مفهوم التفاعلات النووية
تعرف التفاعلات النووية بأنها التفاعلات التي ينجم عنها تغيير في طبيعة العنصر أو خصائص النواة للعنصر، والتي تحصل عند توجيه جسم نشط للغاية إلى العنصر، ومن الممكن أن يكون الجسم النشط عبارة عن جسيم ألفا أو فوتون إشعاع جاما أو نيوترون أو بروتون أو أيون ثقيل، شريطة أن يمتلك العنصر طاقة كافية. وكانت بداية الأبحاث في علم التفاعلات النووية في عام 1934 حيث أجرى العالم إنريكو فيرمي مجموعة من التجارب في روما، والتي بدورها أظهرت النيوترونات يمكن أن تقسم أنواعًا كثيرة من الذرات.
مكونات التفاعل النووي
يتكون التفاعل النووي النموذجي من جسيمين أساسيين في التفاعل:
- النواة المستهدفة الثقيلة، التي سيتم تحويلها.
- جسيم قصف خفيف الذي يمتاز بسرعته العالية وطاقته الهائلة.
وينتج عن هذا التفاعل نواة ناتجة أثقل وجسيم مقذوف أخف.
أنواع التفاعلات النووية
تقسم التفاعلات النووية إلى أربعة أقسام أساسية:
الانشطار النووي
في تفاعلات الانشطار النووي يحدث انقسام في النواة الثقيلة إلى نواتين أو أكثر أصغر حجمًا من النواة الأصل، وتكون هذه التفاعلات طاردة للطاقة عند إجرائها على الأنوية الأكثر ثقلًا من نواة عنصر الحديد.
من الأمثلة على تفاعلات الانشطار النووي؛ انشطار اليورانيوم-235 لإنتاج نظير الباريوم-137 ونظير الكريبتون-97، وتستخدم هذه التفاعلات بكثرة في توليد الطاقة الكهربائية من اليورانيوم .
الاضمحلال النووي
يعد الاضمحلال النووي الأساس للنشاط الإشعاعي لتطبيقات الكيمياء النووية خارج مجال صناعة الطاقة النووية ، وهي التفاعلات التي يتم من خلالها تحويل نظير عنصر غير مستقر معين إلى عنصر جديد عن طريق انبعاث الإشعاعات.
تشبه هذه التفاعلات تفاعلات الانشطار النووي، إذ تكون النواتج أخف من المواد المتفاعلة، ولكن يتحول فيها العنصر إلى عنصر آخر بدلًا من انشطار نواته إلى نواتين.
الاندماج النووي
تحدث تفاعلات الاندماج النووي نتيجة اندماج نواتين خفيفتين أو أكثر معًا مكونة نواة أثقل، من الأمثلة على تفاعلات الاندماج النووي اندماج أربعة أنوية هيدروجين على عدة مراحل لتنتج ذرة هيليوم وهذا التفاعل هو التفاعل الأساسي الذي يحدث في الشمس ويمنحها الطاقة الهائلة.
إنتاج الطاقة من التفاعلات النووية
دائمًا ما تكون كتلة النواة الذرية أقل من مجموع كتل الجزيئات دون الذرية ( البروتونات والنيوترونات) التي تكونها، ويعود السبب في هذا الفرق في الكتلة إلى طاقة الربط النووية، بحيث تعرف هذه الطاقة على أنها الطاقة اللازمة لبقاء البروتونات والنيوترونات مع بعضها البعض داخل النواة.
أثناء التفاعلات النووية كالانشطار أو الاندماج النووي، فإن تحرير الكتلة التي تمثلها طاقة الربط هذه تكون وفقًا للمعادلة:
الطاقة = الكتلة × مربع سرعة الضوء
إن كتلة نواتج الانشطار والاندماج النووي دائمًا ما تكون أقل من كتل المواد المتفاعلة، بحيث يتم تحويل الكتلة المفقودة إلى طاقة، حيث إن غرام واحداً من المادة تنتج ما يقارب 90 مليار كيلو جول من الطاقة.
