جدول ‏۳‑۱۰ نتایج محاسبات به روش کیسینجر K30 56
جدول ‏۳‑۱۱ نتایج محاسبات به روش کیسینجر K30 تحت تابش نوترون گرمایی ۵۷
جدول ‏۳‑۱۲ نتایج محاسبات به روش کیسینجر K30تحت تابش گاما ۵۸
جدول ‏۳‑۱۳: محاسبه بستگی انرژی فعالسازی به درجه پیشرفت واکنش K30 63
جدول ‏۳‑۱۴: محاسبه بستگی انرژی فعالسازی به درجه پیشرفت واکنش K30تحت تابش نوترون گرمایی ۶۳
جدول ‏۳‑۱۵: محاسبه بستگی انرژی فعالسازی به درجه پیشرفت واکنش K30 تحت تابش گاما ۶۳
جدول ‏۳‑۱۶: پارامترهای سینتیکی K30: با بهره گرفتن از روشASTM 63
جدول ‏۳‑۱۷ پارامترهای سینتیکی K30 تحت تابش نوترون گرمایی با بهره گرفتن از روش ASTM 64
جدول ‏۳‑۱۸ پارامترهای سینتیکی K30 تحت تابش گاما با بهره گرفتن از روش ASTM 64
چکیده
در این پروژه اثر تابش نوترون گرمایی و گاما بر روی سینتیک تخریب حرارتی پیشرانه های K25 وK30 مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور مطالعه خواص حرارتی ترکیب مورد نظر از تکنیک آنالیز حرارتی DSC و TGA استفاده گردید. پارامتر­های سینتیک حرارتی این ماده بر اساس روش های کیسینجر، فریدمن، کوتس ردفرن و ازاوا- فیلین- وال تعیین و بررسی شده است. نتایج حاصله نشان میدهد که انرژی فعالسازی و فاکتور فرکانس پیشرانه های فوق الذکر در اثر تابش دهی نوترون گرمایی و گاما تغییر قابل ملاحظه ای داشته است. به کمک روش فریدمن بستگی انرژی فعالسازی و حاصلضرب فاکتور فرکانس در مدل واکنش با کسر تبدیل بدست آمده ، و اثر جبرانی به وضوح مشاهده گردید و در نهایت تک مکانیسم بودن تخریب تایید شد بر اساس محاسبات انجام یافته طول عمر پیشرانه های فوق الذکر در اثر تابش های اعمالی تغییر چشمگیری داشته است.
واژه‌ های کلیدی:
تابش نوترون، گاما، آنالیز حرارتی، پارامترهای سینتیک حرارتی
فصل اول:
مقدمه و پیشینه
مقدمه:
حساسیت، پایداری و سمیت سه فاکتور اصلی ایمنی هستند که باید در انتخاب ماده منفجره برای کاربردهای خاص در نظر گرفته شود، بطور کلی پیشرانه ها می توانند در طول انبارش تحت تاثیر فرایند های فیزیکی و شیمیایی گوناگون قرار گیرند تحت این فرآیندها ممکن است که خصوصیات این مواد بطور تدریجی تغییر کند.

همچنین پیشرانه هایی که در تکنولوژی هایی از قبیل نیروگاه های هسته ای، فضاپیماها و … استفاده می شوند مرتباً تحت تابش پرتوهای مختلف قرار می گیرند و تغییر خواص حرارتی آنها عاملی برای محدود نمودن طول عمر و کارایی پیشرانه هاست. با تعیین پارامترهای سه گانه سینتیکی و طول عمر پیشرانه ها تحت تابش های هسته ای نوترون گرمایی و گاما می توان اثر این تابش ها را برروی کارایی و عملکرد پیشرانه مورد نظر پیش بینی نمود.
