الطاقة النووية

ماذا تعرف عن الطاقة النووية؟ متى ظهر ت؟ وكيف؟ ولماذا لها هذا الاسم ؟ ماذا نقصد بقولنا : (قنبلة نووية) ؟ وماذا معنى (يورانيوم مخصب) و (يورانيوم ناضب) ؟
منذ بداية القرن العشرين أصبح من المعروف أن المادة غير قابلة للتجزئة إلى مالا نهاية، بل أنها تتكون من جسيمات مادية قطرها في حدود 10-10m سميت بالذرات (Atoms).
أن التعرف على هذه الأخيرة – الذرة -- لم عن طريق نزهة قام بها العلماء أو عن طريق المصادفة كما يحلو للبعض أن يتخيل لكن البحث ما زال قائما حتى هذه اللحظة أما البداية فهي من عام 1896 عندما اكتشف بيكريل( Becquerel) أن بعض البلورات تصدر أشعة مجهولة غير مرئية تترك أثرا على فلم التصوير. فكانت دراسة هذه الأشعة ومعرفة سببها شغل العلماء حيث أسفرت أبحاث الفيزيائي تومسون 1897 عن ظهور أول نموذج مفترض للذرة يقوم علة الاعتقاد أن النواة مكونة من شحنة كروية موجبة تتوضع عليها الكترونات سالبة أقرب ما يكون الوضع للبطيخ الأحمر وبذوره بدون تقديم أي تفسير مرضي يعلل تلك الأشعة .
أما العام 1998 يحمل في طياته اكتشاف بيير وماري كوري للبولونيوم والراديوم ثم يكون العام 1903 الذي يستحق فيه العالمان كوري والعالم بيكريل جائزة نوبل في الفيزياء لدراساتهم الإشعاعية .
ظهر نموذج أفضل لبنية الذرة على يد طالب تومسون العالم رذرفورد أثر تجربته الشهيرة التي كان قد صممها لاختبار نموذج معلمه وهي تجربة صفيحة الذهب :
لقد وضع رذرفورد صفيحة رقيقة من الذهب
كهدف لجسيمات ألفا ( وهي جسيمات
مكافئة لنوى الهليوم) وهو يقصد ذلك دراسة
تشتت جسيمات ألفا (الناتج عن قوى كولوم
التنافرية) إثر اختراقها لصفيحة الذهب عن طريق ملاحظة هذا التشتت على لوح ثالث من كبريت الزنك يعطي وميضا ضوئيا كلما اصطدم به جسيم ألفا
بعد أن قام رذرفورد بتجربة تشتت جسيمات إلفا على ذرة نموذج تومسون وتبين أن نموذج تومسون غير صحيح فقد كان التشتت أكثر بكثير من المتوقع ، وضع رذرفورد نموذجاً جديد للذرة وهو أن الشحنة الموجبة مركزة في حيز أقل سماه النواة nucleus نصف قطره 10-14m حتى يفسر التشتت الكبير الذي رصده في تجربته وأن الشحنة السالبة موزعة حول النواة وتدور في مدارات شبيهة بحركة الكواكب حول الشمس .
في هذا النموذج ظهرت تسمية النواة واتي لها الدور الأساس فيما بعد.
في العام 1913 مكنت الدراسات الطيفية العالم بوهر Nile Bohr من وضع تصور ناجحاً لتركيب الذرة،لكن ما يهم هو النواة التي اكتمل تصوراً مقبولاً لها عام 1932 بعد أن أكتشف شادويك النيترون يقوم هذا التصور على اعتبار
أن النواة مؤلفة من نوكليدات ( بروتونات موجبة
الشحنة ونيترونات معتدلة )
Z بروتون N + نيترون A = نوكليد
لطالما كان التساؤل : ما سر وجود البروتونات مع جنبا إلى جنب في النواة دون أن تتنافر بفعل القوى الكولونية ؟ إن الحديث عن السبب يتطلب وجود قوى أخرى أشد من الأولى بالضرورة تجمع النوكليدات مع بعضها بعضا وهي القوى النووية.
وما يثير في الموضوع هو مصدر تلك الطاقة النووية؟ واضح أن : 1 كغ+1 كغ +1 كغ =3 كغ لكن ذلك ليس دقيقا عند الحديث عن كتل النوكليدات المكونة للنواة , وفي الحقيقة الجواب هو أقل من 3 وفرق الكتلة الحاصل يتحول إلى طاقة وفق العلاقة التي تكافئ الطاقة مع الكتلة وهي المعروفة بعلاقة آينشتين العالم الذي قال عنه زميله في برلين العالم الفيزيائي لندتبورغ ((كان يوجد في برلين نوعان من الفيزيائيين: النوع الأول آينشتين، والنوع الآخر سائر الفيزيائيين)).
العلاقة هي : E=mC2 حبث: C تمثل سرعة الضوء
M تمثل الكتلة
هذا يشرح الطاقة الهائلة المتولدة عن انفجار نووي.
بالعودة للسرد التاريخي يقرر العالمان هان و سترسمان في 1938 إمكانية شطر النواة فينمو أملا جديدا يتمثل بقابلية الحصول على تلك الطاقة الهائلة المخبأة داخل النواة . ويجب هنا التوقف قليلا للحديث عن النشاط الإشعاعي:
تكون المادة نشطة إشعاعيا عندما تمتلك خاصة الإصدار التلقائي للإشعاعات النووية المتمثلة بــ
: ألفا وبيتا و غاما والتي يمتلك كل منها خصائص تميزه فجسيمات ألفا ثقيلة وذات شحنة موجبة بحكم أنها مكافئة لنوى الهليوم بينما تكون جسيمات بيتا سالبة وخفيفة في حين أن أشعة غاما – ولا يصح إلا أن نطلق عليها إلا تسمية أشعة – معتدلة الشحنة قادرة على المسير لمسافات وهي مانطلق عليه كلمة الإشعاع الوهاج عند انفجار نووي.
لماذا النشاط الإشعاعي؟ في الحقيقة إن عدد البروتونات والنيترونات داخل النواة هو الذي يحدد وجود النشاط الإشعاعي وطبيعته أيضا وبشكل عام تسعى النواة نحو التوازن (N=Z) ونتيجة ذلك ينتج النشاط الإشعاعي وكذلك يوجد ما يدعى بالأعداد السحرية ( 2,8,20,28,50,82,126) تكون عندها النواة مستقرة تماماً.
1942.في هذا العام تمكن العالم الأمريكي إيطالي الأصل إنريكو فيرمي بالتجربة من استخلاص الطاقة النووية الهائلة بطريقة عملية واقتصادية وسهلة نسبياً وبشكل مستمر وفي هذا لعام نفسه بدأ بحق عصر الذرة والعمل الفعال لامتلاك القنبلة النووية الانشطارية.
أن توجيه النيترون
ليصطدم بنواة ثقيلة له الدور الأساس في عملية الانشطار النووي وبالتالي تحرير الطاقة النووية الكامنة داخل النواة-نواة اليورانيوم مثلاً.
وعلاوة على ذلك ينتج عن الانشطار ثلاث نيترونات إضافية يمكننا بوساطتها شطر نوى يورانيوم إضافية- لو وجدت- محققين بذلك التفاعل المتسلسل –يمثله الشكل في الأسفل- الذي لا يمكن بدونه إجراء التفجير النووي .

