ما هو تفاعل السلسلة النووية؟

يحدث تفاعل الانشطار النووي عندما يتم قصف ذرات عنصر غير مستقر بالنيوترونات ، مما يؤدي إلى تقسيم نواة كل ذرة إلى أجزاء أصغر. إذا أطلق انقسام كل نواة عدة نيوترونات عالية السرعة يمكنها بعد ذلك تقسيم المزيد من نوى العنصر ، يحدث تفاعل متسلسل. عندما تنفصل النيوترونات الإضافية عن المزيد من النوى ، يتم إطلاق المزيد من الطاقة ويمكن أن يؤدي التفاعل المتسلسل إلى انفجار مثل انفجار القنبلة النووية. إذا تم التحكم في التفاعل المتسلسل عن طريق إزالة بعض النيوترونات الزائدة ، فلا يزال يتم إطلاق الطاقة على شكل حرارة ، ولكن يمكن تجنب حدوث انفجار. التفاعل النووي المتسلسل هو واحد من ثلاثة أنواع من التفاعلات النووية التي لها خصائص مختلفة ويمكن استخدامها بطرق مختلفة.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

التفاعل النووي المتسلسل هو تفاعل انشطاري يطلق نيوترونات إضافية. تقسم النيوترونات ذرات إضافية تطلق المزيد من النيوترونات. مع زيادة عدد النيوترونات المنبعثة وعدد الذرات المنقسمة بشكل كبير ، يمكن أن ينتج عن انفجار نووي.

تخزن نواة الذرة الكثير من الطاقة التي يمكن أن تخدم أغراضًا مفيدة. الأنواع الثلاثة من التفاعلات النووية التي تستخدم الطاقة النووية هي الإشعاع والانشطار والاندماج. تستخدم أجهزة الأشعة السينية الطبية والصناعية الإشعاع المنبعث من العناصر المشعة لإنشاء صور للجسم أو في مواد الاختبار. تستخدم محطات الطاقة والأسلحة النووية الانشطار النووي لإنتاج الطاقة. يعمل الاندماج النووي على توليد الطاقة للشمس ، لكن العلماء لم يتمكنوا من إنشاء تفاعل اندماج نووي طويل المدى على الأرض على الرغم من استمرار الجهود. من بين هذه الأنواع الثلاثة من التفاعلات النووية ، فقط الانشطار يمكن أن يخلق تفاعلًا متسلسلًا.

إن مفتاح التفاعل المتسلسل النووي هو التأكد من أن التفاعل يولد نيوترونات إضافية وأن النيوترونات تقسم المزيد من الذرات. لأن عنصر اليورانيوم 235 ينتج عدة نيوترونات لكل ذرة انقسام ، فإن نظير اليورانيوم هذا يستخدم في مفاعلات الطاقة النووية وفي الأسلحة النووية.

يؤثر شكل وكتلة اليورانيوم على إمكانية حدوث تفاعل متسلسل. إذا كانت كتلة اليورانيوم صغيرة جدًا ، فإن الكثير من النيوترونات تنبعث خارج اليورانيوم وتضيع في التفاعل. إذا كان شكل اليورانيوم خاطئًا ، على سبيل المثال صفيحة مسطحة ، فسيتم فقد الكثير من النيوترونات أيضًا. الشكل المثالي هو كتلة صلبة كبيرة بما يكفي لبدء التفاعل المتسلسل. في هذه الحالة ، تصطدم النيوترونات الزائدة بذرات أخرى ، ويؤدي تأثير الضرب إلى تفاعل متسلسل.

الطريقة الوحيدة للتحكم في تفاعل نووي متسلسل أو إيقافه هي منع النيوترونات من تقسيم المزيد من الذرات. قضبان التحكم المصنوعة من عنصر يمتص النيوترونات مثل البورون تقلل من عدد النيوترونات الحرة وتخرجها من التفاعل. تستخدم هذه الطريقة للتحكم في كمية الطاقة التي ينتجها المفاعل ولضمان بقاء التفاعل النووي تحت السيطرة.

في محطة للطاقة النووية ، يتم رفع قضبان التحكم وخفضها في وقود اليورانيوم. عند إنزالها بالكامل ، تكون جميع القضبان محاطة بالوقود وتمتص معظم النيوترونات. في هذه الحالة ، يتوقف التفاعل المتسلسل. عندما يتم رفع القضبان ، يمتص القليل من كل قضيب النيوترونات ، وتزداد سرعة التفاعل المتسلسل. وبهذه الطريقة ، يمكن لمشغلي محطة الطاقة النووية التحكم في التفاعل التسلسلي النووي وإيقافه.

على الرغم من أن التفاعلات النووية المتسلسلة في محطات الطاقة حول العالم توفر كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية ، إلا أن محطات الطاقة النووية تواجه مشكلتين رئيسيتين. أولاً ، هناك دائمًا خطر ألا يعمل نظام التحكم القائم على قضبان التحكم بسبب الأعطال الفنية أو الخطأ البشري أو التخريب. في هذه الحالة يمكن أن يكون هناك انفجار أو إطلاق إشعاع. ثانيًا ، الوقود المستخدم مشع للغاية ويجب تخزينه بأمان على مدى آلاف السنين. هذه المشكلة لم تحل بعد ، ويبقى الوقود المستخدم في محطات الطاقة النووية المختلفة في معظم الحالات. نتيجة لذلك ، انخفضت الاستخدامات العملية للتفاعلات النووية المتسلسلة في العديد من البلدان ، بما في ذلك الولايات المتحدة.