تحقیق دانش آموزی در مورد فناوری هسته ای

تحقیق دانش آموزی در مورد فناوری هسته ای : در ادامه این بخش از تاپ ناپ ، مقاله ای با موضوع فناوری هسته ای مناسب برای پایه های تحصیلی مختلف تهیه دیده شده است.

تحقیق دانش آموزی در مورد فناوری هسته ای

اتم ها کوچک ترین بلوک های سازنده یک ماده هستند. انرژی که ذرات موجود در هسته یک اتم را در کنار هم نگه می دارد انرژی هسته ای نامیده می شود. انرژی هسته ای از طریق فرآیندهایی همجوشی هسته ای و شکافت هسته ای آزاد شود و می توان آن را به اشکال دیگر انرژی تبدیل کرد.

انرژی هسته ای در واقع استفاده کنترل شده از انرژی موجود در هسته اتم است. انرژی هسته ای که اکنون در جهان استفاده می شود از شکافت هسته عنصر اورانیوم به دست می آید که توسط واکنش های هسته ای در ماشینی به نام راکتور آزاد می شود. این انرژی را می توان برای تولید برق،  تامین انرژی ماشین‌ ها و حتی گرم کردن خانه‌ ها استفاده کرد. در بدترین حالت می توان از آن بمب اتم تولید کرد که اکنون برخی کشورها به آن دسترسی دارند.

انرژی هسته ای یک منبع انرژی پایدار است که با کاهش انتشار کربن به کاهش آلودگی هوای شهرها کمک کرده و مانع گرمایش جهانی می شود. با اینحال مخالفان این انرژی معتقدند که انرژی هسته ای تهدیدی برای مردم و محیط زیست است.

انرژی هسته ای چیست؟

اتم ها بلوک های سازنده همه چیز در جهان هستند. آنها بسیار کوچک هستند و فقط در زیر میکروسکوپ دیده می شوند. هر چیزی که در جهان می بینید از اتم تشکیل شده است. جالب است بدانید که فقط حدود 7 میلیارد، میلیارد، میلیارد اتم در بدن انسان وجود دارد!

اتم ها از 3 قسمت تشکیل شده اند که شامل پروتون، الکترون و نوترون است. پروتون ها دارای بار الکتریکی مثبت، الکترون ها دارای بار الکتریکی منفی و نوترون ها فاقد بار الکتریکی هستند. در وسط یک اتم، پروتون ها و نوترون ها وجود دارند که به این ناحیه هسته اتم می گویند. الکترون ها در اطراف هسته حرکت می کنند.

نیرویی که این ذرات را در کنار هم نگه می دارد انرژی هسته ای نامیده می شود. با روش های مختلف می توان هسته اتم را شکافت و از آن انرژی زیادی به صورت گرما و تشعشع تولید کرد. برای تولید انرژی هسته ای به اتم های اورانیوم نیاز داریم که می توان آن را از زمین استخراج کرد.

وقتی یک اتم اورانیوم با روش هایی که در ادامه شرح می دهیم به دو اتم کوچکتر تقسیم می شود، گرمای زیادی آزاد می کند. از این گرما برای تولید بخار آب استفاده می شود که توربین های بزرگ را در یک نیروگاه هسته ای به حرکت در می آورد. این توربین ها انرژی برق تولید می کنند. سپس بخار دوباره به آب تبدیل می شود و می توان بارها و بارها از آن استفاده کرد.

انرژی هسته ای چگونه تولید می شود؟

انرژی هسته ای طی دو فرآیند تولید می شود که شکافت یا همجوشی هسته ای نامیده می شوند. در شکافت هسته ای، هسته یک اتم به دو یا چند قسمت کوچک تر تقسیم می شود. در عوض همجوشی هسته ای زمانی اتفاق می افتد که هسته دو اتم به هم پیوسته و یک هسته واحد را تشکیل شود. اگر اتمی بتواند بدون شکافت یا همجوشی انرژی تولید کنند به آن رادیواکتیو می گویند.

