مقاله ی پنجم: فیسایل ها و فرتایل ها /Article 5:fissile and fertile
سه شنبه, ۱۷ خرداد ۱۴۰۱، ۰۹:۱۹ ب.ظ
برخلاف همجوشی که به ذرات با بار الکتریکی مشابه و همچنین به انرژی جنبشی بالا برای برهمکنش نیاز دارد، شکافت می تواند با استفاده از ذرات با بار خنثی(نوترون) که در هر سرعتی حرکت می کنند و همچنین با استفاده از ذرات دیگر نیز اتفاق بیفتد ولی چون بمباران کردن عناصر سنگین توسط نوترون ها باعث آزاد شدن 2 تا 3 نوترون در هر واکنش می گردد باعث ادامه دار بودن واکنش خواهد بود.
Unlike fusion, which requires particles with the same electric charge as well as high kinetic energy to interact, fission can occur using neutrally charged particles (neutrons) that move at any speed, as well as other particles. But because the bombardment of heavy elements by neutrons causes the release of 2 to 3 neutrons in each reaction, it will cause the reaction to be continuous.
نوترون در سال 1932 توسط چادویک chadwick کشف شد و تحقیقات گسترده تری تا سال 1939 در آلمان بر روی شکافت انجام شد. پس از آن در یک آزمایش مشاهده گردید که نوترون توسط هسته ی اورانیوم گیر انداخته شد و باریم تولید شد. این اولین اثبات وجود شکافت و تولید پاره های شکافت(fission fragment) بود.
Neutrons were discovered by Chadwick in 1932, and more extensive research on fission was carried out in Germany until 1939. An experiment later showed that neutrons were trapped by the uranium nucleus and barium was produced. This was the first proof of the existence of fission and the production of fission fragments.
فرمی در پیل اتمی که درزیر استادیوم ورزشی شیکاگو احداث شده بود موفق به اعمال فرآیند شکافت ادامه دار شد. در این پیل ،بلوک های اورانیومی و گرافیتی برروی هم چیده شده بودند.
Fermi in the atomic cell that was built under the Chicago Sports Stadium succeeded in applying the continuous fission process. In this cell, uranium and graphite blocks were stacked on top of each other.
2 ایزوتوپ توریوم232 و اورانیوم 238 در طبیعت وجود دارند و چون مواد شکافت پذیر ازین دو ایجاد می شوند به آن ها فرتایل (fertile) گفته می شود. این مواد شکافت پذیر (فیسایل ها ) عبارت اند از: اورانیوم 235 ، پلوتونیوم 239 و اورانیوم 233 . اورانیوم 235 در اورانیوم طبیعی با نسبت 0.712 در صد وجود دارد که با افزایش درصد آن توسط فرآیندهای غنی سازی می توان بصورت ترکیبی با دیگر ایزوتوپ ها قابل استفاده گردد. پلوتونیوم 239 از فرتایل اورانیوم 238 در واکنش های هسته ای ایجاد شده و اورانیوم 233 نیز توسط توریوم 232 ایجاد می گردد. وقتی نوترون در یک جهت صحیح با مواد شکافت پذیر برخورد کند، ان ایزوتوپ را به دو عنصر سبک تر با جرم نامساوی ( و به احتمال بسیار کم 3 یا 4 ) با جرم نامساوی تبدیل می کند. که به این ها پاره های شکافت می گوییم. تا بحال 35 عنصر پاره های شکافت شناسایی شده است. این عناصر با واپاشی های هسته ای به عناصر دیگر تبدیل می شوند. مجموع این عناصر و پاره های شکافت را محصولات شکافت(fission product) می نامیم.
There are two isotopes, thorium-232 and uranium-238, in nature, and because fissile materials are formed from them, they are called fertile. These fissile materials are: uranium 235, plutonium 239 and uranium 233. Uranium-235 is present in natural uranium in a ratio of 0.712 percent, which can be used in combination with other isotopes by increasing its percentage by enrichment processes. Plutonium-239 is made from the fructile of uranium-238 in nuclear reactions, and uranium-233 is made from thorium-232. When a neutron collides with fissile material in the right direction, it converts the isotope into two lighter elements of unequal mass (and very likely 3 or 4) of unequal mass. These are called fission fragments. So far, 35 fracture elements have been identified. These elements are transformed into other elements by nuclear decay. The sum of these elements and fission fragments are called fission products.
یک مثال از تولید پاره های شکافت باریم 137 و کریپتون 97هستند که از اورانیوم 235 ایجاد می شوند و دو نوترون هم آزاد می شود.
An example of the production of fission fragments is barium 137 and krypton 97, which are made from uranium-235 and release two neutrons.
جرم قبل از واکنش 0.280amu ، بیشتر از جرم پس از واکنش است. و این بدان معناست که 194mev انرژی معادل 18-10*8.6 kwhr آزاد می شود. واکنش ناشی از هر گرم اورانیوم برابر است با mev 1023*5 یا 104*2.3 kwhr در کل انرژی حاصل از یک پوند اورانیوم برابراست با انرژی آزاد شده از 2.5 میلیون پوند ذغال سنگ . البته واکنش شکافت در 100 درصد مواد شکافت پذیرغیر ممکن است چرا که برخی از واکنش ها منجر به گیر اندازی نوترون در هسته ی اورانیوم می شود و از طرف دیگر پاره های شکافت که نوترون را جذب می کنند باعث توقف زنجیره دار بودن شکافت خواهد شد که این البته به درصد غنای سوخت بستگی دارد. این حالت با توجه به غنای سوخت معمولا زمانی که 1 % از سوخت قابل شکافت ، سوخته شود اتفاق می افتد واین سوخت مسوم فقط با باز فرآوری و خارج کردن پاره های شکافت ، قابل استفاده است.
The mass before reaction is 0.280 amu, greater than the mass after reaction. This means that 194mev of energy is released equivalent to 18-10 * 8.6 kwhr. The reaction per gram of uranium is equal to 1023 * 5 or 104 * 2.3 kwhr mev. The total energy produced from one pound of uranium is equal to the energy released from 2.5 million pounds of coal. Of course, a fission reaction in 100% fissile material is impossible because some reactions lead to the neutron being trapped in the uranium nucleus, and on the other hand, the fission fragments that absorb the neutron will stop the fission being chained. This of course depends on the percentage of fuel richness. Due to the richness of the fuel, this condition usually occurs when 1% of the fissile fuel is burned, and this toxic fuel can only be used by reprocessing and removing the fission fragments.
