مقدمـــــــة
الحمد لله خلق الذرة الصغيرة والمجرة العظيمة والصلاة والسلام على خير خلقه محمد وآله وصحبه وسلم
أما بعد ...
إن داخل الذرة عالم خاص تحكمه أنظمة وقوانين تتجلى فيها عظمة الخالق وإبداعه في الخلق والتكوين كما أن كشف أسرار الذرة يعتبر من الإنجازات العظيمة للإنسان وقد تحقق هذا الإنجاز بفعل التأمل والتفكير والتجربة والمثابرة.
هذه الأوراق البسيطة هي قشور القشور لعلم أقلق العلماء والعامة حتى أطلقوا على هذا العصر عصر الذرة Age Of Atom
سالم الثنيان
الخلفية التاريخية لتطور علم الذرة ATOM
إن اكتشاف الحقائق المهمة عن طبيعة وخصائص الذرة جاءت نتيجة جهود الإنسان عبر قرون عديدة، حيث يمكن إرجاع الحلقة الأولى إلى القرن الخامس قبل الميلاد حينما بدأ (ديمكروتس) المفكر اليوناني التفكير بطبيعة المواد وأسباب الاختلاف فيما بينها.
لقد استنتج أن كل مادة في الطبيعة مكونة من جزئيات صغيرة جداً بحيث لا يمكن رؤيتها وتجزئتها وقد سمى هذه الجزئيات بالذرات وهو أول من أطلق اسم الذرة والذي تعني باليونانية الشيء الذي لا يمكن تقسيمه وعليه فحسب اعتقاد هذا المفكر اليوناني أن الذرة أصغر جزء مادي في الوجود.
لقد بقى هذا الاعتقاد سائداً فترة طويلة من الزمن امتدت إلى القرن الثامن عشر حيث أبدى غاليلو العالم الإيطالي وكذلك العالمان نوبيل و دالتن حيث نشر الأخير نظريته الذرية عام 1810م والتي تتلخص بأن العناصر تتكون من ذرات وكل عنصر تتصف ذراته بخواص معينة تختلف عن خواص ذرات العناصر فيما بينها لتكون مركبات.
حتى عهد دالتن لم يدر في خلد أي عالم بأن الذرة ممكن أن تتكون من أجزاء أصغر إلا أن الاعتقاد حول تركيب الذرة تغير عام 1896 حينما بدأ العالم الفرنسي بيكوريل تجاربه التي كانت الأساس لسلسلة تجارب لاحقة قام بها علماء آخرون أثبتت أن الذرة هي ليست أصغر جزء تتكون منها المادة بل تتألف من مكونات أصغر ولها صفات معينة وهذا يغير بداية بزوغ عنصر الطاقة الذرية.
لتجارب بيكوريل (العالم الفرنسي) فقه لا تخلو من الطرفة كما لا تخلو من العبر كان يفحص مواد مسنفورية والتي اكتشف أن هذه المواد عند تعريضها للشمس أو لأي مصدر ضوئي تتوهج لفترة معينة. وبطريقة الصدفة لاحظ أن أحد أملاح اليورانيوم ليس متوهج فقط أو أن تنبعث منها طاقة أخرى اسماها اشعاعاً، لقد توصل إلى هذا عندما أخذ لوحة فوتوغرافية صغيرة وغلفها بورقة سوداء لحمايتها من أشعة الشمس ووضع فوق الورقة السوداء قطعة من أملاح اليورانيوم وبعد فترة أخرج اللوحة الفوتوغرافية وغسلها وإذا به يشاهد مكان قطعة ملح اليورانيوم قد اسود بصورة واضحة. لقد فسر هذه الظاهرة بأن الإشعاع الذي يطلقه اليورانيوم ولتجد أن جدار الورقة السوداء يترك هذا الأثر.
بعد أيام اكتشف أن ضوء الشمس لا علاقة له بإشعاع اليورانيوم وإنما هو مشع من تلقاء نفسها (ذاتياً) ، وحدث ذلك عندما أحضر طبقة سميكة سوداء غلف بها لوحة ووضع عليها قطعة من اليورانيوم ولكن الشمس كانت محتجبة، وجد أن اليورانيوم قد ترك أثراً وبذلك استنتج أن إشعاع اليورانيوم ذاتياً ليس له علاقة بالشمس.
ثم اهتم بدراسة هذه الظواهر العالمة كوري بالاشتراك مع زوجها.
* اكتشف أن الإشعاع مكون من ثلاث أنواع من الأشعة أطلق عليها اسم أشعة ألفا a ، بيتا b ، جاما d
تكونت لأول مرة نظريتان حول الذرة:
الأولى: أن الذرة ليست أصغر جزء في المادة وأنه يمكن تقسيمها.
الثانية: أن الذرة تخزن كمية كبيرة من الطاقة.
تمكن العالم الإيطالي فيرجي في عام 1939م في خلق ذرة اليورانيوم وتحرير طاقة حرارية هائلة وبذلك ابتدأ عصر استخدام الطاقة الذرية.
تم بنا أول مفاعل نووي في العالم وذلك في مدينة شيكاغو عام 1942م حيث أمكن من إجراء انشطار نووي لليورانيوم فمن ضوابط مسيطرة عليه ثم كانت القنبلة الذرية أو التطبيقات.
لقد تم صنع أول قنبلة ذرية وتجربتها في صحراء مينفادا في الولايات المتحدة عام 1944م وبعد نجاح التجربة تم صنع قنبلتين ألقيت الأولى على مدينة هيروشيما والثانية على مدينة ناكذاكي في اليابان عام 1945م.
* أن حدث من خراب ودمار قد عكس للعالم حقيقة وهول الطاقة التي تكتنزها الذرة.
