مجله علوم و فنون هسته ای
سال:1400 | دوره:42 | شماره:2 (پیاپی 96) |تعداد مقالات:15

یک مدل بهینه سازی نیمه کلاسیک جهت کنترل فرایند تولید هماهنگ های مراتب بالا و افزایش فرکانس قطع معرفی شده است. ویژگی و مشخصات میدان لیزر تابشی جهت بیشینه سازی فرکانس قطع توسط این مدل تعیین شده است. صحت این مدل بهینه سازی نیمه کلاسیک توسط طیف هماهنگ های مراتب بالا از مولکول فلویور براساس روش کوانتومی در حالت اعمال میدان لیزر دو-رنگی مورد ارزیابی قرار گرفته و تایید شده است. طیف هماهنگ مراتب بالا با کمک نظریه تابعی چگالی وابسته زمانی در سه بعد حقیقی با استفاده از برنامه اختاپوس انجام گرفته است. نتایج مطالعه نشان داد با ترکیب دو میدان لیزر در حالت بهینه شده، فرکانس قطع مولکول فلویور 96 % نسبت به اعمال ترکیب بهینه نشده دو میدان لیزر افزایش می یابد. هم چنین پهنای زمانی پالس آتوثانیه تولید شده از as 200 در حالت اعمال میدان دو-رنگی بهینه نشده به as 135 در حالت اعمال میدان دو-رنگی بهینه شده کاهش یافته است.

در این پژوهش به بررسی عملکرد زنجیره مربعی در جداسازی ایزوتوپ های پایدار تلوریم پرداخته شده است. انتخاب مناسب مرحله ورود خوراک، برش مرحله اول زنجیره و برش زنجیره مربعی از جمله پارامترهای موثر در جداسازی ایزوتوپ ها در زنجیره مربعی هستند. نتایج نشان داد که در فاکتورهای جداسازی مختلف، انتخاب مرحله ورود خوراک در بخش های میانی زنجیره، منجر به نتایج مناسبی خواهد شد. هم چنین استنباط می گردد که اگر برش مرحله اول زنجیره به صورتی انتخاب شود که برش های مراحل در بخش تهی سازی یکسان به دست آید، به ازای این برش، دو گروهی شدن اجزاء از بالاترین مقدار ممکن برخوردار خواهد بود. بر اساس انتخاب این برش برای مرحله اول زنجیره، یکی از راهبردهای ممکن همراه با تهیه کدی به نام SQCASSIM جهت جداسازی ایزوتوپ های پایدار تلوریم تا غنای بیش از 90 درصد ارایه شده است.

با توجه به اهمیت تفلون در صنایع نظامی، به ویژه صنعت موشکی و هوافضا، بررسی تاثیر تابش های مختلف هسته ای بر روی خواص فیزیکی این پلیمر می تواند تا حد زیادی به فرایند ساخت و مهندسی قطعاتی که از این پلیمر در ساخت آن ها استفاده شده، کمک کند. در این پژوهش نوارهای تفلون با دزهای جذبی مختلف تابش گاما از 1 تا kGy 12 پرتودهی شدند. در ادامه برای ارزیابی خواص مکانیکی، آزمون کشش و برای بررسی تغییرات در خواص ساختاری، طیف FTIR از نمونه های تفلون گرفته شد. در بررسی های ساختاری، تغییراتی هم چون تشکیل پیوند دوگانه در ساختار نوار تفلون پرتودهی شده، مشاهده شد. هم چنین در اندازه گیری پارامترهای مکانیکی، کاهشی در مقدار تنش و کرنش در نقطه استحکام نهایی و نقطه پارگی به دست آمد. با توجه به نتایج به دست آمده، مشخص شد که در ساختار نوار تفلون پرتودهی شده، پیوندهای دوگانه تشکیل می شود و این به معنای شکست زنجیره اصلی است. در خواص مکانیکی نیز بهبودی دیده نمی شود.

