التفاعل النووي الاندماجي
المقدمة
زاد اهتمام العالم بالطاقة خصوصا في النصف الثاني من القرن العشرين وتنافس الدول في تامين الطاقة لأهميتها الكبرى في كثير من شؤون الحياة سواء المعيشية أم الصناعية . ونعلم إن مصادر الطاقة التقليدية من بترول وغاز طبيعي وفحم قابلة للنفاد ولن تسخر لفترة طويلة ، لذا اشتهد العلماء في البحث عن بدائل أخرى للطاقة ، ومن هذة البدائل الطاقة النووية ، وترجع أهميتها إلى ضخامة الطاقة الناتجة عنها اذا ما قورنت بالطاقة الناتجة عن الكمية نفسها من الوقود العادي كالبترول ، بالإضافة إلى ذالك هناك أهمية كبيرة للتطبيقات الكيمياء النووية في إنتاج النظائر المشعة التي تستخدم في مجالات الطب والزراعة وغيرها ولهذا سنكتب عن فرع من فروع التفاعل النووي الا وهو التفاعل النووي الاندماجي .
الاندماج النووي
علمنا أن بعض الأنوية الثقيلة مثل تنشطر إلى نواتين متوسطتين إذا قذفت بنيوترون بطيء , وعلمت أن مثل هذا التفاعل يسمى " الانشطار النووي " وعكس هذا التفاعل أي " دمج نواتين خفيفتين معاً لتكوين نواة أثقل يسمى الاندماج النووي " وتنطلق طاقة هائلة مصدرها نقص كتلة النواة الناتجة عن مجموع كتلتي النواتين المندمجتين معاً .
ومن الأمثلة على الاندماج النووي
اندماج نواتي الديتريوم ( هيدروجين ـ 2)
لتكوين الهيليوم كما في المعادلة التالية :
ولحساب الطاقة الناتجة عن هذا التفاعل :
مجموع كتل الأنوية الداخلة في التفاعل = 2 ك ديتريوم
= 2 × 2.013 = 4.026 و.ك.ذ
مجموع كتلة الأنوية الخارجة عن التفاعل = ك هيليوم + ك النيوترون
= 3.015 + 1.009 = 4.024 و.ك.ذ
النقص في الكتلة = ك = 4.026 ـ 4.024 = 0.002 و.ك.ذ
الطاقة الناتجة عن التفاعل = 0.002 × 931 = 1.862 مليون الكترون فولت
وبالرغم من أن الطاقة الناتجة ( 1.862 مليون الكترون فولت ) لا تساوي أكثر من 10% من الطاقة الناتجة من الإنشطار النووي (200 مليون الكترون فولت ) إلا أننا يجب أن نتذكر هنا أن كتلة نواة اليورانيوم تساوي تقريباً 235 و.ك .ذ في حين أن كتلة نواة الديتريوم = 2 و.ك.ذ ولذلك فإن الطاقة الناتجة لكل كيلوغرام من الوقود النووي الاندماجي أكبر كثيراً من الطاقة الناتجة لكل كيلوغرام من الوقود النووي الإنشطاري , كما أن الإندماج النووي لا يتطلب وجود الكتلة الحرجة اللازمة للإنشطار النووي .
وقد يبدو للوهلة الأولى أن الإندماج النووي أسهل كثيراً من الإنشطار النووي , لأن الديتريوم موجود في الطبيعة ويمكن الحصول عليه بكميات وافرة بثمن رخيص , إلا أن الحال ليس كذلك بسبب زيادة قوة التنافر الكهربائية عند اقتراب النواتين من بعضهما البعض ولهذا السبب
فإنه من أجل إحداث اندماج نووي لا بد من توفير الظروف التالية :
1. حصر الانوية الخفيفة في حيز صغير جدا لزيادة إمكان تصادمههما والتحامهما معا
2. زيادة الضغط الواقع على الأنوية الخفيفة زيادة كبيرة .
3. رفع درجة حرارة الأنوية الخفيفة إلى رتبة (710) درجة سيلسيوس , وذلك لاكسابها طاقة حركية عالية .
وبسبب صعوبة توفير كل هذه الظروف , ولأنه لا يوجد إناء يمكن أن يحوي مادة درجة حراراتها عالية ومضغوطة بهذا الشكل , لذلك كان من الصعب تحقيق الإندماجات النووية في المختبرات العلمية
ومن مزايا المفاعل النووي الإندماجي :
1. سهولة الحصول على الوقود النووي حيث أنه يمكن مثلاً استخلاص الديتريوم من مياه البحر .
