انرژی جهان هستی زمانی به دست ما می رسد که بتوانیم از همه فرآیند های اصلی شیمیایی و فیزیکی بهره ببریم. این فرآیند ها همجوشی هسته ای و شکافت هسته ای نام دارند.

در طول تاریخ بشریت این مسئله با واکنش های شیمیایی مواد کربن دار مثل استفاده از چوب ,گاز یا زغال سنگ یا نوعی از انرژی دیگر مانند خورشید ,باد و آب محقق می شد.

شکافت هسته ای و همجوشی هسته ای دو واکنش فیزیکی هستند که مقادیر زیادی انرژی از اتم ها آزاد می کنند.

این دو فرآیند با واکنش های هسته ای میلیون ها برابر بیشتر از منابع دیگر انرژی تولید می کنند.

دوستان عزیز می توانید تفاوت این دو را در عکس زیر مشاهده کنید.

شکافت هسته ای

شکافت هسته ای زمانی اتفاق می افتد که یک نوترون به یک اتم بزرگ برخورد کند و آن را مجبور کند که به دو اتم کوچک تر تقسیم شود , که به مواد بوجود آمده محصولات شکافت نیز می گویند.

از طرفی نوترون های اضافی آزاد می شوند که می توانند واکنش زنجیره ای دیگر را شروع کنند.

وقتی هر اتم تقسیم شود , مقدار بزرگی از انرژی آزاد می شود.

معمولا برای واکنش های شکافت هسته ای از اورانیوم و پلوتونیوم در راکتور های انرژی هسته ای استفاده می شود. زیرا شروع کار و کنترل آنها آسان تر است.

انرژی آزاد شده در شکافت هسته ای در این راکتورها آب را به بخار داغ تبدیل می کند. این بخار آب برای چرخش توربین و تولید برق مورد استفاده قرار می گیرد.

در این نوع از مواد سوختنی کربن دار به هیچ عنوان استفاده نمی شود.

همجوشی هسته ای

همجوشی هسته ای زمانی اتفاق می افتد که دو اتم با هم برخورد کرده و یک اتم سنگین تر تشکیل میدهند.

شاید بسیار برای شما جالب باشد که بگویم این اتفاق زمانی ممکن است که دو اتم هیدروژن با هم ترکیب می شوند و یک اتم هلیوم را بوجود می آورند.

این فرآیند شبیه واکنشی است که در خورشید اتفاق می افتد و مقدار زیادی از انرژی را تولید می کند, به این صورت که انرژی تولید شده چندین برابر بیشتر از شکافت هسته ای است.

از طرفی زباله های حاصل از شکافت هسته ای را ندارند.

واکنش های همجوشی توسط دانشمندان در حال بررسی هستند.

اما به دلیل فشار و دمای بسیار زیادی که برای اتصال هسته ها به یکدیگر لازم است, نگهداری آنها برای مدت زمان طولانی در کنار یکدیگر بسیار دشوار است.

با توجه به این مسئله که این دو موضوع در نقاطی با هم مشترک هستند, ولی در اکثر اوقات در دو نقطه مقابل همدیگر قرار می گیرند.

هم در همجوشی و هم در شکافت هسته ای, فرآیند هسته ای باعث تغییر اتم ها برای تولید انرژی می شود. علارغم اشتراکاتی که با هم دارند این دو مورد را می توان تقابل قطبی با همدیگر دانست.

همجوشی و شکافت هسته ای در یک نگاه

همجوشی هسته ای

• یک هسته سنگین شکسته می شود و دو هسته سبکتر ایجاد می شود.
• این واکنش شامل یک فرآیند زنجیره ای است که منجر به سقوط ناگهانی انرژی می شود.
• هسته سنگین تر توسط نوترون ها بمباران می شود.
• چندین دهه است که این تکنولوژی برای کنترل شکافت هسته ای وجود دارد.
• زباله های هسته ای محصول جانبی شکافت هسته ای هستند, که یک چالش زیست محیطی تلقی می شوند.
• مواد اولیه مانند پلوتونیوم و اورانیوم بسیار گران قیمت و پر هزینه و کمیاب هستند.

