فهم الانشطار النووي
الانشطار النووي (nuclear fission) هو عملية انقسام نواة ذرية ثقيلة إلى قسمين متساويين تقريباً في الكتلة، حيث تكون الكتل الناتجة أخف من الكتلة الأصلية، مع إطلاق كمية هائلة من الطاقة أثناء هذا الانقسام. ومن أبرز الأمثلة على ذلك انقسام نواة اليورانيوم والبلوتونيوم. يُذكر أن الانشطار النووي يحدث نتيجة إثارة النواة ببعض الجسيمات أو تأثيرها بالإشعاع الكهرومغناطيسي، ولكنه قد يحدث في بعض الأحيان بشكل تلقائي دون تدخل. يُعتبر الانشطار النووي جزءًا أساسيًا من عمليات تفاعلات المفاعلات النووية.
أما تاريخ اكتشاف الانشطار النووي، فقد ظهر مصطلح “الانشطار” لأول مرة عام 1939 على يد الفيزيائيين الألمان ليز مايتنر (Lise Meitner) وأوتو فريش (Otto Frisch). وعلى الرغم من الأبحاث التي أجريت حول هذا التفاعل الفيزيائي، إلا أنه ظل يشكل لغزًا للعلماء حتى قام أوتو هان (Otto Hahn) وفريتز ستراسمان (Fritz Strassmann) بإثبات أن إضافة نيوترون إلى نواة اليورانيوم تؤدي إلى تفاعل يُعرف لاحقًا بالانشطار النووي والذي أصبح مصدرًا للطاقة النووية مع مرور الوقت.
آلية حدوث الانشطار النووي
إليك شرح لكيفية حدوث الانشطار النووي:
- يتسبب إطلاق نيوترون على نواة الذرة في حدوث عملية الانشطار النووي.
- يبدأ التفاعل، مما يؤدي إلى انقسام النواة إلى جزئين بحجم متساوٍ ولكن بكتلة أخف كما أُشير سابقًا.
- يجدر بالذكر أن كل نيوترون يمكن أن يؤدي إلى تفاعلين مختلفين، مما يعني أن كل جزء من النواة المنقسمة قادر على إنتاج تفاعلين جديدين على الأقل.
- تبدأ التفاعلات المتسلسلة، مما ينتج عنه كميات كبيرة من الطاقة، وفي حالة الحاجة إلى جعل الانشطار موجهًا، يجب إضافة نيوترون خفيف إلى نواة الذرة.
نواتج عملية الانشطار النووي
تنتج عن الانشطار النووي مجموعة من النواتج، وتصنف إلى عدة أنواع. وفيما يلي توضيح لهذه الأنواع والنواتج:
- إطلاق كميات هائلة من الطاقة.
- إنتاج نوى جديدة بأحجام مشابهة مع اختلافات بسيطة.
- تكوين انشقاقات ثنائية تتضمن جزئين مشحونين.
- إنتاج ثلاث انشقاقات موجبة في بعض الأحيان.
- إصدار نيوترونات إضافية تتفاعل فيما بعد مع ذرات إضافية.
- توليد تفاعلات متسلسلة تنتج كميات كبيرة من الطاقة كما ذكر سابقًا.
- إنتاج انفجارات ضخمة باستخدام الطاقة الناتجة عن الانشطار النووي.
- توليد الطاقة الكهربائية من الطاقة الناتجة عن الانشطار.
للحصول على مزيد من المعلومات حول أنواع الانشطار النووي، يمكن الاطلاع على مقال: أنواع الانشطار النووي.
المخاطر المرتبطة بالانشطار النووي
يحدث الانشطار النووي كنتيجة لانقسام النواة الذرية إلى قسمين متساويين تقريبًا في الكتلة، ولكن بكتلة أخف قليلاً، ويصاحب الانشطار النووي مجموعة من السلبيات الخطيرة، تشمل الإشعاعات الناتجة عن المفاعل النووي، التي تبقى لفترات طويلة جداً، وغياب مواقع آمنة لتخزين هذه النفايات الإشعاعية بعيداً عن البشر. إضافة إلى ذلك، يُهدد الانشطار النووي حياة العديد من الأشخاص نظراً لنقص الأمان وسرعة حدوث الانفجارات في حالة أي خطأ.
