وسیله‌ای که در آن واکنش شکافت زنجیری کنترل شده انجام می‌شود راکتور هسته‌ای نام دارد.

‏‏اورانیوم یا پلوتونیوم ( عنصر پرتوزای مصنوعی با عدد اتمی 94‏ ‎ (Z =‎به عنوان ماده شکافت پذیر ‏‏(سوخت هسته‌ای) بکار می‌رود. از راکتور ها جهت تولید انرژی ، برای به دست آوردن ‏‏ایزوتوپ های پرتوزا (از جمله عناصر فوق اورانیوم ، یعنی: عناصری با 92‏ ‎ Z =‎و یا بیشتر) و چشمه‌های ‏باریکه‌های قوی نوترون استفاده می‌کنند‎.‎

راکتور هسته‌ای به عنوان چشمه تولید انرژی‎

• ‎پاره‌های شکافت در اورانیوم در فاصله کوتاهی (کمتر ازμm 5 ‎) کند می‌شوند. در نتیجه ، تقریبا تمامی ‏انرژی آزاد شده در راکتور به صورت گرما در توده اورانیوم ظاهر می‌شود. از این گرما مثلا می‌توان ‏برای گرم کردن و تبخیر مایع جاری از اورانیوم که بعدا به کمک ‎توربین بخار یا بعضی از ماشین‏های گرمایی دیگر به صورت انرژی الکتریکی یا مکانیکی در می‌آید استفاده کرد.
  
  
• ‎اولین نیروگاه هسته‌ای بر این اساس در سال 1945 در روسیه ساخته شد. ساختمان این راکتور بیانگر ‏این است که بخش اصلی این راکتور عناصر سوختی است که شامل اورانیوم می‌باشد. "عناصرسوخت" به ‏صورت دو دیوار نازک از لوله‌های فولادی ضد زنگ ساخته شده‌اند که یکی‎ ‎داخل دیگری قرار دارد‎.

• ‎اورانیوم را بدون درز در فضای میان لوله محکم می‌کنند، در حالی که از کاواک داخلی به عنوان کانال ‏برای عبور آب استفاده می‌شود. که گرمای آزاد شده از اورانیوم را در ضمن کار راکتور به خارج می‌برد. ‏محکم کردن بدون درز از این نظر لازم است که اورانیوم از لحاظ شیمیایی ناپایدار است و دیگر اینکه مانع ‏نشت گاز‌های پرتوزا خطرناکی شود که در نتیجه واکنش تشکیل می‌شوند‏.
  
  
• ‎برای تسهیل گسترش واکنش زنجیری ، عناصر "سوخت" را از اورانیومی که با ایزوتوب سریعا ‏شکافت پذیر ²³⁵U‎ غنی شده‌اند درست می‌کنند، اورانیوم غنی شده که در راکتور مصرف می کنند. ‏دارای 5 درصد ‏‎ ²³⁵U‎ در حالی که اورانیوم طبیعی فقط دارای 0.7 درصد از این ایزوتوپ است). کار ‏راکتور اورانیوم با پرتوزایی شدید همراه است. جهت حفاظت کارکنان از تابش پرتوزا و نوترونها که مقادیر ‏زیاد آن نیز زیانبار است، راکتور را در محفظه‌ای با دیوارهای ضخیم که از سیمان و مواد دیگر ساخته ‏شده‌اند قرار می‌دهند.
  
  
• ‎امتیاز بزرگ راکتور هسته‌ای به عنوان چشمه تولید انرژی هزینه کم سوخت آن است. مقدار گرمایی که ‏در ضمن شکافت یک گرم‎ ²³⁵U‎ ‎آزاد می شود برابر با مقدار گرمایی است که از سوختن چند تن ذغال ‏سنگ بدست می‌آید. این امر امکان می‌دهد که راکتورها را در نواحی دور از‏‎ ‎ذخایر ذغال سنگ و نفت و حتی ‏دور از راههای حمل و نقل (با کشتی ، زیردریایی و هواپیما) بر پا سازند.
  
  
• ‎در روسیه ، چندین نیروگاه اتمی در مقیاس بزرگ در حال کارند. چندین یخ شکن مجهز به ‏موتورهای اتمی و زیر دریاییهای اتمی نیز ساخته شده است. در آینده نقش ‏‏مهندسی انرژی هسته‌ای مهمتر از این خواهد شد.
  
  
• ‎محاسبه شده است که با آهنگ امروزی مصرف انرژی کمبود ذغال سنگ و نفت حتی در 50 سال آینده حس ‏خواهد شد. استفاده از اورانیوم راهی برای خروج از این مشکل است. زیرا انرژی ذخیره شده در ذخایر ‏اورانیوم 10 تا 20 برابر انرژی ذخیره شده در سوختهای آلی است. مسئله منابع انرژی پس ‏از مهار شدن واکنشهای گداخت به کلی حل خواهد شد‎.‎

‎عناصر فوق اورانیوم‎

• ‎درنتیجه بمباران اورانیوم با نوترون ، ایزوتوپ‎ ²³⁸U‎ ‎به‎ ²³⁹U‎ ‎تبدیل می‌شود. این ایزوتوپ ‏ناپایدار است و در نتیجه واپاشی ((ذره بتا به ایزوتوپ ⁹³Np‎‎ تبدیل می‌شود. این ‏ایزوتوپ به نوبه خود ، با تحمل واپاشی بتا ، پس از زمان کوتاهی (نیم عمر آن 2.35 روز است) به ‏ایزوتوپ ⁹⁴Pu‎‎ تبدیل می‌شود. ²³⁹Pu‎ نیز ناپایدار است، ولی به کندی ‏وا می‌پاشد (نیم عمر آن 24000 سال است). به این دلیل ممکن است به مقدار انبوهی انبار شود.
  
