الانشطار النووي

الانشطار النووي هو تفاعل تنقسم فيه نواة الذرة إلى نواتين أو أكثر أصغر حجماً . غالباً ما ينتج عن عملية الانشطار فوتونات غاما ، ويطلق كمية كبيرة جداً من الطاقة حتى بمعايير الطاقة الخاصة بالتحلل الإشعاعي .

اكتشف الكيميائيان أوتو هان وفريتز ستراسمان، والفيزيائيان ليز مايتنر وأوتو روبرت فريش ، الانشطار النووي . أثبت هان وستراسمان حدوث تفاعل انشطار في 19 ديسمبر 1938، وشرحته مايتنر وابن أخيها فريش نظريًا في يناير 1939. أطلق فريش على العملية اسم "الانشطار" قياسًا على الانشطار البيولوجي للخلايا الحية؛ ووفقًا لريتشارد رودس ، نشأت الفكرة خلال نقاش مع الفيزيائي ويليام أ. أرنولد ، الذي اقترح "الانشطار الثنائي". ^{[ 1 ]}^{: 263} وفي منشورهم الثاني حول الانشطار النووي في فبراير 1939، تنبأ هان وستراسمان بوجود وتحرر نيوترونات إضافية أثناء عملية الانشطار، مما فتح الباب أمام إمكانية حدوث تفاعل نووي متسلسل .

بالنسبة للنويدات الثقيلة ، يُعدّ الانشطار تفاعلاً طارداً للحرارة يُطلق كميات كبيرة من الطاقة على شكل إشعاع كهرومغناطيسي وطاقة حركية للشظايا ( مما يُسخّن المادة الأساسية حيث يحدث الانشطار). وكما هو الحال في الاندماج النووي ، لكي يُنتج الانشطار طاقة، يجب أن تكون طاقة الربط الكلية للعناصر الناتجة أكبر من طاقة الربط للعنصر الأصلي. كما يجب التغلب على حاجز الانشطار . تنشطر النويدات القابلة للانشطار بشكل أساسي عند تفاعلها مع النيوترونات السريعة ، بينما تنشطر النويدات غير القابلة للانشطار بسهولة عند تفاعلها مع النيوترونات "البطيئة" (أي الحرارية ) ، والتي عادةً ما تنشأ من تباطؤ النيوترونات السريعة.

الانشطار النووي هو شكل من أشكال التحول النووي، لأن الشظايا الناتجة (أو الذرات الوليدة) لا تنتمي إلى نفس العنصر الموجود في الذرة الأصلية. غالبًا ما تكون النواتان (أو أكثر) الناتجتان متقاربتين في الحجم، ولكنهما مختلفتان قليلاً، وعادةً ما تكون نسبة كتلة النواتج حوالي 3 إلى 2، بالنسبة للنظائر الانشطارية الشائعة . ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} معظم الانشطارات ثنائية (تنتج شظيتين مشحونتين)، ولكن في بعض الأحيان (من 2 إلى 4 مرات لكل 1000 حدث)، تُنتج ثلاث شظايا موجبة الشحنة، في انشطار ثلاثي . يتراوح حجم أصغر هذه الشظايا في العمليات الثلاثية من حجم بروتون إلى نواة أرجون .

إلى جانب الانشطار النووي المُحفَّز بنيوترون خارجي ، والذي استغله الإنسان، يُشار أيضًا إلى شكل طبيعي من أشكال الاضمحلال الإشعاعي التلقائي (لا يتطلب نيوترونًا خارجيًا، لأن النواة تحتوي بالفعل على وفرة من النيوترونات) بالانشطار النووي، ويحدث بشكل خاص في النظائر ذات العدد الكتلي العالي جدًا. اكتُشف الانشطار التلقائي عام 1940 على يد فليوروف ، وبيترزاك ، وكورتشاتوف ^{[ 4 ]} في موسكو. وعلى عكس الاندماج النووي ، الذي يُحفِّز تكوين النجوم وتطورها، يُمكن اعتبار الانشطار النووي ضئيلًا بالنسبة لتطور الكون. ومع ذلك، قد تتشكل مفاعلات الانشطار النووي الطبيعية في ظروف نادرة جدًا. وبناءً على ذلك، فإن جميع العناصر (باستثناءات قليلة، انظر "الانشطار التلقائي") التي تعتبر مهمة لتكوين الأنظمة الشمسية والكواكب وكذلك لجميع أشكال الحياة ليست نواتج انشطار، بل هي نتائج عمليات اندماج.

إن التركيب غير المتوقع للمنتجات (التي تتفاوت بشكل احتمالي واسع النطاق وفوضوي إلى حد ما) يميز الانشطار النووي عن عمليات النفق الكمومي البحتة ، مثل انبعاث البروتونات ، وتحلل ألفا ، وتحلل التجمعات النووية ، والتي تُنتج نفس المنتجات في كل مرة. يُنتج الانشطار النووي الطاقة اللازمة لتوليد الطاقة النووية ، كما يُستخدم في تفجير الأسلحة النووية . كلا الاستخدامين ممكنان لأن بعض المواد، التي تُسمى الوقود النووي، تخضع للانشطار عند اصطدامها بنيوترونات الانشطار، وتُطلق بدورها نيوترونات عند تفككها. هذا ما يجعل التفاعل النووي المتسلسل ذاتي الاستدامة ممكنًا، حيث يُطلق الطاقة بمعدل مُتحكم فيه في المفاعل النووي ، أو بمعدل سريع جدًا وغير مُتحكم فيه في السلاح النووي.

كمية الطاقة الحرة المنطلقة في انشطار كمية مكافئة من ²³⁵إن قيمة U تزيد مليون مرة عن تلك المنبعثة في احتراق الميثان أو من خلايا وقود الهيدروجين . ^{[ 5 ]}

مع ذلك، فإن نواتج الانشطار النووي، في المتوسط، أكثر إشعاعًا بكثير من العناصر الثقيلة التي تُستخدم عادةً كوقود نووي، وتبقى كذلك لفترات طويلة، مما يُسبب مشكلة النفايات النووية . ومع ذلك، فإن نواتج الانشطار السبعة طويلة العمر لا تُمثل سوى جزء صغير من نواتج الانشطار. أما امتصاص النيوترونات الذي لا يؤدي إلى انشطار فيُنتج البلوتونيوم (من ^238).U ) والأكتينيدات الثانوية (من كل من ²³⁵يو و ²³⁸اليورانيوم -232، الذي تفوق سميته الإشعاعية بكثير سمية نواتج الانشطار طويلة العمر. تُشكل المخاوف بشأن تراكم النفايات النووية والقدرة التدميرية للأسلحة النووية عاملاً مُوازناً للرغبة السلمية في استخدام الانشطار كمصدر للطاقة . لا تُنتج دورة وقود الثوريوم البلوتونيوم تقريبًا، وتُنتج كميات أقل بكثير من الأكتينيدات الثانوية، ولكن ^{اليورانيوم-232}يُعد اليورانيوم - أو بالأحرى نواتج تحلله - مصدرًا رئيسيًا لأشعة غاما. جميع الأكتينيدات قابلة للانشطار ، ويمكن للمفاعلات النووية سريعة التوليد انشطارهاجميعًا، وإن كان ذلك ضمن تكوينات محددة. تهدف إعادة معالجة الوقود النووي إلى استخلاص مواد قابلة للاستخدام من الوقود النووي المستهلك ، وذلك لتمكين إمدادات اليورانيوم (والثوريوم) من الاستمرار لفترة أطول، وتقليل كمية النفايات. يُطلق على العملية التي تنشطر جميع الأكتينيدات أو معظمها في الصناعة اسم " دورة الوقود المغلقة ".

