• Ralph T. Yang, August, 1985 “Gas Separation by Adsorption Process", Butherworth Publisher.

• Ponic, v., Z.Knor. And S.Cerny, 1974 “Adsorption on Solids” trans. by D. Smith and N.G.Adams. Butterworth, London.

• McNeese, L. E., November 1963 “An Experimental study of Sorption of Uranium Hexafluoride by Sodium Fluoride Pellets and a Mathematical Analysis of Diffusion with Simultaneous Reaction“, Union Carbide Corporation, Nuclear Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee, (ORNL-3494)

• Roop Chand Bansal, Meenakshi Goyal, 2005 “Activated Carbon Adsorption“, Taylor & Francis Group.

• Bird, R. B Stewart W.E and lightfood, E.N., 1960 “Trannsport Phenomena” pp.542-546, John Wiley and Sons, Inc., New York.

• Treybaul, R. 1990 “Mass Transfer Operation“,Mc Graw Hill

• Yang, R.T. 1987 “Gas Separation by Adsorption Processes” Butter Worth Publishers

• Perry R.H. 1997 “Perry’s Chemical Engineering Handbook“, seventh edition, New York, McGraw-Hill,

• Hougen, ٠. A., and Watson, K. M. , 1947 “Chemical Process Principles,” John Wiley and Sons, Inc., New York

• S. J. Gregg, 1951 “Surface Chemistry of Solids,” Reinhold Publ. Corp., Inc., New York, N. Y., Chapter XIV

• W. L. Mc Cabe, J. C. Smith, and P. Harriot, 1985 “Unit Operations of Chemical Engineering“, McGraw Hill Book Company

• Cathers.G.I.,Bennett.M.R.,and Jolley.R.L., 1985 “UF6.2NaF Complex Formation and Decomposition “,Ind.Eng.Chem 50,17091712

• M.G.Otey and C.K.Dayne, 1980 “Fixed Bed Trapping for Gaseous Fluoride Control“, KY705, oak Ridge Gaseous Diffusion Plant, Union Carbide Corporation, Nuclear Division, Paducah, Kentuky

پیوست ها

پیوست الف : اورانیوم

اورانیوم یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن، ^[۱۵]U و عدد اتمی آن ۹۲ می‌باشد. اورانیوم که یک عنصر سنگین، سمی، فلزی، رادیواکتیو و براق به رنگ سفید مایل به نقره‌ای می‌باشد، به گروه آکتیندها تعلق داشته و ایزوتوپ ۲۳۵ آن برای سوخت راکتورهای هسته‌ای و سلاح های هسته‌ای استفاده می‌شود. معمولا اورانیوم در مقادیر بسیار ناچیز در صخره‌ ها، خاک، آب، گیاهان و جانوران از جمله انسان یافت می‌شود. اورانیوم هنگام عمل پالایش به رنگ سفید مایل به نقره‌ای و با خاصیت رادیواکتیوی می‌باشد که کمی از فولاد نرم‌تر است.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

