انرژی هسته ای چیست؟

atna.vtndst · 2018-06-09T13:07:33+00:00

رآکتورهای هسته ای تجهیزات تولید برق هستند. ایده آن همانند هر نیروگاه الکتریکی دیگر است، که برق را با تبدیل انرژی گرفته شده از یک منبع انرژی پتانسیل ایجاد می کند. انرژی پتانسیل ممکن است از منابع شیمیایی، مانند سوخت زغالی، نفتی یا گازی یا از آبشار، باد یا نور خورشید، گرفته شود. رآکتورهای هسته ای تجهیزات تولید برق هستند منبع انرژی در رآکتورهای هسته ای در هسته اتم است. اما رآکتورها معادله انیشتین(E=MC2) را به نحو کنترل شدۀ هسته ای، به کار می گیرند. فرایند گرفتن انرژی به شیوه کنترل شده دقیقا کاری است که موجودات زنده انجام می دهند. هنگامی که احتراق در یک کوره صورت می گیرد این عمل به سرعت با آزاد کردن انرژی گرمایی و نوری انجام می شود. انرژی درون پیوندهای شیمیایی مولکول های ATP(آدنوزین تری فسفات) به بیشتر فعالیت سلول ها در همه موجودات زنده این سیاره نیرو می دهد. رآکتورهای هسته ای برق را با شکافت آهسته و دائمی ایزوتوپ های پرتوزای ناپایدار، ایجاد می کنند. بیشتر رآکتورها از اورانیوم استفاده می کنند. گداخت هسته ها نیز انرژی ایجاد می کند و در بسیاری از موارد از شکافت مطلوب تر خواهد بود به ویژه به این دلیل که سوخت برای مثال، دوتریم درون آب ارزان و سودمند است. هدف رآکتور شکافت، ایجاد یک واکنش هسته ای خودکفاست. فرایند باید پیوسته انرژی را از شکافت هسته های ایجاد شده توسط نوترون ها تامین کند. تعداد نوترون های جذب شده به وسیلۀ هسته های در معرض شکافت باید با تعداد نوترون های جذب شده به وسیله هسته های در معرض شکافت برابر باشد. شکافت اورانیوم یک رویداد طبیعی است که به همکاری با هدف های مهندسی انسانی نیاز ندارد. شکافت اورانیوم ۲۳۵ تقریبا ۲٫۵ نوترون در هر رویداد می دهد. رآکتورهای هسته ای برق را با شکافت آهسته و دائمی ایزوتوپ های پرتوزای ناپایدار، ایجاد می کنند رآکتور به ساز و کاری نیاز دارد تا اینکه بعضی از این نوترون ها رویداد شکافت دیگری راه بیندازند، جلوگیری کنند. انجام دادن این کار وظیفه میله های کنترل نصب شده در درون هسته ی کنترل-ناحیه ای که در آن واکنش صورت می گیرد-است. میله های کنترل از ماده ای مانند کادمیم یا بور تشکیل می شود که نوترون ها را جذب می کند اما شکافت صورت نمی گیرد. موضوع دیگر در هسته های رآکتور نحوۀ کند کردن ِ نوترون هاست. نوترون های پرسرعت به وسیله ایزوتوپ اورانیوم(اورانیم ۲۳۵) که به صورت سوخت بکار می رود به آسانی جذب نمی شوند ولی نوترون های ایجاد شده در رویدادهای شکافت می خواهند پرانرژی باشند. کار کند کردن نوترون ها به ماده کند کننده تعلق دارد که در بسیاری از رآکتورها آب است. نوترون ها به مولکول های آب برخورد می کنند ولی جذب نمی شوند بلکه در مقابل تا سرعتی کند می شوند که گرفتن آنها توسط ِ هستۀ اورانیوم ۲۳۵ میسر می شود. دلیل دیگر کند کردن نوترون ها این است که اورانیوم ۲۳۸، ایزوتوپ دیگر اورانیوم، مقدار زیادی از نوترون های پرسرعت را جذب می کند، اما به ندرت شکافت می یابد. انرژی بدست آمده از شکافت از کاهش جرم محصولات (E=MC2) است. ولی این انرژی به شکل برق نیست بلکه به شکل گرما و تابش است. در رآکتور، گرما آب را به بخار تبدیل می کند. فشار بالای بخار توربینی را به کار می اندازد که حرکت نسبی لازم برای تولید الکتریسیتۀ القایی را ایجاد می کند. شکافت مقدار زیادی انرژی را به ازای مقدار کمی سوخت تولید می کند که این از مزایای آن است. منبع انرژی در