گزارش كارآموزي در منطقه اكتشافي مواد رادیواکتیو ناريگان (تحت نظارت سازمان انرژي اتمي ايران)

دسته بندي : فنی و مهندسی » مهندسی شیمی
گزارش كارآموزي در منطقه اكتشافي مواد راديواکتيو ناريگان (تحت نظارت سازمان انرژي اتمي ايران) در 72 صفحه ورد قابل ويرايش

فهرست مطالب

عنوان صفحه

مقدمه و تشكر.............................................................................................................................................

فصل اول ـ كلياتي در مورد اورانيوم ....................................................................................................

1-1- مقدمه – عناصر راديواكتيو ....................................................................................................

1-2- زمين شناسي اورانيوم...............................................................................................................

1-3- كانيها و كانسارهاي اورانيوم.....................................................................................................

1-4- روش اكتشاف كانسارهاي اورانيوم.........................................................................................

1-5- اورانيوم منبع انرژي...................................................................................................................

1-6- بزرگترين ذخائر اورانيوم...........................................................................................................

1-7- انواع ذخائر اورانيوم....................................................................................................................

1-8- فرآوري سوخت هسته اي........................................................................................................

1-8-1- چرخة سوخته هسته اي.............................................................................................

1-8-2- استخراج اورانيوم.............................................................................................................

1-8-3 - حمل و نقل اورانيوم......................................................................................................

1-9- فرآوري شيميائي كيك زرد.....................................................................................................

1-10- غني سازي اورانيوم....................................................................................................................

1-11- قيمت اورانيوم غني شده ........................................................................................................
عنوان صفحه

1-12- راكتور سازمان انرژي اتمي .....................................................................................................

1-12-1- مواد موردنياز راكتور.............................................................................................................

1-13- خطرات ناشي از تابش اشعه ها بر محيط زيست و جانداران.........................................

1-13-1- فيزيك بهداشت.....................................................................................................................

1-14- دور ريختن زباله هاي اورانيومي.............................................................................................

1-14-1- پسمانداري..............................................................................................................................

1-15- اساسنامه سازمان انرژي اتمي.................................................................................................

1-16- تحصيلات رسمي در سازمان...................................................................................................




فصل 1- كلياتي در مورد اورانيوم
1-1- مقدمه عناصر راديواكتيو

عناصري در طبيعت موجود مي باشند كه داراي هستة سنگين هسته و با صدور اشعه‌هاي a و b و گاما به عناصر سبكتر تبديل مي شوند، اين عمل را فروپاشي مي‌گويند. اشتعه a از جنس هليم دو بار مثبت (He2+) مي‌باشد. اشعه b، الكترون با بار منفي و داراي انرژي جنبشي مي‌باشد و اشعه g كه از هسته اتم تابش مي‌شود.

عناصر راديواكتيو در طبيعت گوناگونند ولي عناصري كه مورد توجه است اورانيوم، توريم و پتاسيم است كه به شرحشان مي پردازيم:

اورانيوم 238: اين ايزوتوپ اورانيوم با داشتن عدد اتمي n 92 يكي از ايزوتوپهاي فلز اورانيوم (238، 235 و 234) مي‌باشد كه تقريباً 99% اورانيوم موجود در طبيعت را تشكيل مي‌دهد. اين ايزوتوپ اورانيوم نيمه عمري در حدود 5/4 ميليارد سال دارد كه مقدار آن در پوستة جامد زمين ppm 4-2 مي‌باشد.
توريم 232: توريم 232، عدد اتمي 90 دارد و يكي از سه ايزوتوپ عنصر توريم (232، 230 و 228) مي‌باشد كه نيمه عمري حدود 11ميليارد سال دارد و مقدار آن ppm 12-10 در لاية جامد زمين است.
پتاسيم 40 : داراي عدد اتمي 99 مي‌باشد كه تنها ايزوتوپ راديواكتيو عنصر پتاسيم مي‌باشد كه نيمه عمري در حدود 3/1 ميليارد سال دارد مقدار آن در پوستة جامد زمين 2% است. عناصر مهم توليدكننده g در طبيعت سه عنصر بالا هستند. (1)

1-1- زمين شناسي اورانيوم

كاني سازي اورانيوم در سنگهاي توني پيروكلاستيك و يا به عبارت ديگر توفهاي بازيك تشكيل شده است. كه اين نوع توفهاي بازيك در حاشيه توده هاي گرانيتي كه متأثر از اين توده شيب دار شده است قرار گرفته است.

