انرژی هسته ایی
جرم پروتون‌ها و نوترون‌های هسته خیلی بیشتر از جرم الكترون‌ها است و در مقایسه با الكترون ها، بسیار به هم نزدیك ترند. پس می‌توان انتظار داشت با تغییر آرایش نوكلئون‌ها می‌توانیم انرژی بیشتری نسبت به موقعی كه آرایش الكترون‌های تغییر می‌دهیم، آزاد شود.
انرژی كه هر هسته می‌تواند آزاد كند بیش از یك میلیون برابر انرژی آزاد شده به ازای هر اتم شركت كننده در واكنش های شیمیایی است.
انرژی نوكلئون‌ها در هسته همانند انرژی الكترون‌ها در اتم كوانتیده است و همانند الكترون‌ها برای آنها تراز انرژی تعریف می‌شود. ما برای كندن الكترون از اتم باید انرژی ایی بیش از انرژی بستگی الكترون به آن بدهیم. برای نوكلئون‌ها هم همین طور است.
بدیهی است كه اگر بخواهیم مطابق فیلم زیر چهار نوكلئون یا ذره از هسته‌ایی جدا كنیم باید انرژی بیشتری مصرف كنیم.
فاصله تراز انرژی الكترون‌ها در حد چند الكترون ولت (eV) است در حالی كه فاصله تراز نوكلئون‌ها در هسته‌های سنگین در حد چند ده كیلو الكترون ولت (10eV) و در هسته‌های سبك در حد 10MeV هم می‌تواند باشد.
بنابراین اگر بخواهیم نوكلئونی را مشابه الكترون از تراز پایین به تراز بالا ببریم تا در برگشت انرژی آزاد كند باید انرژیی خیلی بیشتر از انرژی ایی كه به الكترون ها داده می‌شود به نوكلئون‌ها بدهیم. به همین خاطر است كه در واكنش‌های شیمیایی هسته‌ها برانگیخته نمی شوند.
سۆالی كه اینجا مطرح می‌شود آن است كه پس چگونه می‌توانیم یك هسته را برانگیخته كنیم؟
در جواب باید گفت می‌توان از پروتون‌های پرانرژی و یا نوترون استفاده كرد یا از امواج الكترومغناطیسی مثل پرتوهای γ كه انرژیی در حدود چند KeV تا چند MeV دارند، بهره جست كه در دروس آینده مفصل تر بحث می‌شود.
و اما مشكلی كه با آن مواجه هستیم آن است كه انرژی هسته‌ایی بسیار كند رها می‌شود. به عنوان نمونه عنصرهایی مثل اورانیوم و توریوم میلیون‌ها سال است كه در حال آزاد كردن انرژی هستند.
آیا راهی وجود دارد كه آزاد شدن انرژی هسته‌ایی را تسریع كند؟
همان طور كه می‌دانید در واكنش‌های شیمیایی نیز، ما با سرعت بخشیدن به انجام بعضی از واكنش‌ها باعث می‌شویم انرژی زیادی یك دفعه تولید شود. به عنوان مثال سر چوب كبریت به طور آهسته با اكسیژن هوا در حال تركیب شدن است.
ولی ما وقتی می‌خواهیم انرژی زیادی داشته باشیم با كشیدن سر چوب كبریت به كنار قوطی كبریت باعث می‌شویم، یك دفعه انرژی زیادی تولید شود. به عبارتی باعث می‌شویم سر چوب كبریت سریع تر با اكسیژن هوا تركیب شده و بر اثر آن سر چوب كبریت آتش می‌گیرد.
مثال دیگر از واكنش‌های شیمیایی نیتروگلیسیرین است. اگر مقداری از این ماده از یک طرف باشد با زدن ضربه‌ایی منفجر شده و انرژی زیادی تولید می‌كند.
حال برگردیم به بحث انرژی هسته ایی، چه راهی برای سرعت بخشیدن به فرآیندهای هسته‌ای وجود دارد؟
آیا می‌توانیم با گرم كردن هسته، سرعت فرآیند (به عنوان مثال واپاشی) را زیاد كرد؟
آیا با ضربه زدن می‌توانیم سرعت را زیاد كنیم؟
اگر نه پس چه كار می‌توانیم بكنیم؟
این سۆال بسیار مهم برای دانشمندانی بود كه به دنبال استفاده از انرژی هسته‌ای بودند.
مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی
تنظیم: مریم فروزان کیا
