تبلیغات
{مقالات دانشگاهی} - واکنش‌های هسته ای

 واکنش‌های هسته ای ... فیزیک ,
شکاف هسته‌ای
همانطور که قبلاً گفته شد دنبال راهی برای استفاده از انرژی هسته‌ای هستیم و چون عناصر در فرآیند پرتوزایی، انرژی آزاد می‌کنند باید راهی برای پرتوزایی عناصر پایدار بیابیم و یا اینکه سرعت پرتوزایی عناصر ناپایدار را افزایش دهیم. به نظر شما این کار چگونه میسر می‌شود؟
رادرفورد هسته نیتروژن را توسط ذره آلفا بمباران کرد و متوجه شد که اکسیژن و یک ذره پروتون بوجود می‌آید.

که معادله آن چنین است:

این اولین واکنش مصنوعی هسته ای است که توسط بشر انجام گرفت. ولی ذرّات آلفایی که از عناصر رادیواکتیو بیرون می‌آمدند انرژیی کمی داشتند به همین علت فقط باعث واپاشی عناصر سبک می‌شدند. چون ذرّات بزرگ بودند دانشمندان به فکر استفاده از ذرّات کوچکتر در بمباران عناصر افتادند.
....

 

بقیه در ادامه مطلب


وقتی گاز هیدروژن را گرم کنیم اتمهای هیدروژن الکترون خود را از دست می‌دهند و بدین ترتیب یک هسته (با یک پروتون) خواهیم داشت. این ذرّات با شتابی که در میدان الکتریکی می‌گیرند آمادگی لازم برای برخورد با هسته اتم‌ها را پیدا می‌کنند تا آرایش نوکلئون‌های هسته را بر هم بزنند.
اولین فروپاشی هسته ای که توسط ذرّات پروتون انجام گرفت فروپاشی لیتیوم ٧ بود که معادله آن در زیر آمده است.

بنابراین با بمباران لیتیوم توسط ذرّات پروتون دو ذره و مقداری انرژی آزاد می‌شود. فروپاشی بالا یکی از نخستین آزمون‌های بود که بطور کمی رابطه تبدیل جرم به انرژی انیشتین را تأیید می‌کرد.
دانشمندان با بمباران هسته‌های مختلف، اطلاعات زیادی درباره ساختار هسته به دست آوردند ولی انرژیی که از واکنش هسته‌ای آزاد می‌شد خیلی کمتر از انرژیی بود که برای شتاب دادن ذرّات استفاده می‌شد طوری که رادرفورد تا زمان مرگ خود ١٣١٦ شمسی (١٩٣٧ م) عقیده داشت که بشر هیچ وقت نخواهد توانست از انرژی هسته‌ای استفاده کند.
به نظر شما مشکل اصلی کجاست؟ چرا پروتون‌های پرانرژی نمی توانستند فروپاشی را باعث شوند که در آن انرژی آزاد شده در مقابل انرژی مصرفی بیشتر باشد؟
علت اصلی آن است که بار ذرّات و بار پروتون‌های هسته هم علامت (مثبت) هستند و این باعث می‌شود وقتی ذرّات به هسته اتم‌ها نزدیک می‌شوند تحت دافعه هسته قرار بگیرند و این چنین انرژی ذرّات (که با هزینه زیاد آن را کسب کرده اند) کاهش یابد. بهمین خاطر دانشمندان به فکر استفاده از ذره بدون بار (نوترون) افتادند ولی مشکل دیگری سدِ راه شد و آن اینکه ذرّات بدون بار (نوترون) را چگونه شتاب دهیم؟
در سال ١٣١٣ شمسی (١٩٣٤ م) "فرمی" به این فکر افتاد که به واسطه خنثی بودن نوترون شاید بتوان آن را با انرژی کمتری (نسبت به ذره ) به سمت هسته پرتاب نمود و بر اثر آن باعث واپاشی هسته شد.

