تعريف الانشطار النووي
الانشطار النووي هو انقسام نواة ذرية كبيرة إلى نوى أصغر.
في المفاعل النووي ، يُمتص النيوترون في النواة (عادةً اليورانيوم 235). هذا يتسبب في أن تصبح النواة يورانيوم 236 ، وهو غير مستقر بشدة.
تنقسم النواة بأكملها إلى جزأين كبيرين يسمى "نواة الابنة". بالإضافة إلى منتجات "الابنة" ، ينفجر اثنان أو ثلاثة نيوترون أيضًا من تفاعل الانشطار ويمكن أن تتصادم مع نوى يورانيوم أخرى لتسبب المزيد من تفاعلات الانشطار. يُعرف هذا بالتفاعل المتسلسل.
تحمل النيوترونات سريعة الحركة معظم الطاقة الناتجة عن التفاعل معها (99٪) ولكن قبل أن تصطدم النيوترونات بنواة اليورانيوم الطازج ، يجب إبطائها.
هذا حتى يمكن أن تنتقل الطاقة إلى مكونات أخرى في المفاعل النووي ، والتي تستخدم لتسخين المياه لتشغيل التوربينات التي تدير المولدات.
اجزاء مفاعلات الانشطار
يحتوي مفاعل الانشطار على عدد من الأجزاء المختلفة:
الوقود النووي (نظير اليورانيوم الذي سينقسم عند تحريضه بواسطة نيوترون وارد) - يتم الاحتفاظ بالوقود في القضبان حتى تنطلق النيوترونات المنبعثة وتتسبب في الانشطار النووي في قضبان أخرى.
قلب الجرافيت - يعمل الجرافيت على إبطاء النيوترونات بحيث يكون من المرجح أن يتم امتصاصها في قضيب وقود قريب.
قضبان التحكم - يتم رفعها وخفضها لمنع النيوترونات من الانتقال بين قضبان الوقود وبالتالي تغيير سرعة التفاعل المتسلسل.
سائل التبريد - يتم تسخينه من خلال الطاقة المنبعثة من تفاعلات الانشطار ويستخدم لغلي الماء لتشغيل التوربينات في محطة الطاقة.
درع خرساني - المنتجات الوليدة لتفاعل الانشطار مشعة ويمكن أن تكون خطرة.
تم تصميم العديد من ميزات المفاعل للتحكم في سرعة التفاعل ودرجة الحرارة داخل الواقي. التفاعل الانشطاري غير المنضبط هو أساس القنبلة الذرية.
تعريف الاندماج النووي
يحدث الاندماج النووي عندما تتحد نواتان صغيرتان خفيفتان معًا لتكوين نواة واحدة ثقيلة. تحدث تفاعلات الاندماج في النجوم حيث تندمج نواتا الهيدروجين معًا تحت درجات حرارة عالية وضغط لتشكيل نواة من نظير الهيليوم.
هناك عدد من تفاعلات الاندماج النووي المختلفة تحدث في الشمس. أبسطها عندما تصبح أربع نوى هيدروجين نواة واحدة للهيليوم.
الكتلة المجمعة لأربعة نوى هيدروجين هي 6.693 × 10-27 (كجم). كتلة نواة واحدة هيليوم 6.645 × 10-27 كجم. هذا يعني أن هناك كمية مفقودة من الكتلة تساوي 0.048 × 10-27 كجم.
يتم تحويل الكتلة المفقودة إلى طاقة ، والتي تشع بعيدًا. هذا ما يحدث في الشمس.
في جميع التفاعلات النووية ، تتغير كمية صغيرة من الكتلة إلى طاقة. قد لا يبدو هذا الكثير من الطاقة ولكن هذه الطاقة هي نتيجة اندماج أربع نوى هيدروجين فقط.
يحتوي كوب ماء بحجم 250 مليلتر على حوالي 1.6 × 1025 ذرة هيدروجين. سيؤدي الاندماج الكامل لجميع نوى الهيدروجين هذه إلى إطلاق حوالي 17.200.000.000.000 جول (J) من الطاقة. تشير التقديرات إلى أن الشمس تطلق 3.8 × 1026 جول من الطاقة كل ثانية.
ومع ذلك ، فإن مشكلة الاندماج هي أنه يتطلب اندماج النوى ، وهي جسيمات موجبة. عندما تقترب نواتان من بعضهما البعض ، سوف تتنافر لأن لهما نفس الشحنة. يجب أن يحدث اندماج النوى بسرعة حتى لا يكون لتنافر الشحنات وقت لمنع حدوثه.
الطريقة التي يمكن أن تنتقل بها الجزيئات بسرعة هي أن تكون في غاز ساخن أو في البلازما ، كما هو الحال في الشمس. في الواقع ، لكي يحدث الاندماج ، يجب أن تكون درجة حرارة الغاز الساخن أو البلازما على الأقل 150.000.000 درجة مئوية (درجة مئوية).