29-12-2023

 

 

ابرنواختران یا زوج ژنراتور - رآکتورهای کوانتومی، توجیه انفجار ابرنواختران و رآکتورهای شکافت هسته‌ای

 

قبل از هر چیز باید بدانیم که در شیمی کوانتومی معنی دقیق فرایند شیمیایی چیست؟

در شیمی کوانتومی فرایندهای شیمیایی به دو گروه کلی گرماگیر و گرمازا تقسیم‌بندی می‌شوند. به طور مثال ترکیب هیدروژن با اکسیژن واکنش گرمازا است و به نسبت جرم خودشان، بیشترین مقدار از دما و حرارت را ایجاد می‌کنند. قوی‌تر از آنها واکنش فلور با هیدروژن است.

 

 

 

این نوع واکنش‌ها سرعت زیادی دارند و چون فرایند شیمیایی به‌صورت تصاعدی، به‌پیش می‌رود، در نتیجه نیاز به کنترل دقیق دارند. یعنی نسبت به تغییر زمان، مقدار مشخصی از مواد اولیه وارد محیط واکنش می‌شود و فشار محیط نیز می‌بایست کنترل شده و مانع انفجار مخرب شد. به این نوع سیستم‌ها اصطلاحاً ژنراتور (مولد) گفته می‌شود. چون برای ما حرارت یا انرژی در صورت‌های مختلفی تولید می‌کنند همچنین ترکیباتی جدید. ولی واکنش هیدروژن با نیتروژن برای تولید گاز آمونیا و یا ترکیب اکسیژن با نیتروژن برای تولید گاز مونوکسید و دی‌اکسید نیتروژن به این راحتی‌ها نیست!

 

 

چرا که این واکنش‌ها گرماگیر هستند و جهت انجام این واکنش‌ها، نیاز به رآکتور و کاتالیست داریم. در شیمی کوانتومی رآکتور به یک سیستم بسته ترمودینامیک گفته می‌شود که با دما و فشار بالا، موجب می‌شود که ترکیبات موردنظر ما حاصل شوند. ولی در دنیای امروزی، انرژی گران است و بعضی واحدهای تولیدی، سعی می‌کنند که از حرارت و فشار ایجاد شده در واکنش‌های گرمازا، واکنش‌های گرماگیر را سبب شوند و نه‌تنها در مصرف انرژی صرفه‌جویی کنند، بلکه هر دو گروه از ترکیبات را هم‌زمان تولید کنند. به طور مثال رآکتوری را در نظر بگیرید که ورودی آن اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن است. مسلماً داخل سیستم بخار آب، گاز آمونیا، گاز مونوکسید و دی‌اکسید نیتروژن و.... پدیدار شده و خروجی سیستم به‌احتمال خیلی زیاد در نهایت نیترات آمونیوم و بخار آب و.... است، آن هم بدون نیاز به هیچ‌گونه انرژی خارجی و به‌صورت خود به خودی که می‌توان از آن به‌عنوان نوعی کود شیمیایی و.... استفاده کرد.

 

 

در حالت کلی این نوع واکنش شیمیایی را می‌توان سری واکنش‌های پایا پایی نام‌گذاری کرد. ولی طراحی و ساخت این چنین رآکتور و سیستم ترمودینامیکی، بسیار مشکل و شاید غیرممکن باشد و یا اینکه کنترل آن برای جلوگیری از انفجار مخرب یا حصول نتیجه مطلوب در خروجی رآکتور، کار بسیار سخت و ناممکنی باشد و این موضوع مهم که نمی‌توان از کاتالیست مؤثری استفاده کرد یا اینکه کاتالیست مؤثر فعلاً شناسایی نشده است. ولی این چنین سیستم هایی در احیای آلومینوترمیک یا سیلیکوترمی برای ساخت و تولید انواع آلیاژهای فلزی، عملی و ممکن است. در این واکنش‌ها، فلزاتی همچون آلومینیوم، منیزیم و..... اکسید می‌شوند و حرارت بسیار زیادی ایجاد می‌شود که باعث ذوب و ته‌نشین شدن فلزات مذاب دیرگداز احیا شده همچون تنگستن، مولیبدن و.... می‌شود. ولی نکته جالب اینجاست که در علم شیمی، خروجی واکنش‌های گرمازا پایدار و PH آنها نزدیک ۷ است. به طور مثال آب یا نمک سدیم که خنثی به نظر می‌رسند و برای تجزیه آنها، مجدداً به یک واکنش گرماگیر نیاز داریم. به طور مثال برق‌کافت یا تجزیه الکتریکی و بر عکس آن، خروجی واکنش‌های گرماگیر ناپایدار و PH آنها از ۷ فاصله گرفته و خاصیت اسیدی یا بازی از خود نشان می‌دهند. به طور مثال آمونیاک یا اسید نیتریک که به‌شدت بازی یا اسیدی هستند و چون میل ترکیبی با عناصر یا ترکیبات دیگر را دارند و بسیار ناپایدار هستند، واکنش‌های بعدی آنها، گرمازا خواهد بود و اینک این سؤال مهم که شیمی کوانتومی با فیزیک کوانتومی چه فرقی دارد؟

در فیزیک کوانتومی بحث کلی در مورد جرم و انرژی و همچنین ترازهای انرژی یک عنصر یا اتم است. همچنین تبادل انرژی و.... ولی در شیمی کوانتومی بحث کلی در مورد جرم و انرژی و همچنین ترازهای انرژی در یک مولکول یا ترکیب است و صدالبته تبادلات آن و..... و چون فیزیک کوانتوم تحت شرایطی تقریباً تمامی باورها و دانسته‌های بدیهی ما را به چالش می‌کشد، شیمی کوانتومی نیز گویش همانندی دارد. در حقیقت شیمی هسته‌ای کوانتومی به دانشی اطلاق می‌شود که سعی می‌کند رفتار مواد و ترکیبات غیررادیواکتیو را در جوار عناصر رادیواکتیو برسی کند و برعکس و همچنین در حالات متنوع، گوناگون و ترکیبی بیشتر دیگر و صدالبته به نتایج بسیار عجیب، شگفت‌انگیز و باورنکردنی نیز می‌رسد. چون ذات دانش کوانتوم این‌چنین است. یعنی ممکن است تحت شرایطی، نتایج برعکس انتظارات ما از علم شیمی یا سایر علوم باشد و همه چیز وارونه و برعکس شود. به طور مثال علم شیمی برای هر نوع ماده یا ترکیب خوراکی، نوشیدنی، شیمیایی و ...... یک فرمول ارائه می‌کند. ولی بازار مصرف به‌ازای هر واحد مورد دادوستد صدها، بلکه هزاران و... واحد ارزی تعیین می‌کند که توجیه آن از شیمی کوانتومی بر می‌آید. یا عابر یا عابرین پیاده، سواره و.... فرض کنید که با هم تصادم یا تنشی دارند. آیا قانون برای آنها یکسان است؟ آیا قوانین تمامی ممالک با هم یکسان است؟ فیزیک مکانیک جز دستگاه مختصات مرجع و تکانه چیز دیگری برای بیان دارد؟ بدتر از همه نسبیت که می‌گوید تمامی حالات نسبی است. ولی فیزیک کوانتومی حرف جالبی دارد! اولاً شاید هرگز موفق نشویم تمامی حالات تصادم و تنش را به دست آوریم و ثانیاً هر حالت از تصادم یا تنش، یک پدیده و نتیجه مربوط به شرایط خود را ارائه می‌کند. واکنش دیگران می‌تواند در مورد این مطالب چه باشد؟ اصل قضیه برای خیلی‌ها بی‌معنی و بی‌اهمیت یا بی‌مفهوم است و ارزش اتلاف... ندارد؛ یعنی به ما چه! بعضی‌ها شاید علاقه‌مند بوده باشند؛ ولی توان رسیدگی به موضوع را نداشته باشند و..... ولی متأسفانه بعضی‌ها شاید عناد کرده به خود صورت‌مسئله ایراد بگیرند و آن را نفی کنند! اما ما باید بدانیم مبدأ و نقطه شروع این دانش از کجاست؟

 

 

