تعريف التفاعل النووي
التفاعل النووي هو عبارة عن تلك العمليات التي تؤدي إلى تغيير في أعداد البروتونات والنيوترونات داخل نواة الذرة، مما ينتج عنه عنصر جديد يختلف عن العنصر الأصلي. وقد تؤدي بعض هذه التفاعلات إلى طرد بروتونات من النواة أو تحويل البروتونات إلى نيوترونات، مما يصاحبها انطلاق طاقة على هيئة إشعاع.
تعريف الإشعاع الناتج عن الاضمحلال النووي
يُستخدم مصطلح الاضمحلال النووي لوصف الإشعاع المنبعث عن المواد المشعة، حيث تنطلق جسيمات ألفا وبيتا من العنصر، مما يؤدي إلى تغيير في تركيبته.
تصنيفات الأنوية حسب أسلوب الاضمحلال
تحتاج بعض العناصر إلى ملايين السنين لعملية الاضمحلال، ولا تخضع جميع العناصر لعملية الاضمحلال النووي ضمن فترات زمنية يمكن ملاحظتها. تنقسم الأنوية إلى الأنواع التالية:
- نوى غنية بالنيوترونات
تخضع هذه الأنوية لعملية تحول للنيوترون إلى بروتون، مما يؤدي إلى تقليل نسبة النيوترونات مقارنة بالبروتونات.
- نوى فقيرة بالنيوترونات
تتحلل هذه الأنوية عن طريق عمليات تحول البروتونات إلى نيوترونات، مما يزيد من نسبة النيوترونات إلى البروتونات.
- نوى ثقيلة
تميل هذه الأنوية إلى الاضمحلال من خلال إصدار جسيم ألفا (α)، مما يقلل من عدد البروتونات والنيوترونات في النواة الأصلية، وبالتالي يزداد نسبة النيوترونات مقارنة بالبروتونات نتيجة انبعاث جسيم ألفا.
أنواع تفاعلات الاضمحلال النووي
تختلف تفاعلات الاضمحلال النووي بشكل أساسي بناءً على الجسيمات أو الطاقة المنبعثة منها، وتنقسم إلى الأنواع التالية:
الإشعاع ألفا (α)
تتفكك الذرات المشعة عن طريق إخراج مجموعة من البروتونات والنيوترونات، مما يشكل جسيم ألفا (α) الذي يعد نواة الهيليوم نتيجة وجود فائض من النيوكليونات في العديد من النوى الثقيلة. ويؤدي هذا إلى نقصان الذرة بمقدار رقمين ذريين وانخفاض كتلتها الذرية بمقدار 4. على سبيل المثال، يتحول البلوتونيوم 239 (Pu) إلى اليورانيوم 235 (U).
الإشعاع بيتا السالبة (β-)
يحدث تحول للنيوترون إلى بروتون عندما تحتوي الذرة على كمية كبيرة جداً من النيوترونات، ويتم ذلك من خلال إخراج إلكترون للحفاظ على التوازن الكهربائي، بالإضافة إلى جسيم صغير يعرف بمضاد النيترينو. على سبيل المثال، يتحول النبتونيوم 239 (Np) إلى البلوتونيوم 239 (Pu).
الإشعاع بيتا الموجبة (β+)
في هذه الحالة، يتحول البروتون إلى نيوترون من خلال انبعاث بوزيترون، وهو إلكترون موجب الشحنة، إضافة إلى نيوترينو. يحدث هذا عندما تكون النواة غير كافية من النيوترونات، ويُعتبر هذا النوع أقل شيوعًا، مما يؤدي إلى تقليل العدد الذري نتيجة النشاط الإشعاعي (β+).
- الإشعاع جاما (γ)
تصدر بعض الذرات إشعاعات كهرومغناطيسية ذات طول موجي قصير، حتى لو كانت تحتوي على عدد صحيح من النكليونات، وقد يتم إثارة النواة لدفعها للتخلص من فائض الطاقة، حيث تطلق فوتون. وغالبًا ما يرتبط هذا النوع من التفكك بالإشعاع جاما (γ)، حيث تحدث سلسلة من التفككات المتتالية حتى تصل إلى حالة الاستقرار، مثلما يحدث بعد 16 عملية تفكك متتالية ليصبح اليورانيوم 238 (U) إلى الرصاص 208 (Pb).
