مفهوم الانشطار النووي
يُعرّف الانشطار النووي (nuclear fission) على أنّه الانقسام الفرعي للنواة الذرية الثقيلة إلى جزأين متساويين في الكتلة تقريبًا، لكن بحجم أخف من النواة الأصلية، مع إطلاق كمية كبيرة من الطاقة أثناء عملية الانقسام، ومن الأمثلة على ذلك؛ انقسام نواة اليورانيوم، والبلوتونيوم، وممّا يجدر ذِكره بأنّ الانشطار النووي يحدث بسبب إثارة النواة ببعض الجسيمات، أو تأثرها بالإشعاع الكهرومغناطيسي، إلا أنّه في بعض الأحيان يحدث تلقائيًا دون أيّ تدخلات، وينتمي الانشطار النووي لمجموعة المفاعلات النووية.
تاريخ اكتشاف الانشطار النووي عندما ظهر مصطلح الانشطار للمرة الأولى في عام 1939م على يد الفيزيائيين الألمانيين ليز مايتنر(Lise Meitner)، وأوتو فريش (Otto Frisch)،ورغم كل الدراسات والأفكار حول هذا التفاعل الفيزيائي إلّا أنّ الأمر ظلّ مُحيرًا لدى العلماء والباحثين حول هذا التفاعل إلى أن جاء العالمان الألمانيان أوتو هان(Otto Hahn)، وفريتز ستراسمان (Fritz Strassmann) وأثبتا أنّ إضافة النيوترون إلى نواة اليورانيوم ينتج عنه تفاعل أُطلق عليه فيما بعد الانشطار النووي والذي أصبح مع الوقت مولدًا للطاقة النووية.
كيفية حدوث الانشطار النووي
فيما يأتي توضيح لِكيفية حدوث الانشطار النووي:
- تحدث عملية الانشطار النووي بسبب إطلاق النيوترون على نواة الذرة.
- يبدأ التفاعل، ثمّ تتعرض النواة للانقسام وإنتاج جزئين منفصلين بحجم متساوي ولكن بكتلة أخف من النواة الأم كما ذُكر سابقًا.
- يُذكر أنّ كلّ نيوترون قادر على إحداث تفاعلين منفصلين، وبالتالي فإنّ كل جزء من هذه الأجزاء المنقسمة عن النواة قادر على إنتاج تفاعلين جديدين بأدنى حد.
- تبدأ التفاعلات المتسلسلة والتي ينتج عنها كمية كبيرة من الطاقة، وفي حال الرغبة بإحداث انشطار مسيطر عليه يجب إضافة نيوترون ذو حجم خفيف على نواة الذرة.
نواتج عملية الانشطار النووي
ينتج عن عملية الانشطار النووي عدد من النواتج، وعدد من أنواع الانشطار النووي، وفيما يأتي توضيح لهذه الأنواع والنواتج:
- إطلاق كمية كبيرة جدًا من الطاقة.
- إنتاج نوى جديدة ذات أحجام متشابهة باختلاف بسيط فيما بينها.
- إنتاج انشقاقات ثنائية مكونة من جزئين مشحونين.
- إنتاج ثلاثة انشقاقات موجبة في بعض الأوقات.
- إطلاق نيوترونات إضافيّة عند الانشطار والتي تُقسم في وقت لاحق إلى ذرات إضافية.
- إنتاج تفاعل تسلسلي تُطلق من خلاله كميات كبيرة من الطاقة كما ذكُر سابقًا.
- إنتاج انفجارات كبيرة باستخدام الطاقة الناتجة عن الانشطار النووي.
- توليد الطاقة الكهربائية من الطاقة التي تنبعث نتيجةً الانشطار.
لقراءة تفصيلات أكبر عن أنواع الانشطار النووي، ننصحك بمقال: أنواع الانشطار النووي .
مخاطر الانشطار النووي
يحدث الانشطار النووي نتيجة انقسام النواة الذريّة لجزأين متساويين في الكتلة تقريبًا، إلّا أنّهما أخف قليلًا من كتلة النواة الأصليّة، وللانشطار النووي سلبيات كبيرة جدًا لا يمكن حصرها، تكمن في الإشعاعات الناتجة عن المفاعل النووي والتي تبقى لِفترة طويلة جدًا من السنين، وعدم توفّر أماكن خاصة بتخزين هذه النفايات الإشعاعية بعيدًا عن البشر، فضلًا عن ذلك يُهدد الانشطار النووي حياة العديد من الأشخاص نظرًا لحساسيته وسرعة انفجاره في حال الخطأ.