به عبارتی شاید یک نوترون کم انرژی هم بتواند آرایش نوکلئون‌های یک هسته را تغییر دهد.
"فرمی" دست به آزمایش زد و دید نوترون توسط هسته عناصر جذب می‌شود و هسته‌ای جدید با عدد اتمی یک واحد بیشتر تولید می‌کند. وی موفق شد عنصر رادیوم با عدد اتمی ٤٥ را با نوترون به پالادیوم با عدد اتمی ٤٦ تبدیل کند. همچنین عنصر اندیوم با عدد اتمی ٤٩ را با بمباران توسط ذره نوترون به عنصری (قلع) با عدد اتمی ٥٠ تبدیل نماید.
این مسئله که نوترون باعث می‌شد عدد اتمی عنصر بمباران شده یک عدد بیشتر شود فرمی را به این فکر انداخت که با بمباران عنصری با بالاترین عدد اتمی یک عنصر جدید تولید کند به عنوان مثال شاید با بمباران نوترونی اورانیوم با عدد اتمی ٩٢ عنصر جدیدی تولید شود.
وقتی فرمی هسته اتم اورانیوم را با نوترون بمباران کرد متوجه اتفاق عجیب و جالبی شد. در این واکنش نه تنها عنصری با عدد اتمی بالاتر به دست نیامد بلکه محصولات واکنش، عنصری با عدد اتمی کمتر بودند.
دانشمندان دیگر هم دست به کار شدند و آزمایش‌های زیادی انجام دادند، ولی در همه آنها وقتی اورانیوم با نوترون بمباران می‌شد هسته سبک باریوم با عدد اتمی ٥٦ تولید می‌شد در حالی که با توجه در واکنش‌های هسته‌ای که دانشمندان در آن زمان می‌شناختند بزرگترین ذره‌ای که آزاد می‌شد ذره بود. بنابراین باید در کنار هسته باریوم تولید شده، ١٨ ذره هم آزاد شده باشد ولی هیچ اثری از آزاد شدن چنین ذرّاتی نبود.
با بررسی‌های بیشتر مشخص شد وقتی هسته اورانیوم با نوترون بمباران می‌شود دو هسته جدید تولید می‌گردد. هسته باریوم با عدد اتمی ٥٦ و هسته کریپتون با عدد اتمی ٣٦ و اینچنین می‌توان گفت هسته اورانیوم توسط نوترون به دو هسته تقسیم شده است که این باعث آزادی انرژی زیادی می‌شد.
به چنین واکنشی که هسته یک اتم سنگین به دو هسته سبکتر تبدیل می‌شود شکافت هسته‌ای و به هسته‌های ایجاد شده پاره‌های شکافت می‌گویند.

در شکافت اورانیوم توسط نوترون علاوه بر آزاد شدن انرژی ٣ ذره نوترون هم آزاد می‌شوند معادله این واکنش به صورت زیر است:

البته پاره‌های شکافت ناپایدارند و با گسیل متوالی ذره به هسته‌های پایدارتر تبدیل می‌شوند.

در شکل زیر نیم عمر و مراحل واپاشی اورانیوم آمده است.

در شکافت اورانیوم توسط نوترون، حدود ٩٠ پاره شکافت ایجاد می‌شود.
علت ناپایداری پاره‌های شکافت در واکنش بالا آزاد شدن نوترون‌های اضافی است. با توجه به نیم عمر بالایی که بعضی از پاره‌های شکافت دارند و پرتوزا بدون آنها، انجام چنین واکنش هایی برای محیط زیست بسیار خطرناک است و حفاظت از باقیمانده چنین شکافت هایی بسیار مهم است.
همانطور که دیدید وقتی نوترون به اورانیوم برخورد می‌کند ٣ نوترون آزاد می‌شود که این نوترون‌ها می‌توانند ٣ هسته دیگر اورانیوم را به شکافت وادارند و در مرحله بعدی ٩ نوترون آزاد شود که باعث شکافته شدن ٩ هسته می‌شوند. در این مرحله ٢٧ نوترون آزاد می‌شود و بطور تصاعدی تعداد هسته‌های که شکافته می‌شوند افزایش یافته و اینچنین انرژی زیادی تولید می‌شود و این همان چیزی است که دنبال آن بودیم. در شکل زیر شکافت زنجیره‌ای را می‌بینید.


نوشته شده توسط اشک ط در دوشنبه 28 اردیبهشت 1388 و ساعت 11:00 ق.ظ
ویرایش شده در - ساعت -
 نوشته های پیشین
+ همه چیز در باره نیکوتین
+ مار گزیدگی و راه های درمان آن
+ کدام اسپری ضد عرق را مصرف کنیم ؟
+ اعتیاد و راهای ترک و مقابله با آن
+ گرما زدگی
+ خطرناکترین الگوی مصرف الکل مربوط به جوانان ایرانی است
+ یادآوری نکاتی که به افزایش طول عمر شما کمک خواهد کرد
+ فشار خون پایینو راه کنترل آن
+ نکاتی برای یک پیک نیک خوب
+ انواع موهای سر و روشهای شستشوی آنها
+ سیگار و ضررهای متعدد آن و راههای ترک و مقابله وتشخیص آن
+ اعتیاد به الکل ( الکلیسم‌ )
+ نحوه غربالگری دیابت حاملگی
+ افزایش قدرت و توانایی مغز و تمرکز مغز
+ تصاویر برهنه و کودکان ما و بهترین راه مقابله درست با آن

صفحات :