تويت
حجم النيوترون .. الفرن الذرِّي
حجم النيوترون
وأول شيء نذكره من صفات هذا الجسيم، حجمه. انه بلغ من الصغر تلك الأبعاد الذرية التي يرقمها الراقم على الورق بالحبر كتابة ، ولكنها لا تظهر في ادراكه الواعي في وضوح لأن العقل لم يتعود أن يتصور تلك الأبعاد المتناهية الصغر .
ولنبدأ بالذرة . ان وحدة القياس هنا هي جزء من عشرة ملايين جزء من الملليمتر الواحد ! وقطر ذرة الكربون مثلا هو نحو ١١/٢ من هذه الوحدة . وقطر ذرة الأدروجين ١ من هذه الوحدة تقريبا. وقطر ذرة الرصاص ۳۱/۲ من هذه الوحدة .
وقطر النواة يختلف طوله من ذرة الى ذرة طبعا ، ومتوسطه يصغر عن قطر الذرة نحو ۱۰۰۰۰ مرة والذرات تتضمن بروتونات ونيوترونات، فقطر النيوترون أصغر من ذلك طبعا انها عوالم دون ما قدر للانسان أن يدركه عيانا .
- طاقة يحملها النيوترون :
ان النيوترون ليس بالشيء الثابت . انه يحمل طاقة تعطيه حركة . وقد اتخذ للتعبير عن الطاقات التي تحملها هذه الجسيمات من نيوترونات وبروتونات والكترونات ، وحدة تعرف بالقلط الالكتروني Elactron volt ، وهي بالتعريف مقدار الطاقة التي يكتسبها أي جسم يحمل وحدة كهرباء الكترونية يهبط بها في مجال قلطا واحدا وما علينا بهذا التعريف . ان ( القلط الالكتروني » هو وحدة الطاقة التي تقاس بها طاقة تحملها النيوترونات التي نحن بصددها ، وكفى . وهي بالطبع غاية في الصغر .
- سرعة النيوترونات :
والنيوترون قد يحمل من هذه الطاقة مليون فلط الكتروني ، وتتمثل هذه في السرعة التي يتحرك بها هذا النيوترون ، وهي تبلغ ١٤٠٠٠ كيلومتر في الثانية .
والنيوترون قد يحمل طاقة ، فسرعة أكثر من هذا. وهو بهذه السرعات يعرف بالنيوترون السريع . وهذه السرعة يمكن تهدئتها بأن يوضع في سبيل النيوترون ، بل النيوترونات وهي بلايين بلايين ، جسم له ذرات ، يصطدم بها النيوترون فتهدأ سرعته . ومثل هذا الجسم الفحم . والنيوترون يصطدم بذرة الفحم هذه ، ثم هذه ، اصطدام الكرة بالكرة ، حتى تهدأ سرعته وتقل طاقته .
فاذا هبطت طاقته الى نحو الكترون قلط واحد ، بل الى كسر صغير منه ، بلغت سرعته السرعة التي عليها سائر الذرات في تحركها في درجات الحرارات العادية كذرة اكسجين وأدروجين ، وعندئذ يسمى بالنيوترون البطيء ، أو النيوترون الحراري Thermal Neutron لأنه عندئذ يعتمد على درجة الحرارة القائمة .
والنيوترون ، حتى البطيء منه ، يظل يتحرك بسرعة تزيد على الميل الواحد في الثانية . وهو يظل يصطدم بنواة هذه الذرة ، فهذه ، فأخرى ، وقد تمتصه نواة تلك الذرة فتنشق ، وقد تمتصه نواة فتتحول الى عنصر جديد ، وقد يهرب النيوترون من حقل التفاعل ويضيع في الفضاء .
والبطيء والسريع في النيوترونات لهما خطرهما الكبير في انشقاق ذرة اليورنيوم في الفرن الذري ( المفاعل الذري ) . وسوف نصف ذلك .
- مصادر النيوترون :
والنيوترون ، اذا شئنا تحضيره ، كان لذلك عدة طرق ، هي تفاعلات بين نوايا ذرات خاصة تتبدل في أثناء ذلك تبدلا .
ولكن المصدر الأكبر للنيوترون ، في الموضوع الذي نحن بصدده ، هو انشقاق ذرة اليورنيوم تلك التي وزنها الذري ٢٣٥ . والنيوترونات التي تخرج من هذا الانشقاق من النوع السريع .
- كابحات النيوترونات Moderalors :
لهذا وجب النزول بسرعة النيوترونات الخارجة ويسمى من انشقاق اليورنيوم ۲۳۵ في المفاعل الذري باحاطة اليورنيوم بكثير من الفحم ( الجرافيت ) الجرافيت هنا كابحا Moderator ، وجاز أن يكون الملطف أو المهدىء أو المسكن ، وكلها تشير إلى السرعة . وقد نختار لفظ المسكن ترجمة لهذا اللفظ الافرنجي . ولكن تراءى لنا أن لفظ الكابح لعله أمثل . فهي اذن الكابحات الالكترونية .
