2-2-10-2. نمونههای محیطی 037
2-2-10-3. نمونههای زیستی 037
2-2-10-4. گونههای زیستی و بالینی 037
2-2-10-5. نمونههای جامد 039
2-2-10-6. آنالیز یونهای معدنی 040
2-2-10-7. کاربرد صنعتی روش استخراج نقطهی ابری 041
فصل 3: روش کار 043
3- مواد و دستگاهها044
3-1. مواد 044
3-2. دستگاهها 044
3-3. روش کار044
3-3-1. بررسی فرآیند استخراج نقطهی ابری 044
3-3-2. کالیبراسیون سیستم تعیین غلظت نمونههای آبی 045
3-3-3. بهینه سازی فرآیند 046
3-3-3-1. بررسی اثر نوع سورفکتانت بر راندمان استخراج اورانیم 046
3-3-3-2. بررسی اثر نوع لیگاند بر راندمان استخراج اورانیم 046
3-3-3-3. بررسی اثر pH بر راندمان استخراج اورانیم 046
3-3-3-4. بررسی اثر غلظت سورفکتانت بر راندمان استخراج اورانیم 047
3-3-3-5. بررسی اثر غلظت لیگاند بر میزان استخراج اورانیم 047
3-3-3-6. بررسی اثر دمای تعادل بر راندمان استخراج اورانیم 047
3-3-3-7. بررسی اثر زمان تعادل بر راندمان استخراج اورانیم 047
3-3-3-8. بررسی اثر زمان ماند در سانتریفوژ بر راندمان استخراج اورانیم 048
3-3-3-9. بررسی اثر غلظت محلول اورانیم بر میزان استخراج اورانیم 048
3-3-3-10. کارآیی تجزیهای 049
3-3-3-10-1. بازیابی (درصد جداسازی) 049
3-3-3-10-2. فاکتور پیشتغلیظ 049
3-3-3-10-3. حد تشخیص (LOD) و نحوهی محاسبه آن 050
فصل 4: بحث و نتیجهگیری 052
4. نتایج 053
4-1. کالیبراسیون سیستم تعیین غلظت نمونههای آبی 053
4-2. تاثیر نوع سورفکتانت بر راندمان استخراج اورانیم 053
4-3. تاثیر نوع لیگاند بر راندمان استخراج اورانیم 054
4-4. تأثیر pH بر راندمان استخراج اورانیم 055
4-5. تأثیر غلظت سورفکتانت بر راندمان استخراج اورانیم 056
4-6. تأثیر غلظت لیگاند بر میزان استخراج اورانیم 057
4-7. تاثیر دمای تعادل، زمان تعادل و زمان ماند در سانتریفوژ بر میزان استخراج اورانیم 058
4-7-1. پارامترهای ترمودینامیکی 060
4-8. تأثیر غلظت اولیهی اورانیم بر میزان استخراج آن 061
4-9. اثر یونهای مزاحم بر استخراج اورانیم 061
4-10. کارآیی تجزیهای 062
4-11. کاربرد 062
فصل 5: بحث و نتیجهگیری 064
5-1. جمعبندی 065
5-2. پیشنهادات066
فهرست منابع 068
چکیده انگلیسی076
فهرست جدولها
جدول 1-1 غلظت اورانیم در برخی سنگها، پوستهی زمین و آب دریاها 08
جدول 2-1 مقایسهی تعدادی از روشهای تجزیهای 019
جدول 2-2 جداسازی تک عنصری با استفاده از روش استخراج نقطهی ابری 024
جدول 2-3 جداسازی دو عنصری با استفاده از روش استخراج نقطهی ابری 025
جدول 2-4 جداسازی سه عنصری با استفاده از روش استخراج نقطه ی ابری 026
جدول 2-5 طبقه بندی سورفکتانتها 029
جدول 2-6 CMC و CPT برای شماری از سورفکتانتهای غیریونی030
جدول 2-7 برخی از کاربردهای CPE در تجزیهی نمونههای محیطی 038
جدول 2-8 برخی از کاربردهای CPE در آنالیز نمونههای زیستی 038
جدول 2-9 کاربردهای استخراج نقطهی ابری در استخراج و پیشتغلیظ گونهها 042
جدول3-1 ساختار سورفکتانتها و لیگاندهای استفاده شده 045
جدول4-1 پرتوزایی محلولهای با غلظتهای مختلف اورانیم053
جدول4-2 کمیتهای ترمودینامیکی مربوط به استخراج نقطهی ابری یون اورانیل 061
جدول4-3 میزان مزاحمت یونهای فلزی غیر از اورانیل 062
جدول4-4 نتایج تجزیه و تحلیل نمونههای حقیقی 063
جدول5-1 مقایسهی روش پیشنهادی با سایر روشها 067
فهرست شکلها

شکل1-1 شکافت هستهای اورانیم 07
شکل 2-1 طرحوارهی استخراج نقطهی ابری یون روی 021
شکل 2-2 تعداد مقالات سالیانهی چاپ شده در زمینهی CPE.022
شکل 2-3 ساختار کلی یک سورفکتانت 027
شکل 2-4 تعادل بین منومرهای سورفکتانت و میسل در غلظتهای بالاتر از غلظت بحرانی میسل 027
شکل2-5 ساختارهای منظم مولکولی ایجاد شده توسط مولکولهای سورفکتانت 027
شکل2-6 نمودار فازی برای سورفکتانتهای غیریونی و سورفکتانتهای دو خصلتی 029
شکل2-7 نمایش طرحوار استخراج نقطهی ابری، حل شدن آنالیتها در مجموعهی میسلی032
شکل2-8 طرحوارهای از کاربرد صنعتی روش استخراج نقطهی ابری.041
