واکنش زنجیره ای هسته ای فرآیندی است که در آن نوترون های ناشی از شکافت هسته ای باعث شکافت هسته های دیگر اتم ها می شوند.
در اواخر سال ۱۹۳۸ اتو هان، لیزه مایتنر و فردریک اشتراسمن به اکتشافی دست یافتند که دنیا را تحت تأثیر قرار داد، آن ها متوجه شدند که می توان کاری کرد که هسته های اورانیوم ۲۳۵ شکسته شوند.
فرض کنید که نوترونی در اطراف یک هسته اورانیوم ۲۳۵ آزادانه در حال حرکت است. این هسته تمایل زیادی دارد که نوترون کند را به درون خود بکشاند و آن را جذب کند. هسته اورانیوم پس از گیر اندازی این نوترون دیگر هسته ای پایدار نیست و ناگهان از هم شکافته می شود. این هسته در طی فرایند شکافت به دو یا چند هسته با جرم کوچک تر، یعنی به صورت هسته های عناصر نزدیک به مرکز جدول تناوبی تجزیه می شود.
به طور کلی در فرایند شکافت اگر یک نوترون به هسته اصابت کند به طور میانگین ۵٫۲ نوترون در اثر شکافت آزاد می شود حال اگر ما تعداد نوترون های آزاد شده را ۳ عدد فرض کنیم و مدت زمان لازم برای تحقق هر شکافت ۰/۰۱ ثانیه باشد، مقدار اورانیوم مصرف شده در یک ثانیه در حدود ۱۰ به توان ۲۳ کیلوگرم خواهد بود. واضح است که واکنش زنجیره ای شکافت می تواند مقادیر قابل توجهی از اورانیوم را در مدت زمان ناچیزی به انرژی تبدیل کند.
مشخص است که ما نیازی به تولید مستمر نوترون نداریم بلکه با اصابت اولین نوترون به هسته و آزاد شدن نوترون های ناشی از فرایند شکافت ما می توانیم نوترون مورد نیاز خود را بدست آوریم که مسلماً این تعداد نوترون بسیار بیشتر از نیاز ما خواهد بود. به حداقل مقدار اورانیومی که برای فرایند شکافت لازم است جرم بحرانی یا مقدار بحرانی می گویند. از به هم پیوستن دو یا چند جرم بحرانی یک ابر جرم بحرانی حاصل می شود.
حال اگر بخواهیم واکنش زنجیره ای ادامه پیدا کند، حفظ یک اندازه حیاتی برای ماده اولیه اورانیوم ضرورت دارد. در صورتی که مقدار اورانیوم را خیلی کمتر از جرم حیاتی ( بحرانی ) بگیریم، بیشتر نوترون های تولیدی فرار خواهند کرد زیرا این فرار به عواملی چون شکل فیزیکی اورانیوم و جرم آن وابسته است و در نتیجه واکنش متوقف می شود. از سوی دیگر اگر مقدار اورانیوم را فوق العاده زیاد بگیریم مثلاً به اندازه یک ابر جرم حیاتی ( بحرانی ) ، تمام نوترون های تولیدی در واکنش های بعدی شرکت خواهند کرد و انرژی آزاد شده در یک فاصله زمانی کوتاه آنچنان زیاد خواهد شد که نتیجه ای جز انفجار نخواهد داشت!! بین این دو حالت یک خط فاصل وجود دارد:اگر بزرگی کره اورانیومی شکل را درست برابر اندازه بحرانی بگیریم آنگاه از هر شکافت فقط یک نوترون برای شرکت در شکافت بعدی باقی می ماند در این صورت واکنش با آهنگ ثابتی ادامه می یابد. از خاصیت حالت سوم برای عملکرد نیروگاه های هسته ای استفاده می کنند. جرم حیاتی اورانیم حدود بیست و سه کیلو گرم است .
این نوشته برگرفته از سایت ویکی پدیا می باشد، اگر نادرست یا توهین آمیز است، لطفا گزارش دهید: گزارش تخلفدر اواخر سال ۱۹۳۸ اتو هان، لیزه مایتنر و فردریک اشتراسمن به اکتشافی دست یافتند که دنیا را تحت تأثیر قرار داد، آن ها متوجه شدند که می توان کاری کرد که هسته های اورانیوم ۲۳۵ شکسته شوند.
فرض کنید که نوترونی در اطراف یک هسته اورانیوم ۲۳۵ آزادانه در حال حرکت است. این هسته تمایل زیادی دارد که نوترون کند را به درون خود بکشاند و آن را جذب کند. هسته اورانیوم پس از گیر اندازی این نوترون دیگر هسته ای پایدار نیست و ناگهان از هم شکافته می شود. این هسته در طی فرایند شکافت به دو یا چند هسته با جرم کوچک تر، یعنی به صورت هسته های عناصر نزدیک به مرکز جدول تناوبی تجزیه می شود.
به طور کلی در فرایند شکافت اگر یک نوترون به هسته اصابت کند به طور میانگین ۵٫۲ نوترون در اثر شکافت آزاد می شود حال اگر ما تعداد نوترون های آزاد شده را ۳ عدد فرض کنیم و مدت زمان لازم برای تحقق هر شکافت ۰/۰۱ ثانیه باشد، مقدار اورانیوم مصرف شده در یک ثانیه در حدود ۱۰ به توان ۲۳ کیلوگرم خواهد بود. واضح است که واکنش زنجیره ای شکافت می تواند مقادیر قابل توجهی از اورانیوم را در مدت زمان ناچیزی به انرژی تبدیل کند.
مشخص است که ما نیازی به تولید مستمر نوترون نداریم بلکه با اصابت اولین نوترون به هسته و آزاد شدن نوترون های ناشی از فرایند شکافت ما می توانیم نوترون مورد نیاز خود را بدست آوریم که مسلماً این تعداد نوترون بسیار بیشتر از نیاز ما خواهد بود. به حداقل مقدار اورانیومی که برای فرایند شکافت لازم است جرم بحرانی یا مقدار بحرانی می گویند. از به هم پیوستن دو یا چند جرم بحرانی یک ابر جرم بحرانی حاصل می شود.
حال اگر بخواهیم واکنش زنجیره ای ادامه پیدا کند، حفظ یک اندازه حیاتی برای ماده اولیه اورانیوم ضرورت دارد. در صورتی که مقدار اورانیوم را خیلی کمتر از جرم حیاتی ( بحرانی ) بگیریم، بیشتر نوترون های تولیدی فرار خواهند کرد زیرا این فرار به عواملی چون شکل فیزیکی اورانیوم و جرم آن وابسته است و در نتیجه واکنش متوقف می شود. از سوی دیگر اگر مقدار اورانیوم را فوق العاده زیاد بگیریم مثلاً به اندازه یک ابر جرم حیاتی ( بحرانی ) ، تمام نوترون های تولیدی در واکنش های بعدی شرکت خواهند کرد و انرژی آزاد شده در یک فاصله زمانی کوتاه آنچنان زیاد خواهد شد که نتیجه ای جز انفجار نخواهد داشت!! بین این دو حالت یک خط فاصل وجود دارد:اگر بزرگی کره اورانیومی شکل را درست برابر اندازه بحرانی بگیریم آنگاه از هر شکافت فقط یک نوترون برای شرکت در شکافت بعدی باقی می ماند در این صورت واکنش با آهنگ ثابتی ادامه می یابد. از خاصیت حالت سوم برای عملکرد نیروگاه های هسته ای استفاده می کنند. جرم حیاتی اورانیم حدود بیست و سه کیلو گرم است .
wiki: واکنش زنجیره ای هسته ای