نظرة عامة على المواد

الآلية

يعرّف يونس ولوفلاند الانشطار النووي بأنه "حركة جماعية للبروتونات والنيوترونات التي تُكوّن النواة، وبذلك يُمكن تمييزه عن الظواهر الأخرى التي تُؤدي إلى تفتيت النواة. يُعدّ الانشطار النووي مثالًا صارخًا على الحركة الجماعية ذات السعة الكبيرة التي تُؤدي إلى انقسام النواة الأم إلى نواتين أو أكثر. يُمكن أن تحدث عملية الانشطار تلقائيًا، أو يُمكن تحفيزها بواسطة جسيم ساقط." تُنتج طاقة تفاعل الانشطار من نواتج الانشطار ، على الرغم من أن غالبيتها العظمى، حوالي 85%، موجودة في الطاقة الحركية للشظايا ، بينما يأتي حوالي 6% من النيوترونات الأولية وأشعة غاما، وتلك المنبعثة بعد تحلل بيتا ، بالإضافة إلى حوالي 3% من النيوترينوات كناتج لهذا التحلل. ^{[ 5 ]}^{: 21-22، 30}

تمثيل مرئي لحدث انشطار نووي مُستحث، حيث يمتص نواة ذرة اليورانيوم-235 نيوترونًا بطيئًا، فتنشطر إلى عنصرين أخف وزنًا وأسرع حركة (نواتج الانشطار) ونيوترونات إضافية. وتتمثل معظم الطاقة المنبعثة في السرعات الحركية لنواتج الانشطار والنيوترونات.

نواتج الانشطار بالكتلة للانشطار النيوتروني الحراري لليورانيوم-235 ، والبلوتونيوم-239 ، وهو مزيج من الاثنين النموذجيين لمفاعلات الطاقة النووية الحالية، واليورانيوم-233 ، المستخدم في دورة الثوريوم

الاضمحلال الإشعاعي

يمكن أن يحدث الانشطار النووي دون قصف نيوتروني كنوع من أنواع التحلل الإشعاعي. يُسمى هذا النوع من الانشطار بالانشطار التلقائي ، وقد لوحظ لأول مرة عام 1940. ^{[ 5 ]}^{: 22}

التفاعل النووي

أثناء الانشطار المُستحث، يتشكل نظام مُركب بعد اندماج جسيم ساقط مع هدف. قد تكون طاقة الإثارة الناتجة كافية لإطلاق نيوترونات أو أشعة غاما، وانشطار نووي. يُسمى الانشطار إلى جزأين بالانشطار الثنائي، وهو التفاعل النووي الأكثر شيوعًا. أما الانشطار الثلاثي، الذي ينبعث منه جسيم ثالث، فهو الأقل حدوثًا . عادةً ما يكون هذا الجسيم الثالث جسيم ألفا . ^{[ 5 ]}^{: 21-24.} بما أن النواة في الانشطار النووي تُطلق نيوترونات أكثر من تلك التي تمتصها، فإن التفاعل المتسلسل ممكن . ^{[ 1 ]}^{: 291، 296}

قد ينتج عن الانشطار الثنائي أي من نواتج الانشطار، بكتلة 95±15 و135±15 دالتون . ومن الأمثلة على حدث الانشطار الثنائي، النظير الانشطاري الأكثر استخدامًا ، ²³⁵U ، معطاة على النحو التالي:

$\ {}^{235}\mathrm {U} +\mathrm {n} \longrightarrow {}^{236}\mathrm {U} ^{*}\longrightarrow {}^{95}\mathrm {Sr} +{}^{139}\mathrm {Xe} +2\ \mathrm {n} +180\ \mathrm {MeV}$

مع ذلك، تحدث عملية الانشطار الثنائي لمجرد أنها الأكثر احتمالاً. ففي ما بين انشطارين إلى أربعة انشطارات لكل 1000 انشطار في المفاعل النووي، يمكن أن ينتج الانشطار الثلاثي ثلاثة شظايا موجبة الشحنة (بالإضافة إلى النيوترونات)، وقد يتراوح حجم أصغرها من حجم البروتون ( Z = 1) إلى حجم الأرجون ( Z = 18). أما الشظايا الصغيرة الأكثر شيوعًا، فتتكون من 90% من نوى الهيليوم-4 التي تمتلك طاقة أكبر من جسيمات ألفا الناتجة عن تحلل ألفا (ما يُسمى "جسيمات ألفا طويلة المدى" بطاقة تبلغ حوالي 16 ميغا إلكترون فولت (MeV))، بالإضافة إلى نوى الهيليوم-6، والتريتونات (نوى التريتيوم ). ورغم أن الانشطار الثلاثي أقل شيوعًا من الانشطار الثنائي، إلا أنه لا يزال يُنتج تراكمًا كبيرًا لغازي الهيليوم-4 والتريتيوم في قضبان الوقود للمفاعلات النووية الحديثة. ^{[ 6 ]}

استخدم بور وويلر نموذج القطرة السائلة ، ومنحنى كثافة التعبئة لآرثر جيفري ديمبستر ، وتقديرات يوجين فينبرغ لنصف قطر النواة والتوتر السطحي، لتقدير فروق الكتلة بين النواة الأم والنوى الناتجة عن الانشطار. ثم ربطوا فرق الكتلة هذا بالطاقة باستخدام معادلة أينشتاين لتكافؤ الكتلة والطاقة . كان تحفيز النواة بعد قصفها بالنيوترونات مماثلاً لاهتزازات قطرة سائلة، حيث يكون التوتر السطحي وقوة كولوم متعاكسين. برسم مجموع هاتين الطاقتين كدالة للشكل المطول، حددوا أن سطح الطاقة الناتج له شكل سرجي. وفر هذا الشكل السرجي حاجز طاقة يُسمى حاجز الطاقة الحرج. كانت طاقة تبلغ حوالي 6 ميغا إلكترون فولت، يوفرها النيوترون الساقط، ضرورية للتغلب على هذا الحاجز وإحداث انشطار النواة. ^{[ 5 ]}^{: 10-11}^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} وفقًا لجون ليلي، "تُسمى الطاقة اللازمة لتجاوز حاجز الانشطار طاقة التنشيط أو حاجز الانشطار ، وتبلغ حوالي 6 ميغا إلكترون فولت عند A ≈ 240. وقد وُجد أن طاقة التنشيط تتناقص مع ازدياد A. وفي النهاية، يتم الوصول إلى نقطة تختفي عندها طاقة التنشيط تمامًا... عندها سيخضع الانشطار لانشطار تلقائي سريع جدًا." ^{[ 9 ]}

اقترحت ماريا غوبرت ماير لاحقًا نموذج الغلاف النووي للنواة. تُعدّ النوى القادرة على دعم تفاعل الانشطار المتسلسل مناسبة للاستخدام كوقود نووي . أكثر أنواع الوقود النووي شيوعًا هما اليورانيوم ^-235 (نظير اليورانيوم ذو العدد الكتلي 235 والمستخدم في المفاعلات النووية) والبلوتونيوم -239 ⁽ نظير البلوتونيوم ذو العدد الكتلي 239). يتفكك هذان النوعان من الوقود إلى نطاق ثنائي النمط من العناصر الكيميائية ذات الكتل الذرية التي تتمركز حول 95 و135 دالتون ( نواتج الانشطار ). تخضع معظم أنواع الوقود النووي للانشطار التلقائي ببطء شديد، وتتحلل بدلًا من ذلك بشكل رئيسي عبر سلسلة اضمحلال ألفا - بيتا على مدى آلاف السنين إلى دهور . في المفاعل النووي أو السلاح النووي، تحدث الغالبية العظمى من أحداث الانشطار نتيجة القصف بجسيم آخر، وهو النيوترون، الذي ينتج بدوره عن أحداث انشطار سابقة.

تتطلب النظائر القابلة للانشطار ، مثل اليورانيوم-238، طاقة إضافية توفرها النيوترونات السريعة (مثل تلك الناتجة عن الاندماج النووي في الأسلحة النووية الحرارية ). في حين أن بعض النيوترونات المنبعثة من انشطار ²³⁸أنت سريع بما يكفي لإحداث انشطار آخر في ^{عام 238}معظمها ليس كذلك ، مما يعني أنه لا يمكن أن يصل أبدًا إلى حالة حرجة. في حين أن هناك احتمالًا ضئيلًا جدًا (وإن كان غير معدوم) لحدوث انشطار ناتج عن نيوترون حراري في ²³⁸U ، امتصاص النيوترونات أكثر احتمالاً بعدة مراتب.

علم الطاقة

مدخل

مراحل الانشطار الثنائي في نموذج القطرة السائلة. يؤدي إدخال الطاقة إلى تشويه النواة لتصبح على شكل "سيجار" سميك، ثم على شكل "فول سوداني"، يليه انشطار ثنائي عندما يتجاوز الفصان مسافة التجاذب النووي قصيرة المدى ، ثم يتباعدان بفعل شحنتهما الكهربائية. في نموذج القطرة السائلة، يُتوقع أن يكون حجم شظيتي الانشطار متساوياً. أما نموذج الغلاف النووي فيسمح باختلاف حجمهما، كما يُلاحظ عادةً في التجارب.

المقاطع العرضية للانشطار هي خاصية قابلة للقياس تتعلق باحتمالية حدوث الانشطار في التفاعل النووي. وتعتمد المقاطع العرضية على طاقة النيوترونات الساقطة، وتلك الخاصة بالنظير ²³⁵يو و ²³⁹البلوتونيوم أعلى بمليون مرة من ²³⁸يمتص اليورانيوم عند مستويات طاقة نيوترونية منخفضة. امتصاص أي نيوترون يوفر للنواة طاقة ربط تبلغ حوالي 5.3 ميغا إلكترون فولت. ²³⁸يحتاج اليورانيوم إلى نيوترون سريع لتوفير 1 ميغا إلكترون فولت إضافية اللازمة لتجاوز حاجز الطاقة الحرج للانشطار. في حالة ²³⁵ومع ذلك، يتم توفير تلك الطاقة الإضافية عندما ²³⁵يتغير اليورانيوم من كتلة فردية إلى كتلة زوجية. وكما قال يونس ولوفليس: "...امتصاص النيوترونات على ²³⁵يشكل الهدف U ²³⁶نواة اليورانيوم ذات طاقة إثارة أكبر من طاقة الانشطار الحرجة، بينما في حالة n + ²³⁸U ، والنتيجة ²³⁹تمتلك نواة اليورانيوم طاقة إثارة أقل من طاقة الانشطار الحرجة. ^{[ 5 ]}^{: 25-28}^{[ 1 ]}^{: 282-287}^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}

يُستمد حوالي 6 ميغا إلكترون فولت من طاقة الانشطار من ارتباط نيوترون إضافي بالنواة الثقيلة عبر القوة النووية القوية؛ ومع ذلك، في العديد من النظائر القابلة للانشطار، لا تكفي هذه الكمية من الطاقة لحدوث الانشطار. على سبيل المثال، يمتلك اليورانيوم-238 مقطعًا عرضيًا للانشطار شبه معدوم للنيوترونات التي تقل طاقتها عن 1 ميغا إلكترون فولت. إذا لم تُستمد أي طاقة إضافية من أي آلية أخرى، فلن تنشطر النواة، بل ستمتص النيوترون فقط، كما يحدث عند انشطار ^{اليورانيوم-238.}يمتص اليورانيوم النيوترونات البطيئة وحتى جزءًا من النيوترونات السريعة، ليصبح ²³⁹يمكن توفير الطاقة المتبقية لبدء الانشطار من خلال آليتين أخريين: إحداهما هي زيادة الطاقة الحركية للنيوترون الوارد، والذي تزداد قدرته على انشطار النواة الثقيلة القابلة للانشطار كلما تجاوزت طاقته الحركية 1 ميغا إلكترون فولت أو أكثر ( ما يُسمى بالنيوترونات السريعة). هذه النيوترونات عالية الطاقة قادرة على انشطار ²³⁸يمكن إحداث الانشطار النووي مباشرةً (انظر السلاح النووي الحراري كمثال، حيث يتم توفير النيوترونات السريعة عن طريق الاندماج النووي). ومع ذلك، لا يمكن أن تحدث هذه العملية على نطاق واسع في المفاعل النووي، لأن نسبة ضئيلة جدًا من نيوترونات الانشطار الناتجة عن أي نوع من الانشطار تمتلك طاقة كافية لانشطار ^{238 بكفاءة.}U. (على سبيل المثال، النيوترونات الناتجة عن الانشطار الحراري لـ ²³⁵يبلغ متوسط طاقة جسيم U 2 ميغا إلكترون فولت، ومتوسط طاقته 1.6 ميغا إلكترون فولت، ونمطه 0.75 ميغا إلكترون فولت، ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]} وطيف الطاقة للانشطار السريع مشابه .

