اساس هسته ای

سلام. من امروز با یه موضوع کاملاً متفاوت اومدم.  می گن یه بابایی دبیر جغرافی بود. از توی کشورای جهانم فقط پاکستان رو خوب می شناخت. هر وقت تو کلاس ازش سوالی می کردن، مثلاً می گفتن آقا در باره ی فلان چیز افغانستان بگو. اونم می گفت افغانستان کشوری با جنگ های داخلی که با پاکستان هم مرز است و اما پاکستان. یه روز یکی از شاگرداش بهش گفت آقا راجع به آمریکا بگو. یکم فکر کرد گفت: آمریکا کشوری بزرگ که با پاکستان هیچ اشتراکی ندارد و اما پاکستان. منم دیگه شدم مثل همون معلمه. هر بحثی رو می کشونم به سفرهای زمانیو سیاه چاله ها. ولی قول می دم بمب انم دیگه هیچ اشتراکی با پاکستان نداشته باشه

انواع بمب های هسته ای

ما در اصل سه نوع بمب هسته ای داریم. بمب هایی که با شکافته شدن هسته ی اورانیوم بوجود میان. بمبایی که با هسته ی پلوتونیم کار می کنن و بمب های هیدروژنی. البته هرکدوم کلی زیرگروه دارن مثل بمب های پسر کوچولو و آقا چاقه برای اورانیم یا بمب های معروف نوترونی از زیر مجموعه های بمب های هیدروژنی. فرایندی که در همه اتفاق میفته تقریباً یکسانه و فقط یکسری تفاوت های جزئی دارن. من تو این مقاله درباره ی ادلایل اهمیت این انرژی و یک سری اصطلاحاتی که این روزا از تلویزیون خیلی میشنوید صحبت می کنم. در مقاله ی بعدی درباره ی انواع بمب های هسته ای و انشاالله در مقاله ای هم درباره ی آثار مخرب پرتوها  صحبت می کنم.

علت تخریب بالای بمب های هسته ای

تقریباً هشتاد نود سال پیش انیشتین تئوریه نسبیت خاص خودش رو بیان کرد. آلبرت همراه با این تئوری یه فرمول هم داد که بعید می دونم کسی از شما اونو بلد نباشه. این فرمول معروف رابطه ایه بین ماده و انرژی. نیوتن قبلاً می گفت که ماده به ماده و انرژی به انرژی تبدیل می شه. انیشتین یه بند چسبوند بهش و گفت ماده هم به انرژی تبدیل میشه. طبق فرمول انیشتین انرژی ای که از تبدیل یک گرم ماده بوجود میاد برابر توان دوم سرعت نور است. اگه میخواین احترامی به روح انیشتین بزارید، لطف کنید و این فرمول رو دست کم نگیرید. بزارید در باره ی بمبی بگم که بروی هیروشیما افتاد. این بمب از اورانیوم بود و نوعشم نوع پسر کوچولو و از روش شکافت هسته ای هم بود. بازده ی این بمب فقط یک و نیم درصد بود و درواقع عامل این همه کشته و خرابی، تبدیل سه گرم، فقط سه گرم، ماده به انرژی بوده. البته انفجار ناکازاکی که به نراتب شدیدتر بود به روش مرد گنده یا همون آقا چاقه ی خودمون نجام شد و 15 درصد بازده داشت

اساس فرایندهای هسته ای

حتماً همگی نام پروژه ی " منهتن" رو شنیدید. این یک پروژه ی فوق سری آمریکا بود که هدفش ساخت بمبی با کارایی خفن بود. روش شکافت نخستین بار بوسیله ی دانشمندان همین پروژه در بمب هسته ای به کار گرفته شد. اما شکافت یعنی چه؟ اورانیم 235 رو در نظر بگیرید. همه چیز در این اورانیم در حالت مرزی قرار دارد و درواقع اورانیوم در آستانه ی بحران قرار دارد. حالا اگه ما یه نوترون به هسته ی این اورانیوم اضافه کنیم چی میشه؟ اورانیوم 235 از همون اولشم حال خوبی نداشت چه برسه که بار هسته سنگین بشه و در اصطلاح اورانیم در حالت فرا بحرانی قرار میگیره و متلاشی میشه. در اثر این انحدام، اتم اورانیم 235 تبدیل میشه به دو اتم باریم و کریپتون. اگر حساب کنید دو تا نوترون زیاد میاد که اونا میرن تا تو بقیه ی هسته ها انقلاب کنند. یعنی اون دو تا میرن همین بلا رو سر دو تا اتم دیگه میارن. از بقایای اون دو تا اتم، چهار تا نوترون باقی مونده که میرن سراغ چهارتا اتم دیگه و میشن هشتا و تو یه چشم بهم زدن تعدادشون به چند صد هزارتا میرسه و خیلی کمتر از اونیکه فکرشو بکنید کار ار کار گذشته. کل فرایند جذب نوترون و انجدام در حد پیکو ثانیه برگزار میشه. اصل موضوع رو جا انداختم. وقتی اورانیم به باریم و کریپتون تبدیل شد، جرم باریم و کریپتون روی هم کمتر از جرم اورانیم هست. این مفدار که این وسط گلابی شده، تبدیل به انرژِی میشه. برای درک بهتر این مقدار انرژِی اینم بگم که انرژی ای که در اثر شکافت هسته ایه یک کیلوگرم اورانیوم 235 بدست میاد برابر انرژی حاصل از سوختن ده هزار تن زغال سنگ یا دو ممیز بیست و پنج ضرب در ده به توان شش لیتر نفت است. در ضمن درفرایند شکافت همیشه باریم و کریپتون بدست نمیاد. از شکافت یو 235 حدود 90 محصول متفاوت تولید میشه. بازم درضمن علاوه بر انرژی زیاد حاصل از این تخریب که تبدیل به گرما میشه، مقدار زیادی پرتوی گاما نیز منتشر میشود. انتشار پرتوی گاما برخلاف پرتوهای آلفا و بتا، باعث تغییری در ماده نمیشود. یعنی همه ی اون مقداری که از اورانیم کم شده، تبدیل به انرژی میشه و اینطوری نیست که بگیم یه کمش تبدیل به پرتوی گاما میشه

