انرژی هسته ای
نیروهای ویژه ای که به هنگام در کنار هم قرار گرفتن، فاصله های خیلی کم ذرات ظاهر می شوند و این ذرات را در هسته ها به هم می پیوندند، نیروهای هسته ای گویند.
در مطلب قبل با انرژی هسته ای، شکافت و هم جوشی آشنا شده اید، اکنون با انرژی هسته ای، چشمه های انرژی ستارگان آشنا می شوید.
ستاره
وقتی که صحبت از مفهوم انرژی به میان می‌آید، نمونه‌های آشنای انرژی مثل انرژی گرمایی ، نور و یا انرژی مکانیکی و الکتریکی در شهودمان مرور می‌شود. اگر ما انرژی هسته‌ای و امکاناتی که این انرژی در اختیارش قرار می‌دهد، آشنا شویم، شیفته آن خواهیم شد.
نحوه آزاد شدن انرژی هسته‌ای
می‌دانیم که هسته از پروتون(با بار مثبت) و نوترون (بدون بار الکتریکی) تشکیل شده است. بنابراین بار الکتریکی آن مثبت است. اگر بتوانیم هسته را به طریقی به دو تکه تقسیم کنیم، تکه‌ها در اثر نیروی دافعه الکتریکی خیلی سریع از هم فاصله گرفته و انرژی جنبشی فوق العاده‌ای پیدا می‌کنند. در کنار این تکه‌ها ذرات دیگری مثل نوترون و اشعه‌های گاما و بتا نیز تولید می‌شود. انرژی جنبشی تکه‌ها و انرژی ذرات و پرتوهای بوجود آمده ، در اثر برهمکنش ذرات با مواد اطراف ، سرانجام به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود.
تا کنون با اشکال گوناگون انرژی برخورد کرده اید که به یکدیگر تبدیل می شدند. از آن جمله اند انرژی جنبشی اجسام متحرک، انرژی پتانسیل اجسام در میدان های گرانشی، انرژی میدان های الکترومغناطیسی، انرژی درونی اجسام و نظایر آن. تحلیل تبدیل های هسته ای وجود نوع دیگری انرژی، یعنی انرژی هسته ای، را آشکار ساخته است. (اغلب به جای اصطلاح (انرزی هسته ای) اصطلاح غیر دقیق (انرژی اتمی) را به کار می برند.)
انرژی هسته ای انرژی ذخیره شده در هسته های اتمی می باشد و در ضمن تبدیل های هسته ای، یعنی واپاشی پرتوزای هسته ها و واکنش های هسته ای، به اشکال دیگر انرژی تبدیل می شود.
انرژی هسته ای در کلیه تبدیل های هسته ای ظاهر می شود. به عنوان مثال، واکنش های هسته ای ذرات آلفا با بریلیم و نیتروژن را در نظر می گیریم.
اندازه گیری ها نشان می دهند که انرژی جنبشی محصولات واکنش به اندازه MeV7/5 بیشتر از انرژی جنبشی هسته های اولیه است. بنابراینف در این واکنش تبدیل انرژی هسته ای نهان به انرژی جنبشی رخ داده است. در این واکنش داریم:
معلوم شده است که انرژی جنبشی کل هسته اکسیژن و پروتون هیدروژن به اندازه MeV1/2 کمتر از انرژی جنبشی ذره آلفا، راه انداز واکنش است. (هسته نیتروژن در آغاز ساکن بوده است) پس در این واکنش، بر عکس واکنش پیش، انرژی جنبشی به انرژی هسته ای تبدیل شده است. ذخیره انرژی نوع اخیر در محصولات واکنش بیشتر از هسته های اولیه می باشد.
اگر مقدار دقیق جرم هسته های شرکت کننده در واکنش را بدانیم می توانیم انرژی هسته ای تبدیل شده به انرژی جنبشی و برعکس را حساب کنیم. بدیهی است، مطابق قانون تبدیل انرژی، افزایش انرژی جنبشی برابر است با کاهش انرژی درونی هسته ها. اما بنا به قانون اینشتین، این کاهش در انرژی درونی برابر است با فرق میان جرم سکون اولیه و جرم محصولات واکنش آخر ضرب در C2.
برای مثال، واکنش قبل را بررسی می کنیم. جرم ذرات شرکت کننده در پایین آورده شده است.
جرم ذرات اولیه از جرم محصولات نهایی به اندازه amu0061/0 = 0128/13-0189/13 بیشتر است.
انرژی درونی ذرات در نتیجه واکنش به اندازه مقدار زیر کاهش یافته است. 0/0061 × 930 = 5/7 MeV
همان طوری که اشاره کردیم، اندازه گیری های مستقیم نشان می دهند که انرژی جنبشی محصولات واکنش دقیقا همین اندازه (MeV5/7 ) از انرژی جنبشی هسته های اولیه بیشتر است. به این ترتیب دلیل دیگری برای صحت رابطه زیر به دست می آید.
انرژی هسته ای از این که دو نوع انرژی در تبدیل ذرات آشکار می شوند به انرژی شیمیایی در تبدیل مولکول ها ظاهر می شود، در حالی که انرژی هسته ای در تبدیل های هسته های اتمی (یعنی واکنش های هسته ای) آشکار می شود.* سه ردیف اول این جدول جرم اتم های خنثی می باشد. مقدار آنها از اندازه گیری های طیفی جرم به دست آمده است. تعداد الکترون ها در سمت چپ و راست معادله واکنش برابر است. بنابراین هنگام محاسبه اختلاف جرم، جرم الکترون ها حذف می شود و ما فقط اختلاف جرم هسته ها را به دست می آوریم.
منبع: http://daneshnameh.roshd.ir
مرکز یادگیری سایت تبیان، مرجان سلیمانیان
