جدول المحتويات
- تعريف الفيزياء النووية
- تاريخ الفيزياء النووية
- تطبيقات الفيزياء النووية
- انشطار واندماج النواة: مصادر الطاقة الهائلة
- الخلاصة
- المراجع
ما هي الفيزياء النووية؟
تُعنى الفيزياء النووية بدراسة نواة الذرة، وهي مركز الذرة الذي يحتوي على البروتونات والنيوترونات. يركز هذا المجال على فهم بنية النواة، وسلوكها، والتفاعلات التي تحدث داخلها.
تُعدّ النواة أصغر بمقدار 10,000 مرة من حجم الذرة، ورغم ذلك، فإنّ الطاقة المخزنة داخلها هائلة،
وتُقدر بأنّها أكبر بمليون مرة من الطاقة المنبعثة من الذرة نفسها.
تُحكم النواة بقوة تُسمى “القوة النووية”، وهي قوة قوية جدًا تربط البروتونات والنيوترونات معًا.
تلعب الفيزياء النووية دورًا مهمًا في العديد من المجالات، بما في ذلك الطب، والصناعة، والطاقة.
تاريخ الفيزياء النووية: من الاكتشافات الأولى إلى التطورات الحديثة
تعود جذور الفيزياء النووية إلى بداية القرن العشرين، حيث تمّ اكتشاف ظاهرة الإشعاع الطبيعي. في عام 1902م، أجرى العالم إرنست رذرفورد وفريدريك سودي تجارب على عنصر الثوريوم أثبتت إمكانية تحلل العناصر بشكل طبيعي.
في عام 1907م، اكتشف رذرفورد أنّ الثوريوم يصدر أشعة ألفا، وأكمل أبحاثه التي أدّت إلى اكتشاف نواة الذرة في عام 1911م.
واستمرّ رذرفورد في إجراء تجاربه، وفي عام 1919م، أثبت أنّ تحول عنصر إلى آخر يتمّ بإضافة جسيمات ألفا إلى نواته.
في عام 1930م، أجرى إيرين وفريديريك جوليو تجارب على الأشعة المحايدة، المعروفة باسم أشعة جاما،
وأثبتا وجود أشعة أكثر نشاطًا.
وفي عام 1932م، اكتشف الفيزيائي البريطاني جيمس تشادويك أنّ النواة تحتوي على النيوترونات.
شهدت هذه الاكتشافات بداية تطور الفيزياء النووية، والذي استمرّ حتى يومنا هذا،
مع اكتشاف جسيمات جديدة، وتطوير تقنيات جديدة مثل التصوير المقطعي البوزيتروني (PET)
والتصوير المقطعي المحوسب (SPECT).
تطبيقات الفيزياء النووية: من العلاج إلى الأمن
تُستخدم الفيزياء النووية في مجالات عديدة، ونذكر من أهمّها:
الطب النووي:
* يُستخدم العلاج بالأشعة في علاج السرطان والأمراض الأخرى.
* تُستخدم تقنيات التصوير النووي في تشخيص الأمراض مثل أمراض القلب،
* والزهايمر، وعلاج فرط نشاط الغدة الدرقية.
* يُستخدم التصوير المقطعي البوزيتروني (PET)
* والتصوير المقطعي المحوسب (SPECT)
* في تشخيص الأمراض وتحديد مكان الأورام.
بدائل علاجية غير جراحية:
* تتيح تقنيات التصوير النووي خيارات علاجية غير جراحية مثل الخزع.
* تُساعد هذه التقنيات في اكتشاف أمراض مثل السرطان في مراحلها المبكرة.
* تُوفر معلومات دقيقة حول وظيفة الأجهزة والأعضاء في الجسم.
الأدوية المشعة:
* تُستخدم المواد المشعة في تصنيع الأدوية الموجهة لعلاج أجزاء محددة من الجسم.
* تعتمد هذه الأدوية على قوة الإشعاع لتدمير الخلايا غير المرغوب فيها.
تطبيقات أخرى:
* تُستخدم الفيزياء النووية في مجال الصناعة،
* مثل اختبار اللحامات وتحديد سمك المواد.
* تُستخدم أيضًا في مجال الأمن،
* مثل الكشف عن المواد المشعة غير المرغوب فيها.
* يُستخدم التأريخ بالكربون المشع في علم الآثار
* لتحديد عمر القطع الأثرية.
انشطار واندماج النواة: مصادر الطاقة الهائلة
الانشطار النووي:
* يُعرف الانشطار النووي بانقسام نواة ثقيلة إلى نواتين أخف.
* تحدث هذه العملية من خلال اصطدام نيوترون واحد بالنواة،
* مما يؤدي إلى انشطارها وإطلاق نيوترونات أخرى.
* تُشكل هذه العملية سلسلة من التفاعلات التي تُطلق طاقة هائلة.
* تم اكتشاف الانشطار النووي عام 1938م من قبل العلماء الألمان.
الاندماج النووي:
* يُعرف الاندماج النووي بدمج نواتين خفيفتين لتشكيل نواة أثقل.
* تُطلق هذه العملية كمية هائلة من الطاقة،
* أكبر بكثير من الطاقة المنبعثة من عملية الانشطار.
* تُعدّ الشمس مثالًا على حدوث الاندماج النووي،
* حيث تُدمج ذرات الهيدروجين لتشكيل الهيليوم.
* يواجه العلماء صعوبة في الحفاظ على تجارب الاندماج النووي
* بسبب الحرارة والضغط الهائلين اللذين تُطلقهما.
الخلاصة: رحلة لا تنتهي
تُعدّ الفيزياء النووية من أهم فروع الفيزياء الحديثة،
التي تُقدم لنا فهمًا أعمق لبنية المادة وسلوكها.
تُستخدم اكتشافات هذا المجال في العديد من التطبيقات،
من العلاج إلى الصناعة والأمن،
وتُفتح آفاقًا جديدة لفهم
الطاقة الهائلة المخزّنة داخل النواة الذرية.
ويُتوقع أن تستمرّ الفيزياء النووية في التطور
مع ظهور تقنيات جديدة واكتشافات جديدة،
مما يُساهم في حلّ العديد من التحديات
التي تواجه البشرية اليوم.
المراجع
- britannica. “Nuclear physics”. 22/6/2021.
- jlab. “ABOUT NUCLEAR PHYSICS”. 22/6/2021.
- thestargarden. “Chapter 14. Nuclear Physics”. 22/6/2021.
- 3.nd. “Nuclear Physics Applications”. 22/6/2021.
- nap. M. Gaelens, M. Loiselet, G. Ryckewaert (2004), “Nuclear Physics: Exploring the Heart of Matter”. 22/6/2021.
- chem libretexts. “Fission and Fusion”. 22/9/2020. 22/6/2021.
- energy. “Fission and Fusion: What is the Difference?”. 1/4/2021. 22/6/2021.
