الانشطار النووي

الانشطار النووي

عند اصطدام النيوترون بنواة ثقيلة (اليورانيوم أو البلوتونيوم مثلا)، تنتج نواة مدمجة. تنشطر النواة المدمجة لاحقا إلى نواتين خفيفتين، وتسمى هذه العملية الانشطار النووي.

عند حدوث الانشطار تتوزع النيوترونات والبروتونات فيما بين النواتين الخفيفتين الناتجتين. يوجد عدد كبير من الاحتمالات لكيفية التوزيع، ولكن احتمالية التوزيع بالتساوي صغيرة. الأنوية الناتجة تكون مهيجة (أي تحتوي طاقة زائدة)، فتقوم كل نواة لاحقا بإطلاق نيوترون أو نيوترونين تسمى نيوترونات فورية، بالإضافة إلى إطلاق اشعاعات جاما تسمى اشعاعات جاما فورية، وبذلك تصبح غير مهيجة ولكنها تبقى غير مستقرة حيث تحتوي عدد إضافي من النيوترونات. لكي تصبح مستقرة تقوم كل نواة بإطلاق مجموعة من إشعاعات بيتا وجاما، بالإضافة إلى نيوترونات أحيانا. تسمى هذه النيوترونات بالنيوترونات المتأخرة.

النيوترونات الناتجة سواء فورية أو متأخرة بدورها تصطدم مع أنوية ثقيلة أخرى مسببة مزيدا من الانشطارات النووية، وتسمى هذه العملية بالانشطار المتسلسل. لا تقوم جميع النيوترونات الناتجة من الانشطار بإحداث انشطارات نووية، حيث أن بعضها ينخرط في تفاعلات نووية أخرى وبعضها يغادر الوسط دون الانخراط بأي تفاعل نووي. 

كل انشطار نووي ينتج عادة 2-3 نيوترونات. أكثر من 99% من النيوترونات الناتجة عادة تكون فورية، أي أن النيوترونات المتأخرة تكون عادة أقل من 1%.

يرافق الانشطار النووي تحرير مقدار من الطاقة، 200 ميغا الكترون فولت تقريبا. تظهر هذه الطاقة على شكل طاقة حركية لنواتج الانشطار بالإضافة لإشعاعات بيتا وغاما. إن شطر ١ كيلوجرام من اليورانيوم يحرر طاقة تعادل الطاقة التي يتم تحريرها من حرق ٣٠٠ طن من الفحم.

بعض الأنوية الثقيلة يمكن شطرها باستخدام نيوترونات منخفضة الطاقة الحركية (أي السرعة) أو عالية الطاقة الحركية، وتسمى هذه الأنوية بالأنوية الانشطارية. كأمثلة على هذا النوع من الأنوية الثقيلة: نظير اليورانيوم 235 ونظير البلوتونيوم 239. بعض الأنوية يمكن شطرها فقط باستخدام نيوترونات عالية الطاقة الحركية، وتسمى أنوية غير انشطارية. نظير اليورانيوم 238 يعد مثالا على هذا النوع.

 اليورانيوم الموجود في الطبيعة يحتوي النظير 238 والنظير 235، حيث يشكل النظير الأول 99.3% بالوزن ويشكل النظير 235 ما مقداره 0.71% بالوزن. تتوفر مجموعة من الطرق التي يمكن بها زيادة نسبة نظير اليورانيوم 235 عن النسبة الطبيعية، تسمى هذه العملية بتخصيب اليورانيوم. طريقة الطرد المركزي من أكثر طرق التخصيب شهرة.

تستخدم عملية الانشطار النووي في المفاعلات النووية والقنابل النووية الانشطارية.