על טכנולוגיית הגרעין, פצצות אטום, וכורים גרעינים

[Dark_Phantom]

כולם בוודאי שמעו יותר מפעם אחת על הפצצות אטום האימתניות, על ההרס הנורא. כולם, אני גם מניח ראו לפחות פעם אחת סרט שקשור באופן זה או אחר על האיום הגרעיני(רוב הזמן על ארה"ב כמובן) ועל השלכותיו הנוראיות כפי שכל העולם ראה בהירושימה ונגסאקי. אכן, טכנולוגיית הגרעין היא אחת הטכנולוגיות הכי מסוכנות לאנושות שאנשים המציאו אך באותה עת גם אחד המשמעותיות ועוזרות הקיימות כיום. בכתבה שלפניכם אני אנסה להסביר בקצרה על איך כל העסק הזה פועל בלי יותר מדי פיזיקה, כדי שכל אחד יוכל ליהנות מהכתבה ולהבין את ההסבר שלי.

כמו שכבר הסברתי בכתבה על לייזר, העולם שלנו מורכב מאטומים. אבל גם אטומים מורכבים מחלקים עוד יותר קטנים הנקראים פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים. פרוטונים ונויטרונים מרכיבים את גרעין ((Nucleus ואילו אלקטרונים מסתובבים להם על הכיפק מסביב לגרעין בסדר מסוים, הקרוי גם רמות אנרגיה(רמות אלקטרונים). אלקטרונים מצוידים במטען שלילי ואילו פרוטונים במטען חיובים נויטרונים הם נייטרלים, כלומר אין להם שום מטען חשמלי ולמעשה תפקידם בגרעין הוא לשמש דבק לפרוטונים. זאת מכיוון שכל הפרוטונים הם בעלי מטען חיובי ולכן הם דוחים זה את זה וכדי שזה לא יקרה, נויטרונים באים לעזרה. כמעט כל אטום מורכב משלושתם, למעט מימן שמכיל רק פרוטון ואלקטרון אחד. בכימיה ובפיסיקה ישנו גם ביטוי "מסה אטומית". המסה בעצם מציינת את סכום הפרוטונים ונויטרונים של אותו אטום.

עד עכשיו הסברנו את המבוא הבסיסי שדרוש כדי להבין איך עובדת טכנולוגית הגרעין וכעת נתעמק מעט יותר בנושא. כפי שרובכם יודעים רוב החומרים בטבע מורכבים מיסודות ומולקלות. יסוד זהו בעצם אטום מסוים, כמו אטום של מימן, חמצן, נחושת, אלומיניום וכו', מאידך מולקולות הם שילובים של אטומי יסוד שנותנים חומרים מסוימים בטבע. למשל מולקלות מים מורכבת משני אטומי מימן ואטום אחד של חמצן. מולקלות הם ברות פירוק לאטומי יסוד אבל את האחרונים כבר אי אפשר לפרק לאטומים אחרים ולכן הם גם נקראים יסודות. אבל כאן זה לא נגמר. גם בין היסודות יש את החבר'ה השקטים, שלא עושים בעיות ויש את החבר'ה הבעייתים. דוגמא ל יסוד "שקט" הוא אלומיניום. הוא מורכב מ13 פרוטונים, 14 נויטרונים ו13 אלקטרונים. קח מיליוני אטומים של אלומיניום ותקבלנכון מאוד, אלומיניום. תשאיר את אותו בבקבוק מיליוני שנים, וגם אז הוא יישאר אלומיניום. פשוט ולעניין. אבל לא כל היסודות הם כמו אלומיניום חברינו. ניקח לדוגמא את מימן. באמת הבחור הכי פשוט בחברה, פרוטון ואלקטרון אחד, לא ביג דיל. אבל מסתבר שהבחור הוא שובב לא קטן. למימן 1 יש שני אחים, מימן 2 הנקרא דיטריום ומימן 3 הקרוי גם טריטיום. ממש שק הפתעות. במדע קוראים לשלוש הצורות איזוטופים של מימן, ולחלק מהם יש תכונות מאוד מעניינות. מימן 2, שלהביל ממימן 1 מכיל גפ נויטרון אחד בגרעין, מסוגל להרכיב מולקלות מים אבל הוא גם מסוכן ורעיל בכמויות גדולות.

