الفيزياء النووية مفهومها وتاريخ اكتشافها

مفهوم الفيزياء النووية

ما المقصود بالفيزياء النووية؟ تمثل الفيزياء النووية (بالإنجليزية: Nuclear Physics) إحدى مجالات الفيزياء المهمة في حياتنا، ويركز هذا المجال بصفة خاصة على النوى الذرية بما في ذلك جسيماتها المكونة لها وكذلك تفاعلاتها، مع العلم أن هذا المجال يساعد على فهم وتفسير التفاعلات النووية باختلاف أشكالها، فيتضمن ذلك مثلًا الاندماج النووي في الشمس، وفي المقابل الانشطار النووي في محطات الطاقة، علمًا بأن الفيزياء النووية لديها العديد من التطبيقات الأخرى مثل؛ الطاقة النووية والأسلحة النووية وغيرها، كما أن هذا المجال كان له الدور الكبير في تطوير فيزياء الجسيمات وغيرها.^[١]

تاريخ اكتشاف الفيزياء النووية

متى اكتشفت الفيزياء النووية؟ ومن مكتشفها؟ تم اكتشاف الفيزياء النووية في عام 1896 من قبل العالم هنري بيكريل في باريس، إذ إنه قبل ذلك بعام كان يحاول أن يثبت افتراضه بأن اليورانيوم يعمل على امتصاص أشعة الشمس ومن ثم يعيد إشعاعها كأشعة سينية، فقام بيكريل بتجهيز ألواح فوتوغرافية ملفوفة بورق أسود، وكانت تجربته بأن يقوم بإدخال مركب كبريتات يورانيل البوتاسيوم في أشعة الشمس التي كانت قليلة في ذلك اليوم الغائم، ومن ثم ملامستها لتلك الألواح.^[٢]

وافترض بيكريل أن الضوء المرئي بطبيعة الحال لن يمر إلا أن الأشعة السينية على اعتقاده ستقوم بذلك، والذي حدث آنذاك بأن بيكريل اكتشف بقاء صور مسجلة على آلة التصوير مما أثار دهشته، وبذلك بدأ ظهور مجال الفيزياء النووية.^[٢]

وبعد ذلك أجريت دراسات أثبتت أنه تلك الأشعة لم تكن الأشعة السينية مطلقًا، وإن ما حدث هو أن مسار الضوء لا ينحني من خلال المجال المغناطيسي، بينما أن إشعاع اليورانيوم تم التصدي له من جانب واحد، وبتلك التجربة كان قد تم اكتشاف الإشعاع، وبناء على ذلك صاغت ماري كوري ما يسمى "بالنشاط الإشعاعي"، وزيادة على ذلك تعاونت مع زوجها بيير باكتشاف كل من الراديوم والبولونيوم وذلك لتحديد مصادر النشاط الإشعاعي الدقيقة.^[٢]

لم يقتصر الأمر على ذلك، إذ ابتكر الفيزيائي إرنست رذرفورد بعدها مصطلحات جسيمات ألفا وبيتا وجاما والتي هي بطبيعة الحال مواد مشعة، وبذلك كان قد أخذ مجال الفيزياء النووية في الانطلاق بشكل حقيقي.^[٢]

مجالات استخدام الفيزياء النووية

هناك العديد من التطبيقات على الفيزياء النووية المستخدمة في مجالات متعددة، وما زال الفيزيائيون يعملون على تصميمات أخرى حديثة وآمنة بشكل أكبر،^[٢] ومن هذه المجالات ما يأتي:

• الطب النووي: هو من مجالات الفيزياء النووية المهمة، إذ تستخدم المواد المشعة للمريض ولكن بكميات قليلة جدًا، كما يحتاج الأطباء إلى استخدام الأجهزة التي تلتقط الصور للمرضى باستخدام الأشعة المنبعثة منها، ويعد ذلك مهمًا جدًا لتشخيص حالات المرضى مثل؛ مرضى الكلى والقلب والغدة الدرقية وغيرها.^[٢]
• الفيزياء النووية في الصناعة والزراعة: تعد تطبيقات الفيزياء النووية ذات أهمية بالغة في مجال الصناعة والزراعة، وذلك يشمل تقنيات التحليل النووي وتكنولوجيا الأشعة الأيونية بالإضافة إلى تكنولوجيا النظائر، إذ تستخدم كل من الحزم الإلكترونية والحزم الأيونية ومصادر الإشعاع النظائري بشكل واسع في الكشف عن الإشعاع وفي المعالجة الإشعاعية للبذور وكذلك في التعقيم بالإشعاع، بالإضافة إلى القضاء الإشعاعي على الآفات الحشرية وغيرها المزيد.^[٣]
• النظائر المشعة الجديدة للعلاج المناعي الإشعاعي المستهدف: أما بالنسبة لهذا المجال فهو بمثابة تطوير المستحضرات الصيدلانية المشعة، والتي يتم توجيهها بشكل مباشر إلى العضو المراد علاجه، وهي تعمل بالاعتماد على القوة الكبيرة والمدمرة للإشعاع المؤين في نطاق قصير، وتعمل هذه الطريقة على تجنب الأضرار التي من الممكن أن تلحق بالأعضاء المجاورة للعضو المصاب والتقليل منها.^[٤]

