الانشطار، الاندماج، والتحلل النووي
| English | العربية |
|---|---|
| nuclear fission/ˈnjuːklɪə ˈfɪʃn/ | انشقاق نووي |
| nuclear fusion/ˈnjuːklɪə ˈfjuːʒn/ | اندماج نووي |
رشة من المادة، محيط من الطاقة
- يحول الشمس أربعة ملايين طن من مادتها إلى طاقة نقية كل ثانية.
- مفاعل نووي يولد طاقة لمدينة من بضعة كيلوغرامات من الوقود.
- السر يكمن في تحول الكتلة إلى طاقة، عبر $E = mc^2$ لأينشتاين.
- بسبب ضخامة $c^2$، فإن كتلة صغيرة جداً تطلق كمية هائلة من الطاقة.
الكتلة تصبح طاقة
- معادلة أينشتاين $E = mc^2$ تنص على أن الكتلة والطاقة وجهان لنفس الشيء.
- في التفاعل النووي، تختفي كتلة صغيرة وتظهر على شكل انفجار من الطاقة.
- لأن $c^2 \approx 9\times10^{16}$، حتى جرام واحد من الكتلة سيمنح طاقة هائلة.
- تطلق التفاعلات النووية ملايين المرات طاقة أكبر لكل ذرة مقارنةً بالتفاعلات الكيميائية.
أي معادلة تربط الكتلة بالطاقة؟
معادلة أينشتاين $E = mc^2$ تربط الكتلة بالطاقة.
لماذا تطلق التفاعلات النووية طاقة أكبر بكثير من الكيميائية؟
تحويل حتى كتلة ضئيلة يعطي طاقة ضخمة لأن $c^2$ كبير جداً.
الانشطار: تقسيم النوى الكبيرة
- الانشطار النووي يقسم نواة كبيرة وثقيلة (مثل اليورانيوم) إلى أجزاء أصغر.
- كتلة الشظايا أقل قليلاً من المجموع الأصلي؛ وتتحول الكتلة المفقودة إلى طاقة.
- كل انشقاق يحرر أيضاً نيوترونات يمكنها شق المزيد من النوى — وهو ما يُعرف بـالتفاعل المتسلسل.
- يعمل الانشطار كمصدر طاقة للمفاعلات النووية والقنابل الذرية.
الانشطار النووي هو:
ينقسم الانشطار نواة كبيرة ثقيلة إلى قطع أصغر.
الاندماج: دمج نوى صغيرة
- الاندماج النووي يجمع نوى صغيرة وخفيفة (مثل الهيدروجين) لتكوين نواة أكبر.
- مرة أخرى، تُفقد كمية قليلة من الكتلة وتُحرر على شكل طاقة — بل أكثر لكل كيلوغرام مقارنة بالانشطار.
- يولد الاندماج طاقة الشمس والنجوم، حيث يدمج الهيدروجين في الهيليوم.
- يتطلب ذلك حرارة وضغطاً شديدين، ولهذا السبب يكون توليد الطاقة بالاندماج على الأرض صعباً للغاية.
انشطار، اندماج أم تحلل؟
رتب كل عملية نووية.
الاندماج النووي يشعل ____ والنجوم.
تندمج الشمس الهيدروجين في الهيليوم، وتطلق طاقتها.
حدد كل العبارات الصحيحة حول التفاعلات النووية.
الانشطار ينقسم، والاندماج يجمع، وكلاهما يطلق الطاقة من الكتلة المفقودة. الاندماج يطلق الطاقة أيضاً.
كلا الانشطار (التقسيم) والاندماج (الدمج) يحرران الطاقة، لأن منتجات كل منهما تمتلك كتلة أقل قليلاً من النوى الأصلية. لا تُستنفد "الكتلة المفقودة" — بل تتحول إلى طاقة عبر $E = mc^2$. لا تفترض أن التقسيم وحده هو الذي يحرر الطاقة؛ فالاندماج للنوى الخفيفة يحرر طاقة أكبر.
يطلق كل من الانشطار والاندماج الطاقة لأن النواتج لها كتلة أقل قليلاً.
تتحول الكتلة المفقودة إلى طاقة عبر $E = mc^2$ في كلا العمليتين.
تدمج الشمس الهيدروجين في الهيليوم. من أين تأتي طاقتها الهائلة؟
- كتلة نواة الهيليوم أقل قليلاً من كتلة الهيدروجين الذي تكون منها.
- تتحول تلك الكتلة الضئيلة المفقودة إلى طاقة عبر $E = mc^2$ — وبما أن $c^2$ كبير جداً، فإن الطاقة الناتجة هائلة.
تحوّل التفاعلات النووية الكتلة إلى طاقة عبر $E = mc^2$، وتطلق طاقة أكثر بملايين المرات لكل ذرة مقارنة بالتفاعلات الكيميائية. التشعب ينشطر النوى الثقيلة (المفاعلات، القنابل)؛ الاندماج يدمج النوى الخفيفة (الشمس). في كليهما، تكون النواتج أقل كتلة قليلاً، وتتحول تلك الكتلة إلى طاقة.