در مکانیک کوانتومی مربوط به واکنش‌های همجوشی ستارگان نیز موارد کاملاً مشابهی داریم. یعنی بعضی از عناصر در واکنش همجوشی با ترکیب با عنصر مشابه خود یا عناصر تشکیل شده دیگر، به‌شدت گرمازا هستند. ولی همجوشی عناصر بعدی برای پدیدارشدن عناصر سنگین‌تر، به‌شدت گرماگیر است. ولی آنچه که مشخص شده اینکه، ستارگان تا زمان پیدایش فلز آهن در خودشان، دچار مشکل حادی نیستند. چون همانند یک ژنراتور پرقدرت و پر توان، با همجوشی عناصری همچون هیدروژن، دوتریوم و تریتیوم و.... و تبدیل آنها به کربن و... به مدت بسیار زیاد و طولانی ادامه فعالیت می‌دهند. ولی فلز آهن خاصیتی همانند کاتالیست در فرایندهای همجوشی دارد. یعنی همان‌طور که کاتالیست در واکنش‌های شیمیایی باعث تشدید و تسریع واکنش‌ها و یا تخفیف در فشار و دما می‌شود، فلز آهن نیز باعث تشدید و تسریع در واکنش همجوشی ستارگان شده که مسلماً باعث بالارفتن دما یا فشار در ستارگان می‌شود. ولی آنچه که روی می‌دهد، اولاً پدیدارشدن فلزات دیگر به مقدار زیاد و ثانیاً اینکه با بالارفتن دما و یا فشار، شرایط برای جوش هسته‌های فلزی و تولید هسته‌های سنگین‌تر یعنی رادیواکتیو و ناپایدار یا رادیوایزوتوپ‌ها فراهم می‌شود و ستاره در کنار همجوشی و ماهیتی ژنراتور گون، کم‌کم تبدیل به یک رآکتور گرماگیر و مولد هسته‌های سنگین می‌شود. یعنی یک سیستم ترمودینامیک که از ترکیب یک واکنش گرمازا و یک واکنش گرماگیر تشکیل شده و هرچند که تابش و اتلاف حرارتی دارد، ولی به‌هرحال یک سیستم ترمودینامیک محسوب می‌شود و با مرور زمان، از قدرت ژنراتوری آن کاسته و به قدرت رآکتوری آن افزوده می‌شود. دقت کنید بحث ما در اینجا در مورد اخترشناسی و یا کسمولوژی (گذشته، حال و آینده دقیق و روشن انواع و اقسام ستارگان و یا گونه‌های ابرنواختران) نیست. بحث کلی ما واکنش‌های همجوشی گرمازا، واکنش‌های جوش هسته‌های سنگین گرماگیر و یک ژنراتور انرژی‌زا و یک رآکتور انرژی‌گیر و تبادل حرارتی مابینشان و در کل، تجزیه‌وتحلیل یک سیستم ترمودینامیک کیهانی است که در اول پایدار می‌نماید؛ ولی در نهایت ناپایدار و منفجر شوند است. آن هم با حداکثر آنتروپی یا آشفتگی ممکن و غیرقابل‌تصور و اندیشه. به‌هرحال این روند درون ستاره تا جایی ادامه می‌یابد که رآکتور گرماگیر بجای هسته‌های فلزی سنگین، اقدام به تولید نوترون می‌کند و علت آن اینکه قدرت و توانایی فوق‌العاده زیادی را به خود گرفته است. در این زمان رآکتور با حداکثر توان و قدرت خود، انرژی را به کام خود می‌کشد و انرژی تولید شده توسط ژنراتور کفاف آن را ندارد و نه‌تنها خاموش می‌شود و ستاره در تاریکی فرومی‌رود، بلکه بافاصله زمانی کوتاهی رمبشی هولناک از طرف جرم بیرونی هسته ستاره، به‌طرف مرکز آن شکل می‌گیرد که باعث ضربه و فشار باورنکردنی در هسته شده و ستاره به‌صورت غیرقابل‌تصور و درک، تبدیل به نقطه‌ای از انفجار نوری مهیب می‌شود که در کل کهکشان، حتی کهکشان‌های مجاور، آن هم با چشم غیرمسلح قابل رویت و مشاهده است و حجم قابل‌توجهی از جرم آن که مقداری در آن هسته‌های سنگین وجود دارد به اطراف پرتاب می‌شود. آهنی که در خون ما جریان دارد محصول این پراکندگی یا ریزش کیهانی است. اینک تکلیف ستاره کاملاً روشن است. مقداری از جرم قبلی به‌صورت جسم نوترونی بسیار سنگین و متراکم یا چگال در می‌آید که قبلاً در مورد آن توضیحاتی ارائه شده است. ولی آنچه که مدنظر ماست، برسی عناصری است که با سرعت و شتاب خیلی زیاد به‌طرف بیرون پرتاب و پراکنده شده‌اند. چرا که اینها عناصر اصلی سازنده سیاراتی همچون زمین ما هستند و جالب است که اکثر این انفجارت دوقطبی هستند که در ابتدا چنین به نظر می‌رسد انفجار دو کانون داشته باشد. ولی واقعیت این است که محصولات انفجار دوگانه هستند و نسبت به هم نیروی دافعه ایجاد می‌کنند.

 

 

 

 

WG توان ژنراتوری WR توان رآکتوری ستاره است. آنچه که مشخص است اینکه، کلیه عناصر موجود در کیهان که در جدول مندلیف شناسایی، طبقه‌بندی یا گروه‌بندی‌شده‌اند، به دو گروه کلی تقسیم می‌شوند. گروه اول عناصری که عدد اتمی آنها کمتر از آهن است. اینها عناصری هستند که تمایل دارند به‌طرف آهن شدن حرکت کنند و واکنش‌های همجوشی آنها گرمازا است. ولی گروه عناصر بعد آهن "دقت کنید" تمایل دارند به‌طرف آهن برگشت و رجعت کنند. چون درگذشته آنجا بوده و حضور داشته‌اند و این حالت فعلی آنها، مربوط به حال اینک، یا آینده آن زمان گذشته بوده است. با برسی‌های دقیق مربوط به طیف‌نگاری عناصر موجود در ستارگان و درصد توزیع و پراکندگی عناصر در کیهان، این موضوع ثابت شده است و برای توجیه این پدیده، یعنی نظریه ستاره آهنی، از نظریه گداخت سرد از طریق تونل‌زنی کوانتومی استفاده شده است که خود این نظریه تونل‌زنی کوانتومی باتوجه‌به مقالات قبلی، توجیه راحت‌تری دارد که در مورد آن توضیحاتی ارائه خواهد شد. ولی به طور خیلی خلاصه، اعلام می‌کند که در نهایت فلز آهن تنها عنصر باقیمانده در کل کیهان خواهد بود و به‌غیراز آهن عنصری باقی نخواهد ماند و مدت زمانی نیز برای این روند، محاسبه و اعلام نموده است. ولی ما توجیه بسیار ساده و راحتی برای آن ارائه کردیم. اگر برای عناصر موجود در کیهان، یک دستگاه مختصات دوبعدی رسم کنیم، آهن در نقطه صفر قرار می‌گیرد. چون برای تولید هسته‌های سنگین انرژی صرف شده، در نتیجه در زمان شکافت یا واپاشی و... آن انرژی را رها می‌کنند و به گذشته خود بر می‌گردند. یعنی زمانی که این مقدار انرژی را نداشته و یا اینکه دریافت نکرده بودند. یعنی چنین به نظر می‌رسد که تمامی عناصر موجود در کیهان، شتاب و یا تمایلی به حرکت‌کردن به‌طرف آهن شدن دارند. چه قبل از آهن باشند چه اینکه بعد آن قرار گرفته باشند و سعی نداریم این مسئله واضح و روشن را بسیار پیچیده و غامض کنیم.

رنگ قرمز، منحنی معادله در ظاهر ساده و ابتدایی فوق است که بیانگر نموداری یا آماری مطالب فوق است و زیاد هم دقیق و با جزئیات مکانی عناصر H و Og رسم نشده و حالت کلی دارد که با اعمال بعضی عملیات ریاضی، آن را تبدیل به معادله هم ارزی جرم و انرژی کرده‌ایم که بیانگر رابطه مهمی مابین این دو معادله یکی ریاضی و دومی فیزیکی است که مسلماً باعث درک هر چه بیشتر مفهوم این هم ارزی می‌شود که در آینده نزدیک توضیحاتی در مورد آن ارائه خواهد شد که کاملاً مشخص می‌شود که این رابطه متعلق به دانش هسته‌ای (علوم آزمایشگاهی) یا فیزیک کوانتومی است و بعدها نسبیت به‌عنوان یک فضول یا نوعی از فضولی (اصطلاح حقوقی - مدنی نه ادبی) در اصل موضوع دخالت و هر چند که موفق به توجیه علمی آن نشده، ولی آن را به بیراهه کشانده و به نام خود ثبت کرده است. هر مطلب و توجیه جدید و دقیق با جنبه علمی که بخواهد مفهوم این هم ارزی را توسعه دهد، مربوط به دانش کوانتوم است نه نسبیت. چون توجیه‌های نسبیت شایستگی خودش را دارد و برای سایر علوم شایسته نیست. علت اینکه نسبیت ابزار کارآمدی برای این کارها ندارد و صرفاً به دنبال یک مدل‌سازی نظری ریاضی است.

