راكتورهای هسته ایی

دانشمندان با بررسی های بیشتر متوجه شدند كه توسط نوترون كند شكافته می‌شود در حالی كه توسط نوترون كند شكافته نمی شود بلكه به هسته‌های سنگین تر نپتونیوم با عدد اتمی 93 و پلوتونیوم با عدد اتمی 94 تبدیل می‌شود.

از طرفی در طبیعت كمیاب است و اورانیوم طبیعی شامل 7 درصد و 99/3 درصد است پس چگونه می‌توان انتظار یك واكنش زنجیره‌ای از اورانیوم را داشته باشیم؟

در سال 1324 شمسی (1945م) گروهی از دانشمندان و پلوتونیومی كه طی چند سال جمع آوری كرده بودند را وارد واكنش هسته‌ای كردند و نخستین انفجار اتمی را ایجاد نمودند.

همان طور كه می‌بینید برای اینكه اورانیوم طبیعی وارد یك واكنش زنجیر وار شود باید درصد اورانیوم 235 آن افزایش یابد كه به چنین كاری غنی سازی اورانیوم گویند.

در شكل فوق دود حاصل از انفجار یك بمب اتمی را می‌بینید.

دانشمندان بعدها به این فكر افتادند تا راكتور هسته‌ایی كوچكتری درست كنند تا از انرژی هسته‌ایی برای مقاصد صلح جویانه استفاده نمایند.

در واكنش نوترون‌های پر انرژی آزاد می‌شوند و احتمال اینكه دیگری را بشكافد بسیار كم است.

این مانعِ انجامِ زنجیروار شكافت می شود.

اگر بخواهیم واكنش به صورت زنجیروار انجام شود باید اورانیوم را غنی سازی كنیم، یعنی درصد را افزایش دهیم. البته نباید از حدی بیشتر شود. چرا كه در هر مرحله شكافت 3 نوترون آزاد می‌شود و تعداد هسته‌هایی كه در مراحل بعدی شكافته می‌شود به طور تصاعدی بالا می‌رود و ما با یك انفجار رو به‌ رو می‌شویم.

بنابراین باید كاری كنیم تا شكافت هایی كه انجام می‌گیرد تحت كنترل باشد. برای چنین كاری درصد  را طوری تنظیم می‌كنند كه به ازای هر نوترون كه باعث شكافت می‌شود یك نوترون آزاد باقی بماند و 2 تای دیگر توسط هسته‌های دیگر جذب شوند.

به جرمی از هسته‌های اورانیوم 235 كه بتواند واكنش زنجیره‌ای را ایجاد كند كه به ازای هر نوترون یك نوترون آزاد گردد، جرم بحرانی گفته می‌شود.

به نظر شما چگونه می‌توانیم چنین شرایطی ایجاد كنیم؟

به عبارتی واكنش زنجیره وار را تحت كنترل درآوریم؟

اتم های سبك مثل آب معمولی، آب سنگین  و كربن می‌توانند نوترون‌های پرانرژی را كند كنند كه این باعث می‌شود این نوترون‌ها توسط  جذب نشوند و احتمال جذب آنها توسط افزایش یابد.

درون سوخت راكتورهای هسته‌ایی میله‌هایی از جنس كادمیوم و بور قرار می‌دهند. اتم این عناصر نوترون را به خوبی جذب می‌كنند و با آن ها می‌توانیم واكنش هسته‌ایی را كنترل كنیم.

اگر بخواهیم آهنگ واكنش هسته‌ایی كاهش یابد میله‌ها را بیشتر به درون سوخت فرو می‌كنیم و اگر بخواهیم آهنگ واكنش هسته‌ایی افزایش یابد میله را از سوخت خارج كنیم.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی

تنظیم: مریم فروزان کیا