شکافت هسته‌ای فرآیندی است که در آن یک هسته اتم سنگین به دو یا چند هسته کوچکتر تقسیم می‌شود و مقدار عظیمی انرژی آزاد می‌کند. این پدیده، اساس کار نیروگاه‌های هسته‌ای و سلاح‌های اتمی است.
نکات کلیدی درباره شکافت هسته‌ای: - شکافت هسته‌ای، تقسیم یک اتم سنگین به اتم‌های کوچکتر همراه با آزاد شدن انرژی فراوان است.
- در نیروگاه‌های هسته‌ای، اتم‌های اورانیوم-۲۳۵ شکافته می‌شوند تا انرژی را در یک واکنش زنجیره‌ای کنترل‌شده آزاد کنند.
- واکنش‌های شکافت را می‌توان با استفاده از موادی که نوترون‌ها را جذب می‌کنند و واکنش را کنترل می‌کنند، تعدیل کرد.
شکافت هسته‌ای چیست؟
برخورد یک نوترون به هسته اورانیوم-235 باعث ناپایداری و شکافت آن به همراه آزاد شدن انرژی و نوترون‌های دیگر می‌شود. شکافت هسته‌ای فرآیندی است که در آن هسته یک اتم، معمولاً یک اتم سنگین، به دو یا چند هسته کوچکتر تقسیم می‌شود و انرژی آزاد می‌کند. هسته اتم اولیه را "هسته مادر" و هسته‌های حاصل را "هسته‌های دختر" می‌نامند. این فرآیند می‌تواند به صورت خود به خودی رخ دهد یا در اثر برخورد یک ذره به هسته اتم ایجاد شود.
دلیل وقوع شکافت هسته‌ای، از بین رفتن تعادل بین نیروی دافعه الکترواستاتیکی بین پروتون‌های دارای بار مثبت و نیروی هسته‌ای قوی است که پروتون‌ها و نوترون‌ها را در کنار هم نگه می‌دارد. هنگامی که این تعادل برهم می‌خورد، هسته شروع به نوسان می‌کند و نیروی دافعه می‌تواند بر جاذبه کوتاه برد غلبه کرده و باعث شکافته شدن اتم شود.
این تغییر جرم و آزاد شدن انرژی منجر به تولید هسته‌های کوچکتری می‌شود که پایدارتر از هسته سنگین اولیه هستند. با این حال، هسته‌های دختر ممکن است همچنان رادیواکتیو باشند. انرژی آزاد شده در طی شکافت هسته‌ای بسیار قابل توجه است. برای مثال، شکافت یک کیلوگرم اورانیوم تقریباً معادل انرژی حاصل از سوزاندن چهار میلیارد کیلوگرم زغال سنگ است.
مثالی از شکافت هسته‌ای
برای رخ دادن شکافت هسته‌ای، نیاز به انرژی داریم. این انرژی گاهی به صورت طبیعی از طریق واپاشی رادیواکتیو یک عنصر تامین می‌شود. در مواقع دیگر، انرژی به هسته اتم اضافه می‌شود تا بر انرژی پیوندی هسته‌ای که پروتون‌ها و نوترون‌ها را کنار هم نگه می‌دارد غلبه کند. در نیروگاه‌های هسته‌ای، نوترون‌های پرانرژی به سمت نمونه‌ای از ایزوتوپ اورانیوم-235 هدایت می‌شوند. انرژی این نوترون‌ها می‌تواند باعث شکسته شدن هسته اورانیوم به روش‌های مختلف شود. یک واکنش شکافت رایج، باریم-141 و کریپتون-92 تولید می‌کند. در این واکنش خاص، یک هسته اورانیوم به یک هسته باریم، یک هسته کریپتون و دو نوترون تقسیم می‌شود. این دو نوترون می‌توانند به شکافتن هسته‌های اورانیوم دیگر ادامه دهند و در نتیجه یک واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای ایجاد شود.
امکان وقوع واکنش زنجیره‌ای به انرژی نوترون‌های آزاد شده و نزدیکی اتم‌های اورانیوم مجاور بستگی دارد. این واکنش را می‌توان با وارد کردن ماده‌ای که نوترون‌ها را جذب می‌کند، قبل از اینکه بتوانند با اتم‌های اورانیوم بیشتری واکنش دهند، کنترل یا تعدیل کرد.
شکافت هسته ای چیست؟ — https://www.rayeshmand.ir/article/nuclear-fission-definition-and-examples