أمثلة على التفاعلات النووية
وتتنوع التفاعلات النووية بين عدة أنواع، مثل الانشطار النووي، والاندماج النووي. وسوف نستعرض هذه الأنواع بالتفصيل فيما يلي:
الانشطار النووي
يعد انشطار ذرات اليورانيوم 235 (U-235) مثالاً على عملية الانشطار النووي. تحتوي نواة كل ذرة يورانيوم 235 على 92 بروتونًا و143 نيوترونًا، مما يجعل المجموع 235. نواة اليورانيوم 235 غير مستقرة نسبيًا ويمكن أن تتفكك إذا تعرضت لتحفيز خارجي. عندما تمتص نواة اليورانيوم 235 نيوترونًا إضافيًا، فإنها تنقسم بسرعة إلى قسمين. تُعرف هذه العملية بالانشطار، وفي كل انشطار تطلق النواة نيوترونين أو ثلاثة.
يمكن تعريف الانشطار النووي بأنه عملية امتصاص النيوترونات أو جزيئات الضوء، مما يتسبب في انقسام النواة إلى نواتين أو أكثر. يمكن أن تحدث هذه العملية إما عن طريق التفاعل النووي أو من خلال الاضمحلال الإشعاعي. بعد الانشطار، يتم إطلاق طاقة كبيرة مع مزيج من النيوترونات وأشعة جاما.
الاندماج النووي
ويعد تفاعل الاندماج النووي الذي يحدث داخل نواة الشمس ونوى النجوم الأخرى مثالا واضحا على هذه العملية. يبدأ التفاعل بين نواة ذرة الديوتيريوم ونواة ذرة التريتيوم، حيث يتحدان لتكوين الهيليوم والنيوترون، ويتم خلاله فقدان كتلة قدرها حوالي 0.0188 دالتون، والتي تتحول إلى طاقة تبلغ حوالي 1.69×10⁹ كيلوجول .
تتشكل النواة المندمجة نتيجة اصطدام نواتين خفيفتين ودمجهما في نواة أثقل، وهو ما يعرف بالاندماج النووي. يتكون المنتج الناتج من البروتونات والنيوترونات.
الاضمحلال الإشعاعي
ويمكن اعتبار اضمحلال ألفا مثالا على الاضمحلال الإشعاعي، حيث تستخدم كاشفات الدخان عنصرا مشعا يسمى الأمريسيوم-241. يتضمن اضمحلال النواة الذرية غير المستقرة تحويلها إلى ذرات أو جسيمات أكثر استقرارًا عن طريق إطلاق كميات كبيرة من الطاقة الكهرومغناطيسية. تحدث هذه العملية، المعروفة بالتحلل الإشعاعي، في العناصر الطبيعية والمركبات البشرية، ولا تتوقف إلا عند تكوين نواة مستقرة.
يتم التعبير عن عملية الاضمحلال الإشعاعي من خلال مفهوم عمر النصف، حيث، على سبيل المثال، إذا كان عمر النصف للذرة هو 1024 سنة، فإن هذا يعني فترة زمنية تتراوح من أقل من 10 ثوان إلى 23 ثانية.
تحويل الإشعاع
ومن أمثلة التحويل الإشعاعي معالجة البلاديوم-102 عن طريق قصفه بالنيوترونات عالية الطاقة لتكوين البلاديوم-103، والذي يستخدم لعلاج السرطان. توصف عملية تحويل عنصر إلى عنصر آخر تلقائيًا بالتحويل الإشعاعي، وهو عكس الاضمحلال الإشعاعي.
وتتطلب هذه العملية استخدام إشعاعات عالية الطاقة أو جزيئات نيوترونية، وتعتبر هذه العملية صناعية، حيث تؤدي إلى تكوين النظائر المشعة وينتج عنها زيادة في كتلة النواة الذرية.
طاقة الروابط النووية
تختلف كتلة نواة الذرة عن كتلة الجسيم، والأخير أكبر من الأول. ويرجع ذلك إلى الطاقة المرتبطة بالنواة الذرية، والمعروفة باسم طاقة الربط النووي. تمثل هذه الطاقة الجهد المطلوب لربط البروتونات والنيوترونات داخل النواة، حيث يمكن لجرام واحد من المادة أن يطلق طاقة تقدر بحوالي 9×10¹⁰ كيلوجول. واللافت هنا أن كتلة نواتج التفاعل تزيد عن كتلة المواد المتفاعلة، وتتحول هذه الكتلة إلى طاقة وفق المعادلة التالية:
طاقة الارتباط النووي = الكتلة × مربع سرعة الضوء
وباللغة الإنجليزية:
ه = مك²