من بين عناصر الأكتينيدات الثقيلة ، ترتبط النظائر التي تحتوي على عدد فردي من النيوترونات (مثل اليورانيوم ^-235 الذي يحتوي على 143 نيوترونًا) بنيوترون إضافي بطاقة تتراوح بين 1 و2 ميغا إلكترون فولت، مقارنةً بنظير من نفس العنصر يحتوي على عدد زوجي من النيوترونات (مثل اليورانيوم ^-238 الذي يحتوي على 146 نيوترونًا). وتُتاح هذه الطاقة الإضافية نتيجةً لآلية تأثيرات اقتران النيوترونات ، والتي بدورها ناتجة عن مبدأ استبعاد باولي ، مما يسمح لنيوترون إضافي بشغل نفس المدار النووي مع آخر نيوترون في النواة. ولذلك، لا تحتاج هذه النظائر إلى طاقة حركية للنيوترونات، إذ تُستمد الطاقة اللازمة من امتصاص أي نيوترون، سواء كان بطيئًا أو سريعًا (تُستخدم النيوترونات البطيئة في المفاعلات النووية المُهدّأة، بينما تُستخدم النيوترونات السريعة في مفاعلات النيوترونات السريعة ، وفي الأسلحة النووية).

بحسب يونس ولوفلاند، "الأكتينيدات مثل ²³⁵تُسمى النوى التي تنشطر بسهولة بعد امتصاص نيوترون حراري (25 ملي إلكترون فولت) بالنوى الانشطارية ، بينما تُسمى تلك مثل ²³⁸يُطلق على اليورانيوم الذي لا ينشطر بسهولة عند امتصاصه نيوترونًا حراريًا اسم اليورانيوم القابل للانشطار . ^{[ 5 ]}^{: 25}

الناتج

بعد اندماج جسيم ساقط مع نواة أصلية، إذا كانت طاقة الإثارة كافية، تنقسم النواة إلى شظايا. يُسمى هذا الانشطار، ويحدث في غضون 10⁻²⁰ ثانية تقريبًا ^. يمكن للشظايا أن تُصدر نيوترونات فورية بين 10⁻¹⁸ ^و10⁻¹⁵ ثانية . وفي غضون 10⁻¹¹ ثانية تقريبًا ^، يمكن للشظايا أن تُصدر أشعة غاما. وفي غضون 10⁻³ ^{ثانية ، تنبعث من}نواتج الانشطار كل ^من تحلل بيتا، ونيوترونات بيتا المتأخرة ، وأشعة غاما . ^[⁵^]^:^23-24

تُطلق أحداث الانشطار النموذجية حوالي 200 مليون إلكترون فولت (200 ميغا إلكترون فولت) من الطاقة لكل حدث انشطار. ولا يؤثر نوع النظير المنشطر، وما إذا كان قابلاً للانشطار أم لا، إلا تأثيرًا طفيفًا على كمية الطاقة المنبعثة. ويتضح ذلك جليًا من خلال فحص منحنى طاقة الربط (الصورة أدناه)، حيث نلاحظ أن متوسط طاقة الربط لنويدات الأكتينيدات، بدءًا من اليورانيوم، يبلغ حوالي 7.6 ميغا إلكترون فولت لكل نيوكليون. وبالنظر إلى يسار منحنى طاقة الربط، حيث تتجمع نواتج الانشطار، نلاحظ بسهولة أن طاقة الربط لهذه النواتج تميل إلى التمركز حول 8.5 ميغا إلكترون فولت لكل نيوكليون. وبالتالي، في أي حدث انشطار لنظير ضمن نطاق كتلة الأكتينيدات، تُطلق طاقة تُقارب 0.9 ميغا إلكترون فولت لكل نيوكليون من العنصر الابتدائي. ينتج عن انشطار اليورانيوم ^-235 بواسطة نيوترون بطيء طاقة مماثلة تقريبًا لتلك الناتجة عن انشطار اليورانيوم ^-238 بواسطة نيوترون سريع. وينطبق هذا النمط من إطلاق الطاقة على الثوريوم والأكتينيدات الثانوية المختلفة أيضًا. ^{[ 14 ]}

رسوم متحركة لانفجار كولوم في حالة مجموعة من النوى الموجبة الشحنة، تشبه مجموعة من شظايا الانشطار. يتناسب مستوى اللون طرديًا مع شحنة النوى (الأكبر). أما الإلكترونات (الأصغر) في هذا النطاق الزمني، فتُرى بشكل متقطع فقط، ومستوى اللون هو طاقتها الحركية .

عندما تنشطر نواة اليورانيوم إلى نواتين بنويتين، يظهر حوالي 0.1% من كتلة نواة اليورانيوم ^{[ 15 ]} على شكل طاقة انشطار تبلغ حوالي 200 ميغا إلكترون فولت. أما بالنسبة لليورانيوم-235 (متوسط طاقة الانشطار الكلية 202.79 ميغا إلكترون فولت ^{[ 16 ]} )، فيظهر عادةً حوالي 169 ميغا إلكترون فولت كطاقة حركية للنواتين البنويتين، اللتين تنطلقان بسرعة تقارب 3% من سرعة الضوء، نتيجةً للتنافر الكولومبي . كما ينبعث في المتوسط 2.5 نيوترون، بمتوسط طاقة حركية لكل نيوترون يبلغ حوالي 2 ميغا إلكترون فولت (إجمالي 4.8 ميغا إلكترون فولت). ^{[ 17 ]} ويطلق تفاعل الانشطار أيضًا حوالي 7 ميغا إلكترون فولت على شكل فوتونات أشعة غاما فورية . يشير الرقم الأخير إلى أن انفجار الانشطار النووي أو حادثة الوصول إلى حالة حرجة ينبعث منه حوالي 3.5% من طاقته على شكل أشعة غاما، وأقل من 2.5% على شكل نيوترونات سريعة (إجمالي كلا النوعين من الإشعاع حوالي 6%)، والباقي على شكل طاقة حركية لشظايا الانشطار (تظهر هذه الطاقة فورًا تقريبًا عند اصطدام الشظايا بالمادة المحيطة، على شكل حرارة بسيطة). ^[¹⁸^]^[¹⁹^]

تتميز بعض العمليات التي تتضمن النيوترونات بقدرتها على امتصاص الطاقة أو إطلاقها في نهاية المطاف؛ فعلى سبيل المثال، لا تُنتج الطاقة الحركية للنيوترون حرارةً فوريةً إذا ما امتصته ذرة اليورانيوم-238 لتكوين البلوتونيوم-239، ولكن هذه الطاقة تُطلق إذا انشطر البلوتونيوم-239 لاحقًا. من جهة أخرى، تُعدّ ما يُسمى بالنيوترونات المتأخرة، المنبعثة كمنتجات تحلل إشعاعية ذات عمر نصف يصل إلى عدة دقائق من نواتج الانشطار، بالغة الأهمية للتحكم في المفاعل ، لأنها تُحدد زمن "التفاعل" المميز اللازم لمضاعفة حجم التفاعل النووي الكلي، إذا ما جرى التفاعل في منطقة " حرجة متأخرة " تعتمد عمدًا على هذه النيوترونات لحدوث تفاعل متسلسل فوق حرج (حيث تُنتج كل دورة انشطار نيوترونات أكثر مما تمتص). وبدون وجودها، سيصبح التفاعل النووي المتسلسل حرجًا فوريًا ، وسيزداد حجمه بسرعة تفوق قدرة التدخل البشري على التحكم فيه. في هذه الحالة، كانت المفاعلات الذرية التجريبية الأولى ستتحول إلى تفاعل حرج فوري خطير وفوضوي قبل أن يتمكن مشغلوها من إيقافها يدويًا (لهذا السبب، أضاف المصمم إنريكو فيرمي قضبان تحكم تعمل بمضادات الإشعاع، معلقة بواسطة مغناطيسات كهربائية، والتي يمكنها السقوط تلقائيًا في مركز مفاعل شيكاغو بايل-1 ). إذا تم التقاط هذه النيوترونات المتأخرة دون إحداث انشطارات، فإنها تنتج حرارة أيضًا. ^{[ 20 ]}

طاقة الربط

طاقة الربط للنواة هي الفرق بين طاقة سكون النواة وطاقة سكون النيوكليونات (النيوترون والبروتون). تتضمن صيغة طاقة الربط حدودًا للطاقة الحجمية والسطحية والكولومية، وتشمل معاملات مستمدة تجريبيًا لكل منها، بالإضافة إلى نسب طاقة النواة المشوهة مقارنةً بشكلها الكروي بالنسبة للحدود السطحية والكولومية. يمكن إضافة حدود أخرى، مثل التناظر والاقتران والمدى المحدود للقوة النووية وتوزيع الشحنة داخل النوى، لتحسين التقدير. ^{[ 5 ]}^{: 46-50.} عادةً ما يُشار إلى طاقة الربط ويُرسم بيانيًا على أنها متوسط طاقة الربط لكل نيوكليون. ^{[ 9 ]}

بحسب ليلي، "طاقة الربط لنواة $B$ هي الطاقة اللازمة لفصلها إلى مكوناتها من النيوترونات والبروتونات." ^{[ 9 ]} $m(\mathbf {A} ,\mathbf {Z} )=\mathbf {Z} m_{H}+\mathbf {N} m_{n}-\mathbf {B} /c^{2}$ حيث $A$ هو العدد الكتلي ، $وZ$ هو العدد الذري ، $و$ $mH$ هي الكتلة الذرية لذرة الهيدروجين، $و$ $mn$ هي كتلة النيوترون، و $c$ هي سرعة الضوء . بالتالي، فإن كتلة الذرة أقل من كتلة البروتونات والنيوترونات المكونة لها، بافتراض أن متوسط طاقة ربط الإلكترونات مهمل. تُعبر طاقة الربط $B$ بوحدات الطاقة، باستخدام معادلة تكافؤ الكتلة والطاقة لأينشتاين . كما توفر طاقة الربط تقديرًا للطاقة الكلية المنبعثة من الانشطار. ^{[ 9 ]}

يتميز منحنى طاقة الربط بوجود قيمة عظمى واسعة بالقرب من العدد الكتلي 60 عند 8.6 ميغا إلكترون فولت، ثم يتناقص تدريجيًا إلى 7.6 ميغا إلكترون فولت عند أعلى الأعداد الكتلية. الأعداد الكتلية الأعلى من 238 نادرة. عند الطرف الأخف من المقياس، تُلاحظ ذروات للهيليوم-4، ومضاعفاته مثل البريليوم-8، والكربون-12، والأكسجين-16، والنيون-20، والمغنيسيوم-24. تقترب طاقة الربط الناتجة عن القوة النووية من قيمة ثابتة عند الأعداد الكتلية الكبيرة $(A)$ ، بينما يؤثر كولوم على مسافة أكبر، مما يؤدي إلى زيادة طاقة الوضع الكهربائية لكل بروتون مع زيادة العدد $الذري (Z)$ . تُطلق طاقة الانشطار عندما يكون العدد الكتلي ( $A)$ أكبر من 60 تقريبًا. تُطلق طاقة الاندماج عندما تتحد النوى الأخف. ^{[ 9 ]}

يمكن استخدام صيغة الكتلة شبه التجريبية لكارل فريدريش فون فايتساكر للتعبير عن طاقة الربط كمجموع خمسة حدود، وهي طاقة الحجم، وتصحيح السطح، وطاقة كولوم، وحدود التناظر، وحدود الاقتران: ^{[ 9 ]}

$// )^{2}}{\mathbf {A} }}\pm \Delta }$ حيث تتناسب طاقة الربط النووي طرديًا مع حجم النواة، بينما تتفاعل النيوكليونات القريبة من السطح مع عدد أقل من النيوكليونات، مما يقلل من تأثير عامل الحجم. ووفقًا لليلي، "بالنسبة لجميع النوى الموجودة في الطبيعة، يهيمن عامل طاقة السطح، وتكون النواة في حالة توازن". وينشأ التأثير السالب لطاقة كولوم من قوة التنافر الكهربائي للبروتونات. وينشأ عامل التناظر من حقيقة أن القوى الفعالة في النواة تكون أقوى في أزواج النيوترون-بروتون غير المتشابهة، مقارنةً بأزواج النيوترون-نيوترون أو البروتون-بروتون المتشابهة. وينشأ عامل الاقتران من حقيقة أن النيوكليونات المتشابهة تُشكّل أزواجًا ذات لف مغزلي صفري في نفس الحالة المكانية. ويكون الاقتران موجبًا إذا كان كل من $N$ و $Z$ زوجيين، مما يزيد من طاقة الربط. ^{[ 9 ]}

في الانشطار النووي، يُلاحظ تفضيلٌ لشظايا الانشطار ذات العدد الذري الزوجي ( $Z)$ ، وهو ما يُعرف بتأثير الزوجية والفردية على توزيع شحنة الشظايا. ويتضح ذلك في بيانات إنتاج الشظايا التجريبية لكل ناتج انشطار، حيث تتميز النواتج ذات العدد الذري الزوجي $(Z)$ بقيم إنتاج أعلى. مع ذلك، لا يُلاحظ أي تأثير للزوجية والفردية على توزيع الشظايا بناءً على عددها الذري $(A)$ . تُعزى هذه النتيجة إلى تكسر أزواج النيوكليونات .

