واکنش زنجیره ای شکاف هسته ایی

این مسئله كه نوترون باعث می‌شد عدد اتمی عنصر بمباران شده یك عدد بیشتر شود فرمی را به این فكر انداخت كه با بمباران عنصری با بالاترین عدد اتمی یك عنصر جدید تولید كند به عنوان مثال شاید با بمباران نوترونی اورانیوم با عدد اتمی 92 عنصر جدیدی تولید شود.

وقتی فرمی هسته اتم اورانیوم را با نوترون بمباران كرد متوجه اتفاق عجیب و جالبی شد. در این واكنش نه تنها عنصری با عدد اتمی بالاتر به دست نیامد بلكه محصولات واكنش، عنصری با عدد اتمی كمتر بودند.

دانشمندان دیگر هم دست به كار شدند و آزمایش‌های زیادی انجام دادند، ولی در همه آن ها وقتی اورانیوم با نوترون بمباران می‌شد هسته سبك باریوم با عدد اتمی 56 تولید می‌شد در حالی كه با توجه در واكنش‌های هسته‌ای كه دانشمندان در آن زمان می‌شناختند بزرگترین ذره‌ای كه آزاد می‌شد ذره آلفا بود. بنابراین باید در كنار هسته باریوم تولید شده، 18 ذره آلفا هم آزاد شده باشد ولی هیچ اثری از آزاد شدن چنین ذرّاتی نبود.

با بررسی‌های بیشتر مشخص شد وقتی هسته اورانیوم با نوترون بمباران می‌شود دو هسته جدید تولید می‌گردد. هسته باریوم با عدد اتمی 56 و هسته كریپتون با عدد اتمی 36 و این چنین می‌توان گفت هسته اورانیوم توسط نوترون به دو هسته تقسیم شده است كه این باعث آزادی انرژی زیادی می‌شد.

به چنین واكنشی كه هسته یك اتم سنگین به دو هسته سبكتر تبدیل می‌شود شكافت هسته‌ای و به هسته‌های ایجاد شده پاره‌های شكافت می‌گویند.

در شكافت اورانیوم توسط نوترون علاوه بر آزاد شدن انرژی 3 ذره نوترون هم آزاد می‌شوند معادله این واكنش به صورت زیر است:

البته پاره‌های شكافت ناپایدارند و با گسیل متوالی ذره بتا به هسته‌های پایدارتر تبدیل می‌شوند.

در شكل زیر نیم عمر و مراحل واپاشی اورانیوم آمده است.

در شكافت اورانیوم توسط نوترون، حدود 90  پاره شكافت ایجاد می‌شود.

علت ناپایداری پاره‌های شكافت در واكنش بالا آزاد شدن نوترون‌های اضافی است. با توجه به نیم عمر بالایی كه بعضی از پاره‌های شكافت دارند و پرتو زا بدون آن ها، انجام چنین واكنش هایی برای محیط زیست بسیار خطرناك است و حفاظت از باقیمانده چنین شكافت هایی بسیار مهم است.

همانطور كه دیدید وقتی نوترون به اورانیوم برخورد می‌كند 3 نوترون آزاد می‌شود كه این نوترون‌ها می‌توانند 3 هسته دیگر اورانیوم را به شكافت وادارند و در مرحله بعدی 9 نوترون آزاد شود كه باعث شكافته شدن 9 هسته می‌شوند. در این مرحله 27 نوترون آزاد می‌شود و به طور تصاعدی تعداد هسته‌هایی كه شكافته می‌شوند افزایش یافته و این چنین انرژی زیادی تولید می‌شود و این همان چیزی است كه دنبال آن بودیم. در شكل زیر شكافت زنجیره‌ای را می‌بینید.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی

تنظیم: مریم فروزان کیا