المواضيع الحديثة في الفيزياء النووية

هناك عدة مواضيع حديثة مطروحة ضمن مجال الفيزياء النووية، وهي كالآتي:

• الاندماج النووي: (بالإنجليزية: Nuclear fusion) وهو أحد أنواع التفاعل الذي يحدث بسبب وجود روابط ذرية ذات طاقة عالية بين الجسيمات الموجودة في داخل النواة، إذ ينتج عن هذا التفاعل الطاقة،^[٥] فيحدث الاندماج النووي باندماج نواتين لتشكلا بذلك نواة أثقل، وأبسط الأمثلة على ذلك الطاقة في الشمس فهي تتولد بفعل هذه الظاهرة، علمًا أن إجراء هذه العملية في الحقيقة لغايات توليد الطاقة هي إحدى أكبر أهداف الفيزياء التجريبية، إلا أن ذلك يتطلب الكثير من الضغط ودرجات الحرارة العالية.^[٢]
• الانشطار النووي: (بالإنجليزية: Nuclear fission)، ويحدث خلال الانشطار النووي انقسام عنصر ثقيل إلى نواتين أخف، وهذه العملية هي التي تعمل على مد المفاعلات النووية بالطاقة، وهي بمثابة مبدأ عمل الأسلحة النووية، مع التنويه إلى أن الانشطار يحدث ضمن سلسة عمليات متتالية، فعلى سبيل المثال النيوترون في عنصر ثقيل مثل اليورانيوم يقوم بالانقسام الأولي مخلفًا نيوترون إضافي حر بعد أن يتم التفاعل، ومن الممكن بعدها أن يقوم بعملية انقسام أخرى.^[٢]
• الاضمحلال النووي: (بالإنجليزية: Nuclear Decay) ويسمى أيضًا التحلل الإشعاعي، وهو عملية يتم خلالها انبعاث طاقة أو جسيم وذلك عندما تتغير الذرة إلى أخرى، فغالبًا ما تتغير الذرة لتصبح عنصرًا جديدًا آخرًا، وتكون هذه الانبعاثات إما انبعاث ألفا أو انبعاث بيتا أو انبعاث البوزيترون وانبعاث جاما، فمثلًا يتضمن انبعاث ألفا انطلاق أيونات الهيليوم عند التحلل من النواة، بينما انبعاث بيتا يكون بتحلل النيوترون بداخل الذرة إلى إلكترون وبروتون.^[٦]
• إنتاج العناصر الثقيلة: عندما ظهر الكون وذلك بعد الانفجار العظيم، كانت أكثر الجسيمات شيوعًا هي البروتونات والإلكترونات، وعندما اصطدمت البروتونات ببعضها البعض شكلت عناصر أثقل، ومع ذلك فإنه في الوقت الحاضر تعد العناصر الثقيلة هي العناصر التي نشأت بداخل النجوم، وذلك من خلال سلسلة من الاندماج خلال عدة مراحل، مثل؛ سلسلة البروتونات وأيضًا دورة (CNO) والسلسلة الثالثة هي عملية ألفا، فعادةً ما يكون إنشاء العناصر الأثقل تدريجيًا أثناء تطور النجوم.^[٧]

المراجع

1. ↑ "Nuclear Physics: Nuclear Force & Building Energy", Study.com, Retrieved 3/6/2021. Edited.
2. ^ ^{أ ب ت ث ج ح خ د} "Nuclear Physics: What Is It, Who Discovered It & Why Is It Important?", SCIENCING, Retrieved 3/6/2021. Edited.
3. ↑ "The application of nuclear physics in industry and agriculture", IAEA, Retrieved 3/6/2021. Edited.
4. ↑ Suzanne Lapi, Nuclear Physics: Exploring the Heart of Matter 2013, Page 156. Edited.
5. ↑ "Nuclear Fusion", toppr, Retrieved 4/6/2021. Edited.
6. ↑ "Nuclear Decay Processes", libretexts, Retrieved 4/6/2021. Edited.
7. ↑ "Nuclear physics", newworldencyclopedia, Retrieved 4/6/2021. Edited.