العلوم الفيزيائية – التفاعلات النووية: الانشطار والاندماج النووي (Fission et Fusion Nucléaires) – الثالثة ثانوي – بكالوريا

العلوم الفيزيائية – التفاعلات النووية: الانشطار والاندماج النووي (Fission et Fusion Nucléaires) – الثالثة ثانوي – بكالوريا

مقدمة

التفاعلات النووية هي عمليات تحول نوى الذرات عن طريق اصطدامها بجسيمات أخرى (نيوترونات، بروتونات، جسيمات ألفا) أو ببعضها البعض. هناك نوعان رئيسيان من التفاعلات النووية المنتجة للطاقة: الانشطار النووي (Fission) والاندماج النووي (Fusion). في هذا الدرس، سنتعرف على هذين النوعين، معادلاتهما، تطبيقاتهما، مع أمثلة بكالوريا محلولة.

1 – الانشطار النووي (Fission Nucléaire)

الانشطار النووي هو انقسام نواة ثقيلة (مثل اليورانيوم 235 أو البلوتونيوم 239) إلى نواتين متوسطتين عند اصطدامها بنيوترون، مع تحرير نيوترونات إضافية وطاقة هائلة. نواة اليورانيوم 235 تمتص نيوترونا وتنشطر إلى نواتين أصغر حجما (مثل الباريوم والكريبتون) مع تحرير 2-3 نيوترونات وطاقة حوالي 200MeV.

مثال: 235U + n -> 141Ba + 92Kr + 3n + Energy. تفقد الكتلة (défaut de masse) تتحول إلى طاقة حسب E=mc2.

التفاعل التسلسلي (Réaction en chaîne): النيوترونات المتحررة في انشطار واحد يمكنها إحداث انشطارات أخرى، مما يؤدي إلى تفاعل تسلسلي. إذا تم التحكم في التفاعل (بامتصاص بعض النيوترونات)، نحصل على مفاعل نووي. إذا كان التفاعل غير مسيطر عليه، نحصل على انفجار نووي.

2 – الاندماج النووي (Fusion Nucléaire)

الاندماج النووي هو اتحاد نواتين خفيفتين (مثل نظائر الهيدروجين) لتكوين نواة أثقل (مثل الهيليوم) مع تحرير طاقة هائلة. يحدث الاندماج في الشمس والنجوم، حيث تندمج نوى الهيدروجين لتكوين الهيليوم.

مثال: 2H + 3H -> 4He + n + 17.6MeV. يتطلب الاندماج درجات حرارة عالية جدا (ملايين الدرجات) للتغلب على التنافر الكهربائي بين النوى.

المقارنة بين الانشطار والاندماج

• الانشطار: انقسام نواة ثقيلة، ينتج نفايات مشعة، درجة حرارة أقل، يستخدم في محطات الطاقة النووية الحالية.
• الاندماج: اتحاد نوى خفيفة، نفايات أقل خطورة (هيليوم)، يحتاج حرارة عالية جدا، لا يزال قيد التطوير (مشروع ITER).
• طاقة الاندماج لكل كيلوجرام أكبر من طاقة الانشطار.
• الوقود في الاندماج (الهيدروجين) متوفر بكثرة في مياه البحر.

التطبيقات

• محطات الطاقة النووية (الانشطار).
• القنابل الذرية (الانشطار) والقنابل الهيدروجينية (الاندماج).
• إنتاج النظائر المشعة للأغراض الطبية.
• مصادر الطاقة المستقبلية (الاندماج).

أمثلة بكالوريا محلولة

مثال 1 (بكالوريا 2022): اكتب معادلة انشطار اليورانيوم 235 عندما يصطدم بنيوترون وينتج الباريوم 141 والكريبتون 92 و 3 نيوترونات.

الحل: 235U + n -> 141Ba + 92Kr + 3n. نتحقق: A: 235+1=236=141+92+3. Z: 92=56+36.

مثال 2 (بكالوريا 2021): احسب الطاقة المتحررة في تفاعل اندماج: 2H + 3H -> 4He + n. الكتل: m(2H)=2.0141u, m(3H)=3.0160u, m(4He)=4.0026u, m(n)=1.0087u. 1u=931.5MeV.

الحل: Dm = (2.0141+3.0160) – (4.0026+1.0087) = 5.0301 – 5.0113 = 0.0188u. E = 0.0188 x 931.5 = 17.5 MeV.

الخلاصة

الانشطار: انقسام نواة ثقيلة بنيوترون، ينتج طاقة ونفايات مشعة. الاندماج: اتحاد نوى خفيفة، ينتج طاقة أكبر ونفايات أقل. كلاهما يحول الكتلة إلى طاقة حسب E=mc2. فهم معادلات التفاعلات النووية وحساب الطاقة أساسي للبكالوريا.

📍 دروس مشابهة

• العلوم الفيزيائية – عزم القوة وعطالة جسم صلب (Moment d Inertie et Rotation) – ال
• العلوم الفيزيائية — المعايرة الحمضية القاعدية (Titrage Acide-Base) — طرقها ومنحن
• العلوم الفيزيائية — النظائر (مفاهيم أساسية) — السنة الثالثة ثانوي