نظرة متعمقة في التفاعلات النووية

فهرس المحتويات

استعراض لأنواع التفاعلات النووية

تتنوع التفاعلات النووية بشكل كبير، وتشمل أمثلة بارزة الانشطار النووي والاندماج النووي إلى جانب أنواع أخرى سنستعرضها بالتفصيل.

فهم آلية الانشطار النووي

يُعد انشطار اليورانيوم-235 مثالاً رئيسيًا على الانشطار النووي. تحتوي نواة اليورانيوم-235 على 92 بروتونًا و 143 نيوترونًا، إجمالي 235 جسيمًا. ترتيب هذه الجسيمات غير مستقر نسبيًا، ويمكن أن تتفكك النواة عند تحفيزها. فعندما تمتص نواة اليورانيوم-235 نيوترونًا إضافيًا، تنقسم بسرعة إلى قسمين، وهذه هي عملية الانشطار. يُطلق في كل انشطار نيوترونين أو ثلاثة. [1]

يمكن تعريف الانشطار النووي (Nuclear fission) بأنه امتصاص النيوترونات أو جسيمات خفيفة يؤدي إلى انقسام النواة إلى نواتين أخف أو أكثر. تحدث هذه العملية إما عبر تفاعل نووي أو اضمحلال إشعاعي، مُنتجةً طاقة كبيرة ونيوترونات وأشعة جاما. [2]

رحلة إلى قلب الشمس: الاندماج النووي

يُعدّ الاندماج النووي في قلب الشمس والنجوم مثالاً بارزاً على هذا النوع من التفاعلات. يحدث هذا الاندماج بين نواة ذرة الديوتيريوم ونواة ذرة التريتيوم، مُنتجًا الهيليوم ونيوترونًا، مع فقدان 0.0188 دالتون من الكتلة. تتحول هذه الكتلة المفقودة إلى طاقة تقارب 1.69×10⁹ كيلوجول. [2]

يتمثل الاندماج النووي (Nuclear Fusion) في اصطدام نواتين خفيفتين ودمجهما في نواة أثقل. ينتج عن هذه العملية جسيمات نيوترونية وبروتونية. [2]

التحلل الإشعاعي: عملية طبيعية

يُعد اضمحلال ألفا في أجهزة كشف الدخان مثالًا على التحلل الإشعاعي. تستخدم هذه الأجهزة عادةً عنصرًا مشعًا يُعرف باسم الأمريسيوم-241. [3]

التحلل الإشعاعي (Radioactive decomposition) هو تحلل نواة غير مستقرة إلى ذرات أو جسيمات أكثر استقرارًا، مع إطلاق طاقة كهرومغناطيسية. تحدث هذه العملية في العناصر الطبيعية والمُصنعة، وتستمر حتى تكوين نوكليد مستقر. يُعبّر عن التحلل الإشعاعي بنصف عمر العنصر. [4]

التحويل الإشعاعي: تغيير العناصر

يُعدّ قصف البلاديوم-102 بكمية كبيرة من طاقة النيوترونات، مُنتجًا البلاديوم-103 المُستخدم في علاج السرطان، مثالًا على التحويل الإشعاعي. [5]

التحويل الإشعاعي (Radioactive transmutation) هو تحويل عنصر إلى عنصر آخر بشكل غير تلقائي. وهي عملية معاكسة للتحلل الإشعاعي، حيث يُقصف العنصر بطاقة إشعاعية عالية أو نيوترونات، مُنتجةً نظيرًا مشعًا للعنصر. تؤدي هذه العملية إلى زيادة كتلة نواة الذرة.

طاقة الارتباط النووي: سر الطاقة الهائلة

تختلف كتلة نواة الذرة عن كتلة جسيماتها المكونة. يُعرف هذا الاختلاف بطاقة الارتباط النووي (Nuclear binding energy)، وهي الطاقة اللازمة لربط البروتونات والنيوترونات في النواة. يمكن أن يُطلق 1 غرام من المادة 9×10¹⁰ كيلوجول من الطاقة. تزيد كتلة النواتج عن المتفاعلات بشكل ملحوظ، وتتحول هذه الزيادة في الكتلة إلى طاقة وفقًا للمعادلة: [2]

طاقة الربط النووي = الكتلة × مربع سرعة الضوء (E = mc²)

المراجع

1. [1] “The Fission Process”, nrl.mit. Edited.
2. [2] “Nuclear Reaction”, byjus, Retrieved 20/1/2022.
3. [3] “7 Radioactive Decay Examples in Real Life”, studiousguy. Edited.
4. [4] Ellis P. Steinberg (18/1/2021),”radioactivity”,britannica, Retrieved 20/1/2022.
5. [5] “Nuclear Reactions”, utexas, Retrieved 20/1/2022.