عرض مشاركة واحدة
04-18-2010, 05:19 PM   #2
Mona Nour
شريك مميز
stars-2-2
 
تاريخ التسجيل: Jan 2010
الدولة: مصر - القللي
المشاركات: 884

متسلسلات النشاطالإشعاعي الطبيعي :-

إن جميع العناصر ذات النشاط الإشعاعي الطبيعيتقع إعدادها الذرية بين Z = 81 وZ = 92 وهناك ثلاث مسلسلات في الطبيعة ، وتعتبرمعظم النويدات المشعة في الطبيعة نواتج انحلاليه لها . وكل متسلسله تبدأ بنويدة أمتمر بسلسلة من التحويلات التي تشمل انبعاث جسيمات الفا وبيتا لتكوين نويدات وليدة . وشكل رقم (1) يتضمن اسماء المتسلسلات الثلاثة والأعمار النصفية للنويدات الأموالنويدات الوليدة النهائية المستقرة لكل متسلسلة .


متسلسلات النشاط الإشعاعي

أ ) متسلسلة اليورانيوم :

تبدأ هذهالمتسلسلة بعنصر اليورانيوم Ui ويبلغ نصف العمر لليورانيوم4.5X109 yer . ويمراليورانيوم بسلسلة من التحولات التي يصاحبها انبعاث جسيمات الفا أو بيتا حتى ينتهيبالرصاص المستقر
ب ) متسلسلة الأكتيوم :-

هذه المتسلسلة يرجع أصلها إلى الأكتيويورانيوم وهوالنظير لليورانيوم
والذي يبلغ نصف العمر 7.1X108 yer ويمرالأكتيويورانيوم بسلسلة من التحولات حتى ينتهي بنظير الرصاص المستقر ويمكن التعبيرعن الوزن الذري لعناصر هذه المجموعة بالرمز 4ن + 3 حيث تترواح قيمة ن بين 51 ، 58 .

جـ ) متسلسلة الثوريوم :-

تبدأ بعنصر الثوريوم يمر بسلسلة منالتحولات ثم يتحول بعد إشعاع ست من جسيمات الفا وأربعة من جسيمات بيتا إلى نظيرالرصاص المستقر
ويمكن التعبير عن الوزن الذري لعناصر هذه المجموعة بالرمز 4نوتتراوح قيمة ن في هذه المجموعة بين 52، 58 .

د) مجموعة النبتونيوم :-

كان من الطبيعي أن يتجه التفكير إلى احتمال وجود متسلسلة رابعة منالعناصر الطبيعية المشعة يعبر عن 1.8 أوزانها الذرية بالرمز (4ن+1) ولم يكن معروفاًمن عناصر هذه المجموعة سوى سبعاً موجود بكميات ضئيلة جداً في الغلاف الصخري ( القشرة الأرضية ) وكذلك الناتج النهائي البزموث ( وزنه الذري 209) .

وفي أثناء الحرب العالمية الثانية استخدم العلماء النشاط الإشعاعيالصناعي لإنتاج نظائر مختلفة لكل العناصر وامكنهم بذلك تحضير عناصر المجموعةالرابعة التي لم تكن موجودة في الطبيعة . ويعتبر البلوتونيوم العنصر الوالد لهذهالمجموعة ولذلك فهي تعرف بمجموعة البلوتونيوم أو المجموعة 4ن+1 حيث تتراوح قيمة نبين 52،60 .

وهي تبدأ بـ التي لها عمر نصفي مقداره لليورانيوم2 .25X106ger وهذه المتسلسلة تنهي بعد انحلالها بنظير البزموث .


