منتديــات العـلم والإيمــان

تعلم الكثير والمزيد اقرأ واستمع الى القرآن الكريم & حمل الكثير من الكتب مجانا , تابع معنا احدث الاخبار & تعرف على أصدقاء جدد و أخوة فى الله & حمل صورك ونزل لوجوهات لموبايلك تمتع بأجدد الموضوعات ** يمنع وضع اى صور مخلة او اى أغنيه * ويجب احترام اللأديان**
 
الرئيسيةاليوميةاقرأ واستمع الى القرآن الكريممكتبة الصورس .و .جبحـثالتسجيلدخول

شاطر | 
 

 الانشطار النووي و الاندماج النووي

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي اذهب الى الأسفل 
كاتب الموضوعرسالة
team
عضو نشيط
عضو نشيط
avatar

ذكر
عدد الرسائل : 47
العمر : 47
العمل/الترفيه : help others
المزاج : vergy good
تاريخ التسجيل : 12/12/2008

مُساهمةموضوع: الانشطار النووي و الاندماج النووي   الثلاثاء ديسمبر 16, 2008 9:45 pm

ان الانشطار النووي عبارة عن قذف عنصر ثقيل (مثل اليورانيوم المخصب والبلوتونيوم) بنيوترون بحيث يحدث انقسام في نواة العنصر ويتجزأ الى قسمين اثنين مخلفا وراءه طاقة ونيوترونات اخرى تقوم بتجزئة انوية اخرى... وهو ما يدعى بالتفاعل التسلسلي... لذلك فإن الطاقة تكون هائلة جدا في النهاية...

اما الاندماج النووي فيكون عن طريق دمج نواتي هيدروجين (او نظير الهيدروجين - الديتيريوم) فتتكون اثر ذلك انوية اكبر بالاضافة الى طاقة هائلة...

والطريقة الثانية موجودة في النجوم اصلا... حيث تؤدي درجة الحرارة العالية والضغط الهائل في النجوم الى اندماج انوية الهيدروجين فتنتج الطاقة الهائلة مثل الشمس في مجموعتنا الشمسية


الإندماج النووي


علمت أن بعض الأنوية الثقيلة مثل تنشطر إلى نواتين متوسطتين إذا قذفت بنيوترون بطيء , وعلمت أن مثل هذا التفاعل يسمى " الإنشطار النووي " وعكس هذا التفاعل أي " دمج نواتين خفيفتين معاً لتكوين نواة أثقل يسمى الإندماج النووي " وتنطلق طاقة هائلة مصدرها نقص كتلة النواة الناتجة عن مجموع كتلتي النواتين المندمجتين معاً .

ومن الأمثلة على الإندماج النووي إندماج نواتي الديتريوم ( هيدروجين ـ 2) لتكوين الهيليوم كما في المعادلة التالية :







ولحساب الطاقة الناتجة عن هذا التفاعل :

مجموع كتل الأنوية الداخلة في التفاعل = 2 ك ديتريوم

= 2 × 2.013 = 4.026 و.ك.ذ

مجموع كتلة الأنوية الخارجة عن التفاعل = ك هيليوم + ك النيوترون

= 3.015 + 1.009 = 4.024 و.ك.ذ

النقص في الكتلة = D ك = 4.026 ـ 4.024 = 0.002 و.ك.ذ

الطاقة الناتجة عن التفاعل = 0.002 × 931 = 1.862 مليون الكترون فولت

وبالرغم من أن الطاقة الناتجة ( 1.862 مليون الكترون فولت ) لا تساوي أكثر من 10% من الطاقة الناتجة من الإنشطار النووي (200 مليون الكترون فولت ) إلا أننا يجب أن نتذكر هنا أن كتلة نواة اليورانيوم تساوي تقريباً 235 و.ك .ذ في حين أن كتلة نواة الديتريوم = 2 و.ك.ذ ولذلك فإن الطاقة الناتجة لكل كيلوغرام من الوقود النووي الإندماجي أكبر كثيراً من الطاقة الناتجة لكل كيلوغرام من الوقود النووي الإنشطاري , كما أن الإندماج النووي لا يتطلب وجود الكتلة الحرجة اللازمة للإنشطار النووي .


