ما هي العوامل التي تؤثر في حدوث التفاعل النووي المتسلسل؟

1 إجابة واحدة

التفاعل النووي المتسلسل هو أحد أنواع التفاعلات التي تحدث بشكل متتالي انطلاقًا من تفاعل نووي واحد والذي بدوره يؤدّي إلى حدوث سلسلة متعاقبة من التفاعلات النوويّة، والذي يحدث كل منها مُتأثّرًا بالتفاعل السابق ومتولّدًا بشكل ذاتيّ، ولا يكون للمؤثّرات الخارجيّة دورًا في حدوث التفاعلات المتسلسلة، وكان العالم الكيميائيّ الألمانيّ Max Bodenstein أول من اكتشف التفاعلات المتسلسلة في عام 1913.

ويُعتبر الانشطار النووي أحد أهم الأمثلة عن التفاعلات النوويّة المتسلسلة، بحيث يتولّد عن هذه التفاعلات طاقة نوويّة كبيرة، لذلك تعتمد محطات الطاقة النوويّة على تفاعلات الانشطار لتوليد الطاقة الكهربائيّة.

آليّة عمل التفاعل تكمن بتفاعل النيوترون مع نواة النظير المشع، وينتج عن هذا التفاعل انشطار النواة المشعة إلى قسمين ويرافق الانشطار إطلاق نيوترونين ( أو ثلاث نيوترونات ولكن في الغالب ينتج نيوترونين اثنين) ، ويقوم كل نيوترون منهما بالتفاعل مع نواة نظير مشع أخرى ممّا يؤدي إلى انطلاق 4 نيوترونات أخرى، وكل نيوترون من هذ النيوترونات يقوم بالتفاعل مع نواة عنصر مشع لينتج لدينا 8 نيوترونات وهلمّا جر، وتحدث هذه التفاعلات بسرعة كبيرة كما يتخلّلها إنتاج طاقة هائلة على شكل طاقة حراريّة والتي تصل إلى ملايين الدرجات، بالإضافة إلى انطلاق طاقة تتمثّل بإشعاع ذريّ مميت.

التفاعل النووي المتسلسل

تعتمد هذه التفاعلات على النظائر المشعّة للعناصر الكيميائيّة الثقيلة، وأشهر العناصر المستخدمة هي نظير اليورانيوم U235 ونظير البلوتونيوم Pu239، وبشكل عام يوجد نوعين من التفاعلات النوويّة المتسلسلة وهما:

  • التفاعل المتسلسل الخاضع للسيطرة: يحدث هذا النوع من التفاعلات عند تفاعل النيوترون (وهو من الأجسام تحت الذريّة الموجودة ضمن نواة العنصر وهو معتدل الشحنة الكهربائيّة) مع النظير الانشطاري، وينتج عن هذا التفاعل إطلاق نيوترونات من نواة النظير الانشطاري، وهذه النيوترونات الصادرة تكون قادرة على التفاعل مع نظائر انشطارية أخرى ممّا يؤدّي إلى بدء سلسلة تفاعلات نوويّة، ويستخدم هذا النوع من التفاعلات في محطات توليد الطاقة النوويّة.
  • التفاعل المتسلسل غير الخاضع للسيطرة: وهو عبارة عن سلسة من التفاعلات النوويّة التي تبدأ تحت ظروف غير مسقرّة أو مدروسة، ممّا يؤدّي إلى حدوث تفاعلات متتالية وتنتج طاقة عالية لا يمكن السيطرة عليها، ويُستخدم هذا النوع في القنابل النوويّة لتحقيق أكبر قدر ممكن من التدمير.

وتشمل العناصر المؤثرّة على هذا النوع من التفاعلات كميّة مادة النظير المشع المستخدم في التفاعل، فعند زيادة كمية العنصر المشع الداخل في التفاعل سيزداد عدد النيوترونات الصدارة وبالتالي زيادة عدد التفاعلات الانشطاريّة الحاصلة، بالإضافة إلى درجة حرارة العنصر المشع، والطاقة التي تحملها النيوترونات المسؤولة عن حدوث التفاعلات المتسلسلة والتي تُسمى أيضًا بالنيوترونات الحراريّة.

كما أنّ سرعة حركة النيوترونات تلعب دورًا كبيرًا في حدوث سلسلة التفاعلات، لذلك غالبًا ما يتم تبطيء النيوترونات إلى مستويات منخفضة من الطاقة وذلك لكي تكون النيوترونات الصادرة عن نواة النظير المشع بحالة مثاليّة لتسبّب تفاعلات انشطاريّة أخرى، ومن أجل تحقيق هذا الأمر يتم دمج المواد الانشطاريّة ضمن مادة تلعب دور الوسيط، وهي مادّة تقوم بتبطيء حركة النيوترونات الصادرة عن نواة النظير المشع، وغالبًا ما يستخدم الماء أو الجرافيت كمادة وسيطة.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هي العوامل التي تؤثر في حدوث التفاعل النووي المتسلسل؟"؟