الفيزياء النووية — الانشطار النووي والاندماج النووي والمفاعلات — المستوى الجامعي

مقدمة في الفيزياء النووية

الفيزياء النووية (Nuclear Physics) هي فرع من الفيزياء يدرس نواة الذرة ومكوناتها وتفاعلاتها. تتعامل الفيزياء النووية مع القوى التي تربط البروتونات والنيوترونات معا داخل النواة، وعمليات الانشطار والاندماج النووي، والنشاط الإشعاعي.

بنية النواة الذرية

تتكون النواة من بروتونات (شحنة موجبة) ونيوترونات (شحنة متعادلة)، ويطلق عليهما معا اسم النيوكليونات (Nucleons). ترتبط النيوكليونات بقوة نووية قوية (Strong Nuclear Force) تتغلب على التنافر الكهروستاتيكي بين البروتونات. العدد الذري (Z) هو عدد البروتونات، والعدد الكتلي (A) هو مجموع البروتونات والنيوترونات.

النشاط الإشعاعي

اضمحلال ألفا: انبعاث جسيم ألفا (نواة هيليوم-4). اضمحلال بيتا: تحول نيوترون إلى بروتون مع انبعاث إلكترون ومضاد نيوترينو. اضمحلال غاما: انبعاث فوتون عالي الطاقة من نواة مثارة. عمر النصف (Half-life) هو الزمن اللازم لاضمحلال نصف كمية العينة.

الانشطار النووي (Nuclear Fission)

انشطار نواة ثقيلة (مثل اليورانيوم-235) إلى نواتين أصغر عند امتصاص نيوترون، مع انبعاث طاقة هائلة ونيوترونات إضافية تسبب تفاعلا متسلسلا. يستخدم في محطات الطاقة النووية لتوليد الكهرباء وفي الأسلحة النووية.

الاندماج النووي (Nuclear Fusion)

اندماج نواتين خفيفتين (مثل نظائر الهيدروجين) لتكوين نواة أثقل مع انبعاث طاقة هائلة. هو مصدر طاقة الشمس والنجوم. يتطلب درجات حرارة عالية جدا (ملايين الدرجات) للتغلب على التنافر الكهروستاتيكي. الأبحاث جارية لتطوير مفاعلات الاندماج التجارية (مثل ITER).

تطبيقات الفيزياء النووية

الطب النووي: التشخيص (PET Scan) والعلاج الإشعاعي للسرطان. توليد الطاقة: محطات الطاقة النووية. التأريخ الإشعاعي: تقدير عمر الآثار باستخدام الكربون-14. التطبيقات الصناعية: قياس السماكة والكشف عن العيوب.

الخلاصة

الفيزياء النووية علم أساسي لفهم الكون وتوليد الطاقة وتطبيقات طبية وصناعية حيوية، مع ضرورة مراعاة اعتبارات الأمان والإشعاع.

للاستزادة، راجع الفيزياء الحديثة: النسبية الخاصة، ودرس الفيزياء الطبية: تطبيقات في التشخيص والعلاج.