وقد توصل العلماء إلى إحداث اندماج نووي محدود في القنبلة الهيدروجينية والموضحة في الشكل التي وقودها الهيدروجين الثقيل ( الديتريوم ) والتي تتكون من غلاف قوي جداً في داخله قنبلة نووية انشطارية , توفر درجة الحراراة العالية اللازمة لتزويد أنوية الهيدروجين بالطاقة الحركية , ولتفجير القنبلة الهيدروجينية يتم أولاً تفجير القنبلة النووية الإنشطارية فترتفع درجة حرارة الديتريوم ارتفاعاً هائلاً مما يمكن نُواه من الإندماج وتوليد طاقة حرارية هائلة . 2. النفايات الناتجة ( الهيليوم ) أنوية غير مشعة . 3. من السهل إيقاف التفاعل .
وقد أجرت الولايات المتحدة الأمريكية, أول تجربة للقنبلة الهيدروجينية في أيار عام 1951 في المحيط الهادي , وفي تشرين الثاني من العام نفسه . اجرت التجربة الثانية باستخدام قنبلة من عيار 7 ميغا طن , وكان نتيجة هذه التجربة اختفاء جزيرة من البحر https://www.uae7.com/vb/images/editor/color.pngاختفاء تاماً
الطاقة الشمسية Solar Energy :
يفسر العلماء طاقة النجوم بحدوث تفاعلات اندماج نووي في باطنها , فنظراً لارتفاع درجة حرارة باطن النجم والتي قد تصل إلى 15 مليون كلفن كما في الشمس وكذلك كبر الضغط , جعل العالم بيثيه Bethe يفترض أن مصدر الطاقة الشمسية هو الإندماج النووي الذي يحدث بين أنوية الهيدروجين لتكوين أنوية الهيليوم , وأثناء ذلك تنتج الطاقة الشمسية الهائلة . واقترح بيثيه دورة تسمى دورة البروتون ـ البروتون في الشمس موضحة في جدول .
تبدأ هذه الدورة بتصادم بروتونين ( ) لتكوين ديوترون ( ) وينتج بوزيترون (e+) ونيوترينو () وعندما يتكون الديوترون فإنه يصطدم ببروتون آخر خلال ثواني ويكوّن نواة الهيليوم ( ) ثم تتصادم نواتي الهيليوم ( ) الناتجتين من تفاعلين مستقلين ,وتكوّن ( ) المستقر وبروتونين .
وبنظرة شاملة لما يحدث في دورة البروتون ـ البروتون , فإن ما يحدث فعلياً هو اندماج 4 بروتونات لتكوين نواة هيليوم وبوزيترونين وبانتاج كمية من الطاقة (ط) ويمكن حسابها :
ط = [ 4 ك البروتون ـ ك الهيليوم ـ 2 ك الكترون ] س2
حيث س : سرعة الضوء
ثم لننظر ما يحدث للبوزيترونين الناتجين , إن ما يحدث فعلياً هو إفناء الكترونين مع البوزيترونين وتحويل الكتل إلى أشعة جاما ط َ )
طَ = 4 ك الكترون × س2
وبذلك تكون الطاقة الناتجة من الدورة = 4 ( ك بروتون + ك الكترون ) س2 ـ ( ك الهيليوم + 2 ك الكترون ) س2
= 4 [ ك البروتون ـ ك الهيليوم ]
وبذلك تكون الطاقة الناتجة = [ 4(1.00873) ـ (4.00260 )] (931 )
= 26.7 مليون الكترون فولت
الخاتمة :
قدمنا في هذا التقرير شرح لبعض التفاعلات النووية الاندماجية التي لها أهمية كبيرة في حياتنا ولها الكثير من التطبيقات ومنها انتاج الطاقة وانتاج النظائر المشعة التي لها فوائد عديدة مجالات الطب والصحة ومجالات الابحاث العلمية .ولكن على الرغم من كثر هذة الاهمية لكن الكثيرمن الناس متشائم منها لان البعض يستخدمها في انتاج اسلحة الدمار الشامل . وهناك تخوف ايضا من حدوث تسرب كما حدث لمفاعل تشرنوبل في اوكرانيا سنة 1986
المصادر :
www.school******.net/
3- جريدة الشرق الأوسط : الأحد 03 جمـادى الثاني 1421 هـ 3 سبتمبر 2017 العدد 7950
معهد الإمارات التعليميwww.uae.ii5ii.com ) 1-
الكتاب المدرسي 2- المدرسة العربية :\
تعلم لأجل الإمارات
نفع الله به
ارجو ان لاتبخلو علينا بالدعاء والتقييم
