پرتوزايي مصنوعي و شکاف هسته اي

در مقاله ي پيش خوانديم که ...
کشف پرتوزايي طبيعي به دست بکرل منجر به عصر جديدي شد – عصر اتمي و هسته اي – اما نه بي درنگ.
پرتوزايي طبيعي تا سالها بعد به درستي شناخته نشد. پژوهشها و نبوغ راذرفورد، سادي و ديگران لازم بود تا به طبيعت و منشأ تابشي که بکرل و کوري ها کشف کرده بودند پي ببرند، و اين نظر را پيش بکشند که از ذرات (آلفا و بتا) گسيل شده از هسته هاي اتمها و تابش الکترومغناطيسي همراه چنين گسيل هايي تشکيل شده است. لرد راذرفورد در بيان اينکه جرم اتمها عمدتاً (بيش از 9/99%) در مرکزشان قرار گرفته، و از ذرات باردار مثبت و خنثي به نام پروتونها و نوترونها تشکيل شده است، نقش بسزايي داشت. در حوالي سال 1934 بود که به تدريج پرده از راز چگونگي دستيابي به قدرت عظيم انرژي هسته اي برداشته شد.
در سال 1934 ايران کوري، دختر ماري و پي ير، و شوهرش فردريک ژوليو، پرتوزايي مصنوعي را کشف کردند. آنان نشان دادند که مي توان از ذرات آلفا، که راذرفورد آنها را به عنوان تکه هايي از هسته ي اتمها که عناصر پرتوزاي طبيعي گسيل مي کردند شناسايي کرده بود، براي بمباران عناصر غير پرتوزا و القاي پرتوزايي در آنها استفاده کرد. پروفسور آلن لايتمن در ساينس 84 اين فرايند زير اتمي را چنين توصيف کرد: «ظاهراً اگر برخي هسته هاي اتمي پايدار را که به آرامش ابدي خود رضايت داده بودند، مجبور مي کردند تا ذرات زير اتمي ديگري ببلعند، مي شد آنها را ناپايدار ساخت. اين هسته هاي اتمي که به اجبار پر شده بودند، در حالتي ناآرام شروع به پرتاب ذرات کوچکي از خود مي کردند، گويي پرتوزايي «طبيعي» صورت گرفته باشد».
انريکو فِرمي که در آن هنگام در رم بود، تصميم گرفت که به جاي ذرات آلفا از نوترونها براي بمباران عناصر پايدار استفاده کند. بدين ترتيب هسته ي اتم سنگين اورانيم (البته ايزوتوپ پايدارآن) را در معرض باراني از پروتونها قرار داد. وي فرض کرد که احتمالاً اين بمباران نوتروني، هسته هاي ي از عناصر را که وزنشان تقريباً برابر با اورانيم است ايجاد خواهد کرد. اما اتوهان وفريتزاشتراسمن که در انستيتو قيصر ويلهلم در برلين پژوهش مي کردند، در محصولات بمباران اورانيم مقداري باريم يافتند، يعني عنصري که اندازه ي اتمهاي آن تقريباً نصف اورانيم است. چون هيچ باريمي در نمونه ي بمباران شده وجود نداشت، ظاهراً بعضي از هسته هاي اورانيم به دو نيم شده بودند!
در دسامبر سال 1938 ، هان طي نامه اي اين نتيجه ي نامنتظره را براي ليزه مايتنر شرح داد.
مايتنر، 30 سال همکار ارزشمند هان بود، اما چون يهودي بود، پنج ماه قبل از آن از آلمان هيتلري گريخته و به سوئد پناه آورده بود. در کريسمس آن سال، خواهر زاده اش اتور.فريش، که او نيز فيزيکدان و در کپنهاگ از همکاران فيزيکدان معروف دانمارکي نيلس بور بود، از او ديدن کرد، و با هم درباره ي هان گفت و گو کردند. پس از تفکر زياد، در حالي که در برفها قدم مي زدند به ياد يکي از نظريات بور افتادند؛ در سال 1936 بور احتمال داده بود که شايد ذرات درون هسته به نحوي دسته جمعي عمل مي کنند، که حتي با ضربه ي ذره ي کوچکي همچون نوترون، هسته از حالت کروي خود تغيير شکل مي يابد. امکان داشت که نيروهاي دافعه ي هسته بر نيروهاي جاذبه غلبه کنند، هسته به دو نيم تقسيم شود، و دو نيمه را با سرعتي زياد و با آزاد کردن مقادير عظيمي انرژي به دو سو پرتاب کند. بور هر هسته ي سنگين ناپايدار را به قطره ي آبي که در حال شکافتن باشد تشبيه کرد.
