فيزياء فيرمي

[no1]

كان العالم فيرمي ( Enrico Fermi) في العام 1934 يقوم ببعض التجارب للحصول على نظائر العناصر عن طريق قذف النوى بالنيوترونات . وعندما وصل إلى عنصر اليورانيوم ( العنصر الأخير في الجدول الدوري في ذلك الوقت ) . توقع أن قذف العنصر بالنيوترونات سيؤدي إلى وجود نواة غير متسقرة تقوم بإطلاق جسيمات بيتا وبالتالي ازدياد العدد الذري من 92 إلى 93 وانتاج عنصر جديد في الجدول الدوري , ولكنه لم يحصل على ما توقعه ولم يستطع التعّرف على نواتج التفاعل.

واستمرت الأبحاث والدراسات من العام 1935 إلى العام 1938 حيث قام عالم كيميائي ألماني يسمى إدا نوداك
( Ida Noddack) بالتعرف على نواتج التفاعل وأوضح أن نواة اليورانيوم انشطرت إلى نواتين متوسطتي الكتلة . وقد أكدت الدراسات صحة ما افترضه هذا العالم . وبذلك يكون الإنشطار النووي :
" انقسام نواة ثقيلة إلى نواتين متوسطتي الكتلة , وانتاج كميات هائلة من الطاقة نتيجة تفاعل نووي "
ولإحداث الإنشطار تقذف النواة الثقيلة مثل ( يورانيوم ـ 92 /235 ) بجسيمات خفيفة نسبياً مثل النيوترونات التي تعد أفضل القذائف لأنها لا تحمل شحنة .
ويمكن تمثيل الإنشطار النووي لليورانيوم بصورة عامة بالمعادلة والشكل :

[no1]

ولا ينتج دائماً نفس نواتج التفاعل إلا أن العدد الذري للأنوية Y , y يتراوح بين 36 و 60 ومن الإنشطارات الشائعة الحدوث :

[no1]

المعادلة التالية ..

[no1]

المعادلة التالية :

[no1]

التالي .... :

[no1]

وفي التفاعلات السابقة فإن مجموع كتل المواد الناتجة من التفاعل أقل من مجموع كتل المواد الداخلة في التفاعل مما يؤكد أن هذا التفاعل منتج للطاقة .

مثال(1):
حدد كمية الطاقة الناتجة في التفاعل :

[no1]

الحل:
كتل المواد الداخلة في التفاعل :
ك النيوترون = 1.008665 و.ك.ذ
ك اليوراينوم = 235.043933 و.ك.ذ
ـــــــــــــــــــــ
ك النيوترون + ك اليورانيوم = 236.052598 و.ك.ذ
كتل المواد الناتجة من التفاعل =
3 × ك النيوترون = 3.025995 و.ك.ذ
ك الباريوم = 140.913740 و.ك.ذ
ك الكربتون = 91.925765 و.ك.ذ
ــــــــــــــــــــــــــــــــ
3 × ك النيوترون + ك الباريوم + ك الكربتون = 235.865500 و.ك.ذ

 ك = الفرق بين مجموع الكتل الداخلة والناتجة
= 236.052598 ـ 235.865500
= 0.187098 و.ك.ذ
الطاقة الناتجة = 0.187098 × 931 = 174 مليون الكترون فولت

وهذا هو مقدار الطاقة الناتجة من انشطار نواة واحدة من اليورانيوم وهو مقدار هائل وتصل الطاقة الناتجة إلى 200 مليون الكترون فولت. وذلك لأن النوى الناتجة هي نوى مشعة تقوم بإطلاق طاقة تصل إلى 20 مليون الكترون فولت للوصول إلى مرحلة الإستقرار .

