تقرير , بحث , عن التفاعل النووي الاندماجي / الإمارات مدارس الامارات 2024.

عنوان التقرير: التفاعل النووي الاندماجي

عمل الطالب:————————

الصف: الثاني عشـــــ2ـــر الأدبي

____________________________________

المقدمة:

زاد اهتمام العالم بالطاقة خصوصا في النصف الثاني من القرن العشرين وتنافس الدول في تامين الطاقة لأهميتها الكبرى في كثير من شؤون الحياة سواء المعيشية أم الصناعية . ونعلم إن مصادر الطاقة التقليدية من بترول وغاز طبيعي وفحم قابلة للنفاد ولن تسخر لفترة طويلة ، لذا اجتهد العلماء في البحث عن بدائل أخرى للطاقة ، ومن هذه البدائل الطاقة النووية ، وترجع أهميتها إلى ضخامة الطاقة الناتجة عنها إذا ما قورنت بالطاقة الناتجة عن الكمية نفسها من الوقود العادي كالبترول ، بالإضافة إلى ذالك هناك أهمية كبيرة للتطبيقات الكيمياء النووية في إنتاج النظائر المشعة التي تستخدم في مجالات الطب والزراعة وغيرها ولهذا سنكتب عن فرع من فروع التفاعل النووي إلا وهو التفاعل النووي الاندماجي .
الموضوع:

الاندماج النووي
علمنا أن بعض الأنوية الثقيلة مثل تنشطر إلى نواتين متوسطتين إذا قذفت بنيوترون بطيء , وعلمت أن مثل هذا التفاعل يسمى " الانشطار النووي " وعكس هذا التفاعل أي " دمج نواتين خفيفتين معاً لتكوين نواة أثقل يسمى الاندماج النووي " وتنطلق طاقة هائلة مصدرها نقص كتلة النواة الناتجة عن مجموع كتلتي النواتين المندمجتين معاً .
ومن الأمثلة على الاندماج النووي اندماج نواتي الديتريوم ( هيدروجين ـ 2) لتكوين الهليوم كما في المعادلة التالية:
ولحساب الطاقة الناتجة عن هذا التفاعل :
مجموع كتل الأنوية الداخلة في التفاعل = 2 ك ديتريوم
= 2 × 2.013 = 4.026 و.ك.ذ
مجموع كتلة الأنوية الخارجة عن التفاعل = ك هليوم + ك النيوترون
= 3.015 + 1.009 = 4.024 و.ك.ذ
النقص في الكتلة = Dك = 4.026 ـ 4.024 = 0.002 و.ك.ذ
الطاقة الناتجة عن التفاعل = 0.002 × 931 = 1.862 مليون إلكترون فولت
وبالرغم من أن الطاقة الناتجة ( 1.862 مليون إلكترون فولت ) لا تساوي أكثر من 10% من الطاقة الناتجة من الانشطار النووي (200 مليون إلكترون فولت ) إلا أننا يجب أن نتذكر هنا أن كتلة نواة اليورانيوم تساوي تقريباً 235 و.ك .ذ في حين أن كتلة نواة الديتريوم = 2 و.ك.ذ ولذلك فإن الطاقة الناتجة لكل كيلوغرام من الوقود النووي الاندماجي أكبر كثيراً من الطاقة الناتجة لكل كيلوغرام من الوقود النووي الانشطاري , كما أن الاندماج النووي لا يتطلب وجود الكتلة الحرجة اللازمة للانشطار النووي .
وقد يبدو للوهلة الأولى أن الاندماج النووي أسهل كثيراً من الانشطار النووي , لأن الديتريوم موجود في الطبيعة ويمكن الحصول عليه بكميات وافرة بثمن رخيص , إلا أن الحال ليس كذلك بسبب زيادة قوة التنافر الكهربائية عند اقتراب النواتين من بعضهما البعض ولهذا السبب فإنه من أجل إحداث اندماج نووي لا بد من توفير الظروف التالية:
1. حصر الأنوية الخفيفة في حيز صغير جداً لزيادة إمكان تصادمهما والتحامهما معاً .
2.زيادة الضغط الواقع على الأنوية الخفيفة زيادة كبيرة.
3.رفع درجة حرارة الأنوية الخفيفة إلى رتبة (710) درجة سيلسيوس, وذلك لإكسابها طاقة حركية عالية.
وبسبب صعوبة توفير كل هذه الظروف , ولأنه لا يوجد إناء يمكن أن يحوي مادة درجة حرارتها عالية ومضغوطة بهذا الشكل , لذلك كان من الصعب تحقيق الاندماجات النووية في المختبرات العلمية
ومن مزايا المفاعل النووي الاندماجي :

