واکنش زنجیری

واکنش زنجیری در عمل

هرکه تیتر بالا را بخواند احتمالاً مسائل مربوط به شکافت هسته و امثالهم در ذهن او تداعی میشود در حالیکه منظور ما کلی تر است.  ما معمولاً چیزهای ساده تر بنظرمان نمیآید و بسادگی از زیر چشمانمان لیز میخورد.  در این بخش مایلیم بدانیم این واکنش زنجیری شامل چه چیزهای دیگری نیز میشود.  در واقع با ساده ترین آن هر روز مواجه هستیم.  و آن همانا کبریت زدن هر روزه ما برای روشن کردن اجاق خوراکپزی و امثالهم است.  البته در اغلب شهر های ما این کار رو به فراموشی است زیرا این اجاق ها دارای فندک خودکار است و این آخرین کاری هم که به کبریت زدن محتاج بود دارد از صحنه کنار میرود.  بهرجهت اگر تاکنون کبریت زده باشید ناظر یک واکنش زنجیری بوده اید.  واکنش زنجیری یعنی واکنشی که برای ادامه کار خود به عامل خارجی نیازمند نباشد.  البته استثنائاً فقط در لحظه اول به یک عامل خارجی نیاز هست.  در مورد کبریت، با کشیدن باروت سر چوب کبریت گرمای لازم برای انفجار اولین ذره باروت فراهم آمده و در لحظات بعدی شاهد ادامه خود بخود واکنش و تسری گرمای حاصل از انفجار هر نقطه به نقطه بعدی هستیم.  مدت تکمیل واکنش به اندازه کافی کند است که بخوبی جریان واکنش زنجیری را بچشم میبینیم.  روشن کردن اجاق گاز با کبریت نیز نمونه دیگری است که چون قدری سریعتر است به چشم ما آنی میرسد در حالیکه به محض اینکه اولین ملکول گاز با اکسیژن ترکیب شود (که البته نیازمند شعله کبریت ماست) سایر ملکولهای همسایه با کمک انرژی آزاد شده از اولین واکنش، با اکسیژن محیط ترکیب و در مدت کوتاهی شعله کامل میشود.  برای شروع واکنش حتی یک جرقه ناقابل نیز تکافو میکند چون  کافیست فقط برای ترکیب دو ملکول انرژی لازم مهیا باشد.  لابد این هشدار را شنیده اید که در منزل اگر بوی گاز را شنیدید هرگز کلید یرق را نزنید (و اگر روشن است خاموش نکنید!) چه اینکه کوچکترین جرقه ناشی از اتصال برق برای راه اندازی واکنش زنجیری کفایت میکند.  جوشکاران کم توجه که مخازن خالی از نفت را تعمیر میکرده اند این مطلب را با هزینه زیاد متوجه شده اند.  بوی نفت پیچیده در یک تانکر خالی وقتی با اکسیژن کافی مخلوط شده باشد فقط منتظر یک جرقه کوچک است.  بنابراین انفجار در حقیقت خود یک واکنش زنجیری است که بر حسب مورد میتواند مثل آتش گرفتن باروت سر کبریت بقدر کافی کند باشد.  و یا میتواند مانند انفجار گاز و سوخت های فسیلی سریع باشد.  و یا مانند تی ان تی و مواد منفجره بسیار سریع  و یا در نهایت به انفجار ناشی از شکافت هسته ختم میشود که بسیار بسیار سریع است.  در مورد اخیر قبلاً در جای دیگر مثالهائی زده شده که آموزنده است. 

