فرآیند شکافت در راکتور اتمی

هنگامی که یک نوترون به هسته اورانیوم 235 برخورد کند، آن را به دو هسته ( محصولات شکافت، که عموماً یکی از آن ها وزن بیشتری دارد. ) و تعداد زیادی نوترون ( نوترون های شکافت ) تبدیل می کند. محصولات شکافت مانند ¹⁴⁴Ba  و ⁸⁹Kr، سرعت بسیار بالایی دارند و انرژی جنبشی خود را در محیط اطراف پخش می کنند. 80 درصد انرژی آزاد شده در فرایند شکافت توسط محصولات شکافت که عموماً عناصر رادیواکتیو بوده و سریع واپاشی می شوند، جذب می شود.

نوترون های شکافت نیز با برخورد به هسته اورانیوم بعدی، می توانند موجب رخ دادن شکافت های بعدی، یکی پس از دیگری شوند و به این ترتیب، واکنش های زنجیره ای شکافت شکل می گیرند.

برخی از این نوترون ها توسط ایزوتوپ اورانیوم 238، که به آسانی شکافته نمی شود، جذب می شوند و آن را به اورانیوم 239 تبدیل می کنند. اورانیوم 239 پس از دو بار واپاشی بتا تبدیل به ²³⁹Pu می شود. ²³⁹Pu یک ایزوتوپ رادیواکتیو آلفاست که طول عمر زیادی دارد.

235u

شکافت هسته ایزوتوپ های سنگینی مانند اورانیوم 235 و یا ²³⁹Pu، انرژی زیادی در رآکتورهای هسته ای به وجود می آورد. از برخورد نوترون با یک هسته سنگین در فرآیند شکافت، در هسته ( محصولات شکافت ) و تعداد زیادی نوترون به وجود می آید. محصولات شکافت و نوترون ها، سرعت بالایی دارند که این انرژی به سرعت موجب تولید گرما می شود.

144Ba

یکی از محتمل ترین محصولات شکافت اورانیوم 235، باریوم 144 است ( ¹⁴⁴Ba) از آن جا که باریوم 144 ناپایدار بوده و نسبت به ⁸⁹rK سبک تر است. از طریق انتشار الکترون و آنتی نوترون ها. به سرعت واپاشی بتا کرده و به ¹⁴⁴Nd (نئودیمیوم ) تبدیل می شود.

89Kr:

پسماندها یا محصولات شکافت که جرمی بین 90 تا 140 دارند. عموماً رادیواکتیو هستند. واپاشی محصولات شکافت، زنجیره ای از دیگر ایزوتوپ های رادیواکتیو می سازد. به دلیل فرایند است که حتی پس از متوقف شدن واکنش زنجیره ای در رآکتور، همچنان مقداری گرما در رآکتور تولید می شود.

تولید پلوتونیوم (Pu)

ایزوتوپ های پلوتونیوم مثل ²³⁹Pu، در هنگام جذب نوترون توسط اورانیوم 238 در سوخت رآکتورها تولید می شوند. هسته اورانیوم پس از دوبار واپاشی بتا تبدیل به پلوتونیوم می شود. بخشی از 239Pu مستقیماً به وسیله نوترون ها در هسته شکافته می شود و مابقی در سوخت رآکتور به صورت پسماند باقی می ماند و از آن جا که این پسماندها نامطلوب و خطرناک هستند، باید برای مدت زمان طولانی از محیط بیولوژیکی دور بماننند و محافظت شوند از آن جا که پلوتونیوم 239، می تواند به راحتی منفجر شود، باید کنترل و مراقبت دقیقی از آن به عمل آید: هم چنین رآکتورهای جدید قادرند از این ماده به عنوان سوخت استفاده کنند و این می تواند یک روش مناسب برای استفاده از اورانیوم 238 به ظاهر بی فایده به عنوان منبع انرژی در دراز مدت باشد.

مترجم: فاطمه مؤمنی

گروه مدرسه اینترنتی سایت تبیان-تنظیم : سمیرا بادامستانی