النشطار النووي

الإنشطارالنووي



الإنشطار النووي هو انفلاق نَوَى ثقيلة لإطلاق طاقاتها،ويحدث الانشطار النووي حين يَشْطُر الجسيم القاذف نواة مادة الهدف إلى قسمين متساويين تقريبًا تسمى شظايا الانشطار. وتتألف كل شظية من نواة تحتوي تقريبًا علىنصف عدد النيوترونات والبروتونات في النّواة الأصلية المشطورة. ولا يُطلق تفاعلالانشطار إلاجزءًا من طاقة النواة. وتؤلف الحرارة معظم هذه الطاقة وما بقي منهايكون على صورة إشعاع.

يقيس العلماء الطاقة بوحدة تُسَّمى إلكترون فولت. ويولِّد احتراق ذَرّة من الكربون في الفحم الحجري أو النفط طاقة مقدارها نحو 3إلكترون فولت، في حين يولّد انشطار نواة واحدة من اليورانيوم نحو 200 مليون إلكترون فولت .




النظائر Isotropes
النظائرهي ذرات تحتوي أنويتها على نفس العدد من البروتونات ولكنها تختلف في عددالنيوترونات التي تحتويها . ويعني ذلك أن العدد الذري Z (عددالبروتونات) للعنصرالواحد لايتغير في حين يتغير عدده الكتلي A ( أي عدد البروتونات + عدد النيوترونات ). ويوصف العنصر في تلك الحالة بأن له عدة نظائر . وعموماً فإن لكل عنصر عدداً منالنظائر قد يصل الى خمسين نظير بالنسبة للعناصر الثقيلة . والنظائر هي ترجمة لكلمةمشتقة من اللغة اليونانية ( isotopes ) أي نفس الموضع , ويدل ذلك المعنى على أنالنظائر تقع في نفس المكان من الجدول الدوري للعناصر .
ولنظائر العنصر نفسالخواص الكيميائية , وعادة ما توجد العناصر الكيميائية في الطبيعة على هيئة مخاليطمن نظائرها المتنوعة . وبعض النظائر لا توجد في الطبيعة بصفة عامة ولكنها تنتج صناعياً باستخدام المفاعلات والمعجلات النووية .




التفاعل التسلسلي
التفاعل التسلسلي هو العمليةالأساسية لتوليد الطاقة في المفاعلات النووية و هو عبارة على عملية إنشطار نووي لكل مادة مليارات المرات.
و نواة اليورانيوم هي أيسر كل النوى الطبيعية انشطارًا،لأن فيها عددًا كبيرًا من البروتونات التي تتنافر ويدفع أحدها الآخر بعيدًا عنه. لذلك تميل النواة كثيرة البروتونات لأن تتطاير فيمكن شطرها بسهولة.
لذلك يصلحاليورانيوم وقوداً للمفاعل النووي، إذ يمكنه أن يولِّد سلسلة مستمرة من تفاعلاتالانشطار، وبذلك يُعَدّ مخزونًا دائمًا للطاقة. ولكي تحدث سلسلة التفاعلات يجب أنتطلق كل نواة منشطرة نيوترونات حرة إضافة إلى النيوترونات المنطلقة مع شظيتيالانشطار. ويمكن أن يستمر النيوترون الحر في شطر نواة أخرى من اليورانيوم، فيطلق بذلك عددًا أكبر من النيوترونات الحرة. وتصبح هذه العملية تفاعلاً متسلسلاً مستديمًا ذاتيًا، حيث تتكرر باستمرار. ولا يصلح لإحداث التفاعل النووي المتسلسل إلاالنوى التي يكون فيها عدد النيوترونات أكبر كثيرًا من عدد البروتونات.
ويُعَدُّالنظير اليورانيوم U-238 وقودًا مثاليًا في التفاعل النووي بسبب وفرته في الطبيعة. ولكن نواته تمْتَصُّ النيوترونات الحُرّة عادة دون أن تنشطر، ويصبح النيوترونالممتص مجرد جزء من النواة. وعلى هذا كان نظير اليورانيوم U-235 النادر، المادةَالطبيعية الوحيدة التي يمكن أن تستعملها المفاعلات النووية لإحداث تفاعلمتسلسل.
ويصعب جدًا فصل U-235 عن U-238 في خام اليورانيوم. لذلك، يحتوي الوقودالمستعمل في المفاعلات التجارية عددًا من ذرات U-238 أكثر من ذرات U-235.

الاندماج النووي
الاندماج النوويويطلق عليه أيضًا الالتحام الذري، يحدث عندما تندمج (تتحد) نواتان خفيفتان لتكوِّنانواة عنصر أثقل منهما. ويكون وزن ناتج الاندماج أقل من مجموع وَزْن النواتينالأصليتين، وتتحول المادة المفقودة إلى طاقة.
ولا تحُدث تفاعلات الاندماج التي تُنتج مقادير كبيرة من الطاقة إلا بوساطة حرارة شديدة جدًا، وتسمى مثل هذهالتفاعلات، التفاعلات النووية الحرارية، وهي التي تنتج طاقة الشمس وطاقة القنبلةالهيدروجينية.
ولا يحدث التفاعل النووي الحراري إلا في نوع خاص من المادة يسمىالبلازما، وهو غاز مكون منإلكترونات حُرّة ونوىات حرة. ومن المعلوم أن النوىتتنافر مع بعضها البعض، غير أنه إذا سُخِّنت البلازما التي تحتوي على نوى ذريةخفيفة إلى درجة حرارة تبلغ عدة ملايين، فإن النوى تبدأ في حركة سريعة تُمكنِّها منأن تخترق إحداها الحواجز الكهربائية للأخرى ثم تندمجان.


فائدة الاندماج النووي تكمن في إطلاقه كميات طاقة أكبر بكثير مما يطلقه الانشطار. و بالاضافة إلىذلك، فإن المحيطات تحتوي بشكل طبيعي على كميات كافية من الدويتريوم اللازم للتفاعلفإذا فلح الإنسان في ترويض تلك الطاقة لتغذية الكوكب بالطاقة لمدة آلاف السنين ،كما أن المواد المنبعثة عن الاندماج (خصوصا الهيليوم 4)، ليست مواداًمشعّة.

و على الرغم من العدد الكبير من التجارب التي تم القيام بها في كلأنحاء العالم منذ خمسين سنة، فإنه لم يتم التوصل إلى بناء مفاعل يعمل بالاندماج،ولكن الأبحاث في تقدم مستمر لغرض التوصل إلى ذلك . وكل ما اسطاع الإنسان التوصلإليه في هذا المجال جاء في المجال العسكري بإبتكار القنبلةالهيدروجينية.




النشاط الإشعاعي
أكتشفالنشاط الإشعاعي عن طريق هنري بيكيريل عام 1895م عندما لم يستطيع تصوير أحد الصخورالطبيعية المحتوية على اليورانيوم وكان ذلك للإشعاعات المتولدة من هذا الصخر التيتفسد عمل التصوير.
وأكدت هذا الكلام مدام هوري عام 1898م مع زوجها أن معدنالبتشبلند يحتوي على عناصر قادرة على إصدار إشعاعات معينة استطاعت فصل البولونيوموالراديوم من هذا المعدن.
وفي عام 1899م أكتشف ديبرين عنصر أخرى قادر علىالإشعاع وهو عنصر الأكتينيوم.
وأكتشف رذرفوزد بعد ذلك أن الإشعاعات التي تنطلقمن تلك العناصر هي ثلاثة أنواع: 1- آلفا 2- بيتا 3- كاماو وجد أن هناك أنحرافللأولى والثانية ناحية المجال الكهربي أما الأخيرة فلأتبدى أي أنحراف.
اقترحرذرفورد أن النشاط الإشعاعي للعناصر هي ظاهرة تلقائية خاصة بالعناصر الغير ثابتةويستمر انبعاث الإشعاع حتى تصل الى عنصر مستقر (ثابت) تنتهي عنده الظاهرة.
تحولالعنصر الى عنصر أخرى يتبعه دائماً انبعاث أشعة تسمى إشعاعات نووية (لأنها صادرة منالنواة)
وقد يكون العنصر الناتج أيضا غير مستقر فتستمر عملية النشاط النووي أوالإشعاعي تنتهي بعنصر ثابت ومستقر ومتواجد في الطبيعة....

خصائص إشعاعات آلفا α
*تحمل شحنتين موجبتين وكتلتها تساوي 4مرات كتلة الهيدروجين.
*تسببتأين الهواء الذي تمر به.
*لها طاقة كبيرة.
*قوة الاختراق ضعيفة ، يمكنإيقافها باستخدام ورق عادية.
*سرعتها أقل من سرعة الضوء.

خصائص إشعاعات بيتاβ
*سالبة الشحنة وكتلتها مثل كتلة الإلكترون.
تسبب تأين (ioniser) الغاز الذي تمر به.

*سرعتها تعادل سرعة الضوء يمكن إيقافها باستخدامالألواح من الرصاص.
*قوة الاختراق تعادل 100مرة من قدرة اختراق جسيماتآلفا.

خصائص إشعاعات كاما δ
*لا تنحرف في وجود أي مجال كهربي أومغناطيسي.( لأنة ليس لدينا شحنة(
*قوة تأينها للغازات صغيرة.
*سرعتهاكبيرة تعادل سرعة الضوء.
*قوة اختراقها كبيرة 10-100مرة قدرة أشعة بيتا.
*تحتاج الى إيقافها باستخدام عدة سنتيمترات من الرصاص.
*ليس لها نظيرآخر.