ویژگی های اورانیوم
این فلز چکش‌خوار، رسانای جریان الکتریسیته و کمی پارا مغناطیس^[۱۶] می‌باشد. چگالی اورانیوم ۶۵%بیشتر از چگالی سرب می‌باشد. اگر اورانیوم به‌خوبی جدا شود، به شدت از آب سرد متاثر شده و در برابر هوا اکسید می‌شود. اورانیوم استخراج شده از معادن، می‌تواند به‌صورت شیمیایی به دی‌اکسید اورانیوم و دیگر گونه‌های قابل استفاده در صنعت تبدیل شود.اورانیوم در صنعت سه نوع دارد:
آلفا^[۱۷] که تا دمای ۷/۶۶۷ درجه پایدار است.
بتا^[۱۸] که از دمای ۷/۶۶۷ تا ۸/۷۷۴ درجه پایدار است.
گاما^[۱۹] که از دمای ۸/۷۷۴ درجه تا نقطه ذوب پایدار است. (این رساناترین و چکش‌خوارترین نوع اورانیوم می‌باشد. )
اورانیوم طبیعی از ۳ ایزوتوپ U-235 ,U-234 و U-238 تشکیل شده است که U-238 فراوانترین آنها می باشد. این سه ایزوتوپ رادیو اکتیو بوده که نیمه عمر ۲۳۵U برابر است با ۴/۵x10⁹ سال که پایدارترین ایزوتوپ می باشد. دو ایزوتوپ مهم آن U-238 و U-235 می‌باشند که U-235 مهمترین ایزوتوپ برای راکتورها و سلاحهای هسته‌ای است چرا که این ایزوتوپ تنها ایزوتوپی است که در طبیعت وجود دارد و در هر مقدار ممکن توسط نوترونهای حرارتی شکافته می‌شود.
ایزوتوپ U-238 نیز از این جهت مهم است که نوترونها را برای تولید ایزوتوپ رادیواکتیو جذب کرده و آن را به ایزوتوپ ۲۳۹Pu پلوتونیوم تجزیه می‌کند. اورانیوم اولین عنصر یافته شده بود که می‌توانست شکافته شود. برای نمونه با بمباران آرام نوترونی ایزوتوپ ۲۳۵U آن به ایزوتوپ کوتاه عمر U-236 تبدیل شده و بلافاصله به دو هسته کوچکتر تقسیم می‌شود که این عمل انرژی آزاد کرده و نوترونهای بیشتری تولید می‌کند. اگر این نوترونها توسط هسته U-235 دیگری جذب شوند، عملکرد حلقه هسته‌ای دوباره اتفاق می‌افتد و اگر چیزی برای جذب نوترونها وجود نداشته باشد، به حالت انفجاری در می‌آیند. اولین بمب اتمی با این اصل جواب داد.
کاربردهای فلز اورانیوم
فلز اورانیوم بسیار سنگین و پرچگالی می‌باشد. اورانیوم خالی توسط بعضی از ارتشها برای ساخت محافظ برای تانکها و ساخت قسمتهایی از موشکها و ادوات جنگی استفاده می‌شود. ارتشها همچنین از اورانیوم غنی‌شده برای سوخت ناوگان خود و زیردریایی‌ها و همچنین سلاحهای هسته‌ای استفاده می‌کنند. اورانیوم موجود در سلاحهای هسته‌ای بشدت غنی می‌شوند که این مقدار بصورت تقریبی ۹۰% می‌باشد. مهمترین کاربرد اورانیوم در بخش غیر نظامی تامین سوخت دستگاه های تولید نیروی هسته‌ای است که در آنها سوخت U-235 به میزان حدود ۵% غنی می‌شود. لعاب ظروف سفالی از مقدار کمی اورانیوم طبیعی تشکیل شده است ( که داخل فرایند غنی سازی نمی‌شود ) که این عنصر برای اضافه کردن رنگ با آن اضافه می‌شود. نیمه عمر طولانی ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۸ آن را برای تخمین سن سنگهای آتشفشانی مناسب می سازد.
تولید و توزیع
اورانیوم اقتصادی از طریق کاهش هالیدهای اورانیوم با خاک فلزات قلیایی تولید می‌شود. همچنین فلز اورانیوم می‌تواند از طریق عمل الکترولیز _۵KUF یا _۴Uf که در _۲CaCl و NaCl حل شده است، بدست آید. اورانیوم خالص نیز از طریق تجزیه حرارتی هالیدهای اورانیوم حاصل می‌شود. معمولا کشورهای بزرگتر اورانیوم بیشتری در مقایسه با کشورهای کوچکتر تولید می‌کنند، چرا که گسترش و توزیع اورانیوم در جهان یک شکل و یکنواخت است. کشور استرالیا ذخایر بسیار زیادی از این عنصر دارد که تقریبا ۳۰% ذخایر دنیا را شامل می‌شود.
