النووي ونحن – أسئلة وأجوبة بعد الاتفاق مع إيران

دليل المصطلحات الأساسية للعالم النووي بعد توقيع الاتفاق بين القوى العالمية وإيران الذي ينظم نشاطها في المجال النووي

ما هو الأساس؟

كل ما هو موجود في الكون يتكون من مجموعات أقل من 100 مادة أساسية تسمى العناصر. فالماء، على سبيل المثال، مركب من عنصري الهيدروجين والأكسجين. ملح الطعام مركب من عناصر أخرى: الصوديوم والكلور. الوحدة الأساسية لكل عنصر هي الذرة، وكل ذرة (تقريبًا) تتكون من ثلاثة أنواع من الجسيمات الأصغر: البروتونات والنيوترونات الموجودة في النواة، والإلكترونات التي تحيط بها. يحدد عدد البروتونات في النواة نوع العنصر: يحتوي الأكسجين على ثمانية بروتونات في النواة. إذا طرحنا واحدًا، فلن يكون الأكسجين، بل النيتروجين. إذا أضفنا بروتونًا إلى نواة ذرة الأكسجين، فسوف يتحول إلى الفلور (نعم، إنه من معجون الأسنان).

ما هو العنصر المشع؟

معظم العناصر من حولنا مستقرة للغاية، ولكن في بعض الأحيان يحدث أن يتفكك جوهرها دون سبب محدد. نواة البولونيوم مثلاً (المادة التي يدعي الفلسطينيون أن إسرائيل سممت عرفات بها) تحتوي على 84 بروتوناً، لكنها أحياناً تنبعث منها بروتونين، مع جزيئات وإشعاعات إضافية، وتتحول إلى ذرة رصاص تحتوي على 82 بروتوناً. ويعرف هذا الاضمحلال بالتحلل الإشعاعي. البولونيوم هو مثال على مادة شديدة الإشعاع - إذا أخذنا 5,730 كجم من البولونيوم، في غضون ثلاث دقائق سيبقى نصف كجم فقط في أيدينا - وسيتحول الباقي إلى رصاص (مطروحًا منه الجزيئات المنبعثة). وفي المقابل، إذا أخذنا كيلوغرامًا واحدًا من الكربون، فسوف يمر XNUMX عامًا قبل أن يتحلل نصف المادة. ولهذا السبب يستخدم العلماء اختبار تركيز الكربون لتحديد عمر الاكتشافات الأثرية.

النظائر

كما ذكرنا، فإن عدد البروتونات في نواة العنصر يكون ثابتًا دائمًا. ومن ناحية أخرى، يمكن أن يختلف عدد النيوترونات. الكربون، على سبيل المثال، يحتوي دائمًا على 6 بروتونات في النواة، ولكن في بعض الأحيان يحتوي على ستة نيوترونات (يسمى عندئذ الكربون 12، أي 6+6)، أو سبعة نيوترونات (الكربون 13) أو ثمانية (الكربون 14 - يستخدم للتأريخ). في علم الآثار). ويسمى كل شكل مختلف من هذا القبيل النظائر. نظائر عنصر معين لها خصائص كيميائية متطابقة، لكنها تختلف في الخصائص الفيزيائية، مثل الوزن، والأهم من ذلك - في استقرار النواة الذرية. يمكن أن يكون هناك نظيران لنفس المادة، أحدهما مستقر للغاية والآخر مشع للغاية.