وقد يبدو للوهلة الأولى أن الإندماج النووي أسهل كثيراً من الإنشطار النووي , لأن الديتريوم موجود في الطبيعة ويمكن الحصول عليه بكميات وافرة بثمن رخيص , إلا أن الحال ليس كذلك بسبب زيادة قوة التنافر الكهربائية عند اقتراب النواتين من بعضهما البعض ولهذا السبب فإنه من أجل إحداث اندماج نووي لا بد من توفير الظروف التالية :

1. حصر الأنوية الخفيفة في حيز صغير جداً لزيادة إمكان تصادمهما والتحامهما معاً .

2. زيادة الضغط الواقع على الأنوية الخفيفة زيادة كبيرة .

3. رفع درجة حرارة الأنوية الخفيفة إلى رتبة (710) درجة سيلسيوس , وذلك لاكسابها طاقة حركية عالية .


وبسبب صعوبة توفير كل هذه الظروف , ولأنه لا يوجد إناء يمكن أن يحوي مادة درجة حراراتها عالية ومضغوطة بهذا الشكل , لذلك كان من الصعب تحقيق الإندماجات النووية في المختبرات العلمية .

الاندماج النووي


تشير الإحصاءات إلى أن احتراق الوقود اللازم لتوليد الطاقة في العالم يتسبب كل عام في انتشار 3.5 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون في الجو. وتزيد نسبة تركيزه باستمرإر بمعدل يصل لى 2% مما يؤدي (على ارتفاع معدلات درجات الحرارة. ويتسبب فى تغيرإت مناخية في العالم. ومع زيادة السكان والتقدم ستكون الطاقة اللازمة لاحتياجات البشرية أضعاف الطاقة المستخدمة الآن.

نبذ الانشطار، وتصاعد أزمة الطاقة

ومن أجل البيئة والحفاظ عليها من التلوث جهد العلماء في تطويع التكنولوجيا لاستخراج طاقة نووية نظيفة بعد أن وضحت المخاطر الإشعاعية لمفاعلات الانشطار.

يحدث الانشطار النووى نتيجة قذف بعض العناصر الثقيلة مثل اليورانيوم بالنيوترونات مما يؤدي إلى أنشطار ذراتها إلى عناصر جديدة متقاربة الكتلة مشعة؟ وتحرر كمية من الطاقة مع انطلاق نيوترونات جديدة تقذف ذرات أخرى فيتواصل الانشطار، إذا كانت كتلة ليورانيرم أكبر من حد معين يسمى الكتلة الحرجة. ويعرف هذا التفاعل بالتفاعل المتسلسل.

وتصاعد الاهتمام بالتفاعل المتسلسل في كل من الانشطار والاندماج النووي إما بالتحكم السيطرة بغرض الحصول على طاقة لأغراض سلمية أن بتحرره من الأغراض غير السلمية.

وهناك مقولة إنه في كل اجتماع لاثنين من الفيزيائيين يولد مفاعل نووي جديد في أحلامهما وآمالهما، والفكرة الأساسية لكل مفاعل هى التحكم وتوجيه التفاعل المتسلسل بغية الحصول على طاقة آمنة.

عند إقصاء كل الاحتمالات غير الواقعية، فإن هناك حوالي عشرين نوعا من المفاعلات تمت دراستها نظريا وتجربتها معمليا.

ويستخدم وقود اليورانيوم في مفاعل الانشطار، وبالقطع لا توجد واحدة من المحطات النووية- سواء تعمل أو في مرحلة الاستعداد للمستقبل- لا تحقق قدرا هائلا من الطاقة.

لكن في حالة التوسع وانتشار المفاعلات النووية، فإن فائض اليورانيوم والثوريوم في العالم سيفي باحتياجاتنا من الطاقة لمدة قليلة.

ولقد أوضحت الدراسات. أن طاقة الفحم ستنضب عام 2330 والبترول 2050 والغاز الطبيعي 2100 وسوفي يستنزف وقود اليورانيوم 235 عام 2200 واليورانيوم 238 عام 2400.

وماذا يحدث بعد ذلك؟ هل سيبدأ التنقيب عن اليورانيوم في القمر ليستمر عمل المفاعلات؟!

وأمام هذا المأزق كان لابد من التطلع إلى مصادر جديدة للطاقة.

------------------------------------------------------------------------------------------
-------

شمسنا مفاعل عملاق للاندماج النووي

يحدثنا العلماء أن جميع العمليات المؤدية إلى استخراج الطاقة النووية دائمة الحدوث داخل الشمس، وأهمها الانشطار والاندماج النووي . أساسا يقوم الأخير على اقتراب بعض العناصر الخفيفة المتأنية والتغلب على قوى التنافر بينها فيتم الالتصاق ببعضها وحدوث حالة الاندماج التي تتم وسط جو من الأيونات والإلكترونات، وله درجة حرارة عالية تصل ما بين 100 و 200 مليون درجة مئوية، ويسمى هذا الوسط بالبلازما، ويؤدي الاندماج إلى خلق عنصر جديد مع انطلاق نيوترونات ذات طاقة عالية وتحرر طاقة هائلة. تقدر طاقة الشمس المحررة في الثانية بحوالي 10 20 كيلووإت، والطاقة يقابلها نقهص في كتلة الشمس حوالي 4 ملايين طن، وهي ليست بالكمية البسيطة- بمقياسها اليومي وتصوراتنا المحدودة- حيث إنها تمثل أكثر عن عشرة أضعاف وزن أكبر سفينة في العالم، ولكن بمقارنتها بوزن الشمس الكلي ( 2 * 10 27 طن) نجد أن الفقد في الكتلة قيمة صغيرة جدا.

أوضحت الدراسات في مجال العلوم الجيولوجية (علم دراسة طبقات الأرض) والفلك- ومن تلك الحفائر التي تم التعرف عليها- أن فترة حصول عالمنا الأرض على الاشعاع الشمسي تجاوز 500 مليون سنة عل مر العصور؟ فضلا عن عدم حدوث تغير في كل من الشمس وطاقتها منذ زمن تكون المجموعة الشمسية.

ولقد أوضحت الدراسات أن سرعة خروج الطاقة المحركة من التفاعلات المختلفة في الشمس صغيرة جدا وتقدر بحوالى سعر لكل جرام لكل ثانية، وهي أقل بكثير من 1% من سرعة خروج الحرارة من جسم الإنسان في عمليات الإيض، لذلك فإن درجة الحرارة ني مركز الشمس مرتفعة بالمقارنة بدرجة الحرارة على أطرافها.

كل هذه الصفات الفريدة مبعثها طاقة الاندماج النووي التي تكتنزها الشمس، ولهذا صارت المثال الذي تطمح الفيزياء النووية إلى التشبه به في محاولاتها على الأرض.

الاندماج في مقارنة

في المقام الأول سلامة البيئة حيث يعطي طاقة نظيفة لاحتوائه على كمية قليلة ومحدودة من الوقود وتستمر لفترة صغيرة، ولا توجد مواد مشعة طويلة الأجل نتيجة التفاعل، وذلك يرجع لوجود نوعين من المواد المشعة في مفاعل الاندماج أولهما التريتيوم (نظير الهيدروجن الثاني، ويعتير أقل المواد المشعة إشعاعا (حيث يشع إلكترونا واحدا بطاقة منخفضه لا يمكنها اختراق القشرة الجلدية) وهذا العنصر ليس له تأثير بيولوجي مركز في البيئة سواء للطعام أو للإنسان، فضلا عن أن عمر تحلله النصفي هو 12.3 عام، ويمكن إعادة استخدام ناتج تحلله، وهو عنصر الهليوم في تسخين البلازما بالمفاعل.

والنوع الثاني عن المواد المشعة يظهر في الأجزاء المعدنية المصنوع منها قلب مفاعل الاندماج نتيجة لامتصاصها بعض النيوترونات الناتجة من التفاعل والتي يعاد استخدامها داخل المفاعل.

أما مفاعلات الانشطار النووي فإنها تولد مخلفات نووية تمتد فترة إشعاعيتها إلى مئات السنين.

وفي المقام الثاني وفرة الوقود؟ فمثلا لإنشاء محطة قوى كهربية تعمل بالطاقة المحررة من تفاعل الاندماج واللازمة لانتاج ألف ميجاوات، نحتاج إلى قدر من الوقود وزنه نصف طن في السنة فقط. ويكفي أن نعلم أن هذا الوقود متوافر ولا نهائي، حتى عند اعتبار الهيدروجين الثقيل (الديوتيريم) مكون الوقود الأساسي للمفاعلات الحرارية، فإن مصدره متوافر في المياه ولا ينضب.

فالمحيطات مثلا تحتوي على أكثر من 10 18 طن من المياه، يكون عنصر الهيدرجين 11،0 منها، أما الهيدروجين الثقيل فيمثل 2 * 10 4 عن الهيدروجين. فإذا كانت الطاقة المحررة عند اندماج ذرتين من الديوتيريم هي 3.6 ميجا إلكترون فولت، فمن الحسابات البسيطه نجد أن الطاقة المحررة من مخزون الهيدروجين تكفي العالم ليس أقل من 5 مليارات من الأعوام.

