ما هو الانشطار النووي

بالتأكيد تعلم أن إحدى طرق إنتاج الطاقة والكهرباء تتم من خلال استخدام الطاقة النووية. لكنك قد لا تعرف كيف تعمل حقًا. هناك عمليتان لتكوين الطاقة النووية: الانشطار النووي والاندماج النووي.

هل تريد أن تعرف ما هو الانشطار النووي وكل ما يتعلق به؟

الانشطار النووي

الانشطار النووي هو تفاعل كيميائي يتم فيه قصف النواة الثقيلة بالنيوترونات. عندما يحدث هذا ، تصبح نواة غير مستقرة أكثر وتتحلل إلى نواتين ، تتشابه أحجامهما بنفس الترتيب من حيث الحجم. في هذه العملية يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة وتنبعث عدة نيوترونات.

عندما تنبعث النيوترونات من انقسام النواة ، فإنها تكون قادرة على إحداث انشطارات أخرى من خلال التفاعل مع نوى أخرى قريبة. بمجرد أن تسبب النيوترونات انشطارات أخرى ، فإن النيوترونات التي سيتم إطلاقها منها ستولد المزيد من الانشطارات. هكذا يتم توليد كمية كبيرة من الطاقة. تحدث هذه العملية في جزء صغير من الثانية ويُعرف بالتفاعل المتسلسل. تطلق النوى التي تنشطر طاقة أكبر بمليون مرة من تلك التي تم الحصول عليها عن طريق حرق كتلة من الفحم أو تفجير كتلة من الديناميت من نفس الكتلة. لهذا السبب ، تعد الطاقة النووية مصدرًا قويًا للغاية للطاقة وتستخدم لمتطلبات الطاقة العالية.

يحدث هذا الإطلاق للطاقة بشكل أسرع من تفاعل كيميائي.

عندما يحدث الانشطار النيوتروني ويتم إطلاق نيوترون واحد فقط مما يؤدي إلى الانشطار اللاحق ، فإن عدد الانشطارات التي تحدث في الثانية يكون ثابتًا ويمكن التحكم في التفاعلات بشكل جيد. هذا هو المبدأ الذي يعملون به المفاعلات النووية.

الفرق بين الاندماج والانشطار

كلاهما تفاعلان نوويان يطلقان الطاقة الموجودة في نواة الذرة. لكن هناك اختلافات كبيرة بين الاثنين. الانشطار النووي ، كما تم التعليق عليه ، هو فصل النواة الأثقل إلى نواة أصغر ، من خلال الاصطدام بالنيوترونات. في حالة الاندماج النووي ، يكون العكس هو الصحيح. أنه مزيج من النوى الأخف لإنشاء واحدة أكبر وأثقل.

على سبيل المثال ، في الانشطار النووي ، اليورانيوم 235 (إنه النظير الوحيد الذي يمكن أن يخضع للانشطار النووي ويوجد في الطبيعة) يتحد مع نيوترون لتشكيل ذرة أكثر استقرارًا تنقسم بسرعة ون الباريوم 144 وكريبتون 89، بالإضافة إلى ثلاثة نيوترونات. هذا هو أحد التفاعلات المحتملة التي تحدث عندما يتحد اليورانيوم مع النيوترون.

بهذه العملية ، تعمل المفاعلات النووية الموجودة حاليًا والتي تستخدم لتوليد الطاقة الكهربائية.

لكي يحدث الاندماج النووي ، من الضروري أن تتحد النواتان الأخف وزنًا لتشكيل نواة أثقل. في هذه العملية يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة. على سبيل المثال ، تحدث عمليات الاندماج النووي في الشمس باستمرار حيث تتحد الذرات ذات الكتلة الأقل لتكوين ذرات أثقل. يجب أن تكون النواتان الأخف شحنة موجبة وأن تقتربا من بعضهما البعض ، متغلبين على قوى التنافر الكهروستاتيكية الموجودة. يتطلب هذا قدرًا كبيرًا من درجة الحرارة والضغط. على كوكبنا ، نظرًا لعدم وجود ضغط في الشمس ، الطاقة اللازمة التي تحتاجها النوى لتتفاعل وتتغلب على هذه القوى الطاردة يتم تحقيقها عن طريق معجل الجسيمات.

واحدة من أكثر تفاعلات الاندماج النووي شيوعًا هي تلك التي تتكون من مزيج من نظيرين للهيدروجين والديوتيريوم والتريتيوم ، لتكوين ذرة هيليوم بالإضافة إلى نيوترون. عندما يحدث هذا ، توجد في الشمس ضغوط جاذبية عالية تتعرض لها ذرات الهيدروجين وتحتاج إلى درجات حرارة تبلغ 15 مليون درجة مئوية لتندمج. كل ثانية 600 مليون طن من فتيل الهيدروجين لتكوين الهيليوم.

في الوقت الحاضر لا توجد مفاعلات تعمل بالاندماج النووي، لأنه من المعقد جدًا إعادة إنشاء هذه الشروط. أكثر ما نراه هو مفاعل الاندماج النووي التجريبي المسمى ITER والذي يتم بناؤه في فرنسا والذي يحاول تحديد ما إذا كانت عملية إنتاج الطاقة هذه قابلة للحياة من الناحية التكنولوجية والاقتصادية ، وتنفيذ الاندماج النووي من خلال الحجز المغناطيسي.

الكتلة الحرجة

الكتلة الحرجة أقل كمية من المواد الانشطارية وهو أمر ضروري حتى يمكن الحفاظ على تفاعل نووي متسلسل وتوليد الطاقة بطريقة ثابتة.

على الرغم من أنه في كل انشطار نووي يتم إنتاج ما بين نيوترونات وثلاثة نيوترونات ، ليست كل النيوترونات التي يتم إطلاقها قادرة على الاستمرار في تفاعل انشطاري آخر ، ولكن يتم فقد بعضها. إذا فقدت هذه النيوترونات الصادرة عن كل تفاعل بمعدل أكبر من ذلك يمكن أن تتشكل عن طريق الانشطار ، لن يكون رد الفعل المتسلسل مستدامًا وسوف يتوقف.

لذلك ، ستعتمد هذه الكتلة الحرجة على عدة عوامل مثل الخصائص الفيزيائية والنووية والهندسة ونقاء كل ذرة.

للحصول على مفاعل به أقل قدر ممكن من النيوترونات ، يلزم وجود هندسة كروية ، نظرًا لأنه يحتوي على أقل مساحة سطح ممكنة بحيث يتم تقليل تسرب النيوترونات. إذا قمنا بإحاطة المادة التي نستخدمها في الانشطار بعاكس نيوتروني ، فسيتم فقد العديد من النيوترونات وتقل الكتلة الحرجة المطلوبة. هذا يوفر المواد الخام.

الانشطار النووي العفوي

عندما يحدث هذا ، ليس من الضروري أن يتم امتصاص النيوترون من الخارج ، ولكن في بعض نظائر اليورانيوم والبلوتونيوم ، التي لديها بنية ذرية غير مستقرة ، تكون قادرة على الانشطار التلقائي.

لهذا السبب ، في كل تفاعل انشطاري نووي ، هناك احتمال في الثانية أن تكون الذرة قادرة على الانشطار تلقائيًا ، أي دون تدخل أحد. على سبيل المثال، من المرجح أن ينشطر البلوتونيوم 239 تلقائيًا أكثر من اليورانيوم 235.

بهذه المعلومات أتمنى أن تعرف شيئًا أكثر عن كيفية إنشاء الطاقة النووية لتوليد الكهرباء في المدن.