بحث الانشطار النووي

(ما هو؟؟ و كيف يتم؟؟ ولماذا تنشطر النوى؟ )


تفاعل الانشطار
وهو شكل خاص من أشكال التفاعل النووي تقوم خلاله نوى العناصر الثقيلة كاليورانيوم والبلوتونيوم مثلا بضم نترون اليها لتصبح وضعيتها مثارة جدا _وضعية النواة_ وبعد مرور وقت قصير تنشطر هذه النوى الى شطرين:نوى ذرات العناصر الواقعة في منتصف الجدول الدوري ومجموعة كبيرة من الجسيمات المختلفة كالالكترونات و الفوتونات وكوانتات غاما واثنان أو ثلاثة من النترونات السريعة
ونتيجة لهذا التفاعل تتحرر الطاقة.وعلى سبيل المثال فإن الطاقة المتحررة لدى انشطار نواة ذرة اليورانيوم تساوي تقريبا 20 ميغا فولت وبعض النترونات الحرة تجد نفسها فائضة في نوى الذرات المتشكلة حديثا وبامكان كل من هذه النترونات في ظروف معينة أن يبدأ سلسلته الخاصة في شطر نوى الذرات المجاورة في اليورانيوم و البلوتونيوم وهكذا ينشأ في سبيكة من هذه المواد تفاعل نووي متسلسل ذاتي التطور .
و إن انشطار نوى ذرات العناصر الثقيلة يمكن أن يجري ليس فقط عند قصفها بالنترونات بل وتحت تأثير قصفها بجسيمات جرى تسريعها حتى طاقة عالية كالبروتونات والديترونات وجسيمات ألفا و كوانتات غاما وما شابه ذلك.الا أن شكلا واحدا فقط من أشكال الانشطار هو الذي لقي استخداما صناعيا واسعا ألا وهو ذلك الذي يحدث عند قذف المواد القابلة للانشطار بتيار من النترونات ضمن أجهزة خاصة _ المفاعلات النووية _ وهناك أيضا نوع آخر من الانشطار يسمى الانشطار التلقائي لنوى ذرات اليورانيوم _( اكتشفه عام 1940 الفيزيائيان السوفياتييان بيتر جاك ك.آ , وفلوروف غ.ن.)_
وذلك عندما تنشطر بعض هذه النوى الى قسمين دون أي تاثير خارجي ملموس . وهذا لا يحدث إلا نادرا جدا وبمعدل لا يزيد عن 20 انشطار في الساعة في غرام واحد من اليورانيوم ولكن في بعض الظروف الملائمة والتي تتوفر عادة في المفاعلات النووية فإن المعدل الآنف الذكر كافٍ تماماً لتحريض تفاعل نووي متسلسل دون الحاجة إلى اللجوء لمصدر خارجي للنترونات .
وكي يصبح ممكنا ولو الى حد ما تصور آلية انشطار نواة ذرة عنصر ثقيل كاليورانيوم مثلا عند قصفه بنترون فقد اقترح كل من الفيزيائي السوفياتي فرنيكل.يا.م.والامريكي ويلر في أعوام الثلاثينيات من القرن الماضي ما يسمى النموذج النفطي لبنية نواة الذرة و هو نموذج للنواة يشبه بسلوكه قطرة من سائل مشحونة بشحنة كهربائية موجبة.وفي هذا النموذج تعتبر الجسيمات أي النكلونات التي تتشكل منها النواة متوضعة بشكل مشابه وحسب القوانين ذاتها تقريبا التي تتوضع بموجبها الجزيئات في القطرة الكروية السائلة.والشحنات الكهربائية المتشابهة لجزيئات السائل تجعل هذه الجزيئات تتدافع بقوة محاولة الابتعاد عن بعضها بعضا ولذلك نجد هذه الأخيرة شديدة الحركة ضعيفة الارتباط فيما بينها و بالنتيجة نجد كامل القطرة سائلة البنية وتحاول الانتفاخ والتمزق وبنفس الشكل تقريبا تتدافع و تحاول الابتعاد عن بعضها بعضا البروتونات المشحونة ايجابا في النواة الكروية للذرة
ولكن تظهر في قطرة السائل قوى أخرى منها الشد السطحي للغشاء الجزيئي الخارجي الذي يمسك (يضغط ) جزيئات السائل وبالتالي فان هذا الغشاء ياخذ بالنتيجة الشكل الوحيد الممكن لاحتواء جسيمات شديدة الحركة ضعيفة الارتباط مع بعضها بعضا هو تشكل القطرة الكروية تماما .الا ان مجالات التاثير لقوى الشد السطحي ضعيفة جدا وتعتمد على مواصفات السائل كالكثافة وما الى ذلك ولهذا السبب فان أبعاد القطرة لا يمكن ان تكون اكبر من قيمة محددة . وهنا ايضا نجد تشابها كبيرا مع القوى النووية التي تمسك بالجسيمات النووية .وخاصة البروتونات ضمن الحجم الصغير للنواة وتمنعها من التناثر بقوة عظيمة في جميع الاتجاهات وهناك حد واضح لتاثير هذه القوى النووية ( حوالي ضعف قطر نواة الذرة ) لا تسطيع بعده حتى هذه القوى الهائلة أن تتغلب عل القوى العظيمة للتدافع الكهرو ستاتيكي .
وعندما تصل أبعاد القطرة الى حدود أكبر من التي يسمح بها الشد السطحي للسائل فان القطرة تنقسم الى أجزاء تحت تأثير قوى التدافع الكهربائية الجزيئية . ولكن هذا لا يحدث فجأة بل تتشوه القطرة أولاً اذ تتطاول في البداية ثم تنخمص في وسطها لتنقسم بعد ذلك الى قسمين .
وتتكرر العملية ذاتها عند دخول نترون فائض الى نواة الذرة اذ تصبح النواة في وضعية متهيجة .وبفضل الطاقة المحمولة من الخارج و المساوية الى 7 ميغا الكترون فولت فان حركة الجسيمات المشكلة للنواة تتسارع بشدة أو بتعبير آخر ترتفع درجة حرارة المادة النكلونية . وهكذا يتزايد عدد الاصطدامات المتبادلة بين الجسيمات فتبدو النواة كأنها تنتفخ ثم تاتي لحظة يبرز فيها قسم من النواة الى الخارج فتقع الجسيمات التي فيه ضمن مجال انخفاض تاثير القوى النووية الداخلية التي تمسكها.وهكذا يختل التوازن داخل النواة بين قوى التدافع من جهة وقوى الضغط من جهة أخرى حيث تبدا قوى تدافع البروتونات بالتغلب على القوى النووية.ثم تفقد النواة شكلها الكروي فتتطاول وتضيق في أحد أقسلمها لتتمزق بعد ذلك الى قسمين.وهذان النصفان اللذان أصبحا نواتين لذرات العناصر المتوسطة يتطايران بسرعة عظيمة حاملين معهما حوالي 150 ميغا الكترون فولت من الطاقة الحركية .(لا يحدث النشطار الى ثلاثة أقسام أو أربعة الا نادرا جدا ).
ولما كانت شظايا النواة هذه متخمة بالنترونات فوق حد الاشباع فانها تطرحها خارجا متعرضة الى سلسلة متتالية من تفككات بيتا(طرح الالكترونات) لتتحول الى نوى مستقرة لذرات العناصر المتوسطة في جدول مندلييف الدوري.