melika
عضو جدید
شكافت هسته اي:
هسته اتم های آزاد شده در فرآیندشکافت مربوط به عناصر شیمیایی مختلفی هستند. چون هسته های تولید شده معمولاًایزوتوپ های ناپایدار می‌باشند، محصولات شکافت تا حد بالایی رادیواکتیو هستند این ایزوتوپها هم واپاشی کرده و پرتوهای گاما و بتا تابش می‌کنند. این محصولات شکافت بشدت رادیواکتیو (یا ضایعات واپاشی آنها که همانند محصولات اولیه شکافت بسیارناپایدارند و زمان واپاشی بسیار کوتاهی دارند) زباله های هسته ای به حساب مي آيند.
شکافت القا شده با وجود اینکه اغلب اوقات، ساده ترین شکل آغاز شکافت جذب یک نوترون آزاد توسط هسته است، واکنش شکافت را به وسیله برخورد يك هسته قابل شکافت با دیگر ذرات نیز می‌توان القا کرد.اين ذرات می‌توانند پروتون،هسته های دیگر و یا حتی فوتون های با انرژی خیلی بالا مثل پرتوهاي گاما باشند به ندرت ممکن پیش بیاید که یک هسته قابل شکافت بدون دریافت نوترون شکافت هسته ای خودبه خودی انجام دهد .شکافت القایی در عناصر سنگین آسانتر است و به طور کلی هر چه هسته سنگین ترباشد احتمال بیشتري وجود دارد تا شکافته شود . شکافت در عناصر سنگین تر از آهن انرژی تولید می‌کند ودر عناصر سبک تر از آهن نیاز به انرژی دارد خلاف آن در مورد هم جوشی هسته ای صادق است، همجوشی در عناصر سبک تراز آهن انرژي تولید می‌کند و هم جوشی در عناصر سنگین تر از آهن نیاز به انرژی دارد. بیشترين عناصري كه در شکافت هسته ای استفاده می‌شوند اورانيوم و پلوتونيوم هستند. اورانیوم سنگین ترین عنصری است که در طبیعت یافت می‌شودپلوتونیوم دچار شکافت هسته ای خودبه خودی می‌شود و نیمه عمر نسبتاً کوتاهی دارداگر چه عناصر دیگری هم هستند که می‌توان از آنها استفاده کرد.اما این عناصر بهترين ترکیب از لحاظ راحتی شکافت و یکنواختی را دارند
کند کننده ها
نوترونهای گرمایی که در واقع نوترونهای کند می‌باشند احتمال بیشتری برای شکافتن اورانيوم 235دارند،اما نوترونهای آزاد شده در فرآیند شکافت سرعت بالایی دارند و از این نوع نوترونها نمی باشند. احتمال هر دوواکنشهای شکافت و غیر شکافت بستگی به سرعت نوترونها دارد. متأسفانه، سرعتی که در آن احتمال انجامواکنش های غیر شکافت بیشترین مقدار است بین سرعت متوسط نوترونهای آزاد شده ازفرآیند شکافت وسرعتی لازم برای انجام شکافت می‌باشد
چند سال قبل از شکافت برای کند کردن نوترونها آنها را از مواد با وزن اتمی کم مثل مواد هیدروژنی عبورمی‌دادند.فرآیند کند کردن نوترونها یک برخورد الاستیک ساده بین ذرات بسیار پر سرعت ذراتی است که عملاًدر حالت سکونند می‌باشد. هر چه جرم ذره برخورد کننده با نوترون کمتر باشد، نوترونها انرژی جنبشی بیشتری از دست می‌دهند. بنابراین عناصر سبک کند کننده های بهتری هستند. می‌توان گفت که خصوصیت مهم یک کند کننده خوب این است که وزن اتمی کمی داشته باشد در ضمن تمایل کمی برای جذب نوترون داشته باشد یا بهتر ازآن اصلاً تمایلی برای جذب نوترون نداشته باشد. لیتیوم و برن خصوصیت دوم را ندارند استفاده از هلیوم نیز دشوار است چون اولاً گاز است و ثانیاً ترکیبات پایداری هم ندارد. پس بهترین گزینه برای کند کننده بین هیدورژن، دوتریوم، بریلیوم و كربن مي باشد.
