11/04/2015

النواه وطاقة الربط النووي

          من خلال دراستنا  وفي حياتنا اليومية ومانسمع قد نتسآل دائما  ماهي الطاقه الهائلة التي تنتج في التفاعلات النووية  , التي تستطيع تدمير العالم في أسرع وقت وباقل الجهود .

النواه وطاقة الربط النووي
النواه وطاقة الربط النووي



من ناحية أخرى لعلك سمعت وشاهدت عن استخدام الاشعاعات النووية في المجالات السلمية مثل علاج السرطان أوتحسين أنواع البذور الزراعية أو في توليد الطاقة الكهربائية أو في تحلية مياة البحر .
فكيف تنتج هذه الطاقة الهائلة من النواة التي لاترى بالعين ؟
من أجل معرفة الكثير عن ذلك سنتناول في موضوعنا هذا بداية نتعرف على النواة  كمايلي :
تتركب الذرة من جزأين رئيسيين هما :
-         النواة : تتركز فيها معظم كتل الذرة وشحنتها الموجبة ( البروتونات )
-         الإلكترونات : تدور حول النواة وتتركز فيها الشحنة السالبة للذرة .
تركيب النواة
ولكن مما تتركب النواة ؟
    على ضوء دراسة ظاهرة النشاط الإشعاعي للمواد المشعة قامت هناك العديد من النظريات حول تركيب النواة.
في عام 1896 م اكتشف العالم الفرنسي هنري بكريل ظاهرة النشاط الإشعاعي , ثم توالت الدراسات للتعرف على حقيقة النواة , فتوصل العالم رذرفورد إلى أن الإشعاعات المنبعثة تتكون من ثلاثة أنواع هي : ألفا , بيتا , جاما .
وفي بداية القرن العشرين ظهرت النظرية التي أفترضت أن النواة تحتوي على عدد من البروتونات مساو للعدد الكتلي للنواة , وعدد من الإلكترونات مساو للفرق بين العدد الكتلي والعدد الذري للنواة  , مثلا   تتكون نواة البريليوم    94Be   حيث يشير الرقم السفلي  4  إلى العدد الذري  ويشير الرقم الأعلى  9  إلى العدد الكتلي  للعنصر 9 بروتونات, ومنة  تحسب عدد الإلكترونات   (  9  -  4 ) = 5 .
وهذا النموذج تمكن من تفسير انبعاث جسيمات بيتا  وجسيمات ألفا من داخل النواة  , ولكن في ضوء ميكانيكا الكم غيرممكن أن يوجد الإلكترون داخل النواة .
ومن هنا كان لابد من أيجاد نظرية  أخرى ,  وفي عام 1932 م  أسهم اكتشاف النيوترون  على يد العالم جيمس شادويك  في معرفة تركيب النواة  وذلك حسب المعادلة التالية42He + 94Be    126C + 10n +Energ            طاقة   +   نيوترون   +   نواة كربون       نواة بريليوم  +    جسيم ألفا  
 حيث توصل   شادويك من خلال بحوثة التي أجراها  بأنه عند قذف البريليوم بجسيمات ألفا  , ينبعث إشعاع لة نفاذية عالية , وافترض بان هذا الإشعاع هو أحد أنواع إشعاعات جاما  ذات الطاقة العالية , وبعد أن وضع البرافين  أو الماء في طريق ذلك الإشعاع  , وجد أن هناك بروتونات سريعة تنطلق من  البرافين .
وعند البحث عن طبيعة النيوترونات المنبعثة , والتي كان يعتقد بأنها موجات كهرومغناطيسية ذات طاقة عالية جداً , وبتحليل مكونات التفاعل السابق في المعادلة السابقة تبين أن النيوترون هو جسم مادي لة عدد كتلي = 1 , ومن هنا تم وضع نموذج أوتصور جديد عن تركيب النواة يرى بأنها تتركب من عدد من البروتونات الموجبة الشحنة (العدد الذري للذرة ) والنيوترونات المتعادلة الشحنة  ويسمى مجموع عدد النيوترونات والبروتونات  العدد الكتلي للذرة وكذلك تم تسمية كل من البروتونات والنيوترونات بالنيوكلونات .
ويعد هذا التصور من أكثر التصورات والنماذج التي نجحت في تفسير الكثير من الظواهر المتعلقة بنوى العناصر مثل : التفاعلات النووية الصناعية , النشاط الإشعاعي الطبيعي  ,  كذلك فسرت وجود نظائر للعنصر الواحد  والتي هي ذرات العنصر نفسة , المتفقة في عددها الذري(عدد البروتونات ) , والمختلفة في عددها الكتلي  (عدد النيوترونات ).
وتتشابة النظائرفي الخصائص الكيميائية  , وتختلف في درجة شيوعها في الطبيعة

      مثال ذلك وجود عدة نظائر لنواة ذرة الكربون وهي :
      116c       126c        13 6c       14 6c          
نسبة شيوع الكربون    126c  في الطبيعة تبلغ  98,9٪ في حين تبلغ للكربون    116c))
1,1٪  وبعض النظائر غير موجود في الطبيعة ويتم إنتاجة في المختبرات فقط .
مقياس الكتل الذرية :
    تقاس كتل الجسيمات النووية  بمايسمى ( و . ك . ذ) وحدة كتلة ذرية وهي تساوي 1 /12 من كتلة ذرة نظير الكربون 126c  و = ( 1,660559 × 2710 كغم ) وعلية فإن كتلة ذرة نظير الكربون  126c  = 12 و . ك . ذ   .


أما معادلة أينشتاين في تكافؤ الكتلة والطاقة ( ط = ك س2 ) فإن وحدة كتلة ذرية واحدة  تكافئ طاقة مقدارها  :