شکافت هسته ای فرآیندی است که در آن هسته یک اتم همراه با آزاد شدن انرژی به دو یا چند هسته کوچکتر تقسیم می شود. این فرآیند نوعی رادیواکتیویته است و در کاربردهای مختلفی از جمله نیروگاه های هسته ای و بمب های اتمی استفاده می شود.
رادیواکتیویته فرآیندی است که در آن هسته های ناپایدار اتم با انتشار تشعشع انرژی خود را از دست می دهند. سه نوع اصلی تابش وجود دارد: ذرات آلفا، ذرات بتا و اشعه گاما. این انتشارات می توانند مضر باشند، اما در پزشکی، صنعت و تولید انرژی نیز کاربردهای مفیدی دارند.
اتم ها بلوک های اصلی سازنده ماده هستند. آنها از یک هسته تشکیل شده اند که شامل پروتون ها و نوترون ها و الکترون هایی است که به دور هسته می چرخند. تعداد پروتون های هسته عنصر را تعیین می کند. به عنوان مثال، هیدروژن دارای یک پروتون است، در حالی که اورانیوم دارای 92 پروتون است.
در طول شکافت هسته ای، هسته یک اتم سنگین، مانند اورانیوم-235 یا پلوتونیوم-239، یک نوترون را جذب می کند. این امر هسته را ناپایدار می کند و باعث می شود که به دو هسته کوچکتر به نام قطعات شکافت تقسیم شود. همراه با این قطعات، چندین نوترون و مقدار زیادی انرژی آزاد می شود.
نوترون های آزاد شده در طول شکافت می توانند باعث ایجاد واکنش های شکافت بیشتر در هسته های مجاور شوند. این یک واکنش زنجیره ای ایجاد می کند. اگر واکنش زنجیره ای کنترل شود، می توان از آن برای تولید انرژی در یک نیروگاه هسته ای استفاده کرد. اگر کنترل نشده باشد، می تواند منجر به انفجار شود، مانند بمب اتمی.
انرژی آزاد شده در طول شکافت هسته ای از نیروهای هسته ای قوی می آید که هسته را کنار هم نگه می دارند. وقتی هسته شکافته می شود، مقداری از این انرژی به گرما و تشعشع تبدیل می شود. از این انرژی می توان برای تولید برق استفاده کرد.
نیروگاه های هسته ای: در یک نیروگاه هسته ای، واکنش های شکافت کنترل شده تولید گرما می کند که برای تولید بخار استفاده می شود. بخار توربین هایی را به حرکت در می آورد که برق تولید می کنند. این فرآیند گازهای گلخانه‌ای تولید نمی‌کند و آن را جایگزین پاک‌تری برای سوخت‌های فسیلی می‌کند.
کاربردهای پزشکی: ایزوتوپ های رادیواکتیو تولید شده توسط شکافت در تصویربرداری پزشکی و درمان سرطان استفاده می شوند. به عنوان مثال، ید-131 برای درمان سرطان تیروئید استفاده می شود.
بمب های اتمی: در بمب های اتمی از واکنش های شکافت کنترل نشده استفاده می شود. آزاد شدن سریع انرژی باعث انفجاری عظیم می شود.
شما می توانید یک واکنش زنجیره ای را با استفاده از دومینو نشان دهید. یک صف از دومینوهای ایستاده برپا کنید. هنگامی که اولین دومینوی را می کوبید، باعث سقوط دومینوی بعدی و غیره می شود و یک واکنش زنجیره ای ایجاد می کند. این شبیه به این است که چگونه نوترون ها واکنش های شکافت بیشتری را در یک واکنش زنجیره ای هسته ای ایجاد می کنند.
شکافت هسته ای زباله های رادیواکتیو تولید می کند که باید به دقت مدیریت شود تا از آلودگی محیط زیست جلوگیری شود. علاوه بر این، همیشه خطر حوادثی مانند فاجعه چرنوبیل وجود دارد که می تواند عواقب شدیدی داشته باشد.
