نگاهی به اسم او

در موضوع: استخراج معدن
 

   خلاصه مطالب
     در این مقاله، وابستگى بین پارامترهای عملیاتى و طراحى اصلى کامیون های تخلیه از عقب مورد مطالعه قرار گرفته اند. این نتایج بر اساس تحلیل همبستگى آماری انجام شده بر مهم ترین مشخصه های فنى کامیون ها و اطلاعات عرضه شده توسط مهمترین سازندگان در سراسر جهان بدست آمده است. روابط به لست آمده همراه با پارامترهای اقتصادی مورد استفاده قرار گرفتند تا ضریب انتخاب کامیون های معدنى فرمول بندی شود. این ضرایب در انتخاب و مقایسه کامیون ها مورد استفاده قرار گرفته و در نهایت معیاری برای انتخاب کامیون های معدنى ارائه گردیده است. مدل پیشنهادی ازمقاله آقای پرفسور Fytas و همکارانش اقتباس شده و محاسبات،، رسم رگرسیون ها و کاربرد آن در معدن چادرملو توسط نگارنده صورت گرفته است.
   واژه هاى کلیدى: انتخاب، کامیون هاى تخلیه ازعقب، معادن روباز، هزینه هاى مالکیت و عملیاتى، ضریب همبستگى، مشخصه هاى فنى
  
  

   پیش گفتار
     یکى از ماشین آلات اصلى معادن، کامیون های تخلیه از عقب مى باشند که برای سیستم حمل و نقل در معادن سطحى مورد استفاده قرار مى گیرد. کامیون ها متداول ترین ماشین حمل مواد در معادن روباز مى باشند این کامیون ها از اواسط دهه 1930 میلادی در صنعت معدنکاری وارد شلحد و ظرفیت صندوقه آنها از 5/13 تن شروع شده تا امروز که به 330 تن افزایش یافته است. علاوه بر افزایش ظرفیت صندوقه، کامیون ها در این مدت رشد و بهبود قابل ملاحظه ای هم در سایر خصوصیات داشته اند به نحوی که موج افزایش بهره وری آنها شده است. این موارد شامل افزایش اندازه لاستیک وکیفیت آن، کاهش وزن موتور نسبت به وزن کل ماشین، استفاده از سیستم ترمز دینامیکى، استفاد ه از موتورهای دیزلى و افزایش در سرعت کامیون ها مى باشد] 1[. در برخى موارد استفاده از کامیون هایى با ظرفیت باربری بالا، استخراج معادن فلزی کم عیار را ممکن و از نظر سودآوری موجه مى کند. در کنار این مسئله با بزرگ تر شدن ظرفیت کامیون ها هزینه های عملیاتى و مالکیت افزایش مى یابد و این ضرورت مطالعه و تحلیل سیستم باربری تحت شرایط واقعى را مى طلبد. در این مقاله وابستگى های بین پارامترهای طراحى کامیون مورد مطالعه قرارگرفته و در نهایت مدل ریاضى این وابستگى ها همراه با پارامترهای اقتصادی به منظور تعریف ضریب انتخاب برای انتخاب کامیون های تخلیه از عقب ارائه شده است

   متن اصلی:
     ضرایب تفضیلى
 برای انواع مختلف کامیون های معدنى، وابستگى هایى بین پارامترهای فنى پایه وجود دارد. این وابستگى ها مى توانند توشط تحلیل های همبستگى و آماری تعیین شوند. در اولین مرحله پارامترهای فنى کامیون به صورت نسبت تعریف مى شوند. این نسبت ها، ضرایب تفضیلى نامیده مى شوند. ضرایب تفضیلى برای کامیون های معدنى به صورت روابط(1)، (2)، (3)، (4) و (5) پیشنهاد شدند. این ضرایب توسط پرفسور Fytas و همکارانش در2003 ارائه شدند(2):
 

پارامترهای مورد ملاحظه عبارت اند از(2):
وزن ناخالص وسیله نقلیه GVW (Gross Vehicle Weight) تن
وزن وسیله نقلیه، VW (Vehicle Weight) ، تن
ماکزیمم ظرفیت باربری، Q (Maximum Payload) ، تن
ظرفیت حجمى، V (Struck Capacity) ، مترمکعب
ظرفیت توده ای، ( VM (Heaped Capacity ، مترمکعب
قدرت موتور،N (Motor Power) ،(kw)
ماکزیمم سرعت وسیله، VT (Top Vehicle Speed) ، کیلومتر برساعت
K4,K3,K2,K1 و K5 ضرایب تفضیلى نامیده مى شوند.

به منظور به دست آوردن مقادیر عددی این ضرایب، مشخصه های فنى 52 نوع از کامیون های معل!ى که توسط هشت سازنده خاص در سراسر جهان عرضه شده بود Caterpillar ، O&K ، EUCLID ، Terex ،UnitRig ، Komatsu ، LIEBHERR و BELAZ جمع آوری شدحد. مشخصات برخى از کامیون ها در جدول 1 ارائه شده است. کامیون ها دامنه وسیعى از مقادیر را به صورت ذیل پوشش مى دادند[4،3]:
 
.

با استفاده از این اطلاعات پایه و به کمک نرم افزار کسل، مقادیر تمام ضرایب تفضیلى محاسبه شدند. روش کمترین مربعات برای این تحلیل مورد استفاده قرار گرفت. جدول 2 پارامترهای آماری حاصل از نتایج را نشان مى دهد]2[. ضریب همبستگى این ضرایب با توجه به اندازه کامیون ها در دامنه تا قرار دارد. بیشترین همبستگى مربوط به ضریب K2 است و بنابراین، این ضریب تفضیلى در بخش های بعدی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج رگرسیون در شکل های( 1 ) تا ( 5 ) و به صورت روابط (6 ) تا( 10 )ارائه شده اند[ 5].
 
.

 
جدول 1- اطلاعات فنی برخی از کامیونهای مختلف معدنی
 
ادامه جدول 1.

 
ادامه جدول 1:
 
جدول 1- پارامترهای آماری ضرائب تفضیلی

 
شکل 1- رابطه بین ظرفیت کامیون و ضریت تفضیلی

 
شکل 2- رابطه بین ظرفیت کامیون و ضریت تفضیلی K2

 
شکل 3- رابطه بین ظرفیت کامیون و ضریت تفضیلی K3

 
شکل 4- رابطه بین ظرفیت کامیون و ضریت تفضیلی K4

 
شکل 5- رابطه بین ظرفیت کامیون و ضریت تفضیلی K5

وابستگى هاى بین پارامترهاى طراحى اصلى
مرحله بعدی تعیین روابط بین پارامترهای فنى اصلى بود. در این جا فرض بر این بود که قدرت موتور (N) ممکن است که وابسته به چندین پارامتر طراحى کامیون باشد. این پارامترها عبارت بودند از]2[:
- وزن ناخالص وسیله نقلیه N=f(GVW),(GVW)
- ماکزیمم ظرفیت باربری N=f(Q),(Q)
- ظرفیت کپه ای N=f(VM),(VM)(2:1)
در این مرحله هم روش کمترین مربعات برای این تحلیل مورد استفاده قرار گرفته است. ضرایب همبستگى به دست آمده نیز دارای مقادیر بالایى(r2>0/97) بود و اعتبار فرضیه بالا را شدت بخشید. نتایج رگرسیون در شکل های 6 تا 8 نشان داده شده است. روابط به دست آمده از این تحلیل در روابط( 11 )،(12 )و (13 ) نشان داده شده اند[ 5]:
 
-

 
شکل 6- رابطه بین قدرت موتور و وزن ناخالص کامیون

 
شکل 7- رابطه بین قدرت موتور وظرفیت توده ای کامیون

 
شکل 8- رابطه بین وزن خالص کامیون و ظرفیت باربری آن

در نهایت وابستگى موجود بین وزن وسیله نقلیه و ماکزیمم ظرفیت ترابری مورد مطالعه قرارگرفت و ضریب همبستگى بالایى بین این دو پارامتر بدست آمد( 0.9868 =r2)و معاد له آن به صورت رابطه (14 ) مى باشد[ 5]:
 
(14)

البته در این جا باید تاکید کنیم روابط(11 )،(12 )،(13 )و (14 )مستقل از شرکت سازنده مى باشد. این روابط به عنوان پایه ای برای مطالعات بعدی مورد استفاده قرار گرفته بودند[2].
 
شکل 9- رابطه بین قدرت موتور و ظرفیت باربری کامیون ها

تعیین ضریب انتخاب کامیون هاى معدنى
برای تعیین معیار انتخاب کامیون دو مرحله وجود دارد که در اولین مرحله پارامترهای فنى در نظر گرفته شده و در نهایت پارامترهای اقتصادی در معیار وارد مى شوند[2].

