کادمیوم و نقش آن در فناوری هسته ای

عناصر شیمیایی مختلف دارای خصوصیات و كاربرهای مختلفی در زمینه های گوناگون می باشند، یكی از این عناصر كادمیم بوده كه از این عنصر در صنایع گوناگون از جمله انرژی هسته ای استفاده های گوناگونی می شود.
كادمیم خالص،اندازه هر قطعه در حدود cm1

خصوصیات
 

كادمیم یك عنصر شیمیایی با نماد Cd و عدد اتمی 48 است. كادمیم فلزی دو ظرفیتی است نرم ، چکش خوار ، انعطاف پذیر و به رنگ سفید مایل به آبی که با چاقو به راحتی بریده می شود. این عنصر از بسیاری جهات شبیه روی است. در گروه 12 جدول تناوبی بین روی و جیوه قرار دارد در به حالت اكسید +2 در طبیعت یافت شده و همانند جیوه درجه ذوب پایینی دارد، این عنصر در سال 1817 توسط دو دانشمند آلمانی به نامهای استرومیر(Stromeyer) و هرمان (Herman) در ناخالصی كربنات روی یافت شد. بر خلاف دیگر فلزات، كادمیم در برابر زنگزدگی مقاوم بوده و در نتیجه به عنوان یك لایه محافظ زنگزدگی بر روی دیگر فلزات استفاده می شود، قابل حل در آب نبوده و قابل اشتعال نیست.

كاربردهای کادمیوم در صنایع
 

كادمیم كاربردهای زیادی در صنعت دارد كه یكی از مهمترین آنها در صنعت باتری سازی است. در سال 2009، 86% استفاده كادمیم در تولید باتریهای شارژی نیكل- كادمیم بوده. دیگر موارد کاربرد این فلز می توان به موارد زیر اشاره کرد:
* آبكاری الكتریكی كادمیم كه در صنایع هوایی برای جلوگیری از زنگزدگی به کار گرفته می شود.
* در بعضی از نیمه رساناها همانند سولفید كادمیم، سلنید كادمیم و تلورید كادمیم بعنوان حسگر نوری یا سلول های خورشیدی استفاده می شود.
* در تولیدPVC بعنوان یك تثبیت كننده عمل می کند.
* در انواع لحیم كاری مورد استفاده قرار می گیرد.

* در تولید رنگدانه ها: سولفید كادمیم در رنگدانه زرد ،سلنید كادمیم در رنگدانه قرمز استفاده می شود. این رنگدانه ها سمی بوده و در هنگام استفاده باید مراقب دست و پوست بوده تا جذب بدن نشود.
* در بیولوژی بعنوان كانالهای وابسته به ولتاژ كلسیم از شار یونی كلسیم استفاده می شود.
ایزوتوپهای ساخته شده كادمیم می توان به 109 cd اشاره كرد كه نیمه عمر 462.6 روز دارد و در «میله های کنترلی» موجود در تاسیسات راکتورها بعنوان مانعی برای كنترل نوترون ها در شكافت هسته ای مورد استفاده قرار می گیرد

ایزوتوپ ها
 

در حالت طبیعی كادمیم دارای هشت ایزوتوپ می باشد. برای دوتا از آنها رادیواكتیویته به طور طبیعی مشاهده شده و سه تا از آنها احتمالاً دارای رادیواكتیو بوده اما واپاشی آنها هرگز مشاهده نشده، دو ایزوتوپ رادیو اكتیو دار طبیعی 113Cd(واپاشی بتا و نیمه عمر 7.7 أ— 1015 سال ( و116Cd (واپاشی بتا و نیمه عمر 2.9 أ— 1019 سال) ، سه ایزوتوپ رادیواکتیو دیگر که واپاشی در آنها مشاهده نشده ، 106Cd ، 108Cd ، 114Cd هستند و سه ایزوتوپ غیر رادیواکتیو و پایدار 110cd، cd 111 وcd 112 می باشند. ایزوتوپهای ساخته شده كادمیم می توان به 109 cd اشاره كرد كه نیمه عمر 462.6 روز دارد و در «میله های کنترلی» موجود در تاسیسات راکتورها بعنوان مانعی برای كنترل نوترون ها در شكافت هسته ای مورد استفاده قرار می گیرد.