کاهش جذب نوترون بدون شکافت با جداسازی ایزوتوپها
مسئله دیگری که شکافت هسته ای را پیچیده تر می‌کند این است که اورانیوم طبیعی از3 ايزوتوپ 234به میزان 600/0 درصد،235به میزان 0.7 درصد و238به میزان 3/99 درصد تشکیل شده است. قبلاً توضیح احتمال وقوع شکافت برای ایزوتوپ های مختلف و هم چنین نوترونهای باانرژی های متفاوت به یک میزان نيست.
نوترونهای با انرژی های متوسط ( در حدود چند الکترون ولت ) با احتمال زیادی جذب238 می‌شوند و239تشکیل می‌شود اما این فرآیند منجر به شکافت نمی شود. احتمال قابل توجهی نیز برای برخورد غیرالاستیک نوترونهای پر انرژی با238وجود دارد اما در یک برخورد غیر الاستیک هیچ نوترونی جذب نمی شود. بنابراین وجود238هم باعث کاهش سرعت نوترونهای پر انرژی می‌شود و هم جذب نوترونهای باسرعت متوسط را تحت تأثیر قرار می‌دهد. اگر چه در مورد235هم احتمال جذب نوترون بدون انجام شکافت هسته وجود دارد ولي مشاهده شده که اگر238را از235جداکنیم تعداد واکنش های جذب نوترون بدون شکافت کاهش یافته و در نتیجه واکنش زنجیره ای آغازمی‌شود. در واقع ممکن است که احتمال شکافت235بانوترونهای پر انرژی، درغیاب238، آنقدر زیاد باشد که دیگری نیازی به یک کند کننده نباشد.متأسفانه در هر140واحد اورانیوم طبیعی فقط 1 واحد235وجود دارد. از آنجایی که یکی از روشهای جداسازی ایزوتوپها استفاده از تفاوت جرم آنها است. جرم بسیار کم بین238 و 235جداسازی این دوایزوتوپ را بسیار مشکل کرده است.
هسته اتم های آزاد شده در فرآیندشکافت مربوط به عناصر شیمیایی مختلفی هستند. چون هسته های تولید شده معمولاًایزوتوپ های ناپایدار می‌باشند، محصولات شکافت تا حد بالایی رادیواکتیو هستند این ایزوتوپها هم واپاشی کرده و پرتوهای گاما و بتا تابش می‌کنند. این محصولات شکافت بشدت رادیواکتیو (یا ضایعات واپاشی آنها که همانند محصولات اولیه شکافت بسیارناپایدارند و زمان واپاشی بسیار کوتاهی دارند) زباله های هسته ای به حساب مي آيند.
شکافت القا شده با وجود اینکه اغلب اوقات، ساده ترین شکل آغاز شکافت جذب یک نوترون آزاد توسط هسته است، واکنش شکافت را به وسیله برخورد يك هسته قابل شکافت با دیگر ذرات نیز می‌توان القا کرد.اين ذرات می‌توانند پروتون،هسته های دیگر و یا حتی فوتون های با انرژی خیلی بالا مثل پرتوهاي گاما باشند به ندرت ممکن پیش بیاید که یک هسته قابل شکافت بدون دریافت نوترون شکافت هسته ای خودبه خودی انجام دهد .شکافت القایی در عناصر سنگین آسانتر است و به طور کلی هر چه هسته سنگین ترباشد احتمال بیشتري وجود دارد تا شکافته شود . شکافت در عناصر سنگین تر از آهن انرژی تولید می‌کند ودر عناصر سبک تر از آهن نیاز به انرژی دارد خلاف آن در مورد هم جوشی هسته ای صادق است، همجوشی در عناصر سبک تراز آهن انرژي تولید می‌کند و هم جوشی در عناصر سنگین تر از آهن نیاز به انرژی دارد. بیشترين عناصري كه در شکافت هسته ای استفاده می‌شوند اورانيوم و پلوتونيوم هستند. اورانیوم سنگین ترین عنصری است که در طبیعت یافت می‌شودپلوتونیوم دچار شکافت هسته ای خودبه خودی می‌شود و نیمه عمر نسبتاً کوتاهی دارداگر چه عناصر دیگری هم هستند که می‌توان از آنها استفاده کرد.اما این عناصر بهترين ترکیب از لحاظ راحتی شکافت و یکنواختی را دارند