اندازه گیرى پارامترهاى فنى: به طور معمول دو گروه پارامترهای فنى و ضرایب تفضیلى وجود دارند] 2[:
•پارامترها و ضرایبى که به طور قابل ملاحظه ای با توجه به اندازه کامیون تغییر مى کنند و یا وابستگى مشخصى بین آنها وجود دارد.
•ضرایب تفضیلى که به طور قابل ملاحظه ای با اندازه ماشین تغییر نمى کنند و وابستگى بین آنها آشکار نیست. در موقع فرمول بندی معیارهای هرکدام از این دو گروه و به منظور مقایسه آنها، باید با مقادیر عددی بدون بعد تعریف شود. این خود دلیلى برای معرفى نسبت برای این پارامترها بود.)
الف- اندازه گیرى پارامترهاى مربوط به اولین گروه
اندازه گیری پارامترهای مربوط به اولین گروه NGVWNQ,NVM,GVQ ,K2Q) به صورت ذیل انجام مى شود[2]:
1- انحراف بین ارزش پارامتر( ضریب )و ارزش محاسبه شده اش تعیین مى شود.
2- انحرافات مثبت و منفى( تفاوت ها )اهمیت یکسانى دارند و باید به مانند یکدیگر با آنها رفتار شود.
3- انحرافات بزرگ (> + 0.3) باید به عنوان نامناسب تلقى شوند و تفاوت کوچکتر باید ارجح تر باشد.
4- بهترین روش برای دستیابى به شرایط 2 و 3 مجذور نسبت ها مى باشد.
بیان ریاضى به دست آمده( نسبت )باید مینیمم باشد.
شیوه ریاضى روش شرح داده شده در روابط(15 )تا( 20 )نشان داده شده است[2]:
 
,

 
,

در اینجا i نماینده کامیون مورد نظر مى باشد. بقیه پارامترها قبلدة تعریف شده اند.
Zi: Zi ها بیانگر انحراف بین مقدار اصلى پارامتر و مقدار بدست آمده همان پارامتر از معادله رگرسیون مربوطه مى باشد. در واقع این دلیل تعریف Zi ها به صورت نسبت به این صورت مى باشد تا مقادیری بدون بعد بدست آیند تا بتوان از آنها در مراحل بعدی تعریف معیار استفاده نمود] 5[.
Koa(i): ضریب اولین بخش فنى معیار( برای پارامترهایى که به شدت وابسته به ظرفیت کامیون ها مى باشند. )
ارزش های وزنى محاسبه شده GVQ, NVM,NQ,NGVW و ضریب K2 به ترتیب بر طبق معادلات ( 11) ،( 12 )،(13 )،(14 )و(7) تعیین مى شوند[2].

ب- انداؤه گیرى ضرایب مربوط به گروه دوم
ضرایب تفضیلى گروه دوم (K1, K3, K4, K5) وابستگى مهمى را با اندازه کامیون نشان نمى دهند. به منظور سازگار کردن این اطلاعات با توجه به بدون بعد بودن اطلاعات اولین گروه آنها نرمالیزه شده و به صورت نسبت بیان مى شوند. در این مورد مقادیر میانگین هر ضریب تفضیلى به عنوان شاخص مورد استفاده قرار گرفته است. برای اندازه گیری ضریب تفضیلى تحلیل شده، انحراف از مقدار میانگین مى تواند به کار گرفته شود. انحراف های کوچک منفى در تحلیل در نظر گرفته شده و انحراف های بزرگ منفى کنار گذاشته مى شوند. به منظور سازگارکردن انحراف های کوچک با انحراف های بزرگ تابع ریاضى ارائه مى شود و مقدار این تابع همیشه مثبت مى باشد و به صورت زیر تعریف مى شود[2].
 
(21)

انحراف های مثبت ارزش ضرایب از میانگین ها باید کنار گذاشته شوند. شکل ریاضى این قسمت معیار در روابط(22 )تا(26 )نشان داده شده است[2]:
 
(22)

K1(m): ارزش میانگین ضریب تفضیلى K1
 
(23)

K3(m): مقدار میانگین ضریب تفضیلى K3
 
(24)

K4(m): مقدار میانگین ضریب تفضیلى K4
 
(25)

K5(m): مقدار میانگین ضریب تفضیلى K5
 
(26)

  : i    نماینده کامیون مورد نظر مى باشد.
Zi : Zi ها بیانگر انحراف بین مقدار اصلى پارامتر و مقدار بدست آمده همان پارامتر از معادله رگرسیون مربوطه مى باشد.
  : Kob(i) ضریب دومین بخش فنى معیار( برای پارامترهایى که وابستگى ضعیفى به ظرفیت کامیون ها دارند. ) با ترکیب عناصر به دست آمده، بخش فنى معیار ایجاد مى شود. بخش فنى معیار به صورت روابط(27 )و (28 )تعریف شده است[2]:

Ko (i): ضریب بخش فنى معیار
 
*

وارد کردن پارامترهاى اقتصادى درمعیار
در بخش قبلى، معیار انتخاب کامیون که برای کامیون های معدنى تعریف شده، منحصرا مربوط به پارامترها و نسبت های فنى بود. در هرحال برای برآوردکردن نیازهای واقعى استفاده کنندگان، بهتر است که پارامتر های اقتصادی در معیار وارد شوند. استفاده کنندگان تجهیزات انتظار دارند تا توان تولید و هزینه های مربوط را به منظور بهینه کردن عملکرد متعادل کنند. به عبارت دیگر، آنها تلاش دارند سطح تولید برنامه ریزی شده را در پائین ترین هزینه واحد نگه دارند و از آنجا که هزینه ها ممکن است به طور قابل ملاحظه ای برای ماشین آلات مشابه ولى از سازندگان متفاوت دارای نوشان باشد و از مورد به مورد با توجه به شرایط مختلف تغییر کند، بنابراین لازم و ضروری است تا این ضرایب هم در معیار تحلیل شده وارد شوند. هزینه ها ترکیبى از هزینه های عملیاتى و مالکیت بوده و متاثر از ضرایب زیادی مى باشند[6]:
1- نوع کاربری ماشین( تابع هدف(
2- قیمت تحویل( شامل لوازم یدکى(
3- هزینه های انتقال از کارخانه
4- هزینه های اپراتوری و قیمت واقعى انرژی و یا سوخت به عبارت دیگر، سازندگان قیمت تجهیزات را بر اساس محاسبه هزینه های ذیل تعیین مى کنند) 6[:
1- مهندسى
2- راه اندازی
3- ساخت
4- مونتاژ
5- حمل ونقل
6- کارمزد
هر شرکت تخمین های خود را براساس ملاحظات بالا جمع آوری مى کند و همچنین هزینه های عمومى( بالاسری )هم به آنها اضافه مى شود. در حقیقت قیمت تحویل وابسته به پارامترهایى همچون موقعیت جغرافیائى عملیات، کشور، سطوج رقابت بین شرکت ها و شرایط اقتصادی مى باشد. معیار در ترکیب با پارامترهای اقتصادی، به صورت فرمول 29 معرفى مى شود[2]:
 
(29)

که در اینجا:
 
"

همانطور که نشان داده شد ضرایب تفضیلى وابسته به اندازه تجهیزات هستند و این مدل فقط مى تواند برای مقایسه کامیون های با ظرفیت باربری مشابه انجام گیرد. کر هیچ کدام از قیمت های تحویل و هزینه های مالکیت و عملیاتى قابل دسترس نباشد در این جا توصیه مى شود که روابط (27) و (28) در اولین مرحله مقایسه مورد استفاده قرار بگیرند]2[.

  - 5 مورد مطالعاتى:
در مورد انتخاب شرکت سازنده کامیون برای خرید کامیون 85 تنى معدن چادرملو، از روش ضرایب تفضیلى که هم عوامل فنى و عوامل اقتصادی کامیون ها را در نظر مى گیرد استفاده شد. همان گونه که اظهار شد در صورت نداشتن پارامترهای ورودی اقتصادی مى توان از بخش فنى معیار برای انتخاب کامیون استفاده کرد. به علت همکاری نکردن شرکت ها و در دسترس نبودن پارامترهای اقتصادی هر کامیون در این مطالعه برای همه کامیون ها از مقدار استاندارد هزینه های امریکا برای تمام کامیون ها استفاده شد. مقایسه بین شرکت های کاترپیلار، کوماتسو، ترکس وO&K صورت گرفت. اطلاعات فنى مربوط به کامیون ها در جدول 3 ارائه شده اند. این اطلاعات مورد بررسى قرار گرفت و نتایج در جدول 4 خلاصه شده است. از جنبه فنى، کامیون شرکت کوماتسو دارای کمترین امتیاز مى باشد، لذا کامیون Komatsu-HD785-5 برای خرید به معدن توصیه مى شود. با توجه به بخش فنى- اقتصادی کامیون Terex پیشنهاد مى گردد] 5[.
 
جدول 3- مشخصات فنی کامیون های مختلف به منظور مقایسه

 
جدول 4- نتایج حاصل از انتخاب کمپانی

  
نتیجه گیری:
     درپایان مى توان گفت که روش ارائه شده در این مدل، مى تواند به عنوان معیاری نوین برای انتخاب کامیون های معدنى در نظر گرفته شود و مى توان آن را برای اهداف زیر نیز به کارگرفت:

   1- پیش انتخاب کامیون معدنى: این روش یک پیش نمایش به منظور کنار گذاشتن کامیون هایى با بزرگترین انحراف از پارامترهای تحلیل شده را ارائه مى دهد. فقط کامیون هایى با کمترین ارزش ضریب KTL، باید در مراحل بعدی فرآیند در نظر گرفته شوند.

   2- امکان اصلاحات و بهبود طراحى کامیون: با استفاده از این روش، مفید بودن اصلاحات پیشنهاد شده و یا تحلیل شده مى تواند ارزیابى شوند. به منظور مقایسه امتیازات اصلاحات پیشنهاد شده با مقدار اصلى، ارزش های مربوط به ضریب KTL باید محاسبه شده باشد. کمترین ارزش ضریب KTL مناسب ترین سناریو را نشان مى دهد.

