التفاعلات النووية وأنواعها هي العمليات التي يتم فيها إنتاج نويدات واحدة أو أكثر من الاصطدامات بين نواتي ذريتين أو نواة ذرية وجسيم دون ذري . تختلف النيوكليدات الناتجة عن التفاعلات النووية عن النوى المتفاعلة (يشار إليها عادةً باسم النوى الأم).
هناك نوعين بارزين من التفاعلات النووية هي التفاعلات الانشطارية النووية و التفاعلات الاندماجية النووية . يتضمن الأول امتصاص النيوترونات (أو غيرها من الجسيمات الخفيفة نسبيًا) بواسطة نواة ثقيلة ، مما يؤدي إلى انقسامها إلى نواتين أخف (أو أكثر). تفاعلات الاندماج النووي هي العمليات التي تتحد فيها نواتان خفيفتان نسبيًا (عن طريق تصادم) لتوفير نواة واحدة أثقل.
الانشطار النووي
يشير الانشطار النووي إلى انقسام نواة الذرة إلى نواتين أخف. يمكن أن تحدث هذه العملية من خلال تفاعل نووي أو من خلال الاضمحلال الإشعاعي. غالبًا ما تطلق تفاعلات الانشطار النووي كمية كبيرة من الطاقة ، مصحوبة بانبعاث النيوترونات وأشعة جاما (تحتوي الفوتونات على كميات هائلة من الطاقة ، تكفي لإخراج الإلكترونات من الذرات).
تم اكتشاف الانشطار النووي لأول مرة من قبل الكيميائيين الألمان أوتو هان وفريتز ستراسمان في عام 1938. يتم تحويل الطاقة الناتجة من تفاعلات الانشطار إلى كهرباء في محطات الطاقة النووية. حيث يتم ذلك باستخدام الحرارة الناتجة عن التفاعل النووي لتحويل الماء إلى بخار. يستخدم البخار لتدوير التوربينات من أجل توليد الكهرباء.
الاندماج النووي
في تفاعلات الاندماج النووي ، تتحد / تندمج نواتان ذريتان على الأقل في نواة واحدة. كما تتشكل الجسيمات دون الذرية مثل النيوترونات أو البروتونات أيضًا كمنتجات في هذه التفاعلات النووية.
تحدث تفاعلات الاندماج هذه في قلب الشمس والنجوم الأخرى. يصاحب اندماج نوى الديوتيريوم والتريتيوم فقدان ما يقرب من 0.0188 وحدة من الكتلة (التي يتم تحويلها بالكامل إلى طاقة). يتم توليد ما يقرب من 1.69 * 10 كيلوجول من الطاقة لكل مول من الهيليوم المتكون.
أنواع مهمة أخرى من التفاعلات النووية
1.تحلل ألفا
تميل النوى ذات الأعداد الكتلية الأكبر من 200 إلى الخضوع لاضمحلال ألفا – وهي عملية يتم فيها تحرير نواة He ، والتي يشار إليها عادةً باسم جسيم ألفا ( α) من النواة الأم.
2. تحلل بيتا
يحدث تحلل بيتا عندما يتحول النيوترون إلى بروتون ، والذي يكون مصحوبًا بانبعاث جسيم بيتا (إلكترون عالي الطاقة). مثال على هذا النوع من التفاعل النووي هو تحلل بيتا للكربون 14 الذي يوفر النيتروجين 14.
3.انبعاث جاما
يحدث انبعاث جاما عندما تعود نواة مثارة (غالبًا ما تنتج من الانحلال الإشعاعي لنواة أخرى) إلى حالتها الأساسية ، والتي تكون مصحوبة بانبعاث فوتون عالي الطاقة.
العمليات التي لا تعتبر تفاعلات نووية
يستخدم مصطلح “تفاعل نووي” بشكل عام للإشارة إلى التغييرات المستحثة خارجيًا والتي تطرأ على النوى الذرية. لذلك ، لا يمكن تصنيف العمليات التالية على أنها تفاعلات نووية:
- عمليات التشتت النووي – العمليات التي تنطوي على الاصطدام والفصل اللاحق للنواة الذرية دون أي تغييرات ملحوظة في التركيب النووي. في هذه العمليات ، يتم نقل الزخم والطاقة فقط.
- الاضمحلال النووي – عملية تُصدر من خلالها نواة غير مستقرة إشعاعًا لتفقد الطاقة.
- تفاعلات الانشطار العفوي – تفاعلات الانشطار النووي التي لا تتطلب نيوترونًا للمضي قدمًا وبالتالي فهي غير مستحثة.
هذه العمليات تشبه إلى حد بعيد التفاعلات النووية (لكنها تلقائية وليست مستحثة).
لماذا تطلق التفاعلات النووية كميات هائلة من الطاقة؟
تكون كتلة النواة الذرية دائمًا أقل من مجموع الكتل الفردية لكل جسيم دون ذري يتكون منها (البروتونات والنيوترونات). يُعزى هذا الاختلاف في الكتلة إلى طاقة الارتباط النووي (يشار إليها غالبًا باسم عيب الكتلة). يمكن تعريف طاقة الارتباط النووي بأنها الطاقة المطلوبة لعقد جميع البروتونات والنيوترونات داخل النواة.
أثناء تفاعل نووي (مثل تفاعل الانشطار أو الاندماج) ، يتم تحرير الكتلة التي تمثلها طاقة الربط النووية وفقًا للمعادلة (الطاقة = الكتلة مضروبة في مربع سرعة الضوء).
للتبسيط ، فإن المنتجات المتكونة في الانشطار النووي والاندماج النووي دائمًا ما يكون لها كتلة أقل من المواد المتفاعلة. يتم تحويل هذه الكتلة “المفقودة” إلى طاقة. يمكن لغرام واحد من المادة إطلاق ما يقرب من 90،00،00،00،000 كيلوجول من الطاقة.
إقرأ أيضًا : الطاقة النظيفة وأثرها على البيئة
المصادر :
- byjus
- Image by slightly_different from Pixabay
