واكنش‌های هسته ایی
شكاف هسته‌ایی
همان طور كه قبلاً گفته شد دنبال راهی برای استفاده از انرژی هسته‌ای هستیم و چون عناصر در فرآیند پرتوزایی، انرژی آزاد می‌كنند باید راهی برای پرتوزایی عناصر پایدار بیابیم و یا این كه سرعت پرتوزایی عناصر ناپایدار را افزایش دهیم.
به نظر شما این كار چگونه میسر می‌شود؟
رادرفورد هسته نیتروژن را توسط ذره آلفا بمباران كرد و متوجه شد كه اكسیژن و یك ذره پروتون به وجود می‌آید:
كه معادله آن چنین است:
این اولین واكنش مصنوعی هسته ای است كه توسط بشر انجام گرفت. ولی ذرّات آلفایی كه از عناصر رادیواكتیو بیرون می‌آمدند انرژیی كمی داشتند به همین علت فقط باعث واپاشی عناصر سبك می‌شدند. چون ذرّات آلفا بزرگ بودند دانشمندان به فكر استفاده از ذرّات كوچكتر در بمباران عناصر افتادند.
وقتی گاز هیدروژن را گرم كنیم اتم های هیدروژن الكترون خود را از دست می‌دهند و بدین ترتیب یك هسته (با یك پروتون) خواهیم داشت.
این ذرّات با شتابی كه در میدان الكتریكی می‌گیرند آمادگی لازم برای برخورد با هسته اتم‌ها را پیدا می‌كنند تا آرایش نوكلئون‌های هسته را بر هم بزنند.
اولین فروپاشی هسته ای كه توسط ذرّات پروتون انجام گرفت فروپاشی لیتیوم 7 بود كه معادله آن در زیر آمده است.
بنابراین با بمباران لیتیوم توسط ذرّات پروتون دو ذره آلفا و مقداری انرژی آزاد می‌شود. فروپاشی بالا یكی از نخستین آزمون‌هایی بود كه به طور كمی رابطه تبدیل جرم به انرژی انیشتین را تأیید می‌كرد.
دانشمندان با بمباران هسته‌های مختلف، اطلاعات زیادی درباره ساختار هسته به دست آوردند ولی انرژیی كه از واكنش هسته‌ای آزاد می‌شد خیلی كمتر از انرژیی بود كه برای شتاب دادن ذرّات استفاده می‌شد طوری كه رادرفورد تا زمان مرگ خود 1316 شمسی (1937 م) عقیده داشت كه بشر هیچ وقت نخواهد توانست از انرژی هسته‌ای استفاده كند.
به نظر شما مشكل اصلی كجاست؟ چرا پروتون‌های پرانرژی نمی توانستند فروپاشی را باعث شوند كه در آن انرژی آزاد شده در مقابل انرژی مصرفی بیشتر باشد؟
علت اصلی آن است كه بار ذرّات آلفا و بار پروتون‌های هسته هم علامت (مثبت) هستند و این باعث می‌شود وقتی ذرّات آلفا به هسته اتم‌ها نزدیك می‌شوند تحت دافعه هسته قرار بگیرند و این چنین انرژی ذرّات (كه با هزینه زیاد آن را كسب كرده اند) كاهش یابد. به همین خاطر دانشمندان به فكر استفاده از ذره بدون بار (نوترون) افتادند ولی مشكل دیگری سدِّ راه شد و آن اینكه ذرّات بدون بار (نوترون) را چگونه شتاب دهیم؟
در سال 1313 شمسی (1934 م) "فرمی" به این فكر افتاد كه به واسطه خنثی بودن نوترون شاید بتوان آن را با انرژی كمتری (نسبت به ذره آلفا) به سمت هسته پرتاب نمود و بر اثر آن باعث واپاشی هسته شد.
به عبارتی شاید یك نوترون كم انرژی هم بتواند آرایش نوكلئون‌های یك هسته را تغییر دهد.
"فرمی" دست به آزمایش زد و دید نوترون توسط هسته عناصر جذب می‌شود و هسته‌ای جدید با عدد اتمی یك واحد بیشتر تولید می‌كند. وی موفق شد عنصر رادیوم با عدد اتمی 45 را با نوترون به پالادیوم با عدد اتمی 46 تبدیل كند. همچنین عنصر اندیوم با عدد اتمی 49 را با بمباران توسط ذره نوترون به عنصری (قلع) با عدد اتمی 50 تبدیل نماید.
مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی
تنظیم: مریم فروزان کیا