למזלנו, הוא בדיוק נפוץ בטבע, פחות מחצי אחוז מכל המימן בטבע. זהו אבל גם איזטופ יציב, לעומת הבא אחריו, טריטיום. טריטיום הוא מה שנקרא, האגוז הקשה במשפחה. הוא מכיל בגרעין 2 נויטרונים ופרוטון אחד, נויטרון יותר מאחיו דיטריום. טריטיום הוא גם יסוד לא יציב, "מעורער בנפשו" מה שנקרא. מה כוונה? אני אסביר לכם. במהלך השנים נוטה נויטרון אחד בגרעין של טריטיום להחליף זהות ולהפוך לשלוש אלמנטים בבת אחת- פרוטון, אנטי- נויטרון ולאלקטרון. אלקטרון ואנטי- נויטרון נפלטים מהאטום במהלך מה שנקרא קרינת אלפא ואילו פרוטון נשאר בגרעין. לאחר המהפכה קיבלנו יסוד עם שני פרוטונים בגרעין ונויטרון אחד, יסוד שקרוי גם הליום. נו, ממש שובבים האטומים האלה, לא? תהליך שתיארתי כאן נקרא במדע התפרקות רדיואקטיבית.

בטבלת היסודות ישנם מס' יסודות בעייתים שנוטים להתפרק רדיואקטיבית. חשוב לציין שלא כל יסוד בעל איזוטופים הוא רדיוקטיבי, למשל לנחושת יש שני איזוטופים ושניהם יציבים ולא מתפרקים. אבל מצד שני יש כמה יסודות, כמו אורניום המפורסם שכל האיזוטופים שלו הם רדיואקטיבים, מה שאולי מסביר את הפופלריות הרבה שלו בטכנלוגיות הגרעין:-)איזוטופים רדיוקטיבים נוטים להתפרק בשלוש אופנים:

שלב ראשון(קרינת אלפא)- האטום פולט מתוכו שני פרוטונים ושני נויטרונים מאוחדים,שגם מרכיבים את גרעין יסוד הליום4, והופך ליסוד אחר. זה בעיקר נפוץ ביסודות הכבדים שמורכבים מהרבה נויטרונים ופרוטונים בגרעין, כמו למשל יסוד אמריציום שמתפרק בשלב הזה ליסוד נפטונים שמסתו קטנה בארבע מאמריציום.

שלב שני(קרינת בטא)- קרינת בטא היא מה שקורה באיזוטופ מימן 3. נויטרון הופך לפרוטון, אנטי נויטרון ואלקטרונים, כששני האחרונים נפלטים מהאטום והראשון נשאר בגרעין. שימו לב, החלקיק הנפלט, אלקטרון הוא יותר קטן משני פרוטונים ונויטרונים, המהווים חלק מקרית אלפא, ואי לכך הוא גם יותר מזיק.

שלב שלישי(התפצלות האטום)- זהו השלב שבו האטום פשוט מתפצל לשני אטומים אחרים והרבה פעמים פולט נויטרונים, הנקראים גם קרינת נויטרונים, שיכולים לגרום להתנגשות נוספת באטום מסוג זהה וליצור תגובת שרשרת גרעינית(העיקרון שעליו פצצות אטום עובדות) או ליצור קרינת גמא המסוכנת. חשוב להסביר כאן בשני מילים על קרינת גמא. בניגוד לשני האחרות, קרינת חלקיקי אלפא ובטא, קרינת גמא מאוד, אבל מאוד מסוכנת מכיוון שהיא פולטת בעיקר אנרגיה שנובעת מביקוע האטום. בעוד שעם שני הקרינות הראשונות האדם יגול להתמודד ללא בעיה מיוחדת, על ידי חליפה, קרינת גמא נבלמת בעיקר על ידי עופרת, מתכת כבדה במיוחד שמספקת הגנה כמעט יחידה מפני הקרינה המסוכנת הזאת.