كاني سازي اورانيوم در امتداد شيب طبقات لاية پيروكلاستيك قرار داشته و شيب كاني سازي از شيب طبقات پيروي مي‌كند. (1)
1-2- كانيها و كانسارهاي اورانيوم

كانيهاي اوليه اورانيوم عبارتند از اورانينيت، پيچ بلاند، دايويديت، برايزيت و از كانيهاي ثانوية اورانيوم مي‌توان زيپيت را نام برد.

بيش از هشتاد سنگ معدني شناخته شده وجود دارد كه داراي مقادير قابلي اورانيوم هستند ولي فقط كمتر از دوازده تاي آنها در زمين فراوانند.

از مهمترين كانه هاي اورانيوم اورانيت است كه تركيبي از بي اكسيد اورانيوم (O2) و تري اكسيد اورانيوم (O3) است و به شكل گرد سياه است اين كانه در نهشت هاي عميق يافت مي‌شود. كانه هاي ديگر عبارتند از كارنوليت به رنگ زرد روشن كه در آن اورانيوم با پتاسيم و آناديم تركيب شده است.

توربرنيت كه بلور خاكستري رنگ فسفات اورانيوم و مس است. (1)
1-4- روشهاي اكتشاف كانسازهاي اورانيوم

براي اكتشاف كانسارهاي اورانيوم دو روش وجود دارد يكي روش راديواكتيو است كه اساس اين روش بر خاصيت راديواكتيويته اجسام استوار است كه تمامي اكتشافات در روي زمين صورت مي‌گيرد.

روش ديگر ژئوفيزيك هوابردي است كه متداولترين روشهاي ژئوفيزيك هوابردي يكي روش مغناطيسي و ديگري روش راديواكتيو است كه بوسيلة هواپيمان صورت مي‌گيرد.

عمليات اسپكترومتري مواد راديواكتيو مغناطيسي سنجي هوائي در حدود 000/600 كيلومترمربع از مساحت ايران در شرق و شمالغرب توسط شركتهاي استرايائي و فرانسوي و آلماني انجام گرفته است و مورد پوشش پروژه اكتشافات هوائي قرار گرفته است كه اطلاعات بدست آمده بصورت نقشه هاي ايزوراديومتري و پروفيل مسير پرواز در مقياسهاي 1 :250000 و 1:50000 به سازمان انرژي اتمي ايران تحويل داده شده است و با استفاده از امكانات روز سخت افزاري و نرم افزاري مورد تعبير و تفسير و نهايتاً استفاده در كاوش مواد راديواكتيو خصوصاً اورانيوم قرار گرفته است. (2)
1-5- اورانيوم منبع انرژي

نقش اورانيوم در تأمين نياز انرژي جهان بسيار عظيم است و گسترش نيروگاههاي هسته اي زماني قابل توجيه است كه اورانيوم و سوختهاي شكافي ديگر بتوانند سهم بسزائي در تأمين انرژي جهان در دهه هاي آينده داشته باشند.

اورانيوم به شكل مخلوطي از اكسيدهائي كه فرمول تقريبي آنها u3o8 است و سيلاً‌در پوستة زمين يافت مي‌شوند. (3)
1-6- بزرگترين ذخاير اورانيوم

بزرگترين ذخاير كشورهاي غيركمونيستي در كانادا، استراليا، آفريقاي جنوبي و ايالات متحدة آمريكا قرار دارند. غني ترين سنگ معدنهاي اورانيوم حاوي 05/0 تا 2/0 درصد u3o8 هستند و آنهائي كه در حال حاضر مورد بهره برداري قرار مي گيرند اورانيومي ارزاني با قيمت كيلوئي 80 دلار توليد مي‌كنند اين سنگ معدنها مي توانند مصرف فعلي جهان را كه 41000 تن در سال است حداقل به مدت 40 سال تأمين كنند.

