[الفيزيائي المسلم]

الانشطار Fission (القنبلة الذرية(A-Bomb)) والاندماج Fusion (القنبلة الهيدروجينية (H-Bomb))
هناك نوعين من الانجارات الذرية يمكن أن إنجازها بواسطة اليورانيوم 235 "U-235" وهي الانشطار والاندماج
.الانشطار ببساطة هو التفاعل النووي الذي فيه تنقسم نواة الذرة إلى شظايا، وعادة تكون إثنتين ذات كتل متساوية، مع نشوء حوالي 100 مليون إلى عدة مئات من ملايين فولتات الطاقة. هذه الطاقة تنقذف متفجرة وبعنف شديد في القنبلة الذرية.
الإندماج هو تفاعل يبدأ بثبات بتفاعل إنشطاري، ولكن بخلاف الإنشطار الذري فإن الإندماج (القنبلة الهيدروجينية) تستمد قوتها من اندماج أنوية النظائر المختلفة للهيدروجين لتكوين نواة هيليوم. وكون القنبلة في هذا القسم هي بالتحديد ذرية، فإن المكونات الأخرى من القنبلة الهيدروجينية ستكون موضوعة جانبا في هذا الوقت.
إن القوة الهائلة خلف التفاعل في القنبلة الذرية ينتج من القوى التي تجعل الذرة متماسكة مع بعضها. هذه القوى مماثلة ولكن ليست تماما للمغناطيسية.
الذرات تتألف من ثلاث أجزاء أقل. البروتونات وكلستر النيوترونات معا تكونان النواة (الكتلة المركزية) الخاصة بالذرة، بينما الإلكترونات تدور حول النواة، وهي تشبة في ذلك الكواكب حول الشمس. إن هذه المكونات هي التي تحدد الثبات في الذرة.
إن معظم عناصر الطبيعة لها ذرات ذات ثبات كبير، وبالتالي فإنه من المستحيل أن تنقسم إلا بواسطة قصفها بواسطة الجزيئات الحافزة. ولجميع الأغراض العملية، فإن العنصر الحقيقي الذي يمكن لذرته أن تنشطر بتساو وسهولة هو معدن اليورانيوم.
ذرات اليورانيوم على غير العادة كبيرة الحجم، ولهذا السبب فإن من الصعب عليها أن تبقى معا بثبات. وها يجعل اليورانيوم 235 هو الشئء المناسب تماما للإنشطار النووي.
اليورانيوم معدن ثقيل وهو أثقل من الذهب، وليس فقط له أكبر الذرات حجما منأي معدن طبيعي آخر، فأيضا الذرات التي يتكون منها اليورانيوم بها نيوترونات أكثر بكثير من البروتونات. وهذا لا يحفز قدرتها للإنشطار ولكن يعطيها احتمالا أكثر أهمية في قدرتها لتسهيل الإنفجار.
هناك نظيرين لليورانيوم. إن اليورانيوم الطبيعي يتكون غالبا من النظير 238، والذي به 92 بروتون و146 نيوترون "92+146=238". وتجد ممزوجا مع هذا النظير نسبة 0،6% من اليورانيوم نوع نظير 235، والمحتوي فقط على 143 نيوترونا. هذا النظير، بخلاف اليورانيوم 238 له ذرات يمكن أن تنشطر، ولهذا يطلق عليه مصطلح قابل للإنشطار، ومفيد في صنع القنابل الذرية. وحيث أن اليورانيوم U-238 هو ذو النيوترون الثقيل، فإن ذلك يعكس النيوترونات بدلا أن يمتصها مثل ما يفعل أخيه النظير U-235.
اليورانيوم من نوع U-238لا يخدم أي عمل في مهمات التفاعل الذري، ولكن خصائصه تجعله يزودنا بغلاف واقي ممتاز لليورانيوم U-235وذلك عند إنشاء القنبلة كعاكس للنيوترونات. وهذا يساعد في الوقاية من تصادف حدوث سلسلة تفاعل بين اليورانيوم 235 ذو الكتلة الأكبر ورصاصتها المتممة لها داخل القنبلة. لاحظ أيضا أنه بينما اليورانيوم 238 لا يخدم التفاعل المتسلسل، فإنه يمكن أن يكون المادة المشبعة بالنيوترونات لإنتاج البلوتونيوم (Pu-239). والبلوتونيوم مادة قابلة للإنشطار ويمكن أن تستعمل في مكان اليورانيوم 235 (وإن يكن مع نوع آخر من المفجرات) في القنبلة الذرية.
إن كل من نوعي اليورانيوم مشع بطبيعته. وذراتهما الثقيلة تتحلل على مدى فترة زمنية. وإذا ما أعطيا فترة كافية من الزمن ( أكثر بكثير
جدا من مئات الألوف من السنين) فإن اليورانيوم في الواقع يفقد أجزاء كثيرة منه للدرجة أنه سيتحول إلى معدن آخر هو الرصاص. ومع ذلك فإن عملية الإنحلال يمكن تسريعها بالعملية المعروفة بإسم التفاعل التسلسلي chain reaction. الذرات تجبر على الإنشطار بواسطة النيوترونات التي تأخذ طريقها بقوة إلى النواة. إن ذرة اليورانيوم 235 تكون غير مستقرة لدرجة أن صدمة من نيوترون واحد كاف لأن يقسمها وبالتالي يتسبب في حدوث التفاعل المتسلسل (بسبب تحرر نيوترونات أكثر). وهذا يمكن أن يحدث حتى عندما (نسبيا أقل) تتواجد كتل حرجة.
عندما يحدث هذا التفاعل المتسلسل، فإن ذرة اليورانيوم تنشطر إلى ذرتين أصغر من عناصر مختلفة مثل الباريوم والكريبتون.
عندما تنقسم ذرة اليورانيوم 235، فإنه ينتج عنها طاقة بشكل حرارة وإشعاع من نوع جاما، والذي يعتبر هو أقوى شكل من أشكال الإشعاع وأكثرها إماتة. وعندما يحدث هذا التفاعل، ف‘ن الذرة المنقسمة ستعطي أيضا أثنين أو ثلاثة من نيوتروناتها "الزائدة"، والتي لا يحتاج إليها لعمل الباريوم أو الكريبتون. هذه النيوترونات الزائدة تطير خارجا بقوة كافية كي تشطر ذرات أخرى تصادفها في طريقها. (أنظر إلى الرسم في الأسفل). ونظريا فإنه من الضروري القيام بشطر ذرة يورانيوم واحدة كي تقوم النيوترونات المنفصلة منها بشطر الذرات الأخرى، والتي هي بالتالي تخرج منها نيوترونات لشطر ذرات أخرى وهكذا. إن هذه المتوالية لا تتم في الواقع حسابيا ولكن بتوال هندسي. إن كل هذا سيحدث خلال جزء من مليون من الثانية.
إن أقل كمية كي تبدا التفاعل المتسلسل كما تم وصفه يعرف بالكتلة الحرجة العظمى SuperCritical Mass. والكتلة الفعلية التي يحتاج إليها لتسهيل هذا التفاعل المتسلسل تعتمد على نقاوة المادة، ولكن بالنسبة لليورانيوم 235 النقي فإن هناك حاجة لخمسون كيلوجراما، ولكن لأنه لا يوجد يورانيوم نقي للغاية ولهذا ففي الواقع هناك حاجة لكمية أكبر.
تقنية الاندماج النووي: بوابة جديدة لاستخلاص الطاقة النظيفة

Großansicht des Bildes mit der Bildunterschrift: نموذج لمفاعل الإندماج النووي

ثورة علمية جديدة في ميدان استخلاص الطاقة البديلة يدشن لها انطلاق مشروع إنشاء المفاعل النووي الإختباري "ايتر" جنوب فرنسا. مشروع طموح لإنتاج طاقة نظيفة تقوم على أسس علمية جديدة قد تحل مشاكل الطاقة في القرون المقبلة.

قدم العلماء منذ منتصف القرن الماضي حلولا علمية لتلبية الحاجة المتزايدة آنذاك للطاقة، من ضمنها الإنشطار النووي كوسيلة أنجع لاستخلاص الطاقة الكهربائية. ومع تزايد الحاجة الماسة في الظرف الراهن للطاقة وسعي الدول الصناعية لتأمين الموارد الطاقية، التي تعتمد عليها في التصنيع وفي النمو الاقتصادي عامة، عرض العلماء خيارات علمية أقرب إلى الخيال العلمي لكنها قد تكون الحل النهائي لمشكل الطاقة والتلوث البيئي في سائر المعمور. وفي هذا الصدد تم التوصل مؤخراً في موسكو إلى اتفاق بقضي باختيار فرنسا لاستضافة مفاعل دولي للاندماج النووي، وذلك بعد توصل الشركاء الستة الممولون لبرنامج تطوير تقنية الاندماج النووي لحلول الخلافات العالقة بينهم، يذكر أن تكلفة المشروع تبلغ تكلفته 10 مليار يورو. وسيبدأ بحلول هذا العام بناء مفاعل الإختباري يدعى "ايتر" في منطقة "كاداراش" قرب مدينة مارسيل جنوب فرنسا. ويُجسد برنامج "ايتر" مشروعا طموحا للبحث العلمي والإستراتيجي لإنتاج طاقة نظيفة وغير محدودة كبديل للطاقة المفاعلات النووية التي تحول الهيدروجين إلى طاقة كهربائية.

تكنولوجيا "ايتر"

يطمح الالتحام النووي الحراري المراقب إلى إنتاج طاقة تُحاكي ما يحصل في قلب الشمس على عكس تقنية الانشطار النووي المستخدم في المفاعلات النووية لإنتاج الطاقة. ويأتي ذلك حيث توصل العلماء إلى تحقيق التحام بين نواة ذرتي دوتيريوم(النظير المشع للأوكسجين) لتوليد التيريتيوم(النظير المشع للهيدروجين) وتأمين انبعاث كمية كبيرة من الطاقة. ومن المرتقب أن توفير هذه العملية الفيزيوكميائية طاقة تكاد تكون غير محدودة ولا تُؤدي إلى أي نوع من التلوث. وسيتم إنتاج هذه الطاقة في درجات حرارية تفوق درجة مركز الشمس بكثير. وعلى عكس المفاعلات النووية العادية، التي تعتمد على الانشطار النووي لاستخلاص الطاقة، لا تحتاج المفاعلات الجديدة إلى اليورانيوم أو البلوتونيوم. الشيء الذي يقلل مخاطر التلوث الإشعاعي. إضافة إلى ذلك لن تكون المفاعلات الجديدة صالحة لاستخدامها في صنع القنابل النووية. وستقلل هذه التقنية الجديدة من الاستنزاف المتزايد للثروات المعدنية والطبيعية، علما أن ذرات الديوتيريوم التي تُعتمد في هذه العملية يمكن اشتقاقها بوفرة من مياه البحر وستوفر كميات ضخمة من الطاقة البديلة، فالكيلوجرام من الوقود الناتج عن الاندماج النووي سيُعادل نفس كمية الطاقة الناتجة عن 10 ملايين كيلوجرام من الوقود العادي.

تحفظات تجاه تقنية الاندماج النووي

تقوم فكرة عمل المفاعل "ايتر"، والذي يعني "انترناشيونال ترمونوكليار أكسبيريمانتل رياكتور"، على دمج ذرتين، الأولى هي ديوتيريوم التي تتوافر بكميات في مياه البحر، والأخرى هي التريتيوم غير المتوافرة على الأرض ويُزمع انتاجها من الليثيوم. ومن خلال عملية الدمج سيتم الحصول على الهيليوم وعلى نيوترونات ذات طاقة كبيرة يجب حصرها في ما بعد لتحويلها إلى حرارة لإنتاج البخار أو الغاز المرتفع الحرارة. ثم يجب تخزين كل هذا في توربينة للتوصل في النهاية إلى إنتاج الكهرباء.

لكن بعض العلماء حذروا من تلك التجارب نظرا لمخاطر المفاعل الجديد. فقد يؤدي خلل أو حادثة، على حد قول العلماء المعارضين للمشروع، إلى حدوث كارثة حقيقية يصعب التنبؤ بأبعادها. فمفاعلاً من النوع "ايتر" سوف يُنتج نيوترونات أقوى بعشر مرات من تلك التي تنتجها المفاعلات الانشطارية، وهي بالتالي سوف تضعف جدران المفاعل وتفتك بها بسرعة بما يُوجب استبدالها بشكل منتظم. والحال أن تأثير النيوترونات على المعدن سوف يُحول هذا الأخير بدوره الى مادة مشعة. كما أن عملية استبدال جدران المفاعل التي تتم كل خمس سنوات ستؤدي إلى انطلاق كمية كبيرة من الإشعاعات من الحوائط التالفة تبلغ قوتها حجم تلك الموجودة في جوف المفاعلات الانشطارية الحالية. غير أن البحث يتم بكل عناية من أجل العثور على وسائل الوقاية من أخطار انتشار الإشعاعات خاصة تلك التي يجسدها التريتيوم وهو العنصر يدخل بنسب صغيرة في القنابل الذرية "الحديثة".
التكلفة الباهظة
Bildunterschrift: Großansicht des Bildes mit der Bildunterschrift: مفاعل نووي يأتي برنامج "ايتر" ليلبي الرغبة الملحة إلى تطوير مصادر الطاقة إذ تُعتبر هذه الأخيرة عاملا أساسيا بالنسبة لاقتصاد البلدان الصناعية خاصة منها اليابان والإتحاد الأوربي والولايات المتحدة الأمريكية. ويعتبر الاندماج النووي الذي ينتج فقط مقدارا ضئيلا من النفايات المشعة، البديل الواعد الذي بوسعه أن يحل بشكل نهائي أو تقريبي، ولمدة قرون إن لم يكن بشكل نهائي، مشاكل الطاقة المتفاقمة. ولعل ما يبرر تخصيص إعتمادات مالية ضخمة لتغطية تكاليف بناء المفاعل وتمويل مراكز البحث العلمي التابعة له هو الحاجة الماسة إلى تأمين موارد الطاقة التي قرب استنزافها. علما أن كسب الطاقة عبر الالتحام النووي الحراري المراقب لم يجتز بعد المراحل اللازمة لإثبات إمكانية التحقيق والتنفيذ الصناعي. ويرى بعض المراقبين أن مشروع "ايتر" ما هو إلا نقطة في بحر طالما أنه في فسحة زمنية تمتد ما بين 30 و100 عام، بحسب التكنولوجيات المقترحة، ريثما يتم التوصل إلى إنتاج فعلي لهذه الطاقة بما يُلبي الحاجيات ويُبرر النفقات الباهظة.