أما هذه الحقيقة وقف العالم متأملاً مصيره إذا لم يتخذ إجراءات تكفل السيطرة على استخدامات الطاقة الذرية في المجالات العسكرية وعلى هذا توجهت جهود العلماء إلى تسخير هذا العلم في خدمة المجتمع الإنساني وبذلك ابتدأت مرحلة جديدة في استخدامات الذرة.
الـــــذرة ومكوناتهــــــا
إذا ما نظرنا إلى ما حولنا وجدنا أن هنالك أنواعاً مختلفة من المواد، وفي عالمنا الذي نعيشه أنواع عديدة لا يمكن حصرها، وقد يتبادر إلى ذهننا تساؤلات عن هذه المواد؟ مم تتكون؟ ولماذا تختلف؟
للإجابة نشير أولاً إلى العنصر الذي يعتبر الوحدة البنائية للمادة أي أن المادة تتكون من مجموعة عناصر متحدة فيما بينها من خلال أواصر معنية أو من عنصر واحد فالذهب – الخشب – الماء هي مواد مختلفة لأنها متكونة من عناصر مختلفة هي:
عنصر الذهب بالنسبة لمادة الذهب.
عنصر الكربون – الهيدروجين – الأكسجين بالنسبة لمادة الخشب.
عنصر الهيدروجين – الأكسجين بالنسبة للماء
في الطبيعة يوجد 92 عنصراً وتمكن الإنسان من صنع 12 عنصر لا وجود لها في الطبيعة قبل عنصر البلوتونيوم 139 وبذلك أصبح مجموع العناصر في الجدول الدوري 104 عنصر. وتختلف هذه العناصر فيما بينها من ناحية خواصها ولتوضيح علاقة العناصر في تكوين المواد المختلفة تمكن شبيه العناصر بالحروف الأبجدية للغة العربية فنحن نعرف أن لغتنا تستند إلى 28 حرفاً أبجدياً نستطيع بواسطة هذه الحروف تركيب وتكوين أعداد هائلة من الكلمات والمفردات المتنوعة.
ولنضرب مثلاً واقعياً يساعدنا في توضيح أسباب اختلاف المواد وعلاقة العد في ذلك:
لنأخذ ثلاث عناصر:
الكربون C مادة صلبة سوداء تستخدم في أقلام الرصاص.
الهيدروجين H غاز عديم اللون وأخف من الهواء.
الأكسجين O غاز عديم اللون يساعد على الامتصاص.
إذا أخذنا مجموعة من ذرات هذه العناصر الثلاثة وارتبطت فيما بينها بأواصر معينة تكونت (مادة السكر) وهي مادة تختلف في خواصها وطبيعتها عن خواص وطبيعة العناصر الأساسية الثلاثة الداخلة في تركيبها.
وأما إذا ارتبطت بشكل آخر تكونت (مادة الخل) وهناك فرق واضح بين مادتي السكر والخل، وكذلك يمكن أن ترتبط مع بعضها يتكون كحول وغيرها.
إذن اتضح لنا أن المادة تتكون من عناصر ولكن مم يتكون العنصر؟
العنصر يتكون من وحدات صغيرة جداً ومتشابهة تسمى الذرات.
اختلاف العناصر يرجع إلى اختلاف خصائص الذرات وتختلف الذرات في أوزانها وحجومها وتركيبها الداخلي أن أخف وأصغر ذرة في الطبيعة هي ذرة الهيدروجين كما أن أثقل ذرة هي ذرة اليورانيوم.
داخــل الــذرة:
الذرة تتكون من قسمين:
الأول: النواة التي تعتبر مركز ثقل الذرة ومخزون طاقتها.
الثانية: الغلاف التي يحيط بالنواة والتي تتكون من مدارات حول نواة الذرة تدور فيها جسيمات صغيرة ذات شحنة سالبة وتدعى هذه الجسيمات الإلكترونيات.
ويمكن تشبيه الهيئة البنائية للذرة بالمجموعة الشمسية فالشمس تمثل النواة والكواكب تمثل الإلكترونات.
نـــواة الـــذرة:
تحتوى على نوعين من الجسيمات الصغيرة هي:
البروتون: يحمل شحنة موجبة وتعادل كتلته 1827 من كتلة الإلكترون.
النيروترون: متعادل الشحنة وتعدل كتلته كتلة البروتون تقريباً.
ماهيــــة المفاعـــل النـــووي
أداة أو محطة لإجراء عملية الانشطار النووي المتسلسل لليورانيوم والسيطرة عليها بهدف الاستفادة منها في مجالات علمية وصناعية وطبية وعسكرية.
فبتعبير آخر أنه محطة لحرق اليورانيوم (قذفه وانشطاره) بغية الاستفادة من نواتج الحرق.
مم يتكون المفاعل النووي:
الوقود (مادة اليورانيوم)
1- قلب المفاعل (وعاء كبير) المهدئ (مادة تعمل على تخفيف السرعة العالية للنيترونات)
قضبان السيطرة (مفتاح التيار الكهربائي)
2- دورة التبريد.
3- ملحقات كهربائية إلكترونية وميكانيكية.
استخدامــات الطاقــة النوويــة
أولاً: الاستخدامات المدنية (السلمية):
1) إنتاج الطاقة الكهربائية
شق الأنهار.
2) التفجيرات النووية لأغراض سلمية إنشاء مستودعات جوفية للخزف.
استخراج النفط والمعادن من باطن الأرض
ثانياً : الاستخدامات العسكرية (الاستراتيجية):
المصــــــــــــادر
1- مبادئ الفيزياء الحديثة والفيزياء الذرية.
د./ علي محمد عوين
2- المبادئ الأساسية لعلم الذرة.
د./ موسى جعفر العطية.
