شکافت هسته‌ای چیست؟

شکافت هسته‌ای فرآیندی است که در آن هسته یک اتم به دو یا چند هسته کوچک‌تر و ذرات دیگر تقسیم می‌شود. این ذرات ممکن است شامل نوترون‌ها، ذرات آلفا (هسته هلیوم)، ذرات بتا (الکترون‌ها) و پرتوهای گاما (که ذرات نور یا فوتون هستند) باشند. در سال ۱۹۳۸ میلادی اُتو هان (Otto Hahn)، لیزه مایتنِر (Lise Meitner) و فریتس اشتراسمان (Fritz Strassmann) از طریق بمباران عناصر با نوترون، شکافت را کشف کردند.

واکنش‌های شکافت و تولید انرژی

هنگامی که هسته یک ماده توسط ذراتی مانند نوترون و پروتون بمباران می‌شود، شکافت آغاز می‌شود. این نوع شکافت که به عنوان واکنش هسته‌ای شناخته می‌شود، مقادیر چشمگیری گرما و تشعشع آزاد می‌کند. نیروگاه‌های هسته‌ای مدرن از این گرما برای جوشاندن آب استفاده می‌کنند و توربین‌های بخار را که برق تولید می‌کنند، به حرکت در می‌آورند.

دانشمندان از عبارت سطح مقطع شکافت برای توصیف احتمال وقوع شکافت استفاده می‌کنند. سطح مقطع شکافت بستگی به انرژی ذره ورودی و مواد هسته‌هایی دارد که مورد اصابت قرار می‌گیرند.

شکافت خود به خود و واپاشی طبیعی

شکافت همچنین ممکن است خودبه‌خود و به طور طبیعی رخ دهد. این فرآیندی است که در آن عناصر رادیواکتیو به عناصر سبک‌تر تجزیه می‌شوند. برخی از مواد به طور طبیعی ناپایدار هستند و از واپاشی پرتوزا برای رسیدن به حالت پایدارتر استفاده می‌کنند؛ این روشی است که برخی از دستگاه‌های اعلام حریق در منازل با آن کار می‌کنند: آن‌ها جریان الکتریکی تولید شده از ذرات حاصل از واپاشی پرتوزا را استفاده می‌کنند. اگر ذرات دود جریان را مختل کند، زنگ هشدار خاموش می‌شود.

راکتورهای هسته‌ای از شکافت اورانیوم برای سوخت استفاده می‌کنند. یک گلوله سوخت اورانیوم در اندازه یک تخم‌مرغ، به اندازه ۸۸ تُن زغال‌سنگ انرژی دارد.