لماذا الطاقة النووية:

إن الذي يشجع على ترشيح المصادر النووية هو الطاقة الهائلة التي يولدها احتراق كمية ضئيلة من الوقود النووي. فعند احتراق (نقصد بالاحتراق هنا هو التفاعل النووي لانشطار الذرات، والوقود النووي هو المواد الانشطارية) غرام واحد من اليورانيوم تحرر طاقة مقدارها (20) مليون كيلو سعرة أو (23000) كيلوواط. ساعة وهي أكثر من مليوني ضعف الطاقة التي تتحرر من احتراق نفس الكمية من النفط والفحم، وهذا يعني أن الطاقة التي تتحرر من احتراق طن واحد من اليورانيوم تكافئ الطاقة المتحررة من اكثر من (2) مليون طن من أجود أنواع الفحم.
إن المحطة الكهربائية التي تحتاج الى ملايين الأطنان من الفحم أو النفط سنويا يمكن أن تكتفي ببضعة أطنان من اليورانيوم. ويعني ذلك توفير إمكانيات كبيرة بسبب الاستغناء عن مناجم الفحم وآبار النفط ومعامل الاستخراج والتصفية والتكرير. ثم نقل كميات هائلة بواسطة آلاف العربات في قطارات كثيرة أو ناقلات نفط ضخمة هذا اضافة الى الاستغناء عن الخزانات والمستودعات الكبيرة لخزن الوقود وتأمين اشتغال المحطة لفترة معينة من الزمن.
لذلك بدأ الإنسان يفكر بالاستفادة من هذه الطاقة التي تخلصه من مصاعب شتى، فتوصل الى صنع الجهاز الذي يمكنه من ذلك ألا وهو المفاعل النووي (Nuclear Reactor) الذي يشكل جزءأً اساسياً من مكونات المحطات النووية لتوليد الطاقة (Nuclear Power Station) التي بدأت تنتشر بشكل واسع وكبير في مختلف أقطار العالم حيث بلغ عددها أكثر من (1000) محطة لكنها تختلف في النوع والقدرة؛ اولهما محطة الطاقة النووية في (كالدرهول) في بريطانيا التي انشات عام (1956)
اليورانيوم / خصوصيته:

إن الثروات الطبيعية الهائلة المخزونة في الأرض غالبا ما تشكل الدعامة الأساسية لاقتصاد بلد ما. ولقد استخدم الإنسان عبر مسيرته الحضارية المعادن بدرجات متفاوتة تتناسب والتقدم العلمي الذي أحرزه، وتمكن من توظيف ثرواته الطبيعية بما يخدم متطلبات بناء حضارته، وضمن هذا الإطار استمرت فتوحات الإنسان العلمية الى أن توجه الى اكتشاف ظاهرة النشاط الإشعاعي (Radioactivity) ثم استعمال المواد المشعة لتوليد الطاقة النووية الهائلة والتي أصبحت سمة من سمات حضارة الإنسان المعاصر.
ومع تزايد الحاجة للكشف عن مكامن خامات العناصر المشعة، تم توظيف جوانب من علم الفيزياء النووية في توجيه عمليات التنقيب الجيولوجية في الكشف عن مواقع تواجد هذه الخامات في مختلف صخور القشرة الأرضية بالاعتماد على صفة الإشعاع التي تنفرد بها العناصر المكونة للمعادن المشعة، وتم تصميم أنواع كثيرة من أجهزة الكشف عن الإشعاع سهلة الحمل لأغراض التحريات الميدانية ولقياس شدة الإشعاع المنبعثة من مختلف الصخور في أماكن تواجدها وتثبيت مناطق الشذوذ الإشعاعي وتحديد العناصر الباعثة لهذه الإشعاعات بواسطة تحديد طاقاتها المختلفة.
ولقد تم التركيز في عمليات التحري والتنقيب على ترسبات خامات عنصر اليورانيوم (U235) هو العنصر الوحيد الموجود في الطبيعة الذي يتميز بخاصية الانشطار النووي الطبيعي تحت ظروف خاصة.

