الانشطار النووي - الطاقة النووية .. الفيزياء
الانشطار النووي
يشكل انشطار نواة الذرات الثقيلة طريقة من طرق انتاج الطاقة بواسطة التفاعلات النووية . فقد اكتشف أوتوهان عام ۱۹۳۹ ان قذف المواد التي تحتوي على اليورانيوم بالنوترونات كفيل باعطاء كميات قليلة من العناصر الخفيفة التي تتكون نتيجة لانشطار الذرات .
ثم اصبح من المؤكد بعد ذلك ان الطاقة الناجمة عن الانشطار تبلغ حوالي ۲ × ۱۰-١١ جول ، الا انه اذا عرفنا ان كلغ اليورانيوم يحتوي على ما يقارب ٢،٥ × ٢٤١٠ ) ذرة ، يتبين لنا ان انشطار هذه الكمية بكاملها قادر على اعطاء ۷،۵ × ۱۳۱۰ جول .
وعلى سبيل المقارنة ، يكفي ان نعرف ان كلغ واحد من مادة الفحم الحجري لا يعطي سوى ٤ × ٧۱٠ جول عندما يحترق احتراقا كاملا .
وهذا معناه ان طن اليورانيوم يعطي نفس القدر من الطاقة التي يعطيها مليونا طن من الفحم الحجري وقد بدأت الجهود تتضافر من اجل انتاج الطاقة من الذرة بعدما تبين خصوصا اثناء الحرب العالمية الاخيرة ، ان نواتها تشكل مصدرا مهما من مصادرها .
يتألف اليورانيوم الطبيعي من ثلاثة نظائر : اذ تحتوي كل ١٠٠ الف ذرة من هذا الفلز الطبيعي على ٦ ذرات من نظير ٢٣٤ يو و ٧٢٠ من نظير ٢٣٥ يو والباقي كله من ذرات ٢٣٨ يو . والجدير بالذكر ان ذرة ٢٣٨ يو عندما تصطدم بنوترون سريع ( تفوق سرعته ۱۷ × ٦١٠ م / ث ) تنشطر الى شطرين يشكل كل شطر منها نواة حقيقية .
اما اذا اصطدمت بنوترون بطيء السرعة ، فانها تأسره وتعطي نظير ٢٣٩ يو الذي يتميز بعدم استقراره وسرعة اضمحلاله الى عنصر جديد هو نبتونيوم - ٢٣٩ يو ( ۲۳۹ - نب ) وجسيم بيتا ( الكترون ) . وهذا العنصر الاخير يضمحل بدوره الى بلوتونيوم - ٢٣٩ بعد ان يعطي جسيم بيتا اخر .
ويكتسب كل من ۲۳۹ بلو و ٢٣٥ يو النادر الوجود اهميته من كونه قابلا للانشطار بواسطة النوترونات مهما بلغت سرعتها ( لانهما مادتان قابلتان للانشطار ) ومن ان هذا الانشطار مصحوب باعطاء نوترون او اثنين او ثلاثة تساهم بدورها بحدوث انشطارات اخرى تشكل مجتمعة ما يسمى التفاعل المستمر وبما أن الانشطار لا يستغرق الا جزءا من مليون من الثانية ، فان بضعة كيلوغرامات من عنصري ٢٣٥ يو و ۲۳۹ بلو تتلاشى بسرعة فائقة محدثة انفجارا مدمرا .
وباستطاعتنا تخزين عناصر ٢٣٥ يو ۲۳۹ بلو بشكل مأمون العواقب ، ولكن بكميات قليلة ( بضعة كيلوغرامات فقط ) لانها تسمح بهروب النوترونات منها وبتلافي حدوث التفاعل المستمر وأصغر كتلة يحدث فيها التفاعل المستمر تسمى كتلة حرجة ، اذا تجاوزناها تنقص
( التفاعل المستمر في ٢٣٥ يو )
( تكوين البلوتونيوم انطلاقا من ۲۳۸ يو )
المساحة المخصصة لوحدة الحجم وتتمكن النوترونات من البقاء داخل المادة مطلقة تفاعلا مستمرا . والقنبلة الذرية ليست سوى كتلتين حرجتين من عنصري يو ٢٣٥ و ۲۳۹ بلو تضاف اليهما آلية معينة تقوم بجمعهما فجأة مؤلفة كتلة واحدة اكبر من الكتلة الحرجة .
