شکافت هسته ای

هسته اتم های آزاد شده در فرآیند شکافت مربوط به عناصر شیمیایی مختلفی هستند. چون هسته های تولید شده نیز معمولاً ایزوتوپ های ناپایدار می‌باشند، محصولات شکافت تا حد بالایی رادیواکتیو هستند این ایزوتوپ‌ها هم واپاشی کرده و پرتوهای گاما و بتا تابش می‌کنند. این محصولات شکافت به شدت رادیواکتیو ( یا ضایعات واپاشی آنها که همانند محصولات اولیه شکافت بسیار ناپایدارند و زمان واپاشی بسیار کوتاهی دارند ) زباله های هسته ای به حساب می‌آیند.

شکافت القا شده
با وجود اینکه اغلب اوقات، ساده ترین شکل آغاز شکافت جذب یک نوترون آزاد توسط هسته است، واکنش شکافت را به وسیله برخورد یک هسته قابل شکافت با دیگر ذرات نیز می‌توان القا کرد. این ذرات می‌توانند پروتون، هسته های دیگر و یا حتی فوتون های با انرژی خیلی بالا مثل پرتوهای گاما باشند.
• به ندرت ممکن پیش بیاید که یک هسته قابل شکافت بدون دریافت نوترون شکافت هسته ای خودبه خودی انجام دهد.
• شکافت القایی در عناصر سنگین آسانتر است و به طور کلی هر چه هسته سنگین تر باشد احتمال بیشتری وجود دارد تا شکافته شود . شکافت در عناصر سنگین تر از آهن انرژی تولید می‌کند و در عناصر سبک تر از آهن نیاز به انرژی دارد. خلاف آن در مورد هم جوشی هسته ای صادق است، هم جوشی در عناصر سبک تر از آهن انرژی تولید می‌کند و هم جوشی در عناصر سنگین تر از آهن نیاز به انرژی دارد. بیشترین عناصری که در شکافت هسته ای استفاده می‌شوند اورانیوم و پلوتونیوم هستند. اورانیوم سنگین ترین عنصری است که در طبیعت یافت می‌شود. پلوتونیوم دچار شکافت هسته ای خودبه خودی می‌شود و نیمه عمر نسبتاً کوتاهی دارد. اگر چه عناصر دیگری هم هستند که می‌توان از آنها استفاده کرد. اما این عناصر بهترین ترکیب از لحاظ راحتی شکافت و یکنواختی را دارند.

اثرات ایزوتوپها
اورانیوم طبیعی شامل 3 ایزوتوپ است: U-234 ( %006/0)، U-235 ( %7/0)، U-238(%3/99) سرعت لازم برای یک واکنش شکافت نسبت به یک واکنش غیر شکافت برای ایزوتوپ های مختلف متفاوت است. U-238 با نوترونهایی که انرژی بیشتر از 1Mev دارند شکافته می‌شود چنین نوترونهایی از انفجارهای هم جوشی تولید می‌شوند. اما شکافت اورانیوم چنین نوترونهای پر انرژی تولید کند. در حالتهای نادری u-238 نوترونهای کم انرژی جذب می‌کند اما شکافته نمی شود بنابراین نمی تواند مانند U-235 در واکنش زنجیره ای شرکت کند. U-238 جرم بحرانی ندارد. با این حال وقتی که یک نوترون جذب می‌کند U-239 حاصل ناپایدار است و ابتدا به NP-239 و سپس به PU-239 واپاشیده می‌شود. PU-239 درست مانند U-235 با نوترونهای کند نیز شکافته می‌شود. بنابراین قسمتی از انرژی تولید شده در رآکتورهایی که از سوخت اورانیوم استفاده می‌کنند را شکافت پلوتونیوم تأمین می‌کند.
U-235 نسبت به U-238 با گستره وسیع تری از نوترونهای باانرژی های مختلف واکنش می‌دهد. U-235 بزرگترین سطح مقطع واکنش برای U-235 زمانی است که با نوترونهای کند واکنش می‌دهد. بدین معنی که احتمال شکافت U-235 زمانی که با نوترونهای کند یا " نوترونهای گرمایی " برخورد کند بسیار بیشتر است این نوترونها بسیار کم انرژی تر از نوترونهایی هستند که از شکافت U-235 تولید می‌شود. معمولاً از گرافیت یا آب برای کند کردن نوترونهایی که در واکنش شکافت تولید می‌شوند استفاده می‌شود تا با استفاده از این نوترونها U-235 بیشتری شکافته می‌شود. اگر نسبت U-235 بالا باشد، بدون نیاز به کند کننده هم واکنش زنجیره ای ادامه می‌یابد.
نسبت U-235 در اورانیوم طبیعی 1 به 140 است. در ضمن تفاوت جرم بسیار کم بین ایزوتوپ‌ها جداسازی آنها مشکل می‌کند. در پروژه منهتن بود که دانشمندان به امکان جداسازی U-235 پی بردند. جداسازی U-235 مهمترین عامل موفقیت آنها در این پروژه بود.

