ماذا تعرف عن الفيزياء النوويّة ؟ 

                           (الجزء الثاني)

ماذا تعرف عن الفيزياء النوويّة ؟ .. (الجزء الثاني)

تكلّمنا في المقال السابق عن الفيزياء النوويّة وتعرّفنا على النظائر .

تدابير الوقاية وإجراءات السلامة في الطب النووي :

• تمتلك |الأشعة النووية| والذرية آثاراً ممرضة وقد تكون مميتة عند التعرض لها لفتراتٍ طويلةٍ أو بكمياتٍ كبيرة، كما أنها قد تسبب خللاً جينياً في |الجينات| الوراثية تظهر على شكل تشوّهات أو أمراضٍ وعاهاتٍ في الأجيال اللاحقة.
• تختلف أضرار الأشعة حسب قدرتها على النفاذ وذلك يعتمد على طاقتها فأشعة ألفا هي الأضعف ولا نحتاج للوقاية منها لأكثر من حاجز كرتوني بسماكة نصف سنتيمتر، بينما نحتاج لحاجز كرتوني بسماكة عدة سنتيمترات للوقاية من أشعة بيتا ذات الطاقة الأعلى، أما أشعة غاما فلا يمكن إيقافها إلا باستخدام حواجز من الرصاص، أما الأشعة المتسربة من المفاعلات النووية فهي عبارة عن نيوترونات بطيئة لا يمكن إيقافها إلا باستخدام حواجز من الكادميوم.

بناءً على ذلك فإن مجالات الأشعة الصادرة عن الأجهزة المستخدمة في الطب النووي كثيرة ومتنوعة، وهذا يفرض على كافة العاملين في هذا المجال إتباع دورات مكثَّفة حول طرق الوقاية من الاشعاع، كما يجب إعطاء تعليمات مفصّلة للمرضى الخاضعين للعلاج بالأشعة .

 ومن أهم التدابير والإجراءات الواجب إتباعها ما يلي :

1. تشغيل وإطفاء الأجهزة بالطرق الصحيحة الموصى بها من قبل الشركات الصانعة والمختصة.
2. الحرص على عدم وصول المواد المشعة إلى أيادٍ غير خبيرة ومدربة.
3.  يجب على العاملين في مجال الطب النووي ارتداء الألبسة المناسبة والواقية بما فيها الأحذية والقفازات والسترات ووضع الكمامة الخاصة والنظارة المناسبة على الأعين.
4. تخزين المواد المشعة في أماكن خاصة بعيدة عن تحركات الأشخاص وضمن حاويات ذات جدران مناسبة لمنع تسرب |الأشعة|.
5. تحضير الجرعات المشعة في غرف معزولة مخصّصة لذلك.
6. تغذية العاملين في مجال |الطب النووي| بأغذية خاصّة تساعدهم على تعويض الخلايا المتضررة من تعرضها للإشعاع.

مفاعلات الإنشطار النووي:

توجد أنواع عديدة لمفاعلات الانشطار النووي ولكنها تعمل جميعاً وفق نفس المبدأ، ومن أشهرها مفاعل الماء المضغوط الذي يتألف من:

• قلب المفاعل: وهو مجموعة من قضبان اليورانيوم التي تعتبر وقود المفاعل، ويتخللها مجموعة قضبان من الكادميوم الذي يمتص النيوترونات الحرارية الناتجة عن |التفاعلات النووية|، ويكون قلب المفاعل مملوءً بالماء الذي يخفف الحرارة فيحول النيوترونات السريعة إلى نيوترونات بطيئة تمتصها قضبان الكادميوم للتحكم بعدد التفاعلات الانشطارية المتسلسلة، كذلك يعمل الماء على نقل الحرارة عبر شبكة من الأنابيب تسمى أنابيب الدورة الأولية إلى المحرك البخاري، كما يعمل الماء على تبريد قلب المفاعل كي لا تصل حرارته إلى درجات خطرة.
• شبكة انابيب الدورة الثانوية: تحمل شبكة انابيب الدورة الثانوية الملتفة داخل حجرة المبادل الحراري طاقة حرارية هائلة تحت ضغط هائل لمنع الماء من الغليان وتقدم هذه |الحرارة| إلى الماء المحيط بها فتحوله إلى بخار يندفع بسرعة نحو المحرك البخاري الي يدور ليولد |الكهرباء|، ثم يندفع البخار إلى جهاز يسمى المكثف يبرده ويحوله مجدداً إلى ماء سائل يعود باستخدام مضخة إلى قلب المفاعل.

تابع معنا في المقال التالي ..

سليمان أبو طافش🔭

               ماذا تعرف عن الفيزياء النوويّة ؟ 

                            (الجزء الأوّل)

ماذا تعرف عن الفيزياء النوويّة ؟ .. (الجزء الأوّل)

ما هي الفيزياء النوويّة؟

• هي إحدى مجالات |الفيزياء| التي تُعنى بدراسة نوى الذرات ومكوناتها وطبيعة القوى والتفاعلات الحاصلة فيها.
• تتألف |النواة| كما نعلم من بروتونات ذات شحنة موجبة ونيوترونات عديمة الشحنة، ولكلٍ منهما كتلة متقاربة جداً.
• يسمّى عدد بروتونات النواة بالعدد الذري وهو يساوي عدد الإلكترونات السالبة ولذلك تكون |الذرّة| معتدلة كهربائيّاً، أما مجموع عددي البروتونات والنيوترونات فيسمّى بالعدد الكتلي.

حجم وشكل النواة :

• تمتلك معظم النوى شكل كروي تقريباً في حين يكون شكل بعض النوى مفلطحاً أكثر، ولذلك يمكن قياس حجم النواة لأي ذرة عند معرفة نصف قطرها، ويمكن معرفة نصف قطر النواة عند معرفة نصف قطر النيوكلون (بروتون أو نيوترون) ومعرفة عدد النيوكلونات في النواة، ولكن الحقيقة أن جميع تلك القياسات والحسابات تقريبية ولا يمكن حتى الآن تحديد أبعاد |النواة| بدقة.

القوى النووية :

• بما أن النواة تتكون من جسيمات دقيقة لها نفس الشحنة فمن الطبيعي أن تتنافر تلك الجسيمات فتبتعد عن بعضها مسببةً انهيار النواة و بالتالي انهيار الذرة وانهيار المادة وانهيار كل ما نعرفه في هذا |الكون|، ولكن بما أن جميع مكونات النواة تبقى متماسكة ولا تتباعد فإن ذلك يعني وجود قوة تعاكس قوة التنافر الكهربائي و تتفوق عليها لكي تحفظ تماسك النواة وهذه القوة تسمى بالقوة النووية، وقد تبين بأن القوة النووية بين أي جسيمين داخل النواة (نيوكلونين) تعادل قوة ثقل كتلة مقدارها 4 كيلوغرام وهي قوة هائلة جداً لأنها تطبق على كتل متناهية في الصغر.

تتميّز القوى النووية بالخصائص التالية:

1. مداها قصير جداُ لا يتجاوز جزءً واحداً من مئة تريليون جزء.
2. لا علاقة لها بنوع النيوكلون.
3. تكون قوى تجاذبية عند مسافة محددة بين النيوكلونين وتصبح تنافرية عندما تنقص تلك المسافة، فكأنها تتحوّل بين جذبٍ وطردٍ لكي تبقى محافظةً على المسافة بين النيوكلونات.

ما هي النظائر :

• اعتقد العلماء لفترةٍ طويلة بأن جميع ذرات العنصر نفسه لها نفس الكتلة ونفس الخصائص الفيزيائية، ولكن بعد إكتشاف النشاط الاشعاعي في نهاية القرن التاسع عشر تم الحصول على نتائج تجريبية تُثبت بأن ذرات العنصر الواحد ليست بالضرورة متماثلة بالكتلة والخواص الفيزيائيّة ولكنها متماثلة حتماً بالخواص الكيميائيّة فهي تمتلك نفس العدد الذري ولكنها قد تختلف بالعدد الكتلي بمعنى ان عدد النيوترونات لذرات نفس العنصر ليست متساوية بالضرورة، ولذلك أطلق العلماء على العناصر التي لها نفس العدد الذري وتختلف بالعدد الكتلي إسم |النظائر|.

ما هي إستخدامات النظائر؟

• يمكن إستخدام الاشعاع الصادر عن النظائر المشعة لدراسة الجسم البشري والكشف عن المناطق المصابة بأورام أو تمزقات أو |كسور|، كما يستخدم ذلك الاشعاع في قتل |الخلايا السرطانيّة| التي تكون عادةً أضعف من |الخلايا| الطبيعية فعند تعريض المنطقة المصابة إلى جرعة بسيطة من الأشعة فإن الخلايا السرطانيّة ستموت دون أن تتأذى الخلايا السليمة.
• كذلك يمكن إستخدام بعض أنواع الأشعة في تسكين الآلام الحادة مثل |آلام المفاصل| والآلام اللاحقة للعمليات الجراحية وغيرها.

