up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله شکافت هسته يي PDF
QR code - شکافت هسته يي

شکافت هسته يي

ستاره يي درون خمره

اين روزها، بحث انرژي اتمي و فناوري مربوطه و بهره گيري از آن براي اهداف صلح آميز، موضوعي است که توجه همگان را به خود جلب کرده است. آزاد شدن انرژي هسته يي، چه در شکل طبيعي آن نظير چيزي که در ستارگان روي مي دهد و چه در قالب فناوري هسته يي يعني فرآيندي که در يک رآکتور به وقوع مي پيوندد، بر پايه واکنش هاي هسته يي استوار است که مي تواند نتيجه شکافت هسته هاي اتم يا هم جوشي آنها باشد.
شکافت و هم جوشي هسته يي
اساس کار نيروگاه ها و مراکز اتمي کنوني برپايه فرآيند «شکافت هسته يي» استوار است که در آن، هسته اتم به وسيله مجموعه يي از ذرات پرانرژي مانند نوترون ها بمباران شده و شکافته مي شود. نتيجه آن آزاد شدن مقدار زيادي انرژي، ايجاد دو يا چند هسته کوچک تر و توليد محصولات فرعي نظير فوتون ها و نوترون هاي آزاد است. شکافت هسته يي اگرچه با آزاد شدن مقادير قابل توجهي انرژي همراه است، ولي مواد حاصل از اين واکنش که به زباله هسته يي معروف است، شديداً راديواکتيو است. مسائل و مشکلات بهداشتي و زيست محيطي که در خصوص حمل و دفع اين زباله ها وجود دارد و نيز خطرهاي بروز آلودگي راديواکتيو براي انسان و محيط زيست و حوادث ناخواسته در هر يک از مراحل فرآوري، حمل، ذخيره سازي و به کارگيري سوخت هاي هسته يي سبب شده اهميت شکافت هسته يي به عنوان يک منبع مطمئن و بي خطر تامين انرژي مورد ترديد قرار گيرد. در مقابل شکافت هسته يي، فرآيند «هم جوشي هسته يي» را داريم که طي آن، دو هسته اتم به هم جوش خورده و با ايجاد يک نوترون آزاد، هسته جديد بزرگ تري را تشکيل مي دهند. اين فرآيند مي تواند با جذب يا آزاد شدن انرژي همراه باشد. اغلب در اثر هم جوشي هسته هاي عناصري که وزن شان از هسته آهن سبک تر است، مقادير عظيمي انرژي آزاد مي شود. نور ستاره ها و انرژي حاصل از انفجار يک بمب هيدروژني، نتيجه هم جوشي بين هسته هاي عناصر سبک وزن است.
● مزاياي هم جوشي هسته يي
هم جوشي هسته يي مي تواند راه حلي براي تمام مشکلاتي باشد که در روند تامين انرژي جهانيان وجود دارد. سوخت هاي فسيلي، زغال سنگ، نفت و بنزين رو به اتمام است. ميليون ها سال طول کشيد تا اين منابع شکل گرفته اند و حال ما تنها در ۳۰۰ سال گذشته يعني از زماني که انقلاب صنعتي آغاز شد، تقريباً همه آنها را مصرف کرديم. به باور بسياري از دانشمندان، با توجه به رشد جمعيت کره زمين به خصوص در کشورهاي پرجمعيتي چون چين و هند و نياز روزافزون صنايع، حمل و نقل و سيستم هاي برودتي و حرارتي به سوخت، بحران انرژي وارد مرحله خطرناکي مي شود. شايد راه حل اين بحران، هم جوشي هسته يي باشد. براي انجام هم جوشي هسته يي در روي زمين، به نوعي هيدروژن نياز است که در آب سنگين (که بخش کوچکي از آب معمولي را تشکيل مي دهد) يافت مي شود. يعني کليد حل مشکلات به همين آب وابسته است. محاسبه هاي انجام شده نشان مي دهد در روي زمين، به اندازه کافي يعني در حدي که جوابگوي نيازهاي انرژي جمعيت رو به رشد جهان در طول ميليون ها سال آينده باشد، آب وجود دارد. انرژي حاصل از هم جوشي را مي توان در رآکتورهاي مخصوص تحت کنترل درآورد و در يک نيروگاه برق معمولي به الکتريسيته تبديل کرد. دانشمندان تخمين مي زنند که يک وان حمام پر از آب سنگين مي تواند به مدت سي سال برق انگلستان را تامين کند. از سوي ديگر، برخلاف شکافت هسته يي، در هم جوشي، تقريباً خطر آلودگي راديواکتيو وجود ندارد و زباله هاي اتمي طويل العمر نيز توليد نخواهند شد. به عبارت ديگر، در صورت به کارگيري اين فرآيند، سوخت کافي براي توليد يک انرژي پاک و عاري از آلودگي براي ميليارد ها نفر از ساکنان زمين در طول ميليون ها سال در اختيار خواهيم داشت.
● عدم موفقيت در به کارگيري هم جوشي هسته يي