از آن پس سنگ معدنهاي خيلي كم غناتر درون كه اينها و سنگواره هاي رسي شامل 01/0 درصد u3o8 هستند كه بايد استخراج شوند و در آن صورت قيمت اورانيوم به صورت خيلي بالا خواهد بود. (3)
-13- خطرات ناشي از تابش اشعه‌ها

يكي از مهمترين ويژگيهاي تابشهاي هسته اي همچون آلفا، بتا و گاما و نوترون آن است كه اين تابشها و ذرات به علت اثريونندگي دريافت خطري براي سلامتي انسانها و حيوانات محسوب مي‌شوند.

تابش گاما و نوترون كه قدرت نفوذ بالائي دارند خطر خارجي محسوب مي‌شوند و چشمه هاي اين تابشها را بايد حفاظ مناسب محصور كرد. ذرات آلفا و بتا داراي توان نفوذ بسيار پائيني هسته و فقط وقتي خطرناكند كه مادة گسيل كننده اين ذرات از راه هوا استنشاق و يا بلع شوند و وارد بدن شوند.

در اثر اين خطر لازم است كه در ساخت راكتور حفاظ لازم براي جلوگيري از نفوذ تابش توليد شده در قلب راكتور به محيط اطراف كه كاركنان در آنها كار مي‌كنند پيش‌‌بيني شود. همين مسئله براي كاربرد گسترده ايزوتوپ هاي پرتوزا در علوم مهندسي و پزشكي وجود دارد. (3)
1-13-1- فيزيك بهداشت

مطالعه اثر تابش بر انسان، فيزيك بهداشت نام دارد و در سالهاي اخير به علت استفاده فزاينده توان هسته اي به عنوان منبع انرژي، در اثر توسعه ها نگراني عمومي از اثر بهداشتي تابش موجود در محيط در سطحهاي مختلف افزايش و با درك خوب آثار تابش مي‌توان استانداردهاي ايمني كافي پرتوگيري را مشخص كرد و ترس مردم را فرو نشاند.

چندين منبع تابش در محيط وجود دارند كه افراد جامعه در معرض آنها هستند:

الف) تابش طبيعي: كه سه مؤلفه دارد:

تابش كيهاني، جرياني از ذرات باردار كه در فضا توليد مي‌شوند و به جو زمين برخورد مي‌كنند.
ايزوتوپهاي پرتوزاي طبيعي موجود در پوستة زمين مثل اورانيوم و توريم و محصولات واپاشي آنها
ايزوتوپهاي پرتوزاي طبيعي در بدن انسان مثل پتاسيم

ب) پرتوهاي x و كاماي پزشكي كه براي تشخيص بعضي بيماريها يا معالجات به كار مي روند.

ج) منابع طبيعي متفرقه از جمله سوزاندن زغال سنگ كه مقدار خيلي كم اورانيوم وارد محيط مي‌كند.

د) فروريزشهاي پرتوزا حاصل از آزمايشگاه هسته اي در جو زمين.

هـ) تخليه فاضلاب پرتوزا و دورريزي پسماندهاي پرتوزاي راكتورهاي هسته اي

و) پرتوگيري شغلي كه براي كاركنان هنگام كار در راكتور هسته اي هستند.

حادثه نيروگاه هسته اي روسيه در 1986 در چرنوبيل چند صد نفر از كاركنان و نيروگاه مأموران آتش نشاني كه در هنگام حادثه و آتش سوزي و بعد از آن پرتو ديدند آسيب بدني حاوي ديدند. (3)
1-14- دور ريختن زباله هاي اورانيومي

فرآوري سوخت مصرف شده هسته اي به ناچار منجربه توليد زباله هاي پرتوزا مي‌شود اين زباله هاي پرتوزا بايد براساس حفراي كه پرتوزائي آنها ديكته مي‌كند و ريخته شوند. زباله هاي با فعاليت كم را مي‌توان در گودالهاي كم عمق روي خشكي و دور از دسترس عموم دفن كرد.

زباله هاي مايع با فعاليت كم و غلظت خيلي كم را مي‌توان در آب دريا ريخت.