  
• ‎²³⁹\ع‎ مانند ²³⁵U‎ ، سوخت هسته‌ای خوبی است که برای راکتورهای هسته‌ای و بمبهای اتمی مناسب است. پلوتونیوم از راکتورهای هسته‌ای مبتنی بر اورانیوم طبیعی و کند کننده بدست می‌‏آید. در چنین راکتورهایی بیشتر نوترونها را ‎ ²³⁸U‎جذب می‌کند که نتیجه آن تشکیل پلوتونیوم است.
  
  
• ‎پلوتونیوم انبار شده در اورانیوم را می‌توان با روشهای شیمیایی جدا کرد. سوخت هسته‌ای مصنوعی ‏دیگر ایزوتوپ‎ ²³³U با نیم عمر 162000 است که در اورانیوم طبیعی وجود ندارد‏‎.²³³U ‎ نیز مانند ‏پلوتونیوم ، در نتیجه بمباران توریم با نوترون تشکیل می‌شود. به این طریق مواد با شکافت پذیری کم ‎) ²³⁸Uو توریم) می‌توانند به سوخت هسته‌ای با ارزش تبدیل شوند. این امکان پذیری بسیار اساسی ‏است، زیرا در پوسته زمین‎ ²³⁸U ‎و توریم خیلی بیشتر از‎ ²³⁶U ‎است.
  
  
• ‎نپتونیم و پلوتونیوم معرف عناصر فوق اورانیوم هستند و در جدول تناوبی بعد از اورانیوم می‌آیند.
  
  
• رشته عناصر فوق اورانیوم بعد از پلوتونیوم تا عنصری به عدد اتمی 107 ادامه دارد. عناصر فوق اورانیوم ‏در طبیعت کشف نشده‌اند. زیرا همه آنها پرتوزا بوده در مقایسه با سن زمین شناسی زمین نیم عمر کوتاهی ‏دارند‎.‎

‎‎بدست آوردن مواد رادیواکتیو

• ‎در راکتور در حال کار ، جریان شدید نوترونها در نتیجه شکافت مشاهده می‌شود. از بمباران مواد ‏با نوترونها می‌توان ایزوتوپهای پرتوزای مصنوعی گوناگون در راکتور بدست آورد. چشمه پرتوزای دیگر در راکتور پاره‌های شکافت اورانیوم هستند که اغلب‌ آنها ناپایدارند‎.‎

• عناصر پرتوزای مصنوعی کاربرد گسترده‌ای در علم و صنعت پیدا کرده‌اند. از موادی که اشعه ‏گاما گسیل می‌کنند بجای رادیوم خیلی گران ، برای امتحان اجسام فلزی کلفت با نور عبوری ، برای ‏‏مداوای سرطان و جز اینها استفاده می‌شود.
  
  
• از خاصیت کشنده بودن مقادیر زیاد تابش گاما در موجودات ذره بینی برای نگهداری مواد غذایی استفاده می‌‏شود. اکنون از تابش پرتوزا در صنایع شیمیایی استفاده می‌شود، زیرا انجام بسیاری از واکنشهای شیمیایی مهم را آسان می‌کند.
  
  
• ‎یکی از مهمترین استفاده‌ها روش نشانه گذاری اتمهاست. این روش بر این اساس استوار است که ‏ایزوتوب پرتوزا از لحاظ خواص شیمیایی و بسیاری از ویژگیهای فیزیکی از ایزوتوپ پایدار همان عنصر ‏غیر قابل تشخیص است. در عین حال ، ایزوتوپ پرتوزا را از روی تابش آن (مثلا با‎ ‎استفاده از شمارشگر تخلیه ‏گازی) می‌توان شناخت. با افزودن یک ایزوتوپ پرتوزا به عنصر مورد بررسی و آشکار سازی تابش آن ، ‏می‌توان مسیر این عنصر را در اندام ، در واکنش شیمیایی ، در ضمن ذوب فلزات و جز اینها ردیابی ‏کرد‎.‎

مباحث مرتبط با عنوان‎

• آشکارساز اتاقک یونیزاسیون
• ‎اشعه گاما‎
• انواع ‎راکتور هسته‌ای‎
• ‎ایزوتوپهای اورانیوم‎
• بمباران مواد ‏با نوترون
• پزشکی هسته‌ای
• مواد رادیواکتیو
• ‎راکتور هسته‌ای‎
• ‎سوخت هسته‌ای‎
• ‎شکافت زنجیری‎
• شکافت هسته‌ای
• عناصر رادیواکتیو
• غنی سازی اورانیوم
• ‎مواد پرتوزا‎
• ‎مهندسی هسته‌ای
• ‎واکنش زنجیری‎