في أحداث الانشطار النووي، قد تنقسم النوى إلى أي مزيج من النوى الأخف وزناً، ولكن الحدث الأكثر شيوعاً ليس الانشطار إلى نوى متساوية الكتلة تبلغ كتلتها حوالي 120 دالتون؛ بل الحدث الأكثر شيوعاً (بحسب النظير والعملية) هو انشطار غير متساوٍ قليلاً، حيث تكون كتلة إحدى النوى الناتجة حوالي 90 إلى 100 دالتون، بينما تكون كتلة الأخرى 130 إلى 140 دالتون. ^{[ 21 ]}

تتبع النوى المستقرة، والنوى غير المستقرة ذات أعمار النصف الطويلة جدًا ، نمطًا من الاستقرار يظهر جليًا عند رسم العلاقة بين $العدد الذري (Z ) وعدد النيوترونات ($ $N)$ . بالنسبة للنوى الأخف وزنًا (أقل من $N$ = 20)، يكون ميل الخط $N$ = $Z$ ، بينما تحتاج النوى الأثقل إلى نيوترونات إضافية للحفاظ على استقرارها. تمتلك النوى الغنية بالنيوترونات أو البروتونات طاقة ربط زائدة لتحقيق الاستقرار، وقد تحول هذه الطاقة الزائدة نيوترونًا إلى بروتون أو بروتونًا إلى نيوترون عبر القوة النووية الضعيفة، وهي عملية تُعرف باسم تحلل بيتا . ^{[ 9 ]}

يُصدر الانشطار النووي لليورانيوم-235 الناتج عن النيوترونات طاقة إجمالية قدرها 207 ميغا إلكترون فولت، منها حوالي 200 ميغا إلكترون فولت قابلة للاسترداد. تبلغ طاقة شظايا الانشطار الفوري 168 ميغا إلكترون فولت، والتي يمكن إيقافها بسهولة بجزء من المليمتر. تبلغ طاقة النيوترونات الفورية 5 ميغا إلكترون فولت، وتُسترد هذه الطاقة على شكل حرارة عن طريق التشتت في المفاعل. مع ذلك، فإن العديد من شظايا الانشطار غنية بالنيوترونات وتتحلل عبر انبعاثات بيتا السالبة ^. ووفقًا لليلي، "تُعد طاقة التحلل الإشعاعي من سلاسل الانشطار هي الطاقة الثانية المنبعثة نتيجة الانشطار. وهي أقل بكثير من الطاقة الفورية، لكنها كمية كبيرة، ولهذا السبب يجب الاستمرار في تبريد المفاعلات بعد إيقاف تشغيلها، ولهذا السبب يجب التعامل مع النفايات النووية بعناية فائقة وتخزينها بأمان." ^{[ 9 ]}

التفاعلات المتسلسلة

يقول جون ليلي: "...يُنتج الانشطار النووي الناتج عن النيوترونات نيوترونات إضافية قادرة على إحداث انشطارات أخرى في الجيل التالي، وهكذا دواليك في تفاعل متسلسل. يتميز التفاعل المتسلسل بمعامل تكاثر النيوترونات k ، والذي يُعرَّف بأنه نسبة عدد النيوترونات في جيل إلى عددها في الجيل السابق. إذا كان k في المفاعل أقل من واحد، يكون المفاعل دون حرج، ويقل عدد النيوترونات ويتوقف التفاعل المتسلسل. أما إذا كان k أكبر من واحد، يكون المفاعل فوق حرج ويتباعد التفاعل المتسلسل. هذا هو الوضع في القنبلة الانشطارية حيث يكون النمو بمعدل انفجاري. إذا كان k يساوي واحدًا تمامًا، تسير التفاعلات بمعدل ثابت ويُقال إن المفاعل حرج. من الممكن الوصول إلى الحالة الحرجة في مفاعل يستخدم اليورانيوم الطبيعي كوقود، شريطة أن يتم تهدئة النيوترونات بكفاءة إلى طاقات حرارية." تشمل المهدئات الماء الخفيف والماء الثقيل والجرافيت . ^{[ 9 ]}^{: 269، 274}

بحسب جون سي. لي، " تعتمد دورة الوقود النووي في جميع المفاعلات النووية العاملة وتلك قيد التطوير على أحد ثلاثة مواد انشطارية ، هي اليورانيوم ^-235 ، واليورانيوم ^-233 ، والبلوتونيوم ^-239 ، وسلاسل النظائر المرتبطة بها. وفي الجيل الحالي من مفاعلات الماء الخفيف ، يحتوي اليورانيوم المخصب على نسبة تتراوح بين 2.5 و4.5 % وزناً من اليورانيوم ^-235 ، والذي يُصنع منه قضبان وقود _ثاني أكسيد اليورانيوم ويُحمّل في مجموعات الوقود." ^[²²^]

يذكر لي: "إحدى أهم المقارنات بين النوى الانشطارية الرئيسية الثلاثة، اليورانيوم ^-235 ، واليورانيوم ^-233 ، والبلوتونيوم ^-239 ، هي قدرتها على التوليد. يُعرَّف المفاعل المُولِّد بأنه مفاعل ينتج مواد انشطارية أكثر مما يستهلك، ويحتاج إلى إنتاج نيوترونين على الأقل لكل نيوترون يمتصه النواة الانشطارية. وبالتالي، يُعرَّف معدل التحويل (CR) عمومًا بأنه نسبة المواد الانشطارية المنتجة إلى تلك المستهلكة ... وعندما يكون معدل التحويل أكبر من 1.0، يُطلق عليه معدل التوليد (BR)... يوفر اليورانيوم ^-233 قدرة توليد فائقة لكل من المفاعلات الحرارية والسريعة، بينما يوفر البلوتونيوم ^-239 قدرة توليد فائقة للمفاعلات السريعة." ^{[ 22 ]}

مفاعلات الانشطار

أبراج التبريد في محطة فيليبسبورغ للطاقة النووية في ألمانيا

تُعدّ مفاعلات الانشطار الحرجة أكثر أنواع المفاعلات النووية شيوعًا. في مفاعل الانشطار الحرج، تُستخدم النيوترونات الناتجة عن انشطار ذرات الوقود لتحفيز المزيد من الانشطارات، وذلك للحفاظ على كمية مُتحكّم بها من الطاقة المنبعثة. أما الأجهزة التي تُنتج تفاعلات انشطار مُهندسة ولكنها غير مُستدامة ذاتيًا، فتُسمى مفاعلات الانشطار دون الحرجة . وتستخدم هذه الأجهزة التحلل الإشعاعي أو مُسرّعات الجسيمات لتحفيز الانشطارات.