هشدارها
تمام ترکیبات اورانیوم سمی و رادیو اکتیو هستند. سمی بودن این عنصر می‌تواند کشنده باشد. در مقادیر بسیار کم خاصیت سمی بودن این عنصر به کلیه آسیب می‌رساند. ویژگی های رادیواکتیوی این عنصر نیز سیستماتیک و نظام مند است. در کل ترکیبات اورانیوم به‌سختی جذب روده و ریه می‌شوند و خطرات رادیولوژیکی آن باقی می‌ماند. فلز خالص اورانیوم نیز خطر آتش‌سوزی به همراه دارد. فرد ممکن است با تنفس غبار اورانیوم در هوا یا خوردن و آشامیدن آب و غذا در معرض این عنصر قرار بگیرد. البته بیشتر این عمل از طریق خوردن آب و غذا صورت می‌گیرد. جذب روزانه اورانیوم در غذا ۰۷/۰ تا ۱/۱ میکروگرم می‌باشد. مقدار اورانیوم در هوا معمولا بسیار ناچیز است. افرادی که در کنار تاسیسات هسته‌ای و یا معادن استخراج اورانیوم زندگی می‌کنند، بیشتر در معرض این عنصر قرار می‌گیرند. اورانیوم ممکن است که از طریق تنفس یا بلع و یا در موارد استثنایی از طریق شکافی روی پوست وارد بدن شود. اورانیوم توسط پوست جذب نمی‌شود و ذرات آلفای ساطع شده از این عنصر نمی‌تواند به پوست نفوذ کند. بنابراین اورانیومی که خارج از بدن باشد، نمی‌تواند به اندازه اورانیوم داخل بدن مضر و خطرناک باشد. اگر اورانیوم به بدن وارد شود، ممکن است موجب سرطان شده^ءا به کلیه‌ها آسیب برساند.
روش های تولید انرژی هسته ای
اساساً دو شیوه^ء بنیادی برای آزاد سازی انرژی یک «اتم» وجود دارد:
۱- شکافت هسته ای: می توان هسته^ء یک «اتم» را با یک «نوترون» به دو جزء کوچک تر تقسیم کرد. این همان شیوه‌ای است که در مورد ایزوتوپ های اورانیوم (یعنی اورانیوم ۲۳۵ و ۲۳۳) به کار می‌رود. در این روش هسته یک اتم توسط یک نوترون به دو بخش کوچکتر تقسیم می‌شود. در این روش غالباً از عنصر اورانیوم استفاده می‌شود.
۲- گداخت هسته ای: می توان با بهره گرفتن از دو اتم کوچک تر که معمولاً هیدورژن یا ایزوتوپ های هیدورژن (مانند دوتریوم و تریتیوم) هستند، یک اتم بزرگ مثل هلیوم یا ایزوتوپ های آن را تشکیل داد. این همان شیوه‌ای است که در خورشید برای تولید انرژی به کار می‌رود.
فرایند هر دو شیوه، دست یافتن به میزان عظیمی از انرژی گرمایی و تشعشع است.
غنی سازی^[۲۰]
همانگونه که بیان شد سنگ معدن اورانیوم موجود در طبیعت از دو ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ به مقدار ۷/۰ درصد و اورانیوم ۲۳۸ ‏به مقدار ۳/۹۹ درصد و مقدار کمی اورانیوم ۲۳۴ تشکیل شده است. اگر ما بخواهیم از اورانیوم ۲۳۵ بعنوان سوخت در نیروگاههای حرارتی، استفاده کنیم اورانیوم به شکل طبیعی قابل استفاده نیست و باید درصد اورانیوم ۲۳۵ را در سوخت تا حدود ۵ درصد بالا ببریم زیرا فقط اورانیوم ۲۳۵ با نوترونهای گرمایی واکنش شکافت انجام می دهد. به این کار اصطلاحا غنی سازی اورانیوم می گویند، که از عهده هر کشوری بر نمی آید زیرا این عمل بسیار پرهزینه و گران است و نیاز به تخصص فوق العاده زیادی دارد.