و جالب است که اگر واکنش همجوشی، شکافت یا واپاشی و... صورت بگیرد، همگی انرژی‌زا هستند. این چگونه قابل‌توجیه است و بهتر است بگوییم چه نیازی برای توجیه دارد؟ جواب خیلی ساده است، واکنش‌ها با مؤلفه زمان اولاً تقارن ندارند ثانیاً عکس جهت یکدیگر عمل (رفتار) و حرکت می‌کنند! در واکنش همجوشی، حرکت به‌طرف آهن و هم جهت با محور گذر زمان، و انرژی‌زا است. ولی در واکنش شکافت و.... درست است که حرکت به‌طرف آهن است، ولی با محور گذر زمان اختلاف ۱۸۰ درجه‌ای یا برگشتی دارد. این دقیقاً به این معنی است که انرژی حاصل شده از همجوشی، یک انرژی مثبت است. ولی انرژی حاصل شده از شکافت یا... یک انرژی منفی است و چون ما انرژی را یک بردار تعریف کرده‌ایم، در نتیجه می‌توان چنین استنباط کرد، هر چند که طبق قوانین ترمودینامیکی مقدار عددی هر دو انرژی برابر است، ولی جهت برداری آنها معکوس یا وارونه و در خلاف جهت یکدیگر خواهد بود. شاید این مسئله در سایر علوم و فنون اهمیتی نداشته و کلاً نامفهوم و بی‌ارزش باشد، ولی برای شیمی و فیزیک کوانتومی بسیار مهم و حیاتی است. بهتر است بگوییم یک مفهوم بنیادی کوانتوم است. باتوجه‌به تغییر جهت ۱۸۰ درجه‌ای بردار این دو انرژی، هر چند که در مقدار عددی برابر هستند، ولی در خاصیت و ذاتشان تغییرات و تفاوت‌هایی مشهود خواهد شد که اگر این چنین تفاوت‌هایی وجود نداشته باشد، این سؤال مطرح می‌شود که پس فرق کوانتوم با سایر علوم در چیست؟

 

 

در حقیقت ما به مفهومی جدید از انرژی تابش‌های کوانتومی دست می‌یابیم که همانند یا مشابه مفهوم اسپین در ذرات بنیادی است. یعنی انرژی منفی و مثبت و اگر عمیق‌تر و بهتر بگوییم، دلیل اصلی اختلاف اسپین در ذرات بنیادی را یافته‌ایم و نه‌تنها می‌توانیم ذات و مفهوم خود انرژی تابش‌های کوانتومی را توجیه کنیم. بلکه می‌توانیم پدیده‌ای به اسم اسپین در ذرات بنیادی را توجیه کنیم. یعنی منشأ این اختلافات در ذرات بنیادی در چیست؟ قبلاً خیلی واضح و گویا گفته‌ایم، مبدأ اصلی انفجارت ابرنواختری است! هر ذره، بسته به نوع انرژی ذخیره شده در خود، اسپین خاص خود را دارد و اسپین بعضی ذرات موجود در ستارگان جوان با اسپین ذراتی که ما در سیاره زمین داریم، از لحاظ آماری متفاوت خواهد بود. سازگاری ما در روی سیاره زمین با لحظه انفجار یک ابرنواختر برقرار خواهد بود. بیشتر از آنکه انتظار داشته باشیم یا اینکه تصور کنیم. بعدها توضیح خواهیم داد که کل بیولوژی موجودات زنده در کیهان با این لحظه استثنایی سازگاری دارند و اما مدرک قطعی این ادعا!

 

 

ستارگان جوان و پایدار که عناصر تشکیل‌دهنده آنها، بیشتر زیر کربن است، کاملاً کروی شکل بوده و نشانه وجود تعادل در آنهاست. ولی اکثر ابرنواختران در لحظه آخر عمر خود، ناپایدار و کم‌کم بیضوی می‌شوند و در زمان وقوع انفجار، کاملاً دوقطبی هستند که نشانه عدم تعادل در آنهاست و اینکه دو گروه از ذرات و عناصر باردار را به دو طرف پرتاب می‌کنند که بیانگر این موضوع است که در آن شرایط بحرانی دما بالا، ذرات و عناصر نسبت به هم نیروی دافعه دارند و تنها دلیل ممکن، اختلاف در اسپین آنهاست نه بار الکتریکی.

شاید خواننده محترم در ابتدا به یاد افکار و نظریات انتزاعی اشخاصی همچون هاوکینگ و یا انیشتین در مورد سفر به آینده یا گذشته (سفر در زمان) بیفتد. ولی ما این‌چنین اهدافی را دنبال نمی‌کنیم. ما به دنبال تجزیه‌وتحلیل و توجیه علمی رویدادها، پدیدهای فیزیکی و اتفاقاتی هستیم که همگی با آنها به‌نوعی سروکار داریم یا خواهیم داشت. هر چند که انتزاع می‌تواند به عظمت و شکوه هنر بیفزاید؛ ولی علم و دانش را به بیراه و گمراهی می‌کشاند. انتزاع در شیمی و فیزیک کوانتومی هیچ جایگاهی ندارد. چون هدف آنها درک ماهیت علم است و شاید این نظریات انتزاعی، بدرد شکوفایی هنر سینما بخورد و هر چند که کارگردان‌های این‌چنین فیلم‌های علمی تخیلی، فیلم‌نامه‌های خود را طبق رویدادهایی نوشته باشند که واقعاً به‌نوعی حقیقت داشته و جدا روی داده است، ولی نتوانسته باشند چرایی آنها را به تصویر بکشند و به‌خاطر دادن شور و هیجان، سعی کرده‌اند بیننده آن فیلم را در انتزاع غرق کنند تا جاذبه و لذت بیشتری حاصل شده و به افزایش درآمد ناشی از بلیط‌فروشی بیفزاید. انتزاع دانش کوانتوم را به خرافات و خرافه‌گویی سوق می‌دهد. در واکنش‌های شیمیایی گرمازا ما با انرژی مثبت سروکار داریم. سپس این انرژی مثبت را در یک سیستم ترمودینامیک به صرف واکنش گرماگیر دیگری می‌رسانیم. این انرژی ذخیره شده در ترکیبات جدید، انرژی پتانسیل شیمیایی است. ولی در زمان پس گرفته‌شدن همان انرژی، بردار انرژی منفی است. درون یک ابرنواختر هم این‌چنین است. انرژی همجوشی یک کمیت مثبت برداری است که در هسته‌های فلزی ذخیره می‌شود و نام آن انرژی پتانسیل هسته‌ای است و در زمان شکافت و یا... به‌صورت انرژی منفی تابش یا پس گرفته می‌شود. در فیزیک هسته‌ای ما پدیده‌ای داریم به نام نیمه‌عمر مواد رادیواکتیو که بیان می‌کند چه مدت طول می‌کشد تا نیمی از مواد، دچار واپاشی شوند. یعنی فیزیک‌دانان عناصر رادیواکتیو را با خودشان مقایسه کرده‌اند. چرا که انسان‌ها با مرور زمان پیر شده و فوت می‌کنند و با این نگرش، تصور نموده‌اند که همین عاقبت در انتظار هسته‌های رادیواکتیو است. درحالی‌که اشتباه کرده‌اند. آنها مثل ما نیستند، آنها در حال جوان شدن و نوزایی هستند و بهتر است بگوییم نیمه‌راه نوزایی و جوانی آنها مدت زمانی است که نیمی از ماده، جوان‌تر شود و به‌طرف میان سالگی یا آهن شدن حرکت کنند. ولی متأسفانه گذر از این میان سالگی آهن به‌سختی مقدور خواهد بود. گویا اول و پایان راه فیزیک کوانتوم همان آهن شدن است و این موضوع که فیزیک‌دانان به‌اشتباه نام نیروگاه هسته‌ای را رآکتور هسته‌ای گذاشته‌اند. حال چه از نوع همجوشی بوده باشد و چه از نوع شکافت. نوع همجوشی ژنراتور هسته‌ای است، چرا که هم انرژی مثبت تولید می‌کند و هم هسته‌های سنگین‌تر از هیدروژن. در واقع کار آن پیرسازی عناصر است که در جهت حرکت ما گام بر می‌دارد و نوع شکافت ژنراتور معکوس یا وارونه است. چرا که اولاً انرژی منفی و ثانیاً هسته‌های سبک‌تر تولید می‌کند و کار آن جوان‌سازی عناصر است؛ ولی خلاف جهت ما گام بر می‌دارد.

