مجله علوم و فنون هسته ای
سال:1394 | دوره:36 | شماره:4 (مسلسل 74) |تعداد مقالات:12

چکیده: رآکتورهای آب سبک با بازده بالا یکی از انواع رآکتورهای آب سبک در فشار فوق بحرانی اند که توسط اتحادیه ی اروپا مورد مطالعه و طراحی قرار گرفته است. این مقاله تغییرات سطح مقطع های نوترونی و ضریب تکثیر مؤثر رآکتور را برای مقدار های مختلف نانوذره در خنک کننده مورد بررسی قرار می دهد. در این رابطه، 4 نانوسیال با مقدار های مختلف نانوذرات 3O 2 Al ، 2TiO، CuO و Cu بررسی شده است. با به کا ر گیری کدهای 5WIMS-D و 2CITATION-LDI نوع و غلظت نانوذره ی مناسب در سیال خنک کننده محاسبه شد. یافته های اولیه نشان داد که در مقدار های پایین (کمتر از 1 درصد حجمی) استفاده از نانوسیال آلومینا در خنک کننده ی رآکتور مناسب تر از سایر نانوسیال های مورد بررسی است.

در رآکتورهای تحقیقاتی از نوع استخری نظیر رآکتور تهران که از تسهیلات پرتودهی ستون گرمایی بهره می برند، پرتوهای گامای تولیدی در قلب رآکتور توسط تیغه ی سربی ستون گرمایی که در مجاورت قلب قرار دارد جذب می شوند. این فرایند با تولید گرما در تیغه ی سربی همراه است و باعث ایجاد جریان جابه جایی طبیعی بین تیغه ی سربی و دیواره ی قلب می شود. در این پژوهش، جریان و انتقال حرارت 3 بعدی در کانال شکل گرفته از تیغه ی سربی ستون گرمایی و دیواره ی قلب به طور عددی با استفاده از کد دینامیک سیال های محاسباتی (CFD) شبیه سازی شد. هدف از این شبیه سازی تعیین توزیع دما بر روی تیغه ی سربی و یافتن راه حلی برای جلوگیری از پدیده ی جوشش هسته ای بود که ممکن است روی سطح تیغه ی سربی اتفاق بیفتد. یافته ها نشان داد که در شرایط جریان طبیعی، بیشینه دمای سطح تیغه ی سربی از دمای متناظر با جوشش هسته ای سیال بیش تر است. در نتیجه با امتداد صفحه ی مشبک به زیر کانال مابین تیغه ی سربی و دیواره ی قلب و برقراری شرایط جریان اجباری به عنوان راهکاری مؤثر می توان از جوشش سیال جلوگیری کرد.

با استفاده از یک مدل عددی، رفتار گذرای ناشی از تزریق واکنش پذیری های مثبت و کاهش جریان خنک کنندگی رآکتور تهران بررسی و نتیجه های آن با داده های تجربی و کد PARET مقایسه شد. بخش نوترونیک مدل با استفاده از روش ویژه- مقدار، که در آن پارامترهای وابسته به زمان معادله-های سینتیک نوترون در بازه های زمانی کوچک ثابت فرض می شود، و بخش ترموهیدرولیک مدل با استفاده از مدل توده ای حل شد. محدودیت استفاده از این مدل نرسیدن دمای خنک کننده به دمای اشباع و باقی ماندن خنک کننده در فاز مایع است. مقایسه ی یافته ها نشان داد که هم خوانی خوبی بین داده های تجربی و نتیجه های حاصل از کد برقرار است. هدف اصلی این مطالعه به کارگیری روش های ساده ی محاسباتی و اعتبارسنجی آن با استفاده از داده های تجربی بود. استفاده از چنین مدل هایی توسط گروه بهره برداری رآکتور برای پیش بینی کیفی رفتارهای گذرای رآکتور و نیز مقاصد آموزشی بسیار مفید است.