براي هم جوشي لازم است اتم هاي پرانرژي به هم برخورد کنند تا با يکديگر واکنش دهند. لازمه اين کار، دستيابي به حرارت هاي بالايي است که تنها در هسته ستارگاني نظير خورشيد خودمان وجود دارد. در چنين حرارت هايي، هسته هاي هيدروژن به شدت با هم برخورد کرده و ترکيب مي شوند. ساليان سال، همين مساله مانع بزرگي بر سر راه استفاده از اين فرآيند محسوب مي شد و لازم بود راه حلي براي آن پيدا شود، چرا که هميشه ميزان انرژي مصرف شده براي انجام آزمايش هاي هم جوشي، بيش از انرژي توليدي بود. در تمام اين تجارب، سعي مي شد شرايطي مشابه آنچه در هسته خورشيد حاکم است (با دمايي حدود ۱۰ ميليون کلوين) ايجاد شود. دستيابي به دماهايي که براي پيشبرد فرآيند مربوطه کافي باشد، به منابع عظيم انرژي احتياج داشت.
● به دنبال راه حل
در ماه مارس سال ۲۰۰۲، جهان علم با انتشار خبر متحيرکننده يي دچار شگفتي شد؛ يک دانشمند معروف امريکايي به نام «راسي طالع يارخان» مدعي شد که با استفاده از امواج صوتي موفق شد در آزمايشگاهش هم جوشي هسته يي را انجام دهد. اين خبر که وي تنها با استفاده از امواج صوتي و در مقياس کوچک آزمايشگاهي، به چنين دمايي دست يافت، موجب تحير دانشمندان شد. آنها پروژه هاي هم جوشي هسته يي را طرح هاي چنددولتي چندميليارد پوندي مي دانستند که به نظر مي رسيد تنها در دهه هاي آتي دستيابي به هدف موردنظر يعني توليد انرژي به شيوه کاربردي، امکان پذير باشد.
روش اين دانشمند بر فرآيندي به نام «سونولومينسنس» استوار است که در آن، با متمرکز ساختن انرژي صوتي روي نقطه بسيار کوچکي در داخل يک حباب، امواج صوتي به پرتوهاي نور تبديل مي شود. پديده مزبور به «ستاره در خمره» معروف است. گرچه از دهه ۱۹۳۰ اين پديده را مي شناختند ولي تا دهه ۱۹۸۰ پژوهش هاي زيادي در مورد آن انجام نشده بود. در اين زمان، دانشمندان متوجه شدند که نور توليدي به طرز شگفت آوري داغ است. با اين شيوه به آساني امکان دستيابي به دماهايي در حد ده ها هزار درجه (که از سطح خورشيد نيز داغ تر است) فراهم مي شد. اين يافته، در نوع خود کشف بزرگي بود زيرا اين فرآيند مي توانست شيوه بسيار مناسبي براي متمرکز ساختن انرژي باشد. براي دانشمندان اين سوال مطرح بود که آيا هسته حباب مي تواند داغ تر (شايد گرم تر از هسته خورشيد) باشد؟ اگر چنين است امکان وقوع هم جوشي نيز وجود خواهد داشت.
بدين ترتيب، اشخاص مختلفي در امريکا به تحقيق روي اين موضوع پرداختند. «طالع يارخان» يکي از همين افرادي بود که ادعا کرد با استفاده از حباب هاي بسيار کوچکي که انرژي امواج صوتي را در خود بهتر متمرکز مي کنند، موفق به انجام اين کار شده است. کشف اين محقق و مقاله منتشر شده وي در مجله «ساينس» ترديدهاي بسياري را برانگيخت. با بروز پديده هم جوشي، ذراتي به نام نوترون آزاد مي شود. به نظر دانشمندان، شاخص وقوع هم جوشي، همين نوترون هاي آزاد هستند. ولي بسياري از آنان ترديد داشتند که رديابي نوترون ها توسط اين محقق کاملاً درست انجام شده باشد. محققان آزمايشگاه ملي اوک ريج با تکرار آزمايش مزبور نتوانستند به شواهدي دال بر بروز هم جوشي دست يابند. ولي گروه «طالع يارخان» با پافشاري، دو سال بعد، مقاله ديگري در تاييد ادعاهاي خود منتشر کرد. ولي بسياري از دانشمندان کماکان به دنبال شواهد بهتري بودند. آنها مي خواستند زمان دقيق آزاد شدن نوترون ها برايشان در حد نانوثانيه مشخص شود تا دقيقاً به چگونگي ارتباط اين ذرات با پرتوهاي نوري پي ببرند. دانشمندان در صورتي متقاعد مي شدند که پيدايش اين دو همزمان باشد. بدين ترتيب گروه مستقلي از دانشمندان باتجربه، توسط Horizon به کار گرفته شد تا تجربيات اين دانشمند را بر پايه همان شيوه يي که وي در مقاله ها يش تشريح کرد، مجدداً تکرار کنند. آنها براي اولين بار نوترون ها و پرتوهاي نوري را با دقت نانوثانيه سنجش کردند، ولي حتي يک نوترون نيز پيدا نکردند که به اندازه کافي با يک پرتو نور همزمان باشد. البته بنا به نظر «طالع يارخان»، تفاوت هاي مختلف موجود در تجهيزات استفاده شده در اين دو تجربه مي توانست روي نتايج تاثير گذاشته باشد. شايد آزمايشگاه هاي ديگري در جهان نيز به نتايج مشابهي نظير آنچه اين محقق دست يافت، برسند ولي تا آن زمان، همچنان از سوي جامعه علمي، ادعاي وي مورد ترديد خواهد بود. هرچند اهميت هم جوشي هسته يي در تامين انرژي بشر و نقش احتمالي تکنيک سونولومينسنس در دستيابي به اين هدف قابل انکار نخواهد بود.

