واکنشهای هستهای
()
|
روشهای انجام واکنشهای هستهای
- تجزیه کامل تمامی هستهها زمانی که بوسیله یک ذره یا انرژی فوق العاده زیاد برخورد کند (یا ذره دیگری جذب کنند) معمولا نوترون است.
- شکست هسته به دو هسته غیر مساوی توأم با انتشار پروتون ، نوترون ، ذره آلفا ، اشعه گاما و واکنشهای ترکیب هستهای که تشکیل یک هسته سنگینتر در اثر تجدید ساختمان هسته عناصر سبکتر که همراه با آزاد شدن مقادیر زیاد انرژی است ، صورت میگیرد.
- انرژی حاصل از واکنشهای ترکیب یا (همجوشی) 8 برابر بیشتر از انرژی هستهای واکنشهای شکست هستهای است.
راههای مختلف تولید انرژی هستهای
شکافت هستهای (Nuclear Fission)
فرض می شود نوترون منفردی به یک قطعه ایزوتوپ نفوذ کند در اثر برخورد به هسته اتم ، اورانیوم به دو قسمت شکسته میشود، مقادیر زیادی نیز انرژی آزاد میگردد. در حدود (200Mev) اما مسئله مهمتر اینکه نتیجه شکستن هسته آزادی دو نوترون است که میتواند دو هسته دیگر را شکسته و چهار نوترون را بوجود آورد.
این چهار نوترون نیز چهار هسته را میشکند چهار هسته شکسته شده تولید هشت نوترون میکنند که قادر به شکستن همین تعداد هسته اورانیوم میباشند، سپس شکست هستهای و آزاد شدن نوترونها بصورت زنجیروار به سرعت تکثیر و توسعه مییابد.
در هر دوره تعداد نوترونها دو برابر میشود، در یک لحظه واکنش زنجیری خود بخودی شکست هستهای شروع میگردد. در واکنشهای کنترل شده تعداد شکست در واحد زمان و نیز مقدار انرژی به تدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه ثابت نگهداشته میشود. فرض کنیم یک ذره (a) به یک هسته ساکن (x) برخورد کند در نتیجه در واکنشهای هستهای هسته (y) و ذره (b) تولید میشود که این واکنش را بصورت زیر مینویسم:
مراحل شکست
در واکنش اخیر در نتیجه برخورد نوترون حرارتی به آن را به تحریک شده تبدیل میکند. نهایتا اورانیوم تحریک شده نیز بعد از شکافت ، به باریم و کریپتون و سه تا نوترون تولید میشود.
مواد قابل شکست (Fissionable Materials)
موادی که وقتی تحت تابش نوترون قرار میگیرند انجام یک واکنش شکست هسته ای را ممکن می سازند چنین خاصیتی در عناصر زیر وجود دارد: ، ، ، ایزوتوپ ، بطور مصنوعی در راکتورهای هستهای با تاباندن نوترون به بوجود میآید.
محصولات شکست اورانیوم (Uranium Fission Puroduets)
زمانی که هسته اتمی به دو قسمت شکسته میشود عناصر زیر تولید میشوند: استرتیوم 90 ، کریپتون 91 ، ایتریوم 91 ، زیرکونیوم 95 ، ، ، باریم 142 ، سریم 144 قابل ذکر هستند.
همجوش هستهای (Nuclear Fusion)
همجوشی هستهای عبارت است از اتحاد عناصر سبک برای تشکیل عناصر سنگین تر که نوع واکنش را واکنش همجوشی گویند تا بحال در انفجار بمب هیدروژنی قوی و بسیار خوب تشخیص داده شده است. این واکنش برای انسان چندان مفید نیست و بنابراین دانشمندان بطور جدی کوشش می کنند تا واکنش همجوشی را کنترل کنند یعنی در کیف کاهش سرعت واکنش به درجهای که بتواند برای مقاصد صلح جویانه مفید باشد.
در مرحله اول این واکنشها بصورت کنترل شده برای تولید برق استفاده میشود. همچنین انرژی تولید شده در این واکنش 8 برابر انرژی تولید شده سر در شکافت هستهای میباشد. منشأ انرژی تابشی خورشید و دیگر ستارهها یک سری از واکنشهای هستهای انرژی زا است. اتمهایی که دراین واکنشها در درون ستاره شرکت میکنند کاملا یونیزهاند. یعنی تمامی الکترونها از آن کنده شده است. چنین مجموعهای از ذرات باردا را پلاسما مینامند.
دوتریوم و تریتیوم ایزوتوپهای هیدروژن مواد قابل احتراق همجوشی هستهای را تشکیل میدهند. هسته دوتریوم از یک نوترون و یک پروتون تشکیل مییابد. هسته تریتیوم دارای دو نوترون و یک پروتون است.
سوختهای همجوشی
ملاحظات فرآیندهای طبیعی و نتایج حاصل از آنها نشان داده است که واکنشهای همجوشی گوناگونی وجود دارد. از جمله از واکنشهای همجوشی هستهای واکنش دوترون با تریتیوم میباشد.
معادله واکنشهای همجوشی هستهای
نخستین واکنش همجوشی قابل کنترل توسط رابطه زیر ارائه شد (ترکیب ایزوتوپهای هیدوژن)
در این واکنش انرژیی معادل 17.6 Mev آزاد میشود، که از آن میشود در کادبردهای صنعتی و نظامی استفاده نمود.