النظائرالكيميائية
هناك بعض العناصر الكيميائية لها أكثر من
نظيرواحد وتختلف نظائر العنصر الواحد عن بعضها بعدد من الجسيمات الأولية داخل الأنوية
- النترونات- أي بالعدد الكتلي ولها نفس الأعداد الذرية أي نفس العدد من الإلكترونات
والبروتونات وبالتالي تختلف نظائر العنصر الواحد عن بعضها بالخواص الفيزيائية ومتحدة
بالخواص الكيميائية وقد تكون ذرات صنعية أو طبيعية, تختلف بعدد النترونات والكتلة الذرية ويتمّ فصلها عن بعضها
بجهاز - مطياف الكتلة - وتتخذ النوى الشكل
الكروي وهو الشكل الهندسي ذو الأكثر استقراراً وأقل طاقة وهو الشكل المفضل والأنسب
لجميع الكواكب إذ يتطلب أقل جهد وأقل طاقة وأكثر استقراراً مع بعض التشتت الذي يعطي
الشكل الإهليلجي بسبب قوى التجاذب والتنافر في الأنوية التي تقع أعدادها الذرية بين
56 - 71 ويزداد نصف قطر النواة بازدياد أعداد كتلها.
وأهم قانون لتحديد أبعاد
النواة هو قانون التشتت ولهذه النظائراستعمالات وتطبيقات في الأبحاث العلمية المختلفة
والمتعددة كالطب والزراعة وتوليد الطاقة الكهربائية وتشغيل المفاعلات وصنع القنابل
كاستعمالات اليورانيوم بحسب درجة التخصيب 5%، 20% ، 90% لليورانيوم 235 .
كانت الفكرة السائدة عند العلماء أن جميع
الذرات المنتمية للعنصر نفسه متماثلة في جميع خصائصها وبالتالي لها نفس الكتلة ولكن
بعد اكتشاف النشاط الإشعاعي في نهاية القرن التاسع عشر، ويعود اكتشاف التحلل الإشعاعي
الطبيعي للعالم أنتوني هنري بيكريل عام 1896م.
وبعد دراسات وملاحظات تم الحصول على أدلة
تجريبية تثبت عدم تماثل ذرات بعض العناصر الكيميائية بالكتلة والخواص النووية والإشعاعية، وأوصل اكتشاف تومسون عام 1912 أن طيف الإصدار لعنصر النيون ينتج
عن نظير أحدهما كتلته الذرية 20 وحدة ذرية والآخر 22 وحدة ذرية ( والوحدة الذرية
هي مقلوب عدد آفو كادرو).
بينما الكتلة الذرية للنيون تبلغ 22.2 وحدة
ذرية الأمر الذي دفع للاستنتاج بأنه من المحتمل أن تكون جميع العناصر الأخرى التي كتلها
الذرية ليست أعداداً صحيحة عبارة عن خليط من ذرات كتلها الذرية هي أعدادٌ صحيحة.
وبناء على ذلك فالنظائر هي ذرات طبيعية
أو صنعية متماثلة بالعدد الذري (Z) ومختلفة
بعدد النترونات ( N) وبالتالي تختلف عن بعضها
بعدد الكتلة والخواص الفيزيائية والخصائص النووبة والنشاط الإشعاعي.حيث يتم فصل النظائر
عن بعضها بجهاز مطياف الكتلة .
النظائر المشعة في الطب
تستخدام النظائر المشعة في الطب كالتشخيص
للحصول على معلومات عن وظائف الجسم البشري وكذلك الكشف عن الأورام والتمزقات والكسور
في الأجسام وفي علاج قتل الخلايا السرطانية بالجرعات المناسبة وتسكين الآلام المفصلية
الحادة والآلام التي تلي العمليات الجراحية، وتستخدم أشعة ألفا وأشعة X
في تعقيم الأجهزة والأدوات الطبية التي يصعب تعقيمها بالحرارة كالكفوف
البلاستيكية، ومعالجة التهابات الجروح، وكذلك يمكن استعمال أشعة ألفا كمشرط لا يحتاج
إلى تعقيم يساعد على وقف النزف في مكان الجراحة.