   3- توسعه و یا تهیه ماشین جدید( مدل جدید ): سازندگان مى توانند با استفاده از این روش مدل جدیدی از کامیون را طراحى کنند.
   4- امکان مقایسه کامیون های با ماکزیمم ظرفیت بارگیری مشابه و نزدیک به هم

   منابع:
     [1] KENNEDY, B.A, (1990), 2,Society for Mining , Metalurgy and "Surface mining", Edition Exploration.
   [2] Dragan Komljenovic,Kostas Fytas, Jacek Paraszczak, (2003),"A Selection Methodology for rear Mining Truc!&",MPES.
   [3] Technical documentation:" Caterpillar, Euclia Terex, Unit Rig, Komatsu, Liebherr,
   O&K Belaf.
   [4] "Caterpillar performance handbook", (1994), Edition 25, Caterpillar iNS. - -
   ]5 [ موسوی، سید ولى، (1383) ، "توسعه نرم افزار به منظور تعیین تعداد کامیون در سیستم شاول- کامیون با نگرش ویژه بر طرح توسعه معدن سنگ آهن چادرملو" پایان نامه کارشناسى ارشد، دانشگاه صنعتى امیرکبیر.
   [6]Atkinsofl Thomas, (1992), "Selection and sizing of excavating equipment", Mining Engineering Handbook, SME, pp76 1-782...
  

در موضوع: استخراج معدن

   خلاصه مطالب:
     در این مقاله برنامه کامپیوتری به زبان ویژوال بیسیک برای انتخاب سیستم شاول کامیون معرفى مى شود. روش های به کار گرفته شده شامل روش هایى همچون روش اهارا، روش سلسله مراتب تحلیلى، روش کلاسیک، روش ضرایب تفضیلى، روش صفى، روش های تخصیص ثابت و غیره مى باشند. این نرم افزار قابلیت انتخاب تعداد، تعیین توان تولید و تخمین هزینه های مالکیت و عملیاتى ماشین آلات را دارد. این نرم افزار دارای بانک های اطلاعاتى شامل بانک اطلاعاتى شاول، کامیون، مواد معدنى همراه با مشخصات مواد، بانک اطلاعاتى هزینه برخى از ماشین آلات و بانک اطلاعاتى گزارش خروجى برنامه همراه با قابلیت حذف و اضافه کردن اطلاعات مى باشد. بانک های اطلاعاتى برنامه از نوع Access هستند. نرم افزار قابلیت راهنمائى کاربر را در حین کار با ارائه فرم های خاصی دارد و با پیغام های مناسب در مواقع مورد نیاز به کاربر هشدار مى دهد. نرم افزار انتخاب شاول کامیون دارای قابلیت ارائه گزارش های خروجى و همچنین رسم نمودارهای نتایج مى باشد. همچنین قابلیت انتقال خروجى های برنامه به نرم افزارها Notepad, Word, Excel در این برنامه وجود دارد. این برنامه برای طرح توسعه معدن سنگ آهن چادرملو به کار گرفته شد که نتایج آن ارائه شده اند.
   کلمات کلیدى: نرم افزار، معدن روباز، ماشین آلات، روش هاى انتخاب، هزینه هاى عملیاتى و مالکیت، شاول، کامیون.

   پیش گفتار:
     رایج ترین سیستم بارگیری و باربری در معادن روباز در حال حاضر سیستم شاول کامیون مى باشد. هزینه های بارگیری و باربری در معادن روباز حدود 50 تا 60 درصد هزینه های معدنکاری را شامل مى شود] 1[. در واقع مى توان گفت که هزینه های حمل ونقل یکى از موثرترین عوامل در سودآوری پروژه های معدنى مى باشند و یک انتخاب نادرست مى تواند علاوه بر غیر اقتصادی کردن عملیات باعث ایجاد یک سری مشکلات غیر منتظره در مدیریت ناوگان ماشین آلات معدن مى شود. به طور کلى انتخاب ماشین آلات باید با توجه به دو پارامتر اصلى فنى و اقتصادی انجام گیرد. انتخاب مناسب را مى توان در دو مرحله انجام داد. در مرحله اول انتخاب مقدماتى به صورت تعیین نوع وتعداد ماشین آلات صورت گرفته و در مرحله دوم بهینه سازی انجام مى گیرد. در مرحله اول عوامل زمین شناسى، ژئوتکنیکى و پارامترهای فنى و در مرحله دوم انتخاب، پارامترهای اقتصادی نقش عمده در انتخاب ایفا مى کنند. مى باشند. شکل 1 یک مدل تحقیقى برای انتخاب ماشین آلات را ارائه مى دهد]2[. تنوع ماشین آلات بارگیری و باربری با ظرفیت های مختلف در سراسر جهان و نقش مهم هزینه های مالکیت و عملیاتى، نیاز استفاده از روش های نوین اطلاعاتى و انتخاب ماشین آلات را جهت بررسى های فنى و اقتصادی مى طلبد. بر این اساس نرم افزار انتخاب کامیون- شاول طراحى شد تا بتوان با دسترسى به بانک های اطلاعاتى و همچنین به کارگیری انواع روش های انتخاب، ماشین آلات بارگیری و باربری را انتخاب نمود. در ادامه برخى از فرم های برنامه معرفى مى شوند

   متن اصلی:
    
 
شکل2_فرم ورود به برنامه انتخاب شاول و کامیون

  - 3زبان برنامه
این برنامه به زبان ویژوال بیسیک یک زبان برنامه نویسى تحت ویندوز است. برنامه aای به زبان ویژوال بیسی در محیط برنامه نویسى(Integrated development environment)IDE پیاده سازی مى شوند. محیط IDE منحصر به ویژوال بیسیک نبوده و امکان توسعه برنامه در کلیه محیط های بصری را مى دهد. محیط IDEامکان پیاده سازی برنا مه ها را در حداقل زمان فراهم نموده ضمن آنکه چنان تسهیلاتى ایجاد کرده است ک برنامه های تحت ویندوز بدون نیاز به برنامه نویس متخصص، قابل پیاده سازی باشند. ایجاد پیاده سازی یک برنامه کاربردی در محیط توسعه سریع کاربردی امکان پذیر است. ویژوال بیسیک گستردترین دنیای زبان(Rapid application development)RAD است. ویژوال بیسیک زبانى به وضوح متفاوت از سایر زبان ها مى باشد که در عین سادگى امکان استفاده از ترکیب های قدرتمند مانند رابط گرافیکى کاربر، برنامه نویسى ساخت یافته، کنترل رویدادها، کنترل خطاها و بسیاری از ترکیب های قدرتمند دیگر را برای برنامه نویس فراهم کرده است. با توجه به ویژگى های گفته شده در مورد زبان برنامه نویسى ویژوال بیسیک 6 این زبان جهت تهیه نرم افزار انتخاب شاول کامیون انتخاب شد]3[.

 - 4 معرفى نرم افزار انتخاب شاول- کامیون
فرم اصلى برنامه در شکل 2 نشان داده شده است که در این فرم تعدادی منو همراه با زیر منوهای مربوط به هرکدام وجود دارد. یکى از منوها، منوی Selection method شامل روش های انتخاب ماشین آلات مى باشد. برخى از روش ها و فرم های برنامه و پارامترهای ورودی و خروجى هر روش در ادامه توضیح داده ومعرفى می شود.
 
شکل2_فرم ورود به برنامه انتخاب شاول و کامیون

الف- زیرمنوى روش اهارا: داده های ورودی در این روش میزان تولید سالیانه معدن بر حسب تن و تعداد روزهای کاری معدن در سال مى باشد. پارامترهای خروجى شامل ظرفیت شاول مناسب معدن، تعداد شاول مورد نیاز معدن، هزینه های بارکننده، ظرفیت کامیون برحسب تن، تعداد کامیون و هزینه های سرمایه گذاری کامیون ها مى باشد.
ب- زیر منوی روش ضرایب تفضیلى: این روش جدیدترین روش برای انتخاب کامیون های با ماکزیمم ظرفیت بارگیری مشابه و نزدیک به هم مى باشد. به عبارت دیگر این روش برای انتخاب کامیونى با ظرفیت بارگیری مشخص از بین کمپانى های مختلف به کار گرفته مى شود. در این روش روابط بین پارامترهای عملیاتى و طراحى اصلى کامیونهای تخلیه از عقب مورد مطالعه قرار گرفته اند. این نتایج بر اساس تحلیل همبستگى آماری انجام شده بر مهم ترین مشخصه های فنى کامیون ها و اطلاعات عرضه شده توسط مهمترین سازندگان در سراسر جهان بدست آمده است. در نهایت روابط بدست آمده همراه با پارامترهای اقتصادی همچون هزینه های مالکیت و عملیاتى ترکیب شده تا ضریب انتخاب کامیون های معدنی فرمول بندی شود. این معیار به صورت فرمول(1) تعریف مى شود]4[:
 
(1)

که در اینجا:
 
(2)
بخش فنى مربوط به کامیون معدنى( این ضریب از روابط بخش فنى معیار محاسبه مى شود. )
 
(3)
قیمت تحویل کامیون معدنی
 
(4)
هزینه های عملیاتى و مالکیت معدنى
 
(5)
ماکزیمم ظرفیت باربری کامیون معدنی
در این نرم افزار امکان مقایسه و انتخاب کامیون های معدنى بر اساس روش ضرایب تفضیلى برای حالت a بین 2 تا 8 میون وجود دارد. فرم های مربوط به روش ضرایب تفضیلى در شکل های 3 و 4 نشان داده شده اند. همانطور که گفته شد روش براساس اطلاعات فنى و اقتصادی کامیون ها استوار مى باشد. پارامترهای فنى عبارتند از وزن ناخالص کامیون، وزن خالص، ماکزیمم ظرفیت باربری، ظرفیت حجمى، ظرفیت کپه ای، توان موتور و ماکزیمم سرعت کامیون مى باشد. پارامترهای اقتصادی شامل هزینه های مالکیت، عملیاتى و قیمت تحویل کامیون مى باشد. این اطلاعات مى توانند توسط کاربر وارد شده و یا اینکه از بانک اطلاعاتى کامیون ها انتخاب شود. فرم مربوط به این بانک اطلاعاتى در شکل 5 نشان داده شده است. نتایج خروجى شامل محاسبه امتیازهای فنى و نهایى هر کمپانى و پیشنهاد انتخاب بهینه مى باشد. این فرم در شکل نشان داده شده است.
 