شکل4-1 منحنی تغییرات میزان پرتوزایی بر حسب غلظت 053
شکل4-2 تاثیر نوع سورفکتانت بر راندمان استخراج اورانیم 054
شکل4-3 اثر ترکیب سورفکتانتها بر راندمان استخراج اورانیم 054
شکل4-4 تغییرات راندمان استخراج اورانیم با نوع لیگاند 055
شکل4-5 توزیع کمپلکسهای U(VI) -HQ 8 به صورت تابعی از pH 056
شکل4-6 راندمان استخراج اورانیم به صورت تابعی از pH محیط 056
شکل4-7 راندمان استخراج اورانیم به صورت تابعی از غلظت سورفکتانت 057
شکل4-8 راندمان استخراج اورانیم به صورت تابعی از غلظت لیگاند 058
شکل4-9 تغییرات راندمان استخراج اورانیم با دمای تعادلی 059
شکل4-10 راندمان استخراج اورانیم به صورت تابعی از زمان انکوباسیون 059
شکل4-11 راندمان استخراج اورانیم بر حسب زمان ماند در سانتریفوژ 059
شکل4-12 تغییرات لگاریتم ضریب پیشتغلیظ با عکس دما 060
شکل4-13 راندمان استخراج اورانیم به صورت تابعی از غلظت اولیهی اورانیم 061
فصل 1
کلیات
1-1- بیان مسئله
آب در صنعت، کشاورزی و محیط زیست نقش مهمی را بازی میکند. اکثر مردم جهان از کمبود یا آلودگی آب رنج میبرند[1].
آلودگی سامانههای آبی به مواد آلی، فلزات سنگین و مواد پرتوزا یکی از مهمترین مشکلات جوامع صنعتی یا نیمه صنعتی است. برای رفع این مشکل در طول سالهای اخیر تلاشهای زیادی برای معرفی و توسعهی روشهایی برای حذف آلودگیها از منابع آبی انجام شده است. اما آلودگی آب مشکلی است که با پیشرفت فعالیتهای صنعتی و همچنین کشاورزی رو به گسترش و فزونی است. بسیاری از آلایندهها حتی در غلظتهای بسیار پایین اثرات زیانباری برروی سلامتی انسان و محیط زیست دارند .
در دهههای اخیر، توسعهی روشهای استخراج و یا جداسازی مواد آلایندهی آلی که به میزان بسیار کمی در منابع زیست محیطی حضور دارند مورد توجه خاص قرار گرفته است. مسایل و معضلات فراوانی که حضور یونهای فلزی در نمونهها به همراه دارد،بر ضرورت تشخیص واندازهگیری آنها در مقادیر کم میافزاید. از آنجاییکه در بسیاری از موارد مقدار این یونهای فلزی کمتر از حد تشخیص دستگاههای تجزیهای است و به دلیل پیچیده بودن بافت نمونه و حضور گونههای مزاحم به ویژه در نمونههای زیستی و زیست محیطی، اندازهگیری مستقیم یونهای فلزی میّسر نیست. لذا انجام عملیات آماده سازی نمونه از جمله عملیات استخراج و پیش تغلیظ به منظور تغییر بافت نمونه و افزایش غلظت گونهی مورد نظر به نحوی که قابل تشخیص و اندازه گیری با دستگا ههای تجزیهای باشد ضروری است.
طی سالهای اخیر تلاشهای زیادی در جهت ابداع روشهای نوین برای اندازهگیری مقادیر اندک گونهها در نمونههای مختلف انجام پذیرفته و در این زمینه پیشرفتهای چشمگیری حاصل شده است. آماده سازی نمونه که شامل تبدیل بافت نمونهی حقیقی به بافتی است که برای تجزیه با تکنیک جداسازی و یا روشهای دیگر مناسب باشد، عموماً وقتگیرترین مرحلهی آنالیز محسوب میشود. آماده سازی نمونه میتواند منشأ عمدهی پایین بودن دقت وصحت روش باشد. بهطور کل آمادهسازی نمونه به منظور تحقق اهداف زیر صورت میگیرد:
1- حذف مزاحمهای بالقوه از نمونه با هدف افزایش گزینندگی روش،

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

2- پیشتغلیظ گونهی مورد نظر ، افزایش حساسیت روش و در صورت لزوم تبدیل گونه به شکلی که برای جداسازی یا شناسایی مناسبتر باشد.
3- مهیا نمودن روشی تکرار پذیر و قوی که مستقل از تغییرات در بافت نمونه باشد.
اساسیترین مرحلهی آماده سازی نمونه، فرآیند استخراج میباشد که به منظور جدا کردن و پیشتغلیظ مقادیر کم گونه از بافت نمونه (جامد، مایع یا گاز) به کار میرود. روش استخراجی آرمانی روشی است که سریع، ساده, تکرارپذیر و ارزان بوده، بازیابی کمّی گونههای مورد نظر را بدون از دست دادن یا تخریب آنها ممکن سازد. با حجم کم نمونه انجام پذیرد، از گزینندگی بالا برخوردار باشد، استفاده از حلال در آن به حداقل برسد و از قابلیت اتوماسیون و استفاده بهصورت پیوسته با سیستمهای تجزیهای برخوردار باشد، و در نهایت نیازی به تغلیظ و کاهش حجم فاز استخراجی نداشته باشد.