در این مطالعه، تاثیر نیروی های واکنش تابش در مدل های کلاسیکی و کوانتومی بر رفتار پلاسما و میدان های الکترومغناطیسی در برهم کنش لیزرهای فوق پرتوان (2W/cm 1023-1022~I) با پلاسماهای نزدیک بحرانی (حدود چند دهم تا چند برابر چگالی بحرانی) با استفاده از شبیه سازی ذره در سلول در یک بعد مکانی در فرمول بندی های کلاسیکی و کوانتومی بررسی شده است. نتایج نشان می دهند نیروی واکنش تابش تاثیر قابل ملاحظه ای بر اختلالات پلاسمایی القا شده و تحولات آن ها و هم چنین تحولات خودسازگار لیزر دارد. به طور کلی، در شدت های فوق نسبیتی بالاتر (حدود 2W/cm 1023)، وارد کردن اثرات واکنش تابش باعث افزایش تزریق انرژی پالس به پلاسما می شود. این انرژی تزریق شده یا صرف افزایش انرژی مکانیکی اختلال پلاسما (افزایش جذب موثر) شده یا به صورت تابش فوتون های فرابنفش به بیرون هدر می رود. در شدت های پایین تر (حدود 2W/cm 1022)، پدیده واکنش تابش بیش تر همانند یک نیروی اتلافی و اصطکاکی نقش ایفا کرده و میزان جذب موثر و دامنه موج پلاسمایی را کاهش می دهد. اگرچه اثر اصطکاکی نیروی واکنش تابش ملموس و قابل انتظار است، اثر مشاهده شده در افزایش جذب در شدت های بالاتر، یک پدیده غیرخطی پیچیده و غیرعادی است. علاوه براین، وجود نیروی واکنش تابش باعث ایجاد بعضی تغییرات الگویی در موج پلاسمایی و اشباع شدگی در جذب انرژی لیزر می شود. در این پژوهش، ضمن گزارش این پدیده ها و هم چنین مقایسه هایی بین نتایج فرمول بندی های کلاسیکی و کوانتومی، توضیحاتی در مورد آن ها ارایه شده است.

شناسایی و اندازه گیری میزان پرتوزایی ذرات معلق در هوا یک امر ضروری و بسیار مهم برای شناخت و تخمین اثر آلودگی های پرتوزا بر سلامت افراد و محیط زیست است. طیف سنجی گاما یکی از مفیدترین روش های آنالیز کمی و کیفی نمونه ها از جمله فیلترهای هوا است. یکی از اقدامات اولیه و ضروری در انجام آنالیز نمونه ها توسط طیف سنجی گاما، کالیبره کردن این تجهیز است که نیازمند چشمه های استاندارد مناسب می باشد. هدف از این پژوهش طراحی و ساخت یک چشمه استاندارد مناسب با هندسه فیلتر و سپس کنترل کیفی و صحه گذاری آن است. به این منظور از فیلتر هوای هپای دایره ای شکل با قطر mm 60 استفاده گردید. سیستم طیف سنجی HPGe با استفاده از چشمه استاندارد ساخته شده کالیبره گردید. نتایج شمارش چشمه ساخته شده و کنترل کیفی آن صحت روش ساخت چشمه را نشان داد. صحه گذاری روش ساخت چشمه به وسیله روش اسپایک، خطای قابل قبول 8 % را نشان داد.

رآکتورهای ماژولار کوچک SMR و واداشته توسط شتاب دهنده ADS به دلیل دارا بودن ویژگی های منحصر به فرد، توسط بسیاری از پژوهش گران در سراسر جهان مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرند. در این پژوهش، هدف فوتونوترونی مناسب برای رآکتور ماژولار کوچک هولوس با استفاده از کد 6/2 MCNPX طراحی و بهینه شد. بردهای تقریب کندشدگی پیوسته (CSDA) الکترون های عبوری از تانتالیم، تنگستن، جیوه، سرب و سرب-بیسموت بررسی شدند. آهنگ تولید و نشت نوترون و فوتون، مقدار ذخیره و انباشت گرمای حاصل از نوترون و فوتون در فرایند بمباران الکترونی اهدافی از جنس تانتالیم، تنگستن، جیوه، سرب و سرب-بیسموت با انرژی های الکترونی 100 تا MeV 1000 محاسبه شدند. موارد دیگری مانند بهینه سازی ابعاد هدف فوتونوترونی به ازای الکترون های 20 و MeV 200 و انتخاب انرژی بهینه الکترون های فرودی برای هدف فوتونوترونی با ابعاد بهینه نیز مورد بررسی قرار گرفتند.