لنتوقف قليلا عند اليورانيوم , أثقل مادة طبيعية معروفة,فإذا كان سنتيمتر مكعب واحد من الرصاص المعروف بثقله يزن 11.3 جرام،فإن وزن سنتيمتر مكعب واحد من اليورانيوم 18.7 جرام، أي مرة ونصف وزن الرصاص تقريباً. إن هذا اليورانيوم المميت موجود في القشرة الأرضية بنسبة 3 جرامات في الطن أي بنسبة (0,000003)ويستخرج من مناجمه, و أيضاً يوجد في ماء البحر بنسبة 3 مليجرامات في الطن وبنسبة (0,000000003) أما بالنسبة لجسم الإنسان فيوجد حوالي 90 مايكرو جراما من اليورانيوم في جسم الإنسان مصدره مياه الشرب والطعام - وخصوصا الملوخية- والهواء.
المشكلة الحقيقية هي فصله ؟ لماذا الفصل؟
اليورانيوم الخام فعليا هو نوعين يورانيوم 238 و يورانيوم 235 وهنا الأعداد هي أعداد الكتلة لكليهما ( عدد الكتلة = عدد البروتونات + عدد النيترونات )
الأول منهما ذو تأثير إشعاعي ضعيف وهو السائد بنسبة عالية جداً 99,3%.
الثاني نشط إشعاعي بشكل فعلي نسبته قليلة جداً 0,7%.
إن الغاية من الفصل هي الحصول على اليورانيوم - 235 - النشط إشعاعياً - بأكبر نسبة ممكنة عندها ندعوه اليورانيوم المخصب ولكي يستخدم اليورانيوم المخصب في إنتاج الأسلحة النووية يجب أن تصل نسبة اليورانيوم - 235 من 20 إلى 90% ونسمع بأجهزة الطرد المركزي وهي إحدى التقنيات المستخدمة لهذا الغرض وهي عبارة عن أنابيب يتم بداخلها إعطاء اليورانيوم بعد أن يتم تحويله إلى غاز سرعة دورانية عالية فينتج عن ذلك فصل نوعي اليورانيوم – بسبب اختلاف كتلتيهما- وبتكرار هذه العملية نرفع نسبة اليورانيوم - 235 قدر الإمكان.وهناك طريقة أخرى تعتمد على شحن اليورانيوم باستخدام أشعة الليزر.

إن اليورانيوم المستهلك في المفاعلات النووية يعتبر يورانيوم ناضب وهو الآخر له استخداماته الصناعية والعسكرية فطلاء مقدمة القذائف به يؤدي لرفع درجة الحرارة أضعافاً وبالتالي اختراق القذيفة للأهداف المعدنية بسهولة بالغة وكذلك يستخدم كمادة مساعدة من أجل موازنة الطائرات وذلك بالاستفادة من وزنه الكبير.
لا تقتصر المواد المشعة على اليورانيوم فيوجد في الطبيعة قرابة 3000 نواة مختلفة منها فقط 266 نواة مستقرة و بشكل طبيعي تتفكك العناصر الغير مستقرة في الطبيعة تلقائيا متحولة إلى عناصر أخرى والتي بدورها تتفكك وهكذا إلى أن نصل في النهاية إلى نظير مستقر هو أحد نظائر الرصاص. قد يصل عدد هذه النظائر الناتجة عن تفكك نظير محدد إلى خمس عشر نظيراً فتشكل معاً ما يسمى " سلسلة إشعاعية ".

موضوع جمييل شكرا لك
الى مزيد من الابداع
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

» صور للمفاعلات النووية المستخدمة في توليد الكهرباء ( الطاقة النووية السلمية )