علم الكيمياء النووية، هي كيمياء العناصر المشعة مثل الأكتينيدات والراديوم والرادون جنبًا إلى جنب مع الكيمياء المرتبطة بالمعدات، (مثل المفاعلات النووية)، التي صممت لأداء العمليات النووية.
وهذا يشمل تآكل الأسطح والسلوك في ظل ظروف التشغيل العادي وغير الطبيعي (مثل أثناء وقوع حادث)، تابعوا موقع مقال للتعرف على علم الكيمياء النووية.
الكيمياء النووية
الكيمياء النووية هي مجال فرعي للكيمياء، والذي يتعامل مع النشاط الإشعاعي والعمليات النووية، والتحولات في نوى الذرات، مثل التحويل النووي، والخصائص النووية.
تشمل دراسة التأثيرات الكيميائية الناتجة عن امتصاص الإشعاع داخل الحيوانات، والنباتات الحية والمواد الأخرى.
وتتحكم كيمياء الإشعاع في الكثير من بيولوجيا الإشعاع، حيث أن للإشعاع تأثير على الكائنات الحية على المستوى الجزيئي.
لشرح ذلك بطريقة أخرى يغير الإشعاع المواد الكيميائية الحيوية داخل الكائن الحي، ثم يغير تغيير الجزيئات الحيوية الكيمياء.
والتي تحدث داخل الكائن الحي، الكائن والحي، يمكن أن يؤدي هذا التغيير في الكيمياء إلى نتيجة بيولوجية.
ونتيجة لذلك، تساعد الكيمياء النووية بشكل كبير في فهم العلاجات الطبية، (مثل العلاج الإشعاعي للسرطان)، وقد مكنت هذه العلاجات من التحسن.
يتضمن دراسة إنتاج واستخدام المصادر المشعة لمجموعة من العمليات، وتشمل هذه العلاجات الإشعاعية في التطبيقات الطبية.
كما استخدام المواد المشعة في الصناعة والعلوم والبيئة، واستخدام الإشعاع لتعديل المواد مثل البوليمرات.
أيضًا تشمل دراسة واستخدام العمليات النووية في المجالات غير المشعة للنشاط البشري.
فعلى سبيل المثال، يُستخدم التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي (NMR)، بشكل شائع في الكيمياء العضوية التركيبية، والكيمياء الفيزيائية، وللتحليل الهيكلي في الكيمياء الجزيئية الكلية.
شاهد أيضًا: بحث عن التوزيع الالكتروني في الكيمياء
نبذة تاريخية عن الكيمياء النووية
بعد أن اكتشف فيلهلم رونتجن الأشعة السينية عام 1882م، بدأ العديد من العلماء في العمل على الإشعاع المؤين.
وأحد هؤلاء كان هنري بيكريل، الذي حقق في العلاقة بين الفسفور، وسواد لوحات التصوير.
وعندما اكتشف بيكريل أنه بدون مصدر خارجي للطاقة، ينتج اليورانيوم أشعة يمكن أن تؤدي إلى اسوداد (أو ضباب) لوحة التصوير، تم اكتشاف النشاط الإشعاعي.
قامت ماري كوري (تعمل في باريس) وزوجها بيير كوري بعزل عنصرين إشعاعيين جديدين من خام اليورانيوم.
حيث استخدموا طرق القياس الإشعاعي لتحديد تيار النشاط الإشعاعي، بعد كل فصل كيميائي.
وقاموا بفصل خام اليورانيوم إلى كل عنصر من العناصر الكيميائية المختلفة، التي كانت معروفة في ذلك الوقت، وقاموا بقياس النشاط الإشعاعي لكل جزء.
ثم حاولوا بعد ذلك فصل هذه الكسور المشعة بشكل أكبر، لعزل جزء أصغر، مع نشاط محدد أعلى (النشاط الإشعاعي مقسومًا على الكتلة)، وبهذه الطريقة عزلوا البولونيوم والراديوم.
لوحظ في حوالي عام 1901م أن الجرعات العالية من الإشعاع، يمكن أن تسبب إصابة للإنسان.
وحمل هنري بيكريل عينة من الراديوم في جيبه، ونتيجة لذلك عانى من جرعة شديدة الموضعية، مما أدى إلى حرق إشعاعي.
وأدت هذه الإصابة إلى التحقيق في الخصائص البيولوجية للإشعاع، والتي أدت بمرور الوقت إلى تطوير العلاج الطبي.
التحلل الإشعاعي
أظهر إرنست رذرفورد أن التحلل الإشعاعي، يمكن وصفه بمعادلة بسيطة (معادلة مشتقة خطية من الدرجة الأولى، تسمى الآن الحركية من الدرجة الأولى).
مما يعني ضمنيًا أن مادة مشعة معينة لها خاصية “عمر النصف” (الوقت الذي تستغرقه كمية النشاط الإشعاعي الموجودة في المصدر لتقل بمقدار النصف).
كما صاغ مصطلحات أشعة ألفا وبيتا وجاما، وقام بتحويل النيتروجين إلى أكسجين، والأهم من ذلك أنه أشرف على الطلاب.
فالذين أجروا تجربة جيجر-مارسدن (تجربة رقائق الذهب) التي أظهرت أن “نموذج حلوى البرقوق” للذرة كان خطأ.