در این مقاله با بهره گیری از توابع انرژی و روش هامیلتون-لاگرانژ، مدلی از دینامیک جریان پلاسما و معادلات دینامیکی مابین آن با جریان سیم پیچ های فعال در توکامک دماوند استخراج شده است. در فرایند محاسبه پارامترهای مدل دینامیک جریان پلاسما، از محاسبات تحلیلی بر پایه قوانین فیزیکی و هم چنین روش های تخمین پارامتر مبتنی بر مدل جعبه خاکستری استفاده شده است. از داده های سه شات تجربی توکامک دماوند در حضور پلاسما به منظور تخمین پارامتر نامشخص مدل و هم چنین صحه گذاری استفاده شده است. نتایج مدل سازی جریان پلاسما بیان گر مدل دینامیکی با پارامترهای متغیر به صورت تابعی از شرایط و موقعیت مکانی پلاسما است. در این مقاله، بر اساس مدل سازی صورت گرفته، یک کنترل کننده مقاوم تناسبی-انتگرالی به منظور کنترل جریان پلاسما با استفاده از مقدار جریان سیم پیچ های مرکزی و تعادلی و نحوه تاثیر گذاری آن ها طراحی شده است. مقایسه نتایج شبیه سازی با داده های تجربی بیان گر عملکرد قابل قبول سیستم کنترل طراحی شده است.

تابش دهی لیزری پلیمرها سبب تغییر مشخصات ساختاری سطح و خواص نوری آن ها می شود. پلی متیل متاآکریلات (PMMA) از جمله پلیمرهایی است که به دلیل دارا بودن ویژگی هایی مانند ارزان بودن و زیست سازگاری، کاربرد فراوانی در بخش های مختلف از جمله ساخت ابزارهای پزشکی ریزشاره دارد. هدف از این مطالعه، بررسی اثر تعداد پالس و شاریدگی های بالاتر از حد آستانه لیزر گازکربنیک در ایجاد ریزساختارهای ایجاد شده بر روی سطح پلیمر PMMA و تغییر خصوصیات نوری آن، از جمله ضریب جذب، ضریب شکست و انرژی گاف نواری بوده است. نتایج به دست آمده بیانگر شکل گیری ریزساختارها بر روی سطح پلیمر PMMA در شاریدگی های بالاتر از حد آستانه لیزر گازکربنیک است. در یک شاریدگی ثابت، با افزایش تعداد پالس های برخوردی به سطح پلیمر تراکم و پهنای ریزساختارها به ترتیب افزایش و کاهش می یابند. با افزایش شاریدگی در یک تعداد پالس برخوردی ثابت نیز روند مشابهی در ریزساختارها شکل می گیرد. در بازه شاریدگی های مورد بررسی در این مطالعه، 10-50 ژول بر سانتی متر مربع، پهنای کانال های ریزساختار بین 10-150 میکرومتر اندازه گیری شده است. در تطابق با نتایج تجربی پیشین، نتایج این مطالعه بیانگر افزایش ضریب جذب، گاف نواری انرژی و ضریب شکست پلیمر PMMA پس از برهم کنش با لیزر گاز کربنیک است.

مطالعه فرایند جذب و تبخیر سیالات در محیط های متخلخل در علومی هم چون زمین شناسی، عمران، محیط زیست و. . . از اهمیت ویژه ای برخوردار است. یکی از دقیق ترین روش ها برای بررسی فرایندهای مذکور، پرتونگاری نوترونی است. با توجه به سطح مقطع بالای برهم کنش نوترون های حرارتی با هیدروژن، بررسی فرایند جذب و تبخیر سیالات حاوی هیدروژن هم چون آب، نفت و. . . در داخل مواد متخلخل با حساسیت بالایی امکان پذیر می باشد. در این پژوهش با استفاده از تکنیک پرتونگاری نوترونی دیجیتالی بلادرنگ به بررسی روند تبخیر آب از داخل یک نمونه متخلخل ساختمانی در دمای C° 10 محیط آزمایشگاه پرداخته شده است. بدین منظور یک قطعه آجر ساختمانی به مدت 24 ساعت در آب غوطه ور گردید و سپس در مقابل باریکه نوترونی قرار داده شد. در طول 145 دقیقه زمان فعالیت رآکتور، 30 تصویر با فواصل زمانی 5 دقیقه از نمونه مرطوب ثبت گردید. تصاویر به دست آمده نشان داد که با استفاده از تکنیک به کار گرفته شده، تغییر توزیع و مقدار حجمی آب در داخل نمونه به خوبی قابل مشاهده است. هم چنین نتایج نشان داد که نسبت حجمی آب موجود در نمونه با آهنگ 4-10×94/3 درصد بر ثانیه در دمای محیط آزمایشگاه تبخیر می گردد.

