هم جوشی

هم جوشی چیست؟

عملی که طی آن هسته های سبک برای تشکیل یک هسته سنگین تر به هم برخورد می کنند و طی این برخورد انرژی آزاد می شود، هم جوشی نامیده می شود. مثلاً وقتی یک هسته دوتریوم و یک هسته تریتیوم به هم برخورد کنند، یک هسته هلیوم و یک نوترون تشکیل می شود. تفاوت میان جرم حالت اولیه و جرم حالت نهایی تبدیل به انرژی می شود. و انرژی ای در حدودmev 6/17 آزاد می کند. چیزی در حدودmev 5/3 ( مگا الکترون ولت ) به ازای هر کدام از هسته های شرکت کننده که تقریباً معادل با 4% جرم هسته است. دو هسته ای که در فرآیند هم جوشی شرکت می کنند باید با سرعت خیلی زیاد به هم برخورد کنند که بتوانند بر نیروی دافعه ای که بارهای مثبت دو هسته به هم وارد می کنند، غلبه کنند.

همجوشی منشأ انرژی خورشید و ستاره های دیگر است.

انرژی گرانشی

در قرن نوزدهم منشاء انرژی خورشید و دیگر ستاره ها را نیروی گرانش می دانستند: ماده ای که به خورشید سقوط می کند؛ انرژی آزاد می کند و با خورشید در تعامل است. محاسبات بعدی نشان داد که با این فرض، عمر خورشید باید در حدود 30 میلیون سال باشد. یعنی حتی خیلی کمتر از عمر زمین است ( عمر فعلی خورشید 6/4 میلیارد سال تخمین زده می شود. ) و این فرضیه باطل شد. البته، گرانش در زمان های بعدی و خیلی دورتر از عمر ستاره ها نقش مهمی ایفا می کند.

همجوشی در  خورشید

گازهای درون خورشید ( هیدروژن و هلیوم ) و دیگر ستارگان برای ایجاد برخورد و همجوشی به قدر کافی داغ هستند. دما، در مرکز خورشید در حدود 15 میلیون درجه سانتی گراد است. این دما حتی از دمای دیگر ستاره ها هم بیشتر است.

پروتون ها ( هسته های هیدروژن ) با انجام واکنش های همپاشی و براساس چرخه ی پروتون – پروتون یا چرخه کربن ( که در سال 1939 توسط هانس بت معرفی شد ) هسته های هلیوم تولید می کنند. بت در سال 1967 موفق به دریافت جایزه ی نوبل شد.

نوترینو + پوزتیرون + دوتریوم → هیدروژن + هیدروژن : قدم اول

فوتون + هلیوم -3  → هیدروژن + دوتریوم : قدم دوم

هیدروژن + هیدروژن + هلیوم -4  → هلیوم -3 + هلیوم -3 : قدم سوم

انفجار ابرنواختر

هنگامی که هیدروژن در ستاره ای برانگیخته می شود، ستاره براساس گرانش، برهم کنش انجام می دهد. دما بالا می رود و هلیوم شروع به همجوشی می کند. این عمل آن قدر ادامه می یابد تا آهن تولید شود. چنان چه جرم به قدر کافی زیاد باشد گرانش آنقدر قوی خواهد بود که ستاره سقوط کرده و تبدیل به ستاره نوترونی می شود ( یعنی تمام پروتون ها به نوترون تبدیل می شوند ) و یا سیاهچاله خواهد شد. این فروپاشی ابرنواختر نامیده می شود. فولر و چاندراسخار (chandrasekhar) برای کار روی تحول ستارگان و شکل گیری عناصر در عالم در سال 1983 موفق به دریافت جایزه نوبل شدند.

منبع انرژی در آینده

همجوشی هسته های سبک انرژی بیشتری از شکافت هسته ای تولید می کند. انرژی به دست آمده از همجوشی 1 لیتر دوتریوم معادل با انرژی ای است که 600 لیتر گازوئیل تولید می کند. یک روش قابل تأمل برای تولید انرژِی، استفاده از هیدروژن های سنگین و دوتریوم موجود در آب دریاهاست. در آب های آزاد جهان 15 کیلوگرم دوتریوم موجود است. امروزه تحقیقات فراوانی در زمینه رسیدن به دماهای بسیار بالا برای ایجاد همجوشی در رآکتورها انجام می شود.

مترجم : فاطمه مؤمنی

گروه مدرسه اینترنتی تبیان - تنظیم : سمیرا بادامستانی