   همه انواع واکنش زنجیری در یک امر با هم مشترکند و آن همانا نیاز به چشمه خارجی برای آغاز عملیات است.  این چشمه یا عامل خارجی از حیث شدت میتواند بسیار ضعیف باشد ولی بدون آن واکنش قطعاً آغاز نمیشود.  چوب کبریت بخودی خود مشتعل نمیشود مگر با دادن یک گرمای اولیه به یک نقطه آن.  انفجار مخلوط گاز و اکسیژن شروع نمیشود مگر با یک جرقه یا نزدیک کردن چوب کبریت مشتعل به آن.  فراموش شد بگویم یک واکنش زنجیری خیلی کندتری هم داریم و آن "سوختن" است.  آتش گرفتن هیزم و امثال آن از آن جمله است.  کافیست با کبریت قسمتی از آن را داغ و به دمای اشتعال برسانیم.  باقی کار را واکنش زنجیری ادامه میدهد.  سوختن برخلاف انفجار از سطح آغاز میشود و لذا با قاعده نسبت "سطح به حجم" متناسب است.  بهمین دلیل برای روشن کردن یک توده هیزم (که دیر میگیرد) از یک توده خس و خاشاک استفاده میکنیم زیرا همانطور که قبلاً گفته ام هر چه ابعاد کوچکتر باشد، نسبت سطح به حجم بزرگتر و سرعت سوختن بیشتر میشود.  در نهایت چنانچه ماده سوختنی را چنان ریز کنیم که شکل گاز را بخود بگیرد با پدیده انفجار روبرو میشویم!   گاهی ذرات بسیار ریز ذغالسنگ در معادن ایجاد انفجار کرده است در حالیکه محال است با یک کبریت بتوانید یک تکه ذغالسنگ را آتش بزنید!  نکته دیگر که در سرعت واکنش موثر است دمای سوختن است.  هرچه ماده شیمیائی که قرار است سوخته شود در دمای بالاتری باشد سرعت واکنش بیشتر میشود.  نمونه آن کاغذ است که حتی در دمای اتاق نیز با اکسیژن ترکیب و میسوزد.  منتهی این سوختن بسیار بطئی است و متوجه ان نمیشویم.  اگر به کتابهای قدیمی پدر بزرگ (یا پدر جد) خود مراجعه کرده باشید دیده اید که لبه های بیرونی در معرض هوا چگونه زرد و ترد و شکننده شده است.  اما اگر با یک ذره بین گرمای خورشید را روی کاغذ متمرکز کنید میبینید چقدر سریع میسوزد.  سرعت انفجار و تکمیل عمل سوختن در ماشین های درونسوز بسیار مهم است.  برای یک کارکرد  خوب، سرعت انفجار باید بسی بیشتر از سرعت حرکت پیستونها باشد.  در مواد منفجره شیمیائی انفجار در حجم صورت گرفته و نیازی به اکسیژن محیط ندارد.  در یک ماده منفجره خوب سرعت واکنش زنجیری باید زیاد باشد و اصلاً انفجار با این خصلت معنا پیدا میکند.  در بحث های کلاسیک خود قبلاً گفته ام که گرمای ناشی از سوختن یک گرم چوب همانقدر است که انرژی حاصل از انفجار یک گرم تی ان تی!!   در مورد خاص شکافت هسته ای، چشمه اولیه که یک ماده مولد نوترون است بینهایت مهم است و به آن توجه خاص میشود.  تکثیر نوترونها مشابه داستان شطرنج است که یک پدیده تصاعدی است.  اگر در خانه اول یک گندم، در بعدی دو برابر و در سومی دو برابر قبلی قرار دهیم به خانه های وسطی که میرسیم  با یک کیسه گندم و در خانه های آخر با موجودی کل گندم دنیا طرف میشویم!  اما اگر در خانه اول بجای یکدانه یکصد دانه قرار دهیم  و با آن آغاز کنیم چه میشود؟  اگر به جای ضریب تصاعد 2 (که گاهی ضریب تکثیر نامیده میشود) از عدد کوچکتر یا بزرگتری استفاده کنیم آنگاه چه میشود؟  برای رسیدن به یک توده انبوه کدامیک موثرتر است؟  این جزئیات را مشروحاً در جای دیگری گفته ام (کتاب 111 پرسش)  ولی در اینجا به کیفیت مشاهدات علاقمندیم.  