الانشطار النووي
يشكل انشطار نواة الذرات الثقيلة طريقة من طرق انتاج الطاقة بواسطة التفاعلات النووية . فقد اكتشف أوتوهان عام ۱۹۳۹ ان قذف المواد التي تحتوي على اليورانيوم بالنوترونات كفيل باعطاء كميات قليلة من العناصر الخفيفة التي تتكون نتيجة لانشطار الذرات .
ثم اصبح من المؤكد بعد ذلك ان الطاقة الناجمة عن الانشطار تبلغ حوالي ۲ × ۱۰-١١ جول ، الا انه اذا عرفنا ان كلغ اليورانيوم يحتوي على ما يقارب ٢،٥ × ٢٤١٠ ) ذرة ، يتبين لنا ان انشطار هذه الكمية بكاملها قادر على اعطاء ۷،۵ × ۱۳۱۰ جول .
وعلى سبيل المقارنة ، يكفي ان نعرف ان كلغ واحد من مادة الفحم الحجري لا يعطي سوى ٤ × ٧۱٠ جول عندما يحترق احتراقا كاملا .
وهذا معناه ان طن اليورانيوم يعطي نفس القدر من الطاقة التي يعطيها مليونا طن من الفحم الحجري وقد بدأت الجهود تتضافر من اجل انتاج الطاقة من الذرة بعدما تبين خصوصا اثناء الحرب العالمية الاخيرة ، ان نواتها تشكل مصدرا مهما من مصادرها .
يتألف اليورانيوم الطبيعي من ثلاثة نظائر : اذ تحتوي كل ١٠٠ الف ذرة من هذا الفلز الطبيعي على ٦ ذرات من نظير ٢٣٤ يو و ٧٢٠ من نظير ٢٣٥ يو والباقي كله من ذرات ٢٣٨ يو . والجدير بالذكر ان ذرة ٢٣٨ يو عندما تصطدم بنوترون سريع ( تفوق سرعته ۱۷ × ٦١٠ م / ث ) تنشطر الى شطرين يشكل كل شطر منها نواة حقيقية .
اما اذا اصطدمت بنوترون بطيء السرعة ، فانها تأسره وتعطي نظير ٢٣٩ يو الذي يتميز بعدم استقراره وسرعة اضمحلاله الى عنصر جديد هو نبتونيوم - ٢٣٩ يو ( ۲۳۹ - نب ) وجسيم بيتا ( الكترون ) . وهذا العنصر الاخير يضمحل بدوره الى بلوتونيوم - ٢٣٩ بعد ان يعطي جسيم بيتا اخر .
ويكتسب كل من ۲۳۹ بلو و ٢٣٥ يو النادر الوجود اهميته من كونه قابلا للانشطار بواسطة النوترونات مهما بلغت سرعتها ( لانهما مادتان قابلتان للانشطار ) ومن ان هذا الانشطار مصحوب باعطاء نوترون او اثنين او ثلاثة تساهم بدورها بحدوث انشطارات اخرى تشكل مجتمعة ما يسمى التفاعل المستمر وبما أن الانشطار لا يستغرق الا جزءا من مليون من الثانية ، فان بضعة كيلوغرامات من عنصري ٢٣٥ يو و ۲۳۹ بلو تتلاشى بسرعة فائقة محدثة انفجارا مدمرا .
وباستطاعتنا تخزين عناصر ٢٣٥ يو ۲۳۹ بلو بشكل مأمون العواقب ، ولكن بكميات قليلة ( بضعة كيلوغرامات فقط ) لانها تسمح بهروب النوترونات منها وبتلافي حدوث التفاعل المستمر وأصغر كتلة يحدث فيها التفاعل المستمر تسمى كتلة حرجة ، اذا تجاوزناها تنقص
( التفاعل المستمر في ٢٣٥ يو )
( تكوين البلوتونيوم انطلاقا من ۲۳۸ يو )
المساحة المخصصة لوحدة الحجم وتتمكن النوترونات من البقاء داخل المادة مطلقة تفاعلا مستمرا . والقنبلة الذرية ليست سوى كتلتين حرجتين من عنصري يو ٢٣٥ و ۲۳۹ بلو تضاف اليهما آلية معينة تقوم بجمعهما فجأة مؤلفة كتلة واحدة اكبر من الكتلة الحرجة .
تعليق