تفاوت کلیدی – واکنش زنجیره ای کنترل شده در مقابل کنترل نشده
تفاوت اصلی بین واکنش های زنجیره ای کنترل شده و کنترل نشده در این است که واکنش های زنجیره ای کنترل شده منجر به هیچ گونه اثرات انفجاری نمی شود در حالی که واکنش های زنجیره ای کنترل نشده منجر به انتشار انرژی انفجاری می شود.
واکنش های زنجیره ای کنترل شده و واکنش های زنجیره ای کنترل نشده در شیمی هسته ای مورد بحث قرار می گیرند. یک واکنش زنجیره ای هسته ای زمانی رخ می دهد که یک واکنش هسته ای باعث پیشرفت برخی واکنش های هسته ای دیگر شود. این واکنش های زنجیره ای مقدار بسیار زیادی انرژی آزاد می کنند.
واکنش زنجیره ای کنترل شده چیست؟
یک واکنش زنجیره ای کنترل شده زنجیره ای از واکنش های هسته ای است که متعاقباً در شرایط کنترل شده انجام می شود. اجازه دهید این مفهوم را با استفاده از واکنش های شکافت هسته ای به عنوان مثال درک کنیم. یک واکنش زنجیره ای شکافت زمانی اتفاق می افتد که یک نوترون و یک ایزوتوپ شکافت پذیر با یکدیگر برهم کنش می کنند. این برهمکنش باعث آزاد شدن مقداری نوترون از هسته شکافت پذیر می شود. این نوترون‌های آزاد شده می‌توانند با دیگر ایزوتوپ‌های شکافت‌پذیر تعامل داشته باشند و باعث شروع واکنش‌های شکافت بعدی شوند. هنگامی که این واکنش ها به درستی کنترل و تنظیم شوند، به آن واکنش زنجیره ای کنترل شده می گویند. واکنش های شکافت کنترل شده را می توان در حضور تعدیل کننده ها انجام داد.
نیروگاه های هسته ای از واکنش های زنجیره ای کنترل شده استفاده می کنند. در آنجا، واکنش های زنجیره ای با کنترل سرعت واکنش های هسته ای کنترل می شوند. واکنش های زنجیره ای کنترل شده را می توان به راحتی به شکل کنترل نشده تبدیل کرد. واکنش ها را می توان با تنظیم مقدار ماده اولیه مورد استفاده (ایزوتوپ شکافت پذیر) کنترل کرد.به عنوان مثال، اگر مقدار اورانیوم مورد استفاده زیاد باشد، سرعت واکنش نیز بالا خواهد بود زیرا احتمال برهمکنش نوترون با ایزوتوپ شکافت پذیر زیاد است. سپس واکنش غیر قابل کنترل می شود. و همچنین با تنظیم زمان واکنش می توان یک واکنش زنجیره ای هسته ای را به یک واکنش کنترل شده تبدیل کرد. وقتی زمان واکنش کاهش می یابد، احتمال برهمکنش نوترون با ایزوتوپ شکافت پذیر کم است. سپس واکنش را می توان به راحتی کنترل کرد.
واکنش زنجیره ای کنترل نشده چیست؟
یک واکنش زنجیره ای کنترل نشده زنجیره ای از واکنش های هسته ای است که متعاقباً انجام می شود، اما نه در شرایط کنترل شده. بنابراین، یک واکنش زنجیره ای کنترل نشده می تواند به شدت انفجاری شود. به این دلیل است که این واکنش ها می توانند مقدار بسیار زیادی انرژی را در یک زمان آزاد کنند.
شکل 01: یک واکنش زنجیره ای کنترل نشده
برای مثال، ایزوتوپ رادیواکتیو اورانیوم-235 می تواند تحت شکافت هسته ای قرار گیرد و نوترون را به آرامی آزاد می کند. یک ایزوتوپ در یک زمان سه نوترون آزاد می کند. این سه نوترون می توانند با سه ایزوتوپ دیگر اورانیوم 235 واکنش نشان دهند و 9 نوترون (3 نوترون در هر ایزوتوپ) آزاد کنند. به همین ترتیب، واکنش زنجیره ای پیشرفت کرده و مقدار بسیار زیادی انرژی آزاد می کند. این واکنش های زنجیره ای هسته ای کنترل نشده در بمب های هسته ای استفاده می شود.
تفاوت بین واکنش زنجیره ای کنترل شده و کنترل نشده چیست؟
کنترل شده در مقابل واکنش زنجیره ای کنترل نشده |
|
| یک واکنش زنجیره‌ای کنترل‌شده زنجیره‌ای از واکنش‌های هسته‌ای است که متعاقباً در شرایط کنترل‌شده انجام می‌شود. | یک واکنش زنجیره‌ای کنترل‌نشده زنجیره‌ای از واکنش‌های هسته‌ای است که متعاقباً انجام می‌شود، اما نه در شرایط کنترل‌شده. |
| اجزای | |
| یک واکنش زنجیره ای کنترل شده در حضور تعدیل کننده ها انجام می شود. | یک واکنش زنجیره ای کنترل نشده در غیاب تعدیل کننده ها انجام می شود. |
| اقدامات کنترل | |
| یک واکنش زنجیره ای هسته ای از طریق تنظیم مقدار ایزوتوپ های شکافت پذیر موجود، کاهش زمان واکنش و استفاده از تعدیل کننده ها به یک واکنش زنجیره ای کنترل شده تبدیل می شود. | یک واکنش زنجیره ای کنترل نشده هیچ معیار کنترلی ندارد. |
| برنامه های کاربردی | |
| واکنش های زنجیره ای کنترل شده در نیروگاه های هسته ای برای تولید برق استفاده می شود. | واکنش های زنجیره ای کنترل نشده در بمب های هسته ای استفاده می شود. |
خلاصه - واکنش زنجیره ای کنترل شده در مقابل واکنش زنجیره ای کنترل نشده
واکنش های زنجیره ای هسته ای را می توان عمدتاً در مورد واکنش های شکافت هسته ای یافت. شکافت هسته ای شکست یک هسته اتمی ناپایدار است. تفاوت بین واکنش های زنجیره ای کنترل شده و کنترل نشده در این است که واکنش های زنجیره ای کنترل شده منجر به اثرات انفجاری نمی شود در حالی که واکنش های زنجیره ای کنترل نشده منجر به انتشار انرژی انفجاری می شود.