شکل3_فرم مربوط به داده های فنی روش ضرایب تفضیلی

ج- زیرمنوى روش سلسله مراتب تحلیلى (Analytical Hierarchy Process) :
روش سلسه مراتب تحلیلى یک ابزار تصمیم گیری قدرتمند چند معیاره مى باشد که توسط Saaty به مفظور مفطبق نمودن معیارها رتبه بندی های که در تصمیم گیری نقش دارند توسعه داده شده است. این روش تصمیم گیرنده را قادر مى سازد تا تعامل فاکتورهای چندگانه را در وضعیت های غیر ساختارمند پیچیده بیان کند. روش بر اساس مقایسه زوجى عناصر تصمیم گیری با توجه به ویژگى ها یا گزینه های آنها استوار است. ماتریس مقایسه زوجى n*n مى باشد که n تعداد عناصری است که مقایسه مى شوند. سیستم مبتنى بر AHP مسئله انتخاب ماشین آلات را به قسمت های اصلى کوچک و کوچکتر تجزیه کرده و سپس تصمیم گیرندگان را از طریق یک مجموعه قضاوت های مقایسه زوجى میان فاکتورهای وابسته به انتخاب ماشین آلات معدنى یا گزینه های ماشین به منظور بیان ارتباط قوی یا اهمیت هر کدام از این فاکتورها یا شدت تاثیر عناصر در سلسله مراتبى یاری مى دهد. این قضاوت ها سپس به صورت کمى در مى آیند. امتیاز کلى هرگزینه از طریق ضرب امتیازهای نسبى در طول هر مسیر ارزش گذاری سلسله مراتبى محاسبه مى شود. و سپس این نتایج برای هرگزینه تصمیم گیری جمع مى شوند] 5[.
 
شکل4_فرم مربوط به داده های اقتصادی روش ضرایب تفضیلی

 
شکل5_فرم مربوط به بانک اطلاعاتی کامیون ها

تعیین امتیازها:
امتیازدهى به پارامترهای ورودی و معیار براساس مقایسه زوجى عوامل صورت مى گیرند و این امتیازها باید در دامنه اعداد 1 تا 9 باشند. همچنین عناصر قطری هر ماتریس باید امتیاز یک داشته باشند. یکى از مزایای مهم فرآیند تحلیل سلسله مراتبى اندازه گیری و کنترل سازگاری هر ماتریس و تصمیم مى باشد. محدوده قابل قبول ناسازگاری در هر سیستم به تصمیم گیرنده بستگى دارد اما در حالت کلى ساعتى پیشنهاد مى کند که اگر ناسازگاری تصمیم بیشتر از 1/0 باشد بهتر است تصمیم گیرنده در قضاوت های خود تجدید نظر کند. مقدار نرخ ناسازگاری هر ماتریس از رابطه بدست(2 ) مى آید] 5[:
 
(6)

   I.R: نا سا زگا ری
  I.I: شاخص ناسازگاری که از رابطه (3) بدست مى آید.
 
(7)

  Max?: ماکزیمم مقدار ویژه ماتریس
  n:   تعداد ستون ماتریس
  I.I.R : شاخص ناسازگاری ماتریس تصادفی که از رابطه(4 ) بدست مى آید.
 
(8)

روش سلسله مراتب تحلیلى هم در این برنامه گنجانده شد. فرم شکل 6 نمونه ای از فرم ورود امتیازها و معیارهای انتخاب شده را نشان مى دهد. معیارهای انتخاب شده با توجه به شرایط معدن و اهمیت آنها انتخاب مى شوند. معیارها مى توانند شامل مواردی همچون هزینه تولید، توان تولید ماشین آلات، هزینه های مالکیت و عملیاتى، ملاحظات زیست محیطى و ایمنى، نسبت باطله برداری معدن و هر پارامتری که به نحوی در معدنکاری تاثیر داشته باشد] 5[. داده های ورودی شامل ماشین آلات مورد مقایسه و معیارهای موثر در انتخاب ماشین آلات و امتیاز مربوط به مقایسه زوجى ماشین آلات و معیارهای انتخاب شده مى باشد. نتایچ خروجى شامل امتیاز نهایى هر ماشین، نرخ های ناسازگاری هر ماتریس، نرخ ناسازگاری نهایى ماتریس ها و تعیین انتخاب بهینه مى باشد. گزینه ماشینى که دارای بالاترین امتیاز باشد به عنوان انتخاب بهینه پذیرفته مى شود. در صورتى که نرخ ناسازگاری نهایى بزرگتر از 1/0 باشد برنامه با پیغامى به کاربر توصیه مى کند که در قضاوت های خود تجدید نظر کند.
د- زیرمنوی روش انتخاب ترکیب شاول-کامیون:
پایه و اساس این روش براساس میزان تولید معدن، راندمان ماشین آلات و پارامترهای فنى معدن استوار است] 6[. از مهم ترین روابط به کار گرفته در این قسمت مى توان روابط (5) تا (0 1) را نام برد] 6[:
 
(9)

 
(10)

 
(11)

 
(12)

 
(13)

  :whps ساعات کارمفید دریک سال
    :Nsتعداد شاول مورد نیاز
     :Mتولید سالانه بر حسب تن
   :msphمیزان تولید شاول در ساعت بر حسب تن در ساعت
    :whpyساعات کارمفید دریک سال
  :ff ضریب پرشوندگى
    :fskضریب چرخش
  :SGr وزن مخصوص برجا( تن بر متر مکعب (
  :ABC ظرفیت واقعى شاول
   :NSPYتعداد نوبت کاری در یک سال
   :Ra راندمان واقعى ماشین
   :Fd زمان تاخیرهای ثابت
  :Je  راندمان عملیاتى
    :U ساعات شیفت
   :APH  متوسط تولید کامیون برحسب تن در ساعت
   :PPHحدکثر تولید کامیون بر حسب تن در ساعت
   :TPHتولید نظری کامیون بر حسب تن در ساعت
     :C زمان یک سیکل کاری کامیون برحسب دقیقه
     :TCظرفیت کامیون برحسب تن
 
شکل6_نمونه هایی از فرم مربوط به داده های ورودی روش AHP

نمونه ای از فرم های مربوط به این روش در شکل 7 نشان داده شده است. اطلاعات ورودی شامل مشخصات مواد معدنى، اطلاعات رژیم کاری معدن، اطلاعات مربوط به شاول وکامیون مى باشد. مشخصات مواد معدنى شامل اسم ماده معدنى، ضریب پرشوندگى، ضریب تورم و وزن مخصوص ماد ه معدنى مى باشد. این اطلاعات را مى توان از بانک اطلاعاتى مواد معدنى دریافت نمود. فرم مربوط به بانک اطلاعاتى مواد معدنى در شکل 8 نشان داده شده است. اطلاعات مربوطه شاول شامل ضریب چرخش، عمر شاول، زمان سیکل کاری شاول و ظرفیت جام شاول مى باشند. اطلاعات مربوط به کامیون شامل ظرفیت کامیون، زمان مانور، انتظار، زمان تخلیه و غیره مى باشد. مشخصات کامیون و شاو aا را مى قوان از بانک اطلاعاتى مربوطه استخراج نمود[7] نمونه های از فرم مربوط به بانک اطلاعاتى شاول ها در شکل 9 نشان داده شده است.
 
