شکافت هسته ای فرایند تقسیم هسته ها می باشد. اگر مایلید بدانید که شکافت هسته ای به چه طریق روی می دهد و در چه مواردی کاربرد دارد با ادامه مطلب همراه ما باشید.
فرآیند شکافت هسته ای
شکافت هسته ای یا فیژن به معنی تبدیل یک عنصر سنگین و ناپایدار به چندین عنصر سبک و پایدار است. همانطور که می دانید اتم ها ذرات ریز داخل مولکول ها بوده که گاز، مایع و جامد را تشکیل می دهند. خود اتم از ذرات الکترون، پروتون و نوترون تشکیل شده است.
هر اتم هسته ای دارد که شامل پروتون و نوترون بوده و توسط الکترون ها در بر گرفته می شود. پروتون ها بار مثبت و الکترون ها بار منفی دارند و بار الکتریکی نوترون ها خنثی است. در هسته انرژی بسیاری وجود دارد که سبب شده اجزای هسته کنار هم باقی بمانند. این انرژی هنگامی که پیوند اجزای هسته شکسته شود آزاد خواهد شد.
این پیوند می تواند از طریق فیژن شکسته شود و از انرژی حاصل از شکافت در تولید برق استفاده می شود. در حالت کلی دو نوع واکنش اصلی هسته ای وجود دارد که شامل واکنش فروپاشی هسته ای و واکنش تغییر شکل هسته ای می باشند.
در هر واکنش فروپاشی هسته ای که به آن فروپاشی رادیواکتیو هم اطلاق می شود یک هسته ناپایدار تشعشع منتشر شده و به یک یا چند عنصر دیگر تبدیل می گردد. هسته های حاصل، جرم و انرژی کمتری نسبت به هسته والد دارند. در مقابل در واکنش تبدیل هسته ای یک هسته با ذره ریز اتمی یا یک هسته دیگر واکنش داده و یک هسته دیگر را به وجود می آورد که از ماده اولیه جرمش بیشتر است.
واکنش های فروپاشی هسته ای به صورت خودبخود در هر شرایطی روی می دهند ولی واکنش های تغییر شکل هسته ای در شرایط خیلی خاص مانند برخورد پرتو ذرات خیلی پرانرژی با هسته هدف یا در فضای داخلی ستاره ها روی می دهند.
فیژن چگونه روی می دهد؟
فیژن فرایند تقسیم هسته ها است. هنگامی که هسته های بزرگی مثل اورانیوم ۲۳۵ شکافته می شود از این فرایند انرژی آزاد خواهد شد. این میزان انرژی آزاد شده سبب کاهش جرم می شود که از قانون هم ارزی جرم- انرژی قابل توضیح بوده و به این معنی است که مقداری از جرم به انرژی تبدیل می گردد.
واکنش شکافت به طور کلی هنگامی روی می دهد که یک نوترون حرارتی کم انرژی به هسته ای بزرگ که نسبتا پایدار است برخورد می کند. علاوه بر هسته های کوچک و سبک که هنگام شکافت ایجاد می شوند این فرایند سبب آزاد شدن نوترون هم می شود.
فیژن فرایندی است که در آن یک اتم سنگین مثل اورانیوم به دو اتم سبک تر تبدیل می گردد. هنگامی که هسته ای با عدد اتمی زیاد شکافته می شود بر اساس فرمول انیشتین، میزانی از جرم آن به انرژی تبدیل می شود. از این انرژی در تولید برق یا تخریب استفاده می شود.
برای ایجاد فیژن به بمباران نوترونی نیاز است. یعنی نوترونی که سرعتش تقریبا با سرعت نور برابر است با روش هایی نظیر استفاده از آب های سنگین یا سبک کاهش سرعت یافته تا پس از ناپایدار شدن هسته اتم، اتم تجزیه گردد. به طور کلی فیژن موقعی روی می دهد که یک ایزوتوپ بزرگ و تا حدودی ناپایدار توسط ذرات با سرعت بالا که معمولا نوترون هستند بمباران گردد.
در طول این فرایند نوترون ها شتاب گرفته بعد به داخل ایزوتوپ ناپایدار کوبیده شده و سبب ایجاد شکافت یا تولید ذرات کوچکتر می شوند. در واقع در طول این فرایند یک نوترون شتاب پیدا می کند و به هسته هدف اصابت می کند. هسته ای که در بیشتر راکتورهای هسته ای امروزه مورد استفاده قرار می گیرد اورانیوم ۲۳۵ است.
این هسته هدف توسط نوترون شکافته شده و آن را به دو ایزوتوپ کوچکتر، سه نوترون پر سرعت و میزان زیادی انرژی تجزیه می کند. از این انرژی برای گرم کردن آب راکتورهای هسته ای و تولید برق استفاده می شود. در نهایت نوترون های پر سرعت خارج شده به پرتابه هایی تبدیل شده که واکنش های شکافتی دیگر یا واکنش های زنجیره ای را شروع می کنند.
در پایان این مطلب همچنین می توانید در صورت تمایل برای آشنایی با تاریخچه بمب های هیدروژنی و پدیده انتشار روی لینک ها کلیک و از این مقالات نیز بازدید نمایید.
