جدول المحتوياتي
إن العناصر المتواجدة في الطبيعة حالها حال أي شيء خلق في هذا الكون من ناحية التغيير وإنتاج وتوليد عناصر جديدة من العنصر الأساسي؛ لذا سنشرح بالتفصيل معنى الاضمحلال النووي وعلاقة النواة والبروتونات والالكترونات بذلك، مع توضيح الفرق بينه وبين مفهوم التفاعلات النووية والإشعاعات.
ماذا يقصد بالتفاعل النووي؟
يقصد بالتفاعل النووي تلك التفاعلات التي تتم بها تغير أعداد النيوترونات والبروتونات في نواة الذرة لينتج بذلك عنصرا جديدا يختلف عن العنصر الأصلي قبل التفاعل، وقد تعمل بعض التفاعلات على طرد البروتونات من نواة الذرة أو تحويلها إلى نيوترونات ويرافق هذا التفاعل خروج طاقة على شكل إشعاع.
ما هو مفهوم الاضمحلال النووي ؟
عادة ما يشار إلى الإشعاع المنبعث عن العناصر المشعة بالاضمحلال النووي، حيث تنبعث جسميات ألفا وبيتا من العنصر لينتج عن ذلك تغير ببنية العنصر.
ما الفرق بين الاضمحلال النووي والتفاعل النووي؟
بعض الأشخاص يخلطون بين التفاعلات النووية وبين الاضمحلال النووي ويظنوهم أمرًا واحدًا، لكن في الحقيقة هذا ليس صحيحًا، فمصطلح التفاعل النووي يشير إلى التغيرات التي يتم تحفيزها خارجيًا والتي تحدث للنواة الذرية
أما الاضمحلال النووي فهو ليس تفاعلًا نوويًا، وهناك مفاهيم ومصطلحات أخرى تشير إلى التفاعلات النووية مثل تفاعلات الانشطار والتفتت.
فالاضمحلال النووي يعتبر ظاهرة تنشأ عن نواة الذرة غير المستقرة والنشيطة إشعاعيًا، وعملية النشاط الإشعاعي هي عملية تخسر فيها نواة الذرة غير المستقرة الطاقة من خلال إطلاق الإشعاعات، والعناصر أو النظائر التي تطلق الإشعاع ويمكن أن تتحول من شكل لآخر في هذه العملية
ويمكن من خلال النشاط الإشعاعي أن يتحول النظير غير المستقر إلى عنصر آخر مستقر، وقد يحدث ذلك بطريقة طبيعية أو صناعية.
أما التفاعل النووي فهو عملية أو اصطدام بين نواتين ذريتين أو نواة ذرية وجسيم بحيث يتم فيه إطلاق الجسيمات سواء ألفا أو غاما، ويتحول العنصر إلى عنصر آخر جديد بعد انتهاء التفاعلات النووية.
ما هي أنواع الأنوية تبعًا لطريقة اضمحلالها؟
تستغرق بعض العناصر ملايين السنين لتتحلل حيث لا تخضع كل العناصر للاضمحلال النووي على مدى فترات زمنيّة يمكننا ملاحظتها، وتقسم أنواع الأنوية إلى ثلاثة أنواع:
– نوى غنيّة بالنيوترونات
تضمحل هذه النوى من خلال عمليّة تُحول النيوترون إلى بروتون وبالتالي تعمل على خفض نسبة النيوترون إلى البروتون.
– نوى فقيرة بالنيوترونات
تضمحل هذه النوى من خلال العمليات التي تعمل على تحويل البروتون إلى نيوترون وبالتالي تسبب زيادة نسبة النيوترون إلى البروتون.