 

 

و این سؤال بسیار قدیمی که آیا از آب می‌توان به‌عنوان سوخت استفاده کرد؟
جواب علم شیمی اینکه، مطلقاً منفی است؛ یعنی غیرممکن است. ولی شیمی کوانتومی حرف دیگری دارد! باید گفت که این ایده جدیدی نیست. چون دو سوم سطح سیاره زمین آب است. خیلی‌ها تا به امروز در این راه، خود را پیر و یا مفلس نموده‌اند. ولی دررابطه‌با بازیافت سریع فلزات دیرگداز یا هارد متال تحقیقاتی انجام داده‌ایم و می‌تواند با نتیجه تحقیقات دیگران در مورد سؤال فوق متفاوت بوده باشد و این موضوع مهم که در بحث کوانتوم، لازم نیست دو یا چند ناظر یا آزمون گری در مورد نتیجه یک آزمون اتفاق‌نظر داشته باشند. چون اولاً ممکن است آزمون تحت شرایط مختلفی انجام شده باشد، ثانیاً احتمال دارد استنباط یا استدلال اشخاص با یکدیگر در مورد تحلیل نتیجه یک آزمون یکی و برابر نباشد. به طور خیلی خلاصه آب در فشار جوّ و با جریان برق‌کافت به مولکول‌های هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌شود. ولی داخل رآکتور، تحت شرایط بخصوصی به یون هیدروژن و یون هیدروژن مونو اکسید یا هیدروکسید تجزیه می‌شود. دقت کنید منظورمان تجزیه کامل نیست. بلکه به‌نوعی تجزیه ناقص یا یونیزاسیون آب است. اما فایده یا هدف این رآکتور تحقیقاتی چیست؟

ابتدا باید بدانیم اتوکلاو چیست؟
اتوکلاو با دما و فشار بالا واکنش‌های شیمیایی را یا ممکن و یا تسریع می‌کند و یا هر دو و از کاتالیست استفاده نمی‌شود. فرق آن با رآکتور این است که فعالیت رآکتور پیوسته و دائمی است. ولی فعالیت اتوکلاو دوره‌ای و گسسته است. یعنی در ابتدا مقدار مشخصی از مواد بارگیری می‌شود و بعد از مدت زمانی، تخلیه می‌شود. به طور خلاصه، خوب وقتی آب در این شرایط جدید به یک عامل اسیدی و بازی تبدیل می‌شود، اگر نمی‌توان از آب به‌عنوان سوخت استفاده کرد، پس چرا به‌عنوان عوامل شیمیایی قوی مورداستفاده قرار نگیرد که به‌مراتب گران‌تر از سوخت هستند! ما نام این رآکتور تحقیقاتی را رآکتور معکوس یا وارونه نام‌گذاری می‌کنیم و علت آن اینکه هدف کلی رآکتور، تولید یک ترکیب است؛ ولی هدف این رآکتور در اول تجزیه آب به دو عامل شیمیایی قوی، سپس تولید ترکیبات مدنظر است. یعنی استفاده از آب نه به‌عنوان سوخت، بلکه به‌عنوان مواد اولیه شیمیایی گران‌قیمت. یعنی در ابتدا ما می‌بایست با سوخت، مواد اولیه شیمیایی موردنیاز خود را تولید کنیم و بعد ماده موردنظر نهایی را که این رآکتور مستقیماً مواد موردنظر ما را تولید خواهد کرد. بدون نیاز به سوخت و باعث حذف یک پروسه میانی می‌شود و صدالبته بازدهی آن بیشتر از تولید سوخت است. به تنها چیزی که نیاز دارد، انرژی جریان الکتریکی است. اما نتیجه تحقیقات:

 

 

در واقع در مرحله اول فلز تنگستن به تنگستن تری اکساید تبدیل شده سپس آب در آن متبلور شده و تنگستیک اسید به وجود می‌آید به همراه گاز هیدروژن. دقت کنید این محصول خاصیت اسیدی دارد و علت آن خود فلز تنگستن است. اما واکنش زیرگونیم:

 

 

در واقع در مرحله اول فلز زیرگونیوم به زیرگونیوم هیدروکساید تبدیل می‌شود، به همراه گاز هیدروژن. دقت کنید این محصول خاصیت بازی دارد و علت آن خود فلز زیرگونیوم است و شگفتی این رآکتور معکوس یا وارونه این است که از یک نوع ماده اولیه بسیار فراوان و تقریباً مجانی مثل آب، می‌توان هم به‌عنوان ماده شیمیایی اسیدی و هم به‌عنوان ماده شیمیایی بازی استفاده کرد و این گزینه یا گزینش مربوط به خود ماده نوع دوم داخل رآکتور است که کدامین را بر گزیند و اینک این سؤال مطرح می‌شود که چرا ما این‌چنین فناوری پیشرفته‌ای را افشا کردیم و حقوق قانونی مربوط به ثبت اختراعات را از خود سلب کردیم؟
اولاً برای بازیافت این‌گونه متریال‌ها روش‌های ساده‌تر و کم‌هزینه‌تری داریم، ثانیاً احساس می‌کنیم جان میلیون‌ها انسان در خطر است و اینکه سیاره زمین با خطر آلودگی زیست‌محیطی بزرگی روبروست و می‌بایست از آن جلوگیری نمود؛ چون ما همواره روش‌های طبیعت دوست را سرلوحه کار خود قرار داده‌ایم (Environment – friendly). ثالثاً جزئیات فناوری را افشا نخواهیم کرد و علت آن اینکه طراحی، محاسبه، ساخت، بهره‌برداری و کنترل این سیستم‌ها در پایه صنعتی یک چالش بزرگ مهندسی مدرن است. فکر کنم که دیگر متوجه شده باشد که چرا رآکتورهای هسته‌ای و به تعریف ما ژنراتورهای وارونه و معکوس دچار انفجار و انهدام می‌شوند. اما فلز زیرگونیوم چه ربطی به یک نیروگاه هسته‌ای دارد. این فلز و آلیاژهای آن به دو دلیل به‌عنوان غلاف سوخت در قلب رآکتور استفاده می‌شوند. اولاً جذب نوترون پایینی دارند و باعث پایداری واکنش شکافت می‌شوند. ثانیاً مقاومت بسیار زیاد و ایده‌آلی در مقابل بخار آب مقطر در دما و فشار خیلی بالا دارند.

 

اینک باتوجه‌به مطالب فوق این سؤال مطرح می‌شود که چرا نام این نیروگاه اتمی یا هسته‌ای را رآکتور هسته‌ای یا اتمی گذاشته‌اند؟
جواب روشن است. مهندسین برای تبدیل انرژی حرارتی و یا همان تابش‌های کوانتومی به انرژی الکتریکی، یعنی همان بردار نیروی میدان الکتریکی، از یک سیستم ترمودینامیک بهره‌برداری کرده‌اند که با استفاده از آب یا بخار آب‌کار می‌کند. یعنی ابتدا حرارت ژنراتور هسته‌ای معکوس، آب مقطر را تبدیل به بخار آب با فشار بالا می‌کند. سپس این حرارت به یک دیگ بخار آب با سختی پایین منتقل شده و بخار تولید شده در مرحله دوم به یک توربین بخار منتقل می‌شود و نیروی مکانیکی این توربین به یک ژنراتور برق منتقل و سپس جریان الکتریسیته AC یا متناوب تولید می‌شود. ازاین‌رو چون آنها با دو سیستم ترمودینامیک رآکتوری پشت‌سرهم که با آب، بخار آب تحت‌فشار و.... کار می‌کند سروکار داشته‌اند، نام کلی آن سیستم را رآکتور هسته‌ای یا اتمی گذاشته‌اند که مسلماً این نام‌گذاری اشتباه و غلط است. ولی به نظر ما یک نیروگاه هسته‌ای از ترکیب یک ژنراتور هسته‌ای معکوس، یک رآکتور بخار آب معکوس یا وارونه، یک رآکتور بخار X، یک توربین بخار و یک ژنراتور جریان الکتریکی تشکیل می‌شود و برای نام‌گذاری آن باید از حروف الفبائی مناسب استفاده کرد که هر حرف نشانه‌ای از یک جز نیروگاه باشد. واضح بگوییم انرژی که ما امروزه از تابش خورشید دریافت می‌کنیم اولاً مثبت ثانیاً متعلق به زمان حال خودمان است. یعنی اطلاعات بروز شده است. ولی انرژی منفی که یک ژنراتور هسته‌ای شکافت معکوس تولید می‌کند متعلق به یک ابرنواختر است که میلیاردها سال پیش منفجر و منهدم شده است. خیلی‌ها خواهند گفت مگر انرژی نون سنگک است که تازه و یا کهنه و بیات باشد؟

نه انرژی حاوی اطلاعات است و ممکن است که این اطلاعات مربوط به همان لحظه انفجار ابرنواختر باشد! یعنی ممکن است همان نظریات انتزاعی هاوکینگ و انیشتین و فیلم‌نامه‌نویسان به وقوع بپیوندند و هر چه در رویا و خیال داشته‌اند به سرشان آید. ولی به باور ما زمان هرگز به عقب بر نمی‌گردد. ولی ممکن است تاریخ تکرار شود. چون ما خودمان همان شرایط مربوط به میلیاردها سال پیش را با دستان خودمان بازسازی کرده‌ایم و هر آنچه که درگذشته روی داده، ممکن است در آینده برایمان اتفاق افتد. چون ما واقعیت‌گرا هستیم نه رویا پرداز و ایده آلیست.