وقتي فريش چند روز بعد به کپنهاگ بازگشت، توانست درست قبل از سوار شدن بور بر کشتي سوئدي – امريکايي ام اس دروتنينگهولم که به نيويورک مي رفت با او صحبت کند. بور بي درنگ به اهميت آزمايش شکافت هسته اي – واژه اي که فريش براساس نام تقسيم ياخته اي در زيست شناسي وضع کرده بود – که هان مشاهده کرده بود، پي ببرد. بور راهي کنفرانسي در واشنگتن دي. سي. در زمينه فيزيک نظري بود، و تفسير مايتنر و فريش را در کنفرانس مطرح کرد. بور متعاقباً نامه ي کوتاهي به سردبير مجله ي فيزيکال ريويو نوشت که در آن نظريه ي قطره ي مايع براي شکافت هسته اي را به اختصار شرح داد.
چندي نگذشت که لئوزيلارد در دانشگاه کلمبيا شکافت هسته اي را در واکنشهاي زنجيره اي مشاهده کرد. بور که در آن هنگام در دانشگاه پرينستون بود، حساب کرد که فقط شکل نادري از اورانيم، يعني ايزوتوپ 235-U آن که در طبيعت تنها 1% اورانيم طبيعي را تشکيل مي دهد، موجب واکنشي زنجيره اي مي شود. براي ساخت يک رآکتور زنجيره اي بايد 235-U تغليظ مي شد. اين کار عملي بود، و بالاخره انجام شد .ايالات متحده موفق شد گوي سبقت را در اين زمينه از آلمان بربايد.
پسنوشت
در دوم اوت 1030، آلبرت آينشتاين نامه ي هشدار دهنده اي براي فرانکلين د.روزولت رئيس جمهور امريکا فرستاد که در آن گفته بود: «پژوهشهاي اخير ا.فرمي ول. زيلارد مرا متقاعد ساخته است که شايد بتوان در آينده ي نزديک عنصر اورانيم را به منبع انرژي نوين و با اهميتي تبديل کرد و به نظر مي رسد که بدين ترتيب بتوان انواع جديدي از بمبهاي بسيار قدرتمند توليد کرد».
بقيه ي برنامه ي انرژي اتمي ماجرايي شناخته شده است: بمبهاي اتمي در جنگ جهاني دوم توليد و به کارگرفته شدند و همجوشي هسته اي که شکل قدرتمندتري از انرژي هسته اي بود کشف و تکميل شد. نيروگاههاي انرژي اتمي براي مصارف صلحجويانه نيز ساخته شده اند، اما انرژي اتمي هنوز انتظارات بشر را برآورده نکرده است. دفع ضايعات هسته اي هنوز مشکلي جدي به شمار مي رود و زغال و نفت همچنان عمده ترين منبع انرژي در قرن بيستم هستند.
آنچه انرژي هسته اي به طور ناگهاني و برگشت ناپذيري عوض کرده، مفهوم جنگ است. هر سلاح جديد که در طول تاريخ عرضه شده، نسبت به گذشتگانش پيشرفت بزرگي به شمار آمده است – منجنيق روميان، کمان دستي انگليسيان، کمان زنبوري سويسيها، باروت و نيترو گليسرين، اما اين پيشرفتها در مقايسه با جهشي که از سلاحهاي متعارف امروزي تا بمبها و موشکهاي هسته اي طي شد، حتي به حساب هم نمي آمدند. فدراسيون دانشمندان علوم اتمي، که سازماني است متشکل از دانشمنداني که طي جنگ جهاني دوم روي بمب اتمي کار کردند، بعدها نام خود را کمي تغيير داد و به فدراسيون دانشمندان امريکايي موسوم شد. در حال حاضر هدف اصلي اين سازمان خلع سلاح هسته اي است، چون اعضاي آن معتقدند که سلاحهاي هسته اي، جنگ را غير قابل تصور ساخته اند. انسان به ياد پاسخ آلفرد نوبل به برتافون ساتنر درباره ي کنفرانسهاي صلح او مي افتد: «شايد کارخانه هاي من زودتر از کنگره هاي شما به جنگ خاتمه دهند».
به اميد آنکه نسل ما با به کارگيري درست انرژي هسته اي، در تحريم جنگ موفقتر از نوبل و جانشيناش باشد.