ولتفسير ما يحدث أثناء عملية انشطار النواة , افترض العالمان بور وويلر (Neils Bohr & John Wheeler) نموذج " قطرة السائل " ويفترض هذا النموذج تماثلاً بين النواة وبين قطرة سائل مشحونة , حيث تقوم نواة اليورانيوم باصطياد النيوترون وتصبح نواة مستثارة تهتز بعنف مما يؤدي إلى حدوث تغير في شكلها , وفي هذا الشكل الجديد ( كما هو موضح ) فإن القوى النووية تصبح أضعف مما هي عليه أصلاً ويبدأ تأثير قوى التنافر الكهربائية حيث تنقسم النواة إلى قسمين وينتج المزيد من النيوترونات والطاقة الهائلة .

والنيوترونات المسببة للإنشطار هي نيوترونات بطيئة وهي تمتلك أكبر احتمال للإصطدام بالنواة وإحداث التفاعل .

التفاعل المتسلسل Chain Reaction :

لعلك لاحظت أن انشطار نواة اليورانيوم ـ 235 ينتج مجموعة من النيوترونات ( اثنين أو ثلاثة ) , وأن ما سبب انشطار النواة هو نيوترونات بطيئة . وبذلك يمكن وتحت شروط معينة أن تتسبب النيوترونات الناتجة من التفاعل في مزيد من الإنشطارات المتتالية والتي تنتج قدراً هائلاً من الطاقة . وهذا ما يعرف بالتفاعل المتسلسل .
وفي الأسلحة النووية يتم إحداث تفاعل متسلسل غير متحكم فيه , مما ينتج طاقة هائلة ومدمرة وتؤدي إلى حدوث أضرار عديدة , أما إذا تم التحكم في عدد النيوترونات المشاركة في التفاعل فإنه يكون بالإمكان التحكم في الطاقة الناتجة والسيطرة عليها واستغلالها في العديد من الأغراض , وهذا ما يحدث فعلاً في المفاعل النووي .

ومن المشاكل التي تعترض التفاعل المتسلسل :
1. إذا كانت كتلة العنصر المستخدم في التفاعل أقل من كتلة معينة تسمى " الكتلة الحرجة" فإن كثير من النيوترونات ستفلت دون التفاعل مع أنوية جديدة .
2. النيوترونات الناتجة عن الإنشطار هي نيوترونات متوسطة السرعة , ولذا يلزم تقليل سرعتها حتى تستطيع القيام بعمليات انشطار جديدة .
3. يحتوي اليورانيوم الطبيعي على 99.3 % من اليورانيوم (92/238) ( والذي يمتص النيوترونات المتوسطة السرعة دون حدوث انشطار ) وعلى 0.7% من اليورانيوم (92/235) اللازم لعملية الإنشطار وللحصول على تفاعل متسلسل في انفجار نووي يلزم زيادة تركيز اليورانيوم (92/235) إلى 50% في حين يلزم تركيزه إلى 3.6 % في المفاعلات النووية .


القنبلة النووية Atomic Bomb :

لبناء قنبلة ذرية يلزم أن تكون كتلة اليوراينوم ـ 235 مساوية للكتلة الحرجة اللازمة لبدء التفاعل المتسلسل . وقد قامت الولايات المتحدة الامريكية ببناء أول قنبلة ذرية انظر الشكل والتي أطلق عليها " الرجل النحيف " "Thin man " وأسقطت على هيروشيما في 5 آب (أغسطس ) 1945 وهذا النوع من القنابل يتكون من قطعتين من اليورانيوم , كل منهما كتلته أقل من الكتلة الحرجة , وتُطلق أحداهما (الصغرى ) على شكل قذيفة توجه نحو الكبرى وتنتج الكتلة الحرجة اللازمة لبدء التفاعل المتسلسل الذي يقود إلى الإنفجار العنيف .
ومن الصعوبات التي تواجه صناعة مثل هذه القنبلة , استخلاص اليورانيوم ( 92/235 ) من اليورانيوم (92/238) ولذلك تمت صناعة نوع آخر من القنابل , باستخدام حيث يتم في المرحلة الأولى بقذف اليورانيوم ـ 238 بالنيوترونات حسب المعادلة التالية :

[no1]

حيث ينتج النبتونيوم(93/239) ( ) الذي يتحلل إلى بلوتونيوم (94/239) ( ) حسب المعادلة التالية :

[no1]

