الفيزياء النووية
تعتبر الفيزياء النووية فرعًا أساسيًا من فروع الفيزياء، حيث تركز على دراسة بنية النواة الذرية والإشعاعات الناتجة عن النوى غير المستقرة. النواة تتألف من جسيمات دقيقة تدعى البروتونات والنيوترونات، والتي ترتبط معًا بواسطة قوة تُعرف “بالقوة النووية”. وقد أظهرت الأبحاث أن الطاقة النووية تتجاوز بمقدار مليون مرة الطاقة الناتجة عن الذرة. وفي العقود الأخيرة، تعاظمت أهمية الطاقة النووية في مجالات متعددة، تشمل الطب، والاقتصاد، والأمن، فضلاً عن دورها في تحليل الملوثات والعوامل البيئية السلبية، مما يعزز حياتنا ويجعل العالم أكثر أمانًا وصحة.
تاريخ الفيزياء النووية
شهد علم الفيزياء النووية بداياته في عام 1902، عندما أثبت العالمان إرنست رذرفورد والبريطاني فريدريك سودي من خلال تجارب عملية إمكانية إشعاع العناصر بشكل طبيعي، وذلك عند العمل مع الثوريوم. وفي عام 1907، تمكن رذرفورد من تحديد أن الثوريوم يُصدر أشعة ألفا، وظل مستمرًا في أبحاثه حتى عام 1911، حيث اكتشف نواة الذرة. وفي عام 1919، أظهر أن إضافة أشعة ألفا إلى ذرات العنصر يؤدي إلى تحويله إلى عنصر آخر، وينتج عن ذلك جسيم بموجب الشحنة الموجبة، وهو البروتون.
في عام 1930، أجرى الفيزيائيان الفرنسيان إيرين وفريديريك جوليو تجارب على نوع جديد من الأشعة المحايدة، وهو أشعة جاما، التي اكتشفها الألمان فالتر بوث وهربرت بيكر. إلا أن العالمان الفرنسيان أكدا وجود أشعة أكثر نشاطًا. وأخيرًا، في عام 1932، أثبت الفيزيائي البريطاني جيمس تشادويك وجود النيوترون في نواة الذرة.
استخدامات الفيزياء النووية
تدخل الفيزياء النووية في مجموعة متنوعة من المجالات الحيوية، منها:
- العلاج والتشخيص الطبي: يتم استخدام الطب النووي لعلاج وتشخيص العديد من الأمراض مثل السرطان وأمراض القلب وزهايمر، فضلاً عن تقييم أمراض الغدة الدرقية واكتشاف الأورام.
- بدائل جراحية والتصوير الإشعاعي: يوفر الطب النووي حلولًا غير جراحية مثل الخزع، بالإضافة إلى القدرة على تشخيص الأمراض في مراحل مبكرة جدًا، مما يُتيح الحصول على معلومات دقيقة حول وظيفة الأعضاء المختلفة. ومن أبرز التطورات: التصوير المقطعي البوزيتروني (PET) والتصوير المقطعي المحوسب (SPECT).
- مستحضرات صيدلانية مشعة: تم تطوير أدوية مدعومة بالطاقة النووية، تستهدف الأعضاء المراد معالجتها، حيث يتم الاعتماد على الطاقة التدميرية للإشعاع بوتيرة مدروسة.
- تطبيقات فيزيائية نووية متنوعة: تشمل مجالات الصناعة، والأمن الوطني، والفنون، وعلم الآثار، بجانب الاستخدامات المتعلقة بمصادر الطاقة.
تعريف الانشطار والاندماج النووي
الانشطار النووي يُعرف بانقسام النواة الثقيلة إلى نواة أخف، وينتج عن إطلاق نيوترونات متعددة تُحَفِز النواة على الانشطار، مما يؤدي إلى توليد طاقة هائلة. وقد اكتُشف هذا الظاهرة في عام 1938 على يد علماء ألمان.
أما الاندماج النووي، فتعريفه هو العملية التي تنجم عن اصطدام ذرتين لتكوين ذرة جديدة أثقل، مما ينتج طاقة ضخمة تفوق بكثير ما تنتجه عملية الانشطار النووي. ويحدث ذلك في قلب الشمس، التي تعتمد على هذه الطاقة، لكن العلماء واجهوا تحديات في الحفاظ على تجارب الاندماج لفترات طويلة بسبب درجات الحرارة والضغط المرتفعين الناتجين.
الخلاصة
تأتي أهمية الطاقة النووية من تأثيرها الكبير في مجالات متعددة مثل الطب والاقتصاد والأمن، كما أنها تُعَدّ أداة حيوية في تحليل الملوثات والعوامل البيئية. والجدير بالذكر أن علم الفيزياء النووية ظهر لأول مرة في عام 1902، وتواصل تطوره ليتوسع ويشمل تطبيقات متقدمة.