رآکتورهای هسته ای در هسته اتم است گداخت؛ نیروی هسته ای آینده خورشید و ستاره های دیگر، انرژی خودشان را از واکنش های هسته ای می گیرند. اما در اجرام آسمانی فرایند به جای شکستن اتم ها اتصال آنها را شامل می شود. ستاره ها بر اثر گداخت نیرو می گیرند. گداخت مقدار انرژی به نسبت بیشتر از شکافت آزاد می کند. هنگامی که ایزوتوپ های هیدروژن گداخت می یابند و به هسته کمی سبکتر از هلیم تبدیل می شوند، ۰٫۳ از جرم آنها به انرژی تبدیل می شود و معادله انیشتین(E=MC2) حکمفرماست. هنگامی که ایزوتوپ های هیدروژن به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک شوند، نیروی هسته ای قوی آنها را به یکدیگر پیوند می دهد و یک هستۀ هلیم به وجود می آید. دما در مرکز ستاره به طرز باورنکردنی گرم است و طبق نظریه ها در مرکز خورشید تقریبا ۱۵۰۰۰۰۰۰ سانتی گراد است. برخلاف شکافت، فرایندی که معمولا راکتورهای هسته ای را به کار می اندازد، محصول گداخت ایزوتوپ های هیدروژن، هستۀ پایداری(غیر پرتوزا) از هلیم است. کسی نمی تواند در جستجوی منبع انرژی بیشتری باشد و این مانند یک رویا است، اما چند مانع وجود دارد. گداخت به شرایطی شبیه درون خورشید نیاز دارد ولی زمین آنگونه نیست. دستیابی به انرژی سازنده به جای مخرب از گداخت به فرایند کنترل شده ای نیاز دارد. فیزیکدانان به گداخت دست یافته اند، اما فقط در مقیاس کوچک با یک ورودی انرژی قابل ملاحظه. گداخت کنترل شونده در مقیاس بزرگ به گرما و فشار درون ستاره نیاز دارد تا عملی شود. آیا ممکن است فرایندی وجود داشته باشد که توسط ِ آن گداخت تحت شرایط عادی در روی زمین رخ دهد؟ فرایندی بنام گداخت سرد. خورشید و ستاره های دیگر، انرژی خودشان را از واکنش های هسته ای می گیرند. دو دانشمند بنام های استنلی پونز و مارتین فلایشمن در ۱۹۸۹ هنگامی که اعلام کردند ان را یافتند هیجان زیادی را برانگیختند. نتایج این دو نفر از آن زمان تاکنون بحث انگیز شده اند و بسیاری از دانشمندان باور نمی کنند که این آزمایش ها گداخت را قاطعانه نشان داده باشند. برخی نظریه پردازان قانع نشده اند. در سایه کار رادرفورد، مری و پیرکوری، انیشتین، فرمی و دیگران به درک تجربی و نظری دست یافته ایم. گداخت سرد بعید به نظر می رسد. ولی خیلی چیزهایی که با هسته انجام شده اند بعید می باشند، مانند وسایل پزشکی برای بررسی دقیق درون بدن انسان، رآکتورهای شکافت که بخش قابل ملاحظه ای از برق دنیا را تولید می کنند، همه از بسته های بسیار کوچک پروتون ها و نوترون ها نتیجه می شوند که با نیروی قوی نزدیک هم نگه داشته شده اند. آزمایش نهایی برای هر دستگاه گداخت کنترل شونده، خواه گرم و خواه سرد، تولید اقتصادی انرژی است. شاید کشف های شگفت آور حاصل از هسته هنوز پایان نیافته اند.

atna.vtndst

کاربر انجمن

سطح

9/6/18

نویسنده موضوع
#1

رآکتورهای هسته ای تجهیزات تولید برق هستند. ایده آن همانند هر نیروگاه الکتریکی دیگر است، که برق را با تبدیل انرژی گرفته شده از یک منبع انرژی پتانسیل ایجاد می کند. انرژی پتانسیل ممکن است از منابع شیمیایی، مانند سوخت زغالی، نفتی یا گازی یا از آبشار، باد یا نور خورشید، گرفته شود.

رآکتورهای هسته ای تجهیزات تولید برق هستند

منبع انرژی در رآکتورهای هسته ای در هسته اتم است. اما رآکتورها معادله انیشتین(E=MC2) را به نحو کنترل شدۀ هسته ای، به کار می گیرند. فرایند گرفتن انرژی به شیوه کنترل شده دقیقا کاری است که موجودات زنده انجام می دهند. هنگامی که احتراق در یک کوره صورت...