جابجايي: هنگامي که آب ها در داخل خاک به سمت پايين حرکت مي کنند، باعث انتقال شيميايي و مکانيکي مواد مي شوند. فرايند انتقال مواد بوسيله باد و باران، ذرا ...

● کلوييدها - نانوذرات قديمي يک روش خوب براي درک مفاهيم نانويي، مطالعه ي نقاط شروع اين فناوري در دنياي علم است. در قرن بيستم، به دنبال کشف قابليت هاي گ ...

از نظر بسياري از افراد، بزرگترين جاذبه يک پارک تفريحي ترن هوايي يا roller coaster آن است. عده اي آنرا ماشين جيغ مينامند و براي اين نامگذاري دليلي خوبي ...

● فرودهاي فضايي: فضاپيما بايد هنگام نزديک شدن به يک سياره يا قمر از سرعت خود بکاهد، تا از هدف خود عبور نکند. فضا پيما در اين هنگام به دور خود مي چرخد ...

هسته ترانسفورماتور هسته آهن هسته ترانسفورماتور متشکل از ورقه هاي نازک است که سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفورماتور ها محاسبه مي شود. براي کم کردن تل ...

موتور هاي چند فاز موتورهاي چند فازه موتورهاي متناوبي هستند که به صورت دو يا سه فاز کار مي کنند . هر دو از لحاظ ساختماني مشابه بوده و فقط اتصال داخلي ک ...

● مقدمه شکافت هسته اي اتم اورانيم ۲۳۵ در واقع در اثر نفوذ يک نوترون حرارتي به درون هسته يک اتم سنگين است که باعث شکافت آن به دوپاره از هسته هاي جديد و ...

اين روزها يکي از واژه هايي که در ارتباط با مباحث انرژي هسته اي، به طور مکرر شنيده مي شود دستگا ه هاي «سانتريفوژ» است.در مطلبي که از پي مي آيد، مولف کو ...

دانلود نسخه PDF - شکافت هسته يي