کند کننده ها
نوترونهای گرمایی که در واقع نوترونهای کند می‌باشند احتمال بیشتری برای شکافتن U-235 دارند، اما نوترونهای آزاد شده در فرآیند شکافت سرعت بالایی دارند و از این نوع نوترونها نمی باشند. احتمال هر دو واکنش های شکافت و غیر شکافت بستگی به سرعت

ادامه مطلب را در ايــــنجا ببيــــنيد...

بمبهای کثیف چگونه کار می‌کنند؟
بمب کثیف یا بمب پخش کننده مواد رادیواکتیو از نظر تئوری بسیار ساده است: یک ماده منفجره معمولی مانند TNT که همراه با مواد رادیواکتیو در یک محفظه قرار گرفته اند. این بمب نسبت به یک بمب هسته ای بسیار ساده تر، ارزان تر و البته کم اثرتر است، والبته هنوز از قابلیت تخریب انفجاری و آسیب های تشعشعی برخوردار است.
مواد منفجره از طریق گاز بسیار داغی که به سرعت منبسط می‌شود، موجب آسیب های تخریبی فراوانی می‌شوند. ایده اصلی بمب کثیف هم این است که به جای آنکه از این قدرت انبساطی گاز در جهت تخریب استفاده شود، به عنوان پخش کننده مواد خطرناک رادیواکتیو در سطحی وسیع استفاده شود. هنگامی که انفجار پایان یافت، مواد رادیواکتیو به صورت ابری از غبار در فضا پخش می‌شود که همراه با وزش باد، در سطحی وسیع تر از محل انفجار پراکنده می‌شود. اثر تخریبی طولانی مدت بمب، تشعشع یونیزه کننده مواد رادیواکتیو است. اتمها را یونیزه کند و مجموعه ای از یونهای مثبت و منفی را درون سلولها ایجاد کند. این پدیده در بدن انسان بسیار خطرناک است، زیرا جریان الکتریکی ناشی از حرکت یونها می‌تواند واکنش شیمیایی غیر طبیعی را در سلولها آغاز کند. علاوه بر اینها، این یونها ممکن است مولکولهای DNA را که حاوی کدهای ژنتیکی انسان هستند، مورد حمله قرار داده و آن را بشکنند. سلولی که رشته DNA آن شکسته شد، یا می‌میرد و یا مولکول DNA خودش را به شکل دیگری ترمیم می‌کند که با شکل پیشین خود متفاوت است و به آن جهش ژنتیکی می‌گویند. اگر بسیاری از سلولها بمیرند، بدن دچار بیماری های مختلف می‌شود. ولی اگر DNA جهش کند، سلول ممکن است سرطانی شود و سرطان در بدن پخش شود. تابش رادیواکتیو هم چنین می‌تواند در کارکرد سلول اختلال ایجاد کند که منجر به بروز علایمی می‌شود که از آن به بیماری تشعشع یاد می‌شود. بیماری تشعشع می‌تواند مرگ آور باشد، ولی مبتلایان به آن می‌توانند با درمان های پیشرفته از آن نجات پیدا کنند، بخصوص اگر پیوند مغز استخوان روی آنها صورت پذیرد.
تابش یونیز کننده از ایزوتوپ های رادیواکتیو ( رادیو ایزوتوپ‌ها ) ساطع می‌شوند. ایزوتوپ های رادیواکتیو، اتمهایی با هسته ناپایدار هستند که با گذشت زمان دچار واپاشی می‌شوند؛ به عبارت دیگر، آرایش پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته اتم و الکترونها در اطراف اتم به شکلی تغییر می‌کند که موجب می‌شود خصوصیات اتم تغییر کند. این واپاشی رادیواکتیو، انرژی فراوانی را در قالب تشعشع های یونیزه کننده آزاد می‌کند.
ما همیشه مقادیر اندکی از این تشعشع های یونیزه کننده را دریافت می‌کنیم که منشأ آنها طبیعی است: پرتوهای کیهانی که از فضا می‌آیند، ایزوتوپ های رادیواکتیو طبیعی، دستگاههای تابش X و مواردی از این دست. البته این تشعشع های طبیعی هم می‌توانند عامل بروز سرطان شوند، ولی احتمال ابتلا بسیار اندک است. چون ما در برابر مقادیر بسیار اندک آنها قرار داریم.
انفجار یک بمب کثیف، سطح این تشعشع را فراتر از مقدار معمول خود می‌برد و متناسب با آن، احتمال ابتلا به سرطان و بیماری تشعشع را افزایش می‌دهد. یک بمب کثیف بلافاصله تعداد زیادی از انسانها را نمی کشد، بلکه موجب می‌شود تعداد زیادی از انسانها در چند نسل به دلیل ابتلا به بیماری های لاعلاج جان بدهند.

انواع بمب های کثیف
طرح های مختلفی برای ساختن یک بمب کثیف وجود دارد. انواع مختلف مواد انفجاری در مقادیر متنوع، بمب هایی در ابعاد مختلف و با قابلیت های انفجاری متنوع پدید می‌آورند و انواع و مقادیر مختلف مواد رادیواکتیو، می‌تواند موجب آلودگی مناطق مختلف تا اندازه های مختلف شود. برخی از این طرح‌ها عبارتند از:

ادامه مطلب را در ايــــنجا ببيــــنيد...