تکنولوژی هسته ای

مواد رادیواكتیو به موادی گفته می شود كه بدون اینكه به وسیله نور یا بمباران الكترونی تحریك شوند از خود نور ساطع می كنند

هسته‌های ناپایدار رادیواكتیو خود به خود دچار تغییراتی می‌شوند كه در اثر آن تغییرات ، تركیبات هسته‌ای پایدارتر به‌وجود می‌آیند .بعضی از هسته‌های ناپایدار به طور طبیعی وجود دارند و بعضی دیگر ساخته دست انسانند . مواد رادیواكتیو سه نوع پرتو با ذرات پر انرژی از خود ساطع می‌كنند ، پرتوهای آلفا ، بتا و گاما. این سه نوع پرتو از نظر بار ، جرم ، انرژی و قدرت نفوذ در اجسام مختلف با هم فرق دارند. پرتوهای آلفا دارای ذرات باردار مثبت ، پرتو بتا حامل ذرات باردار منفی و پرتو گاما متشكل از ذرات بدون بار هستند. مواد رادیواكتیو به دلیل ناپایداری كه دارند با تابش این پرتوها به هسته‌های پایداری تبدیل می‌شوند. در واكنشهای هسته‌ای ، انرژی فوق‌العاده زیادی ( در مقایسه با واكنشهای شیمیایی ) ردوبدل می‌شود. از جمله واكنشهای هسته‌ای ، شكافت هسته‌ای و هم‌جوشی هسته‌ای را می‌توان نام برد. در شكافت هسته‌ای یك هسته رادیواكتیو ناپایدار به دو هسته پایدار و مقدار بسیار زیادی انرژی تبدیل می‌شود. صنعتی شدن و زیاد شدن مصرف روزافزون انرژی بخصوص در كشورهای صنعتی ، آنها را به این فكر انداخت كه به جای استفاده از انرژی گران شیمیایی ، از انرژی بسیار بیشتر و مقرون به صرفه‌تر هسته‌ای استفاده كنند . متاسفانه اولین استفاده از انرژی هسته‌ای ، ساخت بمب اتم توسط ایالت متحده آمریكا در جنگ جهانی دوم بود . بمب اتمی كه شهر هیروشیما را ویران كرد از اورانیم ۲۳۵ ساخته شده بود .بمب دیگر كه سه روز بعد شهر ناكازاكی را ویران نمود ، از پولونیم ۲۳۹ ساخته شده بود. علاوه بر بمباران شهرها و ویرانی ، یك مسئله فرعی ، ریزشهای رادیواكتیو از آزمایشهای بمب هسته‌ای است. در انفجار بمب هسته‌ای ، مقدار قابل توجهی محصولات شكافت رادیواكتیو پراكنده می‌شوند . این مواد به وسیله وزش باد از یك بخش جهان به نقاط دیگر آن منتقل می‌شوند و به وسیله برف و باران از جو فرو می‌ریزند . بعضی از مواد رادیواكتیو طول‌عمر زیادی دارند ؛ آنها به وسیله مواد غذایی روینده جذب ، و به وسیله‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌’ انسانها و حیوانات خورده می‌شوند . معلوم شده است كه این گونه مواد رادیواكتیو آثار ژنتیكی و همچنین آثار جسمانی زیان‌آوری دارند . جهت دیگری كه استفاده از توان هسته‌ای به مقیاس وسیعی به طرف آن سوق یافته ، تولید انرژی الكتریكی از انرژی رها شده در عمل شكافت است . تقریبا در تمام سیستمهای تولید توان هسته‌ای موجود ، راكتور منبع گرما برای به كار انداختن توربینهای بخار است ؛ این توربینها مولدهای الكتریكی را درست به همان گونه به حركت در می‌آورند كه توانگاههای نفت سوز یا زغال سوخت عمل می‌كنند . در یك توانگاه هسته‌ای معمولی ماده’ شكافت‌پذیر به جای زغال سنگ یا نفت به كار می‌رود و بنابراین یك منبع جدید انرژی به صورت الكتریسیته فراهم می‌گردد. بمبهای هسته‌ای نمونه‌ای از انجام واكنشهای شكافت هسته‌ای هستند كه در آن یك نوترون سرگردان به یك عنصر رادیواكتیو تابانده شده و آن عنصر با تاباندن نوترونهای دیگر به عنصر رادیواكتیو دیگر و پاره‌های شكافت و انرژی بسیار زیاد تبدیل می‌شود. هنگامی كه می‌خواهند از این انرژی آزاد شده در نیروگاهها استفاده كنند، این انرژی آزاد شده را كنترل می‌كنند و مواد متعادل كننده‌ای به عنصر رادیواكتیو می‌افزایند كه نوترونها یكی یكی آزاد شده و انرژی كم‌كم آزاد شود. اما در بمبهای هسته‌ای تمام نوترونها با هم آزاد می‌شوند و انرژی بسیار زیادی ناگهان آزاد می‌شود. و اما بمبهای ئیدروژنی، نمونه‌ای از انجام واكنشهای همجوشی هستند. در این فرآیند، از طریق بمباران مواد سبك مناسبی كه به عنوان هدف قرار می‌گیرند، با مثلاْْ دوترونهایی پرانرژی كه از یك شتابدهنده‌ی ذره‌ای پرتاب می‌شوند، هسته‌هایی تولید می‌شوند كه هم از هسته‌های پرتابه‌ها و هم از هسته‌هایی كه هدف قرار گرفته‌اند، سنگین‌ترند. البته در این واكنشها تعدادی ذرات اضافی و مقدار زیادی انرژی نیز آزاد می‌گردد. همجوشی دو ایزوتوپ هیدروژن، دوتریم و تریتیم، امكان فراهم آمدن منابع بزرگی از انرژی را برای مثلاْْ توانگاههای الكتریكی به دست می‌دهد كه البته هنوز دانشمندان موفق به استفاده از آن در این توانگاهها نشده‌اند. همجوشی چهار پروتون و تبدیل آنها به هسته‌ی هلیم منبع اصلی انرژی خورشید است. آزاد شدن انرژی زیاد با فرآیند همجوشی بر روی زمین، تاكنون فقط به وسیله‌ی انفجارهای گرما هسته‌ای، از قبیل بمبهای هیدروژنی ممكن بوده است و هنوز دانشمندان نتوانسته‌اند این انرژی را به صورت مهار شده درآورده و استفاده نمایند. یك بمب هیدروژنی، مركب از مخلوطی از عناصر سبك با یك بمب شكافتی است. ذرات پرانرژی كه به وسیله‌ی واكنش شكافت ایجاد می‌شود، به عنوان آغازگر واكنش همجوشی به كار می‌آید. انفجار یك بمب شكافتی، دمایی در حدود ۷^۱۰ * ۵ درجه كلوین تولید می‌كند كه برای ایجاد واكنش همجوشی كافی است. به دنبال آن واكنشهای همجوشی مقادیر عظیمی انرژی آزاد می‌كنند. انرژی آزاد شده‌ی كل بسیار بیشتر از آن خواهد بود كه از بمب شكافتی، به تنهایی، آزاد می‌شود. علاوه بر این، برای اندازه‌ی بمبهای شكافتی نوعی حد بالا وجود دارد كه در ماورای آن قدرت تخریبی این بمبها خیلی بیشتر نمی‌شود ( زیرا ماده‌ی شكافت پذیر اضافی آنها پیش از آنكه بتواند دچار شكافت شود، پراكنده می‌گردد)، اما برای اندازه‌ی سلاحهای هیدروژنی چنین حدی وجود ندارد و بنابراین قدرت تخریب آن محدودیت ندارد.