن .............................. 91
5-2-1-
فرايند ليچينگ .................................................. 91
5-2-1-1-
متغيرهاي فرآيند ......................................... 93
5-2-1-1-1-
اندازه سنگ معدن ...................................... 93
5-2-1-1-2-
غلظت اسيد ........................................... 93
5-2-1-1-3-
اكسيداسيون ........................................ 94
5-2-1-1-4-
درجه حرارت و زمان عمليات ............................. 94
5-2-1-1-5-
وزن مخصوص و گرانروي ............................. 95
5-2-2-
جداسازي جامد – مايع ........................................... 95
5-3-
خالص سازي و تغليظ .................................... 96
5-3-1-
استخراج با حلال ................................................ 97
5-3-2-
تبادل يوني با رزين ........................................... 101
5-4-
رسوب گيري .................................................... 103
5-5-
آبگيري و كلينه كردن ..................................................... 104
5-6-
اطلاعات مربوط به مصرف مواد شيميايي دركارخانه نيمه صنعتي ......... 105
فصل
ششم: مشخصات وخصوصيات دستگاهها
6-1-
سيلو ....................................................................... 111
6-2-
سنگ شكن فكي .................................................... 112
6-3-
تسمه نقاله ..................................................... 113
6-4-
سنگ شكن مخروطي ......................................... 113
6-5-
الكهاي متحرك نوساني ................................................. 114
6-6-
آسياب گلوله اي دوار .............................................. 115
6-7-
طبقه بندي گننده مارپيچي .......................................... 117
6-8-
جدا كننده مغناطيسي............................................. 119
6-9-
تيكنر .............................................................. 121
6-10-
مخازن ليچينگ ........................................................ 122
6-11-
صافي بشكه اي .......................................... 123
6-12-
سانتريفيوژ .......................................... 124
6-13-
مخلوط كننده وجدا كننده ......................................... 126
6-14-
جريان سنج ........................................................ 127
6-15-
رسوب دهنده ................................................. 129
6-16-
كوره ......................................................... 129
فصل
هفتم : نقش آزمايشگاه ها در فرآيند تغليظ
7-1-
آزمايشگاه فرآيند ليچينگ ............................................ 131
7-2-
آزمايشگاه فرآيند خالص سازي و تغليظ ................................. 132
7-2-1-
استخراج با حلال ............................................ 132
7-2-2-
استخراج با تبادل يوني توسط رزين .......................... 134
7-3-
آزمايشگاه فرايند رسوب گيري ................................................... 134
7-4-
آزمايشگاه تجزيه و تحليل مواد ........................... 135
فصل
هشتم : آماده سازي محصول جهت استفاده در راكتورها و توليد برق.......... 138