ومن الناحية الاقتصادية وبفضل التقنية العالمية والمستخدمة لإنتاج الديوتيريم، فإن تكلفة إنتاج الطن الواحد أكثر من 10000 مرة من نظيره الفحمي، ولكن الطاقة الناتحة من طن الهيدروجين، الثقيل تساوي 5 * 10 6 من الناتجة من طن فحم، لدلك تعادل 0,3% عن تكلفة نظيره الفحمي.

الطاقة المنطلقة نتيجة انشطار جميع نويات اليورانيوم 235 في 400 جرام مثلا تكافئ الطاقة الكيميائية المحررة عند احتراق 1400 طن من الفحم. أما الطاقة الناتجة من اندماج 400 جرام هليوم من نوى ذرات الهيدروجين فتعادل الطاقه الكيميائية لاحتراق 10400 طن عن الفحم. وهنا يتبين مدى الكرم في استخراج الطاقة من الاندماج النووي .

إرهاصات التحقق

كان النجاح الوحيد المتحقق لإنتاج طاقة من الاندماج النووي ، مع الأسف، يتمثل في أبشع وسيلة إبادة يمكن أن يعرفها الإنسان، تلك هي القنبلة الهيدروجينية التي اختبرتها الولايات المتحدة لأول مرة عام 1952، وهي تنتج طاقتها ألاندماجية بفعل حرارة وضغط قنبلة نووية أخرى، لكنها انشطارية تنفجر فتولد الحرارة والضغط اللازمين لحدوث الاندماج النووي الذى تنطلق منه طاقة أخرى رهيبة، تقدر قوتها بالميجا طن من مادة ال TNT شديدة الانفجار، والميجا طن يساوي مليون طن. ويكفي أن نتصور أن انفجار قنبلة هيدروجينية واحدة طاقتها ميجا طن واحد يسبب العمى لكل البشر الواقعين في دائرة قطرها 160 كيلو مترا من مركز الانفجار، وتسحق كل شيء في دائرة قطرها 6 كيلو مترات من مركز الانفجار.

كان هذا هر النجاح الوحيد الكبير الموثوق فيه، أما في المجال السلمي، فإن طاقة الاندماج شهدت محاولات، وتصورات، وتجارب محدودة الطاقة وباهظه التكاليف. وكانت المشكلة هي كيف يتم إنتاج درجه حرارة تقدر ب 200 مليون درجة مئوية وتكون ضغطا يصل إلى 10 مليارات طقس جوي، ثم أين الوعاء الذي يتم فيه احتواء هذا كله؟

عام 1950 اقترح العالمان الروسيان سخاروف وتام عمل جدارمن مجال مغناطسي قوي لاحتواء التفاعل، وتحقق تطبيق الفكرة في أول مفاعل للاندماج النووي حمل اسم "توكرماك" وهي اختصار من الحروف الأولى لتعبير روسي يعني غرفة المجال المغناطيسي الحلقي وعلى غرار هذا المفاعل ألاندماجي السوفييتي جرى إنشاء مفاعلات أخرى في الغرب،

كما أن السوفييت كانوا الأسبق أيضا في طرح فكرة إنجاز تفاعل الاندماج النووي على البارد، منذ الأربعينيات، وكان هذا اقتراح سخاروف أيضا مع ماركوف وزيلدوفتش. وقد تحقق مصادفة على يد العالم الأمريكي لويس الكاريز في جامعة كاليفورنيا في الستينيات.

ولم تخل رحلة الاندماج النووي عن مفارقات، كان أبرزها الفرقعة التي أحدثها عالمان أمريكيان لجآ إلى مجلة نيوزويك لنشر خبر مؤتمرهما الصحفي في مايو 1989 الذي أعلنا فيه تمكنهما من النجاح في إحداث اندماج نووي ي زجاجة بها ماء ثقيل وقضيب من البلاديوم.

ولم تثبت صحة ذلك الادعاء ولم ينف أيضاً، حتى جاء الوقت ليصيب الاندماج هدفه الملموس الأول في نهاية 1991، ويغدو طاقة المستقبل.



مع تمنياتي لكم بالمزيد من التفاعل
الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل
معاينة صفحة البيانات الشخصي للعضو
 
الانشطار النووي و الاندماج النووي
استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي الرجوع الى أعلى الصفحة 
صفحة 1 من اصل 1

صلاحيات هذا المنتدى:لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى
منتديــات العـلم والإيمــان :: منتدى العلوم :: علم الفيزياء-
انتقل الى: