ويرتبط توليد الطاقة النووية في معظم الأحيان برد الفعل على سلسلة الانشطار، ومع ذلك فإن الفيزياء الأساسية للديساي المشعة - لا سيما - التحلل الألفائي - تؤدي دوراً حاسماً بنفس القدر طوال دورة الوقود، ومن التركيب الطبيعي لوقود المفاعل إلى الإدارة الطويلة الأجل للوقود النووي المستهلك، وتنظم المادة ألفا الديغية، والآثار المترتبة على ذلك في العديد من المفاعلات الحرارية.

ما هو ألفا ديكي؟

ألفا ديساي هو نوع من الديكتاه المشعة حيث يقذف النواة الذرية غير المستقرة جزيئات alpha] - وهي مجموعة مُلزَمة بشدة من بروتونين واثنين من النيوترونات، مطابقتين لنواة هيليوم - 4، وخلال هذه العملية، يفقد النواة الوالدية عنصرين بروتون ورقمين جديدين - 2

In the alpha particle is emitted with a characteristic kinetic energy typically ranging from 4 to 9 megaelectronvolts (MeV), depending on the parent nucleus. this energy is derived from the difference in binding energy between the parent and daughter nuclei, known as the Q-value of the decay. because the alpha particle is relatively massive and carries a +2 electric charge, it has [FT]

ويحدث التحلل ألفا في معظمه في نواة ثقيلة يزيد عدد الذروة عن 82 (الرصاص) وتكرار الكهروستانتية القوي بين البروتينات في مثل هذه النواة الكبيرة يجعلها عرضة لإطلاق جزيئات ألفا، مما يقلل من طاقة كولومب الإجمالية، ويمكن وصف هذه العملية كميا كحدث نفق: إن المادة ألفا الثابتة هي من خلال الناموس والنفق(14).

[FLT] Common alpha-emitopes encountered in nuclear science and industry include:

    [FLT:[FLT:[18]

    إن فهم أي النظائر يُبطلها الانبعاث ألفا وما هي السلاسل التي تنتسب إليها من حيث التحلل هو أمر أساسي للتنبؤ بسلوك الوقود النووي والنفايات على النطاقات الزمنية الجيولوجية.

    ألفا ديكي في كواشف الوقود النووي

    In light-water reactors (LWRs) and other fission-based power plants, the primary source of energy is the neutron-induced fission of uranium-235 or ]plutonium-239. However, the fuel itself contains substantial quantities of alpha-emit

    In the reactor core, neutron capture by uranium-238 creates plutonium-239, an important emission isotope. Plutonium-239 itself decays by alpha emission with a half-life of 24,100 years. this means that spent nuclear fuel contains a mixture of alpha emitters such as plutonium-239, plutonium-240, americium-24long1, and curium-244.

    Uranium-238 Decay Chain

    وتتكون سلسلة التحلل من اليورانيوم - 238 من أكثر السلسلة المشعة دراسة في طبيعتها، وهي تتألف من 14 من الأقدام المتعاقبة، منها 8 من الديكتا ألفا و 6 من البيتا، وتتوج ب 206 ثابتة، وكثيرا ما تنقسم السلسلة إلى جزأين: من اليورانيوم - 238 إلى الإشعاع - 226، ومن الإشعاع - 226 إلى 206، وعملية الخطوة هي:

    1. Uranium-238] (نصف الحياة 4-47 x109 سنوات) emits an alpha particle to form ]Thorium-234.
    2. Thorium-234 (24.1 days) undergoes beta decay to Protactinium-234m] (isomeric state).
    3. Protactinium-234m (1.17 minutes) beta decays to Uranium-234].
    4. Uranium-234] (2.46 x105 years) alpha decays to ]Thorium-230.
    5. Thorium-230] (75,380 years) alpha decays to ]Radium-226.
    6. Radium-226] (600 1 سنة) alpha decays to ]Radon-222].
    7. Radon-222] (3.82 يوما) alpha decays to Polonium-218].
    8. Polonium-218 (3.1 minutes) alpha decays to Lead-214] (with a small branch of beta decay).
    9. Lead-214 (26.8 minutes) beta decays to Bismuth-214].
    10. Bismuth-214 (19.9 minutes) beta decays to Polonium-214].
    11. Polonium-214] (164 Microseconds) alpha decays to Lead-210].
    12. Lead-210 (22.3 years) beta decays to Bismuth-210].
    13. Bismuth-210 (5.01 days) beta decays to Polonium-210.
    14. Polonium-210] (138.4 يوما) alpha decays to ]Lead-206] (stable).

    وتشمل السمات البارزة لهذه السلسلة إنتاج الرادون - 222، وهو غاز نبيل يمكن أن يهرب من الصخور والتربة، وتراكم في المباني، وتسبب مخاطر سرطان الرئة من خلال انبعاثات الجسيمات ألفا عند الاستنشاق، وفي سياق الطاقة النووية، فإن سلسلة التحلل لها أهمية حاسمة بالنسبة لتخزين الوقود المستهلك لأن عدة بناات لديها نصف عمر من مئات إلى آلاف السنين، مما يسهم في استمرار النشاط الإشعاعي.

    The Thorium-232 Decay Chain

    وتخضع مادة التروتيوم - 232، وهي أكثر أنواع الازدحام في الهرمونات، أيضاً للتحلل الألفائي كرئيس لسلسلة الديكتايوم الخاصة به، التي تنتهي في الفترة الممتدة - 208، وتشمل هذه السلسلة 10 من المواد الديوكسية (6 ألفا و4 بيتا) وخصائصاً من الأيزوتات الملحوظة مثل الأشعة -228 (5.75 سنة) والثوريوم -2 سنة)

    الآثار المترتبة على توليد الطاقة النووية

    إدارة النفايات المشعة

    يحتوي الوقود النووي المُنَقَّل من مفاعلات المياه الخفيفة اليوم على مجموعة واسعة من النظائر الألفا - أيام، وهي في المقام الأول عناصر مُتَوَقَّرة مثل البلوتونيوم، والأمريكيوم، والسيليوم، وهذه النظائر تُعد نصف عمر تتراوح بين عقود وعشرات الآلاف من السنوات، مما يشكل خطراً طويل الأجل.

    أما مستودعات الجيولوجية، مثل مستودع يوقا في جبل يوقا في الولايات المتحدة أو المرفق الأكثر تقدما في أونكالو في فنلندا، فهي مصممة لعزل الوقود المستهلك والنفايات العالية المستوى من الغلاف الحيوي، ويجب أن يُحسب بدقة حرارة الألف من انبعاثات الألفا في تصميم عبوات النفايات والصخرة المحيطة بها، وعلى مر الزمن يمكن أن تؤثر الحرارة على تدفق المياه الجوفية والظروف الكيميائية، مما قد يغير من معدل النسيج.

    In addition to transuranics, the long-lived fission products technetium-99] and ]iodine-129]] do not decay by alpha emission but are still relevant to waste management. However, the alpha emitters are the primary driver of the very long-term hazard.

    حماية الإشعاع والسلامة

    ويشكل إشعاع ألفا تحدياً فريداً في حماية الإشعاع، ففي حين أن الجسيمات ألفا تتوقّف بسهولة من خلال طبقة خارجية من الجلد الميت أو ورقة من الورق، فإنها [(FLT:0]]] خطرة جداً إذا كانت مادة الألفا - الألفا - مادة الحامض النووي مبتذلة أو مدمجة بطريقة أخرى في الجسم.

    وفي محطات الطاقة النووية، يجب حماية العمال من الغبار الألفائي والهيروسولات، لا سيما أثناء تصنيع الوقود وإعادة المعالجة ومناولة النفايات، وتشمل برامج الرصد أخذ العينات الجوية، وإجراء دراسات استقصائية عن التلوث السطحي، وفرز الأجسام بكاملها (للمسببات الجراثيم) وتستخدم نظم الاحتواء، مثل صناديق القفازات ومرشحات وقود الجسيمات العالية الكفاءة، لمنع انتشار المواد المحتملة في سيناريوهات الألفا.

    وتخضع الإطلاقات البيئية لمنتجي الألفا من المرافق النووية للتنظيم الصارم، حيث تضع الوكالة الدولية للطاقة الذرية والهيئات الوطنية حدودا للجرعة بالنسبة للجمهور والعمال، وبالنسبة للمتفجرات من مادة الألفا، فإن معامل الجرعة (المعدي لكل بكريل مستغل أو مستنشق) هي عادة أعلى بكثير من مسببات البيتا أو غاما.

    ألفا ديكي هيت في الوقود العنيف

    وبعد توقف الانشطار، لا يزال الوقود النووي المستهلك يولد حرارة بسبب تفكك منتجات الانشطار القصيرة الأجل والتصرفات الطويلة الأجل، ويسهم الفيتا في هذا ] ديكالي بعد مرور العقود القليلة الأولى، وفيما يتعلق بالوقود المستنفد (أقل من 10 سنوات) وبيتا وغاز الهلام بعد 100 سنة.

    ويجب أن تُزال حرارة التحلل من مركّبات ألفا باستمرار لمنع تخلف الوقود واحتمال إطلاق النويدات المشعة، وفي مجمعات التخزين الرطبة، تزيل المياه الحرارة؛ وفي مخافر التخزين الجافة، يُستخدم التلويث الهوائي السلبي، وفي تصميم مستودع تحليلي عميق، لا ينبغي أن يتجاوز الناتج الحراري قدرة صانعي الخياطة على التخلص من آثار التخصيب دون أن تلحق الضرر.

    ومن المثير للاهتمام أن نفس حرارة الفيا التي تعقّد إدارة النفايات تُستخدم في مولدات الطاقة الحرارية الشعاعية النسيجية (RTGs) التي تستخدمها ناسا في بعثات الفضاء العميق، كما أن هذه المواد تحوّل الحرارة من مادة الألفا (التي تتراوح بين البلوتونيوم-238) إلى كهرباء، مما يدل على وجود قدرة موثوقة على توليد النفايات.

    تطبيقات ما بعد توليد الطاقة

    (أ) إن زينة ألفا ليست ناتجاً ثانوياً من الطاقة النووية فحسب، بل أيضاً تجد تطبيقات مباشرة. Americium-241، وهي مُصدر ألفا له نصف عمر قدره 432 سنة، هي العنصر النشط في معظم أجهزة الكشف عن الدخان المنزلية.() وتُؤيِّن الجسيمات ألفا الهواء داخل جهاز الكشف، مما يسمح بالتدفق؛ وتُثُبُتُ هذه المادة.

    وفي سياق بحوث الطاقة النووية، يستغل الفم الألفاي أيضاً في مشاريع لترجمة نووية ]، ويستهدف هدف تقسيم وترجمة مفاعلات ألفايت متطورة ذات طول العمر من الوقود المستهلك، ثم تحويلها إلى مفاعلات نووية أقصر أو مستقرة، مما يقلل من عملية القصف المفاعلات المشعة الطويلة الأجل.

    خاتمة

    إن التحلل ألفا عملية بدنية أساسية تتخلل كل مرحلة من مراحل توليد الطاقة النووية - من التحلل الطبيعي لليورانيوم والثوريوم في قشرة الأرض، من خلال تركيب وقود المفاعلات، إلى إدارة النفايات العالية المستوى، ولا تشكل عملية التخصيب العالية للطاقة، كما أن البنات الطويلة العمر تحديا للسلامة الإشعاعية، كما أن التصورات الرئيسية في تصميم المستودعات، لا سيما في حالة توليد الطاقة النووية(38).