متاستاز استخوان عارضه ای است که می تواند درد شدید، شکستگی استخوان، فشردگی ستون فقرات، هایپرکلسیمیا و مشکل های دیگری برای بیماران به وجود آورد. رادیونوکلیدهای بتاگسیل مختلفی برای تسکین درد استخوان استفاده شده اند، اما اخیراً رادیونوکلیدهای آلفاگسیل نتیجه های قابل قبولی برای درمان متاستاز استخوان ارایه داده اند. رادیم-223 (d 43/11=2/1t) یکی از رادیونوکلیدهای آلفاگسیل است که ذرات آلفای پرانرژی (MeV 64/5=Eav) با انتقال انرژی خطی (LET) بالا گسیل و دز کشنده ای به سلول های سرطانی می رساند. در این پژوهش امکان تولید Ra223 از Ra226 در رآکتور تحقیقاتی تهران و در شار نوترون گرمایی 1-s 2-cm 1013×4، با استفاده از نرم افزار MATLAB بررسی و نتیجه های حاصل با داده های تجربی مقایسه شد. به طور متوسط بالای 80 درصد توافق بین نتیجه های تجربی و نظری حاصل شد و فعالیت قابل قبولی از Ac227، مادر- هسته ی Ra223 به دست آمد. نتیجه ها نشان داد که با بمباران نوترونی حدود 5/2 میلی گرم Ra226 در رآکتور به مدت 1 ماه و پس از خنک شدن نمونه به مدت 4 ماه، امکان تولید حدود 51/8 مگابکرل (23/0 میلی کوری) Ra223 وجود دارد که با توجه به تزریق حدود 7/3 مگابکرل (1/0 میلی کوری) برای هر بیمار 70 کیلوگرمی، می توان به بیش از 2 بیمار در هر دوره ی تعادل، این رادیودارو را تزریق کرد.

در این پژوهش جذب زیستی توریم از محلول های آبی به وسیله ی پوست پرتقال و سلولز استحصال شده از آن مطالعه و با یک دیگر مقایسه شد. مطالعه های سینتیکی نشان داد که برای جذب توریم به وسیله ی پوست پرتقال مدل های سینتیکی الویچ و شبه مرتبه ی دوم و به وسیله ی سلولز مدل سینتیکی مرتبه ی دوم به خوبی با نتیجه های تجربی مطابقت دارد. هم دما های جذب لانگمویر، فروندلیچ، دوبینین- رادشکویچ، تمکین و ردلیش- پترسون بررسی و برای یافتن بهترین هم دما، سه روش تحلیل خطا شامل ضریب همبستگی (2R)، جذر متوسط مربع خطاها (RMSE) و آزمون مجذور کی (2χ) مورد استفاده قرار گرفت. تحلیل خطاها برای پوست پرتقال نشان داد که از میان مدل های هم دما به ترتیب، مدل ردلیش- پترسون، تمکین، دوبینین- رادشکویچ و فروندلیچ دارای کم ترین خطا هستند. در مورد سلولز هم دمای فروندلیچ دارای کم ترین خطا بود. یافته ها نشان داد که زمان لازم برای به تعادل رسیدن فرایند جذب توریم به وسیله ی پوست پرتقال 4 ساعت و به وسیله ی سلولز حدود 1 ساعت است. استفاده از سلولز پوست پرتقال به عنوان جاذب باعث افزایش سرعت جذب و کاهش زمان تعادل شده است.

استخراج ناپیوسته ی توریم برای تعیین استوکیومتری گونه های توریم (IV) استخراج شده به انجام رسید. تأثیر غلظت اسید، استخراج کننده و دما بر روی استخراج توریم بررسی شد. یافته ها نشان داد که سازوکار استخراج توریم در غلظت های پایین و بالای نیتریک اسید (به ترتیب، <1-mol L 001/0 و 1-mol L 8) از نوع حلال پوشی و در ناحیه ی غلظت متوسط (1-mol L 1) از نوع تبادل کاتیونی است. با استفاده از روش تحلیل شیب، مشخص شد که گونه ی استخراج شده ی توریم به فاز آلی به صورت A.HA(3NO)2(OH)Th است. بررسی های ترمودینامیکی نشان داد که فرایند استخراج توریم (IV) خودبه خودی (° >G ) و گرمازا (° >H ) بوده و در آن بی نظمی کم می شود (° > S). مقدار انرژی فعال سازی واکنش استخراج توریم (IV) برابر با 46/17 کیلوژول بر مول محاسبه شد که نشان دهنده ی آن است که واکنش استخراج به وسیله ی فرایند نفوذ کنترل می شود.