در فصل اول این پایاننامه کلیاتی راجع به اورانیم و کاربردهای آن و ضرورت استفاده از روش استخراج نقطهی ابری برای پیشتغلیظ آن پرداخته شده است.
در فصل دوم تئوری استخراج نقطه ابری به تفصیل آورده شده است و در ادامه مروری بر پژوهشات انجام شده در این زمینه انجام صورت گرفته است.
در فصل سوم روش پژوهش و نحوهی انجام آزمایشها توضیح داده شده است. در این فصل تأثیر عوامل مختلف (pH محیط، غلظت لیگاند، غلظت سورفکتانت، تداخل یونهای مزاحم، دما و زمان تعادل، زمان ماند در سانتریفوژ) بر راندمان استخراج اورانیم مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
در فصل چهارم نتایج آزمایشهای استخراج نقطهی ابری و تأثیر پارامترهای مختلف بر آن بیان شده است.
فصل پنجم به جمعبندی و ارایهی پیشنهاداتی در رابطه با پژوهش و آینده آن اختصاص یافته است.
1-2- اورانیم و ترکیبات آن در چرخه سوخت هستهای
1-2-1- مقدمه
اورانیم با علامت شیمیایی U و عدد اتمی 92 یک عنصر فلزی پرتوزا1 است که جزء دستهی اکتینیدها بوده و از سنگینترین عناصر موجود در طبیعت است. این عنصر متعلق به مواد پرتوزای طبیعی است که به مقدار بسیار کم در سنگها، خاک، آب، گیاهان و بدن انسان و حیوان وجود دارد. اورانیم خالص فلزی سنگین با چگالی بالا و به رنگ نقرهای روشن است که میتواند اشکال مختلف شیمیایی داشته باشد، اما در طبیعت به شکل اکسیدهای اورانیم که پایدارترین آنها تری اورانیم اکتا اکسید (8O3U) است، یافت میشود. اورانیم فعالیت پرتوزایی کمی داشته و در تابش زمینهی طبیعی نقش چندانی ندارد.
اورانیم در صنعت در سه فاز ظاهر میشود:
– فاز آلفا (Orthohombic) که تا دمای 7/667 درجهی سانتیگراد پایدار است.
– فاز بتا (Tetragonal) که در گستره دمایی 7/667 تا 8/774 درجهی سانتیگراد پایدار است.
– فاز گاما (Body-Centered cubic) که از دمای 8/774 درجهی سانتیگراد تا نقطهی ذوب آن پایدار است. (این رساناترین و چکش خوارترین شکل اورانیم میباشد).
1-2-2- تاریخچه
در نگاهی اجمالی به تاریخچهی کشف و بهکارگیری اورانیم، در سال 1789 میلادی مارتین هانریش کلاپروث2 شیمیدان آلمانی موفق به کشف اورانیم در نمونههای کانی پچبلاند3 گردید. نامگذاری این عنصر به کشف سیارهی اورانوس برمیگردد که هشت سال پیش از آن توسط ستاره شناسان کشف شده بود. صرف نظر از ارزش شیمیایی، در طول قرن هجدهم از اورانیم فقط در رنگ آمیزی شیشه و سرامیک استفاده میشد. اولین بار در سال 1841 میلادی اوگن ملشیور پلیگوت4 اورانیم را به صورت فلزی جدا کرد. بالاخره در اواخر قرن هجدهم سال 1896 فیزیکدان فرانسوی هنری بکرل5 حین کار
با اورانیم موفق به کشف پرتوزایی آن شد. خاصیت پرتوزایی اورانیم تا سال 1898 مورد توجه خاصی قرار نگرفت و امکان بالقوهی به کارگیری آن به عنوان منبع انرژی تا اواخر قرن بیستم تشخیص داده نشد. در سال 1898 میلادی تلاشهای فراوان ماری کوری6 و همسرش پیر کوری7 منجر به کشف عنصر رادیم شد که عنصری پرتوزا بوده و از دختر هستههای اورانیم است.
نیاز وتقاضای روز افزون برای دستیابی به اورانیم در قرن نوزدهم منجر به افزایش سریع فعالیتهای اکتشاف، معدنکاری و استخراج اورانیم در اوایل قرن بیستم شد. بعد از کوری دانشمندان زیادی در سرتاسر جهان به مطالعه و پژوهش دربارهی اورانیم پرداختند و در صدد کشف ناشناختههای این عنصر برآمدند. از عمده نتایج این پژوهشها میتوان به ثبت فرآیند شکافت هستهای توسط اتوهان8 در سال 1939 در آلمان اشاره کرد که امروزه از این پدیده در رآکتورهای هستهای برای تولید انرژی استفاده میگردد. از دیدگاه راهبردی و اقتصاد انرژی، اورانیم یکی از مهمترین عناصر زمین به شمار میرود. امروزه به دلیل در حال کار بودن رآکتورهای هستهای متعدد برای تولید برق در سرتاسر جهان، همچنین بهکارگیری بیش از 220 رآکتور هستهای کوچک برای تأمین نیروی پیشران در زیر دریاییها و شناورهایی که نیاز به کار بلند مدت بدون سوخت گیری دارند، اهمیت این عنصر بیش از پیش شناخته شده است.