ولقد اتضّح أن قابلية بلوتونيوم ـ 239 للإنشطار أكبر من قابلية اليورانيوم ـ 235 ولذلك فإنه يلزم كتلة أصغر للوصول إلى الكتلة الحرجة , ولذلك قام العلماء بتصميم نوع آخر من القنابل الذرية ( قنبلة البلوتونيوم ) وتكون هذه القنبلة على شكل قطعة كروية صغيرة من البلوتونيوم توضع في مركز كرة , وتحاط بقطع من البلوتونيوم موضوعة على بعد ثابت من الكرة بحيث تكون سطح كرة أكبر, وكتلة كل منها أقل من الكتلة الحرجة انظر الشكل.
ولإحداث الإنفجار تجري تفاعلات كيميائية تقوم بإطلاق قطع البلوتونيوم كلها في آن واحد نحو مركز الكرة , مما يؤدي إلى التحام قطع البلوتونيوم وتكوّن الكتلة الحرجة ويبدأ التفاعل المتسلسل , وقد أطلقت أول قنبلة بلوتونيوم على مدينة ناجازاكي في اليابان وسميت " الولد السمين " " Fat Boy " في 9 آب ( اغسطس ) 1945 .



المفاعل النووي الإنشطاري :

قام فيرمي ببناء أول مفاعل نووي إنشطاري في جامعة شيكاغو , وبدأ العمل فيه في 2 كانون أول ( ديسيمبر ) 1942 , وكانت هذه أول مرة يتم فيها إحداث تفاعل نووي مُسيطر عليه , ويوضح الشكل التالي المفاعل النووي .
يحتوي المفاعل النووي على يورانيوم ـ 238 مضاف إليه 3.6 % من اليورانيوم ـ 235 ويتم إحداث التفاعل التالي :

[no1]

وتكون النيوترونات الناتجة عن هذا التفاعل سريعة لأنها تمتلك طاقة حركية كبيرة , ولذلك يوضع المفاعل في حوض به ماء تحت ضغط مرتفع . حيث يعمل الماء على إبطاء النيوترونات وتقليل سرعتها حتى تستطيع البدء بانشطار جديد ولكي يحدث التفاعل المتسلسل .

ولكن لا يُسمح لهذا التفاعل بأن يستمر بعشوائية كما في القنبلة الذرية , لذلك يتم السيطرة عليه باستعمال ألواح من الكادميوم , حيث تعمل هذه الالواح على امتصاص النيوترونات وبذلك يقل عدد النيوترونات المسببة للإنشطار ويتم السيطرة على التفاعل . ويوجد وظيفة أخرى للماء حيث تعمل على التبريد نتيجة للحرارة العالية الناتجة عن التفاعل .

ومن مساوئ استخدام هذا المفاعل , المخلفات النووية الناتجة عن التفاعل حيث ينتج نظائر عديدة مشعة يجب التخلص منها , والطريقة المتبعة حالياً هي دفن هذه المخلفات في قاع مناجم الملح والتي تكون جافة وتبعد عن سطح الأرض مسافة تقدر بآلاف الأقدام حيث يمكن أن تبقى هناك ولا تتسبب في تلويث البيئة .

http://www.schoolarabia.com/fezia/nuclear/nuclear_fission/nuclear_1.htm

http://www.schoolarabia.com/fezia/nuclear/nuclear_fission/nuclear_2.htm

http://www.schoolarabia.com/fezia/nuclear/nuclear_fission/nuclear_3.htm

http://www.schoolarabia.com/fezia/nuclear/nuclear_fission/nuclear_4.htm

http://www.schoolarabia.com/fezia/nuclear/nuclear_fission/nuclear_5.htm

http://www.schoolarabia.com/fezia/nuclear/nuclear_fission/nuclear_6.htm

[خلف الجميلي]

بارك الله فيك

وزادك علما

ليس بغريب عليك يا أبا مصطفى

[coco]

بارك الله فيك

وزادك علما

[غازي]