پلاسماهای لیزری به عنوان یکی از منابع تولید لیزر پرتو ایکس نرم حایز اهمیت می باشد. قابلیت کنترل ضریب بهره پرتو خروجی و کیفیت آن از طریق کنترل پارامترهای لیزر و پلاسما از جمله مزیت های این روش است. در این پژوهش، یک پالس دمش به همراه یک پیش پالس بر روی هدف ژرمانیم به عنوان محیط فعال تقویت کننده پلاسمایی می تابد و بهره لیزر پرتو ایکس نرم در طول موج nm 6/19 محاسبه می شود. به منظور مطالعه اثر پارامترهای لیزری از قبیل شدت، پهنای پالس و اختلاف زمانی بین دو پالس از کد هیدرودینامیکی MED103 استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که برای دستیابی به بیشینه بهره لیزر پرتو ایکس نرم یک پهنای پالس بهینه برای پیش پالس و نیز پالس اصلی دمش وجود دارد. به علاوه مطابق با نتایج به دست آمده با افزایش شدت پیش پالس مقدار بهره لیزر پرتو ایکس نرم ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد در حالی که با افزایش شدت پالس اصلی دمش، این مقدار به طور پیوسته افزایش می یابد. هم چنین مناطق بهینه مکانی و زمانی بهره لیزر پرتو ایکس نرم در شرایط مختلف اختلاف زمانی دو پالس آورده شده است.

با توجه به محدود بودن ذخایر اورانیم و مزایای سوخت های توریمی نسبت به سوخت های اورانیمی، توسعه چرخه سوخت توریم در کشورهای مختلف ازجمله ایران مورد توجه قرار گرفته است. یکی از انواع سوخت های توریمی مورد استفاده در راکتورهای هست ه ای، سوخت مخلوط دی اکسید اورانیم-توریم است. نوع روش سنتز پودر، نکته ای کلیدی در کارایی بهتر و بهینه ی این سوخت در راکتور است. هدف اصلی این مطالعه، ساخت مخلوط نانوذرات اکسیدی توریم و اورانیم با ترکیب درصد وزنی 30% تا 70% 2O(Th-U) بود. با استفاده از طراحی آزمایش تاگوچی اثر چهار پارامتر غلظت، زمان، درصد اولیه نیترات اورانیم-توریم در محلول و دما بررسی شد. نانوذرات سنتزشده با آنالیزهای XRD، BET، EDS و SEM مشخصه یابی شدند. در بهترین شرایط نمونه ی پودری با خصوصیت (15/33% تا 85/66% 2O(Th-U)) به دست آمد. نمونه بهینه دارای ذراتی با اندازه nm 25/13 و خلوص 100% بود که نشان دهنده کارایی بالای سیال فوق بحرانی برای تولید نانوذرات است. نتایج نشان داد که روش هیدروترمال فوق بحرانی عملکرد مطلوبی جهت تولید مخلوط نانوذرات اکسیدی توریم و اورانیم دارد.

در این پژوهش، امکان بازیابی اورانیم از محلول های آبی با استفاده از فرایند الکترودیالیز بررسی شد. اثر زمان جداسازی، اختلاف پتانسیل الکتریکی، دبی، اسیدیته، غلظت اورانیم و غلظت محلول شستشوی الکترودها مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که زمان پایداری الکترودیالیز کم تر از 20 دقیقه است. با افزایش اختلاف پتانسیل الکتریکی از 5 تا V 20، جداسازی اورانیم افزایش یافت و سپس به دلیل پدیده آبکافت، ثابت ماند. به دلیل مقاومت کم تر، عملکرد مدول غشایی تک محفظه ای از مدول چندمحفظه ای مناسب تر بود. با افزایش دبی و غلظت خوراک، جداسازی اورانیم به دلیل کاهش زمان اقامت و افزایش پدیده پلاریزاسیون غلظتی کاهش یافت. افزایش اسیدیته خوراک به دلیل رقابت بین یون های اسید با اورانیم، باعث کاهش جداسازی اورانیم و افزایش شدت جریان الکتریکی گردید. با افزایش غلظت نیترات سدیم در محلول شستشوی الکترودها از 01/0 به M 25/0، درصد جداسازی اورانیم افزایش یافت. نتایج این پژوهش نشان داد که امکان بازیابی اورانیم از محلول های آبی با استفاده از فرایند الکترودیالیز وجود دارد.

