الانشطار والاندماج طريقتان لإطلاق الطاقة من النوى الذرية عبر التفاعل النووي. يكمن الاختلاف بينهما في العملية: تقوم إحداهما بخلط الذرات ذات النوى الأصغر معًا عن طريق دمجها بينما تقوم الأخرى بتقسيمها إلى نواتج انشطارية. في كلتا الحالتين ، كمية الطاقة المستخدمة كبيرة جدًا ، تزيد بملايين المرات عن مصادر الطاقة الأخرى ، لدرجة أن هذه العمليات النووية تحدث فقط في ظروف محددة.
ما هو الاندماج النووي؟
كفعل ، يكون المصهر مرادفًا لـ "comb" أو "blend". ويترتب على ذلك أنه في عملية الاندماج النووي ، نواتان خفيفتان تدمج لتشكيل نواة أثقل. على سبيل المثال ، يمكن أن تندمج ذرتان من الهيدروجين معًا لتكوين ديوتيريوم واحد.
طاقة عالية بشكل هائل ، عادة في شكل حرارة شديدة تخلق درجات حرارة عالية جدًا ، والضغط مطلوب لإقناع اثنين نوى موجبة بقوة تتنافر عادة في مساحة قريبة كافية لحدوث الاندماج ، وتطلق الطاقة النووية في عملية.
نتيجة لذلك ، تحدث هذه العملية فقط داخل النجوم مثل الشمس التي تحتوي على مفاعل اندماج طبيعي في قلبها. يمكن للإنسانية أن تخلق مؤقتًا الظروف للاندماج النووي ، على سبيل المثال باستخدام قنبلة هيدروجينية ، ولكن الحفاظ على درجات الحرارة المرتفعة اللازمة لرد فعل متحكم به ومستمر لاستخدامه كمصدر للطاقة لم يتم بعد ممكن.
ومع ذلك ، بمجرد أن يبدأ الاندماج النووي ، يمكن أن يستمر في الاكتفاء الذاتي تفاعل تسلسلي. وذلك لأن الذرات الأصغر التي تحتوي على كتل تصل إلى كتلة الحديد في الجدول الدوري تعطي طاقة أكبر عند اندماجها مما هو مطلوب لدمجها معًا (تفاعل طارد للحرارة). على هذا النحو ، فإن الاندماج النووي هو العملية التي من خلالها تطلق معظم النجوم الطاقة.
ما هو الانشطار النووي؟
الانشطار ، والذي يمكن تعريفه على أنه فعل تقسيم شيء ما إلى أجزاء ، هو عكس الانصهار.
في حالة الانشطار النووي ، تنقسم النواة الثقيلة إلى نوى أخف. يحدث الكسر عندما يصطدم النيوترون بنواة ثقيلة ، مما ينتج عنه نواتج ثانوية مشعة للغاية وغير مستقرة ، إلى جانب المزيد من النيوترونات ، التي تستمر في الانهيار في تفاعل تسلسلي نووي.
الطاقة المنبعثة من الانشطار النووي أكثر كفاءة بملايين المرات من تلك المنبعثة من حرق كتلة مكافئة من الفحم. على عكس تفاعلات الاندماج ، من السهل نسبيًا بدء تفاعلات الانشطار والتحكم فيها داخل المفاعلات النووية ، مما يجعلها مصدرًا واسع النطاق للطاقة.
أمثلة على الانشطار والاندماج
- المفاعلات النووية: عادة ما يستخدم المهندسون البلوتونيوم أو اليورانيوم لبدء تشغيل تفاعل الانشطار، والتحكم في المعدل بالماء وقضبان من مادة غير تفاعلية تمتص النيوترونات الحرة. تعمل الطاقة المنبعثة في تفاعلات الانشطار على تسخين الماء ، والبخار الناتج يحول التوربينات التي تولد الكهرباء للاستخدام البشري.
- قنابل ذرية: تفاعلات الانشطار النووي تحدث في القنابل الذرية. على عكس محطة الطاقة النووية ، لا يتم التحكم في التفاعل ، مما يسمح بتفاعل متسلسل سريع ينتج عنه طاقات لا تصدق يتم إطلاقها مرة واحدة. الطريقة الوحيدة التي يستطيع بها البشر على الأرض تهيئة الظروف اللازمة للاندماج ، درجة الحرارة المناسبة مع كتلة كافية محطمة معًا عند ضغط مرتفع بما يكفي ، هي عن طريق بدء الانشطار بقنبلة.
- الاضمحلال الإشعاعي: الانشطار النووي يحدث أيضًا في الاضمحلال الإشعاعي ، عندما يصدر عنصر ما تلقائيًا طاقة على شكل جسيمات. يعتمد نصف عمر الاضمحلال الإشعاعي ، أو الوقت اللازم لانهيار نصف النوى المشعة في العينة ، على الاستقرار الكلي للنواة. تخضع المواد المشعة التي تحدث بشكل طبيعي على الأرض باستمرار لتفاعلات الانشطار بهذه الطريقة.
- جوهر النجوم: تفاعلات الاندماج النووي تحدث بشكل طبيعي تحت درجة الحرارة الشديدة والضغط داخل النجم. هذا هو أساس معظم الطاقة التي تطلقها النجوم.
- الانصهار البارد: طريقة افتراضية للإنشاء الاندماج النووي في "درجات حرارة الغرفة" ، مما يجعلها مصدر طاقة قابل للتطبيق من صنع الإنسان ، لم يتم تطوير الاندماج البارد بنجاح.