شكرا جزيلا لك على هذا الموضوع الرائع ,, في الحقيقة عندي استفسار اريد ان اتأكد ,,
بعد نهاية التفاعل اثناء الانفجارسواء كان يتعلق بالانشطار النووي او الاندماج , هل الطاقة الناتجة بعد التفاعل نتجت من اختفاء بعض الجسيمات ( بروتونات ونيترونات ) ام ناتجة من تحرر طاقة الترابط وتظل الجسيمات النووية ( البروتونات والنيوترونات) كما هي أثناء تحرر الطاقة، ؟ وهل صحيح أن الكوركات تتحول إلى طاقة ؟ وهل تفاعل الالكترون مع البيزترون أو أي جسم مع الجسم المضاد له علاقة بالطاقة النووية؟

[غازي]

شكرا جزيلا لك على هذا الموضوع الرائع ,, في الحقيقة عندي استفسار اريد ان اتأكد ,,
بعد نهاية التفاعل اثناء الانفجارسواء كان يتعلق بالانشطار النووي او الاندماج , هل الطاقة الناتجة بعد التفاعل نتجت من اختفاء بعض الجسيمات ( بروتونات ونيترونات ) ام ناتجة من تحرر طاقة الترابط وتظل الجسيمات النووية ( البروتونات والنيوترونات) كما هي أثناء تحرر الطاقة، ؟ وهل صحيح أن الكوركات تتحول إلى طاقة ؟ وهل تفاعل الالكترون مع البيزترون أو أي جسم مع الجسم المضاد له علاقة بالطاقة النووية؟
كذلك انت ذكرت ان (( القوى النووية تصبح أضعف مما هي عليه أصلاً ويبدأ تأثير قوى التنافر الكهربائية حيث تنقسم النواة إلى قسمين وينتج المزيد من النيوترونات والطاقة الهائلة )) .. اليست تلك القوى النووية التي تضعف تعتبر قوة الترابط ...
اما بخصوص النيترون ,, على حسب ما فهمت ان هذا الجسيم لكي يشطر النواة لابد ان تكون سرعته كبيرة لا بطيئة ؟


اسمح لي , هذا السؤال خارج الموضوع ويتعلق بالاندماج النووي
هل صحيح ان انوية ذرات الهيلوم بعد التفاعل تتحرك بسرعة كبيرة وبالتالي تزداد كتلتها في فترة بسيطة فقط ثم بعد ذلك تفقد طاقة حركتها ؟
شكرا جزيلا لك واتمنى لك كل التوفيق

[koms]

رااااااااااااااااااااااااااااائع ..

ماشاء الله .. عليكم .. عباااااقره ..

إن شاء الله إذا كبرت أصير مثلكم ..

قولوا آمين

تستهويني سالفة .. القنابل النوويه .. والأشياء هذي .. ( إرهابيه .. هههههههههههه )

بس عندي سؤال .. أنتم .. أساتذه .. أو دكاتره ., أو طلبة جامعه ..
؟؟؟؟


..

[بوهر]

بارك الله فيك

[احساس]

وفقك الله لكل خير

[coco]

بارك الله فيك

وزادك علما

اخي no1 ماذا يحدث اذا ضربت كره من النحاس ؟؟؟؟

cold fusion

ارجوا منك ان تكتب عنها اذا سمحت

http://blake.montclair.edu/~kowalskil/cf/168hugo.html

[no1]

أو لا اشكركم جميعا علي مروركم الكريم

و خاصة لك يا الجميلي
جعله الله في ميزان حسناتك
و جعلك زخرا للمسلمين

ثانيا لدي بعض الردود لأستفساراتكم
=====================
يقول غازي

بعد نهاية التفاعل اثناء الانفجارسواء كان يتعلق بالانشطار النووي او الاندماج , هل الطاقة الناتجة بعد التفاعل نتجت من اختفاء بعض الجسيمات ( بروتونات ونيترونات ) ام ناتجة من تحرر طاقة الترابط وتظل الجسيمات النووية ( البروتونات والنيوترونات) كما هي أثناء تحرر الطاقة، ؟ وهل صحيح أن الكوركات تتحول إلى طاقة ؟ وهل تفاعل الالكترون مع البيزترون أو أي جسم مع الجسم المضاد له علاقة بالطاقة النووية؟