شکل7_فرم مربوط به روش انتخاب ترکیب شاول -کامیون

اطلاعات دیگر شامل طول، مسیر، مقاومت غلتشى مسیر مى باشد که مى توان با توجه به منوهای فرم شکل 10 تعریف و تعیین کرد. فرم شکل 10 دارای منوهای محاسبه سرعت، منوی مربوط به اطلاعات جاده aا، مفوی تخمین هزیفه و تحلیل حساسیت و غیره مى باشد. همافطور که گفته شد یکى از پارامق a ورودی هزینه های عملیاتى و مالکیت کامیون مى باشد که مى توان از بانک اطلاعاتى هزینه ها استخراج نمود و یا اینکه این هزینه ها را توسط منوی Costs          estimation تخمین زد. این هزینه ها شامل هزینه های سرمایه گذاری، تعمیر ونگهداری، سوخت و انرژی، روغنکاری، لاستیک ها و غیره مى شوند. نمونه ای از فرم تخمین هزینه ماشین آلات در شکل 11 نشان داده شده است یکى دیگر از داده های ورودی شامل سرعت کامیون ها در مسیرهای مختلف مى باشد که این سرعت ها میتواند توسط کاربر انتخاب و وارد شود و ی اینکه با انتخاب کامیون مورد نظر و با توجه به مشخصات مسیر سرعت به طور خودکار محاسبه شود. به طور کلى برنامه به صورتى تهیه شده که در مواقع ضروری به کمک پیغام و فرم های مربوطه به کاربر کمک مى کند.
ه- زیرمنوى Chart:
با استفاده از این زیر منو مى توان نمودارهایى را از نتایج خروجى تهیه کرد
 
شکل8_فرم مربوط به بانک اطلاعاتی انواع مواد معدنی

 
شکل9_فرم مربوط به بانک اطلاعاتی شاول های برقی

- 5 مورد مطالعاتى: معدن سنگ آهن چادرملو
از این برنامه جهت محاسبه تعداد ماشین آلات مورد نیاز بارگیری و حمل برای معدن سنگ آهن چادرملو استفاده شد. میزان تولید معدن چادرملو با توجه به طرح توسعه معدن شامل استخراج سالیانه 10 میلیون تن کانسنگ و 6/6 میلیون تن باطله خواهد بود. روزهای مفید کاری در معدن 352 روز و 3 شیفت در روز با 8 ساعت در شیفت و 75 درصد راندمان ماشین آلات مى باشد. وزن مخصوص در باطله و ماده معد!ى به ترتیب 4/4 و 7/2 مى باشد. ضریب چرخش برابر یک در نظر گرفته شده است. ضریب پرشوندگى برابر88/0 مى باشد. ضریب بار برای ماده معدنی و باطله به ترتیب برابر64/0 و 65/0 در نظر گرفته مى شود. اطلاعات زمان سنجى شامل زمان انتظار در سینه کار، زمان مانور جهت بارگیری، زمان تخلیه در محل سنگ شکن، زمان مانور در محل سنگ شکن، زمان تخلیه در محل دمپ، زمان مانور در محل دمپ به ترتیب برابر 135، 37 ،61 ،25 ، 29 و 19 ثانیه مى باشد. زمان یک سیکل کاری شاول در باطله و ماده معدنى به ترتیب 48 و 44 ثانیه در نظر گرفته شده است. لازم به ذکر است این اطلاعات با توجه به زمان سنجى های در معدن چادرملو بدست آمده اند. شیب رمپ های معدن برابر 8% و مقاومت غلتشى جاده ها برابر 2% در نظر گرفته شده است. با استفاده از این اطلاعات و به کمک نرم افزار ترکیب های مختلف شاول کامیون بررسى شد. ترکیب های مختلف شاول – کامیون در نظر گرفته شده برای معدن چادرملو و تعداد محاسبه شده آنها در جدول 1 آورده شده اند. نتایج نشان داد که ترکیب شماره 3 یعنى شاول 13 یاردمکعبى( 0 1 مترمکعبى ) و کامیون85 تنى با هزینه کل 1383.8دلار برساعت دارای کمترین هزینه مالکیت و عملیاتى در مقایسه با دیگر ترکیب های در نظر گرفته شده مى باشد. نمودار مقایسه ترکیب های مختلف شاول کامیون از نظر تعداد ماشین آلات که توسط نرم افزار انتخاب شاول- کامیون رسم شده در شکل 12 نشان داده شده است.
 
شکل10_فرم مربوط به نتایج روش انتخاب ترکیب شاول -کامیون
 
 
شکل11_نمونه ای از فرم مربوط به تخمین هزینه های مالکیت و عملیاتی ماشین آلات

 
جدول1_ترکیب های مختلف شاول-کامیون در نظر گرفته شده برای معدن چادرملو

 
شکل 12_نمودار رسم شده توسط نرم افزار برای مقایسه ترکیب های مختلف شاول-کامیون از نظر تعداد ماشین آلات

   نتیجه گیری:
     انتخاب ماشین آلات معادن روباز یک عامل مهم در سودآوری پروژه های معدنى مى باشد و یک انتخاب نادرست علاوه بر غیر اقتصادی کردن عملیات باعث ایجاد یک سری مشکلات غیرمنتظره در مدیریت ناوگان ماشین آلات معدن مى شود. از این رو بکارگیری روش های مختلف برای انتخاب شایسته ماشین آلات امری ضروری است. به طور کلى انتخاب ترکیب بهینه ماشین آلات باید با توجه به دو پارامتر اصلى فنى و اقتصادی انجام گیرد. نرم افزار انتخاب شاول- کامیون با بکارگیری روش های مختلف انتخاب ماشین آلات و در نظر گرفتن هر دو پارامتر فنى و اقتصادی امکان انتخاب بهینه ماشین آلات معادن روباز را فراهم مى کند. قابلیت حذف و اضافه کردن داده ها به بانک های اطلاعاتى و ارائه گزارش ها و نمودارها از نتایج خروجى باعث شده تا برنامه به یک برنامه کاربردی ارزشمند تبدیل شود. به طور کلى سیستم طوری طراحى شده است که نتایج محاسبات را با استفاده از نمودار مقایسه کرد. امید است با تلاش بیشتر و افزایش امکانات برنامه، نرم افزار انتخاب شاول کامیون را در آینده به سمتى هدایت کرد تا با دیگر نرم افزارهای خارجى قابل رقابت و مورد استفاده در پروژه های معدنى باشد.

   منابع:
     مراجع
   [1] KENNEDY, B.A, (1990), "Surface mining", Editio 2,Society for Mining, Metalurgy and Exploration

   [2] A.d. haidar & S.g. naouni,( 1996),"Opencast mine equipment selection using genetic algorithms", International Journal of Surface Mining, Reclamation & Environment, ,vol. 10,pp:6 1- 67.

[3] Dragan Komljenovic,Kostas Fytas, Jacek Paraszczak, (2003),"A Selection Methodology for rear Mining Truck?", MPES,.
 
 [4]Bimal Sanianta, B. Sarkar and S. k. Mukherjee, (2002)," Selection of opencast mining equipment by amulti-criteria decision-making process", Sec. A: Mining Technolgy,
 
 [5] Atkinson Thomas, (1992), "Selection and sizing of excavating equipment", Mining
   En gineering Handbook, SME, pp761-782
 
[6] "Caterpillar performance handbook", (1994), publication by caterpillar inc. Peoria, U.S.A,
 
  {7}زارعپور، علیرضا، (1381) ، " آموزش ویژوال بیسیک 6 در 21 روز "، موسسه علمى فرهنگى نص

مقاله برای آشنایی با نظریه سی. پی. اچ
چرخه سوخت هسته ای
چرخه سوخت هسته ای: از استخراج اورانیوم تا تولید انرژی
 
اورانیوم که ماده خام اصلی مورد نیاز برای تولید انرژی در برنامه های صلح آمیز یا نظامی هسته ای است، از طریق استخراج از معادن زیرزمینی یا سر باز بدست می آید. اگر چه این عنصر بطور طبیعی در سرتاسر جهان یافت میشود اما تنها حجم کوچکی از آن بصورت متراکم در معادن موجود است.
هنگامی که هسته اتم اورانیوم در یک واکنش زنجیره ای شکافته شود مقداری انرژی آزاد خواهد شد.
برای شکافت هسته اتم اورانیوم، یک نوترون به هسته آن شلیک میشود و در نتیجه این فرایند، اتم مذکور به دو اتم کوچکتر تجزیه شده و تعدادی نوترون جدید نیز آزاد میشود که هرکدام به نوبه خود میتوانند هسته های جدیدی را در یک فرایند زنجیره ای تجزیه کنند
 