1-2-3- خواص فیزیکی اورانیم
اورانیم عنصری سنگین با چگالی بالا، براق، قابل انبساط و چکشخوار میباشد و در هوا به سرعت تیره شده و در مدت زمان کوتاهی یک لایهای از اکسید سیاه، بر روی سطح آن تشکیل میشود. اورانیم به طور طبیعی فلزی سخت، سنگین، نقره‌ای رنگ و پرتوزا است. این فلز کمی نرمتر از فولاد بوده و تقریباً قابل انعطاف میباشد. این فلز، رسانای جریان الکتریسیته و تا اندازهای پارامغناطیس9 میباشد. اورانیم یکی از چگالترین فلزات پرتوزا است که در طبیعت یافت میشود.
چگالی اورانیم فلزی 3 gr/cm 9/18 است. نقطهی ذوب فلز اورانیم (F1/2070) ?C35/1132و نقطهی جوش آن (F6904) ?C38185 است. چگالی آن %?? بیشتر از سرب و اندکی کمتر از طلا است. اورانیم یک عنصر نادر در طبیعت نیست و میزان فراوانی آن در حدود 3-ppm 4 (که در حدود یک دهم وفور مس است) میباشد. این عنصر از نظر فراوانی در میان عناصر طبیعی در پوستهی زمین در ردهی ?? قراردارد و فراوانی آن از نقره، جیوه، کادمیم یا بیسموت بیشتر است.
1-2-4- خواص شیمیایی اورانیم
اورانیم در محلولهای آبی ممکن است بهصورت یونهای 3+U، 4+U، +2UVO، 2+2UVIO موجود باشد. یون 3+U، ناپایدار است و میتواند به عنوان یک عامل کاهنده موجب کاهش مولکولهای آب و تولید گاز هیدروژن گردد.
یون اورانیل میتواند با بسیاری از آنیونها تشکیل کمپلکس دهد. در غلظتهای بالای یونهای -F، 2-4 SOو 2-3CO کمپلکسهای یون اورانیل نسبت به کمپلکس یون اورانیل نیترات، استخراج پذیری کمتری با حلالهای آلی دارند. کمپلکسهای آنیونی قوی اورانیل سولفات و اورانیل کربنات به خوبی توسط رزینهای تبادلگر آنیونی جذب میشوند که از این فرآیند معمولاً برای بازیافت و خالصسازی اورانیم از محلولهای حاصل از فروشویی سنگ معدن اورانیم استفاده میشود. کمپلکس آنیونی اورانیل کربنات در محلولهای آبی سدیم کربنات و آمونیم کربنات به خوبی حل میشود. از این ویژگی برای جداسازی اورانیم از عناصری مانند رادیم، آهن و یا سرب که تشکیل رسوبهای غیر قابل انحلال با یون کربنات میدهند استفاده میشود. اورانیل یک ویژگی غیر معمول دارد و آن انحلالپذیری بالای آن در بسیاری از حلالهای آلی است. تنها تعداد کمی از اکتنیدها دارای این ویژگی میباشند. اگر حلال آلی مورد نظر در آب غیر قابل انحلال باشد میتوان از آن در فرآیند استخراج با حلال برای استخراج و خالصسازی اورانیم از محلولهای آبی حاصل از فروشویی سنگ معدن اورانیم و یا محلول نیتریک اسید حاوی سوخت هستهای تابش دیده استفاده کرد.
1-2-5- خواص هستهای اورانیم
ایزوتوپ U235 با فراوانی حدود %72/0 با نوترونهای گرمایی، شکافته میشود (شکل1-1). به همین دلیل از این عنصر به عنوان سوخت رآکتورهای هستهای استفاده میشود. احتمال شکافت که سطح مقطع مؤثرشکافت نامیده میشود با نماد ? نشان داده میشود (واحد آن بارن معادل 24-10 سانتیمتر مربع است). سطح مقطع مؤثرشکافت با انرژی نوترونها تغییر میکند و با آن نسبت عکس دارد. ایزوتوپ U238 با فراوانی حدود %2/99 فقط با نوترونهای تند شکافته میشود و جزء مواد شکافتپذیر محسوب نمیشود.
1-2-6- تنوع ایزوتوپی اورانیم تنوع ایزوتوپی اورانیم نسبتاً زیاد است. اما تعداد کمی از آنها در طبیعت یافت میشود که به ایزوتوپهای طبیعی اورانیم مشهورند (U238، U235 و U234) و بقیه بهصورت مصنوعی و در آزمایشگاه تهیه میشوند. فراوانی ایزوتوپی ایزوتوپهای اورانیم طبیعی برای سه ایزوتوپ طبیعی یاد شده به ترتیب 2/99، 72/0 و %0055/0 است. این تنوع ایزوتوپی در اکسید اورانیم طبیعی، که در طبیعت یافت میشود، مشاهده میشود.

شکل 1-1- شکافت هستهای اورانیم.