1.سهولة الحصول على الوقود النووي حيث أنه يمكن مثلاً استخلاص الديتريوم من مياه البحر .
2. النفايات الناتجة (أنويه الهليوم) الغير مشعة.
3.من السهل إيقاف التفاعل.
وقد توصل العلماء إلى إحداث اندماج نووي محدود في القنبلة الهيدروجينية والموضحة في الشكل التي وقودها الهيدروجين الثقيل ( الديتريوم ) والتي تتكون من غلاف قوي جداً في داخله قنبلة نووية انشطارية , توفر درجة الحرارة العالية اللازمة لتزويد أنويه الهيدروجين بالطاقة الحركية , ولتفجير القنبلة الهيدروجينية يتم أولاً تفجير القنبلة النووية الانشطارية فترتفع درجة حرارة الديتريوم ارتفاعاً هائلاً مما يمكن نُواه من الاندماج وتوليد طاقة حرارية هائلة .
وقد أجرت الولايات المتحدة الأمريكية, أول تجربة للقنبلة الهيدروجينية في أيار عام 1951 في المحيط الهادي, وفي تشرين الثاني من العام نفسه. أجرت التجربة الثانية باستخدام قنبلة من عيار 7 ميغا طن , وكان نتيجة هذه التجربة اختفاء جزيرة من البحر اختفاء تاماً

الطاقة الشمسية Solar Energy :
يفسر العلماء طاقة النجوم بحدوث تفاعلات اندماج نووي في باطنها , فنظراً لارتفاع درجة حرارة باطن النجم والتي قد تصل إلى 15 مليون كلفن كما في الشمس وكذلك كبر الضغط , جعل العالم بيثيه Bethe يفترض أن مصدر الطاقة الشمسية هو الاندماج النووي الذي يحدث بين أنويه الهيدروجين لتكوين أنويه الهليوم , وأثناء ذلك تنتج الطاقة الشمسية الهائلة . واقترح بيثيه دورة تسمى دورة البروتون ـ البروتون في الشمس موضحة في جدول .
تبدأ هذه الدورة بتصادم بروتونين لتكوين ديوترون وينتج بوزيترون (e+) ونيوترينو (u) وعندما يتكون الديوترون فإنه يصطدم ببروتون آخر خلال ثواني ويكوّن نواة الهليوم ثم تتصادم نواتي الهليوم الناتجتين من تفاعلين مستقلين ,وتكوّن المستقر وبروتونين .
وبنظرة شاملة لما يحدث في دورة البروتون ـ البروتون , فإن ما يحدث فعلياً هو اندماج 4 بروتونات لتكوين نواة هليوم وبوزيترونين وبإنتاج كمية من الطاقة (ط) ويمكن حسابها :
ط = [ 4 ك البروتون ـ ك الهليوم ـ 2 ك إلكترون ] س2
حيث س : سرعة الضوء
ثم لننظر ما يحدث للبوزيترونين الناتجين , إن ما يحدث فعلياً هو إفناء إلكترونين مع البوزيترونين وتحويل الكتل إلى أشعة حاما ط َ
طَ = 4 ك إلكترون × س2

وبذلك تكون الطاقة الناتجة من الدورة = 4 ( ك بروتون + ك إلكترون ) س2 ـ ( ك الهليوم + 2 ك إلكترون ) س2
= 4 ( ك البروتون ـ ك الهليوم).
وبذلك تكون الطاقة الناتجة = [ 4(1.00873) ـ (4.00260 )] (931 ).
= 26.7 مليون إلكترون فولت

_________________________________

الخاتمة :

قدمنا في هذا التقرير شرح لبعض التفاعلات النووية الاندماجية التي لها أهمية كبيرة في حياتنا ولها الكثير من التطبيقات ومنها إنتاج الطاقة وإنتاج النظائر المشعة التي لها فوائد عديدة مجالات الطب والصحة ومجالات الأبحاث العلمية .ولكن على الرغم من كثر هذه الأهمية لكن الكثير من الناس متشائم منها لان البعض يستخدمها في إنتاج أسلحة الدمار الشامل . وهناك تخوف أيضا من حدوث تسرب كما حدث لمفاعل تشرنوبيل في أوكرانيا سنة 1986.

______________________________________

المصادر :

1.الكتاب المدرسي
2. المدرسة العربية: www.school******.net/
3.جريدة الشرق الأوسط: الأحد 03 جمـادى الثاني 1421 هـ 3 سبتمبر 2000 العدد 7950
4. معهد الإمارات التعليمي https://www.uae.ii5ii.com

.~. صنع يدي .~.