غنی سازی یعنی چی؟

اورانیم 235 این خاصیت رو داره که اگه یه نوترون بهش شلیک کنی، به احتمال زیاد نوترون رو میگیره و تبدیل میشه به اورانیم 236 که اورانیمی بسیار ناپایداره. ولی اگه به اورانیم 238 همین نوترون رو بدی تبدیل میشه به 239 که بازم پایداره. مشکل اینجاست که اصل اورانیم 236 که خب عقلاناً در طبیعت وجود نداره. اورانیم 235 هم نکه نباشه. هست. ولی مقدارش برابر هفت دهم درصد از کل اورانیم های روی زمینه. بعضیا فکر میکنن غنی سازی به عملیاتی که طی آن اورانیوم 238 تبدیل به اورانیم 235 میشه میگن. نه غنی سازی یه چیز دیگست. ببینید در طبیعت اورانیم 238 و 235 با هم هستند. جداسازی این دو از هم به روش شیمیایی امکان نداره چون ایزوتپ همدیگه هستند و خواص شیمیایی دقیقاً مشابهی دارن.برای جداسازی این دو ایزوتوپ روش های خاصی وجود داره که در آنها از تفاوت جرم دو ایزوتوپ استفاده می کنن. این روش بسیار سخت و بسیار گرون قیمته. به طوریکه اکثر کشورها تکنولوژیشو ندارن و اکثر کشورایی که تکنواوژیشو دارن، نمی تونن هزینه ی ساخت دستگاهاشو تامین کنن. بر همینه که این کاری که تو ایران انجام میشه بهش می گن شاخ غول شکستن. به هر حال غنی سازی یعنی بالا بردن درجه ی خلوص اورانیم 235 در مخلوط ایزوتوپ های اورانیومی

نیم عمر مواد پرتوزا

اصطلاح دیگه ای که میخوام براتون توضیح بدم، نیم عمر مواد پرتوزاست. یه تعریف خیلی خیلی ساده داره که من عینشو از کتاب فیزیک پیش دانشگاهی براتون مینویسم

بنا به تعریف: نیم عمر یک ماده ی پرتوزا مدت زمانیست که طی آن نیمی از هسته های پرتوزای موجود در آن واپاشیده شوند

یعنی فرض کنید ما یک کیلو گرم پولوتونیم داریم. می دونید که پولوتونیم پرتوزا هست و هر سه نوع پرتو رو منتشر میکنه. گاما که هیچی ولی برای انتشار آلفا و بتا باید یه کم از جرم خودش مایه بزاره. حالا هرچی ماده پرتوزا تر باشه، آلفا و بتای بیشتری تولید میکنه و زودتر جرمش کم میشه. حالا زمانی که طول میکشه تا این جرم به نصف جرم اولیه برسآ یعنی بشه نیم کیلو گرم، رو بهش میگن نیم عمر ماده. بهتره بدونید نیم عمر اورانیم 238 برابر چهار و نیم ضرب در ده به توان نه ساله و این نیم عمر از عمر زمین هم بیشتره ولی اکثر ایزوتوپ های اورانیم نیم عمرشون در حد دقیقه هست

آلفا، بتا و گاما

سه نوع پرتو از مواد پرتوزا ساطر میشه.آلفا، بتا و گاما که به ترتیب دارای بار مثبت دو الکترون، منفی یک الکترون و صفر میباشند.ريالدرت این سه پرتو هم به ترتیب زیاد میشه تا جایی که آلفا از چند برگ کاغذ، بتا از یک ورقه ی طلا و گاما از یک حفاظ سربی نمی تونه عبور کنه

همجوشی هسته ای

آخرین اصطلاحی که میخوام بگم همجوشی هسته ای و فرقش با شکافت هسته ایه. در مورد شکافت هسته ای گفتم که شکافت یعنی تبدیل یک هسته ی سنگین به دو هسته ی سبکتر که طی این فرایند مقداری انرژی آزاد میشه. همجوشی درست عکس این مطلبه یعنی ترکیب دو هسته ی سبک به یک هسته ی سنگینتر در شرایطی که وزن هسته ی سنگین کمتر از مجموع وزنهای دو هسته ی سبک باشد. این واکنش یه مشکل بسیار بزرگ داره و اینم اینکه ذراتی که باید باهم ترکیب بشن دارای بار یکسان هستند و غلبه به این نیروی رانشی نیازمند صرف انرژی بسیار زیادیه. بزارید با یه مثال بگم

چهارتا هسته ی هیدروژن با هم ترکیب میشن و یک هسته ی هلیم4 و یک پوزیتیون رو بوجود میارن که طبق این فرایند مقداری انرژی هم آزاد میشه. حالا اگه بخوایم به وسیله ی گرما دادن به این چهار اتنم بر نیروی رانشیشون غلبه کنیم،در یک مقیاس مناسب تر احتیاج به دمایی حدود 10 به توان 7 داریم یهنی تقریباً نصف دمای درونی خورشید. برای همین این فرایند به طور اتوماتیک بروی خورشید انجام میشه و این انرژی ای هم که به ما میرسه در اصل از همجوشی تامین میشه. دیدید آخر وصلش کردم به نجوم