تفاعل نووي

37Ar + n → 34S + α

وأمثلة تفاعلات نووية للنيوترونات ينتج عنها بروتونات:

14N + n → 14C + p

كذلك، في كل من هذه التفاعلات مع النيوترون نري أن التفاعل مصحوب بأصدار جسيم ألفا وتغير العنصر الداخل في التفاعل إلى عنصر آخر أقل منه وزنا، حيث فقد كل منهم بروتونين إلى جانب نيوترونين (جسيم ألفا).

تفاعل فيرمي

تحويل الوحدات (طاقة)

مشروع باسر

تفاعلات بين النيوترون والنواة

6Li + n → T + α

وفي هذا الصدد، يهتم العلماء بتفاعلات النيوترون مع النواة حيث تستعمل تلك النتائج في تشغيل المفاعلات النووية التي تنتج الطاقة الكهربائية وكذلك لتحسين القنابل النووية. ونعطي هنا بعض الأمثلة للتفاعلات التي تدخل فيها النيوترونات البطيئة:

10B + n → 7Li + α

Li-6(d,α)α

ومن ناحية أخرى، حيث A النواة الداخلة في التفاعل، b الجسيم الذي يصطدم بالنواة، وقد يكون بروتون أو نيوترون أو ديوتيرون أو جسيم ألفا أو غيرها، و D النواة الناتجة من التفاعل، و c الجسيم الناتج من التفاعل. وقد ينشأ عن التفاعل حرارة تحملها الجسيمات الناتجة على هيئة حركة ذات سرعة معينة. والآن نبدا في حساب تلك الطاقة النووية الناشئة أثناء هذا التفاعل.

إضافةً إلى ذلك، وعلى وجه العموم فأحيانا يرمز الفيزيائيون التفاعل النووي بالرمز A(b,c)D

MeV 931.49= u

وفي السياق ذاته، في تفاعلنا السابق وهو اصطدام الديوترون بنواة ذرة الليثيوم-6 نلاحظ أن كلا الجسمين له شحنة كهربائية موجبة مما تعمل على تنافر الجسمين عند اقترابهما من بعض، لذلك لا بد أن يكون الديوترون على سرعة عالية حتى يستطيع التغلب على قوى التنافر وأن يصل إلى النواة ويصطدم بها. وهذا هو الحال دائما في حالة أن يحمل الجسيم المصطدم بالنواة شحنة موجبة (مثل البروتون والديوترون وجسيم ألفا)، أما بالنسبة للنيوترون وهو متعادل وليست له شحنة كهربائية فتكون تفاعلاته مع النواة أسهل بكثير، ولا يحتاج إلى سرعات عالية لكي يصل إلى النواة ويتفاعل معها.

وفي هذا الصدد، يمكن حساب الطاقة الناتجة عن نقص الكتلة :0.0238 MeV 22.4 = MeV 931 x

حساب معادلة أينشتاين بالجول

من جهة ثانية، وإذا أردنا حسابها الطاقة بالجول فيمكننا إجراء ذلك بالرجوع إلى جدول تحويل الوحدات(Conversion of units ) لتحويل وحدة ميجاإلكترون فولت MeV إلى جول.

إضافةً إلى ذلك، نلاحظ أنه نتج عن التفاعل المذكور نقص في الكتلة ظهر في هيئة طاقة حركية تندفع بها الجسيمات الناتجة عن التفاعل وهذه ما هي إلا طاقة حرارية يمكن قياسها كذلك بالجول. وقد حدث هذا النقص في الكتلة ومقداره 0.0238 [u] بسبب أن نواة ذرة الهيليوم هي أقوى النوايات الذرية على الإطلاق من جهة تماسكها، فهي مكونة من بروتونين و نيوترونين، ويتميزون هؤلاء الأربعة بأعلى قوة رابطة نووية بين جميع العناصر. ولهذا نجد أن نواة ذرة الهيليوم (جسيم ألفا) تظهر كثيرا كناتج في التفاعلات النووية لأنها تحافظ على كيانها.

حساب الطاقة الناتجة عن التفاعل

علاوةً على ذلك، تعطينا الجداول كتلة نواة الليثيوم-6 = 6.015 [u] (وحدة كتل ذرية وهي أختصار للوحدة amu )

وعلى صعيد آخر، قد ينتج عن التفاعل طاقة حرارية تظهر على هيئة طاقة حركة تحملها مكونات التفاعل الناتجة. وهذه الطاقة يمكن حسابها بواسطة معادلة أينشتاين E = mc² التي تعطي العلاقة بين الكتلة والطاقة، حيث m الكتلة ووحدتها الكيلوجرام وc هي سرعة الضوء في الفراغ وE هي الطاقة المعادلة لكتلة الجسيم. وبمعرفة الكتلة الساكنة لجميع الجسيمات الداخلة في التفاعل وطرح منها مجموع الكتل الناتجة من التفاعل، نستطيع حساب الطاقة الناتجة. وتوجد لكتل الجسيمات الساكنة جداول يمكن الاستعانة بها في ذلك.

وتعطينا الجداول كتلة نواة الديوتيريوم = 2.014 [u]

Li-6 + H-2 --> 2He-4

كما يمكن أختصار هذه المعادلة بالصيغة التالية:

وكتلة نواة الهيليوم = 4.0026 [u]

• فنحصل على كتلة الجسيمات الداخلة في التفاعل = 6.015 + 2.014 = 8.029 [u]
• وكتلة الجسيمات الناتجة من التفاعل = 2 × 4.0026 = 8.0052 u
• نقص الكتلة = 8.029 - 8.0052 = 0.0238 [u]
• وبمعرفة طاقة 1

E = mc²

• نقوم الآن بحساب كتلة 1 [ u] ( وحدة كتل ذرية) بوحدة الطاقة الجول:
• u .c2=(1.66054 x 10−27;kg) . (2.99792&108(m/s))2
• 1.49292 × 10−10 kg . (m/s)2

22Na + n → 22Ne + p

من جانب آخر، وفي هذه التفاعلات كذلك نلاحظ أن العنصر الداخل في التفاعل مع النيوترون قد تغير إلى العنصر الذي يسبقه مباشرة في الجدول الدوري حيث فقد النيتروجين-14 بروتونا وتحول إلى كربون-14 في التفاعل الأول. وفي التفاعل الثاني تحول الصوديوم-22 إلى النيون-22 لفقده بروتونا واحدا أثناء التفاعل.

• أنظر كذلك ً
• مفاعل ويندلشتاين 7 إكس
• اندماج بحصر القصور الذاتي
• سلسلة تفاعل بروتون-بروتون
• اندماج نووي
• انشطار نووي
• تفاعل تسلسلي
• كتلة حرجة
• تخصيب اليورانيوم

1.49242 × 10−10  جول

من جهة ثانية، ويمكن تحويل وحدة الجول إلى وحدة MeV المستعملة في الفيزياء النووية، بالعلاقة الآتية:

جول 1MeV= 1.60218 × 10-13

• وبناء على ما سبق يمكن كتابة معادلة التفاعل كالآتي:
• Li-6 + H-2 --> 2He-4 + 22.4 MeV
• حيث 22.4 مليون إلكترون فولت هي الطاقة الناتجة من التفاعل.

في هذا الإطار، وكما يتضح أن الكتلة والطاقة ما هما سوى وجهين لأصل واحد، كما نرى أن الطاقة يمكن التعبير عنها بوحدة إلكترون فولت أو مليون إلكترون فولت (MeV) أو الجول (Joule) أو في صيغة [كيلوجرام.(متر مربع/ثانية مربع)] وغير ذلك وهي موجودة في جداول لهذه التحويلات (تحويل الوحدات). ويفضل الفيزائيون استخدام الإلكترون فولت للتعبير عن الطاقة في نطاق الذرة والجسيمات الأولية لتفادي استعمال الجول الذي يكون في هيئة كسر صغير جدا.