1-2-7- پراکندگی کانیهای اورانیم
اورانیم یکی از فراوانترین عناصری است که با مقدار متوسط سه گرم درتن با ظرفیت (4+) در سنگهای آتشفشانی و غیره درپوستهی زمین یافت میشود. غلظت اورانیم در پوستهی کره زمین به طور متوسط ppm3 است. مقدار کلی اورانیم محلول در آب دریا با غلظت همگن 3mg/m3 در اقیانوسهای جهان 5/4 میلیارد تن تخمین زده شده است.
این عنصر تقریباً در هر منطقه، سنگ، خاک، بستر رودخانهها و اقیانوسها با غلظتهای متفاوت و همیشه در ترکیب با اکسیژن (8O3U) در طبیعت وجود دارد. اورانیم حتی به میزان بسیار کمی نیز در نسوج و بافتهای موجودات زنده یافت میشود.معادن اورانیم پرعیار فقط در برخی نواحی که از سنگهای سخت10 و یا ماسه تشکیل شدهاند، یافت میشود. به طور کلی غلظت اورانیم بر اساس محل تشکیل و نحوهی پیدایش آن متفاوت است. این موضوع در جدول 1-1 نشان داده شده است:
جدول 1-1- غلظت اورانیم در برخی سنگها، پوستهی زمین و آب دریاها
نوع سنگ معدنغلظت اورانیم (ppm)سنگ معدن پر عیار200000سنگ معدن کم عیار1000سنگ معدنهای رسوبی4000سنگ معدن گرانیت2000آب دریاها4/1مقدار میانگین در پوستهی زمین0003/0
1-2-7-1-غلظت اورانیم در هوا
میانگین غلظت اورانیم در هوای آزاد در ترکیه در سالهای1979 تا 1981 .02/0 نانو گرم بر متر مکعب و در نیویورک در سالهای1985 و 1986، برابر 076/0 نانو گرم بر متر مکعب اندازهگیری شده است. با فرض آنکه هر فرد روزانه 20 متر مکعب هوا استنشاق کند و غلظت اورانیم در هوا 05/0 نانو گرم بر متر مکعب باشد، هر فرد روزانه حدود 1 نانوگرم اورانیم از طریق هوا جذب میکند. کشیدن دو پاکت سیگار در روز سبب ورود حدود 50 نانوگرم اورانیم به بدن میشود.
1-2-7-2- مقدار اورانیم در مواد غذایی
بیشترین مقدار اورانیم در صدف و کمترین مقدار آن در سبزیهای تازه، حبوبات و ماهی اندازهگیری شده است. جذب روزانهی اورانیم از طریق مواد غذایی 2-3 میکروگرم در ایلات متحده و 5/1 میکروگرم در ژاپن اعلام شده است. میزان پرتوزایی طبیعی (U238) در مواد غذایی، روزانه در کشورهای اروپایی 12 تا 45 میلی بکرل، در ژاپن 11 تا 60 میلی بکرل و در ایالات متحده 15 تا 17 میلی بکرل اندازهگیری شده است. چنگ و همکاران (1993) میانگین غلظت اورانیم در 9 نوع نوشیدنی را 89/0 میکروگرم بر لیتر (26/0 تا 65/1 میکروگرم بر لیتر) تعیین کردهاند.
در مطالعهی میزان نشست اورانیم از 33 نوع شیشهی بی رنگ و دو نوع سرامیک رنگی بیشترین مقدار نشست اورانیم را از ظروف شیشهای و سرامیکی به ترتیب 3 و 300 میکروگرم بر لیتر گزارش شده است.
1-2-8- راههای ورود اورانیم به محیط
اورانیم به شیوههای گوناگون که مهمترین آنها استخراج و نشت از معادن، پسماند هستهای، سوختهای حاوی آن و
سرانجام کودهای فسفاتهی اورانیم دار است به محیط راه مییابد.
1-2-9- سمیت اورانیم
مخاطرات اورانیم از دو جنبهی رادیولوژیکی و شیمیایی مورد بررسی قرار میگیرند. در ملاحظاتی که برای ارزیابی ریسک اورانیم در نظر گرفته میشود، هر دو جنبه باید مد نظر قرار گیرد. پژوهش در مورد اثرات حاد و مزمن قرارگیری در معرض اورانیم در قرن نوزدهم آغاز شد. در آن زمان اورانیم برای درمان دیابت بهکار میرفته زیرا موجب ترشح گلوکز میشده است. تمام ترکیبات اورانیم سمی و پرتوزا هستند. سمیت این فلز فقط به خاطر تشعشعاتش نیست، بلکه از نظر شیمیایی نیز به اندازهی آرسنیک میتواند خطرناک باشد. سمی بودن این عنصر میتواند کشنده باشد. این فلز علاوه بر داشتن اثرات سمی دارای اثرات پرتوزایی نیز میباشد و به طور گسترده در صنعت و امور نظامی مورد استفاده قرار میگیرد. پرتوزایی اورانیم ممکن است مشکلات ابتلا به سرطانهای مختلف را سالها بعد از تابشگیری از با این ماده ایجاد کند، اما مسمومیت شیمیایی ناشی از آن، خطرات به مراتب بیشتری را در کوتاه مدت، حدود چند هفته و یا چند ماه مخصوصاً در کلیه و ریه ایجاد میکند. در زمینهی تأثیرات طولانی مدت سمیت شیمیایی ناشی از بلع اورانیم بر روی انسان هیچگونه دادهای وجود ندارد و تمامی اطلاعات موجود مربوط به مطالعات میان مدت بر روی حیوانات میباشد.
