گروه نجوم مدرسه دکتر هشترودی تقدیم میکند.
انرژی هسته
اي
مقدمه:
در علوم راهنمايی ما با قانوني
برخورد كرديم به نام قانون پايستگي انرژي كه مي گفت:انرژی نه به وجود مي آيد و نه از بين مي رود بلكه از صورتي به
صورت ديگر تبديل مي شود.
انرژی هسته اي چيست؟
انرژي هسته اي يكي از صورتهاي
انرژی است كه از تبديل شدن جرم به انرژی پديد مي آيد.در نظريه نسبيت خاص آلبرت
آينشتاين قانوني وجود دارد به نام پايستگي جرم_ انرژی كه مفهومي مثل قانون پايستگي
انرژی دارد.
جرم طي شرايط خاصي به انرژی
تبديل ميشود كه به دو صورت است:شكافت هسته اي (كه در اينجا مورد بحث است) و گداخت
هسته اي.(البته راهاي ديگري مثل برخورد ماده و ضد ماده نيز وجود دارد كه با گسيل
كوانت همراه است)
در راكتور هاي هسته اي واكنش
شكافت انجام مي پذيرد.در شكافت،اتمهاي سنگين ناپايدار شده و سپس فرو مي
پاشند و اتمهاي سبك را ايجاد مي كنند.
سوخت راكتور هاي هسته اي نوعي
از اورانيوم است كه در زير شرح داده شده است:
اورانيومي كه در طبيعت يافت مي
شود اكثرا به دو صورت 235-U
و238-U مي باشد.
قسمت اعظم آن (حدود99.7%) را 238-U و قسمت
اندك آن را 235-U تشكيل داده.
سوخت مورد نياز براي شكافت در راكتور هسته اي 235-U است.روند جدا
سازي 238-U و بالا بردن غلظت 235-U را غني سازي مي گويند.
براي اين كار ابتدا اورانيوم
را از حالت جامد بايد به حالت گاز تبديل كنيم براي اين كار اورانيوم را طي فرايند
هايي به UF6(هگزا
فلورايد اورانيوم)تبديل مي كنيم و آن را در دستگاه هاي سانتريفوژ قرار مي دهند.
235-U به دليل نيروي
جانب به مركز و جرم كمتر در وسط و 238-U در كناره ها
جمع مي شود اگر اين كار را تقريبا 25000 بار انجام دهيم سوخت مورد نياز براي
راكتور هسته اي آماده است(كه درصد آن حدود 5%است).
اختلاف غلظت اين سوخت با سوخت
بمب اتم(100%)خيلي زياد است.پس براي همين نمي توان به راحتي سوخت مورد نياز براي
بمب اتم را فراهم ساخت.
چگونگي واكنش اورانيوم غني شده
در راكتور:
ابتدا يك نترون كم شتاب را به
طرف يك هسته ی 235-U شليك مي كنيم كه به 236-U(فوق العاده نا پايدار است)تبديل مي شود؛اين هسته سريعا فرو پاشيده
و به يك اتم كريپتون 90 و باريم 144 و دو نترون آزاد و مقداري انرژي تبديل مي شود
اين دو نترون به دو هسته ي ديگر برخورد كرده و واكنش فوق تكرار مي شود واين عمل به
صورت تصاعدي انجام مي شود و انرژي زيادي آزاد مي شود.اين انرژي آب اطراف ديواره
راكتور را بخار مي كند و اين بخار توربين ها را مي چرخاند و اين توربين ها برق
توليد مي كند و اين برق وارد شبكه رساني كشور مي شود.پس مي توان نتيجه گرفت
استفاده صلح آميز از فناوري هسته اي هيچ ضرري ندارد و فوايد زيادي نيز دارد.
نوع ديگر از
انرژي هسته اي
طريقه آزاد سازي انرژي هسته اي
به دو صورت شكافت و گداخت مي باشد.در قسمت قبل شكافت را توضيح داديم و در اين قسمت
گداخت را توزيح مي دهيم.
در روش گداخت هسته اي هسته هاي
سبك هسته هاي سنگين را به وجود مي آورند و اين واكنش طي شرايط خيلي خاص امكان پذير
است. اين واكنش مستلزم دماي بسيار بالا(1000000درجه كلوين)مي باشد و در آن هسته
هاي اتم هاي سبك مثل هيدروژن با همجوشي به
هسته اتم هاي سنگين مثل هليوم تبديل مي شوند.
در اين بين مقداري انرژي جرم
از دست مي رود اين جرم از دست رفته طبق فرمول معروف انيشتين E=mc^2 به انرژي تبديل شده.
طريقه انجام اين واكنش به اين
صورت است كه دو هسته ي هيدروژن با هم تركيب مي شوند و يك دوتريوم،يك پوزيترون و يك
نوترينو توليد ميشود.
يك هيدروژن با يك دوتريوم
تبديل مي شوند به به يك هليوم سبك(هليوم 3) و مقداري انرژي كه به صورت پرتو گاما
آزاد مي شود.
دو هليوم سبك با هم تركيب شده
و يك هليوم معمولي به همراه دو هيدروژن توليد مي شود.و اين چرخه ادامه دارد.
اين انرژي سالم مي باشد و مثل
شكافت هسته اي زباله ندارد.
انرژي خورشيد و ستارگان ديگر
نيز از همين راه تامين مي شود.براي هر چهار اتم هيدرون به يك اتم هليوم (4x10^-5)
اِرگ انرژي آزاد مي شود.
در حال حاضر اين انرژي به صورت غير كنترل شده(بمب
هيدروژني) در دست بشر است اما تلاش هاي زيادي براي قابل كنترل كردن آن و مورد
استفاده قرار دادن آن در حال انجام است.
مشكل اصلي براي انجام اين واكنش در زمين آن است كه هيچ جسمي نمي تواند اين دما را تحمل كند.