شکافت و همجوشی هستهای
شکافت و همجوشی هستهای با بازآرایی نوکلئونها به سمت پیکربندیهای با پیوند محکمتر، با شکافتن هستههای سنگین یا ادغام هستههای سبک، مقادیر زیادی انرژی آزاد میکنند.
Definition
شکافت هستهای تقسیم یک هسته سنگین به قطعات سبکتر است که معمولاً با انتشار نوترونها و انرژی همراه است، در حالی که همجوشی هستهای ترکیب هستههای سبک به یک هسته سنگینتر با آزادسازی انرژی است؛ هر دو تفاوتهای انرژی بستگی هستهای را به انرژی قابل استفاده تبدیل میکنند.
Scope
این موضوع شکافت هستههای سنگین مانند اورانیوم و پلوتونیوم به قطعات سبکتر با آزادسازی نوترونها و انرژی، و همجوشی هستههای سبک مانند ایزوتوپهای هیدروژن به هستههای سنگینتر را پوشش میدهد. این مبحث به مدل قطره مایع شکافت، واکنشهای زنجیرهای و بحرانیت، سد کولن که همجوشی باید بر آن غلبه کند، و شرایط آزادسازی کنترلشده و انفجاری انرژی هستهای میپردازد.
Core questions
- یک هسته سنگین چگونه شکافته میشود و انرژی آزاد شده و تعداد نوترونها چگونه تعیین میگردد؟
- چه شرایطی برای حفظ یک واکنش زنجیرهای کنترلشده لازم است؟
- هستههای سبک چگونه میتوانند بر دافعه الکترواستاتیکی متقابل خود غلبه کرده و همجوشی کنند؟
- چرا همجوشی، ستارگان را تغذیه میکند در حالی که دستیابی به آن در زمین دشوار است؟
Key concepts
- قطعات شکافت و انتشار نوترون
- واکنش زنجیرهای و بحرانیت
- سد شکافت
- سد کولن در همجوشی
- زنجیره پروتون-پروتون و چرخه CNO
- آزادسازی انرژی و منحنی انرژی بستگی
Key theories
- نظریه قطره مایع شکافت
- بور و ویلر شکافت را به عنوان تغییر شکل و تقسیم یک قطره مایع باردار مدلسازی کردند و رقابت بین کشش سطحی و دافعه کولن را که سد شکافت را تعیین میکند، توضیح دادند.
- چرخههای همجوشی ستارهای
- بته زنجیره پروتون-پروتون و چرخه کربن-نیتروژن-اکسیژن را به عنوان واکنشهای همجوشی که ستارگان را تغذیه میکنند، شناسایی کرد و هیدروژن را با آزادسازی انرژی به هلیوم تبدیل میکند.
Clinical relevance
شکافت، نیروگاهها و سلاحهای هستهای را تأمین میکند و ایزوتوپهای پزشکی و صنعتی تولید میکند، در حالی که همجوشی خورشید و ستارگان را به حرکت درمیآورد و به عنوان یک منبع انرژی پاک بالقوه در مقیاس بزرگ در آزمایشهای محصورسازی مغناطیسی و اینرسیایی دنبال میشود.
History
شکافت هستهای به صورت شیمیایی توسط هان و اشتراسمان در سال 1938 کشف شد و توسط مایتنر و فریش در سال 1939 تفسیر گردید، با ارائه مکانیسم نظری توسط بور و ویلر در همان سال، که به سرعت منجر به ساخت راکتورها و سلاحها شد. به موازات آن، بته در سال 1939 توضیح داد که همجوشی، ستارگان را تغذیه میکند، و پیگیری همجوشی کنترلشده زمینی از آن زمان به عنوان یک چالش بزرگ علمی و مهندسی ادامه یافته است.
Key figures
- Lise Meitner
- Otto Frisch
- Niels Bohr
- Hans Bethe
Related topics
Seminal works
- meitner1939
- bohrwheeler1939
- bethe1939
Frequently asked questions
- واکنش زنجیرهای چیست؟
- در شکافت، هر هسته شکافته شده نوترونهایی را آزاد میکند که میتوانند شکافتهای بعدی را القا کنند. اگر به طور متوسط حداقل یک نوترون آزاد شده باعث شکافت دیگری شود، واکنش به عنوان یک واکنش زنجیرهای، که اساس راکتورها و سلاحها است، خود را حفظ میکند.
- چرا دستیابی به همجوشی دشوارتر از شکافت است؟
- همجوشی نیازمند نزدیک کردن هستههای با بار مثبت به یکدیگر برای همجوشی است، که برای غلبه بر دافعه الکترواستاتیکی آنها به دماها و فشارهای بسیار بالا نیاز دارد. در مقابل، شکافت را میتوان با یک نوترون کند و بدون چنین سدی آغاز کرد.