درجهی سمیت ناشی از تابش اورانیم، بستگی به حضور ایزوتوپهای مختلف دارد. ایزوتوپهای کوتاه عمر اورانیم بر خلاف ایزوتوپهای دراز عمر، دارای پرتوزایی بالایی میباشند، به طوریکه سمیت شیمیایی آنها در مقایسه با سمیت تابشی به میزان غیر قابل اغماضی کمتر است. پرتو آلفای گسیل شده از ایزوتوپهای کوتاه عمر اورانیم، به ستون مهرههای سازندهی گلبولهای خون لطمه میزند و مانع از ساختن گلبولهای قرمز میشود و اغلب به مرگ انسان ختم میشود. جایگزین شدن اورانیم طبیعی بر روی استخوانها به علت پایین بودن پرتوزایی ویژهی آن، کمتر باعث ضایعات میگردد، زیرا رفتار زیستی اورانیم در ترکیبات معدنی مادهی استخوان بیتفاوت بوده و شدت پرتودهی آن پایین میباشد بهطوریکه نمیتواند به مغز استخوان لطمه وارد کند.
اورانیم از سه راه خوردن، استنشاقی و از طریق جراحات میتواند بدن را تحت تأثیر خود قرار دهد. اورانیم توسط پوست جذب نمیشود و ذرات آلفای گسیل شده از این عنصر نمیتواند در پوست نفوذ کند. بنابراین اورانیمی که خارج از بدن باشد، نمیتواند به اندازهی اورانیم داخل بدن مضر و خطرناک باشد. بعد از ورود اورانیم پس از ورود به بدن، از طریق ریه وارد خون شده و یا از طریق دستگاه گوارش، ظرف چند ساعت و یا چند روز جذب میشود. جذب روزانهی اورانیم در غذا 007/0 تا 1/1 میکروگرم میباشد.
اورانیم به میزان ناچیزی در هوا وجود دارد. مقدار بسیار کمی از اورانیم طبیعی استنشاقی به کلیه میرسد و علت آن قدرت بالای بدن در پاکسازی مواد مهاجم از طرق مختلف میباشد. از اورانیم طبیعی استنشاق شده %75 از طریق بازده تنفسی خارج میشود و فقط %25 آن در ریه میماند. افرادی که در کنار تأسیسات هستهای و یا معادن استخراج اورانیم زندگی میکنند بیشتر در معرض این عنصر قرار میگیرند. در کل، ترکیبات اورانیم به سختی جذب روده و ریه میشوند و خطرات رادیولوژیکی آن باقی میماند. در مقادیر بسیار کم، خاصیت سمی بودن این عنصر به کلیه آسیب میرساند.
عناصر سنگین مثل اورانیم اثرات زیانباری بر روی اندامهای بدن دارند. این عناصر با آنزیمهای معینی واکنشهای شیمیایی میدهند وهمچنین پروتئینهای بدن را از بین میبرند. هر یون اورانیل میتواند با دو گروه کربوکسیل از دو پروتئین کمپلکس پایداری تشکیل دهد و این کمپلکس از طریق جریان خون به تمام بدن انتقال مییابد. این یونها همچنین میتوانند با دی اکسید کربن موجود در خون، تشکیل کمپلکس بدهند. اورانیم با درجه اکسایشی 4 در شرایط فیزیولوزیکی به اورانیم با درجه اکسایشی 6 اکسید میشود و ضایعات اورانیم مربوط به یون اورانیل است.
محلول اورانیم بعد از وارد شدن به جریان خون بلافاصله توسط کلیه و از طریق ادرار دفع میگردد (حدود %67 آن در روز اول، بدون ذخیره شدن در هیچ ارگانی دفع میگردد). حدود %11 آن، ابتدا در کلیه ذخیره شده و سپس با یک نیم- عمر 15 روزه دفع میگردد. حدود %20 آن در استخوان ذخیره میگردد و باقیماندهی آن در حدود %2 به سایر ارگانها و بافتها میرود. در مسمومیتهای شدید، خونریزی داخلی، ناراحتیهای کلیوی و نیز تغییراتی در سلولهای کبد مشاهده میشود. فلز خالص اورانیم نیز خطر آتشسوزی بههمراه دارد. عموماً ترکیبات اورانیم را از لحاظ سمیت شیمیایی به صورت زیر طبقه بندی میکنند:
1) ترکیبات خیلی سمی مانند: 5UCl، 4UCl، 2F2UO، O2H6.(3NO)2UO
2) ترکیبات با سمیت متوسط مانند: 3UO، 7O2U2Na، 7O2U2)4NH)
3) ترکیبات با سمیت کم مانند: 4UF، 2UO، 8O3U
استانداردهای مربوط به دزهای تابشی و سمیت شیمیایی قابل مقایسه نمیباشند؛ در دزهای پایین برای تابش و همچنین برای اثرات سرطانزای سمیت شیمیایی، یک رابطه خطی دز- اثر در نظر گرفته میشود. بنابراین هر استانداردی فقط میتواند به اثرات یک سطح انتخاب شده بپردازد. از طرف دیگر این سطح اثر فرضی اغلب با اثرات غیر سرطانزای سمیت شیمیایی متفاوت میباشد.