ابتدا با بمباران هدف های جامد به وسیله ی طیف های الکترون های تولید شده از برهم کنش لیزر- پلاسما، تولید پرتو ایکس ترمزی با استفاده از کد MCNPX شبیه سازی شد. سپس شبیه سازی تولید نوترون از برهم کنش فوتون های پرتو ایکس با هدف جامد ثانویه به انجام رسید. هدف از انجام این کار ارزیابی پارامترهای مناسب چشمه ی الکترون و هدف برای تولید مؤثر فوتون و نوترون بود. بدین ترتیب امکان تعیین بهترین شرایط چشمه و هدف از جمله جنس و ضخامت بهینه ی هدف، طیف مناسب الکترون، و زاویه ی بهینه گسیل فوتون برای افزایش بازده تولید پرتو ایکس فراهم می-آید. این کار به نوبه ی خود به بهبود تولید شار فوتونوترون برای کاربردهای مختلف از جمله پزشکی منجر می شود. یافته ها نشان داد که با افزایش انرژی بیشینه ی الکترون، ضخامت بهینه و بازده خروجی افزایش می یابد. هم چنین برای مواد با چگالی و عدد اتمی بزرگ تر، افزایش گسیل فوتون های ترمزی که در ضخامت های کوچک تر روی می دهد، منجر به تولید بیش تر شار نوترون می شود.

بهینه سازی سنجه های محیط پلاسمایی کلید گازی سه الکترودی تریگاترون، به دلیل کاربرد گسترده ی آن در اغلب تجهیزهای پلاسمایی، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. مبانی نظری کار مبتنی بر شبیه سازی مدار تخلیه شامل: خازن اصلی، ضریب القایی مدار و مقاومت پلاسما در حالت کلید بسته، با یک نوسان گر کندمیرا بوده است. ولتاژ کلید در محدوده ی 6 تا 15 کیلوولت، فشار داخل کلید در بازه ی 1 تا 5/1 اتمسفر و شکاف جرقه در گستره ی 4/1 تا 8/2 میلی متر بود. چگالی الکترون محیط پلاسمایی درون کلید گازی در حالت شکست خودبه خود با استفاده از اندازه گیری جریان و ولتاژ وابسته به زمان کلید تعیین شد. چگالی الکترونی پلاسما در محدوده ی 1024×5/0 تا 1024×5/3 بر متر مکعب به دست آمد و این بازه با مقدارهای گزارش شده برای محیط پلاسمایی مربوط به تخلیه ی قوس و جرقه در فشار جو و بالاتر از آن، که مبتنی بر عملکرد جویباری شکست الکتریکی است، در تطابق خوبی است.

در حال حاضر حدود 20 الی 25 درصد محصول های کشاورزی به صورت ضایعه هایی از چرخه ی مصرف خارج می شود. برای بررسی نقش مصرف بهینه ی کود در افزایش اثربخشی پرتو گاما، آزمایشی به صورت طرح فاکتوریل در قالب طرح پایه ی بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار در سیب زمینی رقم پیکاسو انجام شد. در این آزمایش سه عامل شامل نوع کوددهی (مصرف کود براساس عرف زارعین و مصرف بهینه ی کود براساس یافته های تجزیه ی خاک)، پرتودهی با پرتو گاما (شاهد و پرتودیده) و زمان اندازه گیری عامل های مورد نظر (قبل از انبارداری و 6 ماه پس از انبارداری) استفاده شد. نمونه ها با دز 15/0 کیلو گری پرتودهی شده و به مدت 6 ماه تحت دمای 15 الی 20 درجه ی سلسیوس و رطوبت نسبی 40 الی 60 درصد نگه داری شدند. درصد ماده ی خشک و مقدار نیترات و کادمیم، قبل و بعد از ذخیره سازی، اندازه گیری شد. یافته ها نشان داد در حالی که درصد ماده ی خشک در نمونه های عرف زارع پرتودهی نشده در طول مدت انبارمانی از 86/16 به 44/21 و در نمونه های پرتودهی شده از 68/17 به 41/19 و در شرایط بهینه ی مصرف کود نمونه های پرتودهی نشده از 09/20 به 18/23 و در نمونه های پرتودهی شده از 75/19 به 65/20 درصد افزایش یافت. نظر به این که میزان کاهش وزن غده های حاصل از تیمار مصرف بهینه ی کود در مدت انبارمانی حداقل بود، برتری پرتودهی در شرایط مصرف بهینه ی کود بر افزایش ماندگاری سیب زمینی در مقایسه با مصرف کود براساس عرف زارع، به اثبات رسید. بنابراین، توصیه می شود در تمامی فرآورده های کشاورزی، قبل از پرتودهی با پرتو گاما، مصرف بهینه ی کود در تولید آن ها رعایت شود. زیرا اثربخشی مصرف بهینه ی کود (مصرف کودها براساس یافته های تجزیه ی خاک در قبل از کاشت) بر ماندگاری سیب زمینی به دلیل بهبود کیفیت تولیدات کشاورزی به ویژه افزایش درصد ماده ی خشک، به مراتب بیش تر است.