زباله هاي با فعاليت زياد كه شامل فرآورده هاي شكافت با نيم عمرهاي متوسط يا بلند هستند مستلزم برخورد دقيقتري هستند. (3)
1-14-1- پسمانداري

پسماندهاي جامد راديواكتيو قابل اشتعال و غيرقابل اشتعال بايد بطور جداگانه نگه داشته شوند. قابل اشتعالها بايد در كوره مناسبي كه از پراكنده شدن مواد راديواكتيو جلوگيري مي نمايد سوزانده شوند و خاكستر پس از سوزاندن مواد مذكور بايد به همراه پسماندهاي غيرقابل اشتعال بطريقي انبار يا دفن شوند.

پسماندهاي مايع راديواكتيو بايد با نظر مشخص صلاحيتدار برحسب اكتيويته ويژه و سميت ماده راديواكتيو موجود در آنها مجزا و طبقه‌بندي شوند.

در حال حاضر دو روش مختلف براي نگهداري طولاني پسماندها است. مورد اول بازيابي سوخت تشعشع يافته و عمليات بر روي پسماندهاي ايجاد شده مي‌باشد كه پس از تبديل به تركيبات پايدار مانند شيشه ـ بتون و غيره در محفظه اي ماسب جمع آوري و به انبارهاي نهائي حمل مي كردند.

روش ديگر صرفنظر كردن از عمليات بازيابي و نگهداري ميله هاي سوخت پس از انجام عمليات مناسب بر روي آنها و انتقال به انبارهاي نهائي مي‌باشد.

يك نيروگاه 1000 مگاواتي ساليانه حدود 100 مترمكعب پسماند با اكتيويته متوسط، 3 مترمكعب پسماند با اكتيويته خيلي زياد و 12 مترمكعب پسماند ناشي از پوشش متوسط و مواد ساختماني ايجاد مي‌كند. (5)
1-15- اساسنامه سازمان انرژي اتمي ايران

سازمان خواهد كوشيد كه سهم انرژي اتمي را در صلح سلامت و سعادت سراسر جهان تسريع كند و توسعه بخشد و هر كمك يا پيشنهادي را به منظور پيشرفت نظامي به كار بندد. (ماده دوم اساسنامه انرژي اتمي ايران)

دولت وقت ايران مصوب 6/3/1337 اساسنامة مؤسسه بين المللي انرژي اتمي را تصويب كرد و از همان سال فعاليت هسته اي ايران آغاز شد.

اين اساسنامه شامل بيست و دو ماده است كه اين مواد در مورد مقاصد، وظايف، ‌اعضاي سازمان از جمله اعضاي هيئت مديره و كارمندان و … ، طرحها و برنامه ها، تدارك و تحويل مواد و … است كه به توضيح چند ماده از اين اساسنامه مي پردازيم.
ماده سوم – در وظائف:

الف)

مؤسسه مجاز است تحقيق درباره انرژي اتمي و توسعه آن و استفاده عملي از آن را براي مقاصد غيرنظامي در سراسر جهان تشويق و مساعدت نمايد.
بمنظور تأمين و مسائل تحقيق درباره انرژي اتمي و توسعه آن و استفادة عملي از آن در مقاصد غيرنظامي و از جمله توليد نيروي برق باتوجه لازم به احتياجات نواحي عقب ماندة جهان طبق اين اساسنامه مواد و خدمات و تجهيزات و تاسيسات ضروري را تدارك و تحويل نمايد.

2-5-1- عمليات ترانشه‌زني

در حالت كلي رخنمون ماده معدني در سطح زمين به خوبي مشخص نيست و غالباً قشري از خاك و واريزه پوشيده شده است. هر چقدر مادة معدني نرم تر و در برابر هوازدگي كم مقاومت تر باشد ضخامت خاك روي آن بيشتر است.

حفر ترانشه معمولاً با روش دستي و ابزار دستي و بوسيله كارگر انجام مي‌گيرد. علت امر اين است كه معمولاً ترانشه ها وقتي حفر مي شوند، هنوز جاده اي احداث نشده است لذا حمل و نقل كمپرسور و استفاده از چكش هاي مكانيكي مقدور نيست.

ترانشه هاي منطقه ناريگان با استفاده از چكشهاي مكانيكي زده شده اند. طول اين ترانشه ها در حدود 12 متر و عمق 5/1 مترو عرض cm 100-80 است.

ترانشه را مي‌توان بوسيله ماشن ترانشه زني نيز ايجاد كرد اين ماشين داراي واگن و چرخ و بازوئي كه بر آن يك چنگك بيل مانند نصب شده است و اپراتور آن را كنترل مي‌كند.

