در نیمه اول قرن بیستم، برخی از دانشمندان برجسته مانند اینشتین، دستیابی به انرژی هسته‌ای را غیرممکن می‌دانستند. اما دلیل اصلی این اعتقاد چه بود؟
احتمالاً تا پیش از دهه ۱۹۳۰، بحث دربارهٔ برداشت انرژی هسته‌ای یا شکافت هسته اتم برای بسیاری از محققان و دانشمندان مبهم بوده است و این امر به عنوان یک ایده قابل تصور و انجام ناپذیر می‌آمد. اکنون که انسان‌ها به سلاح‌ها و نیروگاه‌های هسته‌ای مجهز هستند، می‌توان به اندازه‌ی کافی تصور کرد که برداشت انرژی از داخل اتم همیشه چیزی بدیهی و اجتناب‌ناپذیر بوده است. با این حال، برخی از محققان بزرگ مانند رابرت میلیکان، برنده‌ی جایزه نوبل، این ایده را به سخره می‌گرفتند. او در سال ۱۹۲۸ اظهار داشت:
استفاده از قدرت اتم برای بشر بعید به نظر می‌رسد. ادعای سطحی مبنی بر استفاده از انرژی اتمی پس از پایان سوخت زغال‌سنگ، به صورتی کاملاً غیرعلمی و فقط در حوزه‌ی آرمانی قابل تصور است.
ارنست رادرفورد، یکی از دانشمندان برجسته و پیشگامان فیزیک اتمی، درباره فرضیه انرژی هسته‌ای اظهار کرد: “هر فردی که انتظار داشته باشد انرژی را از شکافتن اتم‌ها به دست آورد، احمق است.” دانشمندان به دلیلی قوی دلیل داشتند تا به این مطالبه شک کنند.
دانشمندان مطرحی مثل رادرفورد و اینشتین، ایده ساخت سلاح هسته‌ای را مسخره می‌کردند
برای مثال، وقتی هانری بکرل، مهندس و فیزیک‌دان برنده جایزه نوبل، برای اولین بار شاهد پدیده رادیواکتیو بود، فکر می‌کرد که این پدیده ممکن است شباهتی با فسفرسانس (فسفرتابی) داشته باشد، به‌طوری‌که هنگامی که اشعه‌هایی نظیر نور به یک جسم تابانده شوند، آن جسم انرژی را جذب کند و در ادامه آن را با طیفی متفاوت تابانده کند. همچنین، سنگ معدن اورانیوم نیز این خاصیت را داشت.
در سال ۱۸۹۶، هانری بکرل سنگ معدن اورانیوم را روی یک فیلم عکاسی پوشیده از کاغذ، زیر نور خورشید قرار داد. او متوجه شد که فیلم در معرض پرتوهای نامرئی از سنگ اورانیوم قرار گرفته و زمانی که اورانیوم زیر نور خورشید برانگیخته می‌شد، کاغذ فیلم جذب می‌کرد. اما یک روز، هنگامی که می‌خواست آزمایش خود را انجام دهد، هوای پاریس بسیار کثیف بود، بنابراین اورانیوم و فیلم عکاسی را داخل کشویی قرار داد و چند روز بعد، حتی با اینکه اورانیوم در معرض تابش نور خورشید قرار نگرفته بود، تصمیم گرفت فیلم عکاسی را باز کند و به شگفتی متوجه شد که فیلم همچنان پرتودهی شده بود، مشابه قبل.
صفحه‌ی فیلم بکرل که در معرض پرتوهای سنگ نمک اورانیوم قرار گرفته است.
هانری بکرل نتیجه گرفت که پدیده ظاهر شده، فسفرسانس نیست؛ بلکه نوعی پرتو و بنابراین انرژی از درون سنگ بیرون می‌آید. اما این سوال مطرح بود که چگونه یک شیء ظاهراً بی‌جان و ایستا مانند سنگ می‌تواند انرژی را تولید کند و منشأ این انرژی کجاست؟ این راز درون سنگ بود که به نظر می‌رسید قانون پایستگی انرژی را نقض می‌کند.
حدس‌زنی‌ها ادامه یافتند تا اینکه اینشتین معادله معروف e=mc^2 را منتشر کرد. او در این معادله نشان داد که منبع انرژی پرتوها می‌تواند جرم هسته باشد؛ به‌طوری‌که تنها مقدار کمی جرم می‌تواند مقدار زیادی انرژی تولید کند. این یافته بهانه‌ای شد تا نویسندگان علمی تخیلی مانند اچ. جی. ولز، تخیل خود را پرواز دهند.
و در سال ۱۹۱۴، اچ. جی. ولز کتابی با عنوان “جهان آزادشده” نوشت. او برای اولین بار در این کتاب از کلماتی مثل “بمب اتم” استفاده کرد و آن را “نارنجک دستی اورانیومی با انفجار پیوسته” توصیف کرد. اما این فرضیه برای دانشمندان کاملاً دور از واقعیت بود. به‌طوری‌که اینشتین در سال ۱۹۳۳ گفت:
تا کنون هیچ مدرکی وجود ندارد که نشان دهد دستیابی به انرژی هسته‌ای امکان‌پذیر است. برای اینکه انرژی هسته‌ای تولید شود، اتم‌ها باید به شکلی ارادی درهم کوبیده شوند.