– نوى ثقيلة
تميل هذه النوى إلى الاضمحلال بإصدار جُسيم ألفا α، مما يؤدي إلى تقليل عدد البروتونات والنيوترونات في النواة الأصليّة، فتكون النتيجة النهائية هي زيادة في نسبة النيوترون إلى البروتون وذلك بسبب انبعاث جُسيم ألفا α والذي يسمى باشعاع الفا ولكنه في الحقيقة ليس اشعاعا وانما جسيم ذو كتلة صغير مكون من بروتونين ونيوترونين
ما أنواع تفاعلات الاضمحلال النووي؟
تختلف أنواع تفاعلات الاضمحلال اختلافا جوهريًا وذلك حسب ما تُطلق من الجُسيمات أو الطاقة وتنقسم إلى ما يأتي:
– إشعاع ألفا α
تتفكك الذرة المُشعة بإخراج مجموعة من البروتونات والنيوترونات، والذي يُشكل جُسيم α وهو نواة الهيليوم بسبب وجود فائض من النيوكليونات كما في العديد من النوى الثقيلة، فتتناقص الذرة بمقدار رقمين ذريين وتقل كتلتها الذريّة بمقدار 4، فعلى سبيل المثال يتحول البلوتونيوم 239Pu إلى اليورانيوم 235U.
– إشعاع بيتا السالبة β-
يتحول النيوترون نفسه إلى بروتون وذلك عندما تحتوي الذرة على عدد كبير جدًا من النيوترونات، وذلك بإخراج إلكترون للحفاظ على التوازن الكهربائي بالإضافة إلى جُسيم صغير يسمى مضادات النيترينو، فعلى سبيل المثال يتحول النبتونيوم 239Np يصبح بلوتونيوم 239Pu.
– إشعاع بيتا الموجبة β +
يتحول البروتون إلى نيوترون وذلك بانبعاث بوزيترون وهو إلكترون موجب الشحنة ونيوترينو، وذلك إذا كانت النواة لا تحتوي على عدد كافٍ من النيوترونات وهو أقل شيوعًا، مما تفقد الذرة عددًا ذريًا وذلك بسبب النشاط الإشعاعيβ +.
– إشعاع جاما γ
تقوم بعض الذرات بإصدار إشعاع كهرومغناطيسي ذات طول موجي قصير، حتى لو كانت ذات عدد صحيح من النكليونات فيُمكن أنّ تُثار النواة وتضطر للتخلص من فائض الطاقة، فتقوم بإطلاق فوتون وغالبًا ما يرتبط هذا التفكك بالإشعاع جاما γ، حيث تحدث سلسلة من التفكك لا تتوقف إلا عند تحقيق الاستقرار، فبعد 16 عملية تفكك متتالية يصبح اليورانيوم 238U 208Pb.
ماذا عن أسباب الاضمحلال النووي؟
لم يكتشف العلماء أسباب الاضمحلال النووي إلا في وقت متأخر بعدما فهموا كيفية تركيب النواة، وعرفوا معنى الإشعاع وما إلا ذلك، وأسباب الاضمحلال النووي تنجم بشكل رئيسي عن القوة النووية، وجزء من هذه القوة يتسرب من النترونات والبروتونات، ويكون مسؤول عن النشاط الإشعاعي
السبب الثاني هو أن البروتونات إيجابية الشحنة، والشحنات المتشابهة لا تحب الاقتراب من بعضها البعض، وتدفع بعضها البعض بشكل مستمر بعيدًا عن بعضها، لكن يتم في بعض الأحيان ضبطها من خلال القوة النووية، وإذا ضعفت هذه القوة، يمكن أن يتم تحويل البروتون إلى نيوترون لتعديل الشحنة النووية، وبالتالي يتشكل إشعاع نووي، وهكذا
وأخيرا فهذا لا يعني أن الاضمحلال النووي يحدث معظم الوقت، لأن النوى الذرية تكون في أغلب الأوقات مستقرة بسبب التوازن بين القوى التي تربط بين الجزيئات بداخل النواة، لكن عندما يختل التوازن، يتم إطلاق الأشعة النووية ويحدث الاضمحلال.
تابع القراءة: اليورانيوم ٢٣٥ والفرق بينه وبين اليورانيوم ٢٣٨