الانحلال النووي والتفاعلات في المجال النووي

تعريف التفاعل النووي

التفاعل النووي يُشير إلى التغيرات التي تحدث في أعداد النيوترونات والبروتونات داخل نواة الذرة، مما يؤدي إلى توليد عنصر جديد يختلف تمامًا عن العنصر الأصلي قبل حدوث التفاعل. بعض هذه التفاعلات قد تؤدي إلى طرد البروتونات من النواة أو تحويلها إلى نيوترونات، ويصاحب هذا التفاعل انبعاث طاقة على شكل إشعاع.

فهم اضمحلال النووي

عادة ما يُعرف الإشعاع المنبعث من العناصر المشعة بالاضمحلال النووي، حيث يتم انبعاث جسيمات ألفا وبيتا، مما ينجم عنه تغييرات في بنية العنصر.

تصنيفات الأنوية حسب نوع اضمحلالها

تستغرق بعض العناصر ملايين السنين لتتحلل، ولا تخضع جميع العناصر لعملية الاضمحلال النووي بشكل يمكن ملاحظته في فترات زمنية قصيرة. تُقسم الأنوية إلى الأنواع التالية:

• نوى غنية بالنيوترونات

تخضع هذه النوى للاضمحلال عن طريق عملية تُحوّل النيوترون إلى بروتون، مما يؤدي إلى تقليل نسبة النيوترونات إلى البروتونات.

• نوى فقيرة بالنيوترونات

تتحلل هذه النوى من خلال عمليات تُحوِّل البروتون إلى نيوترون، فتساهم بذلك في زيادة نسبة النيوترونات إلى البروتونات.

• نوى ثقيلة

تميل هذه النوى إلى الاضمحلال عن طريق إصدار جسيم ألفا (α)، مما يقلل من عدد البروتونات والنيوترونات في النواة الأصلية، فتكون النتيجة زيادة في نسبة النيوترونات إلى البروتونات نتيجةً لانبعاث جسيم ألفا (α).

أنواع تفاعلات الاضمحلال النووي

تتباين أنواع تفاعلات الاضمحلال بشكل كبير وفقًا للجسيمات أو الطاقة المنبعثة، وتُقسم إلى الأنواع التالية:

إشعاع ألفا (α)

تتفتت الذرة المشعة بإطلاق مجموعة من البروتونات والنيوترونات، مما يُنتج جسيم (α) الذي يمثل نواة الهيليوم بسبب الفائض من النيوكليونات، كما هو الحال في العديد من النوى الثقيلة. وبالتالي، تتناقص الذرة بمقدار رقمين ذريين وتقل كتلتها بمقدار 4. على سبيل المثال، يتحول البلوتونيوم 239 (Pu) إلى اليورانيوم 235 (U).

إشعاع بيتا السالبة (β-)

يتحول النيوترون إلى بروتون عندما تحتوي الذرة على كمية كبيرة للغاية من النيوترونات، حيث يُطلق إلكترون لضمان التوازن الكهربائي، بالإضافة إلى جسيم صغير يُعرف بمضادات النيترينو. على سبيل المثال، يتحول النبتونيوم 239 (Np) إلى البلوتونيوم 239 (Pu).

إشعاع بيتا الموجبة (β+)

يتحول البروتون إلى نيوترون عن طريق انبعاث بوزيترون، وهو إلكترون موجب الشحنة، بالإضافة إلى نيوترينو، وذلك في حالة عدم احتواء النواة على عدد كافٍ من النيوترونات. هذا النوع من الإشعاع أقل شيوعًا، مما يؤدي إلى نقص في العدد الذري نتيجةً للنشاط الإشعاعي (β+).

• إشعاع جاما (γ)

تقوم بعض الذرات بإطلاق إشعاع كهرومغناطيسي طويل الموجة، حتى لو كانت تحتوي على عدد صحيح من النيوكليونات، فقد تُثار النواة وتضطر للتخلص من فائض الطاقة، فتُطلق فوتونًا. غالبًا ما يرتبط هذا التفكك بإشعاع جاما (γ)، وتمر السلسلة التفككية حتى تحقيق الاستقرار. على سبيل المثال، بعد 16 عملية تفكك متتالية، يتحول اليورانيوم 238 (U) إلى الرصاص 208 (Pb).