علامت سوال/ انرژی هسته ای چیست؟

بيگ بنگ/ رآکتورهاي هسته اي تجهيزات توليد برق هستند. ايده آن همانند هر نيروگاه الکتريکي ديگر است، که برق را با تبديل انرژي گرفته شده از يک منبع انرژي پتانسيل ايجاد مي کند. انرژي پتانسيل ممکن است از منابع شيميايي، مانند سوخت زغالي، نفتي يا گازي يا از آبشار، باد يا نور خورشيد، گرفته شود. منبع انرژي در رآکتورهاي هسته اي در هسته اتم است. اما رآکتورها معادله اينشتين(E=MC2) را به نحو کنترل شدۀ هسته اي، به کار مي گيرند. فرايند گرفتن انرژي به شيوه کنترل شده دقيقا کاري است که موجودات زنده انجام مي دهند. هنگامي که احتراق در يک کوره صورت مي گيرد اين عمل به سرعت با آزاد کردن انرژي گرمايي و نوري انجام مي شود. انرژي درون پيوندهاي شيميايي مولکول هاي ATP(آدنوزين تري فسفات) به بيشتر فعاليت سلول ها در همه موجودات زنده اين سياره نيرو مي دهد. رآکتورهاي هسته اي برق را با شکافت آهسته و دائمي ايزوتوپ هاي پرتوزاي ناپايدار، ايجاد مي کنند. بيشتر رآکتورها از اورانيوم استفاده مي کنند. گداخت هسته ها نيز انرژي ايجاد مي کند و در بسياري از موارد از شکافت مطلوب تر برخوردار خواهد بود، به ويژه اينکه سوخت ِ دوتريم درون آب ارزان و سودمند ميباشد. هدف رآکتور شکافت، ايجاد يک واکنش هسته اي خودکفاست. اين فرايند بايد پيوسته انرژي را از شکافت هسته هاي ايجاد شده توسط نوترون ها تامين کند. تعداد نوترون هاي جذب شده به توسط ِ هسته هاي در معرض شکافت بايد با تعداد نوترون هاي جذب شده به وسيله هسته هاي در معرض شکافت برابر باشد. شکافت اورانيوم يک رويداد طبيعي است که به همکاري با هدف هاي مهندسي انساني نياز ندارد. شکافت اورانيوم ۲۳۵ تقريبا ۲٫۵ نوترون در هر رويداد مي دهد. رآکتور به ساز و کاري نياز دارد تا اينکه بعضي از اين نوترون ها رويداد شکافت ديگري را راه بيندازند. انجام دادن اين کار وظيفه ميله هاي کنترل نصب شده در درون هسته کنترل-ناحيه اي که در آن واکنش صورت مي گيرد-است. ميله هاي کنترل از ماده اي مانند کادميم يا بور تشکيل مي شود که نوترون ها را جذب مي کند اما شکافت صورت نمي گيرد. موضوع ديگر در هسته هاي رآکتور نحوۀ کند کردن ِ نوترون هاست. نوترون هاي پرسرعت به وسيله ايزوتوپ اورانيوم(اورانيم ۲۳۵) که به صورت سوخت بکار مي رود به آساني جذب نمي شوند، اما نوترون هاي ايجاد شده در رويدادهاي شکافت مي خواهند پرانرژي باشند. کار ِ کند کردن نوترون ها به ماده کند کننده تعلق دارد که در بسياري از رآکتورها، آب است. نوترون ها به مولکول هاي آب برخورد مي کنند ولي جذب نمي شوند بلکه در عوض تا سرعتي کُند مي شوند که گرفتن آنها توسط ِ هستۀ اورانيوم ۲۳۵ ميسر مي شود. دليل ديگر کُند کردن نوترون ها اين است که اورانيوم ۲۳۸، ايزوتوپ ديگر اورانيوم، مقدار زيادي از نوترون هاي پرسرعت را جذب مي کند، اما به ندرت شکافت مي يابد. انرژي بدست آمده از شکافت از کاهش جرم محصولات(E=MC2) است. اما اين انرژي به شکل برق نيست بلکه به شکل گرما و تابش