شکافت هسته‌ای

● تعریف شکافت هسته ای:
اگر نوترون منفردی به یک قطعه ایزوتوپ اوارنیوم۲۳۵ نفوذ کند در اثربرخورد به هسته اتم اورانیوم ۲۳۵ ، اورانیوم بدو قسمت شکسته می شود. مقادیر زیادی نیز انرژی آزاد می گردد در حدود (۲۰۰Mev).
اما مسئله مهمتر اینکه نتیجه شکستن هسته اورانیوم ۲۳۵ آزادی دو نوترون است که می تواند دو هسته دیگر را شکسته و چهار نوترون را بوجود آورد.این چهار نوترون نیز چهار هسته اورانیوم ۲۳۵ را می شکند. چهار هسته شکسته شده تولید هشت نوترون می کنند که قادر به شکستن همین تعداد هسته اورانیوم می باشند. سپس شکست هسته ای و آزاد شدن نوترون ها بصورت زنجیروار به سرعت تکثیر و توسعه می یابد.
در هر دوره تعداد نوترونها دو برابر می شود در یک لحظه واکنش زنجیری خود بخودی شکست هسته ا ی شروع می گردد. در واکنش های کنترل شده تعدادشکست در واحد زمان و نیز مقدار انرژی به تدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه ثابت نگهداشته می شود.
● انرژی شکافت هسته ای:
کشف انرژی هسته ای در جریان جنگ جهانی دوم صورت گرفت و اکنون برای شبکه برق بسیاری از کشورها هزاران کیلو وات تهیه می کند (نیرو گاه هسته ای).
بحران انرژی بر اثر بالارفتن قیمت نفت در سال ۱۹۷۳ استفاده از انرژی شکافت هسته ای را بیشتر وارد صحنه کرد. در حال حاضر ممالک اروپایی انرژی هسته ای را تنها انرژی می دانند. که می تواند در اکثر موارد جایگزین نفت شود. استفاده از انرژی شکافت هسته ای که بر روی یک ماده قابل احتراق کانی که بصورت محدود پایه گذاری می شود برای سایر کشورها خطرات بسیار دارد در حال حاضر تولید الکتریسته با استفاده از شکافت هسته ای کنترل شده به میزان زیادی توسعه یافته و مورد قبول واقع شده است. تولید انرژی هسته ای در کشورهای توسعه یافته بخش مهمی از طرح انرژی ملی را تشکیل می دهد.
● انرژی بستگی هسته ای:
می توان تصور کرد که جرم هسته M با جمع کردن Z تعداد پروتون ها ضربدر جرم پروتون و N تعداد نوترون ها ضربدر جرم نوترون بدست می آید.
M=ZxMp+NxMn از طرف دیگر M همیشه کمتر از مجموع جرم های تشکیل دهنده های منزوی هسته است. این اختلاف به توسط فرمول انیشتین توضیح داده می شود که رابطه بین جرم و انرژی (هم ارزی جرم و انرژی) را برقرار می سازد.اگر یک دستگاه مادی دارای جرم باشد در این صورت دارای انرژی کلی E است. E=M C۲ که در آن C سرعت نور در خلا و M جرم کل هسته مرکب از نوکلئون ها و E مقدار انرژیی است که در اثر فروپاشی جرم M تولید می شود.
بنابر این اصول انرژی هسته ای بر آزاد سازی انرژی پیوندی هسته استوار است. هر سیستمی که دارای انرژی پیوندی بیشتر باشد پایدار می باشد.در واقع جرم مفقود شده در واکنش های هسته ای طبق فرمول E=M C۲ به انرژی تبدیل می شود. پس انرژی بستگی اختلاف جرم هسته و جرم نوکلئون های تشکیل دهنده آن است. که معرف کاری است که باید انجام شود تا نوکلئون ها از هم جدا شوند.
● مواد شکافتنی :
در طبیعت دونوع مواد پرتوزا است به علت اینکه این مواد نا پایدار و باید به پایداری برسند، انرژی گسیل می کنند تا به حالت پایدار برسد. معمولا عناصری شکافت پذیر هستند که جرم اتمی آنها بالای ۱۵۰ باشد اورانیوم ۲۳۸ اورانیوم ۲۳۵ در معادن یافت می شود.
۹۹.۳ درصد اورانیوم معادن اورانیوم ۲۳۸ می باشد.و تنها ۷% آن اورانیوم ۲۳۵ می باشد. از طرفی اورانیوم ۲۳۵ با نوترون های کند پیشرو واکنش نشان می دهد. اورانیوم ۲۳۸ تنها با نوترونهای تند کار می کند، البته خوب جواب نمی دهد بنابر این در صنعت در نیروگاه های هسته ای اورانیوم ۲۳۵ به عنوان سوخت محسوب می شود. ولی به دلایل اینکه در طبیعت کم یافت می شود بایستی غنی سازی اورانیوم شود یعنی اینکه از ۷% به ۱الی ۳ درصد برسانند.
● شکافت اورانیوم ۲۳۵:
در این واکنش هسته ای وقتی نوترون کند بر روی اورانیوم ۲۳۵ برخورد می کند به اورانیوم ۲۳۶ تحریک شده تبدیل می شود. نهایتا تبدیل به باریم و کریپتون و ۳ تا نوترون تند و ۱۷۷ Mev انرژی آزاد می شود. پس در واکنش اخیر به ازای هر نوکلئون حدود ۱ Mev انرژی آزاد می شود.
های شیمیایی مثل انفجار به ازای هر مولکول حدود ۳۰ Mev انرژی ایجاد می شود. لازم به ذکر است در راکتورهای هسته ای که با نوترون کار می کند طبق واکنش های به عمل آمده ۲الی۳ نوترون سریع تولید می شود. حتما این نوترون های سریع باید کند شوند.