هذا السؤال قد يكون محيرا احيانا عندما يسالك احد الاصدقاء عن القنابل الذرية هل تستخدم الاندماج النووي او الانشطار النووي او كلاهما وماذا عن القنبلة الهيدروجينية؟
كبداية للاجابة على هذا التساؤل لو فكرنا في كلمة اندماج فاننا سوف نقول انها عملية يحدث فيها اندماج شيئين او اكثر مع بعضهما البعض ليكونا جسما واحدا. هذا تعريف الاندماج والذي ينطبق على الاندماج النووي ايضا وهنا نتحدث عن انوية الذرات. لكن قبل التقدم اكثر في الشرح والتوضيح دعنا نسترجع بعض المعلومات الاساسية المتعلقة بالذرات والانوية.
بعض المعلومات عن الذرات والانوية
من المعروف ان الذرة هي وحدة البناء الاساسية لكل المواد .. كل شيء حولنا وحتى نحن. اعتبر على سبيل المثال جسم انسان يزن حوالي 70 كيلو جرام فانه يحتوي على ما يقارب 7×1027 ذرة!
كما ان الذرة تحتوي على فراغ كبير حيث وصفها العلماء بانها معظمها فراغ مما دعى العلماء لوضع فرضية ان كل الجنس البشري يمكن وضعه في مكعب سكر! على اي حال في داخل هذا الفراغ يوجد نواة وحول النواة تدور الالكترونات في مستويات طاقة مختلفة. تتكون النواة من بوتونات ونيوترونات.
نميز بين عنصر واخر من خلال العدد الذري وهو عدد البروتونات في الذرة اذا كانت نواة العنصر مكونة من بروتون واحد فاننا نتحدث عن الهيدروجين واذا كنت تحتوي على بروتونين فاننا نتحدث عن الهيليوم وهكذا.
وعندما يزداد عدد البروتونات داخل النواة نصف العنصر بانه من العناصر الثقيلة وهذا عندما تكون عدد البروتونات اكثر من 92.
الاندماج النووي Nuclear Fusion
يحدث الاندماج النووي عندما تتحد نواتين او اكثر لتشكل عنصر جديد بنواة اثقل او عنصر بعدد ذري اعلى. خلال عملية الاندماج يتحول جزء من المادة إلى طاقة في صورة فوتونات. مثل هذا الاتحاد لنواتين او اكثر لتكوين نواة اثقل تتحرر كمية طاقة هائلة حسب معادلة تكافؤ الطاقة والكتلة لاينشتين.
معظم التفاعلات الاندماجية التي تحدث على الارض تكون بين نظيري الهيدروجين وهما الديتيريوم Deuterium والتريتيوم Tritium.
على الشمس وعلى كل النجوم بمختلف انواعها تحصل على طاقتها من التفاعلات الاندماجية النووية. ولهذا السبب هي متوهجة منذ زمن بعيد.
الانشطار النووي Nuclear Fission
الانشطار النووي هي عملية تنشطر فيها نواة الذرة إلى جسيمات اصغر مثل النيوترونات الحرة وتتحرر طاقة هائلة. في الشكل التالي تفاعل انشطار نووي لنواة عنصر اليورانيوم 235 ينتج عنه عناصر صغيرة تتحرك بسرعة.
كما هو واضح ان الانشطار النووي عكس الاندماج النووي تماما. التشابه في كلا العمليتين هو ان الطاقة تتحرر بكميات هائلة. والاندماج النووي هو المبدأ الاساسي للاسلحة النووية مثل القنابل النووية انظر مقال كيف تعمل القنبلة النووية.
مقارنة بين الاندماج النووي والانشطار النووي
(١) الحدوث في الطبيعة
تحدث التفاعلات النووية الاندماجية في الاجسام الكونية مثل الشمس والنجوم الاخرى بشكل طبيعي بينما لكي تقوم بتفاعل انشطار نووي فان الامر يتطلب تدخل خارجي مع شروط تحكم عالية جدا.
(٣) الطاقة اللازمة
يتطلب للتفاعلات الاندماج النووي طاقة ضخمة جدا بحجم يتوفر على الشمس والنجوم. اما التفاعل الانشطاري يتطلب طاقة اقل نسبيا.
(٤) الطاقة المتحررة
في حين ان الطاقة المتحررة من التفاعل الانشطاري تتعدى ملايين المرات من الطاقة التي تنتجها التفاعلات الكيميائية العادية الا ان الطاقة المتحررة خلال التفاعل الاندماجي اكبر بـ ٣ – ٤ مرات من التفاعل الانشطاري.
(٥) الوقود
في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالطاقة الاندماجية النووية يستخدم بشكل اساسي نظائر الهيدروجين اي الديتيريوم والتريتيوم بينما في تفاعلات الانشطار النووي يستخدم بشكل اساسي اليورانيوم كوقود.
(٦) الشروط اللازمة
في حين ان التفاعل الاندماجي يتطلب درجة حرارة عالية جدا وبيئة ذات كثافة عالية فان التفاعل الانشطاري يتطلب نيوترونات سريعة وكتل حرجة للمواد.
(٧) الاستحدام في مجال الاسلحة النووية
يستخدم الانشطار النووي في في القنابل الانشطارية او ما يعرف بالقنابل الذرية في حين يستخدم الاندماج النووي في القنابل الهيدروجينية.
