شکافت هسته*ای

[EN-EZEL 13,039]

شکافت هسته*ای

 

 

اگر نوترون منفردی به یک قطعه ایزوتوپ ۲۳۵U نفوذ کند، در اثربرخورد به هسته اتم ۲۳۵U ، اورانیوم به دو قسمت شکسته می*شود که اصطلاحا شکافت هسته*ای نامیده می*شود.

در واکنشهای شکافت هسته*ای مقادیر زیادی نیز انرژی آزاد می*گردد (در حدود ۲۰۰Mev)، اما مسئله مهمتر اینکه نتیجه شکستن هسته ۲۳۵U ، آزادی دو نوترون است که می*تواند دو هسته دیگر را شکسته و چهار نوترون را بوجود آورد. این چهار نوترون نیز چهار هسته ۲۳۵U را می*شکند. چهار هسته شکسته شده تولید هشت نوترون می*کنند که قادر به شکستن همین تعداد هسته اورانیوم می*باشند. سپس شکست هسته*ای و آزاد شدن نوترونها بصورت زنجیروار به سرعت تکثیر و توسعه می*یابد. در هر دوره تعداد نوترونها دو برابر می*شود، در یک لحظه واکنش زنجیری خود بخودی شکست هسته*ای شروع می*گردد. در واکنشهای کنترل شده هسته*ای تعداد شکست در واحد زمان و نیز مقدار انرژی بتدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه ثابت نگهداشته می*شود.

● انرژی شکافت هسته*ای

کشف انرژی هسته*ای در جریان جنگ جهانی دوم صورت گرفت و اکنون برای شبکه برق بسیاری از کشورها هزاران کیلو وات تهیه می کند (نیروگاه هسته ای). بحران انرژی بر اثر بالارفتن قیمت نفت در سال ۱۹۷۳ استفاده از انرژی شکافت هسته*ای بیشتر وارد صحنه کرد. در حال حاضر ممالک اروپایی انرژی هسته*ای را تنها انرژی می*داند. که می*تواند در اکثر موارد جایگزین نفت شود. استفاده از انرژی شکافت هسته*ای که بر روی یک ماده قابل احتراق کانی که بصورت محدود پایه گذاری می*شود. برای سایر کشورها خطرات بسیار دارد در حال حاضر تولید الکتریسته با استفاده از شکافت هسته*ای کنترل شده به میزان زیادی توسعه یافته و مورد قبول واقع شده است. تولید انرژی هسته*ای در کشورهای توسعه یافته بخش مهمی از طرح انرژی ملی را تشکیل می*دهد.

● انرژی بستگی هسته*ای

می*توان تصور کرد که جرم هسته ، M ، با جمع کردن Z (تعداد پروتونها) ضربدر جرم پروتون و N تعداد نوترونها ضربدر جرم نوترون بدست می*آید.

 

M = Z×Mp + N×Mn

 

از طرف دیگر M همیشه کمتر از مجموع جرمهای تشکیل دهنده*های منزوی هسته است. این اختلاف به توسط فرمول انیشتین توضیح داده می*شود که رابطه بین جرم و انرژی هم ارزی جرم و انرژی را برقرار می*سازد. اگر یک دستگاه مادی دارای جرم باشد در این صورت دارای انرژی کلی E است. E = M C۲ که در آن C سرعت نور در خلا و M جرم کل هسته مرکب از نوکلئونها و E مقدار انرژیی است که در اثر فروپاشی جرم M تولید می*شود. بنابر این اصول انرژی هسته*ای بر آزاد سازی انرژی پیوندی هسته استوار است. هر سیستمی که دارای انرژی پیوندی بیشتر باشد پایدار می*باشد. در واقع جرم مفقود شده در واکنشهای هسته*ای طبق فرمول E = M C۲ به انرژی تبدیل می*شود. پس انرژی بستگی اختلاف جرم هسته و جرم نوکلئونهای تشکیل دهنده آن است، که معرف کاری است که باید انجام شود تا نوکلئونها از هم جدا شوند.

● مواد شکافتنی

مواد ناپایدار برای اینکه به پایداری برسند، انرژی گسیل می*کنند تا به حالت پایدار برسد. معمولا عناصری شکافت پذیر هستند که جرم اتمی آنها بالای ۱۵۰ باشد ،۲۳۵U و ۲۳۸U در معادن یافت می*شود. ۹۹.۳ درصد اورانیوم معادن ۲۳۸U می*باشد.و تنها ۷% آن ۲۳۵U می*باشد. از طرفی ۲۳۵U با نوترونهای کند پیشرو واکنش نشان می*دهد. ۲۳۸Uتنها با نوترونهای تند کار می*کند، البته خوب جواب نمی*دهد. بنابر این در صنعت در نیروگاههای هسته*ای ۲۳۵U به عنوان سوخت محسوب می*شود. ولی به دلایل اینکه در طبیعت کم یافت می*شود. بایستی غنی سازی اورانیوم شود، یعنی اینکه از ۷ درصد به ۱ الی ۳ درصد برسانند.

● شکافت ۲۳۵U

در این واکنش هسته*ای وقتی نوترون کند بر روی ۲۳۵U برخورد می کند به ۲۳۶U تحریک شده تبدیل می*شود. نهایتا تبدیل به باریوم و کریپتون و ۳ تا نوترون تند و ۱۷۷ Mev انرژی آزاد می*شود. پس در واکنش اخیر به ازای هر نوکلئون حدود ۱ Mev انرژی آزاد می*شود. در واکنشهای شیمیایی مثل انفجار به ازای هر مولکول حدود ۳۰ Mev انرژی ایجاد می*شود. لازم به ذکر است در راکتورهای هسته*ای که با نوترون کار می*کند، طبق واکنشهای به عمل آمده ۲ الی۳ نوترون سریع تولید می*شود. حتما این نوترونهای سریع باید کند شوند.