 

 

ولی آنچه که مدنظر ماست اینکه با ادامه فعالیت این نیروگاه، فلز و یا آلیاژهای فلز زیرگونیوم به‌شدت خورده شده و دانشمندان یا محققین هسته‌ای، اولاً برای چرایی این فرایندهای شیمیایی در قلب ژنراتور معکوس هیچ توجیهی ندارند، چون از آب مقطر با سختی ۲ استفاده نموده‌اند و آب مقطر عایق جریان الکتریسیته است و در نتیجه یونیزه نشده و نمی‌تواند هیچ نوع فرایند شیمیایی را سبب شود. ثانیاً برای توجیه انفجار و تخریب یک نیروگاه هسته‌ای بر این باورند که با واکنش فلز با آب به دلایل هرچند ناشناخته، مرموز و نامعلوم طبیعی است که مقداری گاز هیدروژن تولید شود و با سوراخ‌شدن این غلاف‌ها، آب به داخل غلاف و به جوار سوخت سرامیکی اورانیوم راه پیدا کند و ....... دلیل کلی انفجار را اکسیداسیون زیرگونیوم و آلیاژهای آن و.... و در نهایت انفجار گاز هیدروژن می‌دانند.

 

 

ولی ما این‌گونه توجیه‌ها را باور نداریم؛ چون منطقی نیست و توجیه علمی ندارد. اولاً دلیل اصلی این واکنش هیدروکسایدی یا اکسایدی و تخریب و سوراخ‌شدن میله‌های سوخت باید روشن شود. ثانیاً دلیل اصلی انفجار و تخریب نیروگاه مشخص شود. لازم به یادآوری است که اولاً حجم گاز هیدروژن تولید شده به آن مقداری نیست که بتواند فشار بخار آب را به آن مقدار بالا ببرد که تجهیزات بخار دچار آسیب شوند. چون آنها مجهز به سیستم‌های کنترل دما و فشارشکن هستند. ثانیاً داخل محیط رآکتور (درون بخار آب تحت‌فشار) اکسیژنی وجود ندارد که باعث ترکیب با هیدروژن و در نهایت انفجار شود و اگر هم این‌چنین واکنشی صورت بگیرد، انرژی انفجار به آن مقدار نخواهد بود که تنشی در سیستم ایجاد کند. صرفاً لرزه‌ها و ارتعاشات کوچکی از فشار خواهد بود که ضربه‌گیرها آن را مستهلک می‌کنند. یعنی مهندسین هیدرولیک - هیدرواستاتیک تمامی مشکلات یا پیشامدهای ممکن را در نظر گرفته و در طراحی کل سیستم لحاظ کرده‌اند. ولی متأسفانه این تمهیدات کارایی صددرصدی نداشته و بهترین و پیشرفته‌ترین نیروگاه‌های هسته‌ای روز دنیا، مستعد انفجار و تخریب هستند و اولاً تعداد این نیروگاه‌ها در دنیا بسیار زیاد است و ثانیاً در صورت انفجار و پراکندگی مواد رادیواکتیو نه‌تنها خسارات جانی و مالی بسیار زیادی خواهد داشت، بلکه فاجعه زیست‌محیطی بسیار ناگواری به دنبال خواهند داشت. توجیه این پدیده به باور ما این‌گونه است که ژنراتور معکوس در قلب یک نیروگاه هسته‌ای شکافت، انرژی با بردار منفی تولید می‌کند که این انرژی باعث یونیزه‌شدن آب به یون هیدروژن و یون هیدروژن مونو اکساید یا هیدروکساید می‌شود. لازم به توضیح است که این فرایند یونیزاسیون، بسیار سریع و شدید است و باعث می‌شود دما و فشار بخار آب بسیار سریع و به‌صورت باورنکردنی بالا رود. روند این افزایش دما و فشار، بسیار سریع‌تر از دیگ‌های بخاری است که از سوخت‌های فسیلی به‌عنوان منبع انرژی استفاده می‌کنند. فقط یک جریان الکتریکی با ولتاژ و آمپراژ بالا توان ایجاد این شیب تند در افزایش دما و فشار را دارد.

 

 

علت این یونیزاسیون این است که یک مولکول آب از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن تشکیل شده است و عدد اتمی هر دو آنها کمتر از آهن است و زمانی که تابش‌های کوانتومی ناشی از شکافت هسته سنگین اورانیوم با عدد اتمی بالاتر از آهن را دریافت و جذب می‌کنند، همانند این است که جریان الکتریکی از آنها عبور می‌کند و نه‌تنها یونیزه می‌شوند، بلکه دارای انرژی پتانسیل الکتریکی نیز می‌شوند. در مرحله اول این یون‌ها به‌طرف فلز زیرگونیوم و آلیاژهای آن حمله می‌کنند. ولی این فلز راهکار دفاعی برای خود را دارد و آن ایجاد پوشش و لایه‌ای نازک از زیرگونیوم هیدروکساید یا زیرگونیوم اکساید و ...... است که جلوی فرسایش بیشتر را می‌گیرد. ولی این پوشش تا مدتی می‌تواند از خود مقاومت نشان دهد و بنا به دلایلی در نهایت بعد از گذشت مدت زمانی، مجبور به تخریب و انهدام است. اما در مرحله دوم، تابش‌های کوانتومی آب یونیزه شده را تبدیل به‌نوعی باتری شیمیایی یا خازن مایع کوانتومی می‌کند که مقدار بسیار زیادی انرژی پتانسیل الکتریکی دارد. چون قابلیت شارژ سریع را دارد در نتیجه قابلیت تخلیه فوق‌سریع را خواهد داشت چنان سریع که قابل‌درک و فهم نباشد چیزی در حد سرعت نور یا چیزی شبیه انفجار الکتریکی ناشی از تخلیه الکتریکی رعدوبرق. یعنی همان تخلیه الکتریکی که مابین دو ابر باردار صورت می‌گیرد که ما نام آن را صاعقه گذاشتیم یا رعدوبرق. ما به این پدیده فیزیکی ابر فشرده دوقطبی می‌گوییم. به این دلیل است که ما آنها را رآکتور معکوس و یا وارونه نام‌گذاری می‌کنیم یا بهتر است بگوییم خازن‌های هیدروکوانتومی. چون یک رآکتور شیمیایی باعث یک ترکیب می‌شود؛ ولی این رآکتور باعث یک تجزیه شیمیایی و ذخیره انرژی پتانسیل الکتریکی می‌شود و معادله آن این‌چنین است.

 

Q پتانسیل حرارتی رآکتور معکوس و q پتانسیل الکتریکی آن است. باتوجه‌به اینکه ظرفیت گرمایی آب نسبت به سایر مایعات زیاد است، در نتیجه مقدار یا درصد این پتانسیل الکتریکی نیز زیاد خواهد بود. اما توان یک نیروگاه هسته‌ای چیست؟

توان یک نیروگاه هسته‌ای حداکثر مقدار انرژی الکتریکی بر واحد زمان است که می‌تواند به‌صورت جریان الکتریسیته به شبکه توزیع برق منتقل کند. ولی بازدهی یک نیروگاه هسته‌ای ۱۰۰ درصد نیست. بلکه مقدار قابل‌توجهی از حرارت از بین می‌رود. در نتیجه باید بدانیم که توان یک ژنراتور هسته‌ای معکوس بیشتر از توان خروجی آن نیروگاه است. اما دلیل اصلی انفجار چیست؟

 

به باور ما زمانی که ژنراتور هسته‌ای معکوس در حال کار و بهره‌برداری است، یک مقدار از پتانسیل الکتریکی در رآکتور معکوس را سبب می‌شود که خود به‌تنهایی مجبور است و یا می‌بایست آن را مهار کند. یعنی همانند سدی در مقابل آن استقامت کند. اگر به هر دلیلی این سد شکسته شود، این مقدار پتانسیل الکتریکی به‌طرف قلب ژنراتور معکوس برگشته و یا بهتر است بگوییم خودالقا می‌شود و باعث یک ضربه شدید توأم با بالارفتن دما در میله‌های سوخت می‌شود. ثانیاً از خود ارتعاشات اولتراسونیک تولید کرده و به‌صورت دورانی (گردابی) دور میله‌های سوخت به چرخش در می‌آید که میله‌ها و غلاف‌های سوخت را همانند یک طناب در هم می‌پیچد. نتیجه مشخص است، شکسته‌شدن میله‌های سوخت، ریزش قرص‌های سرامیکی سوخت به ته محفظه و عدم کارایی میله‌های کنترلی شکافت که بعد از مدت‌زمان کوتاهی باعث افزایش تصاعدی حرارت، انفجار رآکتور معکوس و خروج مقدار زیادی بخار آب به همراه مخلوطی از زیرگونیوم مذاب و قرص‌های سوخت به بیرون می‌شود. یعنی همان‌طور که در مورد ابرنواختران گفتیم:

  

 

باتوجه‌به اینکه در یک نیروگاه هسته‌ای اصلاً ممکن نیست که توان یک ژنراتور معکوس بیشتر از توان یک راکتور معکوس باشد، برای اینکه یک نیروگاه هسته‌ای پایدار باقی بماند، می‌بایست همواره توان ژنراتور معکوس برابر راکتور معکوس باشد و چنین تصور می‌کنیم چیزی شبیه یک ابرنواختر در حال تعادل قبل از انفجار و مرگ است. یعنی یک ابرنواختر خاموش با تعادل ترمودینامیکی بسته. این دقیقاً به این معنی است که نیروگاه‌های هسته‌ای در زمان شروع فعالیت و افزایش قدرت دچار مشکل چندانی نمی‌شوند. مشکل حاد یا بهتر است بگوییم فاجعه زمانی روی می‌دهد که نیروگاه در حال کم‌کردن توان خود یا خاموش‌شدن با شیب تند نسبت به زمان است که چیزی شبیه یک خودکشی و خودسوزی است که در زمان‌های بحرانی و اورژانسی اقدام به آن می‌کنند و پیش آمدی بدتر از خود بحران به همراه دارد.