در دهه 1930 برای اولین دانشمندان شکافت هسته ای را در انواع خاصی از اتم ها انجام دادند. آنها این آزمایش را روی اتم های ماده ای به نام اورانیوم انجام دادند. در این آزمایش هسته یک اتم اورانیوم را به دو قسمت تقسیم کردند. شکافت هسته ای ایجاد شده در این آزمایش انرژی زیادی آزاد کرد که قابل مقایسه با سوخت های فسیلی نبود.

در گذشته بیشتر از سوخت های فسیلی مانند زغال سنگ، گاز طبیعی و نفت برای تولید برق استفاده می شد اما حالا کشورهای زیادی از انرژی هسته ای استفاده می کنند. انرژی هسته ای پاک تر است و مانند سوخت های فسیلی به محیط زیست آسیب نمی رساند.

آیا انرژی هسته ای ایمن است؟

اگرچه انرژی هسته ای بسیار کارآمد است ولی این سوال سالهاست که پرسیده می شود. مهم است بدانید که یک قطعه کوچک اورانیوم به اندازه 150 گالن نفت توانایی تولید برق را دارد. بسیاری انرژی هسته ای را یک منبع انرژی جایگزین و پاک می دانند که در صورت مصرف صحیح می تواند به حفظ محیط زیست کمک کند. با اینحال منابع تجدید پذیر مانند انرژی خورشیدی و باد با اینکه به شرایط آب و هوایی بستگی دارند اما خطر کمتری دارند.

نیروگاه های هسته ای باید به درستی مراقبت شود تا دچار انفجار نشوند. از طرفی زباله های رادیواکتیو باید با احتیاط ذخیره شوند تا با محیط زیست تماس پیدا نکنند. چون هر ماده ای که به رادیواکتیو یا تشعشعات اتمی آلوده شود، می تواند هزاران سال رادیواکتیو باقی بماند! بیشتر سوخت های هسته‌ ای برای حفظ ایمنی اکنون در زیر آب ذخیره می ‌شوند، اما مقداری از آنها را نیز در فضای باز در محفظه های بتی یا فولادی نگهداری می کنند.

نیروگاه های هسته ای به گونه ای طراحی شده اند که ایمن باشند، اما حوادثی مانند انفجار در نیروگاه هسته ای چرنوبیل یا آسیبی که سونامی به نیروگاه فوکوشیما در شمال ژاپن در سال 2011 وارد کرد، می تواند برای انسان و محیط زیست خطرناک باشد.

انرژی هسته ای برای چه استفاده می شود؟

امروزه انرژی هسته ای حدود 10 درصد از برق جهان را تامین می کند که در خانه ها، مدارس، مشاغل و بیمارستان ها استفاده می شود. کشورهایی مانند امریکا، چین و فرانسه از این انرژی برای تولید برق استفاده می کنند.

همچنین از این انرژی برای تولید سلاح ‌های هسته ‌ای استفاده می شود که بسیار خطرناک و مخرب هستند. اولین بار بمب های اتمی طی جنگ جهانی دوم برای بمباران شهرهای هیروشیما و ناکازاکی ژاپن استفاده شدند که صدها هزار نفر را کشته و معلول کرد. اثر تشعشع این انفجارهای هسته ای هنوز در این مناطق احساس می شود.

برای عدم استفاده از بمب های اتمی کشورها معاهده ای با عنوان منع گسترش سلاح ‌های هسته ‌ای تصویب کردند که استفاده صلح آمیز از سوخت هسته ای را ترویج کرده و اجازه نمی دهد کشورها سلاح هسته ای بسازند.

مزایای انرژی هسته ای چیست

سوخت هسته ای حاوی مقدار زیادی انرژی است به این معنی که مقدار کمی از سوخت می تواند مقدار زیادی برق تولید کند. بنابراین می تواند به رفع نیازهای انرژی بسیاری از مردم در نقاط مختلف جهان کمک کند.

انرژی هسته ای بسیار ایمن است

دانشمندان طی تحقیقات خود نشان دادند که انرژی هسته ای بسیار ایمن تر از منابع دیگر تولید کننده برق است.

