أمثلة توضيحية على أنواع التفاعلات النووية

أمثلة على التفاعلات النووية

تتعدد أنواع التفاعلات النووية، ومن بين هذه الأنواع تفاعل الانشطار النووي وتفاعل الاندماج النووي، وسنستعرضها كما يلي:

الانشطار النووي

أحد الأمثلة على الانشطار النووي هو قيام نواة اليورانيوم 235 بالانقسام. تحتوي كل ذرة من اليورانيوم-235 (U-235) على 92 بروتونًا و143 نيوترونًا، مما يعطيها كتلة إجمالية تبلغ 235. يُعتبر تركيب الجسيمات داخل نواة اليورانيوم-235 غير مستقر نسبيًا، ويمكن أن تتفكك النواة عند التعرض لتحفيز خارجي. عند امتصاص نواة U-235 نيوترونًا إضافيًا، يحدث انقسام سريع إلى قسمين، ويشير إلى هذه العملية باسم الانشطار. في كل مرة ينقسم فيها نواة اليورانيوم-235، يتم إطلاق نيوترونين أو ثلاثة.

يمكن تعريف الانشطار النووي (بالإنجليزية: Nuclear fission) على أنه عملية امتصاص النيوترونات أو الجسيمات الخفيفة والتي تؤدي إلى انقسام النواة إلى نواتين أخف أو أكثر. يمكن أن تحدث هذه العملية من خلال نوعين من التفاعلات: إما التفاعل النووي المباشر أو من خلال عملية الاضمحلال الإشعاعي. بعد الانتهاء من هذه العملية، يتم إنتاج كميات كبيرة من الطاقة، بالإضافة إلى انبعاث نيوترونات وأشعة جاما.

الاندماج النووي

تُعتبر عملية الاندماج النووي من الأمثلة التي تُظهر تفاعل اندماج النوى في Nucleus الشمس وأنوية النجوم الأخرى. يحدث هذا التفاعل بشكل خاص بين نواة ذرة الديوتيريوم ونواة ذرة التريتيوم، حيث تندمجان لتشكيل الهيليوم ونيوترون، مع توفر فقدان كتلة تساوي 0.0188 دالتون، مما يتحول إلى طاقة تقدر بحوالي 1.69×10⁹ كيلوجول.

تتكون النواة الناتجة من اندماج نواتين خفيفتين معًا لتكوين نواة جديدة ذات كتلة أكبر، وهو ما يُعرف بعملية الاندماج النووي (بالإنجليزية: Nuclear Fusion). ناتج هذه العملية يتضمن جسيمات النيوترونات والبروتونات.

التحلل الإشعاعي

يمكن التطرق إلى التحلل الإشعاعي كمثال واضح من خلال اضمحلال أشعة ألفا المستخدمة في أجهزة كشف الدخان المثبتة في المباني حيث تعتمد عادةً على عنصر مشع يعرف باسم أمريسيوم-241.

يتميز التحلل الإشعاعي (بالإنجليزية: Radioactive decomposition) بعملية انهيار نواة الذرة غير المستقرة إلى ذرات أو جسيمات أكثر استقرارًا، وذلك من خلال إطلاق كميات من الطاقة الكهرومغناطيسية. تحدث هذه العملية في عناصر طبيعية وأخرى مصنعة، ولا تنتهي حتى يتم تشكيل ناتج من النوكليد المستقر. تعبر هذه العملية عن معدل نصف العمر، على سبيل المثال، إذا كان عمر الذرة يبلغ حوالي 1024 سنة، وقد يستغرق التحلل أقل من 10 ثوان إلى 23 ثانية.

التحويل الإشعاعي

أحد الأمثلة على التحويل الإشعاعي هو ضرب البلاديوم-102 بطاقات نيوترونية عالية جدًا لتكوين البلاديوم-103، الذي يُستخدم في علاج مرض السرطان.

تعرف عملية تحويل عنصر إلى عنصر آخر بشكل غير تلقائي باسم عملية التحويل الإشعاعي (بالإنجليزية: Radioactive transmutation)، وتُعتبر عكس عملية التحلل الإشعاعي. تتم هذه العملية من خلال تعرض العنصر لطاقة إشعاعية عالية أو جسيمات نيوترونية، وهي عملية صناعية تهدف إلى تشكيل النظير المشع لعنصر ما، وينتج عنها زيادة في كتلة نواة الذرة.

طاقة الارتباط النووي

تختلف كتلة نواة الذرة وكتلة الجسيمات المكونة لها، حيث تكون كتلة الجسيمات أعلى من كتلة النواة نتيجة لوجود خلل يُعرف باسم طاقة الارتباط النووي (بالإنجليزية: Nuclear binding energy). هذه الطاقة ضرورية لتحقيق الترابط بين البروتونات والنيوترونات داخل النواة. يمكن لجرام واحد من المادة أن يُطلق حوالي 9×10¹⁰ كيلوجول من الطاقة. والملاحظ أن النواتج تكون ذات كتلة أعلى من المتفاعلات مما يتحول إلى طاقة وفقًا للمعادلة الرياضية التالية:

طاقة الربط النووي = الكتلة × مربع سرعة الضوء

وبالإنجليزية:

E = mc²