أمثلة توضح أنواع التفاعلات النووية

أمثلة على التفاعلات النووية

تتفاوت أنواع التفاعلات النووية، وتضم تفاعلات مثل الانشطار النووي والاندماج النووي، وسنلقي نظرة على ذلك فيما يلي:

الانشطار النووي

تُعتبر عملية انقسام اليورانيوم-235 من أبرز أمثلة الانشطار النووي، حيث تحتوي نواة كل ذرة من هذا العنصر على 92 بروتون و143 نيوترون إجماليًا قدره 235. تتسم الجسيمات داخل اليورانيوم-235 بعدم الاستقرار النسبي، مما يسمح بتفكك النواة عندما تُحفز بواسطة مصدر خارجي. عندما تستقبل نواة U-235 نيوترونًا إضافيًا، تتفكك بسرعة إلى قسمين، وتعرف هذه الظاهرة بالانشطار. وفي كل مرة يحدث انشطار لذرة اليورانيوم-235، يتم إطلاق نيوترونين أو ثلاثة.

يمكن تعريف الانشطار النووي (بالإنجليزية: Nuclear fission) على أنه عملية تمتص خلالها النيوترونات أو الجسيمات الخفيفة، مما يؤدي إلى انقسام النواة إلى نواتين أو أكثر. هذه العملية قد تحدث عبر طريقتين، إما من خلال تفاعل نووي مباشر أو بالاعتماد على الاضمحلال الإشعاعي. بعد حدوث الانشطار، تُنتج كميات هائلة من الطاقة، بالإضافة إلى نيوترونات وأشعة جاما.

الاندماج النووي

تعد تفاعلات الاندماج النووي، مثلما يحدث في نواة الشمس والنجوم الأخرى، من الأمثلة الدالة على هذه العملية. يحدث هذا التفاعل بين نواة ذرة الديوتيريوم وذرة التريتيوم حيث تتحد لتشكيل هيليوم ونيوترون، مع خسارة 0.0188 دالتون من كتلته. هذه الكتلة المفقودة تتحول إلى طاقة تقدر بحوالي 1.69×10⁹ كيلوجول.

تتكون النواة الناتجة من تصادم نواتين خفيفتين مما يؤدي إلى اندماجهما في نواة أكبر، وهذه الظاهرة تعرف باسم الاندماج النووي (بالإنجليزية: Nuclear Fusion). الناتج عن هذه العملية يشمل جسيمات النيوترونات والبروتونات.

التحلل الإشعاعي

من الأمثلة على التحلل الإشعاعي، اضمحلال أشعة ألفا، كما يتضح في أجهزة الكشف عن الدخان المثبتة في المباني، حيث تعتمد هذه الكاشفات عادةً على عنصر مشع يُعرف باسم أمريسيوم-241.

يتضمن التحلل الإشعاعي (بالإنجليزية: Radioactive decomposition) انقسام نواة الذرة غير المستقرة إلى ذرات أو جسيمات أكثر استقرارًا عن طريق إطلاق كميات من الطاقة الكهرومغناطيسية. تحدث هذه العملية في المركبات الطبيعية والعناصر المُصنعة، وغالبًا ما تتوقف عندما تتكون الأنوية المستقرة. تُعبر هذه العملية عن طريق نصف العمر المتلاشي، فمثلًا إذا كان عمر ذرة ما حوالي 1024 سنة، فإنها قد تحتاج إلى زمن يتراوح بين أقل من 10 ثوانٍ إلى 23 ثانية.

التحويل الإشعاعي

مثال على عملية التحويل الإشعاعي هو تعرض البلاديوم-102 لطاقة نيوترون عالية جدًا ليتحول إلى بلاديوم-103، الذي يُستخدم في علاج بعض أنواع السرطان.

تُعتبر عملية تحويل العنصر إلى عنصر آخر بشكل غير تلقائي هي ما يُعرف باسم التحويل الإشعاعي (بالإنجليزية: Radioactive transmutation)، حيث تعد هذه العملية عكس عملية التحلل الإشعاعي، وتتم من خلال تسليط طاقة إشعاعية عالية على العنصر بواسطة نيوترونات، وهو إجراء صناعي بهدف تشكيل النظير المشع للعنصر، مما يؤدي إلى زيادة كتلة نواة الذرة.

طاقة الارتباط النووي

تختلف كتلة نواة الذرة وكتلة الجسيم؛ إذ تزيد كتلة الجسيم عن كتلة النواة بسبب افتقار الأخيرة إلى الاستقرار الذي يُعرف باسم طاقة الارتباط النووي (بالإنجليزية: Nuclear binding energy). هذه الطاقة تُعتبر ضرورية لربط البروتونات والنيوترونات داخل النواة، ويمكن لجرام واحد من المادة أن يولد طاقة تُقدّر بـ 9×10¹⁰ كيلوجول. ومن الجدير بالذكر أن النواتج غالبًا ما تكون أكبر في الكتلة من المتفاعلات، مما يتحول إلى طاقة عن طريق المعادلة الشهيرة:

طاقة الارتباط النووي = الكتلة × مربع سرعة الضوء

وبالإنجليزية:

E = mc²