 

 

اما مشکل دیگر اینکه در زمان شروع به کارکردن نیروگاه و ادامه فعالیت، می‌بایست تناسبی مابین پتانسیل حرارتی و پتانسیل الکتریکی برقرار باشد و اگر این تناسب یا موازنه به هر دلیل به هم بخورد نیروگاه ناپایدار می‌شود.

 

 

O ضریب تناسب است. اگر مقدار پتانسیل الکتریکی نسبت به پتانسیل حرارتی افزایش چشمگیری پیدا کند، به‌نوعی تجزیه کامل شکل‌گرفته و آب تبدیل به یک سوخت مایع قابل‌استفاده در موتور جت یا راکت می‌شود که برای یک نیروگاه هسته‌ای بسیار خطرناک است. اما راهکار چیست؟

اولاً باید این پتانسیل الکتریکی داخل رآکتور معکوس شناسایی و آشکار شود و از وجود یا عدم وجود آن اطمینان حاصل کرد. ثانیاً همان‌طور که پارامترهای دما، فشار و.... اندازه‌گیری می‌شوند، اندازه یا مقدار این پتانسیل الکتریکی نیز می‌بایست معلوم شود و برای تحقق موارد فوق نیاز به یک حسگر یا آشکارساز داریم و چه چیزی بهتر از خود فلز زیرگونیوم و ...... چرا که اگر این چنین پدیده‌ای وجود داشته باشد، تأثیر مستقیم آن روی این فلز و..... به‌وضوح و به‌صورت جریان الکتریکی آشکار خواهد شد. در واقع چیزی همانند ابزار سختی‌سنج آب، PH متر و ...... اما ویژه و مخصوص این سیستم.

چکیده مطالب: امروزه تقریباً تمامی کشورهای تراز اول صنعتی که مشکل تأمین بسیار حاد انرژی دارند، به این نتیجه و باور رسیده‌اند که اولاً انرژی حاصل از شکافت هسته‌ای گزینه مناسبی جهت برطرف‌کردن نیاز آنها نیست و نمی‌توان به آن به‌عنوان یک منبع مناسب و امن برای تأمین انرژی اعتماد کرد مخصوصاً کشور آلمان اولین شکاف دهند هسته اورانیوم. ثانیاً به فکر این هستند که بجای آب از عنصر دیگری بهره‌برداری نمایند که استفاده از هر نوع ترکیب شیمیایی دیگر، همان مشکلات سابق را به همراه خواهد داشت و اینکه یا نمی‌توانند دلیل اصلی آن را توجیه و توضیح دهند و یا اینکه هراس دارند بازتاب آن در مجامع بین‌المللی ناخوش آیند بوده و یک نوع بحران سیاسی و اجتماعی را سبب شود.

 

 

اما معادلات کوانتومی:

در یک ژنراتور هسته‌ای معکوس، به‌ازای هر شکافت هسته، حدوداً 200MeV یعنی به‌ازای هر نوکلئون حدوداً 1MeV انرژی به‌صورت تابش آزاد می‌شود. یعنی تابش‌ها در محدوده پرتوهای گاما خواهند بود. بعد از شکافت هسته‌های سنگین، تابش‌های پر انرژی گاما از ژنراتور هسته‌ای معکوس به رآکتور معکوس بخار آب منتقل می‌شوند. فرض ما بر این است که آب تحت‌فشار بخار شده و تبدیل به یک اتاق ابر شده است. یعنی همان اتاقی که زوج الکترون - پوزیترون تولید و محو می‌شود: (اتاقک ابر ویلسون)

 

 

در فاز اول واکنش، Eγ انرژی منفی تابش گاما در یک اوربیتال پیوند کووالانسی (اکسیژن = هیدروژن) جذب می‌شود و اولاً باعث شکسته‌شدن تک‌قطبی مولکول آب می‌شود که مولکول آب به یک یون هیدروژن (پروتون)، یک یون مثبت هیدروکساید، یک الکترون و یک پوزیترون مثبت تجزیه می‌شود که همگی این ذرات دارای انرژی جنبشی منفی می‌شوند یعنی (Ek) و E∆ انرژی پیوند شیمیایی مولکول آب در یک قطب، انرژی لازم برای تبدیل یک الکترون به پوزیترون و انرژی بستگی دو الکترون به هسته اکسیژن و هیدروژن و ...... است. اما چنین به نظر می‌رسد که یون مثبت هیدروکساید در این شرایط پایدار نباشد در نتیجه:

 

 

اکسیژن باعث افزایش فشار بسیار جزئی داخل رآکتور معکوس شده و دو پروتون دیگر را نیز ما رهگیری و شناسایی، و آن را در داخل فلز زیرگونیوم مربوط به غلاف سوخت یافته‌ایم. یعنی ترکیبات یا فازهای زیر:

 

در واقع یک پروتون شتاب گرفته در داخل رآکتور معکوس از طریق پدیده تونل‌زنی کوانتومی از لایه یا سد نازک اکسید یا هیدروکساید زیرگونیوم گذر کرده و داخل کریستال‌های فلزی زیرگونیوم محبوس و زندانی می‌شود و به‌مرورزمان باعث تورم و فرسایش غلاف سوخت می‌شود. اگر این فرسایش زود شناسایی شود که می‌بایست تعویض شوند والا با شکسته‌شدن غلاف، کنترل ژنراتور معکوس ممکن نخواهد بود و فاجعه روی خواهد داد. اما بازیافت این غلاف‌های فرسوده به دلیل داشتن هیدروژن محبوس خطرناک است. چون ممکن است گاز هیدروژن در محل انبار یا داخل کوره ذوب، سریعاً با اکسیژن محیط واکنش داده و باعث تخریب انبار یا محیط کارگاه شود، انفجار آمیخته‌ای از بخار آب منبسط شده به همراه زیرگونیوم به حالت فلزی یا مذاب خواهد بود و از طرفی چون فلزمذاب زیرگونیوم تمایل شدیدی جهت واکنش با اکسیژن دارد، تمام جرم زیرگونیوم مذاب، تبدیل به یک ماده منفجره قوی چیزی مثل خود هیدروژن می‌شود. چون هیدروژن در کنار اکسیژن، گازی بی بو، بی‌رنگ و به‌شدت گرمازا و منفجر شونده است و علت آنکه مولکول آب، نسبت به جرمش، یکی از پایدارترین ترکیب شیمیایی است و هرچند که مقاومتی در مقابل تابش‌های رادیواکتیو با انرژی زیاد منفی نداشته باشد و به دلیل گرانی و نایابی زیرگونیوم، متأسفانه سعی می‌شود که از طریق ذوب مجدد و به‌صورت مستقیم بازیافت شود. چون احیای فلز زیرگونیوم از ترکیبات شیمیایی زیرگونیوم بسیار پر هزینه است و اختلاف قیمت زیادی مابین ترکیبات شیمیایی زیرگونیوم با فلز زیرگونیوم وجود دارد و این اختلاف قیمت فاحش یا عدم دسترسی به آن، موجب ترغیب در بازیافت مستقیم می‌شود.