شکل دیگری از واکنش زنجیری را اغلب هنگام کباب درست کردن دیده ایم.  برای آماده کردن منقل آتش لازم است یک زغال کوچک برافروخته را لابلای زغالها گذارده و باد بزنیم.  این زغال کوچک همانا چشمه اولیه است که وجودش هرچند کوچک، ولی لازم و اجباریست.  باد زدن بدون وجود این چشمه اولیه بیهوده است.  اگر در خانه اول شطرنج چیزی نگذاشته باشید تمام خانه های بعدی صفر خواهد بود زیرا حاصلضرب صفر در هر عدد، صفر است.  همانطور که باد زدن را آغاز میکنیم میبینم که ظاهراً در گسترش آتش اثر چندانی ندارد و هر چه بر شدت بادزدن می افزائیم توگوئی بیفایده است.  اما در حقیقت واکنش زنجیری کاملاً در حال عمل است منتهی چون در مراحل اولیه است ( مثل خانه های ابتدائی در داستان شطرنج) گسترش آن ضعیف است و به چشم نمیآید.  پس از چندین دقیقه که آتش نیمی از پهنه منقل را فرا میگیرد متوجه چند برابری گسترش آتش میشویم و از این به بعد فقط چند لحظه کوتاه دیگر میخواهد که گستردگی آتش کامل گردد.  توجه میکنید که در مراحل نهائی وسعت گیری پهنه آتش خیلی نمایان تر از مراحل اولیه است.  حتماً شنیده اید که گاهی آتشسوزی جنگل ها از یک سیگار نیمسوخته آغاز شده است (که شاید بسختی باور میکردید) و بعداً چنان گسترده شده که مدتها ادامه یافته است. 

  نمونه های دیگری در حیطه بیولوژی سراغ داریم که کم و بیش از همین قواعد پیروی میکند.  برای ایجاد سرطان حضور یک سلول، بله فقط یک سلول، سرطانی کفایت میکند.  هر بار در تکثیر یک سلول به دو سلول با یک واکنش زنجیری لجام گسیخته روبروایم که اگر کنترل نشود فرجامی غم انگیز در پی دارد.  البته در عمل پس از اینکه غده سرطانی باندازه کافی بزرگ شود تغذیه سلول های میانی با مشکل مواجه شده و میمیرند.  اما سلولهای محیطی به گسترش خود کماکان ادامه میدهند.  لذا ضریب تکثیر  موثر اندکی کاهش مییابد ولی چه فایده که در این هنگام غده آنچنان بزرگ شده که به مرگ حامل خود میانجامد.  مثال دیگر در همین حیطه رشد تصاعدی جمعیت است که اگر مسؤلانه بدان پرداخته نشود به نتایج فاجعه بار می انجامد.  این فاجعه همانقدر واقعی است و بی خبری آنها که باید باخبر باشند همانقدر حقیقی که فی المثل زغالهای منقل کباب در مراحل اولیه با خوش خیالی تصور نمیکردند آن نیمسوز بیمقدار بعداً چنین جهنمی به پا کند!  این فاجعه همانقدر دردناک است که شخص حامل علائم اولیه سرطان با خوش بینی مفرط آن را نادیده گرفته و با بی توجهی خود را به کام مرگ اندازد.  البته او در این مورد فقط  مسؤل مرگ خویش است.  اما در مورد توده های جمعیتی سرطان گونه چه کسی مسؤل است؟  این مسائل و موضوعات زیست محیطی وابسته به آن بقدری مهم و حیاتی است که مقاله ای جداگانه را می طلبد.  کوتاه سخن آنکه منابع آب مصرفی، و منابع طبیعی اعم از زیر زمینی و رو زمینی پتانسیل محدودی داشته و بینهایت نیست.  این منابع با حفظ کیفیت باید برای نسل های متمادی در آینده نیز قابل استفاده باشد.  آتشسوزی جنگلها را باری میتوان خاموش ساخت اما توده های جمعیتی بی آب و نان را چگونه میتوان خاموش ساخت؟   برای تغییر برخی از تصمیمات نادرست امروز، فردا بسیار دیر است!!