والكابحات كالجرافيت ، من المواد المهمة في بناء الفرن النووي .
وكان الجرافيت أول من اختير من هذه الكابحات . وذلك بسبب ثبات نواته واتزانها . فالنيوترون السريع يصدمها ولا تمتصه ، الا نادرا . وعندما تهبط سرعة النيوترون الى سرعة الذرات تكون فرص التقائه بنواة اليورنيوم ٢٣٥ أكثر منها وهو ذو سرعة كبيرة .
- قضبان الأمان في المفاعلات الذرية أو مصاصات النيوترونات :
ان الجرافيت وهو صورة من صور الكربون ، تصطدم النيوترونات بذراته مرة فمرة ، فمرة ، فترتد عنها ، وذلك الى أن تلتقي بذرة يورنيوم قابلة للانشقاق فتشقها ، فتخرج من الانشقاق الحرارة المطلوبة ، وغير الحرارة مما ينبعث من انشقاق الذرة .
ولكن من العناصر ما لا تتلقف نواتها النيوترون لترده ، وانما هي تحتضنه احتضانا . انها تمتصه وهكذا يفعل الكدميوم . وهكذا يفعل البوزون .
وقد تفعل ذلك ذرات الجرافيت ، وذرات سائر الكابحات مثل الجرافيت ، ولكن بدرجة قليلة جدا . عملها الأصيل الغامر الشامل هو الرد ، فتهدئة سرعة النيوترون .
وتسمى هذه المواد ، كمعدن الكدميوم والبورون ، الماصات للنيوترونات Absorbents .
وهدفها ؟
هدفها الوقاية . تقي المفاعل الذري من أن يشتد تفاعله اشتدادا يطيح به . فهي قضبان كثيرة لها في قلب المفاعل ( وهو يحتوي اليورنيوم والجرافيت ) ثقوب تدخل فيها وتخرج . فاذا أدخلها العاملون على المفاعل كل الادخال في هذه الثقوب ، امتصت مقدارا كبيرا من النيوترونات يقف التفاعل بالمفاعل ايقافا واذا هم أخرجوا هذه القضبان ، قللوا الممتص من النيوترونات فزاد نشاط المفاعل .
انهم بهذه القضبان أو الأعواد الماصة للنيوترونات يتحكمون في سرعة التفاعل ، بحيث يقونه شر الجموح والتصدع .
انها اذن قضبان الأمان وهي في بناء المفاعل الذري أصيلة .
حجم النيوترون
وأول شيء نذكره من صفات هذا الجسيم، حجمه. انه بلغ من الصغر تلك الأبعاد الذرية التي يرقمها الراقم على الورق بالحبر كتابة ، ولكنها لا تظهر في ادراكه الواعي في وضوح لأن العقل لم يتعود أن يتصور تلك الأبعاد المتناهية الصغر .
ولنبدأ بالذرة . ان وحدة القياس هنا هي جزء من عشرة ملايين جزء من الملليمتر الواحد ! وقطر ذرة الكربون مثلا هو نحو ١١/٢ من هذه الوحدة . وقطر ذرة الأدروجين ١ من هذه الوحدة تقريبا. وقطر ذرة الرصاص ۳۱/۲ من هذه الوحدة .
وقطر النواة يختلف طوله من ذرة الى ذرة طبعا ، ومتوسطه يصغر عن قطر الذرة نحو ۱۰۰۰۰ مرة والذرات تتضمن بروتونات ونيوترونات، فقطر النيوترون أصغر من ذلك طبعا انها عوالم دون ما قدر للانسان أن يدركه عيانا .
- طاقة يحملها النيوترون :
ان النيوترون ليس بالشيء الثابت . انه يحمل طاقة تعطيه حركة . وقد اتخذ للتعبير عن الطاقات التي تحملها هذه الجسيمات من نيوترونات وبروتونات والكترونات ، وحدة تعرف بالقلط الالكتروني Elactron volt ، وهي بالتعريف مقدار الطاقة التي يكتسبها أي جسم يحمل وحدة كهرباء الكترونية يهبط بها في مجال قلطا واحدا وما علينا بهذا التعريف . ان ( القلط الالكتروني » هو وحدة الطاقة التي تقاس بها طاقة تحملها النيوترونات التي نحن بصددها ، وكفى . وهي بالطبع غاية في الصغر .
- سرعة النيوترونات :
والنيوترون قد يحمل من هذه الطاقة مليون فلط الكتروني ، وتتمثل هذه في السرعة التي يتحرك بها هذا النيوترون ، وهي تبلغ ١٤٠٠٠ كيلومتر في الثانية .