אורניום הוא יסוד רדיואקטיבי מאוד מעניין. יש לו מסה אטומית גדולה, בין 234 ו238 , כשביניהם יש גם 235. אזיטופ 235 נמצא בכמויות מאוד קטנות בטבע בעוד 238 מרכיב את רוב האורניום הטבעי על כדור הארץ. אורניום 235 הוא יסוד רדיואקטיבי פשוט לכאורה שמתפרק לו בכיף על ידי קרינת אלפא, הכל יפה לולא אחת התכונות המאוד מיוחדות שלו שהופכות אותו לכל כך מעניין. אורניום 235 הוא אחד מהיסודות שמסוגלים לעבור התפרקות מזורזת. כלומר לא בתהליך טבעי שלוקח כמה זמן, אלא על ידי התערבות אנושית. ברגע שנויטרון פוגע בגרעין של אורניום 235 הוא מיד מתפרק ומשחרר נויטרונים נוספים שמצדם גם מתנגשים באזיטופים של אורניום וכך הלאה, דבר שקרוי גם תגובת שרשרת. בתהליך פירוק נוצר חום גבוה מאוד וגם קרינת גמא,שמקורה בכך שהסכום של האטומים החדשים שנוצרו לאחר פירוק לא זהה לאטום המקורי ולהמסה הנעלמת הופכת לאנרגיה על ידי משפט מסה- אנרגיה המפורסם .E=mc^2 מיותר לציין שכל זה קורה תוך חלקיק מאוד זעיר של שנייה והאפקט מהאנרגיה האדירה שנוצרת היא קטלני. בעקבות פיצוץ של פצצת אטום, בטווח אפס ממרכז הפצצה נוצר חום של מיליוני מעלות המתיך כל דבר שנמצא בסביבה. כמו כן נוצר גל הדף אדיר מהפיצוץ שמזעזע תרתי משמע את כל מה שנמצא בטווח הגל. וכמובן, האויב הכי גדול של פיצוץ גרעיני, הלא היא רדיואקטיביות ונשורת גרעינית. אבל למה בעצם רדיאוקטיביות היא כל כך מסוכנת וכמוה גם נשורת רדיוקטיבית? זאת, מכיוון שברגע שמתפוצצת הפצצה משתחררת המון קרינת גמא ביחד עם קרינת נויטרונים. נויטרונים החודרים בקלות למוצרים ודברים רגילים "מדביקים" אותם והופכים אותם לרדיאוקטיבים.

קרינת גמא מסוכנת גם בכך שכל מגע עם עור האדם היא מעיפה את האלקטרון מהאטום וכך גורמת למות התא, שמוביל לסרטן או למוטציות שונות, כפי שראינו מהירושימה ונגאסקי.

כור אטומי לעומת הפצצה פועל הרבה יותר חכם. שם הביקוע של האטומים עובר בקפידה, כל פעם נויטרון מפרק אטום אחד ומשם משתחרר נויטרון שמפרק אטום שני וכך הלאה. התהליך הוא הרבה יותר מבוקר. כתוצאה מכך נוצר חום רב שמחמם מים, ההופכים לקיטור ומסובים טורבינות שמספקות חשמל לביתנו. כך בעצם עובד כל העיקרון של הכור, פצצת אטום מבוקרת היטב.

זהו, זה על קצה המזלג על כל טכנולוגיית הגרעין. אם אתם רוצים לשאול שאלות או להוסיף מידע בכיף, אם אתם רוצים לדון בהרחבה אני אשמח לענות על השאלות.

ולמי שעדיין מתקשה להבין הנה כמה תמונות

[guycnaan]

התיאור יפה,היוזמה גם כן יפה,ההשקעה סבבה....

אבל לא עסקת בזה מספיק לעומק,ומכיוון שנושא הדיון הוא פצצות אטום וכורים,ציפיתי להסבר מפורט יותר עליהם לקהל הלא מבינים...

בכל מקרה אם אתה צריך עזרה בתוספת אשמח לעזור...

[Dark_Phantom]

התיאור יפה,היוזמה גם כן יפה,ההשקעה סבבה....

אבל לא עסקת בזה מספיק לעומק,ומכיוון שנושא הדיון הוא פצצות אטום וכורים,ציפיתי להסבר מפורט יותר עליהם לקהל הלא מבינים...

בכל מקרה אם אתה צריך עזרה בתוספת אשמח לעזור...

פשוט עד שכתבתי את כל ההסבר המפורט על התהליך כבר לא נשאר לי הרבה כוח לכל השאר...

בכל מקרה כל המוסיף יתקבל בברכה.