ثم يقول

بعد نهاية التفاعل اثناء الانفجارسواء كان يتعلق بالانشطار النووي او الاندماج , هل الطاقة الناتجة بعد التفاعل نتجت من اختفاء بعض الجسيمات ( بروتونات ونيترونات ) ام ناتجة من تحرر طاقة الترابط وتظل الجسيمات النووية ( البروتونات والنيوترونات) كما هي أثناء تحرر الطاقة، ؟ وهل صحيح أن الكوركات تتحول إلى طاقة ؟ وهل تفاعل الالكترون مع البيزترون أو أي جسم مع الجسم المضاد له علاقة بالطاقة النووية؟
كذلك انت ذكرت ان (( القوى النووية تصبح أضعف مما هي عليه أصلاً ويبدأ تأثير قوى التنافر الكهربائية حيث تنقسم النواة إلى قسمين وينتج المزيد من النيوترونات والطاقة الهائلة )) .. اليست تلك القوى النووية التي تضعف تعتبر قوة الترابط ...
اما بخصوص النيترون ,, على حسب ما فهمت ان هذا الجسيم لكي يشطر النواة لابد ان تكون سرعته كبيرة لا بطيئة ؟

اسمح لي , هذا السؤال خارج الموضوع ويتعلق بالاندماج النووي
هل صحيح ان انوية ذرات الهيلوم بعد التفاعل تتحرك بسرعة كبيرة وبالتالي تزداد كتلتها في فترة بسيطة فقط ثم بعد ذلك تفقد طاقة حركتها ؟
====================
فأولا
بعد نهاية التفاعل اثناء الانفجارسواء كان يتعلق بالانشطار النووي او الاندماج , هل الطاقة الناتجة بعد التفاعل نتجت من اختفاء بعض الجسيمات ( بروتونات ونيترونات ) ام ناتجة من تحرر طاقة الترابط وتظل الجسيمات النووية ( البروتونات والنيوترونات) كما هي أثناء تحرر الطاقة، ؟

طاقة الأنفجار ناتجه عن الطاقه المتحرره نتيجة تفسخ الأنويه المتسلسل -
و تظل الجسيمات كما هي لن تتموج ..

فتموج الجسيمات يعني أنه أثناء الأنفجار تقابل جسيمات ناتجه عن مادة الأنفجار ماده مضاده
فتصطدم بها و تتموج و هذا لا يحدث هنا ..
================
ثانيا
وهل صحيح أن الكوركات تتحول إلى طاقة ؟ وهل تفاعل الالكترون مع البيزترون أو أي جسم مع الجسم المضاد له علاقة بالطاقة النووية؟

المسأله هنا تتعلق بالعلاقة بين المادة و الأشعاع
فالأشعه تحمل فتونات
هذه الفتونات عباره عن جسيمين من المادة و المادة المضاده
و للتبسيط يمكن أن نقول
أنه
يمسكهما جسيم متعادل بين المادتين و يحافظ علي تموجهما
طالما كانت سرعة الأشعاع تضمن له ذلك

مثال الألكترون و البوزيترون و النيوترينو في أشعة أكس
حيث الألكترون هو المادة
و البوزيترون هو المادة المضادة
و النيوترينو هو الجسيم المتعادل بين المادتين و مادة لحامهما و تشعيعهما

فإذا
حدث و أبطأت الموجات الحبلي بالجسيمات

نقول حدث وقف للأشعاع أو فرمله

فتتجسد الجسيمات و تولد إلي عالم المادة
و تتجه الجسيمات من المادة في أنطلاقها إلي جهة معاكسة لتلك التي يتخذها مسارة المادة المضادة
بينما يستمر جسيم اللحام متخذا نفس مار الموجه
إلي ان تقل سرعته و يفترق عن موجته الأصليه
و هنا تتحول الموجه من موجة قوية إلي موجة اضعف
آى أطول في الطول الموجي