تُبنى مفاعلات الانشطار الحرجة لثلاثة أغراض رئيسية، والتي تتضمن عادةً مقايضات هندسية مختلفة للاستفادة إما من الحرارة أو النيوترونات الناتجة عن تفاعل الانشطار المتسلسل:

تهدف مفاعلات الطاقة إلى إنتاج الحرارة اللازمة للطاقة النووية، إما كجزء من محطة توليد الطاقة أو كنظام طاقة محلي مثل الغواصة النووية .
تهدف مفاعلات الأبحاث إلى إنتاج النيوترونات و/أو تنشيط المصادر المشعة لأغراض البحث العلمي أو الطبي أو الهندسي أو غيرها من الأغراض البحثية.
تهدف مفاعلات التوليد إلى إنتاج كميات كبيرة من الوقود النووي من نظائر أكثر وفرة. ويُنتج مفاعل التوليد السريع، الأكثر شهرة،^{البلوتونيوم -239 (وقود نووي) من اليورانيوم}^-238 الوفير طبيعيًا(وليس وقودًا نوويًا). ولا تزال مفاعلات التوليد الحرارية، التي سبق اختبارها باستخدام^{الثوريوم -232} لتوليد نظير اليورانيوم^-233 القابل للانشطار ( دورة وقود الثوريوم )، قيد الدراسة والتطوير.

مع أن جميع مفاعلات الانشطار النووي، من حيث المبدأ، قادرة على العمل بالقدرات الثلاث جميعها، إلا أن هذه المهام عملياً تؤدي إلى أهداف هندسية متضاربة، ولذا بُنيت معظم المفاعلات مع مراعاة مهمة واحدة فقط من المهام المذكورة أعلاه. (هناك العديد من الأمثلة المبكرة التي تُخالف ذلك، مثل مفاعل هانفورد إن ، الذي تم إيقاف تشغيله الآن).

في عام 2019، بلغ إجمالي قدرة محطات الطاقة النووية في العالم 448 محطة، أي ما يعادل 398 جيجاواط كهربائي ، منها حوالي 85% مفاعلات مبردة بالماء الخفيف، مثل مفاعلات الماء المضغوط أو مفاعلات الماء المغلي . تنتقل الطاقة الناتجة عن الانشطار النووي عبر التوصيل أو الحمل الحراري إلى سائل تبريد المفاعل ، ثم إلى مبادل حراري ، ويُستخدم البخار الناتج لتشغيل توربين أو مولد كهربائي. ^{[ 22 ]}^{: 1-4}

القنابل الانشطارية

ارتفعت سحابة الفطر الناتجة عن القنبلة الذرية التي أُلقيت على مدينة ناغازاكي اليابانية في 9 أغسطس 1945 لأكثر من 12 كيلومترًا (7.5 ميل) فوق مركز الانفجار ، مما أسفر عن مقتل ما يقدر بنحو 39000 شخص. ^[²³^]^[²⁴^]^[²⁵^]^[²⁶^]

يهدف صنع القنبلة الذرية، وفقًا لسيربر، إلى إنتاج جهاز "...يتم فيه إطلاق الطاقة من خلال تفاعل متسلسل سريع للنيوترونات في مادة أو أكثر من المواد المعروفة بقدرتها على الانشطار النووي". ووفقًا لرودس، "حتى لو كان قلب القنبلة، الذي يبلغ حجمه ضعف الكتلة الحرجة، غير مدكوك، فإنه سينشطر بالكامل أقل من 1% من مادته النووية قبل أن يتمدد بما يكفي لإيقاف التفاعل المتسلسل. ويزيد الدك من الكفاءة دائمًا: إذ يعكس النيوترونات عائدةً إلى القلب، كما أن قصوره الذاتي... يبطئ تمدد القلب ويساعد في منع سطح القلب من التفتت". ويجب إعادة ترتيب المكونات دون الحرجة لمادة القلب بأسرع ما يمكن لضمان انفجار فعال. بالإضافة إلى ذلك، كان هناك مكون أساسي ثالث ضروري، "...مُبادر - مصدر راديوم + بريليوم، أو الأفضل من ذلك، مصدر بولونيا + بريليوم، حيث يُربط الراديوم أو البولونيوم ربما بقطعة من القلب والبريليوم بالقطعة الأخرى، ليتم اصطدامهما معًا وإطلاق النيوترونات عند تلامس الأجزاء لبدء التفاعل المتسلسل". ومع ذلك، فإن أي قنبلة ستتطلب "تحديد مواقع واستخراج ومعالجة مئات الأطنان من خام اليورانيوم..."، بينما يتطلب فصل اليورانيوم-235 أو إنتاج البلوتونيوم-239 قدرة صناعية إضافية. ^{[ 1 ]}^{: 460-463}

تاريخ

اكتشاف الانشطار النووي

اكتُشف الانشطار النووي عام 1938 في مباني جمعية القيصر فيلهلم للكيمياء، التي تُعدّ اليوم جزءًا من جامعة برلين الحرة ، وذلك بعد أكثر من أربعة عقود من العمل على علم النشاط الإشعاعي وتطوير فيزياء نووية جديدة وصفت مكونات الذرات. في عام 1911، اقترح إرنست رذرفورد نموذجًا للذرة يتكون من نواة صغيرة جدًا وكثيفة وموجبة الشحنة من البروتونات، محاطة بإلكترونات سالبة الشحنة تدور حولها ( نموذج رذرفورد ). ^{[ 27 ]} طوّر نيلز بور هذا النموذج عام 1913 من خلال التوفيق بين السلوك الكمي للإلكترونات ( نموذج بور ). في عام 1928، اقترح جورج غاموف نموذج القطرة السائلة ، الذي أصبح أساسيًا لفهم فيزياء الانشطار. ^{[ 1 ]}^{: 49-51، 70-77، 228}^{[ 5 ]}^{: 6-7}

في عام 1896، اكتشف هنري بيكريل النشاط الإشعاعي، وأطلقت عليه ماري كوري هذا الاسم. وفي عام 1900، توصل رذرفورد وفريدريك سودي ، أثناء دراستهما للغاز المشع المنبعث من الثوريوم ، إلى استنتاجٍ هائلٍ وحتميٍّ مفاده أن عنصر الثوريوم يتحول ببطءٍ وتلقائيٍّ إلى غاز الأرجون! ^{[ 1 ]}^{: 41-43}

