انرژی هسته‌ای؛ شکافت، همجوشی و کاربردها
انرژی هسته‌ای، انرژی ذخیره‌شده در داخل یک اتم به شکل نیروهایی است که هسته اتم را به صورت واحد نگه می‌دارند. دانشمندان یاد گرفته‌اند چگونه از این نیروها مقادیر زیادی انرژی به دست آورند. این انرژی می‌تواند برای تولید برق مورد استفاده قرار گیرد.
آلبرت اینشتین هنگام کار بر روی نظریه نسبیت، فرمول ریاضی E = mc² را کشف کرد. این فرمول نشان می‌دهد که ماده می‌تواند به انرژی تبدیل شود. از مقدار کمی ماده می‌توان مقدار زیادی انرژی تولید کرد. این کار با تقسیم (شکافتن) یک اتم طی فرآیندی به نام شکافت هسته‌ای انجام می‌شود.
شکافت هسته‌ای
شکافت هسته‌ای فرایند تقسیم یک اتم بزرگ به دو یا چند اتم کوچک‌تر است. هنگامی که یک اتم تقسیم می‌شود، مقدار عظیمی انرژی آزاد می‌گردد. اگر این انرژی به صورت کنترل‌شده آزاد شود، می‌توان از آن برای تولید الکتریسیته استفاده کرد. اما اگر همه انرژی به یکباره آزاد شود، واکنش زنجیره‌ای رخ می‌دهد که می‌تواند منجر به انفجار هسته‌ای شود.
نیروگاه‌های هسته‌ای
- کاربرد اصلی شکافت هسته‌ای در نیروگاه‌های هسته‌ای است.
- نیروگاه‌ها از شکافت برای تولید گرما استفاده می‌کنند.
- گرما آب را به بخار تبدیل می‌کند و بخار توربین‌ها را به حرکت درمی‌آورد.
- حدود ۲۰٪ برق ایالات متحده آمریکا از نیروگاه‌های هسته‌ای تأمین می‌شود.
- نیروگاه‌ها از عنصر اورانیوم به عنوان سوخت استفاده می‌کنند.
- میله‌های کنترل برای تنظیم سرعت واکنش زنجیره‌ای به کار می‌روند.
زباله‌های رادیواکتیو
یکی از محصولات جانبی انرژی هسته‌ای، زباله‌های رادیواکتیو هستند. این مواد می‌توانند برای انسان‌ها و جانوران خطرناک باشند و نیازمند مدیریت و ذخیره‌سازی ایمن هستند.
کاربردهای دیگر انرژی هسته‌ای
- نیروی محرکه کشتی‌ها و زیردریایی‌های هسته‌ای
- کشتی‌های یخ‌شکن در مناطق قطبی
- کاربرد در صنایع فضایی برای تأمین انرژی
همجوشی هسته‌ای
همجوشی یا فیوژن زمانی رخ می‌دهد که دو یا چند اتم سبک به هم ملحق شوند و اتم بزرگ‌تری بسازند. ستاره‌ها انرژی خود را از همجوشی هسته‌ای به دست می‌آورند. در خورشید، اتم‌های هیدروژن به طور دائم به هلیم تبدیل می‌شوند و انرژی نورانی و گرمایی تولید می‌کنند.
دانشمندان هنوز موفق نشده‌اند همجوشی را به صورت کنترل‌شده برای تولید انرژی قابل استفاده مهار کنند. اگر این کار محقق شود، همجوشی منبعی تقریباً نامحدود و پاک برای انرژی خواهد بود.
جدول مقایسه شکافت و همجوشی هسته‌ای
| ویژگی |
شکافت هسته‌ای |
همجوشی هسته‌ای |
| فرآیند |
تقسیم یک اتم سنگین به اتم‌های کوچک‌تر |
ادغام اتم‌های سبک برای تشکیل اتم سنگین‌تر |
| منبع انرژی |
اورانیوم و پلوتونیوم |
هیدروژن و ایزوتوپ‌های آن |
| محصول جانبی |
زباله‌های رادیواکتیو خطرناک |
مواد رادیواکتیو کمتر |
| کاربرد |
نیروگاه‌های هسته‌ای، زیردریایی‌ها |
ستاره‌ها، تحقیقات آزمایشگاهی |
| مزیت |
فناوری تثبیت‌شده و قابل استفاده |
منبع انرژی تقریباً نامحدود و پاک |
حقایق جالب درباره انرژی هسته‌ای
- ایالات متحده بیشترین تولید انرژی هسته‌ای را در جهان دارد.
- سه فاجعه بزرگ هسته‌ای: چرنوبیل (روسیه)، جزیره تری مایل (آمریکا)، فوکوشیما (ژاپن).
- اولین زیردریایی هسته‌ای جهان USS Nautilus در سال ۱۹۵۴ به آب انداخته شد.
- یک قرص کوچک اورانیوم معادل ۱۰۰۰ کیلوگرم زغال‌سنگ انرژی تولید می‌کند.
- دودی که از نیروگاه هسته‌ای دیده می‌شود بخار آب است، نه آلودگی.
این مقاله در سایت علمی رایشمند منتشر شده است. خوشحال می‌شویم اگر دیدگاه و نظر خود را درباره این موضوع با ما و دیگر خوانندگان در میان بگذارید.
انرژی هسته‌ای؛ شکافت، همجوشی و کاربردهای آن — https://www.rayeshmand.ir/article/nuclear-energy-fission-fusion