و هذ التفاعلات لا تحدث عمليا إلا في المسرعات و المصادمات العظمي
نظرا لما تحتاجه من طاقة تسريعيه عالية جدا
مثل تلك التي بسرن

و ليس لذلك علاقة بالتفجيرات النووية

و حتي لو فتتنا البروتون أو النيوترون إلي حساء الكواركات
فهذه مادة
و لم تقابل بمادة مضادة
كي يحدث لها تشعيع

فالتشعيع هنا عملية مضادة للتجسيد المادي الذي تعرضنا له توا

فإذا حدث و تلاقي جسيمين ممن المادة و المادة المضادة
فإن ما يحدث لهما
هو أن يتشععا و يتحولا معا إلي نبضة أشعاعية
====================
ثالثا
كذلك انت ذكرت ان (( القوى النووية تصبح أضعف مما هي عليه أصلاً ويبدأ تأثير قوى التنافر الكهربائية حيث تنقسم النواة إلى قسمين وينتج المزيد من النيوترونات والطاقة الهائلة )) .. اليست تلك القوى النووية التي تضعف تعتبر قوة الترابط ...

اما بخصوص النيترون ,, على حسب ما فهمت ان هذا الجسيم لكي يشطر النواة لابد ان تكون سرعته كبيرة لا بطيئة ؟



نعم هي قوة الترابط التي تتفسخ و تصبح بلازمي ناريه هائلة
و يحدث كذلك تفسخ أشعاعي مصحب و وقف لأشعة اكس

هناك علاقة بين سرعة النيوترون
و بين نوعية التفاعل المرجوه منه
ففي المفاعلات نحتاج للنيوترونات البطيئة
بينما في الأنفجار نحتاج لسرعته العاليه
لأن التفاعل الأول تفاعل متحكم فيه
أما في الثاني منطلق نحو التسلسل
==========================
رابعا
اسمح لي , هذا السؤال خارج الموضوع ويتعلق بالاندماج النووي
هل صحيح ان انوية ذرات الهيلوم بعد التفاعل تتحرك بسرعة كبيرة وبالتالي تزداد كتلتها في فترة بسيطة فقط ثم بعد ذلك تفقد طاقة حركتها ؟

أنوية الهيليوم هي أشعة الفا و لها حد أعلي من السرعة لا تتجاوزها إلا في ظروف خاصه أصطناعية
و لا تحدث أثناء الأنفجار

و الذي يحدث أن الجسيم إذا تجاوز سرعة حرجة تخصه فأنه يتشعع
و تلك منظومة أخري
و إن كانت نظرية حتي الأن
=========================
و أخيرا أرجو أن أكون أوضحت
و أسف علي التأخير

=========================
يقول coco

ماذا يحدث اذا ضربت كره من النحاس ؟؟؟؟

cold fusion

النحاس تحتوي نواته علي البروتونات المضاده
فإذا تلاقي بروتون مع هذا البروتون النحاسي
فسيتشععان في الحال إلي نبضة تفوق أشعة جاما في القوة و السرعة
تذكر قوله تعالي عن شواظي النار و النحاس
في سورة الرحمن

أما الأندماج النووي البارد فله ظروف خاصه تعرف بظروف التكهف

و أن شاء الله نفرد لها مقال خاص

[coco]

بارك الله فيك

[غازي]

جزاك الله خير يااستاذ no 1 على هذا التفسير ,,
واعتذر عن تكرار السؤال الذي حدث هذا ناتج و بما نعانيه وللأسف من بطئ الشديد اثناء الدخول في النت وهذا ما زال مستمر

[اينشتاين]

بارك الله فيكم جميعا

[qarout]

جزاكم الله كل الخير وبارك فيكم

[loomey]

يعطيك العافية بينفعني كثيير في البحث
الله يجزاك خير

[محمد الجوهرى ( ابو جنة )]

معلومات رائعة
وسرد منظم
شـكــ وبارك الله فيك ـــرا لك ... لك مني أجمل تحية .

[كيميائى لاسع]

جزاك الله خير فعلا على الشرح الوافى و الممتع