[OR007]

ניתן להוסיף בקצרה מאוד שקרינות אלפא ובטא הן יחסית חלשות מאוד, וניתן לעצור אותן בקלות.

אחת מהן אפילו משמת בגלאי עשן (ברח לי מהראש איזו מהן)

ישנה עוד קרינה, מסוכנת , גמא , קרינה אלקטרו מגנטית, אין לה מסה ולא חל שינוי כלשהו באטום ולכן היא מסוגלת לעבור מרחקים ארוכים מאוד בטרם תעצר.

[Dark_Phantom]

ציינתי באמת שאלפא ובטא הם חלשות ואפילו חליפה פשוטה תעצוא אותם..

גמא וקרינת נויטרונים הם המסוכנות באמת.

משתמשים בקרינת אלפא בגלאי עשן אם לזה אתה מתכוון.

[Dvich]

מדהים! למדתי המון! תודה על המידע!

שמעתי על פצצת ניוטרונים שעקרון הפעולה שלה זה שהיא פולטת קרינה שמחסלת כל תא חיי (הזכרת את זה אבל לא הייתי בטוח שהתכוונת לזה)

נ.ב.

מכירים http://www.physics.co.il ?

[Dark_Phantom]

אני שמח שלמדת משהו, הרי כל יום לומדים דבר חדש

בקשר לפצצת נויטרונים, שמעתי עליה, זה משהו שעובדים עליו כבר די הרבה זמן

ובאמת היא מאוד מסוכנת היות והיא פולטת קרינת נויטרונים, שכידוע קרינה מסוכנת לא

פחות מזאת של גאמא, והייעוד העיקרי הוא כאמר פגיעה בתאים כמו שאמרת.

[OR007]

ציינתי באמת שאלפא ובטא הם חלשות ואפילו חליפה פשוטה תעצוא אותם..

גמא וקרינת נויטרונים הם המסוכנות באמת.

משתמשים בקרינת אלפא בגלאי עשן אם לזה אתה מתכוון.

חליפה, איזו חליפה ?! לא צריך יותר מנייר כסף פשוט שמצוי בכל בית.

אני שמח שלמדת משהו, הרי כל יום לומדים דבר חדש

בקשר לפצצת נויטרונים, שמעתי עליה, זה משהו שעובדים עליו כבר די הרבה זמן

ובאמת היא מאוד מסוכנת היות והיא פולטת קרינת נויטרונים, שכידוע קרינה מסוכנת לא

פחות מזאת של גאמא, והייעוד העיקרי הוא כאמר פגיעה בתאים כמו שאמרת.

כן, קרינת הגמא באמת פוגעת בתאים, לא זוכר בדיוק את ההסבר המלא לכך אך זכור לי במעורפל שהתאים סופגים את האנרגיה הזאת,

שהם לא אמורים לקבל, דבר הגורם להתחלקות בלתי מבוקרת שלהם, הסרטן כפי שאנו מכירים אותו.

[guycnaan]

אני שמח שלמדת משהו, הרי כל יום לומדים דבר חדש

בקשר לפצצת נויטרונים, שמעתי עליה, זה משהו שעובדים עליו כבר די הרבה זמן

ובאמת היא מאוד מסוכנת היות והיא פולטת קרינת נויטרונים, שכידוע קרינה מסוכנת לא

פחות מזאת של גאמא, והייעוד העיקרי הוא כאמר פגיעה בתאים כמו שאמרת.

טעות בפיך,אישי החכם...

פצצת ניוטרונים היא פצצה אשר נמצאת בשימוש סדיר (לפי ידיעתי בינתיים רק בארה"ב),הבעיה בפצצת ניוטרונים היא שהכל מת...כולל פרחים עצים עשבים וכו',למזלנו טווח הפגיעה שלה לא גדול יחסית היא פשוט משמידה הכל...כך שאם תגיע לאזור כזה,יהיה שם שומם לגמרי (אולי ישארו גופות אבל גם מהם לא ישאר הרבה) לא משתמשים בה ממניעים הומניטריים....