براي محاسبه حجم ترانشه (اين كار به منظور پرداخت دستمزد كارگر و خاك برداري صورت مي‌گيرد) ابتدا بايستي مقطع آن را رسم كنيم. براي اين كار، ابتدا يك متر پارچه‌اي را در امتداد ترانشه پهن مي‌كنند (در امتداد طول). باتوجه به اينكه شيب سطح زمين ممكن است در طول ترانشه متفاوت باشد، لذا طول آن را به چند تكه كه در آنها شيب سطح زمين مساوي است ـ تقسيم مي‌كنند و شيب هر قسمت را با كمپاس اندازه‌گيري مي كنيم مثلاً در شكل زير شيب سطح زمين در قطعه هاي AB و BC و CD و DE ترانشه اندازه گيري و مقطع آن رسم شده است.

حال باتوجه به تغييرات عمق ترانشه در طول آن ـ كه خود تابع نوع ماده معدني و ضخامت خاك روي آنهاست ـ بوسيله يك متر فلزي كوچك عمق ترانشه را در نقاط مختلف( (مثلاً نقاط 1 تا 15 در شكل)‌بوسيله يك مرت فلزي كوچك اندازه گيري مي‌كنند.
-9- عمليات چاه پيمائي (لاگينگ Logging)

پس از خاتمة حفر گمانه هاي اكتشافي، دستگاه ويژه اي موسوم به پسوند را به داخل چال مي فرستند و به آهستگي آن را بالا مي كشند. بسته به نوع سوند و بنابراين بسته به روش چاه پيمائي، يكي از خصوصيات لايه ها و يا خود گمانه در سرتاسر عمق آن اندازه‌گيري و به صورت نمودارهائي ثبت مي شود. نمودارهائي كه بدين ترتيب بدست مي‌آيد. به وسيله متخصصين اين فن، تعبير و تفسير مي شود و از روي آنها خواص فيزيك و نوع طبقات داخل گمانه مشخص مي شود.

پس از خاتمه عمليات چاه پيمائي و به اصطلاح خاتمه برداشت گمانه، نتيجه حاصله با نموداري كه از طريق برداشت مغزه گمانه ها حاصل شده است، مقايسه مي شود و از مجموع آنها نمودار واقعي گمانه بدست مي آيد.

چاه پيمائي روش هاي مختلفي دارد كه معروفترين آنها به شرح زير است.

الف) روشهاي الكتريكي

ب) روشهاي راديواكتيو

ج) روش صوتي

د) روشهاي قطرسنجي

مهمترين عوامل اندازه گيري چاه پيمائي، قطر گمانه و تراوش آن به داخل طبقات است. قطر چال در بعضي جاها تغيير مي كند و اين به دليل جنس سنگها و نفوذ آب و گل به داخل آنها است. مثلاً در قسمتهائي كه چال از لايه هاي نرم نظير رس، شيل و مارن عبور مي‌كند، قطر آن زيادتر از حد معمول مي شود. (7)
2-9-1- چاه پيمائي با روشهاي راديواكتيو

اندازه‌گيري خصوصيات راديواكتيويته سنگها در داخل چاه و گمان به روشهاي راديواكتيو خوانده مي شود. اگر راديواكتيويته اي كه به طور طبيعي در سنگها وجود دارد اندازه گيري مي شود، نمودار حاصله به نام نمودار راديواكتيويته طبيعي است و در صورتيكه راديواكتيو به طور مصنوعي و در اثر نفوذ اشعة گاما يا نوترون حاصل شود، آن راديواكتيويته مصنوعي مي خوانند.
روش راديواكتيو طبيعي يا روش اشعه گاما (G.L.)

در اين روش شدت اشعه گامائي كه به طور طبيعي از سنگها و لايه ها متصاعد مي‌شود، با استفاده از يك كنتور گايگر حساس در طول گمانه يا چاه اندازه گيري و نمودار تغييرات آن در اعماق مختلف رسم مي شود، اين نمودار. نمودار اشعة گاما نام دارد.