مجموع جرم اتمهای کوچکتری که از تجزیه اتم اورانیوم بدست می آید از کل جرم اولیه این اتم کمتر است و این بدان معناست که مقداری از جرم اولیه که ظاهرا ناپدید شده در واقع به انرژی تبدیل شده است، و این انرژی با استفاده از رابطه
E=MC?
 یعنی رابطه جرم و انرژی که آلبرت اینشتین نخستین بار آنرا کشف کرد قابل محاسبه است.
اورانیوم به صورت دو ایزوتوپ مختلف در طبیعت یافت میشود. یعنی اورانیوم
U??? یا U??? که هر دو دارای تعداد پروتون یکسانی بوده و تنها تفاوتشان در سه نوترون اضافه ای است که در هسته  U???وجود دارد. اعداد ??? و ??? بیانگر مجموع تعداد پروتونها و نوترونها در هسته هر کدام از این دو ایزوتوپ است
برای بدست آوردن بالاترین بازدهی در فرایند زنجیره ای شکافت هسته باید از اورانیوم ??? استفاده کرد که هسته آن به سادگی شکافته میشود. هنگامی که این نوع اورانیوم به اتمهای کوچکتر تجزیه میشود علاوه بر آزاد شدن مقداری انرژی حرارتی دو یا سه نوترون جدید نیز رها میشود که در صورت برخورد با اتمهای جدید اورانیوم بازهم انرژی حرارتی بیشتر و نوترونهای جدید آزاد میشود
اما بدلیل "نیمه عمر" کوتاه اورانیوم ??? و فروپاشی سریع آن، این ایزوتوپ در طبیعت بسیار نادر است بطوری که از هر ???? اتم اورانیوم موجود در طبیعت تنها هفت اتم از نوعU???بوده و مابقی از نوع سنگینتر
U??? است
کشورهای اصلی تولید کننده اورانیوم استرالیا  چین  کانادا  قزاقستان   امیبیا    نیجر   روسیه   ازبکستان
سنگ معدن اورانیوم بعد از استخراج، در آسیابهائی خرد و به گردی نرم تبدیل میشود. گرد بدست آمده سپس در یک فرایند شیمیائی به ماده جامد زرد رنگی تبدیل میشود که به کیک زرد موسوم است. کیک زرد دارای خاصیت رادیو اکتیویته است و ?? تا ?? درصد آنرا اورانیوم تشکیل میدهد.
دانشمندان هسته ای برای دست یابی هرچه بیشتر به ایزوتوپ نادر U???که در تولید انرژی هسته ای نقشی کلیدی دارد، از روشی به موسوم به غنی سازی استفاده می کنند. برای این کار، دانشمندان ابتدا کیک زرد را طی فرایندی شیمیائی به ماده جامدی به نام هگزافلوئورید اورانیوم تبدیل میکنند که بعد از حرارت داده شدن در دمای حدود ?? درجه سانتیگراد به گاز تبدیل میشود
 
 
کیک زرد دارای خاصیت رادیو اکتیویته است و ?? تا ?? درصد آنرا اورانیوم تشکیل میدهد
هگزافلوئورید اورانیوم که در صنعت با نام ساده هگز شناخته میشود ماده شیمیائی خورنده ایست که باید آنرا با احتیاط نگهداری و جابجا کرد. به همین دلیل پمپها و لوله هائی که برای انتقال این گاز در تاسیسات فراوری اورانیوم بکار میروند باید از آلومینیوم و آلیاژهای نیکل ساخته شوند. همچنین به منظور پیشگیری از هرگونه واکنش شیمیایی برگشت ناپذیر باید این گاز را دور از معرض روغن و مواد چرب کننده دیگر نگهداری کرد
هدف از غنی سازی تولید اورانیومی است که دارای درصد بالایی از ایزوتوپ U??? باشد.
اورانیوم مورد استفاده در راکتورهای اتمی باید به حدی غنی شود که حاوی ? تا ? درصد اورانیوم ??? باشد، در حالی که اورانیومی که در ساخت بمب اتمی بکار میرود حداقل باید حاوی ?? درصد اورانیوم ??? باشد.
یکی از روشهای معمول غنی سازی استفاده از دستگاههای سانتریفوژ گاز است.
سانتریفوژ از اتاقکی سیلندری شکل تشکیل شده که با سرعت بسیار زیاد حول محور خود می چرخد. هنگامی که گاز هگزا فلوئورید اورانیوم به داخل این سیلندر دمیده شود نیروی گریز از مرکز ناشی از چرخش آن باعث میشود که مولکولهای سبکتری که حاوی اورانیوم ??? است در مرکز سیلندر متمرکز شوند و مولکولهای سنگینتری که حاوی اورانیوم ??? هستند در پایین سیلندر انباشته شوند
 
برای مشاهداه ی تصاویر رآکتور اتمی و انواع سلاح های هسته ای اینجا را کلیک کنید
اورانیوم ??? غنی شده ای که از این طریق بدست می آید سپس به داخل سانتریفوژ دیگری دمیده میشود تا درجه خلوص آن باز هم بالاتر رود. این عمل بارها و بارها توسط سانتریفوژهای متعددی که بطور سری به یکدیگر متصل میشوند تکرار میشود تا جایی که اورانیوم ??? با درصد خلوص مورد نیاز بدست آید.
آنچه که پس از جدا سازی اورانیوم ??? باقی میماند به نام اورانیوم خالی یا فقیر شده شناخته میشود که اساسا از اورانیوم ??? تشکیل یافته است. اورانیوم خالی فلز بسیار سنگینی است که اندکی خاصیت رادیو اکتیویته دارد و از آن برای ساخت گلوله های توپ ضد زره پوش و اجزای برخی جنگ افزار های دیگر از جمله منعکس کننده نوترونی در بمب اتمی استفاده میشود.
یک شیوه دیگر غنی سازی روشی موسوم به دیفیوژن یا روش انتشاری است.
دراین روش گاز هگزافلوئورید اورانیوم به داخل ستونهایی که جدار آنها از اجسام متخلخل تشکیل شده دمیده میشود. سوراخهای موجود در جسم متخلخل باید قدری از قطر مولکول هگزافلوئورید اورانیوم بزرگتر باشد.
در نتیجه این کار مولکولهای سبکتر حاوی اورانیوم ??? با سرعت بیشتری در این ستونها منتشر شده و تفکیک میشوند. این روش غنی سازی نیز باید مانند روش سانتریفوژ بارها و باره تکرار شود
راکتور هسته ای وسیله ایست که در آن فرایند شکافت هسته ای بصورت کنترل شده انجام میگیرد. انرژی حرارتی بدست آمده از این طریق را می توان برای بخار کردن آب و به گردش درآوردن توربین های بخار ژنراتورهای الکتریکی مورد استفاده قرار داد.
اورانیوم غنی شده ، معمولا به صورت قرصهائی که سطح مقطعشان به اندازه یک سکه معمولی و ضخامتشان در حدود دو و نیم سانتیمتر است در راکتورها به مصرف میرسند. این قرصها روی هم قرار داده شده و میله هایی را تشکیل میدهند که به میله سوخت موسوم است. میله های سوخت سپس در بسته های چندتائی دسته بندی شده و تحت فشار و در محیطی عایقبندی شده نگهداری میشوند.
در بسیاری از نیروگاهها برای جلوگیری از گرم شدن بسته های سوخت در داخل راکتور، این بسته ها را داخل آب سرد فرو می برند. در نیروگاههای دیگر برای خنک نگه داشتن هسته راکتور ، یعنی جائی که فرایند شکافت هسته ای در آن رخ میدهد ، از فلز مایع (سدیم) یا گاز دی اکسید کربن استفاده می شود
برای تولید انرژی گرمائی از طریق فرایند شکافت هسته ای ، اورانیومی که در هسته راکتور قرار داده میشود باید از جرم بحرانی بیشتر (فوق بحرانی) باشد. یعنی اورانیوم مورد استفاده باید به حدی غنی شده باشد که امکان آغاز یک واکنش زنجیره ای مداوم وجود داشته باشد
 
1- هسته راکتور
2-پمپ خنک کننده
3- میله های سوخت
4- مولد بخار
5- هدایت بخار به داخل توربین مولد برق
 
برای تنظیم و کنترل فرایند شکافت هسته ای در یک راکتور از میله های کنترلی که معمولا از جنس کادمیوم است استفاده میشود. این میله ها با جذب نوترونهای آزاد در داخل راکتور از تسریع واکنشهای زنجیره ای جلوگیری میکند. زیرا با کاهش تعداد نوترونها ، تعداد واکنشهای زنجیره ای نیز کاهش میابد.
حدودا ??? نیروگاه هسته ای در سرتاسر جهان فعال هستند که تقریبا ?? درصد کل برق مصرفی در جهان را تامین میکنند. از جمله کاربردهای دیگر راکتورهای هسته ای، تولید نیروی محرکه لازم برای جابجایی ناوها و زیردریایی های اتمی است
برای بازیافت اورانیوم از سوخت هسته ای مصرف شده در راکتور از عملیات شیمیایی موسوم به بازفراوری استفاده میشود. در این عملیات، ابتدا پوسته فلزی میله های سوخت مصرف شده را جدا میسازند و سپس آنها را در داخل اسید نیتریک داغ حل میکنند
در نتیجه این عملیات، ?% پلوتونیوم ، ?% مواد زائد به شدت رادیو اکتیو و ??% اورانیوم بدست می آید که دوباره میتوان آنرا در راکتور به مصرف رساند
 
راکتورهای نظامی این کار را بطور بسیار موثرتری انجام میدهند. راکتور و تاسیسات باز فراوری مورد نیاز برای تولید پلوتونیوم را میتوان بطور پنهانی در داخل ساختمانهای معمولی جاسازی کرد. به همین دلیل، تولید پلوتونیوم به این طریق، برای هر کشوری که بخواهد بطور مخفیانه تسلیحات اتمی تولید کند گزینه جذابی خواهد بود
استفاده از پلوتونیوم به جای اورانیوم در ساخت بمب اتمی مزایای بسیاری دارد. تنها چهار کیلوگرم پلوتونیوم برای ساخت بمب اتمی با قدرت انفجار ?? کیلو تن کافی است. در عین حال با تاسیسات بازفراوری نسبتا کوچکی میتوان چیزی حدود ?? کیلوگرم پلوتونیوم در سال تولید کرد
کلاهک هسته ای شامل گوی پلوتونیومی است که اطراف آنرا پوسته ای موسوم به منعکس کننده نوترونی فرا گرفته است. این پوسته که معمولا از ترکیب بریلیوم و پلونیوم ساخته میشود، نوترونهای آزادی را که از فرایند شکافت هسته ای به بیرون میگریزند، به داخل این فرایند بازمی تاباند
بمب پلوتونیومی
 
1- منبع یا مولد نوترونی
2- هسته پلوتونیومی
3- پوسته منعکس کننده (بریلیوم)
4- ماده منفجره پرقدرت
5- چاشنی انفجاری
برای کشور یا گروه تروریستی که بخواهد بمب اتمی بسازد، تولید پلوتونیوم با کمک راکتورهای هسته ای غیر نظامی از تهیه اورانیوم غنی شده آسانتر خواهد بود. کارشناسان معتقدند که دانش و فناوری لازم برای طراحی و ساخت یک بمب پلوتونیومی ابتدائی، از دانش و فنآوری که حمله کنندگان با گاز اعصاب به شبکه متروی توکیو در سال ???? در اختیار داشتند پیشرفته تر نیست.
چنین بمب پلوتونیومی میتواند با قدرتی معادل ??? تن تی ان تی منفجر شود، یعنی ?? مرتبه قویتر از قدرتمندترین بمبگزاری تروریستی که تا کنون در جهان رخ داده است
هدف طراحان بمبهای اتمی ایجاد یک جرم فوق بحرانی ( از اورانیوم یا پلوتونیوم) است که بتواند طی یک واکنش زنجیره ای مداوم و کنترل نشده، مقادیر متنابهی انرژی حرارتی آزاد کند.
یکی از ساده ترین شیوه های ساخت بمب اتمی استفاده از طرحی موسوم به "تفنگی" است که در آن گلوله کوچکی از اورانیوم که از جرم بحرانی کمتر بوده به سمت جرم بزرگتری از اورانیوم شلیک میشود بگونه ای که در اثر برخورد این دو قطعه، جرم کلی فوق بحرانی شده و باعث آغاز واکنش زنجیره ای و انفجار هسته ای میشود.
کل این فرایند در کسر کوچکی از ثانیه رخ میدهد.
جهت تولید سوخت مورد نیاز بمب اتمی، هگزا فلوئورید اورانیوم غنی شده را ابتدا به اکسید اورانیوم و سپس به شمش فلزی اورانیوم تبدیل میکنند. انجام این کار از طریق فرایندهای شیمیائی و مهندسی نسبتا ساده ای امکان پذیر است
 
قدرت انفجار یک بمب اتمی معمولی حداکثر ?? کیلو تن است، اما با کمک روش خاصی که متکی بر مهار خصوصیات جوش یا گداز هسته ای است میتوان قدرت بمب را افزایش داد.
در فرایند گداز هسته ای ، هسته های ایزوتوپهای هیدروژن به یکدیگر جوش خورده و هسته اتم هلیوم را ایجاد میکنند. این فرایند هنگامی رخ میدهد که هسته های اتمهای هیدروژن در معرض گرما و فشار شدید قرار بگیرند. انفجار بمب اتمی گرما و فشار شدید مورد نیاز برای آغاز این فرایند را فراهم میکند.
طی فرایند گداز هسته ای نوترونهای بیشتری رها میشوند که با تغذیه واکنش زنجیره ای، انفجار شدیدتری را بدنبال می آورند. اینگونه بمبهای اتمی تقویت شده به بمبهای هیدروژنی یا بمبهای اتمی حرارتی موسومند
 
 
 

مقاله علمی چرخه سوخت هسته ای: از استخراج اورانیوم تا تولید انرژی
________________________________________
چرخه سوخت هسته ای: از استخراج اورانیوم تا تولید انرژی

مقدمه: استخراج اورانیوم از معدن
 

اورانیوم که ماده خام اصلی مورد نیاز برای تولید انرژی در برنامه های صلح آمیز یا نظامی هسته ای است، از طریق استخراج از معادن زیرزمینی یا سر باز بدست می آید. اگر چه این عنصر بطور طبیعی در سرتاسر جهان یافت میشود اما تنها حجم کوچکی از آن بصورت متراکم در معادن موجود است.
هنگامی که هسته اتم اورانیوم در یک واکنش زنجیره ای شکافته شود مقداری انرژی آزاد خواهد شد.
برای شکافت هسته اتم اورانیوم، یک نوترون به هسته آن شلیک میشود و در نتیجه این فرایند، اتم مذکور به دو اتم کوچکتر تجزیه شده و تعدادی نوترون جدید نیز آزاد میشود که هرکدام به نوبه خود میتوانند هسته های جدیدی را در یک فرایند زنجیره ای تجزیه کنند.
مجموع جرم اتمهای کوچکتری که از تجزیه اتم اورانیوم بدست می آید از کل جرم اولیه این اتم کمتر است و این بدان معناست که مقداری از جرم اولیه که ظاهرا ناپدید شده در واقع به انرژی تبدیل شده است، و این انرژی با استفاده از رابطه E=MC? یعنی رابطه جرم و انرژی که آلبرت اینشتین نخستین بار آنرا کشف کرد قابل محاسبه است.
اورانیوم به صورت سه ایزوتوپ مختلف در طبیعت یافت میشود. دو گونه اصلی آن اورانیوم U??? و U??? است که هر دو دارای تعداد پروتون یکسانی بوده و تنها تفاوتشان در سه نوترون اضافه ای است که در هسته U??? وجود دارد. اعداد ??? و ??? بیانگر مجموع تعداد پروتونها و نوترونها در هسته هر کدام از این دو ایزوتوپ است.
برای بدست آوردن بالاترین بازدهی در فرایند زنجیره ای شکافت هسته باید از اورانیوم ??? استفاده کرد که هسته آن به سادگی شکافته میشود. هنگامی که این نوع اورانیوم به اتمهای کوچکتر تجزیه میشود علاوه بر آزاد شدن مقداری انرژی حرارتی دو یا سه نوترون جدید نیز رها میشود که در صورت برخورد با اتمهای جدید اورانیوم بازهم انرژی حرارتی بیشتر و نوترونهای جدید آزاد میشود.
اما بدلیل "نیمه عمر" کوتاه اورانیوم ??? و فروپاشی سریع آن، این ایزوتوپ در طبیعت بسیار نادر است بطوری که از هر ???? اتم اورانیوم موجود در طبیعت تنها هفت اتم از نوع U??? بوده و مابقی از نوع سنگینتر U??? است.
کشورهای اصلی تولید کننده اورانیوم
استرالیا
چین
کانادا
قزاقستان
نامیبیا
نیجر
روسیه
ازبکستان

فراوری:
سنگ معدن اورانیوم بعد از استخراج، در آسیابهائی خرد و به گردی نرم تبدیل میشود. گرد بدست آمده سپس در یک فرایند شیمیائی به ماده جامد زرد رنگی تبدیل میشود که به کیک زرد موسوم است. کیک زرد دارای خاصیت رادیو اکتیویته است و ?? تا ?? درصد آنرا اورانیوم تشکیل میدهد.
دانشمندان هسته ای برای دست یابی هرچه بیشتر به ایزوتوپ نادر U??? که در تولید انرژی هسته ای نقشی کلیدی دارد، از روشی موسوم به غنی سازی استفاده می کنند. برای این کار، دانشمندان ابتدا کیک زرد را طی فرایندی شیمیائی به ماده جامدی به نام هگزافلوئورید اورانیوم تبدیل میکنند که بعد از حرارت داده شدن در دمای حدود ?? درجه سانتیگراد به گاز تبدیل میشود.

هگزافلوئورید اورانیوم که در صنعت با نام ساده هگز شناخته میشود ماده شیمیائی خورنده ایست که باید آنرا با احتیاط نگهداری و جابجا کرد. به همین دلیل پمپها و لوله هائی که برای انتقال این گاز در تاسیسات فراوری اورانیوم بکار میروند باید از آلومینیوم و آلیاژهای نیکل ساخته شوند. همچنین به منظور پیشگیری از هرگونه واکنش شیمیایی برگشت ناپذیر باید این گاز را دور از معرض روغن و مواد چرب کننده دیگر نگهداری کرد.