مراحل غنی سازی، به اختصار به این صورت است که ابتدا سنگ معدن اورانیوم استخراج شده را آسیاب کرده و به صورت پودر در می‌آورند.( معدن اورانیوم صخره ای است که در هر تن دارای حدود نیم تا دو کیلوگرم اکسید اورانیوم می باشد که تقریبا ۰۵/۰ تا ۲/۰درصد اکسید اورانیوم دارد. از هر هزاران کیلو سنگ معدن اورانیوم ‏‏۱۴۰ کیلوگرم اورانیوم طبیعی به دست می آید که فقط یک کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ ‏خالص در آن وجود دارد). ‏ سپس به این پودر، اسید سولفوریک اضافه می‌کنند و پس ازطی فرایند شیمیایی خاصی و تخلیص سازی، اکسید اورانیوم را با اسید سولفوریک ترکیب کرده و به سولفات اورانیل تبدیل می کنند ودر آخر با افزودن حلال‌های مخصوصی به سولفات اورانیل، ماده‌ای جامدی به نام اکسید اورانیوم‌U₃O₈ (کیک زرد) به وجود می اید که شامل ۷۰ درصد اورانیوم بوده و دارای ویژگی های پرتوزایی می باشد. کیک زرد اورانیوم غلیظ شده است. نام این عنصر بدلیل رنگ و شکل آن در هنگام تولید می‌باشد اگرچه تولید امروزه کیک زرد بیشتر به رنگ سبز مایل به سیاه می گراید تا زرد. برای غنی سازی اورانیوم، باید ابتدا کیک زرد را با اتم فلئور (F-9)، ترکیب کرده و به صورت گاز هگزا فلوراید اورانیوم (UF₆) در بیاوریم. هگزا فلورید اورانیوم UF₆ جامد است که در دمای بالای ۵۶ درجه سانتیگراد بخار می شود. از این مرحله به بعد برای غنی سازی اورانیوم می توان از روش های زیر استفاده نمود.
روش انتشار (پخش) حرارتی
روش انتشار (پخش) گازها
روش الکترومغناطیسی
روش مرکزگریز گازی
روش مرکزگریز گازی زیپه
روش‌های لیزری
روش شیمیایی
روش پلاسمایی
از بین تمامی این روشها هم‌اکنون تنها دو روش “سانتریفوژ گازی” و “پخش گازی” است که در مقیاس تجاری اهمیت داشته و کاربردهای عملی وسیع پیدا کرده‌اند.
غنی سازی با دستگاه سانتریفیوژ^[۲۱]
سانتریفیوژ دستگاهی است که برای جدا سازی مواد از یکدیگر بر اساس وزن آنها استفاده می‌شود. این دستگاه مواد را با سرعت زیاد حول یک محور به گردش در می آورد. در واقع در این روش برای جدا سازی مواد از یکدیگر از شتاب ناشی از نیروی گریز از مرکز استفاده می‌گردد. کاربرد عمومی این دستگاه برای جداسازی مایع از مایع و یا مایع از جامد است. سانتریفیوژهایی که برای غنی سازی اورانیوم استفاده می‌شود حالت خاصی دارند که برای گاز تهیه شده‌اند که به آنها هایپر سانتریفیوژ^[۲۲] گفته می‌شود. پیش از آنکه دانشمندان از این روش برای غنی سازی اورانیوم استفاده کنند از تکنولوژی خاصی بنام پخش و توزیع گازی^[۲۳] استفاده می‌کردند.
گردش سریع روتور، نیروی گریز از مرکز بسیار قوی تولید می‌کند و طی آن مولکولهای سنگین تر (آنهایی که شامل ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۸ هستند) از مرکز محور گردش دورتر می‌گردند و مولکولهای سبکتر (اورانیوم ۲۳۵) بیشتر حول محور سانتریفیوژ قرار می‌گیرند. در غنی سازی اورانیوم با روش سانتریفوژ گازی، از تعداد زیادی سیلندر دوار که به صورت موازی و سری کنارهم قرار داده شده‌اند، استفاده می‌شود. باید هزاران سانتریفیوژ در کنار هم قرار بگیرند تا ما بتوانیم اورانیوم را غنی کنیم یعنی با یک یا چند سانتریفیوژ نمی‌توان اورانیوم را غنی کرد.
غنی سازی اورانیوم از طریق میدان مغناطیسی بسیار قوی
در این روش هگزا فلوئورید اورانیوم را حرارت می دهند تا تبخیر شود و اتم های اورانیوم و فلوئورید از هم جدا شوند. سپس، اتم های اورانیوم را به میدان مغناطیسی بسیار قوی هدایت می کنند، میدان مغناطیسی بر هسته های باردار اورانیوم نیرو وارد کرده و از مسیر مستقیم خود منحرف می کند. اما هسته های سنگین اورانیوم (اورانیوم۲۳۸) نسبت به هسته های سبک تر(اورانیوم ۲۳۵) انحراف کمتری دارند، و درنتیجه از این طریق می توان اورانیوم ۲۳۵ را از اورانیوم طبیعی تفکیک کرد.