أمثلة على أنواع التفاعلات النووية المختلفة

أمثلة على التفاعلات النووية

هناك أنواع عديدة من التفاعلات النووية، بما في ذلك الانشطار النووي والاندماج النووي. وفيما يلي شرح لهذه الأنواع:

الانشطار النووي

يعد انقسام اليورانيوم 235 في نواة كل ذرة يورانيوم 235 (U-235) مثالاً على الانشطار النووي. تحتوي هذه الذرة على 92 بروتونًا و143 نيوترونًا، ليصبح المجموع 235. البنية الداخلية لليورانيوم 235 غير مستقرة نسبيًا، مما يجعلها عرضة للتفكك عند تعرضها لمحفز خارجي. عندما تمتص نواة اليورانيوم 235 نيوترونًا إضافيًا، تنقسم النواة بسرعة إلى قسمين، وهي عملية تُعرف باسم الانشطار. وفي كل مرة تنقسم نواة اليورانيوم 235، يتم إطلاق نيوترونين أو ثلاثة.

تُعرف عملية الانشطار النووي بأنها الظاهرة التي تنتج عن امتصاص النيوترونات أو جزيئات الضوء، مما يؤدي إلى انقسام النواة إلى نواتين أو أكثر. يمكن أن تحدث هذه العملية من خلال التفاعلات النووية أو الاضمحلال الإشعاعي. وبعد حدوث هذه العملية، يتم توليد طاقة هائلة بالإضافة إلى النيوترونات وأشعة جاما.

الاندماج النووي

وتعد تفاعلات الاندماج النووي التي تحدث داخل نواة الشمس والنجوم الأخرى من أهم الأمثلة على هذه الظاهرة. يحدث هذا التفاعل عندما تندمج نواة ذرة الديوتيريوم مع نواة ذرة التريتيوم لتكوين الهيليوم والنيوترون، مع فقدان 0.0188 دالتون من الكتلة. يتم تحويل هذه الكتلة المفقودة إلى طاقة تبلغ حوالي 1.69×10⁹ كيلوجول.

وتتكون النواة المدمجة نتيجة اصطدام نواتين خفيفتين لتكوين نواة واحدة ذات كتلة أكبر، وهو ما يعرف بعملية الاندماج النووي. يتكون ناتج هذه العملية من النيوترونات والبروتونات.

الاضمحلال الإشعاعي

أحد الأمثلة على التحلل الإشعاعي هو تحلل أشعة ألفا في كاشفات الدخان الموجودة في المباني. تستخدم أجهزة كشف الدخان عادةً عنصرًا مشعًا يعرف باسم الأمريسيوم-241.

يحدث التحلل الإشعاعي عندما تتحلل نواة ذرية غير مستقرة إلى ذرات أو جسيمات أكثر استقرارًا، مما يؤدي إلى انبعاث كميات من الطاقة الكهرومغناطيسية. تمكن هذه الظاهرة المركبات الطبيعية والعناصر الاصطناعية، وتستمر حتى تتشكل النويدات المستقرة. يتم التعبير عن عملية التحلل الإشعاعي من حيث عمر النصف للعنصر المعني، على سبيل المثال، إذا كان عمر الذرة حوالي 1024 سنة، فإنها تستغرق أقل من عشر ثوان إلى 23 ثانية للتحلل.

تحويل الإشعاع

يمكن إثبات التحويل الإشعاعي عن طريق قصف البلاديوم-102 بطاقة نيوترونية عالية جدًا لإنتاج البلاديوم-103، والذي يستخدم في علاج السرطان.

تُعرف عملية تحويل عنصر إلى عنصر آخر تلقائيًا بالتحويل الإشعاعي، وهو عكس الاضمحلال الإشعاعي. ويحدث ذلك عن طريق قصف العنصر بقدرات إشعاعية عالية أو بجزيئات نيوترونية. وتعتبر هذه عملية صناعية لتكوين النظائر المشعة للعناصر، ومن نتائجها زيادة كتلة النواة الذرية.

طاقة الروابط النووية

تختلف كتلة النواة الذرية عن كتلة الجسيم، وعادةً ما يكون الأخير أكبر. ويعتمد هذا الاختلاف على مفهوم طاقة الربط النووي، والتي تمثل الطاقة اللازمة لربط البروتونات والنيوترونات داخل النواة. يمكن لجرام واحد من المادة أن يطلق 9×10¹⁰ كيلوجول من الطاقة. كما أن النواتج عادة ما تكون كتلتها أكبر من كتلة المادة المتفاعلة، ويتم تحويل هذا الفائض إلى طاقة وفق المعادلة الرياضية التالية:

طاقة الارتباط النووي = الكتلة × مربع سرعة الضوء

وباللغة الإنجليزية:

ه = مك²