اما با درنظرگرفتن اطلاعات آماری واکنش‌ها، و احتمال واکنش‌های تصادفی، مقدار بسیار زیادی از واکنش‌ها باعث بالارفتن دما می‌شود که باعث افزایش پتانسیل حرارتی می‌شود. معادلات فوق مربوط به افزایش پتانسیل الکتریکی بود. یعنی برای پتانسیل حرارتی داریم:

واکنش ترکیبی مجدد هیدروژن و اکسیژن و تولید بخار آب، خیلی سریع مجدداً انجام شده و انرژی با طول‌موج‌های مرعی تولید می‌شود. یعنی با شروع فعالیت یک نیروگاه هسته‌ای و بالارفتن توان آن، چنین متصور است که غلاف یا میله‌های سوخت، چیزی شبیه تیوپ لامپ مهتابی یا همان تیوپ لامپ‌های کم‌مصرف فلورسانس می‌شود. در این حالت دما می‌تواند تا نزدیک به ۳۰۰۰ درجه در جوار غلاف سوخت افزایش یابد. یعنی حرارت ایجاد شده در نازل اکسی هیدروژن که می‌تواند سیلیس و آلومینا را ذوب کند (روش ورنویل). ولی نقطه ذوب زیرگونیوم ۲۱۲۸ درجه است. تاب و تحمل این دما را ندارد؛ لذا سیستم ترمودینامیکی رآکتور معکوس می‌بایست آن را سریعاً به مناطق سردتر منتقل کند و اگر به هر دلیل نتواند، میله‌های سوخت نزدیک به این دما، دچار تنش حرارتی شده و در خود آن دما ذوب می‌شوند و فاجعه روی می‌دهد. ما زیر آب موفق به ذوب زیرگونیوم شده‌ایم که واکنش شدیدی دارد. چون می‌تواند اکسیژن آب را به خود جذب کند. علت آن اینکه با گاز هیدروژن نمی‌توان اکسید زیرگونیوم را احیا کرد و به پودر فلزی دست‌یافت. چون انرژی پیوند زیرگونیوم با اکسیژن بیشتر از انرژی پیوند هیدروژن با اکسیژن است. این کار از عهده پودر آلومینیوم بر می‌آید. و این نکته مهم که احتمال خیلی کمی دارد که یک مولکول آب بر اثر دو تابش گاما دچار تجزیه کامل شود یعنی:

 

 

که در رآکتورهای معکوس در نیروگاه هسته‌ای، این سری واکنش‌ها با سرعت بسیار زیادی در حال انجام است. یعنی از طریق فرایندهای پی‌درپی فوق، سطح انرژی تابش‌های گاما به سطح انرژی پایین، مرعی، مادون‌قرمز یا ماکروویو تقلیل پیدا می‌کند. به این دلیل است که دما در داخل رآکتور معکوس در یک نیروگاه هسته‌ای، خیلی سریع بالا می‌رود. یک نیروگاه هسته‌ای می‌تواند انرژی موردنیاز چندین کارخانه فولادسازی را تأمین کند. درست مثل این است که ما بخواهیم با دمای چند هزار درجه بجای فولاد، آب را ذوب کنیم. این مقدار آب محدود می‌بایست این مقدار حرارت را در واحد زمان منتقل کند. این دما درست از مرز میان غلاف و بخار آب منتقل می‌شود. یعنی کل این مقدار انرژی تابشی بر سطح محیط بر میله‌های سوخت توزیع می‌شود.

 

 

و این نکته مهم که دما در سطح مقطع بسته چندضلعی میله‌های سوخت، یکسان توزیع نمی‌شود. بلکه حرارت در مرکز بیشتر است. و دلیل آن تغییر چگالی تابش حرارتی است. موضوع مهم که باید مدنظر داشته باشیم، فاصله زمانی مابین دو واکنش تجزیه و ترکیب مجدد مولکول‌های آب است. برای اینکه این واکنش‌ها ارتعاش به وجود می‌آورند که اگر بَسامد آن پایین باشد، امواج مکانیکی هستند. ولی اگر بَسامد آنها زیاد شود، امواج رادیویی یا ماکروویو خواهند بود.

این ارتعاش‌ها اگر زیر 20KH باشند، توسط گوش انسان قابل‌شناسایی هستند و بالاتر از آن اولتراسونیک خواهند بود. و صدا بسیار آزار دهند خواهد بود که در طولانی‌مدت موجب سرگیجه می‌شود. ممکن است این امواج همدیگر را خنثی و مستهلک کنند. ولی اگر موجب تشدید یکدیگر شوند، بسیار خسارت‌بار می‌شوند و به تجهیزات ژنراتور معکوس آسیب می‌رسانند. به‌طورکلی این ارتعاشات با انرژی پیوند کووالانسی رابطه عکس، ولی با تعداد تابش‌ها در واحد زمان رابطه مستقیم دارند. یعنی هر قدر پیوند شیمیایی قوی‌تر باشد و ماده از حالت مایع به‌طرف جامد و جامد سخت حرکت کند، بَسامد نیز کمتر می‌شود.

 

 

اما رفتار این مواد رادیواکتیو خارج از ژنراتورهای معکوس به‌گونه‌ای دیگر خواهد بود!

 

۱۸ دسامبر ۱۹۷۰، یاکا فلت:  پس از آزمایش از بین‌بری، که طی آن ۱۰ هزار تن زباله هسته‌ ای موجود در زیر زمین در یاکا فلت در نوادا منفجر شد، دریچه ایمنی عمل نکرد و مواد رادیو اکتیو در جو پخش شد. ۸۶ کارگر در معرض تشعشع هسته ‌ای قرار گرفتند.

۲۸ مارس ۱۹۷۹، حادثه جزیره تری مایل:  ذوب شدن بخشی از واحد شماره دو این نیروگاه هسته ‌ای جدی ‌ترین سانحه در تاریخ اتمی ایالات متحده به شمار می ‌رود. با این همه فاجعه با تلفات جانی همراه نبود.

۲۶ آوریل ۱۹۸۶، چرنوبیل:  فاجعه چرنوبیل یکی از بدترین سوانح هسته‌ ای در تاریخ به شمار می‌ رود. صبح روز ۲۶ آوریل رآکتور شماره چهار نیروگاه چرنوبیل منفجر شد. انفجارهای بعدی در پی انفجار اولیه سبب پراکنده شدن مواد رادیو اکتیو در جو شد. پخش این میزان مواد رادیو اکتیو چهارصد برابر مواد رادیو اکتیو پخش شده در بمباران اتمی هیروشیما بود.

۳۰ سپتامبر ۱۹۹۹، حادثه انفجار نیروگاه توکایمورا : بدترین حادثه هسته ‌ای ژاپن در یک مرکز فرآوری اورانیوم در توکایمورا در شمال شرق توکیو روی داد. این حادثه زمانی روی داد که کارگران مشغول مخلوط کردن اورانیوم مایع بودند.

۱۰ اوت ۱۹۸۵، خلیج چاژما، ک ۴۳۱:  در جریان سوخت‌ رسانی در ولادی وستک روسیه، زیر دریایی اکو ۱۱ دچار انفجار شد و ابر رادیو اکتیو را در هوا پراکنده ساخت. کارکنان زیر دریایی در این حادثه کشته شدند و دست کم ۴۹ نفر دیگر نیز در معرض تشعشعات جدی اتمی قرار گرفتند.

۶ آوریل ۱۹۹۳، انفجار تامسک هفت: حادثه در شهر تامسک در سیبری روی داد و طی آن یک مخزن منفجر شد. کارگران داشتند با اسید نیتریک مخزن را تمیز می ‌کردند. انفجار مخزن سبب آزاد شدن مقداری گاز رادیو اکتیو از مجتمع بازآوری تامسک هفت شد.

۱۰ اکتبر ۱۹۵۷، آتش ‌سوزی ویندسکل: حادثه زمانی روی داد که هسته ذغالی رآکتور هسته‌ ای بریتانیا در نزدیکی کامبرلند آتش گرفت. آتش سبب نشت و پراکنش مواد رادیو اکتیو و آلودگی هسته‌ ای شد. این حادثه تا زمانی که فاجعه جزیره تری مایل رخ نداده بود، بزرگترین فاجعه رآکتور اتمی به شمار می ‌رفت.

توجیه تمامی این فجایع هسته‌ای در یک جمله خلاصه می‌شود. تمامی دانشمندان هسته‌ای و فیزیک کوانتوم چنین تصور می‌کنند که برهم‌کنش تابش گاما با هسته است و هرگز تصور و باوری نداشته‌اند که این تابش‌ها می‌توانند با یک یا یک زوج الکترون در ترازهای یک اتم یا یک مولکول یا یک ترکیب شیمیایی برهم‌کنش داشته باشند. چون اینها تفاوت سطح یا تراز انرژی بسیار زیاد و فاحشی دارند. یعنی نمی‌توانند هیچ ربطی به هم داشته باشند. ولی همان‌طور که یک عقاب مهارت بسیار زیادی برای شکار خرگوش دارد، تابش‌های گاما هم می‌توانند خیلی سریع و راحت الکترون‌ها را در ترازهای انرژی شکار کنند. یعنی همان‌طور که فقط کافی است شرایط فراهم شود تا عقاب شیرجه و سقوط آزاد خود به‌طرف خرگوش را شروع کند، اگر شرایط فراهم شود، تابش‌های گاما هیچ رحمی به الکترون‌ها ندارند. هر چند که این الکترون‌ها متعلق به هسته خودشان یا ترکیباتشان با عناصر دیگر باشد. این تصادم‌ها به‌قدری می‌تواند شدید باشد که هیچ‌چیزی به نام الکترون باقی نماند. بلکه با یک‌ذره جدید روبرو شویم.