وباتالي رغم أنّ مفاعل الانشطار النووي ذو فائدة كبيرة متعلقة بتوليد الطاقة، وتتعدد استخدامات الانشطار النووي، وكونه المصدر الأساسي لِلحصول على الطاقة مستقبلًا، إلّا أنّه قد يتسبب بمخاطر كبيرة مقارنةً مع غيره من مولدات الطاقة، وفيما يأتي عدد من المخاطر التي يتسبب بها الانشطار النووي:
- التأثير البيولوجي الناتج عن الإشعاعات والتي تتسبب في حدوث طفرات جينية.
- زيادة فرصة التعرّض للإصابة بمرض السرطان.
- تعرّض البشر لِتشوهات تتعلق بالنمو.
- إنتاج مواد خطيرة جدًّا إذ يحتوي المفاعل على كمية كبيرة جدًا من البلوتونيوم 239.
- تشكيل النفايات المشعة الناتجة عن مفاعل الانشطار النووي لخطر كبير على السلامة العامة، عدم وجود مكان آمن لِتخزينها ، فهي تبقى مشعة لمئات السنين، وبالتالي تُخزّن هذه النفايات في مخازن مؤقتة فوق سطح الأرض ممّا يُشكّل خطرًا على الأشخاص.
- التخوّف من انتشار الأسلحة والبرامج النووية والتي قد تُستخدم بأساليب تُهدد الحياة البشرية.
- تهديد المفاعل النووي للأمن القومي للدولة، ففي حال تعرضت الدولة لهجمات نحو محطات المفاعل النووي فإنّ ذلك يُشكّل خطرًا على حياة السكان نظرًا لإطلاق مواد مشعة تتسبب بالتلوث الإشعاعي البيئي .
- التعرّض للخطر في المكان المحيط بالمفاعل النووي خاصةً في حال حدوث خطأ أثناء تحضير المفاعلات، ممّا يؤدي إلى تفاعلات غير متوقعة تودي بحياة العديد من العاملين.
الفرق بين الانشطار النووي والاندماج النووي
تُعدّ عمليتيّ الانشطار والاندماج النووي من العمليات الفيزيائية التي تُنتج الطاقة من خلال المفاعلات النووية للذرات، وفيما يأتي توضيح للفرق ما بين هاتين العمليتين النوويتين:
| العملية | التعريف | كمية الطاقة الناتجة | الوقود |
| الانشطار النووي | حدوث عملية تفاعلية نتيجة إضافة النيوترون إلى الذرة الأكبر حجمًا، ممّا ينتج عنها الانقسام إلى ذرتين أو جزئين بحجم أصغر ومتساوٍ، وعادةً ما تُطلق نيوترونات إضافية تبدأ بعمل تفاعل نووي متسلسل من جديد. | إنتاج كميات كبيرة وهائلة من الطاقة. | تُستخدم الطاقة المنبعثة من الانشطار النووي في تحويل الماء إلى بخار بعد تسخينه، لِيُستخدم البخار في تشغيل التوربين للتمكن من إنتاج الكهرباء الخالية من الكربون. |
| الاندماج النووي | عملية تفاعلية تنتج عن اصطدام ذرتان ببعضهما البعض من أجل تكوين ذرة بوزن أثقل وأكبر، ومن الأمثلة على الاندماج اندماج ذرتين من الهيدروجين من أجل الحصول على ذرة هيليوم، ويتميّز الاندماج بعدم إطلاقه لِنواتج انشطاريّة ذات نشاط إشعاعي مرتفع، على عكس الانشطار النووي الذي يتسبب بنواتج إشعاعية مرتفعة. | ينتج عن الاندماج النووي كميات هائلة من الطاقة تفوق تلك الناتجة عن الانشطار النووي. | لا تُستخدم عملية الاندماج في توليد الوقود نظرًا لِصعوبة الحفاظ عليها لفترة زمنية طويلة وذلك بسبب الحاجة لكمية هائلة من الحرارة والضغط اللازمين من أجل دمج النوى ببعضها البعض. |
الخلاصة
معادلات الانشطار النووي تعتمد على انقسام الذرة إلى جزئين منفصلين ومتساويين في الحجم، ولكن بحجم أصغر من الذرة الأصلية، ومن مميزات الانشطار النووي توليده للطاقة بكميات كبيرة، إلا أنّه قد يتسبب بأضرار لا يمكن إغفالها لما لها من أثر مباشر على أمن وسلامة الحياة الإنسانية، وكونها تُشكّل خطرًا على الأمن الخاص بالدول المحتضنة لهذه المفاعلات، وممّا يجدر ذِكره بأنّه يوجد فرق ما بين الانشطار النووي والاندماج النووي إلا أنّ كلاهما قادر على توليد الطاقة، ولكن الاندماج أقل ضررًا من الانشطار.
إن كنت ترغب بالتوسع في معرفة فوائد ومخاطر الانشطار النووي، فقد يفيدك مقال: إيجابيات وسلبيات الطاقة النووية .
