الانشطار النووي هو عملية تقسيم النوى الذرية إلى نوى أصغر، مما يؤدي إلى إطلاق كميات كبيرة من الطاقة نتيجة لذلك، يمكن أن يساعد البشرية على تلبية احتياجاتها من الطاقة عندما يتم التحكم في التفاعلات المتسلسلة في المفاعلات، حيث توفر الطاقة النووية الآن ما يقدر بنحو 85 في المائة من الكهرباء التي نستخدمها، سنوضح في هذه المقالة على ما هو الانشطار النووي وكيف يحدث.
ما هو الانشطار النووي
الانشطار النووي، هو عملية تكسير النوى الذرية الكبيرة إلى نوى ذرية أصغر لإطلاق كمية كبيرة من الطاقة، وهو يوفر غالبية الكهرباء التي تزود منازلنا بالطاقة.
تتم هذه العملية عادة عن طريق إجبار النوى على امتصاص النيوترونات- وهو الجسيم الموجود عادة في النواة الذرية مع البروتونات، وتستخدم هذه الظاهرة لتوفير الطاقة عبر محطات الطاقة النووية، ولتزويد الأسلحة النووية بالطاقة.
الانشطار هو شكل من أشكال التحويل النووي، مما يعني أن ذرات البداية ليست نفس العناصر مثل ذرات المنتج الناتجة أو الابنة. يمكن أن تحدث عملية الانشطار تلقائيًا كنوع من التحلل الإشعاعي، لكن هذا نادر وبطيء بشكل لا يصدق، ويقتصر على العناصر الكيميائية الثقيلة جدًا.
اقرأ أيضا: إيجابيات وسلبيات الطاقة النووية
متى تم اكتشاف الانشطار النووي؟
لم يكن اكتشاف الانشطار ممكناً لولا الخطوات التي قطعها إرنست رذرفورد ونيلز بور نحو صورة متماسكة للذرة خلال العقد الأول من القرن العشرين.
أدى ذلك إلى اكتشاف هنري بيكريل، وماري كوري وبيير كوري وروذرفورد أن ذرات العناصر يمكن أن “تتحلل” وتتحول إلى عنصر آخر عن طريق انبعاث جسيم ألفا.
بعد عامين من اكتشاف جيمس تشادويك للنيوترون في عام 1932، بدأ إنريكو فيرمي وزملاؤه في روما برشق هذه الجسيمات المكتشفة حديثًا في اليورانيوم مع علماء فيزيائيين آخرين، كما توصلوا إلى استنتاج مفاده أن الجسيم سيصنع مسبارًا جيدًا للنواة الذرية.
في عام 1933، قام الفيزيائي ليو زيلارد لأول مرة بإضفاء الطابع الرسمي على فكرة أن الانشطار النيوتروني للذرات الثقيلة يمكن استخدامه لإنشاء تفاعل نووي متسلسل يولد الطاقة باستخدام البروتونات لتقسيم الليثيوم.
في ديسمبر 1938، أدرك الفيزيائيان ليز مايتنر وأوتو فريش أن نظائر الباريوم التي ظهرت بشكل غامض أثناء تجارب قصف النيوترون واليورانيوم التي أجراها أوتو هان كانت نتيجة لانشطار نواة اليورانيوم.
كيف ينتج الانشطار النووي الطاقة؟
يحدث الانشطار النووي عندما يمر جسيم – عادة نيوترون – بنواة ذرية مستهدفة كبيرة ويتم التقاطه بواسطته في المفاعلات النووية، هذا نظير – ذرة ذات عدد نيوتروني مختلف في نواتها – من العناصر الثقيلة اليورانيوم أو البلوتونيوم.
الطاقة اللازمة لبدء الانشطار هي حوالي 7 إلى 8 ملايين إلكترون فولت (MeV)، وعندما يضرب نيوترون يحمل هذا المستوى من الطاقة نواة الهدف، فإن الطاقة التي يضفيها على النواة تشوه إلى شكل مزدوج الفص.
الفجوة بين الفصوص التي تم إنشاؤها عن طريق أسر النيوترونات تتجاوز في النهاية النقطة التي يمكن للقوة النووية القوية - التي تربط البروتونات والنيوترونات معًا في النواة الذرية وتكون قوية فقط عبر نطاقات صغيرة للغاية أن تجمعهم معًا.
نتيجة لذلك، تتكسر النواة إلى أجزاء أصغر، عادة ما تكون حوالي نصف كتلة جسيم البداية، وتطلق أيضًا ما لا يقل عن اثنين، وأحيانًا ثلاثة نيوترون.
تتفكك الجسيمات البنت بسرعة نتيجة تنافر الشحنات الموجبة لبعضها البعض، وتتحرك النيوترونات المحررة بسرعة حوالي 33 مليون قدم في الثانية وتستمر في ضرب نواتين أخريين، مما يتسبب في انقسامهما وإطلاق أربعة نيوترونات، ثم تُقذف تلك النيوترونات وتصطدم بنوى أخرى.
يؤدي هذا إلى تفاعل متسلسل لنواة الانقسام، مما ينتج عنه مضاعفة تفاعلات الانشطار في كل مرة تنقسم فيها النواة، وهذا يعني أنه بالجيل العاشر، يوجد 1،024 انشطارًا، وبحلول الجيل 80 يكون هناك 6 × 10 ²³ تفاعلات انشطارية.
هل الانشطار النووي آمن؟
بعد أن شهد العالم تفجير القنابل الذرية والدمار والخسائر في الأرواح التي تسببت بها في قصف هيروشيما وناغازاكي في أغسطس 1945، فلا عجب أن يشعر عامة الناس بالقلق من الطاقة النووية.
على الرغم من الأمثلة البارزة والمشهورة لحوادث الانشطار النووي عبر التاريخ مثل تلك التي وقعت في ثري مايل آيلاند، تشيرنوبيل، وفوكوشيما، فإن مصدر الطاقة هذا أكثر أمانًا من أي وقت مضى.
قد يهمك: ما هي الطاقة النووية
مزايا وعيوب الانشطار النووي
مزايا الانشطار
- مصدر بديل نظيف للطاقة: يعد الانشطار النووي أحد أكثر موضوعات التكنولوجيا النووية بحثًا وشهرة، تم استخدام هذا كمصدر بديل نظيف للغاية للطاقة، لن يكون مبالغة إذا قلنا أنه “مصدر طاقة المستقبل”.
- يتم إنتاج كمية هائلة من الطاقة من خلال عملية الانشطار النووي، والتي يمكن استخدامها لتلبية احتياجات الجيل التالي من مدن التكنولوجيا الفائقة والصناعات.
- تقليل التهديد من إنتاج غازات الاحتباس الحراري والاحترار العالمي.
- على عكس الوقود الأحفوري، الذي يسبب أضرارًا جسيمة للبيئة، ينتج الانشطار النووي الطاقة دون إطلاق غازات الدفيئة في الغلاف الجوي، مما يقلل من آثار الاحتباس الحراري وحتى يساعد في مكافحة التلوث.
- تكلفة التشغيل منخفضة للغاية بمجرد تشغيل محطة الطاقة النووية.
سلبيات الانشطار النووي
- ارتفاع مخاطر التعرض للإشعاع: الإشعاع المنبعث أثناء تفاعل الانشطار ضار للغاية للإنسان والحيوان، يتعرض العمال الذين يتعرضون أثناء العمل في محطات الطاقة النووية لخطر كبير للتسمم الإشعاعي والسرطان والأمراض الأخرى المرتبطة بالإشعاع.
- يمكن استخدام الطاقة الهائلة الناتجة عن تفاعل الانشطار لصنع أسلحة نووية، يمكن لأي حادث صغير في محطة نووية أن يتسبب في أضرار جسيمة تؤثر على حياة الملايين.
- النفايات التي يتم إطلاقها من محطة الطاقة النووية عالية الإشعاع وضارة لجميع الكائنات الحية، هناك فرص كبيرة لتلوث المياه من هذه النباتات والتي يمكن أن تسبب أمراضًا خطيرة وموت الكائنات الحية.
- يتطلب بناء محطة للطاقة النووية استثمارات ضخمة، ويرجع ذلك إلى أحدث التقنيات وإجراءات السلامة المطلوبة لتشغيلها بشكل صحيح.