بنابراین، در آن زمان هنوز هیچ راهی برای بهره‌برداری از انرژی هسته‌ای وجود نداشت و هر آنچه می‌دیدیم، صرفاً نتیجه فرآیند طبیعی و واپاشی رادیواکتیو بود. مثلاً اتم‌های یک ایزوتوپ ناپایدار به‌صورت تصادفی دچار واپاشی می‌شدند و انرژی آزاد شده، اگرچه در مقیاس اتمی زیاد بود، اما در مقیاس انسانی و جهانی چندان قابل مشاهده نبود.
فرآیند شکافتن یک اتم اورانیوم، تقریباً ۲۰ برابر کمتر از مقدار انرژی مورد نیاز برای بالا‌آوردن یک دانه شن به ضخامت یک تکه کاغذ، انرژی آزاد می‌کند. تا سال ۱۹۳۲، تنها ذره‌ای که در هسته شناخته شده بود پروتون بود؛ بنابراین اگر می‌خواستید هسته را تغییر دهید، می‌توانستید پروتون را به سمت آن شلیک کنید؛ اما از آنجا که هسته و پروتون هر دو دارای بار مثبت هستند، یکدیگر را دفع می‌کنند. بنابراین باید پروتون را با چنان سرعت و دقت بالا شلیک کنید که به هدف برسد و به آن بچسبد. حتی اگر موفق شوید، در بهترین حالت توانسته‌اید یک هسته‌ای را تغییر دهید که نمی‌تواند حتی یک دانه شن را جابه‌جا کند.
در فرآیند شکافت هسته‌ای، هسته‌ی اتم با جذب نوترون، ناپایدار شده و دو اتم جدید را به وجود می‌آورد.
بنابراین بی‌دلیل نبود که برندگان جایزه نوبل عقیده داشتند رویای سلاح هسته‌ای هرگز به حقیقت نخواهد پیوست. اما کمی بعد، کشف نوترون همه‌چیز را تغییر داد، زیرا نوترون به‌عنوان ذره‌ای هسته‌ای و بدون بار می‌تواند به شکلی شبح‌وار و بدون تغییر در ماده شناور شود و به هسته اتم برخورد کند و آن را به چیز دیگری تبدیل کند. در همین حین، فیزیکدانی به نام لئو زیلارد که کتاب “جهان آزادشده” را خوانده بود، آینده‌ای را توصیف کرد که از انرژی هسته‌ای در سلاح استفاده شود. او درباره این فرضیه می‌گفت:
ناگهان به این فکر کردم که شاید بتوانیم عنصری پیدا کنیم که به واسطه‌ی نوترون شکسته شود و با جذب یک نوترون، دو نوترون منتشر کند. اگر چنین عنصری در جرم کافی و بزرگی جمع شود، می‌تواند واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای را حفظ کند.
به بیان دیگر، نوترون به ما این اجازه را می‌دهد که واکنش‌های هسته‌ای را به صورت ارادی ایجاد کنیم و اگر هسته‌ای وجود داشته باشد که هنگام تقسیم‌شدن به این شیوه، دو نوترون تولید کند، می‌تواند تعداد بیشتری شکافت را ایجاد کند، به‌طوری‌که سرعت این واکنش به صورت نمایی افزایش می‌یابد. اورانیوم-۲۳۵، یک هسته با این ویژگی است. این عنصر به‌صورت میانگین دو و نیم نوترون را در هر بار تقسیم آزاد می‌کند.
کشف نوترون، پیش‌زمینه‌ای برای شکافت هسته‌ای و ساخت بمب اتم فراهم کرد.
حالا فرض کنید امکان تقسیم هزاران هزار هسته را به‌صورت همزمان دارید؛ این فرآیند می‌تواند به تولید مقدار چشمگیری انرژی به صورت آنی منجر شود. این دقیقاً همان اتفاقی است که در بمب اتم رخ می‌دهد. در نیروگاه اتمی، این آزادسازی انرژی کنترل می‌شود و بدین منظور باید برخی از نوترون‌ها جذب شوند؛ به‌گونه‌ای که شکافت یک هسته تنها باعث شکافت یک هسته‌ی دیگر به طور میانگین شود. به‌این‌ترتیب می‌توان به واکنش زنجیره‌ای پیوسته‌ای رسید که مقدار یکسانی انرژی را در هر لحظه تولید می‌کند.
فرآیند شکافت، مانند راه رفتن روی لبه‌ی تیغ است. اگر تعداد زیادی نوترون جذب شود، واکنش زنجیره‌ای به سرعت وامی‌پاشد و اگر تعداد کمی جذب شود، سرعت واکنش‌ها به صورت نمایی افزایش می‌یابند و این فرآیند درست به عملکرد بمب اتم یا حادثه‌ی چرنوبیل شباهت دارد.
نتیجتاً، اگر به خاطر نوترون، این ذره‌ی خنثی در هسته‌ی اتم نبود، شاید بسیاری از دانشمندان برجسته هنوز هم تصور می‌کردند برداشت انرژی از هسته امکان‌پذیر نیست؛ اما در جهان ما، نوترون می‌تواند قهرمان یا حتی شخصیت شرور فیزیک هسته‌ای باشد.
نظرات کاربران