برای دفن پس ماندهای هسته ای تولید شده در رآکتورهای هسته ای از مخزن های مسی جدار ضخیم و با مقاومت بالا در برابر خوردگی استفاده می کنند. در سال های اخیر برای بهبود خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی مخزن های مسی از روش جوش کاری اصطکاکی تلاطمی استفاده شده است. پیش از این برای جوش کاری این مخازن از روش جوش کاری با باریکه ی الکترونی استفاده می شد. جوش کاری اصطکاکی تلاطمی به دلیل این که در حالت جامد انجام می شود تنش پس ماند کم تری در فلز ایجاد می کند و در نتیجه مقاومت در برابر خوردگی فلز نسبت به دیگر روش های جوش کاری که در حالت مذاب صورت می گیرند، بهبود می یابد. در این مقاله برای دست یابی به سرعت چرخشی بهینه در جوش-کاری اصطکاکی تلاطمی، ورق های مسی به ضخامت mm 4 با سرعت خطی ثابت 25 میلی متر بر دقیقه به روش جوش کاری اصطکاکی تلاطمی جوش کاری شدند. توزیع دمایی اندازه گیری شده در منطقه ی جوش حاکی از افزایش شدید دما با افزایش سرعت چرخشی از 900 به1200 دور بر دقیقه بود. تجزیه و تحلیل تصویرهای فلزنگاری نشان داد که افزایش سرعت چرخشی باعث افزایش اندازه ی دانه ی فلز مس در منطقه-ی مرکزی جوش می شود. در بررسی های مربوط به خواص مکانیکی نمونه ها مشاهده شد که سختی بیشینه در سرعت چرخشی 900 دور بر دقیقه به دست می آید. هم چنین استحکام بیشینه و درصد ازدیاد کمینه ی طول نیز در این سرعت چرخشی حاصل می شود.

چکیده: جداسازی جامد- مایع با استفاده از روش غلیظ سازی در دوغاب حاصل از فروشویی خاک آنومالی یک ساغند مورد بررسی قرار گرفت. در صنایع فراوری مواد معدنی انتخاب صحیح نوع لخته ساز و میزان آن می تواند کاهش قطر غلیظ کننده و در نتیجه کاهش هزینه و افزایش بازده جدایش را به دنبال داشته باشد. بدین منظور، آزمایش های ته نشینی با استفاده از مقدارهای مختلفی از لخته ساز 300K- به انجام رسید. با مقایسه ی سرعت های ته نشینی، مقدار بهینه ی لخته ساز برای ته نشینی مؤثر جامد از محلول فروشویی خاک آنومالی یک ساغند، 80 گرم بر تن به دست آمد.

چکیده: یک روش مناسب و معمول برای تولید نیتروژن-13 استفاده از واکنش N13O(p,α)16 است. ماده ی هدف برای تولید نیتروژن-13 آب خالص است. آزمایش اول با بمباران پروتونی هدف آب خالص با بدنه ی نقره که سطح داخلی آن با طلا آب کاری شده بود انجام شد. اما به علت واکنش طلا با آمونیاک نشان دار شده با نیتروژن-13 که نقطه ی ضعف این لایه ی داخلی محسوب می شود، بدنه ی هدف مایع از جنس نیوبیم طراحی و ساخته شد. مهم ترین ویژگی نیوبیم مقاومت بالای شیمیایی این فلز است. رادیونوکلید نیتروژن-13 به وسیله ی باریکه ای از پروتون ها به انرژی 5/17 مگاالکترون ولت و با جریان 12 میکروآمپر و در مدت زمان 20 دقیقه تولید شد. بهره ی تولید در حدود 5/84 میلی کوری بر میکروآمپر ساعت به دست آمد.