براي رسم تغييرات شدت اشعه گاماي طبيعي، از واحدهاي مختلفي استفاده مي‌كنند كه معروفترين انها رنتگن بر ساعت (r/h) و معادل گرم راديوم بر گرم سنگ (g-qp) است هر رنتگن (r0 مقدار اشعه ايكس يا اشعه گامائي است كه بتواند يك سانتي‌متر‌مكعب هوا با دماي صفر درجه سانتيگراد و فشار 760 ميليمتر جيوه را تماماً يونيزه كرده و تعداد 9 10*1/2 زوج يون توليد كند. معادل گرم راديوم بر سنگ، آن غلظت عناصر راديواكتيو در سنگ است كه اشعه گامايي با همان شدت توليد كند كه از يك گرم راديوم حاصل مي شود.

از آنجا كه شدت راديواكتيويته سنگهاي رسوبي خيلي كم است، لذا در عمل از واحد معادل ميكروميكرگرم راديوم به سنگ استفاده مي كنند. هر واحد اخير 12 10 برابر واحد قبلي است.

راديواكتيويته سنگها كه طبيعي است به علت وجود عناصر اكتيونيم، توريم، اورانيوم، ايزوتوپ پتاسيم در آنها است. سنگهاي رسوبي را از نقطه نظر شدت راديواكتيويته طبيعي به سه دسته تقسيم مي كنند:

الف) سنگهاي راديواكتيويته طبيعي زياد: كه شامل بعضي شيل ها، آرژيليت و املاح پتاسيم است و ميزان راديواكتيويته آنها به 12- 10 * ـ80*60) واحد گرم راديوم بر گرم سنگ مي رسد.

ب) سنگهاي با راديواكتيويته طبيعي متوسط: كه بعضي از رسها، ماسه سنگهاي شيلي، مارن، آهك شيلي و دولوميت شيلي را دربرمي گيرد. شدت اشعه گاماي طبيعي اين شكلها 12- 10*5 تا 12- 10*5 واحد گرم راديوم بر گرم سنگ است.

ج) سنگهاي با راديواكتيويته ضعيف: كه شامل ژيپس، انيدريت، ماسه سنگ، آهك دولوميت و بعضي انواع زغال سنگ است.

بدين ترتيب، اگر ميزان رس و سيلت در سنگها زياد شود، سبب بالا رفتن راديواكتيويته طبيعي آنها مي شود.

قابل ذكر است آنچه در نمودار راديواكتيويته طبيعي سنگها مشاهده مي شود ميزان اكتيويته واقعي سنگها نيست بلكه تا حدودي متفاوت است. اين به دليل وجود عواملي مثل لوله جداري ـ سيمان و گل كه خود سبب كاهش شدت اشعه گاماي طبيعي مي‌شوند.
2-9-2- روش گاما، گاما (G.G.L)

در اين روش، دياره هاي گمانه تحت تابش اشعه گاما قرار مي گيرند و تأثير آن بر سنگهاي داخل گمانه بررسي مي شود. سوندي كه در اين روش به كار مي رود داراي يك مولد اشعه گاما است كه معمولاً كبالت 61 است و يك گيرنده اشعه است كه در دو سوي سوند قرار دارند و بين آنها يك مانع اشعه گاما (معمولاً‌از جنس سرب) قرار دارد كه از رسيدن مستقيم اشعه به گيرنده جلوگيري مي كند.

براي اينكه اشعه گاما با اشعه گاماي طبيعي تداخل نكند، بايستي شدت اشعه گامائي كه بر لايه ها فرستاده مي شود زياد باشد (معادل 2 تا 10 ميكروگرم راديوم). اشعه گامائي كه به اين ترتيب توليد مي شود، به لايه ها نفوذ كرده و با الكترونهاي عناصر تشكيل‌دهنده آنها برخورد مي كند. اين امر سبب تفرق اشعه گاما و كاهش انرژي آن شده و قسمتي از آن نيز برمي گرد و توسط دستگاه گيرنده كه در قسمت ديگر سوند قرار دارد، ثبت مي شود.

شدت اشعه اخير، يعني اشعه اي كه پس از پراكنش توسط الكترونهاي عناصر به دستگاه گيرده مي رسد، تابعي از وزن مخصوص مواد، شدت اشعه ارسالي، قطر گمانه و فاصله منبع و گيرنده است و معمولاً برحسب ضربه در دقيقه بيان مي شود.