1-2-10- اهمیت اورانیم
اهمیت اورانیم در برنامههای نیروگاههای هستهای در وهلهی اول در نقش آن در سیکل سوخت هستهای و نیز نقش مهم سوخت هستهای در اقتصاد هستهای نهفته است و در حقیقت در مقایسه با زغال سنگ، گاز یا نفت تولید برق از طریق سوخت هستهای نسبتاً ارزانتر بوده و از نظر تاریخی قیمتهای کلی آن تحت تأثیر نوسانات قیمت و تورم کلی تجربه شده توسط سوختهای فسیلی قرار نداشته است. امروزه تقاضا برای اورانیم عمدتاً مربوط به مصرف در نیروگاههای هستهای است.
1-2-11- کاربردهای اورانیم
فلز اورانیم بسیار سنگین و چگال میباشد از این رو در ساخت محافظ برای تانکها و در قسمتهایی از موشکها و ادوات جنگی استفاده میشود. همچنین از اورانیم غنی شده به عنوان سوخت ناوگان و زیردریاییها و در سلاحهای هستهای استفاده میشود. سوخت استفاده شده در رآکتورهای ناوگان ایالات متحده معمولاً اورانیم U235 غنی شده میباشد. اورانیم موجود در سلاحهای هستهای به شدت غنی میشوند که این مقدار بهصورت تقریبی %90 میباشد.
مهمترین کاربرد اورانیم در بخش غیر نظامی به عنوان سوخت رآکتورهای هستهای است که در آنها سوخت نسبت به U235 به میزان 2 الی %3 غنی میشود. همانطور که گفته شد U235 که از ایزتوپهای طبیعی اورانیم به شمار میرود، علاوه بر داشتن ماهیت پرتوزایی، قابل شکافت نیز هست. هنگامی که پدیدهی شکافت هستهای در اثر جذب نوترونهای گرمایی رخ میدهد، میزان قابل ملاحظهای انرژی آزاد میشود که این امر باعث میشود ازسوخت هستهای در رآکتورهای هستهای برای تولید انرژی الکتریکی استفاده شود. نیم عمر طولانی ایزوتوپ U238 آن را برای تخمین سن سنگهای آتشفشانی مناسب میسازد. استات اورانیم در شیمی تحلیلی کاربرد دارد. در برخی از لوازم نور دهنده از اورانیم و در برخی از مواد شیمیایی مورد استفادهی عکاسی، نیترات اورانیم استفاده میشود.
1-2-12- روش تهیهی فلز اورانیم
از راههای تهیهی فلز اورانیم میتوان به موارد زیر اشاره نمود.
کاهش اورانیم اکسید در کوره ذوب قوسی11،
کاهش اورانیم اکسید بهوسیله منیزیم،
آلومینیم و کلسیم،
کاهش اورانیم هالیدها با فلزات قلیایی یا قلیایی خاکی،
کاهش الکترولیتی اورانیم هالیدها.
در زیر به تعدادی از ترکیبات اورانیم که در چرخهی سوخت هستهای استفاده میشود اشاره میکنیم:
1-2-12-1- اورانیم اکسید طبیعی12 (8O3U)
این ترکیب به صورت معمولی با فرمول (8O3U) نشان داده میشود. این ترکیب به رنگ سبز بسیار تیره بوده و ساختار حالت جامد آن به صورت دو هرمی پنج ضلعی میباشد. نقطهی ذوب این ترکیب 1150 و ?C1300 و چگالی آن 8380 3m/kg میباشد و بیش از %70 آن را اورانیم تشکیل میدهد. محصول تولیدی در کارخانهی کیک زرد علی رغم داشتن خلوص بالا همچنین دارای ناخالصیهایی مانند:Cd ، Rb، B، Mg، Ag، Co، Cr، Mo، Cu، Fe و غیره بوده و به طور مستقیم نمیتواند برای تولید سوخت هستهای مورد استفاده قرار بگیرد، چرا که بعضی از این عناصر مانندB دارای سطح مقطع جذب نوترونیهای گرمایی بسیار بالا بوده و میتوانند به عنوان جاذب نوترون عمل کنند. لذا وجود بیش از حد این عناصر در سوخت به بروز مشکلات اساسی در فرآیند شکافت هستهای در رآکتور منجر خواهد شد. بنابراین نوع و میزان ناخالصیهای اورانیم طبیعی در چرخهی سوخت هستهای باید با استانداردهای تعیین شده مطابقت داشته باشد.
1-2-12-2- اورانیل نیترات 132(3NO)2UO)
اورانیل نیترات یکی از ترکیبات مورد استفادهی اورانیم در چرخهی سوخت هستهای است که از اثر مستقیم نیتریک اسید بر اورانیم اکسید طبیعی در محیط آبی بهدست میآید. اورانیل نیترات در محیط آبی کاملاً محلول بوده و برای جداسازی بلورهای تولیدی باید از روش تبلور از طریق کاهش انحلالپذیری در اثر کاهش دما و در نتیجه رسوبگذاری بلورهای تولیدی استفاده شود. تولید اورانیل نیترات در چرخهی سوخت هستهای که عموماً حالت محلول آن بیشتر مد نظر میباشد در حقیقت یک روش تخلیص و یا خالص سازی کیک زرد و حذف بخشی از ناخالصیهای آن میباشد. این ترکیب جامد، بلوری به رنگ زرد درخشان و فلؤرسان متمایل به سبز است. حلالیت آن در آب در دمای ?C 20 برابر gr/L550 بوده و در الکل و اتر نیز محلول میباشد. چگالی و نقطهی ذوب آن به ترتیب 3cm/g 81/2و?C 60 است.