همجوشی هسته ای

• دو هسته با هم ترکیب می شوند و هسته سنگین تری تشکیل می دهند.
• در این واکنش هیچ فرآیند زنجیره ای درگیر نمی باشد.
• هسته ها باید تا دمای بسیار بالایی گرم شوند.
• دانشمندان در حال حاضر بر روی راکتور همجوشی کنترل شده ای کار می کنند نا بتوانند به محصولی دست پیدا کنند که انرژی بیشتری تولید کند.
• هیچ زباله هسته ای در آن تولید نمی شود.
• تهیه مواد اولیه در آن بسیار راحت تر صورت می گیرد.
• واکنش همجوشی دارای میزان انرژی تولیدی بیشتری نسبت به شکافت هسته ای می باشد.

از انیشتین تا صلاح هسته ای

در 21 نوامبر سال 1905 , فیزیکدان معروف آلبرت انیشتین مقاله ای در مجله  Annalen der Physik منتشر کرد که موضوع آن به صورت زیر بود:

(( آیا اینرسی یک بدن به محتوا انرژی آن بستگی دارد ؟))

این مقاله یکی از چهار مقاله انیشتین بود که در آن سال به عنوان بهترین مقالات سال شناخته شد که در آن معروف ترین معادله فیزیک معرفی شد : E=mc2 ( میزان انرژی برابر است با جرم در سرعت به توان دو)

این معادله ساده زیرکانه را در همه جا می توان یافت , حتی در فرهنگ پاپ . روی لیوان قهوه و روی تیشرت هم می توان آن را پیدا کرد. حتی در رمانها و مجله ها برجسته هم منتشر شده است .

این فرمول را میلیونها نفر  حتی اگر چیزی از فیزیک ندانند و آن را درک نکنند , می توانند بپذیرند و آن را با آگاهی کامل بنویسند .

قبل از انیشتین جرم فقط یک واحد ساده در نظر گرفته می شد که میتواند به این تعریف که یک جسم چقدر در برابر حرکت مقاوم است , کمک کند. با این حال برای انیشتین جرم یک واحد نسبی بود.

در حالیکه امروزه جرم یک واحد کمی است و همراه با انرژی در یک رده قرار می گیرد.

از طرفی با افزایش جرم سرعت ذرات افزایش پیدا می کند و در فرمول انیشتین این واقعیت بسیار به چشم می خورد و انرژی با افزایش جرم , افزایش پیدا می کند.

ادامه ماجرا

اکنون ما یک روش جدید برای اندازه گیری کل انرژی یک سیستم با در نظر گرفتن جرم ماده داریم , که این شکل فوق العاده دقیق از تکنولوژی را نشان می دهد.

مدت زمان زیادی نگذشت که دانشمندان فهمیدند میزان انرژی بسیار زیادی در جایی نهفته است که در انتظار بشریت برای استخراج و بهره برداری می باشد .

برای مثال با فرآیند شکافتن اتم های اورانیوم , مقدار زیاد انرژی همراه با نوترون ها آزاد می شود.

جالب اینجاست که وقتی ذرات قبل و بعد از واکنش را بشمارید. متوجه می شوید که جرم مواد بوجود آمده کمی کوچکتر از مواد اولیه است.

این اختلاف ((نقص توده)) نامیده می شود. دقیقا این ماده از دست رفته به انرژی تبدیل می شود.

مقدار دقیق انرژی با معادله معروف انیشتین قابل محاسبه است.

این اختلاف جرم ممکن است ناچیز باشد اما همین که در سرعت نور به توان دو ( c2) ضرب کنید.

انرژی معادل به دست آمده از این واکنش می تواند بسیار زیاد باشد.

البته این صرفه جویی در انرژی در همه حوزه ها . چه در فیزیک پیشرفته و نسبی گرایی و چه در کلاسیک صدق می کند .

یک مثال متداول برای این موضوع, اکسیداسیون خود به خودی یا به عبارت دیگر, احتراق است. در آن همین فرمول اعمال می شود.

بنابراین اگر تفاوت بین جرم مواد نسوخته و جرم مواد سوخته و محصولات جانبی گازی را اندازه گیری کنید. اختلاف جرمی کوچکی بدست می آورید. ولی آن را در c2 ضرب کنید انرژی شیمیایی آزاد شده بدست خواهد آمد.

از شما خوانندگان عزیز بسیار متشکرم که وقت خود را برای خواندن این مقاله سپری کرده اید. شما را به مطالعه دیگر مقالات در همین سایت دعوت میکنم.

ابرداده ها چگونه به تکنولوژی یادگیری ماشینی کمک کنند؟

در عصر جدید با تکنولوژی اینترنت اشیاء چه می گذرد؟

گجت های هوشمند یکی از داغ ترین بازارهای دنیا