ما هو التفاعل النووي؟

هناك مواد جوهرها مستقر للغاية، ولكن إذا أضفت إليها شيئا ما، فإن هذا الاستقرار يقوض. وهذا على سبيل المثال هو الوضع في نواة اليورانيوم 235، فهي تحتوي على 92 بروتونًا و143 نيوترونًا. ومع ذلك، إذا تمت إضافة نيوترون واحد آخر، تنقسم النواة إلى قسمين، ويتحلل اليورانيوم إلى عنصرين آخرين: الباريوم (56 بروتونًا) والكريبتون (36). في هذه العملية يتم إطلاق ثلاثة نيوترونات إضافية بالإضافة إلى الكثير من الطاقة (على شكل إشعاع غاما). إذا كان هناك العديد من ذرات اليورانيوم 235 الأخرى بالقرب من الذرة الانشطارية، فمن المحتمل أن يصطدم أحد النيوترونات المنطلقة بنواتها وينشطرها. مرة أخرى، سيتم إطلاق ثلاثة نيوترونات، ومرة ​​أخرى هناك احتمال أن تقوم بتقسيم نوى الذرات القريبة، وما إلى ذلك. إنه تفاعل نووي متسلسل، وإذا كان هناك ما يكفي من المواد الانشطارية (أي اليورانيوم 235)، فإن كمية الطاقة التي تطلقها يمكن أن تكون هائلة، وسيحدث انفجار نووي.

ما هو تخصيب اليورانيوم؟

اليورانيوم هو معدن طبيعي يمكن استخراجه من الأرض. حوالي 99.2% من اليورانيوم الموجود في الطبيعة هو يورانيوم 238. وهو أحد أكثر المواد الموجودة استقرارًا: حتى يتحلل نصف المادة، ستمر حوالي 4.5 مليار سنة، وهو عمر الأرض تقريبًا (وبالفعل فإن اليورانيوم هو عمر الأرض تقريبًا). المستخدمة في تأريخ أقدم الصخور). حوالي 0.7% فقط من اليورانيوم الموجود في الطبيعة هو النظير الانشطاري 235. إذا كنت تريد إنتاج قنبلة نووية، يجب أن تحصل على تركيز أعلى من اليورانيوم 235 - في عملية تسمى التخصيب. والطريقة الشائعة للتخصيب هي تسخين خام اليورانيوم حتى يتبخر ويتحول إلى غاز. يتم وضع هذا الغاز في جهاز طرد مركزي - وهو جهاز على شكل أسطوانة يدور بسرعة هائلة، ويفصل النظائر حسب وزنها: كما هو الحال في دوامة الخيل، يتم التخلص من النظائر الأثقل، ونسبة أعلى من اليورانيوم وتبقى 235 في المركز، وبعد كل عملية يتم جمع المادة من المركز، وتمريرها عبر جهاز طرد مركزي آخر. إذا كررت العملية آلاف المرات، ستحصل تدريجياً على مادة تحتوي على نسبة أعلى من اليورانيوم 235.

كيف يعمل المفاعل النووي؟

المفاعل النووي هو منشأة يتم فيها تنفيذ تفاعل الانشطار بطريقة خاضعة للرقابة، دون التسبب في انفجار نووي (إذا لم تكن هناك أعطال بالطبع). تستخدم معظم المفاعلات الحرارة المتولدة من الطاقة المنبعثة في التفاعل لتوليد الكهرباء. تقوم مفاعلات الأبحاث بتوجيه النيوترونات المنطلقة بحيث تصطدم بنواة عناصر معينة، وتحولها إلى المزيد من النظائر المشعة، والتي تستخدم في الطب والأبحاث. لإنتاج الكهرباء، يكفي تخصيب اليورانيوم إلى مستوى حوالي 5% (أي 95% يورانيوم 238 و5% يورانيوم 235). يحتاج عمال المناجم البحثيون إلى تخصيب بنسبة 10%-20%. وتتطلب الأسلحة النووية عادة تخصيب اليورانيوم بنسبة 90% أو أكثر.

ما هو البلوتونيوم؟

البلوتونيوم عنصر أثقل قليلاً من اليورانيوم (يحتوي على 94 بروتونًا)، لكن على عكسه فهو غير موجود في الطبيعة (باستثناء كميات صغيرة جدًا تتشكل بشكل طبيعي في اليورانيوم). وفي أربعينيات القرن العشرين، اكتشف العلماء أنه من الممكن إنتاج البلوتونيوم في مفاعل نووي، وذلك عن طريق إضافة البروتونات إلى نواة اليورانيوم. تم استخدام البلوتونيوم الناتج في القنبلة النووية الثانية التي أسقطتها الولايات المتحدة على اليابان في الحرب العالمية الثانية (كانت الأولى قنبلة يورانيوم).

ما هو الماء الثقيل؟

مثل العديد من العناصر الأخرى، يحتوي الهيدروجين أيضًا على عدة نظائر. يحتوي الهيدروجين الطبيعي على بروتون واحد فقط في النواة، ولا يحتوي على نيوترونات، ويشكل 99.99% من الهيدروجين الموجود في الطبيعة. يوجد عدد قليل جدًا من ذرات الهيدروجين التي تحتوي على نيوترون في النواة (الديوتيريوم)، وأحيانًا تحتوي على نيوترونين (التريتيوم). كما ذكرنا، يتكون جزيء الماء من ذرة أكسجين وذرتين هيدروجين. إذا كانت معظم ذرات الهيدروجين الموجودة في الماء من الديوتيريوم، فإن الماء يسمى "ماء ثقيل". للمياه الثقيلة مجموعة متنوعة من الاستخدامات، ولكن من حيث السياق المناسب لنا، فهي تعمل على تحسين التفاعل النووي. كما قلنا، في التفاعل المتسلسل، تنبعث ثلاثة نيوترونات مع كل انشطار لنواة اليورانيوم. والعديد من هذه النيوترونات سريعة جدًا، وتخرج من المادة النووية دون أن تسبب أي تفاعل. ويعمل الماء الثقيل على إبطائها، وبالتالي فإن التفاعل الذي يحدث في الماء الثقيل يكون أكثر كفاءة (يمكن الحصول على نفس الطاقة بتركيز أقل من المواد الانشطارية). كما يلعب الماء الثقيل دورا هاما في عملية إنتاج البلوتونيوم من اليورانيوم.

ما هي القنبلة الهيدروجينية؟

وفي القنبلة الهيدروجينية، تحدث عملية معاكسة لعملية الانشطار النووي. تأخذ ذرتين من الهيدروجين، وتدفعهما بالقرب من بعضهما البعض بحيث تحصل على نواة الهيليوم. تُطلق هذه العملية، المعروفة باسم الاندماج النووي (أو الاندماج النووي)، طاقة هائلة، أكبر حتى من طاقة الانشطار. ومع ذلك، من أجل دفع نواتين بالقرب من بعضهما البعض، يجب استثمار كمية هائلة من الطاقة. لذلك، تبدأ القنبلة الهيدروجينية بانفجار نووي "عادي"، ناجم عن الانشطار، وتخلق ظروف الحرارة والضغط التي تسمح بحدوث الاندماج النووي.

وما علاقة كل هذا بالاتفاق مع إيران؟

ويسمح الاتفاق لإيران بتخصيب اليورانيوم حتى مستوى 3.67% (وهو مستوى بعيد تماماً عن المستوى المطلوب لإنتاج الأسلحة)، ويرغمها على خفض مخزونها من اليورانيوم المخصب إلى مستوى منخفض في حوزتها. كما أن إيران مطالبة بتخفيض عدد أجهزة الطرد المركزي والاكتفاء بالجيل القديم. وهذه كلها خطوات من شأنها أن تضر بقدرتها على تخصيب اليورانيوم لصنع قنبلة. نقطة أخرى مهمة هي مسألة الإشراف على المنشآت العسكرية. ولا يوجد ما يكفي من اليورانيوم أو البلوتونيوم المخصب لصنع قنبلة. من الضروري بناء آلية معقدة للغاية من المواد الانشطارية والمواد المتفجرة التقليدية، والتي ستسمح، من ناحية، بحمل القنبلة بأمان، دون بدء تفاعل نووي، ومن ناحية أخرى، بالتحكم في الانفجار نفسه باستخدام دقة كبيرة. ويجب تجميع كل هذا في عبوة مناسبة للاستخدام المقصود، مثل رأس سهم صاروخ باليستي. ويبدو أن جميع التجارب في هذه المجالات تجريها إيران وفقاً لمعايير عسكرية لا تتعلق مباشرة بالصناعة النووية.

هل لديك أي أسئلة أخرى؟ اتصل بنا: ettaynevo@gmail.com