انرژی هسته ای هوا را آلوده نمی کند

انرژی هسته ای می تواند تولید برق شبانه روزی را بدون آلوده کردن هوا فراهم کند. در حال حاضر، حدود دو سوم برق جهان با استفاده از سوخت ‌های فسیلی تولید می ‌شود. این سوخت ها باعث انتشار گازهای گلخانه ای در هوا می شود. گازهای گلخانه ای شامل دی اکسید کربن (CO2) و اکسیدهای نیتروژن (NOx) هستند که باعث تغییرات آب و هوایی در سراسر کره زمین شده اند.

انرژی هسته ای درست مانند انرژی خورشیدی و باد، برق تولید می کند بدون اینکه گازهای گلخانه ای آزاد کند.  زباله های هسته ای تولید شده در نیروگاه های اتمی در هوا رها نمی شوند و در ظروف خاص و با ایمنی بسیار دقیق ذخیره می شود.

نیروگاه های هسته ای همچنین می توانند 24 ساعت شبانه روز و هفت روز هفته برق تولید کنند. انرژی خورشیدی و بادی اما در شرایط خاص امکان تولید برق دارند مثلا وقتی هوا تاریک می شود دیگر از انرژی خورشید نمی توان برق تولید کرد.

انرژی هسته ای آینده بسیار خوبی دارد

راکتورهای هسته ای در حال حاضر با استفاده از فناوری توسعه یافته و به روز تولید می شوند. اگرچه این دستگاه ها اکنون فقط با اورانیوم کار می کنند اما آنها به زودی می توانند به انواع دیگر سوخت، مانند عنصر توریم کار کنند. در مقایسه با اورانیوم عنصر توریم فراوان ‌تر است و ضایعات کمتری تولید می ‌کند. زباله های آن نیز کمتر رادیواکتیو هستند یعنی ایمن تر هستند. علاوه بر این، تبدیل توریم به سلاح هسته ای بسیار دشوارتر است و خطر ساخت بمب اتمی از بین خواهد رفت.

خطرات انرژی هسته ای چیست؟

نیروگاه هایی که با انرژی هسته ای کار می کنند زباله های رادیواکتیو تولید می کنند که برای مدت طولانی خطرناک باقی می مانند. مدیریت صحیح و دفع این زباله ها برای جلوگیری از آسیب محیط زیست و مردم بسیار مهم است.

اگرچه نیروگاه های هسته ای بسیار ایمن طراحی شده اند اما هنوز هم ممکن است حوادثی در آنها رخ دهد که تشعشعات مضر آزاد کنند. مانند حادثه ای که در سال 1986 در اوکراین رخ داد و با انفجار یک راکتور مقادیر زیادی تشعشعات خطرناک در هوا منتشر شد. تشعشعات هسته ای دیده نمی شوند اما افرادی که در معرض آن قرار می گیرند آسیب های جدی می بینند.

در آن حادثه صدها نفر جان خود را از دست دادند و بسیاری از مردم منطقه آواره شدند. تشعشعات هسته ای به گیاهان، حیوانات و زمین های اطراف نیروگاه آسیب رساند و تا به امروز برای زندگی دوباره مردم امن نیست.

اورانیوم که به عنوان سوخت در راکتورهای هسته ای استفاده می شود یک منبع محدود است. بنابراین نیاز به کشف منابع سوخت جایگزین جهت تولید انرژی هسته ای به صورت پایدار مهم است.

ساخت نیروگاه های هسته ای یک کار پرهزینه است. علاوه بر این هزینه های نگهداری و بهره برداری از آنها نیز بسیار بالا است تا جاییکه بسیاری از کشورها توان سرمایه گذاری در این زمینه را ندارند.

سخن پایانی

استفاده از انرژی هسته ای یک روش کارامد برای تامین سوخت و برق مورد نیاز در جهان است. به همین دلیل دانشمندان همیشه در تلاش هستند تا انرژی هسته ‌ای را به صورت ایمن تر تولید کنند و راه‌ هایی برای کاهش خطر زباله های هسته ای پیدا کنند.

مطلب پیشنهادی : تحقیق در مورد شهدای هسته ای + زندگی نامه شهدای هسته ای