ד"א אם מדברים על קרינה אלקטרומגנטית ופצצות,אזי יש לנו גם פצצה שעובדת על עיקרון האלקטרו מגנטיות,פצצת ה-E BOMB החכמה של האמריקאים גורמת לפולס אלקטרו מגנטי שכידוע משבש תקשורת לסוגיה ושדרים ובכך גורמת לנפילה של כל מחשב ברדיוס גדול...בלי לפגוע בא אחד...בעתיד כנראה ישתמשו בה לשבש את מהלכי האוייב ויחידותיו (בטוח שהצבאות יהיו תלויים יותר במחשבים ובאמצעים טכנולוגיים מתקדמים יותר) במלחמה בין שתי אומות (או יותר) מתקדמות טכנולוגית...

[Dark_Phantom]

אור- אתה לא תתחיל לעטוף את עצמך בנייר כסף בעת סכנה, מכון? אני יודע שגם נייר כסף

יספיק אבל פשוט חליפה יותר נוח ללבוש

גיא- סחטיין על המידע, גם אני למדתי משהו חדש.

[OR007]

אין קשר למה שתעשה בעת סכנה, בזה שאמרתי שגם נייר כסף יעצור אותה היא כדי להראות עד כמה הקרינה חלשה,

אגב, היא לא קרינה מסוכנת למרות שהיא עלולה לגרום כוייות וצריבות לעור, זאת בתנאי שאתה נמצא חשוף בטווח מאוד

קצר מהמקור אשר פולט את הקרינה.

[Dark_Phantom]

אני לא מתווכח איתך, יש הרבה חומרים שיכולים לעצור קרינת אלפא וביתא ונייר כסף הוא ביניהם.

אגב מי שראה את הסרט המצוין K-19 The Widowmaker יכול לראות את נזקי קרינת גמא, אפילו אם

אדם נחשף לה לזמן קצר יחסית...

[guycnaan]

א' פאט' אל תאמין למה שאתה רואה בסרטים

ב' פאט' הפגיעה מסוג קרינה תלוי במינון שאדם איקס חטף,כלומר אם הוא ייחשף לקרינה במינון גבוה שתי שניות עשויות להרוג אותו בלי בעיה

אבל אם במינון נמוך אזי (else... ) אז הוא יחיה כמה ימים..

ג' אור-מה הקשר נייר כסף? הדבר הכי טוב להתגונן מפני קרינה היא חליפה מבודדת ואטומה,ומפני קרינת גאמא,עופרת מכיוון שהיא היסוד האי רדיו אקטיבי בעל הצפיפות הגבוהה ביותר לכן לאלקטרונים ראדיואקטיביים חמודים קשה לחדור (לא סתם סופרמן לא יכול לראות דרך עופרת..)

ד' לגבי נזקי קרינת גאמא

קראו פה (לא היה לי כוח לתרגם)

http://srhp.jsc.nasa.gov/docs/nra/96/iliakis.htm

בנוסף יש שימושים טובים לדעתי לקרינת גאמא (אבל אל תקחו את מילותיי במלוא הרצינות),לטיפול בחולי סרטן (הקרנות) וכו'...

אה ואני חושב שזה עשוי להוסיף לדיון

http://www.ourfood.com/Radioactivity_food.html#SECTION0015000140000000000000

[Dark_Phantom]

גיא, אני באמת לא מאמין יותר מדי למה שאני רואה בסרטים אבל לדעתי הסרט הספציפי הנ"ל

היה דווקא די אמין, וזאת מכיוון שהוא מבוסס על מקרה אמיתי, כך שאין שם הרבה יד לדימיון.

[mass]

או קיי, דבר ראשון מה זה לעזאזל אנטי ניוטרון ? אתה כתבת פה הרבה תאוריות לא מוכחות (ניוטרונים הם דבק לפרוטונים.. אין לזה הוכחה)

ישנם יסודות שפולטים חלקיקי אלפא, He2+ , חלקיקי אלפא ניתן לעצור ע"י שימוש בנייר עיתון.

ישנם יסודות הפולטים חלקיקי בטא, שהינם אלקטרונים, ניתן לעצור אותם ע"י ברזל בעובי 2 מילימטר.

כאשר חלקיק בטא פוגע באטום אחר הוא מוסיף לו אנרגיה, כתוצאה מזאת האטום פולט קרינת גאמא.

קרינת גאמא לא ניתן לעצור!

ישנה טבלה שמראה את העובי הדרוש מחומר כדי להקטין את הקרינה פי 10, עופרת למשל זה בין 2 ל 6 CM.