واکنش های هسته ای(010)

واکنش های هسته ای و کاربرد آنها

 

شناختی که می توان از طریق مطالعه واپاشی های هسته ای درباره هسته بدست آورد بسیار محدود است.

زیرا فقط بعضی فرایندهای واپاشی در طبیعت صورت میگیرد،فقط بعضی ایزوتوپ ها در این فرایندها ساخته می شوند، فقط بعضی از حالتهای هسته ای را می توان مطالعه کرد.

اما واکنش های هسته ای،روش قابل کنترلی برای مطالعه هر نمونه هسته ای،و انتخاب هر حالت برانگیخته در آن نمونه بشمار می آید.

در میان این واکنش ها دو واکنش هسته ای شکافت و همجوشی دارای اهمیت ویژه اند.

 

انواع واکنش های هسته ای:

 

فرود می آید. X به هدف حاوی هسته های نوع xدر هر آزمایش واکنش هسته ای،یک باریکه ذرات از نوع

 در آزمایشگاه مشاهده می شود،     yپس ازواکنش یک ذره خروجی

 باقی می ماند،به زبان نمادین واکنش را به صورت زیر می نویسیم.Y و یک هسته

x+X _ y+Y 

 

مانند واکنش های شیمیایی واکنش های هسته ای باید متوازن باشند،تعداد پروتونها و نوترونها باید در دوطرف معادله یکسان باشد.

چون هر واکنش هسته ای فقط تحت تاثیر نیروهای داخلی سیستم و هدف صورت می گیرد،انرژی،تکانه خطی،تکانه زاویه ای در واکنش پایسته هستند.

 

شکافت

 

در فرایند شکافت یک هسته سنگین مانند اورانیوم به دو هسته سبکتر شکافته می شود،چون انرژی بستگی هسته های سبکتر در حدود یک مگا الکترون ولت به ازای هر نوکلئون بیش از هسته سنگین است،در هر فرایند شکافت انرژی در حدود 200 مگا الکترون ولت است.

انرژی تیدیل شده بازای هر اتم در واکنش های هسته ای تقریبا( 10 به قوه 8 )برابر واکنش های شیمیایی است.

در یک هسته، رقابتی بین نیروهای هسته ای،که اجزای هسته را بهم می پیوندند،و دافعه الکترواستاتیکی،که

می خواهد پروتون ها را از هم دور کند،وجود دارد.

برای اغلب هسته ها نیروی هسته ای در این رقابت حاکم است،اما برای هسته های سنگین تعادل ظریفی بین نیروهای هسته ای و الکتریکی وجود دارد. تعادلی که براحتی بهم میخورد.

 

می توانیم یک هسته پایدار سنگین را،نوعی قطره مایع،با شکل تعادلی اندکی کشیده در نظر بگیریم.

با ایجاد اختلال در هسته،بر اثر جذب یکنوترون یا فوتون پر انرژی،هسته شروع به ارتعاش و لرزیدن می کند.

شکل هسته به سرعت از یک شکل کشیده تر به شکل کروی و برعکس تغییر می کند،انرژی دافعه کولنی تغییر چندانی نمی کند.اما نیروی هسته ای که نسبتا کوتاه بُرد است بطور چشم گیری کم می شود.

بر اثر کشیدگی کافی مرکز آن تا اندازه ای باریک می شود،و هسته به سرعت به دو پاره شکافته می شود

و دافعه کولنی این دو قسمت را از یکدیگر دور می کند،انرژی لازم برای شکافت نوعا در حدود (شش مگا الکترون ولت است).

اندازه دو پاره شکافت می تواند تغییر کند.

اغلب انرژی آزاد شده در شکافت بصورت انرژی جنبشی دو پاره شکافت در می آید.

 

سه ویژگی واکنش شکافت از آن وسیله ای مفید برای تولیدانرژی الکتریکی می سازد.

1.اتلاف انرژی:

قسمت اعظم انرژی بصورت انرژی جنبشی پاره های شکافت آزاد می شود.

پاره های شکافت بیشتر انرژی جنبشی خود را بر اثر برخورد با اتم های سوخت از دست میدهند.این انرژی را می توان به گرما تبدیل کرد و آب را به جوش آورد،در اینصورت می توان توربین بخار را راه اندازی و برق تولید کرد.

 

2.تکثیر نوترون:

چون میانگین نوترونهای تولید شده بزرگتر از یک است،واکنش زنجیره ای را امکانپذیر می کند.

اینکه این مقدار چقدر باید بزرگتر از یک باشد تا وکنش زنجیره ای میسر شود به ساختمان راکتور بستگی دارد.

 

3.نوترونهای تاخیری:

حدود یک درصد نوترونها در فرایند شکافتنوترونهای تاخیری هستند،که پس از واپاشی پاره های سنگین گسیل می کنند.

مطالب فوق از کتاب فیزیک جدید انتخاب شده است.

ادامه مقاله در پست های بعدی..