کند کننده ها
نوترونهای گرمایی که در واقع نوترونهای کند می‌باشند احتمال بیشتری برای شکافتن اورانيوم 235دارند،اما نوترونهای آزاد شده در فرآیند شکافت سرعت بالایی دارند و از این نوع نوترونها نمی باشند. احتمال هر دوواکنشهای شکافت و غیر شکافت بستگی به سرعت نوترونها دارد. متأسفانه، سرعتی که در آن احتمال انجامواکنش های غیر شکافت بیشترین مقدار است بین سرعت متوسط نوترونهای آزاد شده ازفرآیند شکافت وسرعتی لازم برای انجام شکافت می‌باشد
چند سال قبل از شکافت برای کند کردن نوترونها آنها را از مواد با وزن اتمی کم مثل مواد هیدروژنی عبورمی‌دادند.فرآیند کند کردن نوترونها یک برخورد الاستیک ساده بین ذرات بسیار پر سرعت ذراتی است که عملاًدر حالت سکونند می‌باشد. هر چه جرم ذره برخورد کننده با نوترون کمتر باشد، نوترونها انرژی جنبشی بیشتری از دست می‌دهند. بنابراین عناصر سبک کند کننده های بهتری هستند. می‌توان گفت که خصوصیت مهم یک کند کننده خوب این است که وزن اتمی کمی داشته باشد در ضمن تمایل کمی برای جذب نوترون داشته باشد یا بهتر ازآن اصلاً تمایلی برای جذب نوترون نداشته باشد. لیتیوم و برن خصوصیت دوم را ندارند استفاده از هلیوم نیز دشوار است چون اولاً گاز است و ثانیاً ترکیبات پایداری هم ندارد. پس بهترین گزینه برای کند کننده بین هیدورژن، دوتریوم، بریلیوم و كربن مي باشد.
کاهش جذب نوترون بدون شکافت با جداسازی ایزوتوپها
مسئله دیگری که شکافت هسته ای را پیچیده تر می‌کند این است که اورانیوم طبیعی از3 ايزوتوپ 234به میزان 600/0 درصد،235به میزان 0.7 درصد و238به میزان 3/99 درصد تشکیل شده است. قبلاً توضیح احتمال وقوع شکافت برای ایزوتوپ های مختلف و هم چنین نوترونهای باانرژی های متفاوت به یک میزان نيست.
نوترونهای با انرژی های متوسط ( در حدود چند الکترون ولت ) با احتمال زیادی جذب238 می‌شوند و239تشکیل می‌شود اما این فرآیند منجر به شکافت نمی شود. احتمال قابل توجهی نیز برای برخورد غیرالاستیک نوترونهای پر انرژی با238وجود دارد اما در یک برخورد غیر الاستیک هیچ نوترونی جذب نمی شود. بنابراین وجود238هم باعث کاهش سرعت نوترونهای پر انرژی می‌شود و هم جذب نوترونهای باسرعت متوسط را تحت تأثیر قرار می‌دهد. اگر چه در مورد235هم احتمال جذب نوترون بدون انجام شکافت هسته وجود دارد ولي مشاهده شده که اگر238را از235جداکنیم تعداد واکنش های جذب نوترون بدون شکافت کاهش یافته و در نتیجه واکنش زنجیره ای آغازمی‌شود. در واقع ممکن است که احتمال شکافت235بانوترونهای پر انرژی، درغیاب238، آنقدر زیاد باشد که دیگری نیازی به یک کند کننده نباشد.متأسفانه در هر140واحد اورانیوم طبیعی فقط 1 واحد235وجود دارد. از آنجایی که یکی از روشهای جداسازی ایزوتوپها استفاده از تفاوت جرم آنها است. جرم بسیار کم بین238 و 235جداسازی این دوایزوتوپ را بسیار مشکل کرده است.
آخرین ویرایش توسط مدیر:
