الفرق بين الانشطار والاندماج النووي

ترى الكيمياء الكلاسيكية أن الذرة هي أصغر وحدة من المادة وغير قابلة للتجزئة. التفاعلات الكيميائية هي تلك التي تتحد فيها الذرات التي تتكون منها الجزيئات لتنتج جزيئات جديدة نتيجة تفاعل تلك الموجودة في البداية. ومع ذلك ، يمكن للذرات إنشاء تفاعلات تشمل الجسيمات التي تشكل نواتها. هم ما يسمى بالتفاعلات النووية.

في هذا المقال سوف نكتشف ما هي أنواع التفاعلات النووية وما هي الاختلافات بين الانشطار والاندماج النووي .

كل من الانشطار والاندماج النووي هي تفاعلات نووية . هذه هي العمليات التي تتفاعل فيها النوى الذرية أو النوى الذرية والجسيمات دون الذرية مع بعضها البعض. أبسط تفاعل نووي ، وأول تفاعل يتم اكتشافه ، هو النشاط الإشعاعي ، والذي يتكون من التحلل التلقائي لنواة ذرية غير مستقرة إلى نواة أبسط ذات استقرار أكبر وطاقة أقل. يطلق تفاعل التحلل هذا طاقة في شكل إشعاع.

الأنواع المتبقية من التفاعلات النووية ، بشكل عام ، عبارة عن نواتين أو جسيمات تتفاعل لتنتج نواتج التفاعل. لحدوث تفاعل نووي ، عادة ما تكون هناك حاجة إلى طاقة تنشيط . تطلق التفاعلات النووية طاقة على شكل طاقة حركية (طاقة مرتبطة بالحركة) من الذرات الناتجة عن التفاعل ، وأحيانًا انبعاث أشعة جاما (إشعاع كهرومغناطيسي عالي الطاقة).

تعريف الاندماج النووي

كما يشير اسمه ، فإن الاندماج النووي هو نوع التفاعل الذي تندمج فيه نواتان خفيفتان ، مما يؤدي إلى نشوء نواة أثقل ، ولكن بكتلة أقل بقليل من مجموع كتل النواتين التي تشكلت منها. يتم إعطاء هذا الاختلاف بين الكتلة النهائية والكتلة الأولية في صورة طاقة وفقًا للتفاعل: E = m · c ² .

تعريف الانشطار النووي

الانشطار النووي هو رد الفعل المعاكس للاندماج. إنه تفاعل تتكسر فيه النواة الثقيلة ، عندما تقصفها الجسيمات ، لتكوين نوى أخف ، وتولد أيضًا نواتج تفاعل أخرى مثل الجسيمات دون الذرية وأشعة جاما.

الآن بعد أن عرفت المعنى ، دعنا نتعمق في اكتشاف الاختلافات بين الانشطار والاندماج النووي. هناك خمسة منها رئيسية وهنا نلخصها.

1.- ردود فعل معاكسة

كما ناقشنا في القسم السابق ، يعتبر الاندماج والانشطار تفاعلين نوويين متعارضين. نظرًا لأنه في الاندماج ، تندمج النوى الخفيفة في نوى أثقل وفي نوى الانشطار تتحلل إلى نوى أخف.

2.- طاقات التنشيط

• الانشطار: في حالة تفاعلات الانشطار ، تعتمد طاقة التنشيط على حجم النواة ، وفي حالة النوى الثقيلة يحدث التفاعل تلقائيًا. في حالة النوى الأخف ، يجب تحفيز التفاعل عن طريق قصف النوى بجزيئات منخفضة الطاقة. لذلك ، في حالة الانشطار النووي ، تكون كمية الطاقة المطلوبة لبدء التفاعل صغيرة جدًا أو غير موجودة.
• الاندماج: في حالة الاندماج النووي ، يتطلب الأمر كميات كبيرة من الطاقة لتفعيل التفاعل. لبدء تفاعل الاندماج النووي ، من الضروري رفع درجة حرارة الوقود إلى 100 مليون درجة مئوية ، بحيث تنتقل ذرات الوقود إلى حالة البلازما (وهي حالة تتحرك فيها الإلكترونات بحرية بشكل مستقل عن النواة الذرية). هذا النوع من الحالات هو الذي يحدث داخل النجوم ، حيث تحدث تفاعلات الاندماج النووي.

3.- وفرة الوقود

• الانشطار: تتطلب هذه التفاعلات النووية ذرات ثقيلة مثل اليورانيوم والثوريوم والبلوتونيوم كوقود. العناصر الثقيلة هي الأقل وفرة في الكون وتوجد بنسب صغيرة في القشرة الأرضية . علاوة على ذلك ، تم العثور على النظائر المشعة لهذه العناصر الثقيلة في الطبيعة مختلطة مع نظائر أخرى غير مشعة أو كجزء من المعادن.
• الاندماج: ذرات الضوء التي تشارك في تفاعلات الاندماج النووي هي الأكثر وفرة في الكون ، حيث يشكل الهيدروجين (العنصر الأخف وزناً) الغالبية ويمثل 92٪ من المجموع. على الرغم من ندرة الهيدروجين نسبيًا على الأرض ، إلا أنه يمكن الحصول عليها من مصادر متجددة مثل الكتلة الحيوية للسليلوز أو من الماء. لهذا السبب ، يعتبر الهيدروجين وقودًا لا ينضب .

4.- المخلفات الناتجة عن التفاعل

• الانشطار: تنتج تفاعلات الانشطار النووي نوى غير مستقرة تنبعث منها نشاطًا إشعاعيًا لفترات طويلة جدًا من الزمن ، لأن لها فترات نصف عمر (الفترة اللازمة لتقليل الانبعاثات المشعة بمقدار النصف) والتي يمكن أن تزيد عن 30 عامًا. يشكل إنتاج النفايات المشعة من تفاعلات الانشطار النووي خطرًا على صحة الإنسان والبيئة ، لذلك يجب إدارتها وتخزينها بشكل صحيح.
• الانصهار: تفاعلات الاندماج النووي لا تنتج نفايات مشعة ، ولهذا تعتبر طاقة نظيفة ، لأنها تفاعلات لا تنتج نفايات ملوثة . في حالة تفاعل اندماج البروتون والبروتون ، وهو أحد أكثر تفاعلات الاندماج شيوعًا ، يكون المنتج الناتج هو غاز نبيل ، الهيليوم. الهيليوم عنصر قليل التفاعل ولا يشكل أي خطر على صحة الإنسان أو البيئة.

5.- الحصول على الطاقة على المستوى التجاري

• الانشطار: حاليًا ، هو النوع الوحيد من التفاعل النووي الذي يمتلك التقنية اللازمة لاستغلاله تجاريًا . تستخدم جميع محطات الطاقة النووية تفاعلات الانشطار النووي.
• الانصهار: اليوم ، ليس لدينا بعد التكنولوجيا اللازمة للحصول على الطاقة الكهربائية من خلال الاندماج النووي. تتمثل الصعوبة الفنية الرئيسية في ارتفاع درجة الحرارة اللازمة لبدء التفاعل ، حيث لا توجد لدينا أي مادة يمكنها تحمل درجات الحرارة هذه وحيث يكون من الممكن حصر التفاعل.