دانشنامهپدیده
شکافت هستهای Nuclear fission
شکافت هستهای فرایندی است که در آن هستهٔ سنگین، مانند اورانیوم ۲۳۵، پس از جذب نوترون به دو هستهٔ کوچک‌تر میشکند و مقدار زیادی انرژی و چند نوترون آزاد میکند.
نام‌های دیگر: شکافت اتم، بمب اتم
شکافت هستهای یکی از دو راه اصلی آزاد کردن انرژی هستهای است؛ راه دیگر همجوشی هستهای است. در شکافت، هستهای بسیار سنگین به دو هستهٔ سبکتر (فراورده‌های شکافت) تقسیم می‌شود. مجموع جرم فراورده‌ها اندکی از جرم هستهٔ اولیه کمتر است و این اختلاف جرم بنا بر هم‌ارزی جرم و انرژی به انرژی تبدیل می‌شود.
شکافت هستهای چگونه کشف شد؟
در ۱۹۳۸ اتو هان و فریتس اشتراسمن در برلین دریافتند که بمباران اورانیوم با نوترون عنصرهایی سبکتر مانند باریم پدید می‌آورد. لیزه مایتنر و برادرزاده‌اش اتو فریش این نتیجه را به‌عنوان شکافت هستهای تفسیر کردند و انرژی آزادشده را محاسبه کردند. نخستین واکنش زنجیرهای کنترل‌شده در ۱۹۴۲ در دانشگاه شیکاگو به رهبری انریکو فرمی انجام شد.
واکنش زنجیرهای
وقتی یک هستهٔ اورانیوم ۲۳۵ شکافته می‌شود، دو تا سه نوترون آزاد میکند. اگر این نوترون‌ها هستههای دیگر را بشکنند، واکنش خودش را ادامه میدهد. اگر هر شکافت به‌طور میانگین بیش از یک شکافت تازه بیافریند، واکنش شتاب می‌گیرد. چنین شرایطی را «فوق‌بحرانی» می‌نامند و در بمب اتمی رخ میدهد. در رآکتور هستهای، میله‌های کنترل با جذب نوترون، واکنش را روی حالت پایدار نگه می‌دارند.
کاربردها
- نیروگاههای هستهای: بخشی از برق جهان از شکافت اورانیوم تأمین می‌شود و گرما با آب یا مادهٔ دیگری به توربین منتقل می‌شود.
- پیشرانهٔ زیردریایی‌ها و ناوهای هستهای.
- تولید ایزوتوپ‌های پزشکی.
- سلاح هستهای: بمب‌های هیروشیما و ناکازاکی در ۱۹۴۵ دو نمونه از آن بودند.
پسماند و ایمنی
فراورده‌های شکافت پرتوزا هستند (رادیواکتیویته) و نگهداری آن‌ها برای هزاران سال مسئله‌ای مهم است. حوادثی مانند چرنوبیل (۱۹۸۶) و فوکوشیما (۲۰۱۱) به طراحی‌های ایمنی سخت‌گیرانه‌تر انجامیدند.
پرسش‌های رایج
### تفاوت شکافت و همجوشی هستهای چیست؟
در شکافت هستهٔ سنگین به هستههای سبکتر میشکند؛ در همجوشی هستههای بسیار سبک مثل هیدروژن به هم میپیوندند. خورشید با همجوشی انرژی میسازد، نیروگاههای امروزی با شکافت.
### چرا اورانیوم ۲۳۵ برای شکافت به کار میرود؟
هستهٔ اورانیوم ۲۳۵ با نوترونهای کند هم بهآسانی میشکند و نوترونهای کافی برای واکنش زنجیرهای آزاد میکند. اورانیوم ۲۳۸ که فراوانتر است، چنین رفتاری ندارد، پس باید اورانیوم را غنی کرد.
### شکافت هستهای چقدر انرژی آزاد میکند؟
شکافت یک هستهٔ اورانیوم حدود ۲۰۰ میلیون الکترونولت انرژی میدهد؛ این دهها میلیون برابر انرژی یک واکنش شیمیایی در هر اتم است.
### آیا رآکتور هستهای مثل بمب منفجر می‌شود؟
خیر. سوخت رآکتور غنای بسیار کمتری دارد و ساختارش طوری است که نمی‌تواند چون بمب منفجر شود، اما در حادثه ممکن است بیش از حد گرم شود و مواد پرتوزا پخش کند.