فیزیک

انرژی اتمی، انرژی حاصل شده از ایجاد واکنش های هسته ای، و در واقع به هم خوردن آرایش هسته ای مواد است. وقتی یک واکنش هسته ای روی می دهد، مقدار بسیار زیادی انرژی به وجود می آید. این مقدار انرژی به صورت گرما آزاد می شود. بنابراین می توان از آن مانند انرژی گرمایی آزاد شده به هنگام سوختن سوخت های فسیلی استفاده نمود.

انرژی هسته ای به از طریق دو واکنش مختلف فیسیون (شکافت هسته ای) و فوزیون (همجوشی هسته ای) آزاد می شود.

در یک واکنش فیسیون، هسته ی یک اتم سنگین، مانند اورانیوم-235، شکافته شده و انرژی آزاد می کند. معادله ی هسته ای یک واکنش فیسیون به این صورت است:

(n + ²³⁵U = ⁹⁰Rb + ¹⁴⁰Cs + 2n + 200 MeV (33.000 kJ

یعنی با شکافت هر هسته ی اورانیوم-235، یک اتم روبیدیوم 90، سزیم 140، 2 نوترون آزاد، و 33.000 کیلوژول انرژی آزاد می شود. این دو نوترون آزاد موجب شکافت اتم های دیگر شده و یک واکنش زنجیره ای را پایه گذاری می کنند. در بمب های اتمی، این واکنش زنجیره ای در یک میلیونم ثانیه رخ می دهد و یک انفجار عظیم را ایجاد میکند. در رآکتور ها این واکنش بسیار آرام و کنترل شده انجام می شود و حرارت ایجاد شده به مصرف می رسد.

در یک واکنش فوزیون، هسته های اتم های سبک، مانند هیدروژن، جوش می خورند تا هسته های اتم های سنگین تر (هلیوم برای هیدروژن) را ایجاد کنند. معادله به این صورت است:

²H + ²H = ³He + 3.2 MeV (530 kJ) + n

یعنی با جوش خوردن دو هسته ی دئوتریم (ایزوتوپ دوم هیدروژن) یک هسته ی هلیوم-3 به همراه 530 کیلوژول انرژی گرمایی و یک نوترون پر انرژی به وجود می آید. مشکل بزرگ واکنش فوزیون این هسته که انرژی تولید شده در واقع 17.2 MeV است، اما نوترون به وجود آمده 14 MeV این انرژی را گرفته و فرار می کند. همچنین، فوزیون فقط در حرارت های بسیار بالا انجام می شود. حرارت های بیشتر از 15.000.000 درجه ی سانتی گراد. اگر قرار باشد رآکتور هسته ای برپایه ی فوزیون انجام شود، هزینه ی زیاد باید صرف راه اندازی آن شود. رآکتور های فوزیونی آزمایشی تا کنون نتوانسته اند مصرف خود را جبران کنند. به همین خاصر است که از واکنش های فوزیونی بیشتر برای شروع و افزایش سرعت فیسیون (به خاطر تولید نوترون) در بمب های اتمی استفاده می شود.

منبع: وبلاگnuclear-physx