کشف رادیو اکتیویته
قبل از ارائه مدل هایزنبرگی هسته مطالعه روی اتم بسیار رواج داشت. بکرل^[۱] در ضمن مطالعه خواص فلورسانی و فسفرسانی^[۲] املاح مختلف، خاصیت جدیدی در املاح اورانیوم مشاهده کرد که آن تابش مربوط به املاح تهیج شده بوسیله نور نبود. وی دریافت نمک های اورانیومی که ماه ها دور از اشعه تهیج کننده قرار داشتند هنوز اشعه نافذی را از خود تابش می کنند، بدون آنکه کاهش محسوسی در شدت آنها دیده شود. [۱]
بکرل تشابه این تابش را با اشعه X درک نمود و دریافت که تابش املاح اورانیومی ناشی از خواص فلورسانی ماده نبوده بلکه منشا آن فلز اورانیوم است. چنین خاصیت تشعشع خودبخودی اجسام رادیواکتیویته نامیده شد. عناصری که چنین خاصیتی دارند را عنصر رادیواکتیو می نامند. بررسی تفضیلی خواص مختلف این تشعشع نظیر قدرت نفوذ و یونیزاسیون نشان میدهد :
چهار نوع تابش اصلی وجود دارد
ذرات α : دارای بار مثبت(۲واحد) و جرم ۴U هستند.
ذرات β : دارای بار منفی (۱واحد) و جرم قابل صرف نظر هستند.
پرتو γ : فاقد بار و جرم هستند.
نوترون ها: دارای بار نیستند اما جرمی معادل ۱U دارند.
رادیواکتیویته
مواد رادیواکتیو از اتم های ناپایدار تشکیل می شوند که تجزیه شده و انرژی سطح بالایی به نام تابش رادیواکتیو آزاد می کنند. این اتم ها نهایتا عنصر جدیدی را تشکیل می دهند. این خاصیت را که ایزوتوپ های ناپایدار اتم ها ذراتی از خود گسیل می کنند، خاصیت رادیواکتیویته می گویند. قسمت قابل توجهی از تفاوت انرژی هسته دختر و هسته مادر در تجزیه رادیواکتیو، بصورت اشعه در طول تجزیه تابش می شود. [۲]
در اغلب تجزیه ها محصولات بوجود آمده در تراز تحریکی بوده و ضمن انتقال به تراز پایدار اشعه گاما را گسیل می کنند. در تجزیه جذب الکترونی فقط دو محصول وجود دارد (نوترینو و هسته دختر) و بنابراین توزیع انرژی نوترینو پیوسته نخواهد بود. به هر حال، انرژی بستگی الکترون بر حسب اینکه الکترون متعلق به کدام لایه الکترونی است، متفاوت می باشد. برای هر انرژی بستگی، نوترینویی با انرژی معین تابش می شود، بنابراین طیف انرژی نوترینو ناپیوسته می باشد. جذب یک الکترون، جای خالی در لایه اتمی ایجاد می کند و وقتی پر شود یک فوتون ایکس مشخصه تابش خواهد شد. آشکارسازی این اشعه ایکس مشخصه از اتم دختر، یکی از راه های تعیین جذب الکترونی است.
واحد های اکتیویته
تعدادفروپاشی
۱ ثانیه
میزان تابش
برای بیان میزان تابش یک عنصر از واژه های اکتیویته استفاده می شود که به معنی تعداد واپاشی یک عنصر در یک ثانیه از یک نمونه هسته رادیواکتیو می باشد که به افتخار هنری بکرل، واحد آن بکرل(Bq) است. بنابراین یک واپاشی در هر ثانیه برابر با یک بکرل است.
واحد قدیمی تر، کوری( Ci ) است که به یاد پیر و ماری کوری نامگذاری شده است. یک کوری تقریبا برابر با اکتیویته یا فعالیت، یک گرم رادیوم و معادل با بکرل می باشد. (۱Ci = 3.7×۱۰^۱۰ Bq)
اکتیویته تنها به تعداد واپاشی ها در یک ثانیه مربوط است و به نوع واپاشی، انرژی فرآورده های محصول واپاشی و یا تاثیرات بیولوژیکی تابش بستگی پیدا نمی کند، در یک جرم ثابت از مواد رادیو اکتیو ، مقدار اکتیویته آن با گذشت زمان تغییر می کند.
شدت تابش
از آنجا که اندازه گیری قدرت یک منبع رادیو اکتیو بر اساس اکتیویته آن سخت است، یعنی اندازه گیری تعدادی از اتم ها که فروپاشی کرده و تابش در یک ثانیه منتشر می کنند، بنابراین قدرت یک منبع را اغلب براساس شدت آن بیان می کنند. اندازه گیری شدت یک منبع یعنی نمونه برداری از تعداد فوتون ساطع شده از منبع در بعضی از دوره زمانی خاص است، که به طور مستقیم به تعداد واپاشی ها در مدت زمان مشابه (اکتیویته) مربوط می شود.
شدت تابش، میزان عبور انرژی از یک ناحیه مفروض عمود بر جهت تابش در یک واحد زمانی معین است.شدت یک منبع اشعه ایکس یا اشعه گاما به راحتی می تواند با آشکارساز مناسب اندازه گیری شود.یک راه برای اندازه گیری شدت اشعه ایکس یا اشعه گاما این است که مقدار یونیزاسیون آنها در هوا را اندازه گیری می کنند.
رونتگن ® واحد اندازه گیری شدت تابش اشعه x و یا اشعه گاما است و به عنوان شدت تابش مورد نیاز برای تولید و یونیزاسیون ۰.۰۰۰۲۵۸  کولن در هر کیلوگرم از هوا در دمای صفر درجه سانتی گراد و فشار اتمسفر تعریف شده است. این واحد یکی از واحد های استاندارد برای دوزیمتری تابش است. اما برای آلفا، بتا، و یا انتشار ذرات دیگر قابل استفاده نیست و نمی تواند به درستی پیش بینی اثرات بافتی اشعه گاما با انرژی بسیار بالا را نماید. رونتگن به طور عمده برای کالیبراسیون ماشین آلات xray استفاده می شود.
دوز جذب شده
دوز جذب شده ( تحت عنوان مجموع دوز یونیزه کننده TID) برابر میزان انرژی جذب شده در واحد جرم یک ماده توسط پرتو یونیزان می باشد. این معادل است با ژول در کیلوگرم که در سیستم SI برحسب گری^[۳] (GY)، یا در سیستم قدیمی CGS بر حسب واحد راد(rad) بیان می شود.(۱ گری برابر ۱۰۰ راد است).
واپاشی
یک هسته برانگیخته همواره می تواند با گسیل تابش الکترومغناطیسی یا تبدیل داخلی به حالت کم انرژی تر وا بپاشد. در ساده ترین حالت که در آن هر دو تراز مورد نظر حالت های تک پروتونی هستند. واپاشی شامل گذار پروتون از تراز بالاتر به تراز پایین تر است که مشابه گذار یک الکترون برانگیخته در یک اتم از یک تراز بالاتر به یک تراز پایین تر است که با گسیل امواج الکترومغناطیسی یا بیرون انداختن الکترون اوژه^[۴] همراه است. اما بطور کلی حالت های هسته ای حالت های تک ذره ای نیستند یعنی در خلال واپاشی گاما آرایش نوکلئون ها به طرز پیچیده ای دگرگون می شود.
جنبه های اساسی گسیل امواج الکترومغناطیسی را می توان به کمک مفاهیم کلاسیک و بر پایه ی معادلات ماکسول درک کرد ولی توجیه جزئیات دقیقتر آن به کمک مکانیک کوانتومی میسر است. اختلاف بین تکانه های زاویه ای و پاریته های نسبی حالت های هسته ای شرکت کننده در گذار نقش قاطعی در تعیین احتمال بازی می کنند. [۳]
برهمکنش تابش با ماده
هر نوع تابش قادر است به مدت نامعینی در درون یک خلاء کامل در حرکت باشد، به شرط آنکه وانپاشد اتلاف انرژی تابش میتواند تنها از راه برهمکنش آن با یک گاز، یک مایع یا یک جامد ضمن عبور از درون آنها صورت بگیرد تنها در طول فرایند برهمکنش با ماده است که می توان نوع تابش را تشخیص داده و شدت و انرژی آنرا اندازه گرفت، نوع برهمکنشی که در طول آن انرژی تلف میشود بستگی به نوع تابش دارد .
تابش با ماده به ۵ حالت اساسی برهمکنش می کند:
یونیزاسیون، انتقال انرژی جنبشی، برانگیختگی مولکولی و اتمی، واکنش های هسته ای و فرآیندهای تشعشعی.
یونیزاسیون: یونیزاسیون عبارتست از جدا نمودن یک الکترون اتمی از یک اتم جذب کننده برای تشکیل یک جفت یون حاوی یک الکترون منفی و یک یون مثبت با جرم بالاتر، یونیزاسیون اولیه مستقیما بوسیله تشعشع فرودی شروع میشود. یونیزاسیون ثانویه متعاقباً بوسیله یون های تولید شده در پدیده یونیزاسیون اولیه بوجود می آیند. مقدار انرژی مورد نیاز برای تشکیل یک جفت یون بسته به نوع ماده جذب کننده تغییر میکند.
انتقال انرژی جنبشی : انتقالات انرژی جنبشی بر همکنش هایی هستند که انرژی را بیشتر از مقدار مورد نیاز برای تشکیل جفت به جفت یون می رسانند. انتقالات انرژی جنبشی همچنین ممکن است به دلیل برخوردهای الاستیک بین تشعشع ورودی و هسته های جذب کننده رخ دهد.
برانگیختگی مولکولی و اتمی: برانگیختگی مولکولی و برانگیختگی اتمی حالت های برهمکنشی هستند که ممکن است حتی زمانیکه انرژی انتقال یافته کمتر از انرژی یونیزاسیون جذب کننده باشد نیز رخ دهد. با برگشتن الکترونهای اتمی به ترازهای انرژی پایین تر، اشعه ایکس و الکترونهای اوژه منتشر میشوند، برانگیختگی مولکولی در حین فرایندهای انتقالی، چرخشی و ارتعاشی و نیز در حین برانگیختگی الکترونی رخ میدهد. انرژی برانگیختگی مولکولی در حقیقت بوسیله شکستن پیوند، لومینانس یا ایجاد حرارت پراکنده میشود.
واکنش های هسته ای : واکنشهای هسته ای تشعشعات ورودی، هسته های اتم های جذب کننده می توانند حالت های مهمی از برهمکنش باشند. این امر مخصوصا برای ذرات باردار و نوترونها با انرژی بالا صحیح است.
فرآیندهای تشعشعی : فرآیندهایی هستند که در آنها انرژی الکترومغناطیسی از طریق کند شدن ذرات با انرژی بالا آزاد می شود. این فرآیندهای مورد نظر عبارتند از: تولید تشعشع چرنکوف^[۵] و تولید تابش ترمزی. [۳]
خواص نوترونهای آزاد
نوترونها ذرات خنثی بوده و در هسته وجود دارند. این ذرات در سال ۱۹۳۲ توسط چادویک^[۶] کشف گردیدند. نوترونها بار الکتریکی ندارند و جرمشان کمی زیادتر از جرم پروتون است. در حالیکه نوترون آزاد با نیمه عمری برابر دقیقه به پروتون تجزیه می شود.
یک اندازه گیری دقیق جرم نوترون، همانطور که چادویک و گلد هابر^[۷] نشان داده اند از روی انرژی همبستگی^[۸] دوترون می تواند انجام شود. این روش بر مبنای واکنش زیر انجام می شود: