دانلود تحقیق تاریخچه کشف و گسترش انرژی هسته ای

دانلود تحقیق تاریخچه کشف و گسترش انرژی هسته ای

مقدمة تاریخی

داستان كشف و گسترش انرژی هسته‌ای، كه در مفهوم این پژوهش انرژی‌ای است كه در اثر شكافت اوارنیم و احتمالاً عناصر سنگین دیگر آزاد می‌شود، به سال 1311/1932، كه چادویك در آزمایشگاه كاوندیش، واقع در كمبریج، نوترون را شناسایی كرد، بر می‌گردد.

این كشف از چند نظر دارای اهمیت بود. اولاً، تشریح ساختار اتم به شكل قابل قبول‌تری امكان پذیر شد و نشان داده شد كه هر عنصر بخصوص ممكن است چندین ایزوتوپ مختلف، یعنی گونه‌های مختلفی كه تعداد نوترون‌های آنها فرق می‌كند، داشته باشد. ثانیاً، نوترون ذرة جدیدی بود كه برای بمباران هستة اتم و ایجاد واكنشهای مصنوعی در اختیار دانشمندان فیزیك اتمی قرار می‌گرفت. در سالهای قبل از آن، دانشمندان برای این منظور از ذرات پروتون و آلفا (هستة عنصر هلیم) استفاده می‌كردند، اما بلافاصله بعد از كشف نوترون این دانشمندان، بخصوص دانشمند ایتالیایی فرمی كه در رم كار می‌كرد، دریافتند كه این ذره به علت بی‌بار بودن (برخلاف پروتون و ذرة آلفا) آسان‌تر به درون سد پتاسیل هستة اتم نفوذ كرده با آن برهم كنش می‌كند.

چند سال بعد، فرمی و همكارانش در رم عناصر طبیعی زیادی را با نوترون بمباران كردند و فرآورده‌های واكنشهای حاصل را مورد مطالعه قرار دادند. در بسیاری موارد فرمی دریافت كه ایزوتوپ‌های پرتوازی عنصر اصلی تولید می‌شدند، و وقتی این ایزوتوپ‌ها وا می‌پاشیدند عناصر دیگری، كمی سنگین‌تر از عناصر اصلی است، تولید می‌شدند. با این روش اورانیم، سنگین‌ترین عنصر طبیعی، در اثر بمباران با نوترون به عناصر سنگین‌تر فرا اوارنیم، كه به صورت طبیعی روی زمین یافت نمی‌شدند، تبدیل شد. در این برهه، فرمی دو كشف بزرگ دیگر هم صورت داد، یكی اینكه نوترون‌های كم انرژی بطور كلی برای تولید واكنشهای هسته‌ای مؤثرند از نوترون‌های پر انرژی هستند، و دیگر

اینكه مؤثرترین راه كند كردن نوترون‌های پر انرژی پراكندگیهای متوالی آنها از عناصر سبك مثل هیدروژن در تركیباتی مثل آب و پارافین است. نقش مهم این دو كشف در گسترش انرژی هسته‌ای در سالهای بعد به ثبوت رسید.

آزمایشهای فرمی روی اورانیم توسط دو شیمیدان آلمانی به نامهای هان و استراسمن تكرار شد. این دو نفر در سال 1317/1938 كشف كردند كه یكی از فراورده‌های برهم كنش نوترون با اورانیم، باریم است كه عنصری است در میانة جدول تناوبی. ظاهراً واكنشی رخ داده بود كه در آن هستة سنگین اورانیوم، در اثر بمباران با نوترون، به دو هستة با جرم متوسط تقسیم شده بود. دو فیزیكدان، به نامهای مایتنر و فریش، با شنیدن خبر این كشف و بر مبنی مدل قطره ـ مایعی هستة اتم توضیحی برای این فرایند پیدا و محاسبه كردند كه انرژی بسیار زیادی (خیلی بیش از آنچه كه در فرایندهای شناخته شدة پیش از آن دیده شده بود) از این فرایند كه نام شكافت بر آن گذاشته شد آزاد می‌شود.

جلوه‌های مهم دیگری از شكافت در ماههای بعد كشف شد. ژولیو و همكاران او در فرانسه نشان دادند كه در فرایند شكافت چند نوترون هم گسیل می‌شود، و بعداً معلوم شد كه این نوترون‌ها انرژی خیلی بالایی دارند. به این ترتیب این امكان وجود داشت كه فرایند شكافت، كه با یك نوترون آغاز می‌شد و دو یا سه نوترون تولید می‌كرد، در صورت بروز شكافت دیگری توسط این نوترون‌های جدید، ادامه پیدا كند. زنجیره ـ واكنش خود ـ نگهداری كه به این ترتیب ایجاد می‌شد قادر بود مقدار فوق‌العاده زیادی انرژی ایجاد كند.

دو نوع واكنش زنجیره‌یا شكافت متمایز در پیش رو بود: یكی آنكه فرایند شكافت با آهنگ پایا و كنترل شده‌ای انجام می‌شد و به صورت پایا و پیوسته‌ای انرژی آزاد می‌كرد؛ و دیگر اینكه آهنگ شكافت به حدی سریع و كنترل نشده می‌بود كه، واقعاً، یك انفجار هسته‌ای با توان تخریب خیلی زیاد تولید می‌كرد. با این همه، پیش از اینكه این ایده‌ها می‌توانستند به واقعیت حتی نزدیك بشوند، مجهولات و مشكلات زیادی باید حل می‌شد. در میان این مجهولات، سطح مقطع شكافت اوارنیم 235 (میزان احتمال انجام این نوع واكنش) بود، و تا این كمیت مشخص نمی‌شد هیچ راهی وجود نداشت كه بگوییم آیا واكنش زنجیره‌ای ممكن هست یا خیر، و اگر امكان داشت جرم بحرانی اورانیم لازم چه مقدار بود. همچنین معلوم شده بود كه برای دستیابی به یك واكنش زنجیره‌ای در انواع مشخصی از سیستم‌هایی كه برای تولید پایا و پیوستة انرژی طراحی می‌شدند لازم بود انرژی نوترون‌هایی كه توسط شكافت تولید می‌شدند به مشخص نمی‌شد هیچ راهی وجود نداشت كه بگوییم آیا واكنش زنجیره‌ای ممكن هست یا خیر، و اگر امكان داشت جرم بحرانی اورانیم لازم چه مقدار بود. همچنین معلوم شده بود كه برای دستیابی به یك واكنش زنجیره‌ای در انواع مشخصی از سیستم‌هایی كه برای تولید پایا و پیوستة انرژی طراحی می‌شدند لازم بود انرژی نوترون‌هایی كه توسط شكافت تولید می‌شدند به انرژی‌های خیلی پایین‌تری كاهش می‌یافتند تا، همان طور كه فرمی نشان داده بود، شكافتهای بیشتر را آسان‌تر باعث می‌شدند. ماده‌ای كه برای حصول این فرایند كند شدگی لازم بود كند كننده نام گرفت، و یكی از كند كننده‌های اولیه‌ای كه در آزمایشها مورد استفاده قرار گرفت آب سنگین بود، كه در زمان مورد بحث در اروپا فقط در یك جا پیدا می‌شد – شركت هیدرو الكتریك (برق ـ آب= برقاب) نروژ، و تمام موجودی آن را در 1319/1940 فرانسه خریداری كرد.

كشف شكافت در 1317/ 1938 و پیشرفتهای بیشتر در سال 1318/1939، كه درست پیش از شروع جنگ جهانی دوم رخ داد، نمی‌توانست در زمانی حساس‌تر از آن در تاریخ جهان اتفاق بیفتد. اگر هیتلر كاملاً به اهیمت این كشف پی برده و دانشمندانش را به توسعة آن تشویق كرده بود، به احتمال زیاد آلمان اولین كشوری می‌بود كه سلاح هسته‌ای تولید می‌كرد و تاریخ جهان در سی یا چهل سال گذشته خیلی تفاوت می‌كرد. خوشبختانه، از دید انگلیسی‌ها، هیتلر قدر كشفیات دانشمندان اتمی خود را، كه بسیاری از آنها یهودی و در حال مهاجرت به بریتانیا و آمریكا بودند، ندانست و تحقیقات شكافت در آلمان با امكانات و اولویت محدودی دنبال شد. تحقیقات شكافت در فرانسه هم در خرداد ـ تیر / ژوئن 1319/1940 ناگهان قطع شد و دو دانشمند پیشتاز فرانسوی، هالبان و كوارسكی، به همراه ذخیرة حیاتی آب سنگین فرانسه به بریتانیا آمدند.

به این ترتیب در تابستان 1319/1940 بریتانیا، كه تا آن زمان دست تنها درگیر مقابله با آلمان بود، به كانون تحقیقات شكافت تبدیل گردید. در آن سال، اجتماع بزرگی از دانشمندان برجستة دنیا در بریتانیا وجود داشت، كه تعداد زیادی از آنها پناهندگان اروپایی بودند. شرایط، فوق‌العاده حساس و اضطراری بود، چون مشخص شده بود كه اولین كشور سازندة بمب اتمی به احتمال قوی برندة جنگ خواهد بود، و هیچكس دقیقاً نمی‌دانست آلمانها چه می‌كنند. در آن سال، دانمشندان حاضر در بریتانیا پیشرفت قابل ملاحظه‌ای كردند و بطور نظری نشان دادند كه با استفاده از اورانیم 235 می‌توان یك بمب اتمی با توان انفجار ویران‌گری ساخت، كه این خود حملات هوایی، این اقدامات غیر عملی به نظر می‌رسیدند. لذا تصمیم بر آن شد كه تقریباً تمام كار تحقیقات، گسترش و تولید به ایالات متحدة آمریكا، كه كار بر روی شكافت در حال پیشرفت بود، هر چند نه در سطح پیشرفته و درجة اضطرار بریتانیا، منتقل شود. زیرا آمریكا دارای منابع صنعتی لازم بود و، حتی پس از شروع جنگ با ژاپن، از حملات هوایی در امان بود.

فایل ورد 21 ص