علی رغم اینکه سیستم های فیزیکی بیش تر توسط معادله های دیفرانسیل معین مدل سازی می شوند، چون در اغلب موارد از اثرات تصادفی صرف نظر شده است، از این رو جواب ها با نتایج تجربی سازگار نیستند. در این پژوهش، هدف بررسی اثر اختلال تصادفی « نوفه سفید » بر روی دو مدل فیزیکی است. در ابتدا متغیرها و فرایندهای تصادفی مرور شده است. سپس به حل معادله لانگوین، که فرم کلی یک معادله تصادفی با اختلال نوفه سفید است، پرداخته شده و دو مدل تصادفی فیزیکی برای جریان الکتریکی و تابش مواد رادیواکتیو گردیده است. این کار با در نظر گرفتن جمله اختلالی نوفه سفید در معادلات دیفرانسیل معمولی مربوطه انجام می شود. با حل این معادلات تصادفی، تابع مقدار میانگین، تابع واریانس و نیز تابع فرایندهای تصادفی به دست خواهند آمد. در نهایت برای مطالعه بیش تر نتایج به دست آمده، ضمن انجام شبیه سازی، نمودارهای آن ها نمایش داده شده اند. به منظور شبیه سازی حرکت تصادفی مورد نظر، از روش مونت کارلو در محیط نرم افزارExcel استفاده شده است.

اسکاندیم-47 در درمان رادیونوکلییدی، به ویژه در تصویربرداری برش نگاری رایانه ای تک فوتونی (SPECT) قابلیت استفاده دارد. در این پژوهش، به منظور تولید رادیونوکلیید Sc47، برهم کنش پروتونی تیتانیم طبیعی در سیکلوترون کرج مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا، توابع برانگیختگی واکنش های منجر به تولید رادیونوکلیید Sc47 به همراه ناخالصی های رادیوایزوتوپی همراه آن، با استفاده از کدهای هسته ای TALYS-1. 9، ALICE/ASH و EMPIRE-3. 2. 2 ارزیابی شده است. ضخامت هدف برای بهترین محدوده ی انرژی پیشنهادی با استفاده از توان توقف های به دست آمده از کد SRIM-2013 تخمین زده شده است. بهره ی تولید نظری برای هر واکنش با استفاده از انتگرال سیمپسون محاسبه گردیده است. فویل تیتانیم طبیعی توسط باریکه ی پروتونی با انرژی MeV 5/29، در سیکلوترون کرج بمباران گردیده است. شدت جریان کلی پرتودهی شده روی هدف در پایان بمباران، μ A· h 5 بوده است. از روش استخراج مایع-مایع، برای جداسازی ناخالصی های رادیوایزوتوپی استفاده شده است. کنترل کیفی با استفاده از طیف نگاری پرتو گاما انجام پذیرفته است. بازده جداسازی اسکاندیم-47 برابر 95% به دست آمده است. نتایج تجربی به دست آمده، توافق خوبی را با نتایج شبیه سازی و داده های تجربی منتشر شده نشان می دهد.

در دسترس بودن برق نیروگاه جهت بهره برداری ایمن نیروگاه های تجاری و بازیابی سیستم های ایمنی در مواقع حوادث، امری ضروری است. حادثه قطع برق خارجی نیروگاه (LOOP) یکی از حوادثی است که پس از حادثه فوکوشیما مورد توجه قرار گرفته است. اگر حادثه LOOP با روی خط آمدن دیزل ژنراتورهای واقع در سایت نیروگاه همراه نباشد، موجب وقوع حادثه قطع کامل برق نیروگاه (SBO) می گردد. در این مقاله حادثه هم زمان از دست رفتن خنک کننده در محدوده شکست های کوچک (SB-LOCA)، همراه با حادثه LOOP با در نظر گرفتن سناریو بازگشت و عدم بازگشت برق اضطراری برای شکست های mm 25، mm 50 و mm 100 با استفاده از کد ترموهیدرولیک RELAP5، مورد ارزیابی قرار گرفته است. هم چنین در ارزیابی سناریوی بازگشت برق اضطراری صورت گرفته، بازیابی برق نیروگاه در ساعت اول و دوم مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این شبیه سازی نشان داد که در ساعت اول بازیابی برق اضطراری، قلب رآکتور در هر سه شکست در آستانه آسیب به سوخت قرار نمی گیرد. این در حالی است که در ساعت دوم بازیابی برق اضطراری، قلب رآکتور پیش از روی کار آمدن دیزل ژنراتور های اضطراری برای شکست های mm 25 و mm 50، در آستانه ذوب قرار می گیرد. بنابراین نتایج به دست آمده نشان می دهد که در محدوده شکست های کوچک در شرایط نبود برق نیروگاه، حداقل تا ساعت اول فرصت جهت بازیابی برق اضطراری و سیستم های ایمنی وجود دارد.