شکافت و همجوشی هسته ای

واکنشی که در هسته اتم رخ می دهد و منجر به آزاد سازی انرژِی می گردد، انرژی  هسته ای است.به دو صورت امکان تحریک هسته اتم و تولید انرژی هسته ای وجود دارد.

1) شکافت هسته ای اتم

2) همجوشی هسته چند اتم

شکافت هسته ای

درون هسته اتم پروتون ها با بار مثبت و نوترون ها قرار دارند  که به شدت به هم چسبیده اند.این پروتون ها به شدت همدیگر را دفع می کنند ولی نیرویی دیگر آنها را با قدرت زیادی به هم در داخل هسته جذب می کند.در این حالت اگر شرایط به گونه ای فراهم شود که نیروی دافعه هسته اتم بر نیروی جاذبه آن غلبه کند نیروی بسیار عظیمی به صورت حرارت تولید می گردد.

البته باید بدانیم این مسئله تنها در اتم های عنصر  اورانیم – 235 امکان پذیر است.

دانشمندان توانسته اند به وسیله یک سری فعل و انفعالات پیچیده اتمی، برخی از اتم های اورانیم را تحریک کرده تا نوترون هایی از خود تولید نمایند.این نوترون های تولید شده دارای انرژی و سرعت زیادی هستند به طوریکه می توان آن را برای شکافتن هسته اتم بکار برد.

این نوترون های پر سرعت هنگام برخورد به هسته اتم باعث ناپایداری هسته می شوند و آن را به دو یا چند هسته کوچکتر تبدیل می کنند.البته به همراه این دو هسته کوچکتر دو نوترون نیز تولید می شود.این عمل" شکافت هسته اتم" نام دارد. هنگامی که یک نوترون پر انرژی به یک هسته اتم برخورد می کند آن هسته متلاشی می شود و از متلاشی شدن آن،دو هسته کوچکتر که مربوط به دو عنصر دیگر است(باریم و کریپتون) و همچنین دو نوترون دیگر تولید می شود.و به همین ترتیب دو نوترون تولید شده خودشان به دو هسته دیگر برخورد می کنند و از متلاشی شدن آن دو هسته نیز،جمعاً چهار نوترون تشکیل می شود که از برخورد این چهار نوترون به چهار هسته دیگر هشت نوترون تولید می شود.و در نهایت تعداد زیادی نوترون ساخته می شود و تهداد بی شماری از هسته های اتم متلاشی می شوند.به این نوع عمل زنجیر وار شکافت "واکنش زنجیره ای" می گویند.

هسته اتم های فلز اورانیم می تواند دچار شکافت گردد.از شکافت یک هسته اورانیم،هسته های دو عنصر کریپتون و باریم به همراه دو نوترون ایجاد می شود که در این میان مقداری از جرم هسته اولیه نابود می شود وبه مقدار زیادی حرارت تبدیل می شود و البته در این میان بر اثر این واکنش، اشعه هایی نیز تولید می گردد.

بنابر این می توان  حاصل بمباران نوترونی هسته اتم و شکافت هسته ای را در چهار مرحله زیر خلاصه کرد:

1)با ناپایدار کردن هسته اورانیم به وسیله یک نوترون پر سرعت،یک هسته اورانیم به دو هسته کوچکتر(باریم و کریپتون) شکافته می شود.

2)دو یا سه نوترون از هسته جدا می شود و با سرعت به سوی اتم های دیگر می رود.

3)در اثر جدا شدن هسته،انرژِی حرارتی زیادی تولید می شودکه ما از آن استفاده می کنیم.

4)اشعه های رادیو اکتیو تولید می گردد.

همجوشی هسته ای

در عمل همجوشی یا گداخت هسته ای دقیقاً عکس  عمل شکافت رخ می دهد.در عمل همجوشی دو هسته سبک با هم برخورد کرده و تبدیل به یک هسته سنگین تر می شود.نکته بسیار مهم در عمل گداخت هسته ای آن است که برای برای این عمل باید دو هسته در فشار و گرمایی بسیار بالا به هم برخورد کنند.

آنچه مبحث همجوشی هسته ای را برای دانشمندان مورد توجه قرار داده،آن است که هنگام عمل همجوشی هسته ای،مقدار بسیار زیادی انرژِی به وجود می آید که به مراتب بیشتر از انرژی آزاد شده در عمل شکافت هسته ای است.دانشمندان معتقدند در خورشید عمل همجوشی هسته ای انجام می شود و حرارت بسیار زیاد خورشید نیز ناشی از همین فرایند است.چنان که در خورشید دما به 15 میلیون درجه بالای صفر می رسد و فشار آنجا حدود 1122 اتمسفر است و تمام شرایط برای همجوشی فراهم است.

معادله انیشتین

آلبرت اینشتین مقدار انرژی که هنگام عمل شکافت هسته ای یا همجوشی هسته ای به وجود می آید را به وسیله یک معادله مشهور بیان بیان نموده است.

E=mc2

بر اساس این معادله مقدار انرژی که از عمل شکافت هسته ای  یا همجوشی هسته ای بدست می آید، برابر است با مقدار جرمی از ماده که هنگام واکنش هسته ای از بین میرود که در سرعت نور به توان دو ضرب می شود.

نویسنده: مژده اصولی

تنظیم برای تبیان: محسن مرادی