تابع معنا في المقال التالي ..

 سليمان أبو طافش🔭

                ماذا تعرف عن الفيزياء النوويّة ؟ 

                           (الجزء الثالث)

ماذا تعرف عن الفيزياء النوويّة ؟ .. (الجزء الثالث)

 تكلّمنا في المقال السابق عن تدابير الوقاية في |الطب النووي| وعن مفاعلات الإنشاطر النووي , سنتابع الحديث في هذا المقال عن تخصيب اليورانيوم

ما المقصود بتخصيب اليورانيوم؟

• يتكون |اليورانيوم| الموجود في الطبيعة من خليط من ثلاثة نظائر هي اليورانيوم 235 بنسبة 0.7% واليورانيوم 234 بنسبة مهملة و الباقي من اليورانيوم 238، ولكن اليورانيوم 235 هو المستخدم في مفاعلات الانشطار ولكن بما أن نسبته ضئيلة في اليورانيوم الطبيعي فهو غير صالح للإستخدام كوقود نووي ولذلك يجب رفع نسبته بحيث لا تقل عن 5% لكي يصبح صالحاً للاستخدام كوقود وعملية رفع النسبة هذه هي ما تسمى بالتخصيب، ويسمى اليورانيوم عندئذٍ باليورانيوم منخفض التخصيب.
• أما اليورانيوم المستخدم في القنابل الإنشطارية فتصل نسبت تخصيبه إلى 20% و يسمى اليورانيوم عالي التخصيب، ولذلك نجد وكالة |الطاقة| الذرية تتأكد من نسبة تخصيب اليورانيوم في أي دولة كي تضمن عدم إمكانية حصولها على الأسلحة النووية.
  

كيف تتم عملية تخصيب اليورانيوم؟

• يجب أولاً سحق اليورانيوم ومزجه مع غاز الفلور لتحويله إلى غاز سادس فلوريد اليورانيوم، ثم يوضع في أسطوانة تدور بسرعات عالية جداً ما يجعل جزيئات الغاز التي تحوي اليورانيوم 238 بعيدة أكثر عن مركز الدوران لأن كتلتها أكبر ما يسمح باستبعادها خارج الأسطوانة فتقل نسبة اليورانيوم 238 وترتفع نسبة اليورانيوم 235، ثم تتكرر تلك العملية حتى يتم الحصول على النسبة المطلوبة من اليورانيوم المخصب.
• تسمى الأجهزة المستخدمة في عملية تخصيب اليورانيوم بأجهزة الطرد المركزي، كما يسمى اليورانيوم المستبعد في عملية التخصيب باليورانيوم المنضّب.

تشغيل مفاعل الإنشطار النووي :

• بعد تخصيب اليورانيوم يتم تشكيله على شكل قضبان أو كرات توضع في قلب المفاعل النووي وعند تشغيله يتم ضخ بعض النظائر الخفيفة مثل |الليثيوم| 6 التي تصدر نيوترونات ذات طاقة عالية تحت تأثير أشعة الفا التي تصدرها نوى اليورانيوم، ثم تقوم نوى اليورانيوم بامتصاص تلك النيوترونات التي تؤدي إلى انشطار تلك النوى ما يولد المزيد من النيوترونات السريعة التي يتم إبطاؤها بواسطة الماء ما يجعلها نيوترونات بطيئة تبقى داخل نواة اليورانيوم زمناً كافياً لكي تنشطر وهكذا تتكرر العملية ضمن ما يسمى التفاعل المتسلسل، ولكن كي لا يخرج عدد التفاعلات عن السيطرة ما قد يسبب إنفجار المفاعل بلا بد من التحكم بعدد تلك التفاعلات ويتم ذلك بواسطة قضبان الكادميوم 113 التي تمتص النيوترونات الزائدة وتبقي التفاعلات تحت السيطرة.
• يستمّر المفاعل النووي بالعمل حتى تنخفض نسبة اليورانيوم 235 في الوقود المخصب إلى أقل من 1% فيتم عندها استبدال قضبان الوقود بأخرى جديدة، أما قضبان اليورانيوم المستبعدة من المفاعل فهي ما يسمى بالنفايات النووية التي تشكل مشكلةً خطيرةً يجب التخلّص منها بدفنها تحت الأرض على أعماقٍ كبيرة لأنها تبقى مشعة وأشعتها مؤذية لجميع أشكال الحياة لزمنٍ طويل.

إذا اعجبك المقال فشاركه مع أصدقائك.

 سليمان أبو طافش🔭