إجراءات السلامة في الطب النووي:
تعد الأشعة النووية والذرية سلاحاً ذو حدين،
في حال عدم استخدامها الصحيح يكون لها آثارٌ ضارة ممرضة ومميتة، كما أنها قد تؤدي إلى
خلل في الجينات الوراثية تظهر على شكل تشوهات وأمراض وعاهات في الأجيال اللاحقة كالأبناء
والأحفاد.
كما حصل في هيروشيما وناغازاكي
في اليابان وفي حلبجة في كوردستان وأماكن أخرى في العالم نتيجة القصف الكيميائي الذري
وينصح بتعليق صفيحة رصاصية مسطحة على الحائط مقابل التلفاز لامتصاص الأشعة الصادرة
من الشاشة الفوسفورية للتلفاز.
يؤدي تناول مركبات اليورانيوم القابلة للذوبان
في الماء إلى حدوث تأثيرات سلبية على الكلى، واستنشاق المركبات غير الذوابة في الماء
يؤدي إلى اضطرابات في الرئة
وهناك تعليمات وطرق وقاية يستعملها العاملون
في مجال الطب النووي.
تخصيب وقود اليورانيوم:
اليورانيوم المستخرج من الأرض هو مزيج من
ثلاثة أنواع مختلطة في الفلز، يورانيوم 235 ويورانيوم 238 واليورانيوم 234 بكميات لا
تذكر، وتعد كازاخستان وكندا وأستراليا أكبر ثلاثة منتجين 70% من الإنتاج العالمي لليورانيوم
ويستعمل اليورانيوم الناتج عن التعدين بالكامل تقريباً كوقود للمحطات النووية وفلز
اليورانيوم هو فلز أبيض اللون يميل للون الفضي وعدده الذري 92 في جدول مندلييف الدوري.
ويتم فصل النظيرين 235،238 عن بعضهما بغية
الحصول على اليورانيوم الأخف 235 لأن نواته تنشطر بسرعة أكبر منتجاً كمية هائلة من
الطاقة حيث يوضع المزيج في أجهزة الطرد المركزية - أجهزة الضغط ويتم سحق المزيج جيداً
ثم مزجه مع غاز الفلور لتحويله إلى سادس فلوريد اليورانيوم ثم يوضع في إسطوانة الطرد
المركزية.
ونتيجة دوران جهاز الضغط بسرعة أكبر من
سرعة الصوت يتمّ فصل النظيرين عن بعضهما بسبب التفاوت في الكتلة والقوى النابذة، يورانيوم
235 يتجمع في مركز الاسطوانة لأنه أخف واليورانيوم الأثقل 238 يتجمع عند جدران الاسطوانة
الدائرة بسرعة كبيرة.
وبعد ذلك يتم استبعاد جزيئات الغاز التي
تحوي النظير 238 من طرفي الاسطوانة الدوارة فتنخفض نسبته في المزيج.
ويتم تكرار هذه العملية عدة مرات بعد تجميعها
حتى يتم الحصول على اليورانيوم 235 بتركيز كبير أو حسب الطلب.
يقصد بتخصيب اليورانيوم بتخصيب اليورانيوم
رفع نسبة يورانيوم 235 حيث يشغل اليورانيوم الانشطاري 235 ما نسبته 0.7 % من اليورانيوم
الطببعي والنسبة الباقية هي للنظير 238 الغير انشطاري ويبقى هناك نسبة قليلة جدا من
النظير 234 .
فإذا ارتفعت نسبة النظير 235
إلى 5% يصبح وقوداً لتشغيل المفاعل لأنه منخفض التخصيب، ويستخدم أيضا في الأغراض السلمية
كإنتاج الطاقة الكهربائية أما ليصبح اليورانيوم حشوة للقنابل الانشطارية فيجب رفع تخصيبه
إلى 20% فهو يكون وقودا عالي التخصيب.
والنظير 238 الذي يصل تخصيبه إلى 20% يستخدم
في مفاعلات الأبحاث.
وللحصول على قنبلة نووية واحدة يتطلب
20 - 42) كيلو غرام من النظير 235 المخصب بنسبة 90% وأكثر وإلى عمل 1500 جهاز طرد مركزي
ولمدة زمنية تقارب عاماً واحداً.
وفق تفاعل متسلسل حيث تصطدم نتروناً مع
نواة ذرة اليورانيوم 235 تنقسم الى قسمين وتحرير 2-3 نترون وهذه العملية تتكرر باصطام
نترون مع كل ذرة وانشطارها وتحرير نترونات كقذائف تصتضدم بالذرات.
وبعد تصنيع اليورانيوم المخصب بنسبة 5%
على شكل قضبان أو كرات توضع في لب المفاعل وعندما يراد تشغيل المفاعل تضخ داخل اللب
نظائر خفيفة مثل الليثيوم والبيريليوم والبور تؤدي جسيمات الفا الصادرة من نوى اليورانيوم
235 واليورانيوم 238 إلى جعل هذه النوى الخفيفة تصدر نترونات ذات طاقة عالية نسبيا
حوالي 2 ميغا الكترون فولط التي لا تمتصها نوى اليورانيوم 235 وحتى نوى 238 التي تمتص
مثل هذه النترونات السريعة لا تنشطر لان زمن إقامة هذه النترونات داخلها أقل من جزء
من مليون مليار من الثانية وهو الزمن اللازم للانشطار لذلك لابدّ من تهدئة وتبطئة هذه النترونات لتصبح قادرة على تحريض انشطار
نوى اليورانيوم 235 وتتم عملية التهدئة بواسطة نوى المهدئ وهي نوى الماء أو محلول الصوديوم
( الملح ) الذي يغمر لب المفاعل عن طريق التصادمات بينها وبين النترونات مما يؤدي إلى
خسارة النترونات لمعظم طاقتها متحولة إلى حرارية ذات طاقة من رتبة 0.04 الكترون فولط عندها تصبح احتمالية امتصاصها
من قبل نوى اليورانيوم 235 عالية جدا تؤدي لانشطار هذه النوى .
وبالرغم من تسرب عدد من النترونات فإنه
يمكن لهذه الانشطارات ان تتزايد بسرعة هائلة فتخرج سلسلة الانشطارات أحيانا عن التحكم
لذلك توجد قضبان الكادميوم كقضبان للتحكم والتي يتم إدخالها آليا عند ارتفاع حرارة
اللب عن حد معين فتمتص عدداً كبيراً من النترونات الحرارية نظراً لشراهة نوى الكادميوم 113 لامتصاص النترونات الحرارية فتتخامد سلسلة التفاعلات
الانشطارية ويتناقص معدل انتاج الطاقة وتنخفض درجة حرارة لب
المفاعل وهكذا تتم المحافظة على إنتاج الطاقة بمعدل ثابت تقريباً ويستمر مفاعل
الانشطار النووي بالعمل إلى أن تنخفض نسبة اليورانيوم في الوقود المخصب إلى أقل من
1% وعندها تستبدل قضبان الوقود بأخرى جديدة، تسمّى قضبان الوقود المستبعد من المفاعل
بالوقود المستنفذ الذي يشكل مع المهدئ ما يسمى بالنفايات النووية .....
أخي القارئ: الغاية المنشودة من هذا الموضوع هو تبيان
أن العلم وإن كان لا بد منه فهو سلاح ذو حدين فهو قد يكون مدمراً للبشرية أو أداة لبناء
الأمم والحضارات فإنتاج قنبلة واحدة يتطلب 1500 جهاز طرد مركزي ( ضغط) و 40 كيلو غرام
يورانيوم مخصب 90% ) وفترة زمنية بحدود عام واحد وتكاليف مادية باهظة لتدمير آلاف من
البشر، أليس من الأجدر أن تسخر هذه الجهود والتكاليف الباهظة في كافة الخدمات الإنسانية,
في مجال الطب والتكنولوجيا وإنتاج الطاقة السليمة وصرف جزء من هذه التكاليف
المادية لبناء المدارس والجامعات ودعم
الكادر التعليمي والطلبة لتنشئة جيل صاعد وكذلك توزيع هذه المبالغ على الفقراء واليتامى
الذين يقتاتون فتاة الخبز من الحاويات .
المراجع:
الأبحاث المدرسة
- المطالعات
- وسائل التواصل.
ليست هناك تعليقات: