الطاقة النووية: الانشطار والاندماج النوويان – العلوم الفيزيائية — السنة الثالثة ثانوي (شعبة علوم تجريبية) — المنهاج الجزائري

الطاقة النووية: الانشطار والاندماج النوويان

الطاقة النووية (Nuclear Energy) هي الطاقة المخزنة في نواة الذرة، وتحرر عند تغير بنية النواة. هناك طريقتان رئيسيتان لتوليد الطاقة النووية: الانشطار النووي (تقسيم نواة ثقيلة) والاندماج النووي (دمج نواتين خفيفتين). تستخدم الطاقة النووية في توليد الكهرباء والأغراض الطبية والعسكرية.

النشاط الإشعاعي (Radioactivity)

انبعاث تلقائي لجسيمات أو طاقة من نواة غير مستقرة. أنواع الإشعاع:
جسيمات α (ألفا): نواة هيليوم (بروتونان + نيوترونان)، قادرة على تأين الهواء لكن يوقفها الورق.
جسيمات β (بيتا): إلكترونات سريعة، تخترق الورق لكن يوقفها الألمنيوم.
أشعة γ (غاما): موجات كهرومغناطيسية عالية الطاقة، تخترق الرصاص والخرسانة.

الانشطار النووي (Nuclear Fission)

انشطار نواة ثقيلة (مثل اليورانيوم-235) إلى نواتين أصغر عند امتصاص نيوترون، مع تحرير طاقة كبيرة ونيوترونات إضافية.
¹²³⁵U + n → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + 3n + طاقة
التفاعل المتسلسل (Chain Reaction): النيوترونات المحررة من انشطار نواة تسبب انشطار نوى أخرى.
المفاعل النووي: يتحكم في التفاعل المتسلسل لإنتاج حرارة تستخدم لتوليد البخار وتدوير التوربينات لإنتاج الكهرباء.
القنبلة الذرية: تفاعل متسلسل غير مضبوط يحرر طاقة هائلة فجأة.

الاندماج النووي (Nuclear Fusion)

دمج نواتين خفيفتين (مثل الديوتيريوم والتريتيوم، نظائر الهيدروجين) لتكوين نواة أثقل (الهيليوم) مع تحرير طاقة هائلة.
²H + ³H → ⁴He + n + طاقة
يحتاج الاندماج إلى درجات حرارة عالية جداً (ملايين الدرجات) وضغط هائل. يحدث في النجوم (الشمس).
المفاعل النووي الاندماجي: لا يزال قيد التطوير (مشروع ITER). يوفر طاقة نظيفة لا نهائية تقريباً.

تطبيقات الطاقة النووية

• توليد الكهرباء: محطات طاقة نووية توفر 10-15% من كهرباء العالم.
• الطب: العلاج الإشعاعي للسرطان، التصوير الطبي (PET, Gamma Camera).
• الصناعة: كشف العيوب في المواد، تعقيم الأجهزة الطبية.
• الزراعة: تحسين المحاصيل بالطفرات الإشعاعية.

تمارين

1. قارن بين الانشطار النووي والاندماج النووي من حيث الوقود وظروف التفاعل والطاقة المحررة.
2. اشرح مفهوم التفاعل المتسلسل وكيف يتم التحكم به في المفاعلات النووية.
3. ما الفرق بين الإشعاعات α و β و γ من حيث التغلغل والتأين؟
4. اذكر مزايا وعيوب الطاقة النووية مقارنة بالطاقة الأحفورية.

للمزيد من الدروس العلمية، راجع درس البيئة المائية: الكائنات الحية في الماء، كما يمكنك الاطلاع على التلوث وأنواعه وتأثيره على الصحة والبيئة.