المحددات الحاسمة لثبات النواة الذرية

التركيب الأساسي للنواة الذرية

تمثل النواة حجر الزاوية في تركيب الذرة، فهي تتكون من جسيمات موجبة الشحنة تعرف بالبروتونات، وجسيمات متعادلة تسمى النيوترونات. وبناءً على ذلك، فإن الشحنة الكلية للنواة تكون موجبة. وتعتبر الذرة متعادلة كهربائيًا عندما تتساوى الشحنة الموجبة للنواة مع الشحنة السالبة للإلكترونات التي تدور حولها. يتميز حجم النواة بصغره الشديد، حيث يتراوح قطره بين 1.75 فيمتومتر لذرة الهيدروجين، و15 فيمتومتر للذرات الأثقل كاليورانيوم. وقد أدى الاهتمام الكبير بالنواة إلى ظهور علم الفيزياء النووية الذي يهدف إلى دراسة خصائصها وتفاعلاتها بشكل مفصل.

يحدد العدد الذري لكل عنصر عدد البروتونات الموجودة في نواته. فمثلاً، النواة التي تحتوي على بروتون واحد تمثل ذرة الهيدروجين، بينما النواة التي تحتوي على ثمانية بروتونات تمثل ذرة الأكسجين. أما عدد النيوترونات في النواة فيحدد نظائر العنصر المختلفة. وعادةً ما يكون عدد النيوترونات متناسبًا مع عدد البروتونات.

مفهوم استقرار النواة

تعرف النواة المستقرة بأنها النواة القادرة على الحفاظ على تركيبها وبنيتها دون تغيير مع مرور الوقت. ويتحقق استقرار النواة بفضل التفاعل القوي الذي يربط مكوناتها الداخلية. لتحديد ما إذا كانت النواة مستقرة أم لا، يجب دراسة مخطط سوقري الذي يوضح العلاقة بين عدد البروتونات والنيوترونات في النواة. يقدم هذا المخطط معلومات قيمة حول استقرار النواة الذرية، حيث يعرض عدد النيوترونات على المحور الأفقي (A-Z) وعدد البروتونات على المحور الرأسي (z). كل مربع صغير في المخطط يمثل نواة ذرية، وإذا ظهرت المنطقة باللون الأحمر، فهذا يشير إلى أن النواة مستقرة.

المؤثرات الرئيسية على ثبات النواة

يتأثر استقرار النواة بعدة عوامل رئيسية، وهي:

• طاقة الحجم: تتناسب طاقة الحجم طرديًا مع العدد الكتلي للنواة. ويعود ذلك إلى أن طاقة الربط الكلية تتناسب مع طاقة الربط ذات القيمة الثابتة، وبالتالي تتناسب مع حجم النواة.
• طاقة السطح: تتناسب طاقة الربط مع المساحة السطحية للنواة، وبالتالي تتناسب مع نصف قطر النواة. فالنويات القريبة من السطح تكون محاطة بعدد أقل من النويات، مما يجعل طاقة الربط الخاصة بها ضعيفة مقارنة بالنويات الموجودة في داخل النواة. ونتيجة لذلك، تبدأ طاقة الربط للنويات الموجودة على السطح بالتناقص وتتخذ قيمًا سالبة.
• طاقة كولوم: يبذل البروتون طاقة جهد كهرومغناطيسية مع البروتونات الأخرى الموجودة في النواة. ويظهر تأثير طاقة كولوم بشكل واضح في النوى الثقيلة، حيث تصبح القوة الكهرومغناطيسية ذات أهمية كبيرة وتعتمد على عدد أزواج البروتونات في قيمتها الكلية.

المراجع

• Tim Sharp (8-8-2017),”What is an Atom?”،www.livescience.com, Retrieved 14-7-2018. Edited.
• Adam Tuttle (24-9-2012),”Marketing’s Nucleus – Establishing Goals”،www.activecampaign.com, Retrieved 14-7-2018. Edited.
• “132 other factors affecting nuclear stability studies”,www.coursehero.com, Retrieved 14-7-2018. Edited.