الأسلحة النووية الإندماجية [الأرشيف]

محمد صادق

02-04-07, 09:45 AM

الأسلحة النووية الاندماجية منذ نشوء فكرة خلق كميات هائلة من الطاقة خلال عملية الانشطار النووي أدرك العلماء أن خلق نفس الكمية الهائلة من الطاقة ممكنة من الناحية النظرية والعملية بإجراء عملية معاكسة تماما لعملية الانشطار النووي ألا وهي فكرة اندماج نواتين لذرتين خفيفتي الكتلة في عمليات اندماج متسلسلة تسمى بعملية الاندماج النووي وكانت ذرة الهيدروجين هو الاختيار الأنسب لكونها خفيفة الكتلة.

هناك 3 نظائر للهيدروجين، وهي الديتيريم deuterium والتريتيم tritium والبروتيم protium، وعندما يتحد الديتيريم مع التريتيم يتكون نتيجة لهذا الاندماج ذرة هيليوم ويتكون أثناء هذه العملية طاقة حركية هائلة ولكنها أقل بالمقارنة بعملية الانشطار النووي وتتطلب هذه العمليات الاندماجية كميات كبيرة من الحرارة تصل إلى ملايين الدرجات المئوية ولهذا السبب يطلق تسمية القنابل النووية الحرارية على هذا النوع من الأسلحة النووية.

يمكن تعريف السلاح النووي الاندماجي بأحد أنواع الأسلحة النووية التي تكمن مصدر قوتها مع عملية الاندماج النووي عندما تتحد أنوية خفيفة الكتلة مثل عنصر الديتريوم Deuterium وعنصر اللثيوم لتكوين عناصر أثقل من ناحية الكتلة حيث تتم تحفيز سلسلة من عمليات الاتحاد بين هذين العنصرين وتنتج من هذه السلسلة من عمليات الاندماج كميات كبيرة من الطاقة الحركية. ويطلق على القنابل المصنعة بهذه الطريقة اسم القنابل الهيدروجينية H-bombs أو القنابل النووية الحرارية Thermonuclear Bombs لأن سلسلة الاندماج المحفزة بين أنوية هذه العناصر الخفيفة تتطلب كميات كبيرة من الحرارة وتعتبر القنبلة النيوترونية والهيدروجينية من أهم انواع الأسلحة النووية الاندماجية.

جربت هذه النوعية من القنابل لأول مرة عام 1951 م في الولايات المتحدة وكانت هناك مزاعم متبادلة بين الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي حول من توصل إلى تفجير أول القنابل من هذا الطراز حيث تزعم الولايات المتحدة أنها فجرت القنبلة الأولى تجريبيا في 1 نوفمبر 1952 م ثم تلاها الاتحاد السوفيتي في 1 مارس 1954 م وقد خلق الانفجار التجريبي السوفيتي ضجة إعلامية لم يحظى بها الانفجار التجريبي الأمريكي حيث تشكلت سحابة إشعاعية ضخمة فوق سفينة صيد يابانية كانت على بعد 160 كم من موقع الانفجار وقام العلماء اليابانيون بتحليل الغبار على ملابس الصيادين بعد عودتهم وانتشر بعد ذلك خبر امتلاك الاتحاد السوفيتي لهذا النوع من الأسلحة النووية.

الدكتور البدوي

02-04-07, 06:05 PM

الفاضل محمد صادق

تحية من الأعماق

قبل الولوج لموضوعك القيم لا بد من معرفة الأمور التالية:

تركيب الذرة:

كان الاعتقاد السائد قديماً ان الذرة هي اصغر شيء في المادة وانها غير قابلة للانقسام أو الانشطار واستمر هذا الاعتقاد حتى تم اكتشاف الطبيعة الكهربائية للذرة والنشاط الاشعاعي لبعض العناصر، وعلى ضوء اكتشاف الالكترون تم التيقن من ان الذرة ليست جسماً مصمتاً بل انها تتكون من جسيمات سالبة هي الالكترونات تحوم في فضاء الذرة وجسيمات موجبة هي البروتونات وأخرى متعادلة هي النيترونات والاخيرتان موجودتان في نواة الذرة. بعد ذلك اثبتت الابحاث والتجارب ان الذرة يمكن ان تنقسم أو تنشطر إلى ما هو اصغر منها ونتيجة لذلك الانشطار تتحرر كمية هائلة من الطاقة تسمى الطاقة الذرية الانشطارية أو تندمج الانوية وتسمى الطاقة النووية الاندماجية. وعملية الانشطار أو الاندماج لا تقوم بها الا ذرات وانوية عناصر محددة ومعروفة.

