شکافت هسته ای :
پیشرفت فیزیک هسته در سالهای دهه 1930 خیلی با سرعت صورت گرفت. به دنبال کشف نوترون توسط چادویک در سال 1932 میلادی ، قدم طبیعی بعدی را مطالعه اثرات هسته های مختلف که در معرض پرتوهای نوترونی قرار می گرفتند تشکیل داد. انریکوفرمی و همکارانش در ایتالیا ، عناصر مختلفی را در معرض پرتوهای نوترونی قرار دادند و پرتوزایی القایی حاصل از گیراندازی نوترون را مطالعه کردند. آنها کشف کردند که خیلی از هسته ها به دنبال گیراندازی نوترون ،با گسیل واپاشیده می شوند و طی این فرایند، هسته ها تمایل دارند که با تبدیل یک نوترون به یک پروتون ، فزونی نوترونی را جبران کنند. نتیجه آن ، هسته باقی مانده ای است که عدد اتمی آن به اندازه یک واحد بیشتر است. قدم طبیعی بعدی آن بود که از این روش برای افزایش عدد اتمی استفاده شود و عناصر فرا اورانیم را تولید کنند، یعنی عناصری که بالاتر از سنگین ترین عنصر طبیعی که در طبیعت یافت می شود ( اورانیم) قرار می گیرند. در حقیقت ، روش پرتودهی اورانیم با نوترونها منجر به آشکار سازی فعالیتهای بتا زایی شد که در آغاز آنها را ناشی از عناصر جدید فرا اورانیم می دانستند ، ولی تلاشهای جدا سازی شیمیایی این عناصر به منظور مطالعه خواص آنها نتایج گیج کننده ای را به وجود آورد. خصوصاً به نظر می رسید که فعالیت القایی یک رفتار شیمیایی مشابه با باریم از خود نشان می دهد که به دنبال آن در آغاز فرض می شد این خواص از رادیم است که در جدول تناوبی درست زیر باریم یافت می شود و لذا ساختار اتمی و خواص شیمیایی آن خیلی مشابه خواص باریم است. اما، رادیم از طریق واکنش ( ) در اورانیم ایجاد می شود که باید خیلی غیر محتمل باشد. در سال 1939 میلادی ، هان واشتراسمن به کمک روشهای پرتو شیمیایی دقیق نشان دادند که در حقیقت فعالیت القایی از خود باریم است و نه چیز دیگری که از لحاظ شیمیایی مشابه آن باشد. کارهای بعدی بسیاری از هسته های میان جرم دیگر را که در بمباران اورانیم با نوترونها تشکیل می شوند ظاهر ساخت. آزمایشهای با استفاده از اتاقکهای یونش نشان داد که انرژی آزاد شده به دنبال گیراندازی نوترون خیلی بزرگ و از مرتبه 100MeV است، که مسلماً از هر انرژی واپاشی آلفازایی که قبلاً مشاهده شده بود بیشتر است. با توجه به این امر ، ماینتروفریش در 1939 اعلام داشتند که هسته های اورانیم به دنبال گیراندازی نوترون به شدت ناپایدار می شوند و تقریباً به دو نیمه تقسیم و شکافته می شوند ( واژه شکافت از زیست شناسان اخذ شده است که آن را در مورد تقسیم یاخته ها به کار می برند).
شکافت عمدتاً در اثر رقابت بین نیروهای هسته ای و کولنی در هسته های سنگین حاصل می شود . انرژی بستگی هسته ای کل تقریباً متناسب با A افزایش می یابد، در حالی که انرژیدافعه کولنی پروتونها به طور سریعتر ، مثلاً متناسب با Z2 ، افزایش می یابد.هرگاه گسیل یک پاره سنگین را به صورت یک فرایند واپاشی در نظر گیریم ، در این صورت می توان هسته های سنگین را به صورت هسته های واقع در نزدیکی لبه چاه پتانسیل در نظر گرفت، که در آن سد کولنی خیلی نازک و به آسانی قابل نفوذ است. در این صورت شکافت می تواند خودبه خود به عنوان یک فرایند واپاشی طبیعی روی دهد، یا می تواند از طریق جذب یک ذره با انرژی نسبتاً کم ، نظیر یک فوتون یا نوترون ایجاد شود .
1013 چرا هسته ها شکافته می شوند
از نظر انرژی آمادگی هسته ها را به شکافته شدن می توان فوراً با توجه به انرژی بستگی به ازای هرنوکلئون ، درک کرد. یک هسته سنگین واقع در ناحیه اورانیم دارای انرژی بستگی حدود 6MeV ر7 به ازای هر نولکئون است. هرگاه 238U به دو پاره مساوی با تقسیم شود، انرژی بستگی آنها به ازای هر نولکئون در حدود 5MeVر8 می شود . حرکت به سوی یک سیستم به شدت مقیدتر بدان معنی است که با آزادسازی انرژی سروکار داریم. یعنی انرژی از مقدار متناظر به هسته مقید که برابر 1809MeV - = 6ر7 × 238- است به مقدار متناظر به دو هسته مقید که مساوی -2033MeV = 5ر8 ×119× 2- است، تغییر می کند. برای پایستگی انرژی ، حالت نهایی باید شامل یک انرژی اضافی 214MeV باشد که می تواند در شکلهای مختلفی ظاهر شود ( گسیل ذرات نوترون ، بتا ، و گاما از پاره ها )، ولی بخش عمده آن (80% ~ ) به صورت انرژی جنبشی پاره ها ظاهر می شود، زیرا دافعه کولنی آنها را از یکدیگر دور می سازد. در محاسبه احتمالات واپاشی ، جمله ای وجود دارد که به رهایی انرژی وابسته است؛ بدین معنی که هر چه انرژی بیشتری آزاد شود ، طرق بیشتری برای محصولات واپاشی وجود دارد که انرژی را تقسیم کنند، تعداد حالتهای نهایی قابل حصول پس از واپاشی بیشتر است و احتمال واپاشی نیز زیادتر خواهد بود. با توجه به مقدار زیاد انرژی آزاد شده ، شکافت باید یک طریقه واپاشی سهل الوصولی برای این هسته ها باشد که « از منحنی انرژی بستگی بالا می روند».
در حالی که واپاشی شکافت حقیقتاً وجود دارد، ولی آن طور که بحث ما نشان می دهد تقریباً احتمال تحقق زیادی ندارد. بنابراین ، شکافت را نمی توان یک فرایند واپاشی مهم تلقی کرد مگر اینکه با هسته های با جرم 250 یا بالاتر سروکار داشته باشیم . آنچه مانع از تحقق فرایند شکافت می شود سد کولنی است که برای فرایند واپاشی آلفازا نیز ممانعت به عمل می آورد. هرگاه 238U را دو پاره یکسان تقسیم کنیم که درست به طور سطحی در تماس باشند ( فاصله = R1+R2 که در آن fm1ر6= 3/1(119)25ر1 = R2 = R1 است)، در این صورت سد کولنی برابر است با:
(fm . MeV 44ر1)=
هرگاه موقعیت دو پاره در حال سکون واقع در فاصله جدایی بینهایت دور از یکدیگر را به عنوان صفر مقیاس انرژی در نظر گیریم ، در این صورت می توانیم این سیستم را با شکل 105 نمایش دهیم. در داخل ناحیه پتانسیل هسته ای ، 238U می تواند به صورت دو هسته 119Pd وجود داشته باشد زیرا تعدا بسیار زیادی از حالتهای نهایی با آزاد سازی 214MeV انرژی قابل حصول اند. با این حال ، سد کولنی مانع جدا شدن پاره ها می شود، و احتمال واپاشی کوچک است زیرا نفوذ از سد نمی تواند صورت گیرد.
شامل 40 صفحه Word
دانلود تحقیق شکافت هسته ای