ما المقصود بالتفاعلات النووية Nuclear Reactions:

التفاعلات النووية هي العمليات التي يحدث فيها بعض التغير في خواص النواة سواء حدث هذا التغير تلقائيا كما في ظاهرة النشاط الإشعاعي أو نتيجة لقذف النواة بجسيمة او بالأشعة.
في عام 1934 وصل الى لندن الفيزيائي الهنكاري ليو سبلارد (Leo Szilard). وحال وصوله بدأ يروج لفكرة مفادها. "امكانية وجود مادة تستطيع النترونات فيها إحداث تفاعل متسلسل، وانطلاق كميات هائلة من الطاقة نتيجة لذلك، وبالرغم من عدم معرفة سيلارد بتلك المادة فقد تمكن من تسجيل براءتي اختراع في بريطانيا احداهما علنية وتتضمن أفكار لبناء ما يعرف الان بالمفاعل النووي (Nuclear Reactors)، أما الأخرى فكانت سرية وتتناول كيفية صنع قنبلة ضخمة بالاعتماد على تفاعل نووي متسلسل .

ما المقصود بالانشطار النووي:

في عام 1938 تم الإعلان عن اكتشاف ظاهرة الانشطار النووي
(
Nuclear Fission) من قبل كل من الالمانيين اوتوهان (Ottohn) وفريتز شتراسمان (Fritzstrassman) في معهد القيصر (فيلهالم) في برلين، وقد وجدا: "ان قصف نوى ذرة اليورانيوم بنيترون يؤدي الى انشطارها الى جزئين متساويين تقريبا مع تحرر كمية كبيرة من الطاقة واحتمال تولد نترونات اضافية بامكانها من حيث المبدأ تكرار عملية الانشطار في نوى يورانيوم اخرى.، بعد اكتشاف كل من هان وشتراسمان ظاهرة الانشطار النووي قامت ليزامايتنر وابن اخت لها يدعى اوتوفريش وهي نمساوية فيزيائية كانت تعمل معهما في نفس المعهد وفدت الى انكلترا، قاما بوضع تفسير منطقي للنتائج التي توصل لها هان وشتراسمان في برلين وهو انشطار نواة ذرة اليورانيوم وهو من العناصر الثقيلة بعد قصفها بالنترونات وانتاج نواتين اقل وزنا مصحوبا بتحرر كمية كبيرة من الطاقة. والجدير بالذكر ان ليزامايتنر قد التقت مع انريكوفيرمي أثناء حضوره الى السويد عام 1938 لتسلم جائزة نوبل في الفيزياء، ومن هناك هاجر الى الولايات المتحدة الامريكية حيث ساعدت دراساته على تصنيع اول قنبلة ذرية في العالم .

خواص اليورانيوم الكيميائية:

ينتمي عنصر اليورانيوم الى مجموعة الاكتينيدات (Actinides)، وهي مجموعة من العناصر التي يوجد تقارب في أحجامها الأيونية، فمثلا قيمة نصف قطر ايون اليورانيوم هو (°1.05A) ونصف قطر ايون الثوريوم هو (°1.1A). وكنتيجة لهذا التقارب في أنصاف الأقطار الأيونية وعدد من الصفات والخواص الطبيعية الأخرى نلاحظ ترافق وجود العنصرين في الطبيعة باستمرار ويعتبر عنصر اليورانيوم من الناحية الجيوكيماوية من مجموعة عناصر اللثيوفايل (Lithophile Element) وتعرف كذلك بعناصر الاوكسيفايل (Oxyphile Element) وهي العناصر التي تنتمي الى الطور
السليكاتي في صخور القشرة الارضية، وهي عناصر تتميز بقابليتها العالية للأكسدة بالمقارنة مع عنصر الحديد. عادة يتواجد اليورانيوم في الطبيعة على هيئة ثلاثة نظائر غير مستقرة، وتكون نسب تواجد هذه النظائر كالاتي:

1- U 238 بنسبة 99.28%
2- U 235 بنسبة 0.715%
3- U 234 بنسبة 0.005%
هذه النظائر الثلاثة تتحلل طبيعيا، ومن اهم نتائج تحلل النظائر في هذه السلسلة التي تدعى بالبنات (daughters) هو عنصر الراديوم (Ra)، ان معادن اليورانيوم المعروفة كثيرة جدا ومتباينة فيما بينها من ناحية الخواص الفيزيائية (اللون، والصلابة، والكثافة، والهيئة البلورية). وكذلك في التركيب الكيماوي الذي تصنف بموجب تلك المعادن الى مجاميع عديدة مثل الاكاسيد (Oxides)، والسلكات (Silicates) والفوسفات (Phosphtes) والفاندات (Vanadate) والكاربونات (Carborates) وغيرها (15، ص4). يقع اليورانيوم في الحقل الأخير من الجدول الدوري ويبلغ عدده الذري (92).