٭ النظائر istspes:

من المعروف اليوم ان بعض العناصر لا يوجد له الا نظير واحد ويكون مستقراً. بينما يوجد لبعض العناصر اكثر من نظير وقد اثبتت الابحاث ان نظائر العنصر الواحد تتميز بوجود عدد متساو من البروتونات لكنها تختلف في عدد النيترونات فعلى سبيل المثال عنصر الصوديوم يوجد له نظير واحد اما عنصر القصدير فإن له عشرة نظائر كلها تتفق بأن عدد البروتونات في كل منها (50) برتوناً بينما عدد النيترونات فهو على النحو التالي، 62، 64، 65، 66، 67، 68، 69، 70، 71، 72 على التوالي. ولاشك ان وجود النظائر له فوائد تطبيقية مختلفة يستفاد منها في كثير من المجالات العملية والتطبيقية.

٭ الطاقة النووية:

حيث ان نواة الذرة تحتوي على نيترونات متعادلة الشحنة وبروتونات موجبة الشحنة فإنه من المتوقع ان تتنافر البروتونات مع بعضها البعض نتيجة لتشابه الشحنة وهذا لو حصل لخرجت البروتونات خارج النواة الا ان ذلك لا يحصل مما يعني ان البروتونات والنيترونات ترتبط فيما بينها داخل النواة بواسطة قوة تسمى القوى النووية. وطاقة القوى النووية هذه يمكن حسابها من خلال حساب الطاقة اللازمة لفصل تلك الجسيمات عن بعضها البعض وتحويلها إلى جسيمات متفردة وبالعكس. وعلى اية حال فقد تمكن العالم الشهير انيشتاين من وضع علاقة يمكن من خلالها حساب التحول المتبادل بين الكتلة والطاقة والتي تم تمثيلها بالمعادلة التالية:

الطاقة = الكتلة * (سرعة الضوء)2

وفي الواقع فإن هذا التحول يحدث بصورة مستمرة في الشمس حيث ان الهيدروجين الذي يمثل (72٪) من كتلة الشمس يتحول باستمرار إلى هيليوم وعناصر أخرى اثقل مع تحرر طاقة هائلة يصل إلى الأرض جزء يسير منها يكفي لاستمرار الحياة وتجددها.

٭ اليورانيوم: هو اثقل العناصر الموجودة في الطبيعة وهو مصدر هائل للطاقة المتجددة كما انه مصدر كبير للتدمير الشامل ايضاً. واليورانيوم الموجود في الطبيعة له ثلاثة نظائر جميعها مشعة ويشكل اليورانيوم (238) ما نسبته (99,28٪) من اليورانيوم الطبيعي، اما اليورانيوم (235) فإنه يشكل ما نسبته (0,715٪) من اليورانيوم الطبيعي أما اليورانيوم (234) فإنه يشكل ما نسبته (0,005٪) من اليورانيوم الطبيعي. وعلى العموم فإن اليورانيوم (235) هو المصدر الرئيسي للطاقة النووية في معظم المفاعلات العاملة في العالم، اما اليورانيوم (238) فإن اهميته تكمن في امكانية تحويله إلى البلوتونيوم (239). ومن ناحية أخرى فإن وفرة اليورانيوم في القشرة الأرضية اكبر من وفرة الذهب والفضة والزئبق. كما ان اليورانيوم لا يوجد في الطبيعة بشكل حر وانما يوجد على شكل املاح واكاسيد حيث ان من اهم مركباته مع الاكسجين ثاني اكسيد اليورانيوم وثالث اكسيد اليورانيوم.

٭ الانشطار النووي Fission:

الانشطار النووي هو ذلك التفاعل النووي الذي ينتج عنه انقسام نواة العنصر الثقيل مثل اليورانيوم إلى نواتين لعنصرين اخف يطلق عليهما نواتج الانشطار. ولقد وجد ان مجموع الكتلة الذرية لنواتج الانشطار اقل من الكتلة الذرية للعنصر الذي تم انشطاره. اما فرق الكتلة بينهما فإنه ينطلق على هيئة طاقة تسمى الطاقة النووية والتي سبق الحديث عنها.

والانشطار النووي ينقسم إلى قسمين: الاول يسمى انشطاراً نووياً تلقائياً وهو يحدث في الذرات التي يكون عددها الذري كبيراً. اما النوع الثاني فإنه يسمى الانشطار النووي المستحث وهذا يحدث تحت تأثير امتصاص النيترونات اولاً ثم حدوث الانشطار بعد ذلك وهو يحدث في المواد الانشطارية والمواد القابلة للانشطار.

ويعد اليورانيوم (235) هو النظير الانشطاري الوحيد المتوفر في الطبيعة اما اليورانيوم (238) فإنه يمتص النيترونات البطيئة ويتحول إلى اليورانيوم (239) الذي بدوره يمكن تحويله إلى البلوتونيوم (239). واهم النظائر الانشطارية المعروفة هي اليورانيوم (233)، واليورانيوم (235)، والبلوتونيوم (239) والبلوتونيوم (241). وبسبب ان عمر النصف لهذه النظائر طويل فإنها ملائمة لاستخدامها في مجال انتاج الطاقة والعمل كوقود نووي.

٭ المفاعلات النووية:

المفاعل النووي هو جهاز يسمح بحدوث تفاعل انشطاري تسلسلي يمكن التحكم به بطريقة يتم من خلالها انتاج الطاقة والنيترونات للاغراض البحثية أو انتاج النظائر والمواد الاساسية المستخدمة في المفاعل النووي والتي تشمل كلا من:

أ- الوقود النووي: وهو العامل الذي يكفل استمرار تفاعل الانشطار التسلسلي.

ب- الغلاف: وهو ذلك الجزء الذي يحيط باقراص أو قضبان الوقود وهو يعمل على منع انطلاق نواتج الانشطار المشعة إلى خارج المفاعل وبالتالي تلويث البيئة.

ج- المبرد: وهذا هو الجزء الذي يعمل على امتصاص الحرارة الناتجة من التفاعل النووي.

د- المهدىء: وهذا الجزء يعمل على تهدئة النيترونات وتبطئة سرعتها لتحسين امكانية حدوث التفاعل الانشطاري بالصورة المطلوبة.

ه- عناصر التحكم: وهذا الجزء يعمل على التحكم في معدل حدوث الانشطار التسلسلي من خلال التحكم في امتصاص النيترونات وهي العامل الذي يؤدي إلى عملية الانشطار بصورة متسلسلة.

اما انواع المفاعلات فإنها عديدة فالمفاعلات التي تستخدم في البحوث النيترونية وكذلك تلك التي تستخدم في انتاج النظائر فهي بسيطة في تصميمها.. اما تلك المستخدمة في انتاج الكهرباء فإنها معقدة وتسمى مفاعلات حرارية وهذه تشمل عدة انواع تصنيف حسب نوع المبرد المستخدم فمنها مفاعلات الماء المغلي ومفاعلات الماء المضغوط ومفاعلات الماء الثقيل المضغوط ومنها مفاعلات الماء الخفيف المهدء بالجرافيت ومنها المفاعلات المبردة بالغاز وغيرها من الانواع التي يضيق المكان عن ذكرها.

٭ تخصيب اليورانيوم:

اليورانيوم (235) هو النظير الانشطاري الوحيد من بين نظائر اليورانيوم المتواجدة في الطبيعة وتقدر نسبته كما سبق واشرنا ب (0,715٪) من اليورانيوم الطبيعي. وحيث ان اليورانيوم (235) يستخدم في عدد كبير من التطبيقات التي تحتاج إلى تراكيز عالية منه لذلك فإن تركيزه يجب ان يزاد إلى ان يصل إلى الحد المطلوب، وزيادة التركيز هذه هي ما يطلق عليه عملية التخصيب.

وعلى العموم فإن المفاعلات المختلفة تتطلب تراكيز يورانيوم (235) مختلفة تتراوح بين (1,1 - 4٪) اما في التفجيرات النووية فإن تركيز اليورانيوم (235) يجب ان يكون اعلى من (10٪). بينما اليورانيوم الذي يحتوي على تراكيز منخفضة جداً من يورانيوم (235) فهي عبارة عن نفايات نووية.

٭ الماء الثقيل:

لعنصر الهيدروجين ثلاثة نظائر هل الهيدروجين العادي وكتلته (1) والثاني يسمى الديتريوم وكتلته (2) وهما نظيران مستقران غير مشعين اما النظير الثالث فهو الترتيوم وكتلته (3) وهو مشع. ورمز الهيدروجين هو (H) ورمز الديتريوم هو (D) ورمز الترتيوم هو (T). وعلى اية حال فإن الماء الطبيعي يتكون من ذرتين من الهيدروجين وذرة اكسجين ويرمز له بالرمز (H2O). واذا حضرنا ماء من النظير الثاني وهو الديتريوم بدلاً من الهيدروجين فإننا سوف نحصل على (D2O) وهذا هو الذي يسمى الماء الثقيل وسمي بهذا الاسم لان هذا النوع من الماء اثقل من الماء الطبيعي. فلتر واحد من الماء الثقيل يزن 1,1 كجم بينما لتر الماء الطبيعي يزن 1 كجم فقط ليس هذا فحسب بل ان هناك اختلافات أخرى بين الماء الطبيعي والماء الثقيل مثل درجة التجمد والغليان. وعلى العموم فإن الماء الطبيعي يحتوي على نسب ضئيلة من الماء الثقيل تصل إلى (145) جزءا من المليوم (ppm). لذلك فإن تحضير الماء الثقيل أو زيادة تركيزه تعتبر عملية شاقة ومكلفة في نفس الوقت.

تحياتي لك

http://www.ksa-7be.com/up/up21/4d7d930e81.gif (http://www.ksa-7be.com/up)