"ما هي الطاقة النووية؟
الانشطار في محطات الطاقة النووية:
كيف تظهر الأيونات الثقيلة في الطبيعة؟
ما هي مصادر الإشعاع النيوتروني؟
ما هي الأجهزة المستخدمة في دراسات الانشطار النووي؟
ما هو الانشطار النووي؟

 

تشمل المنتجات الثانوية للانشطار النووي النيوترونات الحرة والفوتونات عادة في شكل أشعة جاما وشظايا نووية أخرى مثل جسيمات بيتا وجسيمات ألفا. انشطار العناصر الثقيلة هو تفاعل طارد للحرارة، ويمكن أن يطلق كميات كبيرة من الطاقة المفيدة كأشعة جاما وكطاقة حركية للشظايا (تسخين المادة السائبة حيث يحدث الانشطار)، ينتج الانشطار النووي طاقة للطاقة النووية ولإحداث انفجار للأسلحة النووية.

ما هي الطاقة النووية؟

 

الطاقة النووية هي عبارة عن الاستخدام الخاضع للرقابة للتفاعلات النووية (التي تقتصر حاليًا على الانشطار النووي والانحلال الإشعاعي) للقيام بعمل مفيد بما في ذلك الدفع والحرارة وتوليد الكهرباء، حيث يتم إنتاج الطاقة النووية عندما تتركز مادة انشطارية، مثل (235U)، بحيث يتم تسريع المعدل الطبيعي للانحلال الإشعاعي في تفاعل متسلسل متحكم به ويولد حرارة تُستخدم لغلي الماء وإنتاج البخار ودفع التوربينات البخارية. يمكن استخدام التوربين في الأعمال الميكانيكية وتوليد الكهرباء.

الانشطار في محطات الطاقة النووية:

 

 أحد التطبيقات الرئيسية للانشطار النووي هو إنتاج الكهرباء عبر محطات الطاقة النووية. يعد الانشطار النووي طريقة مفيدة لإنتاج الطاقة لمجموعة من الأسباب، حيث يتم استخدام المفاعلات النووية لتوليد الكهرباء باستخدام تفاعل الانشطار النووي. يتم تمرير الحرارة من الانشطار النووي إلى سائل عامل، والذي بدوره يمر عبر التوربينات البخارية. هذه إما تدفع مراوح السفينة أو تعمل على تدوير أعمدة المولدات الكهربائية.

 لا يمكن مناقشة محطات الطاقة النووية باستفاضة دون ذكر الحوادث النووية. وتعد حادثة تشيرنوبيل أشهر هذه الحوادث. حيث كانت محطة تشيرنوبيل للطاقة، التي تقع على بعد حوالي 80 كيلومترًا شمال كييف، أوكرانيا في الاتحاد السوفيتي السابق، من نوع RBMK-1000. في 26 أبريل 1986، وقع أسوأ حادث نووي في العالم في محطة تشيرنوبيل. أدى انفجار وحريق في المفاعل رقم 4 إلى نشاط إشعاعي في الغلاف الجوي. مع انخفاض التدفق، بدأ ماء التبريد في المفاعل في الغليان وتحول إلى بخار.

كيف تظهر الأيونات الثقيلة في الطبيعة؟

 

في الطبيعة، تظهر الأيونات الثقيلة السريعة في عمليات الانشطار النووي، وفي الإشعاع الكوني (تتناقص وفرة الجسيمات الثقيلة أضعافا مضاعفة مع الكتلة). يتكون إشعاع الجسيمات الكونية بشكل أساسي من البروتونات النشطة مع مساهمة صغيرة بما يقارب 1% من المقذوفات الثقيلة، مع العناصر التالية: الكربون والأكسجين والحديد والسيليكون باعتبارها أمثلة بارزة.

حيث أنّ طاقات هذه العناصر تغطي نظامًا واسعًا للغاية بحد أقصى حوالي 500-1000 MeV / u. على الرغم من وفرتها المنخفضة، يمكن للجسيمات الأثقل أن تلعب دورًا حاسمًا في تأثيرات الإشعاع لأنّها تحفز كثافة طاقة أعلى بكثير في الهدف مقارنةً بالبروتونات. وبالتالي، يجب تضمين الجسيمات الثقيلة في اعتبارات مخاطر الإشعاع للأقمار الصناعية والمركبات الفضائية والبشر في الفضاء.

يوجد اليوم في جميع أنحاء العالم حوالي 40.000 منشأة تسريع تنتج حزم أيونية في نظام الطاقة المنخفضة إلى المتوسطة (keV-MeV) والتي تُستخدم في العديد من التطبيقات المختلفة، مثل غرس الأيونات أو منشطات المواد لتصنيع الرقائق وتحليل الشعاع الأيوني (IBA ). لا تتوفر حزم الأيونات الثقيلة السريعة ذات طاقات (MeV-GeV)، إلا في عدد محدود من المسرعات وذلك لارتفاع تكاليف الإنشاء والتشغيل.

ما هي مصادر الإشعاع النيوتروني؟

 

يتم إنتاج النيوترونات الحرارية لاستخدامها لعمليات البحث بشكل تقليدي عن طريق الانشطار النووي في المفاعلات النووية التي تعمل عادة كمصادر نيوترونية مستمرة. هناك تطور حديث في إنتاج النيوترونات، وهو المصادر النبضية القائمة على المعجل، والتي تولد النيوترونات بطريقة مختلفة تمامًا، حيث يتم تسريع البروتونات إلى طاقات عالية وتوجيهها إلى هدف معدني.

 

ما هي الأجهزة المستخدمة في دراسات الانشطار النووي؟

 

تتصدر أجهزة الكشف عن أشباه الموصلات دورًا متزايد الأهمية في دراسات الانشطار النووي. تمت دراسة إنتاجية الانشطار الكلي، 104 توزيعات زاوية، 105-107 الطاقة الحركية الجزئية 108 وتوزيعات الكتلة 109-111 وانبعاث الجسيمات المشحونة بالضوء في الانشطار 110،112،113 باستخدام كاشفات الجسيمات شبه الموصلة.

حيث جعلت عملية التشغيل بلا نوافذ بشكل كبير ودقة الطاقة الجيدة هذه الكواشف ذات قيمة خاصة في مثل هذه التحقيقات؛ حيث كان صغر حجمها وعدم استجابتها لأشعة جاما أو النيوترونات منخفضة الطاقة مهمين أيضًا.

بالإضافة إلى ذلك، فإنّ أوقات ارتفاع النبضة القصيرة والإشارات الكبيرة التي يتم الحصول عليها من شظايا الانشطار تجعل هذه الكواشف مفيدة لقياسات وقت الطيران لسرعات الشظايا. تمّ بعد ذلك قياس أطياف طاقة الشظية المتزامنة باستخدام محلل ارتفاع النبضة ثنائي الأبعاد.

"