 

 

یاکا فلت - ضایعات هسته‌ای بیشتر به‌صورت سرامیکی هستند. یعنی ماده رادیواکتیو به‌صورت اکسیدی است. این یعنی ترازهای انرژی مربوط به پیوندهای کووالانسی، هم از داخل اتم و هم از خارج اتم در معرض بمباران فوتون‌های گاما هستند و این موضوع که آنها در دل خاک دفن شده‌اند و روی آنها بتن‌ریزی شده و کانی‌های معدنی مثل انواع و اقسام سنگ‌های رسوبی و آتشفشانی مثل گرانیت، مرمر و.... بتون و خاک هم در کنار آنهاست. اینها چه هستند؟

چیزی مثل خودشان یعنی اکسید انواع فلزات که در این شرایط، به پودر اتمی و گاز اکسیژن محبوس تجزیه می‌شوند و هیچ راهی برای خروج اکسیژن از ساختار کریستالی و یا مخزن دفن وجود ندارد. با کوچک‌ترین جرقه که خود عناصر رادیواکتیو می‌زنند واکنش گرمازای شیمیایی به‌مراتب پرانرژی‌تر از ترمیت روی می‌دهد. در واکنش ترمیت پودر میکرونی آلومینیوم از پودر میکرونی اکسید آهن، اکسیژن گرفته و دما تا ۲۸۰۰ درجه بالا می‌رود و آهن احیا، ذوب شده و ته‌نشین می‌شود. آلومینا به‌صورت مذاب سرباره می‌شود. این چنین واکنشی در محل دفن زباله‌های هسته‌ای بالای ۳۴۰۰ درجه بوده است با قدرت انفجاری بسیار مهیب. چنین به نظر می‌رسد که تنها عنصری که به‌صورت خالص در طبیعت یافت می‌شود طلا است. ولی در مکان‌هایی که عناصر رادیواکتیو است، فلزات به‌صورت پودر قابل یافت و استخراج هستند. ما به این پدیده احیای سرد فلزات در ابعاد چنداتمی غیر قابل رویت با میکروسکوپ الکترونی (FESEM یا SEM) می‌گوییم. همچنین غیرقابل‌شناسایی فاز با روش کریستالوگرافی XRD. جالب است که به علت حبس اکسیژن وزن یا جرم آنها نیز کم نمی‌شود و اگر کم شود، آن را به دلیل واپاشی شناسایی می‌کنند. یک گرم از این مواد می‌تواند سطح مقطعی به‌اندازه یک استادیوم داشته باشد و به همین مقدار در معرض اکسیژن است. سرعت انفجار بالای ۶ ماخ صوتی خواهد بود. با دمایی در اندازه سطح خورشید یعنی ۶۰۰۰ درجه.

 

جزیره تری مایل، چرنوبیل و خلیج چاژما، ک ۴۳۱: به مقدار کافی توضیح داده شد. نیروگاه توکایمورا:

هگزافلوراید اورانیوم با فرمول UF6 ماده‌ای جامد شبیه پارافین است که در صورت تجزیه، گاز فلور آزاد شده و واکنش‌پذیرترین یا الکترون‌دوست ترین عنصر است که می‌تواند با رطوبت هوا واکنش داده و بسوزد یا منفجر شود. قدرت احیای هیدروژن از مولکول آب را دارد که مقدار بسیار زیادی اکسیژن را در محیط سبب می‌شود که دردسرساز است. یعنی بعد از انفجار فلور نوبت انفجار اکسیژن است؛ یعنی دو انفجار پی‌درپی. قدرت واکنش فلور بسیار بیشتر از اکسیژن است و می‌تواند از تمامی ترکیبات اکسیدی مثل شیشه و سیلیس عنصر کسب کند.

 

۶ آوریل ۱۹۹۳: بخار اسید نیتریک قابلیت اشتعال دارد. تنها چیزی که نیاز دارد یک چاشنی فوتون گاما است.

 

آتش‌سوزی ویندسکل: تابش‌های گاما در طولانی‌مدت می‌توانند ورقه‌های شش‌ضلعی گرافیت را به کربن بلک تجزیه کنند. پودر کربن بلک در حد چند اتم کربن در معرض هوا، یک ماده بسیار آتش‌زا است. خیلی راحت درست مثل باروت می‌سوزد. یعنی تبدیل گرافیت به باروت.

 

و اینک این سؤال پیش می‌آید که آیا ممکن است دانش ناقص یا نادرست بشر از فیزیک و شیمی کوانتوم کار را به اینجا کشانده باشد؟

جواب مثبت است. ما در علم هواشناسی بیشتر از خود زمین، جو سیاره زمین را برسی می‌کنیم. به طور مثال مسیر حرکت ابرها اطلاعات بسیار زیادی به ما می‌دهد. ولی در فیزیک هسته‌ای، ابر الکترونی مخصوصاً ترازهای انرژی پیوند کووالانسی نادیده گرفته شده‌اند. یعنی آزمون‌های کوانتومی با استفاده از اتم با تعداد زیادی الکترون به تعداد عدد اتمی و یا ترکیبات عناصر رادیواکتیو که تراکم این ابرها را تغییر داده انجام شده است. آزمون‌های هسته‌ای می‌بایست در شرایط یونیزه اتم بدون ابر الکترونی در دماهای بسیار بالا صورت بگیرد، تا نتیجه درست حاصل شود و قابل‌اطمینان باشد. یعنی ما الکترون‌ها را می‌بایست از محیط آزمون حذف کنیم که کار بسیار دشواری خواهد بود. یعنی ما برای انجام یک آزمون هسته‌ای سه شرایط آزمایشگاهی عنصر - ترکیبات عنصری - اتم یونیزه در حالت پلاسما داریم. نتیجه درست و قطعی در حالت پلاسما خواهد بود. یعنی سه آزمون مختلف سه نتیجه مختلف به ما ارائه خواهند کرد که مشکل بعدی تحلیل داده‌ها خواهد بود که ممکن است بسیار متفاوت هم باشند. چون هر انسانی برای خود طرز فکر، منطق و باوری دارد. همان‌طور که هیچ دو انسانی روی سیاره خاکی اثر انگشت و ژنوم یکسانی ندارد، به همین مقدار اختلاف عقیده و نظر خواهیم داشت.

 

اما نظر ما: به طور مثال در یک رآکتور معکوس دو الکترون و پوزیترون در نهایت با هم برخورد کرده و دو فوتون هر کدام معادل انرژی یک الکترون منتها با زاویه ۱۸۰ درجه تابش خواهند کرد. چرا این دو تابش زاویه ۱۸۰ درجه‌ای دارند. به باور ما تابش یکی انرژی مثبت دارد و تابش دوم انرژی منفی و چون انرژی کمیتی برداری است، پس می‌بایست زاویه ۱۸۰ درجه‌ای برای تابش‌ها داشته باشیم وگرنه چه توجیهی می‌تواند با دانسته‌های فعلی ما داشته باشد. در دل الکترون و یا پوزیترون چه چیزی نهفته است که باعث بروز این دوگانگی هم در بار الکتریکی و هم در زاویه تابش می‌شود. فیزیک‌دانان بر این باورند که پوزیترون پادماده و ضد الکترون است و این سؤال مطرح می‌شود که پادماده یا ضد ماده در داخل یک هسته از نوع ماده چه می‌کند و چرا داخل هسته نابود نمی‌شود و سالم باقی می‌ماند. این دخترخانم چقدر هم مشکل پسنده از این همه خواستگار فقط یکی را می‌پسندد و وصلت می‌کند چون نمی‌تواند باعجله تصمیم بگیرد باید سرعتش کم شود. یک جای کار می‌لنگد.

 

 

ما در مهندسی مکانیک و مهندسی سازه با بردار سروکار داریم. یعنی مقدار عددی بردار، جهت و زاویه بردار می‌بایست کاملاً مشخص و بعد از تعیین مقدار دقیق آن، سیستم مکانیکی و یا سازه را اولاً طراحی، ثانیاً محاسبه سپس پیاده کنیم وگرنه فاجعه روی می‌دهد و خسارت جانی و مالی خواهد بود. ولی در فیزیک هسته‌ای انرژی نه به‌عنوان بردار بلکه به‌عنوان عدد در نظر گرفته شده، آن هم بدون توجه به جهت یا زاویه آن و این یعنی اینکه سیستم ها و سازه‌ها مهندسی نیستند و بسیار هم ناپایدار و همراه با آشفتگی خواهند بود و در نهایت خسارت جانی و مالی و آلودگی زیست‌محیطی اجتناب‌ناپذیر است. چیزی در این مایه‌ها:

  

 

ما بی‌خیال این ۱۸۰ درجه نخواهیم شد و به دنبال چرایی آن هستیم؛ چون خطای آن خیلی زیاد و در دنیای مهندسی قابل‌قبول نیست.

 

 

محمدرضا طباطبايي    21/9/1400

http://www.ki2100.com