شکافتن اتم برای تولید انرژی هسته ای و بمب اتم (2)

اورانیوم 235ش که قابل شکافته بیشتر میشه.

قدم اول استخراج سنگ معدن اورانیومه.

اورانیوم برخلاف چیزی که ممکنه به نظر میاد، فلز کمیابی

نیست، مقدارش از طلا و نقره هم خیلی بیشتره.

اما به صورت ترکیب‌شده با عناصر دیگه پیدا میشه، برای همین نیاز به خالص‌سازی داره.

سنگ معدن اورانیومو اول آسیابش میکنن

خوردش میکنن، بعدش بهش اسید سولفوریک اضافه می‌کنن.

با این کار یه پودر زردرنگ به دست میاد که هفتاد هشتاد

درصدش اکسید اورانیوم یا U3O8 ئه.

این پودر همون چیزیه که اصطلاحا بهش میگن کیک زرد.

همین کیک زردم خاصیت پرتوزایی داره.

اما همونطور که گفتم بیشتر از 99 درصد این اورانیوم،

اورانیوم 238 ئه در صورتی که ما دنبال اورانیوم 235 ایم.

اینجا عملیات غنی‌سازی شروع میشه.

برای غنی‌سازی از روش خاصی استفاده میشه که تو این روش

نیازه که اورانیوم تو حالت گازی باشه.

برای همین یه سری واکنشای شیمیایی روی کیک زرد که جامده

انجام میدن و تبدیلش میکنن به گاز اورانیوم هگزا فلوراید یا UF6 .

حالا می‌تونیم عملیات غنی‌سازی رو روی این گاز انجام بدیم.

برای این کار از یه دستگاه به نام سانتریفیوژ یا مرکزگریز گازی استفاده میکنیم.

روش کار سانتریفیوژو اگه بخوام خیلی ساده‌ش کنم اینجوریه که

یه استوانه‌ست که داخلش با یه سرعت خیلی زیادی دور خودش

میچرخه یعنی توی هر ثانیه بیشتر از هزار بار میچرخه.

گاز اورانیوم هگزافلورایدو وارد این استوانه میکنن.

اتمای اورانیوم 238 یه مقداری سنگینترن چونکه سه تا نوترون بیشتر دارن تو هسته‌شون.

برای همین وقتی سانتریفیوژ میچرخه، نیروی گریز از مرکز بیشتری

بهشون وارد میشه، درنتیجه بیشتر به سمت لبه‌های استوانه به سمت بیرون حرکت می‌کنن.

برعکس اورانیوم 235 چون یه مقداری سبکتره بیشتر دور همون

محور چرخش باقی می‌مونه، همین اساس جداکردن اورانیوم 238 از 235 ئه.

اما با یکی دوتا سانتریفیوژ نمیشه کار زیادی کرد چون هر سانتریفیوژ

یه مقدار جزیی از ایزوتوپای اورانیومو از هم جدا میکنه.

برای همین از چندصدتا یا چندهزارتا سانتریفیوژ متصل

به هم استفاده می‌کنن که اصطلاحا بهش میگن آبشار سانتریفیوژ.

گاز اورانیوم هگزافلوراید بعد از اینکه از همه‌ی این

سانتریفیوژا میگذره یه غنی‌سازی مناسبی روش انجام میشه.

برای استفاده‌هایی مث تولید برق، کافیه غنی‌سازی دو سه درصد تا پنج درصد

انجام بشه، یعنی غلظت اورانیوم 235 از 0.7 درصد برسه به پنج درصد.

اما برای ساخت بمب اتم یا بعضی از کاربردای پزشکی غنی‌سازی بیشتری لازمه.

مثلا برای بمب اتم غنی‌سازی بالای هشتاد نود درصد لازمه.

هرچقدر سانتریفیوژای بیشتری روی اون گاز کار کنن غنی‌سازی

بیشتر میشه، یعنی به صورت خلاصه شما هی گاز UF6 معمولی وارد میکنی،

اورانیوم 235 شو جدا میکنی اضافه می‌کنی به اون مقداری که غنی‌سازی شده،

بعد همین باعث میشه که غلظت اورانیوم 235 هی بالاتر و بالاتر میره.

حالا که اورانیوم 235 مون به یه غلظت مناسبی رسید،

می‌تونیم ازش برای تولید انرژی استفاده کنیم.

برای اینکار از یه دستگاهی استفاده می‌کنیم به نام رآکتور.

ساختار رآکتور به صورت خیلی ساده اینجوریه که اورانیوم غنی‌شده

داخل یه سری غلاف یا پوشش وسط رآکتور قرار میگیره

اطرافشم با یه ماده‌ی خنک‌کننده که معمولا آبه پر می‌‌شه.

وقتی واکنش شکافت هسته‌های اورانیوم انجام میشه، گرمای خیلی زیادی بوجود میاد

که این گرما از طریق سیستم خنک‌کننده منتقل میشه به بیرون از رآکتور،

اونجا از این گرما از این انرژی استفاده میکنن برای حرکت دادن توربین برای تولید برق.

غیر از این رآکتورایی که برای تولید نیرو استفاده میشن، یه سری رآکتور تحقیقاتی هم

داریم که برای کارای پزشکی و ساخت دارو و تحقیقات استفاده میشن.

اما همونطور که گفتم، اگه واکنش‌های زنجیره‌ای شکافت کنترل نشن تو یه

چشم به هم زدن همه‌ی اتم‌ها شکافته میشن و اتفاقی میفته شبیه انفجار بمب اتم.

برای حل این مشکل، از کندکننده‌های نوترون استفاده می‌کنیم،

یعنی مواد خاصی که جذب کننده‌ی نوترون هستن و ازشون استفاده میشه برای

کند کردن فرایند شکافت یا اینکه کلا متوقفش کنیم.

مواد مختلفی برای این کار استفاده میشه مث کربن یا آب سنگین.

آب سنگینم شاید بد نباشه بدونیم چیه.

مولکولای آب همونطور که میدونید از یه اتم اکسیژن با دو تا اتم هیدروژن ساخته شدن.

اتم هیدروژن سه تا ایزوتوپ داره.

اولیش تو هسته‌ش فقط یه دونه پروتون داره، نوترون نداره،

که این همون هیدروژن معمولیه که توی مولکولای آب معمولی هست.

دومی، یه پروتون داره با یه نوترون، که بهش میگن دوتریوم.

اگه اتمای هیدروژنی که توی مولکولای آب هستن از این نوع

ایزوتوپ باشن، اون آب دیگه آب معمولی نیست، آب سنگینه.

خواص شیمیاییش مشابه آب معمولیه اما خواص فیزیکیش یه کمی فرق میکنه.

یه ایزوتوپ دیگه هم داره به نام تریتیوم که یه پروتون داره با دو تا نوترون.

که پرتوزا هم هست. پس آب سنگین در واقع هیچ فرقی

با آب معمولی نداره جز اینکه هیدروژنش یه نوترون بیشتر داره.

اما یه نوع دیگه‌ای از واکنش هسته‌ای هم وجود داره که نور خورشید و

بقیه‌ی ستاره‌ها همشون نتیجه‌ی این واکنشه، همجوشی هسته‌ای.

واکنش همجوشی یا گرماهسته‌ای یا گداخت که تو انگلیسی بهش میگن Fusion،

مث شکافت، یه واکنش هسته‌ایه اما دقیقا برعکس اونه.

تو واکنش شکافت یه نوترون وارد هسته‌ میشد، هسته ناپایدار میشد، تبدیل میشد به دوتا

هسته‌ی پایدار، بعد یه مقداریم انرژی و با یه مقدار نوترون ازاد میشد.

اما تو واکنش همجوشی، برعکس، دو تا اتم سبک‌تر به هم جوش میخورن

یه اتم سنگین‌تر بوجود میاد، باز اینجام یه مقدار زیادی انرژی آزاد میشه.

انجام واکنش همجوشی خیلی از واکنش شکافت سخت‌تره.

چون هسته‌ی اتما به خاطر اینکه از پروتون ساخته شدن، همشون بار الکتریکی

مثبت دارن که درنتیجه همدیگه رو دفع می‌کنن به خاطر بارهای همنام،

دقیقا مثل وقتی که شما دوتا آهنربای هم‌نامو دوتا قطب هم‌نام آهنربا رو

به هم نزدیک می‌کنید که دفع می‌کنن همدیگرو.

پس برای اینکه به این نیروی دافعه غلبه بشه اتما باید خیلی شدید

به هم برخورد کنن تا هسته‌هاشون به هم جوش بخوره.

این دقیقا همون اتفاقیه که تو مرکز خورشید یا بقیه‌ی ستاره‌ها میفته.

یعنی به خاطر دمای صد میلیون درجه و فشار خیلی زیاد،

اتمای هیدروژن با یه سرعت خیلی زیادی به هم برخورد میکنن هسته‌هاشون باهم ترکیب میشه.

برای همین می‌تونیم بگیم خورشید ما در واقع یه رآکتور همجوشی

غول‌پیکره که ما رو زمین داریم از انرژی همین همجوشی استفاده می‌کنیم.

واکنش همجوشی نسبت به واکنش شکافت چند تا مزیت داره.

یکیش اینه که سوختش خیلی بیشتر و ارزونتره،

یعنی مثلا هیدروژن نسبت به اورانیوم خیلی بیشتره خیلی راحت‌تر به دست میاد.

یه مزیت دیگه‌ش اینه که زباله‌های هسته‌ای تولید نمیکنه.

تو واکنش شکافت، یه سری پسماندای هسته‌ای هم تولید میشن که

خیلی هم پرتوزان، برای اینکه از شرشون خلاص بشیم هزینه‌های

خیلی گنده‌ای رو دستمون میذارن، محیط زیستم خیلی آلوده میکنن.

یه مزیت دیگه‌شم اینه که انرژی‌ای که تولید میکنه چند برابر واکنش شکافته.

اما با وجود این همه مزیت، چرا به‌جای شکافت از همجوشی استفاده نمی‌کنیم؟

دلیلش اینه که ساختن یه رآکتور همجوشی کار خیلی خیلی سختیه.

یعنی تازه تو همین یکی دو سال گذشته یه رآکتور همجوشی توی پروژه‌ای

به نام ITER ساخته شده اونم با همکاری چندتا کشور.

سختیش اینه که باید شرایط مرکز خورشیدو روی زمین تولید کنیم،

یعنی برای نگه داشتن اون گاز، گاز هیدروژن با دمای صد میلیون درجه هم

هیچ ظرفی نمی‌تونیم استفاده کنیم درنتیجه باید از میدان‌های مغناطیسی خیلی قوی

برای معلق نگه داشتنش استفاده کنیم چون توی دمای صد میلیون درجه

هیچ ظرفی وجود نداره که بتونه طاقت بیاره، از سخت‌ترین مواد هم

که باشه توی یه چشم به هم زدن نابود میشه.

چالشای این کار اینقد زیاده که این پروژه رو بزرگترین همکاری علمی بین‌المللی میدونن.

اما بعد از جنگ جهانی دوم، یعنی سال 1951 دانشمندا

متوجه شدن که میشه از گرمای شدیدی که از واکنش شکافت

بوجود میاد توی بمبای اتمی، برای همجوشی استفاده کرد.

اینجوری شد که یه نسل جدیدی از بمب‌های اتمی بوجود اومدن به نام بمب‌های هیدروژنی.

روال کار بمب هیدروژنی به صورت خیلی ساده اینجوریه که

وقتی که این بمب بر اثر شکافت هسته‌ای منفجر میشه گرمای خیلی زیادی تولید میکنه که

همین گرما باعث میشه که بین اتم‌های هیدروژن همجوشی اتفاق بیوفته.

در نتیجه گرما و انرژی خیلی زیادی آزاد میشه که مقدارش چند برابر بمب اتم معمولیه.

پس بمب هیدروژنی در واقع ترکیبی از هر دو نوع واکنش هسته‌ایه یعنی همجوشی و شکافت.

بمب اتمی که آمریکا باهاش شهر هیروشیما رو نابود کرد

قدرتش به اندازه‌ی بیست‌هزار تن تی‌ان‌تی بود.

اولین بمب هیدروژنی رو آمریکا سال 1952 ساخت.

سال 1961 شوروی بزرگترین بمب هیدروژنی رو ساخت به نام بمب تزار.

این بمب وحشتناک به اندازه‌ی 50 میلیون تن تی‌ان‌تی

قدرت داره یعنی تقریبا 2500 برابر اون بمبی که آمریکا انداخت روی هیروشیما.

حالا تصور کنید بمب هیروشیما یه شهرو کامل نابود کرد،

دیگه این بمب تزار که 2500 برابر اون قدرت داره چکار میتونه بکنه.

الان بیشتر بمبای هسته‌ای که کشورایی مث آمریکا و چین و روسیه و

کشورای دیگه دارن، از نوع همین بمبای هیدروژنی‌ان.

اینکه ما آدما تونستیم از ریزترین اجزای سازنده‌ی جهان، یعنی اتم‌ها یه همچین انرژیای

عظیمی به دست بیاریم، غیر از اینکه خیلی عجیبه، خیلی هم ترسناکه.

تا الان چند بار تو دنیا خطر جنگای هسته‌ای پیش اومده.

الان دیگه نسبت به زمان جنگ جهانی دوم که فقط یه کشور بمب اتم داشت

خیلی شرایط فرق کرده، 9 تا کشور رسما اعلام شده که بمب اتم دارن.

آمریکا و شوروی که زمان جنگ سرد علنا چند بار همدیگه رو

تهدید به استفاده از بمب اتم کردن، تا مرز استفاده هم پیش رفتن.

شلیک یه بمب اتم از طرف یکی از کشورا میتونه کل جهانو درگیر یه جنگ اتمی بکنه

که نتیجه‌ش هیچی نیست جز نابودی تمدن ما انسانا روی زمین.

انرژی هسته‌ای دقیقا مث یه چاقوی دو لبه‌س.

اگه این ویدیو رو دوس داشتی لایک یادت نره،

در آخرم مث همیشه، بدون ترس، سوال بپرس و دنبال جواب باش.