تفاعل نووي2

[عدل] حساب الطاقة الناتجة عن التفاعل

قد ينتج عن التفاعل طاقة حرارية تظهر على هيئة طاقة حركة تحملها مكونات التفاعل الناتجة . وهذه الطاقة يمكن حسابها بواسطة معادلة أينشتاين E = mc² التي تعطي العلاقة بين الكتلة و الطاقة ، حيث m الكتلة ووحدتها الكيلوجرام و c هي سرعة الضوء في الفراغ و E هي الطاقة المعادلة لكتلة الجسيم . وبمعرفة الكتلة الساكنة
لجميع الجسيمات الداخلة في التفاعل وطرح منها مجموع الكتل الناتجة من
التفاعل ، نستطيع حساب الطاقة الناتجة . و توجد لكتل الجسيمات الساكنة
جداول يمكن الاستعانة بها في ذلك .

تعطينا الجداول كتلة نواة الليثيوم-6 =6.015 [u] (وحدة كتل ذرية وهي أختصار للوحدة amu )
وتعطينا الجداول كتلة نواة الديوتيريوم =2.014 [u]
و كتلة نواة الهيليوم =4.0026 [u]

فنحصل على كتلة الجسيمات الداخلة في التفاعل = 6.015 + 2.014 = 8.029 [u]
وكتلة الجسيمات الناتجة من التفاعل = 2 × 4.0026 = 8.0052 u
الكتلة المفقودة = 8.029 - 8.0052 = 0.0238 [u]

وبمعرفة طاقة 1 MeV 931.49= u

يمكن حساب الطاقة الناتجة عن نقص الكتلة :0.0238 MeV 22.4 = MeV 931 x

وإذا أردنا حسابها الطاقة بالجول فيمكننا إجراء ذلك بالرجوع إلى جدول تحويل الوحدات(Conversion of units ) لتحويل وحدة ميجا إلكترون فولت MeV إلى جول.

نلاحظ أنه نتج عن التفاعل المذكور نقص في الكتلة ظهر في هيئة طاقة حركة
تندفع بها الجسيمات الناتجة عن التفاعل وهذه ما هي إلا طاقة حرارية يمكن
قياسها أيضاً بالجول . وقد حدث هذا النقص في الكتلة ومقداره 0.0238 [u]
بسبب أن نواة ذرة الهيليوم هي أقوى النوايات الذرية على الإطلاق من جهة تماسكها ، فهي مكونة من بروتونين و نيوترونين ، ويتميزون هؤلاء الأربعة بأعلى قوة رابطة نووية بين جميع العناصر . ولهذا نجد أن نواة ذرة الهيليوم (جسيم ألفا) تظهر كثيرا كناتج في التفاعلات النووية لأنها تحتفظ على كيانها.

في تفاعلنا السابق وهو اصتدام الديوترون
بنواة ذرة الليثيوم-6 نلاحظ أن كلا الجسمين له شحنة كهربائية موجبة مما
تعمل على تنافر الجسمين عند اقترابهما من بعض ، لذلك لا بد أن يكون
الديوترون على سرعة عالية حتى يستطيع التغلب على قوى التنافر وأن يصل إلى
النواة ويصتدم بها . وهذا هو الحال دائما في حالة أن يحمل الجسيم المصتدم
بالنواة شحنة موجبة (مثل البروتون والديوترون وجسيم ألفا) ، أما بالنسبة للنيوترون
وهو متعادل وليست له شحنة كهربائية فتكون تفاعلاته مع النواة أسهل بكثير ،
ولا يحتاج إلى سرعات عالية لكي يصل إلى النواة ويتفاعل معها .

[عدل] حساب معادلة أينشتين بالجول

E = mc²

نقوم الآن بحساب كتلة 1 [ u] ( وحدة كتل ذرية) بوحدة الطاقة الجول:

u .c²=(1.66054 x 10⁻²⁷;kg) . (2.99792&10⁸(m/s))²
=1.49292 × 10⁻¹⁰ kg . (m/s)²
= 1.49242 × 10⁻¹⁰ جول

ويمكن تحويل وحدة الجول إلى وحدة MeV المستخدمة في الفيزياء النووية ، بالعلاقة الآتية:

جول 1MeV= 1.60218 × 10^-13
وكما يتضح أن الكتلة و الطاقة ما هما سوى وجهين لأصل واحد ، كما نرى أن الطاقة يمكن التعبير عنها بوحدة إلكترون فولت
أو مليون إلكترون فولت MeV أو الجول (Joule) أو في صيغة [كيلوجرام.(متر
مربع/ثانية مربع)] وغير ذلك وهي موجودة في جداول لهذه التحويلات (تحويل الوحدات). ويفضل الفيزائيون استخدام الإلكترون فولت للتعبير عن الطاقة في نطاق الذرة والجسيمات الأولية لتفادي استعمال الجول الذي يكون في هيئة كسر صغير جدا .
وبناء على ما سبق يمكن كتابة معادلة التفاعل كالآتي :
Li-6 + H-2 --> 2He-4 + 22.4 MeV

حيث 22.4 مليون إلكترون فولت هي الطاقة الناتجة من التفاعل .
[عدل] تفاعلات بين النيوترون والنواة

يهتم العلماء بتفاعلات النيوترون مع النواة حيث تستخدم تلك النتائج في
تشغيل المفاعلات النووية التي تنتج الطاقة الكهربائية وكذلك لتحسين القنابل
النووية . ونعطي هنا بعض الأمثلة للتفاعلات التي تدخل فيها النيوترونات
البطيئة:
6Li + n → T + α
10B + n → 7Li + α
37Ar + n → 34S + α
في كل من هذه التفاعلات مع النيوترون نري أن التفاعل مصحوب بأصدار جسيم
ألفا وتغير العنصر الداخل في التفاعل إلى عنصر آخر أقل منه وزنا ، حيث فقد
كل منهم بروتونين بالإضافة إلى نيوترونين (جسيم ألفا).
وأمثلة تفاعلات نووية للنيوترونات ينتج عنها بروتونات :
14N + n → 14C + p
22Na + n → 22Ne + p
وفي هذه التفاعلات أيضا نلاحظ أن العنصر الداخل في التفاعل مع النيوترون قد تغير إلى العنصر الذي يسبقه مباشرة في الجدول الدوري
حيث فقد النيتروجين-14 بروتونا وتحول إلى كربون-14 في التفاعل الأول . وفي
التفاعل الثاني تحول الصوديوم-22 إلى النيون-22 لفقده بروتونا واحدا أثناء
التفاعل.
[عدل] أنظر أيضا ً

» تفاعل نووي
» تفاعل المتعلم مع المشرف :
» تفاعل المتعلم مع نفسه :
» افتراضي تفاعل الأسترة و الاماهة
» خامسا ـ معاني " تفاعل " .