أنواع الانشطار النووي
يعتبر الانشطار النووي (Nuclear Fission) عملية تحدث عندما تنقسم نواة الذرة إلى نوى أصغر نتيجة تفاعل كيميائي. يمكن أن يتم هذا الانقسام بشكل تلقائي، أو يتم تحفيزه صناعيًا من خلال توجيه مجموعة من النيوترونات نحو نواة عنصر معين بهدف تنشيطها لبدء عملية الانشطار داخل المفاعلات والمختبرات. ناتج هذه التفاعلات يتميز بكتلة إجمالية أقل من الكتلة الأصلية للعنصر، وهذا بسبب تحويل الفرق بين الكتلتين إلى طاقة نووية. هناك نوعان رئيسيان من الانشطار النووي:
- الانشطار النووي الصناعي: يبدأ هذا النوع بتوجيه نيوترون عالي الطاقة نحو نواة عنصر مشع مثل اليورانيوم 235U. يتفاعل العنصر مع النيوترون، مما يؤدي إلى انقسامه وإنتاج طاقة نووية هائلة، إلى جانب إطلاق نيوترونات إضافية. تقوم هذه النيوترونات بدورها بتحفيز ذرات العنصر نفسه للانقسام مرة أخرى، مما يؤدي إلى تفاعل متسلسل مستمر ينتج طاقة إضافية.
- الانشطار النووي العفوي: يعد هذا النوع من الظواهر النادرة التي تتضمن انقسام نواة العناصر المشعة إلى نوى صغيرة مستقرة بدون تدخل خارجي. نظرًا لطبيعته النادرة وصعوبة السيطرة عليه، يعتبر أقل فائدة مقارنة بالانشطار النووي الصناعي. يحدث هذا النوع عندما تمتص النواة المشعة نيوترونًا مناسبًا، إذ أن النيوترونات تعبر عن شحنة متعادلة يسهل امتصاصها من قبل النوى الثقيلة، واليورانيوم 235 هو العنصر الوحيد المعروف في الطبيعة القابل للانشطار بشكل طبيعي، فهو نظير نادر من اليورانيوم يمتلك عمرًا نصفيًا يصل إلى 700 مليون سنة.
ما هو الانشطار النووي؟
يمكن تعريف الانشطار النووي بأنه عملية تفكيك أو تقسيم النوى الخاصة بالذرات الثقيلة إلى جزئين أصغر من النواة الأصلية وبكتلة أقل. يُعتبر كل من اليورانيوم والبلوتونيوم من أبرز العناصر الثقيلة المستخدمة حاليًا في تفاعلات الانشطار النووي لهدف توليد الطاقة والكهرباء. ترافق هذه العملية إطلاق كميات هائلة من الطاقة، مما يجعل التفاعلات النووية الحرة أو غير المسيطر عليها محفوفة بالمخاطر، حيث يمكن أن تنتج عنها كوارث في حال عدم المراقبة. وعلى الجانب الآخر، تسمح التفاعلات التي يتم التحكم فيها بتوليد طاقة هائلة يمكن الاستفادة منها لتوليد الكهرباء وتطبيقات متنوعة أخرى مفيدة في المجتمع، بينما الأحداث غير المسيطر عليها، مثل انفجارات القنابل الذرية، تمثل تهديدات دمار كبيرة.
لإحداث تفاعل انشطار، يلزم وجود نيوترونات لتصطدم بذرات العنصر المشع، حيث تنقسم هذه الذرات إلى نواتج انشطار أصغر حجمًا. accompany هذه النواتج بإطلاق نيوترونات إضافية يمكن أن تبدأ تفاعلًا متسلسلًا. تطلق هذه التفاعلات كمية هائلة من الطاقة، حيث يُستخدم كثيرًا في تسخين الماء وتحويله إلى بخار، والذي يُستخدم بدوره لتدوير مولد الكهرباء، مما يؤدي إلى إنتاج طاقة نظيفة خالية من الكربون.
كيف يحدث الانشطار النووي؟
يحدث الانشطار النووي، سواء طبيعيًا أو صناعيًا، بعد توجيه عدد من النيوترونات نحو نواة ثقيلة، مما يؤدي إلى اصطدامها بسرعة تؤثر على استقرار النواة. هذا يؤدي إلى تحللها وانقسامها إلى نواتين متطابقتين في الحجم والكتلة تقريبًا، شريطة أن تكون كتلة النواة الأصلية أكبر من مجموع كتلتي نواتج الانشطار. لا يقتصر ناتج الانشطار على النوى الصغيرة فحسب، بل يترافق أيضًا مع إطلاق كمية كبيرة من الطاقة، بالإضافة إلى انبعاث نيوترونات إضافية تستمر في تحفيز التفاعل المتسلسل. في جزء صغير من الثانية، تطلق النوى المنقسمة طاقة تفوق مليون مرة الطاقة الناتجة عن حرق الكربون أو انفجارات الديناميت. وهذه التفاعلات النووية أسرع بكثير مقارنة بالتفاعلات الكيميائية التقليدية، مما يتطلب أن يكون هناك تحكم دقيق بعدد النيوترونات الناتجة للحفاظ على استقرار التفاعل. وفي حال نجاح العلماء في التحكم في عدد النيوترونات، يتم التحكم بالتفاعل النووي نفسه، وهو المبدأ الذي تعتمده المفاعلات النووية.
اكتشاف الانشطار النووي
تم اكتشاف الانشطار النووي عام 1938 على يد العالمان “هان” و”ستراسمان” أثناء تجاربهما على عنصر اليورانيوم. حيث قاما بتوجيه نيوترونات نحو نواة العنصر، ليكتشفا أن التفاعل ينتج مادة تُعرف بـ “نظائر الباريوم”، ولم يتمكنوا من تفسير تلك النتائج في البداية. لم يكن مفهومًا حينها أن النيوترونات قادرة على التسبب في انشطار نواة أكبر حجمًا. تلك الاكتشافات دفعت العالم “هان” لإرسال رسالة إلى العالمة “مايتنر” لوصف تجربته، ومن ثم عملت مايتنر وابن أخيها الفيزيائي “أوتو فريش” على دراسة وتحليل هذه النتائج. توصلوا في النهاية إلى أن النواة المنقسمة تعمل بمثابة قطرة سائلة، وفقًا لنموذج اقترحه الفيزيائي الروسي “جورج جاموف”. لكن “فريش” قدم تحليلًا مختلفًا، يوضح كيف يمكن للنواة أن تتشكل بشكل مستطيل بعد الاصطدام بالنيوترون. بعد الانقسام، لاحظوا أن هناك انفصالاً جزئيًا يحدث بفعل القوة الكهربائية الناتجة، مما يولد طاقة عالية تصل إلى 200 ميغا إلكترون فولت. استندوا في دراستهم لإحدى معادلات أينشتاين الشهيرة التي تربط بين الكتلة والطاقة “E=mc2“. لاحقاً، انتقلت الاكتشافات إلى أمريكا حيث لقيت اهتمامًا واسعًا وبدأت الأبحاث بشكل جاد.
