الاكتشاف: اليورانيوم ينقسم
في ديسمبر 1938 قذف الكيميائيان أوتو هان وفريتس شتراسمان في برلين اليورانيوم بالنيوترونات فوجدا على غير المتوقع عنصر الباريوم الأخف بكثير. وفسّرت الفيزيائية ليزه مايتنر، التي فرّت من النازيين إلى السويد، وابن أختها أوتو فريش النتيجةَ بانقسام النواة إلى قسمين، واستعارا من علم الأحياء مصطلح «الانشطار». وحسبا أن مجموع كتلة الشظايا أقل قليلًا من النواة الأصلية وأن الكتلة المفقودة تتحول إلى طاقة وفق معادلة أينشتاين E=mc². ونال هان وحده جائزة نوبل للكيمياء عام 1944، ويُعد إقصاء مايتنر من أشهر مظالم تاريخ العلم، ويخلّد العنصر 109 «مايتنريوم» اسمها في الجدول الدوري.
التفاعل المتسلسل والكتلة الحرجة
يطلق كل انشطار لليورانيوم-235 نحو 200 ميغا إلكترون فولت ونيوترونين أو ثلاثة في المتوسط، فإذا شطرت هذه النيوترونات نوى أخرى انتشر التفاعل انتشارًا أسيًا في تفاعل متسلسل. ويتطلب استمراره ذاتيًا تجمع كمية دنيا من الوقود هي الكتلة الحرجة. وفي عام 1942 أوصل فريق إنريكو فيرمي أول مفاعل، «شيكاغو بايل-1»، إلى الحالة الحرجة تحت مدرجات ملعب في جامعة شيكاغو، وفي عام 1945 أُلقيت قنبلتا مشروع مانهاتن على هيروشيما وناغازاكي. ويطلق انشطار كيلوغرام واحد من اليورانيوم بالكامل طاقة تعادل حرق نحو 2500 إلى 3000 طن من الفحم.
الطاقة النووية وتحدياتها
تحافظ المحطة النووية على ثبات التفاعل بقضبان التحكم والمهدّئ، وتستخدم الحرارة لغلي الماء وتدوير التوربينات بالبخار. ومعظم المفاعلات تعمل بالماء الخفيف ويورانيوم مخصّب بنسبة 3 إلى 5%، وتوفر الطاقة النووية نحو 9 إلى 10% من كهرباء العالم، ومنها محطة براكة في الإمارات. ولأنها لا تكاد تطلق ثاني أكسيد الكربون أثناء التشغيل عادت أداةً لتحقيق الحياد الكربوني، لكن مخاطر الحوادث كما في تشيرنوبل 1986 وفوكوشيما 2011، والتخلص من الوقود المستهلك الذي يبقى مشعًا عشرات آلاف السنين، ما زالت بلا حل نهائي. وتتناقص إشعاعات نواتج الانشطار وفق أعمار النصف الخاصة بها. أما الاندماج النووي الذي يدمج النوى الخفيفة فيَعِد بوقود وفير ونفايات أقل عمرًا لكنه لم يصبح تجاريًا بعد.
الأسئلة الشائعة
- ما الفرق بين الانشطار والاندماج؟
- الانشطار يشطر النوى الثقيلة، والاندماج يدمج النوى الخفيفة كالهيدروجين، وكلاهما يطلق طاقة من الكتلة المفقودة، لكن الانشطار وحده مستخدم في محطات الكهرباء التجارية اليوم.
- هل يمكن أن تنفجر محطة نووية كقنبلة ذرية؟
- لا، فوقود المفاعلات مخصّب بنسبة 3 إلى 5% فقط، وهي أقل من أن تسمح بانفجار نووي، لكن فشل التبريد قد يسبب انصهار القلب وانفجارات هيدروجين تطلق مواد مشعة.
تاريخ مراجعة المصادر: 2026-10-26
المراجع
- Hahn, O., & Strassmann, F. (1939). Über den Nachweis und das Verhalten der bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entstehenden Erdalkalimetalle. Naturwissenschaften, 27, 11–15.
- Meitner, L., & Frisch, O. R. (1939). Disintegration of uranium by neutrons: a new type of nuclear reaction. Nature, 143, 239–240.
- World Nuclear Association. (2024). Physics of Uranium and Nuclear Energy.
- International Atomic Energy Agency. (2024). Nuclear Power Reactors in the World. IAEA.