انرژي هسته اي، شکل اصلي ديگري از انرژي است که در داخل اتم قرار دارد . يکي از قوانين جهاني اين است که انرژي نه توليد پذير است و نه از بين رفتني ، اما به شکلهاي ديگر قابل تبديل است.
ماده را مي توان به انرژي تبديل نمود. آلبرت انيشتن ، مشهورترين دانشمند جهان ، فرمول رياضي خاصي را براي شرح اين نظريه ارائه نموده است :
E = MC2
برطبق فرمول فوق انرژي (E) برابر است با جرم (m) ضربدر سرعت نور به توان دو .
لطفاً توجه داشته باشيد که بعضي از نرم افزارهاي وب قادر به نمايش توان روي شبکه نيستند. معمولاً مجذور C توسط قرار دادن عدد 2 کوچک در بالا و سمت راست C نشان داده مي شود. دانشمندان از معادله انيشتن براي آزاد سازي انرژي نهفته در اتم و نيز جهت ساخت بمب اتمي استفاده نمودند.
يونانيان قديم براين باور بودند که کوچکترين جزء طبيعت ، اتم است. اما در 2000 سال قبل ، آنها نمي دانستند که ذرات کوچکتر از اتم نيز در طبيعت يافت مي شود.
همانطوريکه در فصل 2 گفتيم ، اتمها از ذرات کوچکتري به نام هسته ، که خود متشکل از پروتون و نوترون هستند ، تشکيل شده اند. اين اتمها توسط الکترونهايي احاط شده که بدور آنها مي چرخند، درست مثل گردش زمين به دور خورشيد.

شکاف هسته اي

هسته اتم مي تواند شکافته شود. زمانيکه اين مسئله رخ ميدهد، مقدار زيادي انرژي آزاد مي شود. اين انرژي به دو صورت گرما و نور است. انيشتن معتقد بود که مقدار کوچکي از ماده حاوي مقدار زيادي انرژي است. زمانيکه اين انرژي ، آهسته از اتم خارج مي شود ، مي توان آنرا مهار نمود و توليد برق نمود. اما زمانيکه انرژي موجود در هسته اتم بطور ناگهاني آزاد مي شود ، انفجار عظيمي مانند بمب اتم رخ ميدهد.
سوخت يک نيروگاه هسته اي (مانند نيروگاه هسته اي کانيون در تصوير) ، اورانيوم است. اورانيوم عنصري است که در اکثر مناطق جهان از زيرزمين استخراج مي شود. اورانيوم بعداز مرحله کانه آرايي بصورت قرصهاي بسيار کوچکي در داخل ميله هاي بلند قرار گرفته و داخل رآکتور نيروگاه نصب مي شوند. کلمه «Fission» به معني شکافت است. در داخل رآکتور يک نيروگاه اتمي ، اتمهاي اورانيوم تحت يک واکنش زنجيره اي کنترل شده ، شکافته مي شوند. در يک واکنش زنجيره اي ، ذرات حاصل از شکافت اتم به ساير اتمهاي اورانيوم برخورد کرده و باعث شکافت آنها مي گردند. هريک از ذرات آزاد شده مجدداً باعث شکافت ساير اتمها در يک واکنش زنجيره اي مي شود. درنيروگاههاي هسته اي ، معمولاً از يک سري
ميله هاي کنترل جهت تنظيم سرعت واکنش زنجيره اي استفاده مي گردد. عدم کنترل اين واکنشها
مي تواند منجربه توليد بمب اتم شود. اما در بمب اتم ، تقريباً ذرات خالص اورانيوم 235 يا پلوتونيوم (باشکل و جرم معيني) بايد با نيروي زيادي در کنارهم قرار گيرند. چنين شرايطي در يک رآکتور هسته اي وجود ندارد.
واکنشهاي زنجيره اي همچنين باعث توليد يک سري مواد راديواکتيو مي شوند. اين مواد در صورت رهايي مي توانند به مردم آسيب برسانند. بنابراين آنها را به شکل جامد نگهداري مي کنند. اين مواد در گنبدهاي بتني بسيار قوي نگهداري مي شوند تا در صورت بروز حوادث مختلف ، خطري بوجود نيايد (به تصوير توجه کنيد).
واکنشهاي زنجيره اي باعث توليد انرژي گرمايي مي شوند. اين انرژي گرمايي براي جوشاندن آب در قلب رآکتور مورد استفاده قرار مي گيرد. بنابراين ، به جاي سوزاندن سوخت ، در نيروگاههاي هسته اي ، اتمها از طريق واکنش زنجيره اي شکافته شده و انرژي گرمايي توليد مي کنند. اين آب از اطراف رآکتور به قسمت ديگري از نيروگاه فرستاده مي شود. در اين قسمت که مبدل گرمايي ناميده مي شود، لوله هاي پر از آب حرارت داده شده و بخار توليد مي کنند. سپس بخار حاصله باعث گردش توربين و درنتيجه توليد برق ميشود. مقطع عرضي يک نيروگاه هسته اي در شکل نشان داده شده است.

گداخت هسته اي

گداخت شکل ديگري از انرژي هسته اي است. گداخت ، به معني الحاق هسته هاي کوچکتر و ساختن يک هسته بزرگتر است. در داخل خورشيد ، گداخت هسته اي اتمهاي هيدروژن باعث توليد اتمهاي هليوم مي شود. در اثر اين گداخت، گرما ، نور و پرتوهاي ديگري توليد مي شود.
همانطوريکه در تصوير مي بينيد ، با ترکيب دو نوع اتم هيدروژن (دوتريم و ترتيم) ، يک اتم هليوم و يک ذره اضافي بنام نوترون تشکيل مي شود. در واکنش فوق مقداري انرژي نيز توليد مي گردد. دانشمندان مدتها که برروي کنترل گداخت هسته اي کار مي کنند تا بتوانند يک رآکتور گداخت براي توليد برق بسازند. اما مشکل اين است که نمي دانند چگونه واکنش در يک محيط بسته را کنترل کنند.
مزيّت گداخت هسته اي نسبت به شکافت هسته اي در اين است که ماده راديواکتيو کمتري توليد کرده و سوخت آن پايدارتر از عمر خورشيد است.