است. در رآکتور، گرما آب را به بخار تبديل مي کند. فشار بالاي بخار توربيني را به کار مي اندازد که حرکت نسبي ِ لازم براي توليد الکتريسيتۀ القايي را ايجاد مي کند. شکافت مقدار زيادي انرژي را به ازاي مقدار کمي سوخت توليد مي کند که اين از مزاياي آن است. گداخت؛ نيروي هسته اي آينده خورشيد و ستاره هاي ديگر، انرژي خودشان را از واکنش هاي هسته اي بدست مي آورند، در اجرام آسماني اين فرايند به جاي شکستن اتم ها اتصال آنها را شامل مي شود. ستاره ها بر اثر گداخت نيرو مي گيرند. در واقع گداخت مقدار ِ انرژي به نسبت بيشتري از شکافت آزاد مي کند. هنگامي که ايزوتوپ هاي هيدروژن گداخت مي يابند و به هستۀ کمي سبکتر از هليم تبديل مي شوند، ۰٫۳ از جرم آنها به انرژي تبديل مي شود و معادله اينشتين(E=MC2) حکمفرما مي شود. هنگامي که ايزوتوپ هاي هيدروژن به اندازۀ کافي به يکديگر نزديک شوند، نيروي هسته اي قوي آنها را به يکديگر پيوند مي دهد و يک هستۀ هليم به وجود مي آيد. دما در مرکز ستاره به طرز باورنکردني گرم است و طبق نظريه ها در مرکز خورشيد تقريبا ۱۵۰۰۰۰۰۰ سانتي گراد است. اما فرايندي که معمولا رآکتورهاي هسته اي را به کار مي اندازد، محصول گداخت ايزوتوپ هاي هيدروژن، هستۀ پايداري(غير پرتوزا) از هليم، است. کسي نمي تواند در جستجوي منبع انرژي بيشتري باشد و اين مانند يک رويا است، اما چند مانع وجود دارد. گداخت به شرايطي شبيه ِ درون خورشيد نياز دارد، براي دستيابي به انرژي سازنده به جاي مخرب از گداخت به فرايند کنترل شده اي در زمين نياز است. فيزيکدانان به گداخت دست يافته اند، اما فقط در مقياس کوچک با يک ورودي انرژي قابل ملاحظه. گداخت کنترل شونده در مقياس بزرگ به گرما و فشار درون ستاره نياز دارد تا عملي شود. آيا ممکن است فرايندي وجود داشته باشد که توسط ِ آن گداخت تحت شرايط عادي در روي زمين رخ دهد؟ فرايندي بنام گداخت سرد. دو دانشمند بنام هاي استنلي پونز و مارتين فلايشمن در ۱۹۸۹ هنگامي که اعلام کردند آن را يافتند هيجان زيادي را برانگيختند. نتايج اين دو نفر از آن زمان تاکنون بسيار بحث برانگيز شده و بسياري از دانشمندان باور نمي کنند که اين آزمايش ها گداخت را قاطعانه نشان داده باشند. برخي نظريه پردازان قانع نشده اند. در سايه کار رادرفورد، مري و پيرکوري، اينشتين، فرمي و ديگران به درک تجربي و نظري دست يافته ايم. گداخت سرد بعيد به نظر مي رسد. اما خيلي چيزهايي که با انرژي هسته اي انجام شده، در ابتدا بعيد به نظر مي رسيد، مانند وسايل پزشکي براي بررسي دقيق درون بدن انسان، رآکتورهاي شکافت که بخش قابل ملاحظه اي از برق دنيا را توليد مي کنند، همه از بسته هاي بسيار کوچک پروتون ها و نوترون ها حاصل مي شوند که با نيروي هسته اي قوي، نزديک هم نگه داشته شده اند. آزمايش نهايي براي هر دستگاه گداخت کنترل شونده، خواه گرم و خواه سرد، توليد اقتصادي انرژي است. شايد کشف هاي شگفت آور حاصل از هسته هنوز پايان نيافته اند. با کانال تلگرامي «آخرين خبر» همراه شويد