 
کیک زرد دارای خاصیت رادیو اکتیویته است و ?? تا ?? درصد آنرا اورانیوم تشکیل میدهد

غنی سازی:
هدف از غنی سازی تولید اورانیومی است که دارای درصد بالایی از ایزوتوپ U??? باشد.
اورانیوم مورد استفاده در راکتورهای اتمی باید به حدی غنی شود که حاوی ? تا ? درصد اورانیوم ??? باشد، در حالی که اورانیومی که در ساخت بمب اتمی بکار میرود حداقل باید حاوی ?? درصد اورانیوم ??? باشد.
یکی از روشهای معمول غنی سازی استفاده از دستگاههای سانتریفوژ گاز است.
سانتریفوژ از اتاقکی سیلندری شکل تشکیل شده که با سرعت بسیار زیاد حول محور خود می چرخد. هنگامی که گاز هگزا فلوئورید اورانیوم به داخل این سیلندر دمیده شود نیروی گریز از مرکز ناشی از چرخش آن باعث میشود که مولکولهای سبکتری که حاوی اورانیوم ??? است در مرکز سیلندر متمرکز شوند و مولکولهای سنگینتری که حاوی اورانیوم ??? هستند در پایین سیلندر انباشته شوند.
اورانیوم ??? غنی شده ای که از این طریق بدست می آید سپس به داخل سانتریفوژ دیگری دمیده میشود تا درجه خلوص آن باز هم بالاتر رود. این عمل بارها و بارها توسط سانتریفوژهای متعددی که بطور سری به یکدیگر متصل میشوند تکرار میشود تا جایی که اورانیوم ??? با درصد خلوص مورد نیاز بدست آید.
آنچه که پس از جدا سازی اورانیوم ??? باقی میماند به نام اورانیوم خالی یا فقیر شده شناخته میشود که اساسا از اورانیوم ??? تشکیل یافته است. اورانیوم خالی فلز بسیار سنگینی است که اندکی خاصیت رادیو اکتیویته دارد و از آن برای ساخت گلوله های توپ ضد زره پوش و اجزای برخی جنگ افزار های دیگر از جمله منعکس کننده نوترونی در بمب اتمی استفاده میشود.
یک شیوه دیگر غنی سازی روشی موسوم به دیفیوژن یا روش انتشاری است.
دراین روش گاز هگزافلوئورید اورانیوم به داخل ستونهایی که جدار آنها از اجسام متخلخل تشکیل شده دمیده میشود. سوراخهای موجود در جسم متخلخل باید قدری از قطر مولکول هگزافلوئورید اورانیوم بزرگتر باشد.
در نتیجه این کار مولکولهای سبکتر حاوی اورانیوم ??? با سرعت بیشتری در این ستونها منتشر شده و تفکیک میشوند. این روش غنی سازی نیز باید مانند روش سانتریفوژ بارها و باره تکرار شود.
 
راکتور هسته ای:
راکتور هسته ای وسیله ایست که در آن فرایند شکافت هسته ای بصورت کنترل شده انجام میگیرد. انرژی حرارتی بدست آمده از این طریق را می توان برای بخار کردن آب و به گردش درآوردن توربین های بخار ژنراتورهای الکتریکی مورد استفاده قرار داد.
اورانیوم غنی شده ، معمولا به صورت قرصهائی که سطح مقطعشان به اندازه یک سکه معمولی و ضخامتشان در حدود دو و نیم سانتیمتر است در راکتورها به مصرف میرسند. این قرصها روی هم قرار داده شده و میله هایی را تشکیل میدهند که به میله سوخت موسوم است. میله های سوخت سپس در بسته های چندتائی دسته بندی شده و تحت فشار و در محیطی عایقبندی شده نگهداری میشوند.
در بسیاری از نیروگاهها برای جلوگیری از گرم شدن بسته های سوخت در داخل راکتور، این بسته ها را داخل آب سرد فرو می برند. در نیروگاههای دیگر برای خنک نگه داشتن هسته راکتور ، یعنی جائی که فرایند شکافت هسته ای در آن رخ میدهد ، از فلز مایع (سدیم) یا گاز دی اکسید کربن استفاده می شود.

برای تولید انرژی گرمائی از طریق فرایند شکافت هسته ای ، اورانیومی که در هسته راکتور قرار داده میشود باید از جرم بحرانی بیشتر (فوق بحرانی) باشد. یعنی اورانیوم مورد استفاده باید به حدی غنی شده باشد که امکان آغاز یک واکنش زنجیره ای مداوم وجود داشته باشد.
برای تنظیم و کنترل فرایند شکافت هسته ای در یک راکتور از میله های کنترلی که معمولا از جنس کادمیوم است استفاده میشود. این میله ها با جذب نوترونهای آزاد در داخل راکتور از تسریع واکنشهای زنجیره ای جلوگیری میکند. زیرا با کاهش تعداد نوترونها ، تعداد واکنشهای زنجیره ای نیز کاهش میابد.
حدودا ??? نیروگاه هسته ای در سرتاسر جهان فعال هستند که تقریبا ?? درصد کل برق مصرفی در جهان را تامین میکنند. از جمله کاربردهای دیگر راکتورهای هسته ای، تولید نیروی محرکه لازم برای جابجایی ناوها و زیردریایی های اتمی است.
 
1- هسته راکتور
2-پمپ خنک کننده
3- میله های سوخت
4- مولد بخار
5- هدایت بخار به داخل توربین مولد برق

بازفراوری:
برای بازیافت اورانیوم از سوخت هسته ای مصرف شده در راکتور از عملیات شیمیایی موسوم به بازفراوری استفاده میشود. در این عملیات، ابتدا پوسته فلزی میله های سوخت مصرف شده را جدا میسازند و سپس آنها را در داخل اسید نیتریک داغ حل میکنند.
در نتیجه این عملیات، ?% پلوتونیوم ، ?% مواد زائد به شدت رادیو اکتیو و ??% اورانیوم بدست می آید که دوباره میتوان آنرا در راکتور به مصرف رساند.
راکتورهای نظامی این کار را بطور بسیار موثرتری انجام میدهند. راکتور و تاسیسات باز فراوری مورد نیاز برای تولید پلوتونیوم را میتوان بطور پنهانی در داخل ساختمانهای معمولی جاسازی کرد. به همین دلیل، تولید پلوتونیوم به این طریق، برای هر کشوری که بخواهد بطور مخفیانه تسلیحات اتمی تولید کند گزینه جذابی خواهد بود.
 
بمب پلوتونیومی:
استفاده از پلوتونیوم به جای اورانیوم در ساخت بمب اتمی مزایای بسیاری دارد. تنها چهار کیلوگرم پلوتونیوم برای ساخت بمب اتمی با قدرت انفجار ?? کیلو تن کافی است. در عین حال با تاسیسات بازفراوری نسبتا کوچکی میتوان چیزی حدود ?? کیلوگرم پلوتونیوم در سال تولید کرد.

بمب پلوتونیومی

1- منبع یا مولد نوترونی
2- هسته پلوتونیومی
3- پوسته منعکس کننده (بریلیوم)
4- ماده منفجره پرقدرت
5- چاشنی انفجاری
کلاهک هسته ای شامل گوی پلوتونیومی است که اطراف آنرا پوسته ای موسوم به منعکس کننده نوترونی فرا گرفته است. این پوسته که معمولا از ترکیب بریلیوم و پلونیوم ساخته میشود، نوترونهای آزادی را که از فرایند شکافت هسته ای به بیرون میگریزند، به داخل این فرایند بازمی تاباند.
استفاده از منعکس کننده نوترونی عملا جرم بحرانی را کاهش میدهد و باعث میشود که برای ایجاد واکنش زنجیره ای مداوم به پلوتونیوم کمتری نیاز باشد.
برای کشور یا گروه تروریستی که بخواهد بمب اتمی بسازد، تولید پلوتونیوم با کمک راکتورهای هسته ای غیر نظامی از تهیه اورانیوم غنی شده آسانتر خواهد بود. کارشناسان معتقدند که دانش و فناوری لازم برای طراحی و ساخت یک بمب پلوتونیومی ابتدائی، از دانش و فنآوری که حمله کنندگان با گاز اعصاب به شبکه متروی توکیو در سال ???? در اختیار داشتند پیشرفته تر نیست.
چنین بمب پلوتونیومی میتواند با قدرتی معادل ??? تن تی ان تی منفجر شود، یعنی ?? مرتبه قویتر از قدرتمندترین بمبگزاری تروریستی که تا کنون در جهان رخ داده است.

بمب اورانیومی:

هدف طراحان بمبهای اتمی ایجاد یک جرم فوق بحرانی ( از اورانیوم یا پلوتونیوم) است که بتواند طی یک واکنش زنجیره ای مداوم و کنترل نشده، مقادیر متنابهی انرژی حرارتی آزاد کند.
یکی از ساده ترین شیوه های ساخت بمب اتمی استفاده از طرحی موسوم به "تفنگی" است که در آن گلوله کوچکی از اورانیوم که از جرم بحرانی کمتر بوده به سمت جرم بزرگتری از اورانیوم شلیک میشود بگونه ای که در اثر برخورد این دو قطعه، جرم کلی فوق بحرانی شده و باعث آغاز واکنش زنجیره ای و انفجار هسته ای میشود.
کل این فرایند در کسر کوچکی از ثانیه رخ میدهد.
جهت تولید سوخت مورد نیاز بمب اتمی، هگزا فلوئورید اورانیوم غنی شده را ابتدا به اکسید اورانیوم و سپس به شمش فلزی اورانیوم تبدیل میکنند. انجام این کار از طریق فرایندهای شیمیائی و مهندسی نسبتا ساده ای امکان پذیر است.
قدرت انفجار یک بمب اتمی معمولی حداکثر ?? کیلو تن است، اما با کمک روش خاصی که متکی بر مهار خصوصیات جوش یا گداز هسته ای است میتوان قدرت بمب را افزایش داد.
در فرایند گداز هسته ای ، هسته های ایزوتوپهای هیدروژن به یکدیگر جوش خورده و هسته اتم هلیوم را ایجاد میکنند. این فرایند هنگامی رخ میدهد که هسته های اتمهای هیدروژن در معرض گرما و فشار شدید قرار بگیرند. انفجار بمب اتمی گرما و فشار شدید مورد نیاز برای آغاز این فرایند را فراهم میکند.
طی فرایند گداز هسته ای نوترونهای بیشتری رها میشوند که با تغذیه واکنش زنجیره ای، انفجار شدیدتری را بدنبال می آورند. اینگونه بمبهای اتمی تقویت شده به بمبهای هیدروژنی یا بمبهای اتمی حرارتی موسومند.
__________________