والنيوترون قد يحمل طاقة ، فسرعة أكثر من هذا. وهو بهذه السرعات يعرف بالنيوترون السريع . وهذه السرعة يمكن تهدئتها بأن يوضع في سبيل النيوترون ، بل النيوترونات وهي بلايين بلايين ، جسم له ذرات ، يصطدم بها النيوترون فتهدأ سرعته . ومثل هذا الجسم الفحم . والنيوترون يصطدم بذرة الفحم هذه ، ثم هذه ، اصطدام الكرة بالكرة ، حتى تهدأ سرعته وتقل طاقته .
فاذا هبطت طاقته الى نحو الكترون قلط واحد ، بل الى كسر صغير منه ، بلغت سرعته السرعة التي عليها سائر الذرات في تحركها في درجات الحرارات العادية كذرة اكسجين وأدروجين ، وعندئذ يسمى بالنيوترون البطيء ، أو النيوترون الحراري Thermal Neutron لأنه عندئذ يعتمد على درجة الحرارة القائمة .
والنيوترون ، حتى البطيء منه ، يظل يتحرك بسرعة تزيد على الميل الواحد في الثانية . وهو يظل يصطدم بنواة هذه الذرة ، فهذه ، فأخرى ، وقد تمتصه نواة تلك الذرة فتنشق ، وقد تمتصه نواة فتتحول الى عنصر جديد ، وقد يهرب النيوترون من حقل التفاعل ويضيع في الفضاء .
والبطيء والسريع في النيوترونات لهما خطرهما الكبير في انشقاق ذرة اليورنيوم في الفرن الذري ( المفاعل الذري ) . وسوف نصف ذلك .
- مصادر النيوترون :
والنيوترون ، اذا شئنا تحضيره ، كان لذلك عدة طرق ، هي تفاعلات بين نوايا ذرات خاصة تتبدل في أثناء ذلك تبدلا .
ولكن المصدر الأكبر للنيوترون ، في الموضوع الذي نحن بصدده ، هو انشقاق ذرة اليورنيوم تلك التي وزنها الذري ٢٣٥ . والنيوترونات التي تخرج من هذا الانشقاق من النوع السريع .
- كابحات النيوترونات Moderalors :
لهذا وجب النزول بسرعة النيوترونات الخارجة ويسمى من انشقاق اليورنيوم ۲۳۵ في المفاعل الذري باحاطة اليورنيوم بكثير من الفحم ( الجرافيت ) الجرافيت هنا كابحا Moderator ، وجاز أن يكون الملطف أو المهدىء أو المسكن ، وكلها تشير إلى السرعة . وقد نختار لفظ المسكن ترجمة لهذا اللفظ الافرنجي . ولكن تراءى لنا أن لفظ الكابح لعله أمثل . فهي اذن الكابحات الالكترونية .
والكابحات كالجرافيت ، من المواد المهمة في بناء الفرن النووي .
وكان الجرافيت أول من اختير من هذه الكابحات . وذلك بسبب ثبات نواته واتزانها . فالنيوترون السريع يصدمها ولا تمتصه ، الا نادرا . وعندما تهبط سرعة النيوترون الى سرعة الذرات تكون فرص التقائه بنواة اليورنيوم ٢٣٥ أكثر منها وهو ذو سرعة كبيرة .
- قضبان الأمان في المفاعلات الذرية أو مصاصات النيوترونات :
ان الجرافيت وهو صورة من صور الكربون ، تصطدم النيوترونات بذراته مرة فمرة ، فمرة ، فترتد عنها ، وذلك الى أن تلتقي بذرة يورنيوم قابلة للانشقاق فتشقها ، فتخرج من الانشقاق الحرارة المطلوبة ، وغير الحرارة مما ينبعث من انشقاق الذرة .
ولكن من العناصر ما لا تتلقف نواتها النيوترون لترده ، وانما هي تحتضنه احتضانا . انها تمتصه وهكذا يفعل الكدميوم . وهكذا يفعل البوزون .
وقد تفعل ذلك ذرات الجرافيت ، وذرات سائر الكابحات مثل الجرافيت ، ولكن بدرجة قليلة جدا . عملها الأصيل الغامر الشامل هو الرد ، فتهدئة سرعة النيوترون .
وتسمى هذه المواد ، كمعدن الكدميوم والبورون ، الماصات للنيوترونات Absorbents .
وهدفها ؟
هدفها الوقاية . تقي المفاعل الذري من أن يشتد تفاعله اشتدادا يطيح به . فهي قضبان كثيرة لها في قلب المفاعل ( وهو يحتوي اليورنيوم والجرافيت ) ثقوب تدخل فيها وتخرج . فاذا أدخلها العاملون على المفاعل كل الادخال في هذه الثقوب ، امتصت مقدارا كبيرا من النيوترونات يقف التفاعل بالمفاعل ايقافا واذا هم أخرجوا هذه القضبان ، قللوا الممتص من النيوترونات فزاد نشاط المفاعل .
انهم بهذه القضبان أو الأعواد الماصة للنيوترونات يتحكمون في سرعة التفاعل ، بحيث يقونه شر الجموح والتصدع .
انها اذن قضبان الأمان وهي في بناء المفاعل الذري أصيلة .
تعليق