وعلى الرغم من الفوائد الكبيرة لمفاعلات الانشطار النووي في توليد الطاقة واستخداماتها المتعددة، إلا أنها قد تشكل مخاطر جسيمة مقارنةً بغيرها من مصادر الطاقة. وإليك بعض المخاطر الناتجة عن الانشطار النووي:
- التأثيرات البيولوجية الناتجة عن الإشعاعات، والتي يمكن أن تؤدي إلى طفرات جينية.
- زيادة احتمالية الإصابة بأمراض السرطان.
- تشوهات النمو لدى البشر.
- إنتاج مواد خطيرة للغاية مثل البلوتونيوم 239 الموجود بكثافة داخل المفاعل.
- تشكل النفايات المشعة الناتجة من مفاعل الانشطار النووي خطرًا كبيرًا على السلامة العامة بسبب عدم وجود مواقع آمنة لتخزينها، حيث تبقى مشعة لمئات السنين، وبالتالي تُخزن بشكل مؤقت في مواقع فوق سطح الأرض مما يُشكل خطراً على البشر.
- القلق من انتشار الأسلحة والبرامج النووية التي قد تستخدم بطرق تهدد الحياة البشرية.
- تهديد الأمن القومي للدولة من خلال التعرض لهجمات على محطات الطاقة النووية، مما قد يؤدي إلى إطلاق مواد مشعة تُسبب تلوثًا إشعاعيًا للبيئة.
- تعرض المناطق المحيطة بالمفاعل النووي للخطر، خاصةً في حالة حدوث أخطاء خلال التحضيرات، مما قد يؤدي إلى تفاعلات غير متوقعة تُهدد حياة العاملين.
الفرق بين الانشطار النووي والاندماج النووي
تُعتبر عمليتا الانشطار والاندماج النووي من العمليات الفيزيائية التي تولد الطاقة من خلال تفاعلات المفاعلات النووية. وفيما يلي توضيح للفروق بين هاتين العمليتين:
| العملية | التعريف | كمية الطاقة الناتجة | الوقود |
| الانشطار النووي | هي العملية التي تحدث نتيجة إضافة نيوترون إلى نواة ذرية كبيرة، مما يؤدي إلى انقسامها إلى ذرتين أو جزئين متساويين في الحجم، وغالبًا ما تُطلق نيوترونات إضافية بدءًا من تفاعل نووي متسلسل جديد. | إنتاج كميات هائلة ومرتفعة من الطاقة. | تُستخدم الطاقة الناتجة عن الانشطار في تسخين الماء وتحويله إلى بخار، للاستفادة منه في تشغيل التوربينات لإنتاج الكهرباء الخالية من الكربون. |
| الاندماج النووي | هي العملية التي تنشأ عندما تتصادم ذرتان لتشكيل ذرة أكبر وأثقل، كدمج ذرتين من الهيدروجين للحصول على ذرة هيليوم. ويتميز الاندماج بعدم إنتاج نواتج إشعاعية بنشاط مرتفع، على عكس الانشطار النووي الذي ينتج نواتج مشعة بشكل كبير. | ينتج الاندماج النووي كميات ضخمة من الطاقة تفوق تلك الناتجة من الانشطار النووي. | لا تُستخدم عملية الاندماج كوقود لأنها تتطلب ظروفًا شديدة من الحرارة والضغط للحفاظ عليها لفترات طويلة. |
الخلاصة
تعتمد معادلات الانشطار النووي على انقسام الذرات إلى جزئين متساويين في الحجم ولكن أخف من الذرة الأصلية. يُعتبر الانشطار النووي مصدراً مهماً للطاقة بكمية كبيرة، إلا أن له آثارًا مدمرة لا يمكن تجاهلها على الحياة الإنسانية وأمن الدول التي تمتلك مفاعلاته. يُلاحظ أيضًا وجود فروق بين الانشطار والاندماج النووي، حيث يُعد الأخير أقل ضررًا مقارنة بالأول.
إذا كنت ترغب في معرفة المزيد حول فوائد ومخاطر الانشطار النووي، يمكنك الاستفادة من مقال: إيجابيات وسلبيات الطاقة النووية.