میله های كنترلی
 

قرار گیری میله های كنترلی یك راكتور BWR
این میله ها از عناصری ساخته می شوند كه قابلیت جذب نوترون های زیادی را داشته در عین حال خودشان شكافت هسته ای نداشته باشند. میله های کنترلی در راكتورهای هسته ای برای سنجش میزان شكافت اورانیوم و پلوتونیوم مورد استفاده قرار می گیرند. میله های كنترلی اغلب به صورت عمودی در داخل هسته راكتورها جای می گیرند.
عناصر شیمیایی اصلی كه برای این منظور مورد استفاده قرار می گیرد نقره، اینیدیم و كادمیم بوده و عناصر دیگری نیز به طور جزیی مورد استفاده قرار میگیرد. انتخاب ماده مورد نظر تاثیر بسزایی در انرژی نوترونها در راكتور ها و مقاومت در برابر افزیش نوترونها و خاصیت های مكانیكی و طول عمر آنها دارد.
میله های كادمیم- ایندیم- نقره به طور معمول 80% نقره،15% ایندیم و 5% كادمیم هستند كه در راكتورهای( PWR (Pressurized water reactorsمورد استفاده قرار می گیرند

عناصر دیگری شامل بورون و هافنیم جذب نوترون خوبی دارند نیز مورد استفاده قرار می گیرند.
در طراحی اكثر راكتورها یكی از نكات ایمنی مربوط به میله های كنترلی است. میله های کنترلی توسط میدان الكترومغناطیس به ماشین آلات بالابرنده چسبانده شده تا یك به هم پیوستگی مستقیم نیز داشته باشند، دلیل این نوع طراحی این است كه اگر در حادثه ای برق نیروگاه قطع شود یا اگر ماشین آلات بالا برنده دچار نقص شوند میلهای كنترلی به سمت زمین سقوط كرده و در داخل ستون رفته و مانع واكنش می شوند. البته یك استثنا قابل ذكر برای اینگونه ایمنی ها، در راكتورهای BWR است كه آنها مستلزم داشتن یك سیستم هیدرولیكی و همچنین استفاده از آب در یك مخزن كه با فشار بالای نیتروژن كار می كند در زمان ضروری خاموشی برای میله های كنترلی می باشند.
مدیریت نامناسب یا شكست میله های كنترلی باعث بوجود آمدن پیامدهای ناگواری در راكتورها خواهد شد. همانند انفجار SL-1 و حادثه چرنوبیل.
قابل ذكر است كه SL-1 یكی از آزمایشهای اتمی ارتش آمریكا در سال 1961 بوده كه سه نفر جان خود را در آن از دست دادند. دلیل اصلی این حادثه معیوب بودن میله های كنترلی برای جذب نوترون های داخل هسته راكتور بود. و حادثه چرنوبیل هم در سال 1986 در اوكراین اتفاق اقتاد كه بزرگترین فاجعه انفجار راكتورهای اتمی دنیا است.
جستجوی آلودگی رادیواكتیویته در بزرگراه ها از پیامدهای حادثه SL-1
راكتور اتمی چرنویل بعد از حادثه
منابع:
Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
National Research Council (U.S.), Panel on Cadmium, Committee on Technical Aspects of Critical and Strategic Material (1969)
"Cadmium Environmental Concerns". PVC handbook. Hanser Verlag. p. 149. ISBN 9781569903797.
"Control Materials". Web.mit.edu. Retrieved 2010-08-14.
Method for making neutron absorber material -Free Patents Online. Retrieved September 25, 2008.
Enriched boric acid for pressurized water reactors -EaglePicher Corporation. Retrieved September 25, 2008
www.tebyan.net
ارسال توسط کاربر محترم سایت : mehdigerdali