وفي نموذج حلوى البرقوق، الذي اقترحه طومسون في عام 1904م، تتكون الذرة من إلكترونات محاطة بـ “سحابة” من الشحنة الموجبة، لموازنة الشحنات السالبة للإلكترونات.
وبالنسبة إلى رذرفورد، أشارت تجربة رقائق الذهب، إلى أن الشحنة الموجبة كانت محصورة في نواة صغيرة جدًا.
حيث تؤدي أولاً إلى نموذج رذرفورد، وفي النهاية إلى نموذج بوهر للذرة، حيث تُحاط النواة الموجبة بالإلكترونات السالبة.
في عام 1934م، كانت ابنة ماري كوري (إيرين جوليو كوري)، وزوج ابنتها (فريديريك جوليو كوري) أول من صنع نشاطًا إشعاعيًا صناعيًا.
لقد قصفوا البورون بجزيئات ألفا لإنتاج النيتروجين 13 الذي يفتقر إلى النيوترونات، هذا النظير المنبعث من البوزيترونات.
بالإضافة إلى ذلك، قاموا بقصف الألمونيوم والمغنيسيوم بالنيوترونات لصنع نظائر مشعة جديدة.
المجال الدراسي (التعليم) للكيمياء النووية
على الرغم من الاستخدام المتزايد للطب النووي، والتوسع المحتمل لمحطات الطاقة النووية، والمخاوف بشأن الحماية من التهديدات النووية.
وإدارة النفايات النووية المتولدة في العقود الماضية، فقد انخفض عدد الطلاب الذين يختارون التخصص في الكيمياء النووية والإشعاعية بشكل كبير.
العقود القليلة الماضية الآن، مع اقتراب العديد من الخبراء، في هذه المجالات من سن التقاعد.
فهناك حاجة إلى اتخاذ إجراءات، لتجنب فجوة القوى العاملة في هذه المجالات الحاسمة.
على سبيل المثال من خلال بناء اهتمام الطلاب بهذه المهن، وتوسيع القدرة التعليمية للجامعات والكليات.
وتوفير المزيد من المعلومات المحددة حول التدريب على الوظيفة، ويتم تدريس الكيمياء النووية والإشعاعية (NRC) في الغالب على المستوى الجامعي.
وعادًة ما يكون في البداية على مستوى الماجستير والدكتوراه؛ في أوروبا، حيث يتم بذل جهد كبير لتنسيق وإعداد تعليم NRC لاحتياجات الصناعة، والمجتمع في المستقبل.
ويتم تنسيق هذا الجهد في مشروع ممول من العمل المنسق، بدعم من البرنامج الإطار السابع للمجتمع الأوروبي للطاقة الذرية.
دورة الوقود النووي
هذه هي الكيمياء المرتبطة بأي جزء من دورة الوقود النووي، بما في ذلك إعادة المعالجة النووية.
وتشمل دورة الوقود جميع العمليات المتعلقة بإنتاج الوقود، من التعدين ومعالجة الخامات، والتخصيب إلى إنتاج الوقود (نهاية الدورة الأولى).
ويتضمن أيضًا سلوك “الكومة” (استخدام الوقود في المفاعل)، قبل النهاية الخلفية للدورة.
كما تتضمن النهاية الخلفية إدارة الوقود النووي المستخدم إما في حوض وقود مستهلك أو مخزن جاف، قبل التخلص منه في مخزن نفايات تحت الأرض أو إعادة معالجته.
التحليل الطيفي النووي
التحليل الطيفي النووي هي طرق تستخدم النواة، للحصول على معلومات عن التركيب المحلي للمادة.
والطرق المهمة هي الرنين المغناطيسي النووي (انظر أدناه)، مطيافية موسباور والارتباط الزاوي المضطرب.
وتستخدم هذه الطرق تفاعل المجال فائق الدقة مع دوران النواة، ويمكن أن يكون المجال مغناطيسيًا أو كهربائيًا.
ويتم إنشاؤه بواسطة إلكترونات الذرة وجيرانها المحيطين، وبالتالي، فإن هذه الطرق تبحث في التركيب المحلي للمادة.
وخاصة المادة المكثفة في فيزياء المادة المكثفة وكيمياء الحالة الصلبة.
تابع أيضًا: بحث حول مكتشف قانون الضغط على السوائل في الكيمياء
الرنين المغناطيسي النووي (NMR)
يستخدم التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي الدوران الصافي، للنواة في مادة ما عند امتصاص الطاقة لتحديد الجزيئات.
وأصبح هذا الآن أداة طيفية قياسية في الكيمياء التركيبية، وأحد الاستخدامات الرئيسية للرنين المغناطيسي النووي هو تحديد ارتباط الرابطة داخل الجزيء العضوي.
يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي النووي، أيضًا الدوران الصافي للنواة (عادةً البروتونات) للتصوير.
ويستخدم هذا على نطاق واسع لأغراض التشخيص في الطب، ويمكن أن يوفر صورًا تفصيلية لداخل الشخص دون التسبب في أي إشعاع عليه.
وفي البيئة الطبية، غالبًا ما يُعرف الرنين المغناطيسي النووي ببساطة باسم التصوير “بالرنين المغناطيسي”.
لأن كلمة “نووي” لها دلالات سلبية بالنسبة للعديد من الأشخاص.
اقرأ أيضًا: بحث عن نجاح مندليف في عالم الكيمياء
