انرژی هسته ای، شکافت و هم جوشی

یکی دیگر از منابع انرژی، انرژی هسته ای است، همان انرژی که درون هر اتم ذخیره شده است. یکی از قوانین حاکم بر جهان این است که ماده و انرژی نه بوجود می آیند و نه از بین می روند، تنها از نوعی به نوعی دیگر تبدیل می شوند.

ماده می تواند به انرژی تبدیل شود. مشهورترین دانشمند جهان، آلبرت انیشتین، فرمولی را برای بیان این حقیقت بیان کرد: 

در این معادله:

E : انرژی

m: جرم

c: سرعت نور که به توان 2 رسیده است، یعنی انرژی برابر است با جرم ضرب در مجذور سرعت نور.

شما می توانید با کلیک کردن، فایل صدای انیشتین را که این معادله را توضیح می دهد بشنوید.

دانشمندان از این معادله معروف انیشتین به عنوان کلیدی برای فهم منبع انرژی و هم چنین تولید بمب استفاده کرده اند.

یونانیان باستان کوچک ترین جزء طبیعت را اتم می نامیدند اما آن ها خبر نداشتند که ذره هایی 2000 برابر کوچک تر، هم در طبیعت پیدا می شوند.

همان طور که در مطلب (الکتریسیته چیست؟) آموختیم، اتم ها از ذرات کوچک تری تشکیل شده اند ( یک هسته متشکل از پروتون و نوترون، و الکترون هایی است که درست مانند چرخش زمین به دور خورشید، به دور هسته می چرخند. )

شکافت هسته ای

• هسته اتم می تواند شکافته شود. هنگامی که این اتفاق می افتد، مقدار بسیار زیادی انرژی آزاد خواهد شد. انرژی به دو صورت گرما و نور قابل مشاهده است. انیشتین اظهار کرد که مقدار بسیار ناچیزی از ماده مقادیر بسیار عظیمی انرژی را در دل خود جای داده است. این انرژی وقتی بتدریج آزاد شود، مهار شده و امکان تولید الکتریسیته را مهیا می سازد و وقتی که مهار نشود مقدار زیادی انرژی را آزاد می کند همان چیزی که منشأ بمب اتمی است.

در یک نیروگاه انرژی هسته ای ( مانند آن چه که در نیروگاه انرژی هسته ای دیالبو در سمت چپ تصویر دیده می شود ) از "اورانیوم " به عنوام سوخت استفاده می شود. اورانیوم سوختی است که از درون زمین استخراج می شود و به صورت گلوله هایی در سر میله های درازی درون راکتور انرژی هسته ای قرار داده می شود. شکافت به معنی از هم جدا شدن است و در این راکتورها، اورانیوم ها در یک چرخه زنجیره ای کنترل شده، دچار واپاشی می شوند.

در واکنش های زنجیره ای، ذراتی که از واپاشی یک اتم به دست می آیند به سراغ اتم های بعدی رفته و همین فرآیند را تکرار می کنند. ذراتی هم که از واپاشی یک هسته به دست می آیند در سلسله واکنش های بعدی دخیل خواهند بود. در یک نیروگاه هسته ای، از میله هایی به عنوان جذب کننده استفاده می کنند تا واکنش، چندان هم سریع انجام نشود.

اگر واکنش کنترل نشود، محصول بمب اتم خواهد بود. اما بمب های اتمی چیزی جز اورانیوم 235 خالص یا پلوتونیوم نیستند که به مقدار و شکل مشخص در کنار هم قرار گرفته و با نیروی بزرگی مجاور هم نگه داشته می شوند. این شرایط در نیروگاه اتمی برقرار نیست.

واکنش باعث تولید ماده رادیو اکتیو می شود. این ماده در صورت آزاد شدن می تواند به بشر آسیب برساند گنبد بزرگ بتونی مطابق شکل برای محافظت در برابر چنین حوادث احتمالی ناشی از این ماده طراحی شده است.

این واکنش هسته ای باعث تولید انرژی گرمایی می شود و انرژی گرمایی آب را در درون راکتور به جوش می آورد. در نتیجه به جای سوزاندن سوخت، در نیروگاه اتمی از یک سلسله واکنش واپاشی برای تولید انرژی گرمایی استفاده می شود. آبی که در قسمت مرکزی راکتور جود دارد به بخش

دیگری از نیروگاه فرستاده می شود. در این بخش، گرما باعث گرم شدن مجموعه دیگری از لوله های آب و تولید بخار می شود. این بخار مجموعه ای از توربین ها را می گرداند که الکتریسیته تولید نمایند. در شکل مقابل نمودار نمادینی از این مراحل آمده است.

جوش هسته ای

نوع دیگری از انرژی هسته ای از طریق جوش هسته ای تولید می شود. این جوش به معنی به هم پیوستن تعدادی از هسته های کوچک تر برای تشکیل یک هسته بزرگ تر می باشد. در خورشید این عمل توسط جوش خوردن اتم های هیدروژن و تشکیل اتم هلیوم انحام می شود. این واکنش باعث تولید انرژی و گرما و انرژی تابشی می شود.

در تصویر سمت راست دو نوع هیدروژن، دوتریم و ترتیوم، با هم ترکیب می شوند تا هلیوم را همراه ذره خنثای دیگری به نام نوترون تولید نمایند.

دانشمندان تلاش زیادی کرده اند که نیروگاه های جوش هسته ای هم ایجاد نمایند ولی تا به حال در طراحی مکانیسمی که این واکنش های هسته ای را کنترل نماید موفق نبوده اند.

از مزیت های جوش هسته ای، تولید کمتر مواد رادیو اکتیو و ذخیره سازی بهتر انرژی است.

مترجم: سحر حمیدی