معادن اليورانيوم:

يتواجد في صخور الغرانيت والبجماتايت وكذلك في العروق المعدنية وفي الصخور الرسوبية والترسبات المنقولة القديمة. ويعد اليورانايت (Uuranite) المعدن الرئيسي لليورانيوم، ويشكل مع الثورانايت (Thoranite) والسريانايت (Cerianite) مجموعة من المعادن تسمى مجموعة اليورانيات (Uranite)، وهذه المجموعة هي من أكسايد اليورانيوم الثنائية؛ التي تتشابه في خواصها الفيزيائية ويمكن تمييزها بواسطة اشعة الحيود السينية.
يتميز اليورانايت بلونه الأسود أو الرمادي الفولاذي، وبأن مسحوقه أسود، ويذوب معدن اليورانايت بسهولة في حامض النتريك، وهناك معادن ثانوية لليورانيوم كثيرة ومنشرة بشكل واسع ولها ألوانها المميزة الصفراء والخضراء والبرتقالية والحمراء، وتميز خاصية النشاط الاشعاعي لهذه المعادن عن معادن اخرى ذات الوان مشابهة مثل معادن كبريتات الحديد الصفراء وكربونات النحاس الخضراء وزرنيخات النيكل الخضراء أيضا. ومن الحالات الشائعة التواجد المشترك لمجموعات من المعادن الثانوية لليورانيوم، وتتمثل هذه الحالة في التكشفات الصغيرة على شكل خليط من الألوان التي تعقد عملية التعرف عليها في الطبيعة .

مناطق وجوده في العالم:

ينتشر الوقود النووي (اليورانيوم) في مناطق مختلفة من العالم حيث يوجد مع الفوسفات والنحاس والذهب وغيرها. يوجد معها بنسب مختلفة فهناك اليورانيوم النقي كما هو الحال مع الفوسفات في البرازيل حيث تصل نسبته 3% كما يوجد بنسب أقل من هذا بمئات المرات. وهذا يعني أن استخراج طن واحد من اليورانيوم قد يتطلب استخراج آلاف الأطنان من الخامات الأخرى. يكثر اليورانيوم في أمريكا وفي جنوب أفريقيا والبرازيل واستراليا والسويد، وكذلك في الجزائر وفي فرنسا أيضا، ولكن يستخرج بصورة رئيسية في الولايات المتحدة الأمريكية وكندا وجنوب افريقيا وفرنسا.
يوجد اليورانيوم الطبيعي على شكل نظيرين أساسيين هما اليورانيوم 235 واليورانيوم 238 ونسبتهما كنسبة (140:1) تقريبا بالإضافة الى كميات ضئيلة جدا من نظير اليورانيوم 234، ويجب الإشارة هنا إلى أن اليورانيوم 235 يصلح للاستعمال كوقود نووي ولقد لاحظ هنري بيكرل (Henri Beequere) عام 1896 انبعاث نوع خاص من الإشعاعات من خامات اليورانيوم له القدرة على اختراق عدة طبقات من ورق غير شفاف وإحداث ضباب في المستحلب المستخدم لاكساء الأفلام المستخدمة في التصوير الفوتوغرافي

حقائق عن الطاقة والوقود النووي:

في حقيقة الأمر فانه من الصعوبة بمكان أن يتم تعريف الطاقة، فهي لا توجد بشكل ملموس كما في حالة المواد وكذلك لا تشغل حيزا في الفراغ المحيط بنا، ولكنها السبب الرئيسي في بعث الحركة والحياة في هذا الكون، فهي مطلوبة لإحداث أي حركة أو حدث مهما كان بسيطا، والطاقة عموما لا توجد بشكل حر فهي مخزونة في بعض المواد التي يطلق عليها اسم (الوقود)، وقد عرف الإنسان الطاقة لأول مرة منذ مئات الآلاف من السنين، والوقود أنواع عدة كالخشب والفحم والنفط وهو ما يدعى (بالوقود الاحفوري)، أما النوع الآخر من الوقود فهو (الوقود النووي)، وهناك عدد من المسلمات الأساسية التي تستند عليها الطاقة النووية وهي:
1- في جميع استعمالاتنا لأنواع وأشكال الوقود المختلفة (عدا النووي) فاننا نلامس سطح الذرة فقط، وبواسطة عمليات كيميائية نحصل على الطاقة من التفاعلات الكيميائية التي تلعب فيها الالكترونات الموجودة على سطح تلك الذرات الدور الرئيسي.
2- تتكون كافة الذرات من جزء مركزي يدعى النواة التي تضم تقريبا كافة محتويات الذرة (الكتلة والطاقة) وتكون طاقة الذرة مركزة في هذه النواة بالإضافة الى عدد الالكترونات تدور حولها في مدارات مختلفة.
3- تحتاج ذرات بعض العناصر وخاصة الكبيرة والثقيلة مثل اليورانيوم الى طاقة معينة لكي تفقد هذه الذرات أواصرها وتتجزأ الى شظايا من الذرة تتحرك بسرعة كبيرة تصل حوالي (6000) ميل في الثانية مع تحرر طاقة هائلة جدا ناتجة عما يعرف بالانشطار النووي.
4- تكون هذه الشظايا على الأكثر نويات لذرات صغيرة تلتقط الالكترونات لتكون ذرات بعض العناصر الكيميائية. كما أن بعضا من هذه الشظايا تكون في منتهى الصغر وهي تشكل حجر الأساس الذي تبنى منه كافة النويات المسماة(بالنيوترونات)، ومن المحتمل أن يترك النترون النواة بسرعة معينة ويصطدم مع نواة أخرى مسببا انشطا ر لها، وهكذا يحدث عدد هائل من الاصطدامات والانشطارات وهذا ما يعرف بالتفاعل المتسلسل.
5- لو أخذنا كتل جميع هذه الأجزاء الناتجة من الانشطار وجمعناها مع بعضها لوجدنا أن الكتلة الناتجة من عملية الجمع أقل من كتلة النواة الأصلية قبل الانتشار، ونفسر ذلك بأن الكتلة الناقصة من المادة قد تحولت إلى طاقة طبقا لمعادلة اينشتاين (Esmc2) وبحساب بسيط من هذه المعادلة نجد ان غراما واحدا من المادة الانشطارية المفقودة تولد طاقة تعادل ما يولده حرق عشرين مليون طن من الفحم الحجري.
6- عندما يبدأ التفاعل النووي فان جزءا من الطاقة المنبعثة، وأن كان صغيرا يظهر على شكل إشعاع يشابه الأشعة السينية ولكن بطاقة أكبر منها ولديها قابلية على النفاذ خلال الأجسام الحية والحواجز الصلبة قليلة السماكة، وتدعى بـ(اشعة كاما). ويعد أخطر ما في عملية التفاعل النووي هو انبعاث النترونات السريعة التي لديها قدرة كبيرة على النفاذ عبر معظم الأجسام والحواجز تقريبا؛ ولغرض ايقافها تستخدم حواجز محسوبة من الماء أو من شمع البرافين.
7- هناك عنصران موجودان في الطبيعة يمكن استخدامهما في التفاعل النووي هما اليورانيوم والثوريوم، وهما اساس صناعة الوقود النووي إذ أن نويات ذرات هذين العنصرين من أثقل وأعقد النويات على الاطلاق

أسباب الاهتمام بالطاقة النووية:

في منتصف عقد السبعينيات وبالذات بعد أزمة النفط الاولى، بدأت الانظار تتوجه نحو الطاقة النووية في العديد من البلدان الصناعية كبديل مرغوب به لانتاج الطاقة الذي يعتمد على المصادر التقليدية التي تتمثل بالوقود الاحفوري (النفط والغاز والفحم الحجري ومشتقاته) وكذلك الاستعاضة عن البدائل الأخرى لإنتاج الطاقة من المصادر الكهرومائية. حيث تم تكثيف العمل في برامج الطاقة النووية من أجل خفض الاعتماد على النفط باعتباره أهم الوقود الاحفوري مع بداية إنشاء عدد كبير من محطات الطاقة النووية، ونلاحظ بان الطلب على اليورانيوم قد تضاعف منذ السبعينيات.
ان صعوبة التنبؤ بمستقبل الطلب على اليورانيوم توازي الصعوبات الفنية التي تتعرض لها القطاعات الاقتصادية الأخرى في حسابات الطلب المستقبلية هذا بالرغم من حقيقة كون اليورانيوم سلعة ذات جدوى تجارية واحدة هي استخدامه كوقود للمفاعلات النووية من أجل إنتاج الطاقة الكهربائية تعتمد جميع نشاطات الكائنات الحية على الطاقة، حيث يمكننا التحقق من ذلك عندما نأخذ بنظر الاعتبار مشكلة الطاقة العالمية، فالإنتاج الكفوء للغذاء يتطلب معدات وأسمدة وماء، وكل منها يستخدم الطاقة بطرق مختلفة، فالطاقة حيوية بالنسبة للنقل وللوقاية من التقلبات المناخية ومن تصنيع جميع البضائع، ولهذا السبب فان مصدرا مناسبا لتوفير الطاقة على المدى البعيد يكون ضروريا وأساسيا لبقاء الإنسان، ان لمشكلة الطاقة أو لازمة الطاقة حيث اصبحت اكثر ندرة والتأثيرات على السلامة وعلى الصحة الناتجة من النواتج الثانوية لاستهلاك الطاقة والتوزيع غير المنصف لموارد الطاقة بين المناطق وبين الامم والتناقض بين الاستخدام الحالي وبين الزيادة المتوقعة في سكان العالم ان مستقبل الجنس البشري لا ينفصل عن الطاقة النووية، وبسبب الزيادة في عدد سكان العالم ولضمان استقراره في آخر الأمر، فان الطلبات على الطاقة لتأمين ظروف معاشية ملائمة سوف تستنزف بشكل خطير الموارج المتوفرة حاليا خاصة الأنواع المختلفة من وقود المحروقات، لهذا سيكون من الواجب الكشف عن مصادر جديدة ومتنوعة للطاقة وكذلك إتباع طرق جديدة ومختلفة لتحويل الطاقة من شكل لآخر وجعل استعمالها عمليا، إن الاستخدام المعقول للطاقة النووية، المبني على أساس فهم كل من المخاطر والفوائد، سيكون مطلوبا لمواجهة هذا التنافس من أجل البقاء على قيد الحياة



النشاط الإشعاعي الصناعي


هو تحول نواة مستقرة « غير مشعة » إلى نواة مشعة « غير مستقرة » . عن طريق إحداث تغيير في مكونات النواة أي تغيير في نسبة عدد نيوتروناتها إلى بروتوناتها .
لإحداث هذا التغيير لا بد من تقريب مكونات النواة من بعضهما مسافة يبدأ عندها تأثير القوى النووية ولعمل ذلك يتم تسريع إحداهما لإكسابها طاقة حركية كافية تمكنها من الإقتراب من النواة الأخرى ويتم تسريعها باستخدام أجهزة خاصة يطلق عليها اسم المسارعات النووية .
التفاعلات النووية والتفاعلات الكيميائية
إن الخصائص الكيميائية للعناصر تعتمد على العدد الذري وبخاصة عدد الإلكترونات في مستويات الطاقة الخارجية ، أما الخصائص النووية فتعتمد على عدد البروتونات وعدد النيوترونات فيها .
Mona Nour غير متواجد حالياً