1-2-12-3- آمونیم اورانیل کربنات
آمونیم اورانیل کربنات (AUC) یکی دیگر از ترکیبات مورد استفادهی اورانیم در چرخهی سوخت هستهای است که از واکنش محلول آبی اورانیل نیترات (UNH) با محلول آمونیم کربنات ]3CO2(4NH)[ تولید میشود. انحلالپذیری آمونیم اورنیل کربنات به طور کلی به خواص فیزیکی پودر اورانیل کربنات و به مشخصات محلول اورانیل نیترات مورد استفاده برای تولید این محصول وابسته است. به عبارت دیگر تولید پودر AUC با خواص فیزیکی مطلوب مستلزم استفاده از محلول اورانیل نیترات با مشخصات مطلوب و استاندارد میباشد. به طور کلی خواصی از قبیل شارندگی، چگالی تودهای14، اندازهی متوسط ذرات، مساحت سطح ویژه، نسبت طول به قطر ذرات از جملهی عوامل بسیار مهمی هستند که خواص فیزیکی و رفتار پودر را تعیین میکنند. این ترکیب به صورت جامد بلوری به رنگ زرد لیمویی با چگالی 3cm/g 77/2 میباشد.
1-2-12-4- اورانیم تری اکسید (3UO)
اورانیم تری اکسید از جمله ترکیبات مورد استفادهی اورانیم در چرخهی سوخت هستهای است که از طریق تجزیهی حرارتی بلورهای آمونیم اورانیل کربنات تولید میشود. محصولات حاصل از این تجزیهی حرارتی بستگی به دما دارد بهطوریکه داشته بهطوریکه در دماهای 250 تا°C 300 پودر 2UO و در درجه حرارت حدود°C 50، 8O3U تولید میگردد.
این ترکیب جامدی بلوری به رنگ نارنجی- زرد است و در اثر حرارت به 8O3U تبدیل میگردد. چگالی آن 7300 3m/kg میباشد. ساختار حالت جامد آن بهصورت چند وجهی است. در این ترکیب، اکسیژن در حالت اکسایشی (2-) بوده و حالت اکسایشی اورانیم (6+) است. بهعلاوه مقدار اورانیم در این ترکیب برابر با %22/83 میباشد.
1-2-12-5- اورانیم دیاکسید (2UO)
اورانیم دیاکسید (2UO) یکی دیگر از ترکیبات مورد استفادهی اورانیم در چرخهی سوخت هستهای است که از طریق تجزیهی حرارتی بلورهای آمونیم اورانیل کربنات و کاهش متعاقب اورانیم شش ظرفیتی به چهار ظرفیتی (به کمک گاز هیدروژن) تولید میشود. اورانیم دیاکسید به دلیل داشتن مزایای زیر نسبت به سایر اکسیدهای اورانیم برای استفاده شدن به عنوان سوخت در رآکتورهای هستهای ترجیح داده میشود:
1- بالا بودن مقدار اورانیم در واحد وزن،
2- بالا بودن نقطهی ذوب بدون هر گونه تغییر فاز،
3- مقاومت در برابر تابش،
4- مقاومت حرارتی بالا.
این ترکیب بهصورت جامد بلوری به رنگ قهوهای تیره بوده و نقطهی ذوب و چگالی آن به ترتیب °C2827 و10970 3m/kg میباشد. بیش از %85 این ترکیب را اورانیم تشکیل میدهد که عدد اکسایش اورانیم در آن (4+) است. این ترکیب در دماهای بالاتر از °C60 به خودی خود و به آرامی اکسید شده به 8O3U تبدیل میگردد.
1-2-12-6- اورانیم تترا فلورید (4UF)
یکی دیگر از ترکیبات مورد استفادهی اورانیم در چرخهی سوخت هستهای اورانیم تترا فلورید است که از اثر مستقیم گاز HF بر پودر اورانیم دی اکسید طی یک فرآیند فلوردارشدن به دست میآید. معمولاً این ترکیب یک محصول میانی در تبدیل اورانیم اکسید (2UO و 8O3U) به اورانیم هگزا فلورید (ویا بلعکس) یا اورانیم فلزی است. این ماده از طریق واکنش اورانیم هگزا فلورید با گاز هیدروژن در رآکتورهایی از نوع لولهای عمودی تهیه و یا از واکنش بین اورانیم دی اکسید با هگزا فلورید هیدروژن حاصل میشود.
این ترکیب بهصورت جامد بلوری سبز رنگ است که در دمای °C960 ذوب میشود ودارای فشار بخار قابل ملاحظهای است. میزان انحلال این ماده در آب بسیار اندک است، میزان پایداری آن کمتر از اورانیم اکسید بوده و هنگام واکنش با آب هیدروفلؤریک اسید تولید میکند. اورانیم تترا فلورید با اکسیژن هوا در دماهای بالاتر از °C800 به شدت واکنش میدهد.
(1-1) (s)2F2UO + (g)6UF ?2O + (s)4UF2
در صورت وجود بخار آب در سیستم نوع و محصولات واکنش به صورت زیر تغییر خواهد کرد.
(1-2) 8O3 U+HF 12?(g) O2H6 + (s)4UF3

دسته بندی : پایان نامه ها

پاسخ دهید