ملخص التفاعلات النووية، الفيزياء

التفاعل النوويّ

• التفاعل النوويّ: اصطدام نواتي ذرّتين، أو اصطدام جُسيم نووي مثل، البروتون أو النيوترون بنواة ذرّة أخرى، وقد ينتج من ذلك نواة جديدة أو أكثر.
• ولإحداث تفاعل نووي بين جُسيم ونواة، تقذف النواة بذلك الجسيم وعندما يقترب منها مسافة كافية، يبدأ عندئذٍ تأثير القوة النووية. ويمكن التعبير عن التفاعل النووي بالصورة الآتية: $a + X \rightarrow b + Y$
• ومن الأمثلة على ذلك، ما قام به رذرفورد عام 1919 عندما قذف نواة النيتروجين (147N) بجسيمات ألفا ($\alpha$)، ونتج من ذلك تحرّر بروتون على النحو الآتي: α + 147N → 189F* → 178O + 11p

الانشطار النوويّ

• الانشطار النووي: انقسام نواة ثقيلة لنواتين أو أكثر، أصغر منها في الكتلة.
• الكتلة الحرجة: أقلّ كتلة من الوقود النووي تضمن استمرار حدوث التفاعل المتسلسل.
• ويمكن التعبير عن هذا الانشطار بالمعادلة الآتية: 10n + 23592U → 23692U* → 14156Ba + 9236Kr + 3 10n

الاندماج النوويّ

• الاندماج النووي: التفاعل الذي تندمج فيه نواتان خفيفتان لتكوين نواة كتلتها أقلّ من مجموع كتلتي النواتين المندمجتين، ولها طاقة رَبط نووية لكل نيوكليون أكبر ممّا لهما.
• من الأمثلة على تفاعلات الاندماج النووي: 21H + 31H → 42He + 10n 11H + 11H → 21H + 0+1e+ + ν 11H + 21H → 32He + γ

المفاعل النوويّ

• الوقود النووي ⁦Nuclear fuel⁩: تكون مادّة الوقود النووي على الغالب من اليورانيوم المخصّب، وهي على هيئة أقراص يوضع بعضها فوق بعض في أنابيب طويلة لتشكيل قضبان الوقود النووي كما في الشكل (13).
• قضبان التحكّم ⁦Control rods⁩: تُصنع من موادّ لديها مقدرة عالية على امتصاص النيوترونات، مثل الكادميوم-113 والبورون-10. فعند إدخال عدد مناسب منها بين حزم الوقود النووي تمتصّ بعض النيوترونات وهذا يُبطئ التفاعل المتسلسل، وبذلك يُتحكَّم في الطاقة الناتجة من المفاعل.
• المواد المُهدِّئة ⁦Moderators⁩: وهي موادّ ذات أعداد كُتليّة صغيرة، مثل: الماء الثقيل، والماء العادي، والغرافيت. وظيفتها إبطاء النيوترونات الناتجة من الانشطار؛ لتتمكّن من إحداث تفاعلات انشطارية جديدة. علمًا أنّ احتماليّة انشطار نواة اليورانيوم (23592U) تزداد كلّما كانت الطاقة الحركية للنيوترونات الممتصّة أقلّ.
• نظام التبريد ⁦Cooling system⁩: تُستخدم أبراج تبريد لتزويد المفاعل والمكثّف بالماء البارد باستمرار لتبريد المفاعل النووي، كما في الشكل (14).
• مولّد بخار الماء ⁦Steam generator⁩: يُحوّل الماءَ الساخن والمضغوط القادم من قلب المفاعل إلى بخار ماء يُستخدم في إدارة توربينات متّصلة بمولّدات كهربائية لتوليد الطاقة الكهربائيّة.

الإثراء والتوسّع: المفاعل النوويّ الاندماجي

• وبالإضافة إلى درجات الحرارة العالية، يجب التأثير بضغط كبير للحصول على كثافة عالية من الأيونات.
• إنّ درجات الحرارة المرتفعة تؤدّي إلى نقصان في كثافة الأيونات وهذا يسبّب إحدى المشكلات الرئيسة التي تواجه انتاج الطاقة من تفاعلات الاندماج النووي.