في عام ١٩١٩، وبعد ملاحظة شذوذ سابق رصده إرنست مارسدن عام ١٩١٥، حاول رذرفورد "تفكيك الذرة". تمكن رذرفورد من إنجاز أول تحويل اصطناعي للنيتروجين إلى أكسجين ، باستخدام جسيمات ألفا موجهة نحو النيتروجين ^(١٤N + α → ^١٧O + p). صرّح رذرفورد قائلاً: "...يجب أن نستنتج أن ذرة النيتروجين قد تفككت"، بينما ذكرت الصحف أنه قد شطر الذرة . كانت هذه أول ملاحظة لتفاعل نووي، أي تفاعل تُستخدم فيه جسيمات ناتجة عن تحلل ذري لتحويل نواة ذرية أخرى. كما وفّر هذا التفاعل طريقة جديدة لدراسة النواة. بعد ذلك، استخدم رذرفورد وجيمس تشادويك جسيمات ألفا "لتفكيك" البورون والفلور والصوديوم والألومنيوم والفوسفور قبل الوصول إلى حدٍّ مرتبط بطاقة مصدر جسيمات ألفا. ^{[ 1 ]} في نهاية المطاف، في عام 1932، تمكن زميلا رذرفورد، إرنست والتون وجون كوكروفت ، من تحقيق تفاعل نووي اصطناعي بالكامل وتحويل نووي، وذلك باستخدام بروتونات مُسرّعة اصطناعياً ضد الليثيوم-7، لتقسيم هذه النواة إلى جسيمين ألفا. عُرف هذا الإنجاز باسم "انشطار الذرة"، وحصلا بفضله على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1951 عن "تحويل النوى الذرية بواسطة جسيمات ذرية مُسرّعة اصطناعياً" ، على الرغم من أنه لم يكن تفاعل الانشطار النووي الذي اكتُشف لاحقاً في العناصر الثقيلة. ^{[ 28 ]}^{[ 29 ]}^{[ 30 ]}

اكتشف الفيزيائي الإنجليزي جيمس تشادويك النيوترون عام 1932. ^{[ 31 ]} استخدم تشادويك غرفة تأين لمراقبة البروتونات المنتزعة من عدة عناصر بفعل إشعاع البريليوم، مستكملاً بذلك ملاحظات سابقة أجراها جوليو-كوري . يقول تشادويك: "...لتفسير قوة اختراق الإشعاع الهائلة، يجب أن نفترض أيضاً أن الجسيم لا يحمل شحنة صافية..." افترض رذرفورد وجود النيوترون لأول مرة عام 1920، ويقول تشادويك: "...كيف يُمكن تكوين نواة كبيرة ذات شحنة موجبة كبيرة؟ والجواب هو جسيم متعادل." ^{[ 1 ]}^{: 153-165} بعد ذلك، نشر تشادويك نتائجه بتفصيل أكبر. ^{[ 32 ]}

بحسب ريتشارد رودس ، في إشارة إلى النيوترون، "سيُستخدم بالتالي كمسبار نووي جديد ذي قدرة اختراق فائقة". وذكر فيليب موريسون : "إن حزمة من النيوترونات الحرارية تتحرك بسرعة تقارب سرعة الصوت... تُحدث تفاعلات نووية في العديد من المواد بسهولة أكبر بكثير من حزمة من البروتونات... التي تتحرك أسرع بآلاف المرات". ووفقًا لرودس، "إن إبطاء النيوترون يمنحه وقتًا أطول بالقرب من النواة، وهذا يمنحه وقتًا أطول ليتم التقاطه". درس فريق فيرمي، الذي كان يدرس الالتقاط الإشعاعي - وهو انبعاث أشعة غاما بعد أن تلتقط النواة نيوترونًا - ستين عنصرًا، مُحدثًا نشاطًا إشعاعيًا في أربعين منها. وفي هذه العملية، اكتشفوا قدرة الهيدروجين على إبطاء النيوترونات. ^{[ 1 ]}^{: 165، 216-220}

درس إنريكو فيرمي وزملاؤه في روما نتائج قذف اليورانيوم بالنيوترونات عام 1934. ^{[ 33 ]} وخلص فيرمي إلى أن تجاربه قد أنتجت عناصر جديدة تحتوي على 93 و94 بروتونًا، أطلق عليها الفريق اسمي الأوزينيوم والهيسبيريوم . مع ذلك، لم يقتنع الجميع بتحليل فيرمي لنتائجه، رغم فوزه بجائزة نوبل في الفيزياء عام 1938 لـ"إثباته وجود عناصر مشعة جديدة ناتجة عن التشعيع النيوتروني، واكتشافه للتفاعلات النووية التي تحدثها النيوترونات البطيئة". وقد اقترحت الكيميائية الألمانية إيدا نوداك، في عام 1934، أنه بدلًا من إنتاج عنصر جديد أثقل هو 93، "من الممكن أن تنقسم النواة إلى عدة شظايا كبيرة". ^{[ 34 ]} إلا أن هذا الاعتراض ورد لاحقًا، وكان مجرد واحد من عدة ثغرات أشارت إليها في ادعاء فيرمي. على الرغم من أن نوداك كانت كيميائية تحليلية مشهورة، إلا أنها كانت تفتقر إلى الخلفية الفيزيائية اللازمة لتقدير ضخامة ما كانت تقترحه. ^{[ 35 ]}

بعد نشر نتائج فيرمي، بدأ أوتو هان ، وليز مايتنر ، وفريتز ستراسمان بإجراء تجارب مماثلة في برلين . فقدت مايتنر، وهي يهودية نمساوية، جنسيتها النمساوية مع ضم النمسا إلى ألمانيا في مارس 1938، لكنها فرّت في يوليو من العام نفسه إلى السويد، وبدأت مراسلة هان في برلين. ومن قبيل الصدفة، كان ابن أخيها، أوتو روبرت فريش ، وهو لاجئ أيضًا، في السويد عندما تلقت مايتنر رسالة من هان مؤرخة في 19 ديسمبر، يصف فيها برهانه الكيميائي على أن بعض نواتج قصف اليورانيوم بالنيوترونات كان الباريوم . اقترح هان انفجار النواة، لكنه لم يكن متأكدًا من الأساس الفيزيائي لهذه النتائج. كان للباريوم كتلة ذرية أقل بنسبة 40% من اليورانيوم، ولم تكن أي من طرق التحلل الإشعاعي المعروفة سابقًا قادرة على تفسير هذا الفرق الكبير في كتلة النواة. كان فريش متشككًا، لكن مايتنر وثق بقدرة هان ككيميائي. كانت ماري كوري تفصل الباريوم عن الراديوم لسنوات عديدة، وكانت التقنيات معروفة جيدًا. ثم فسر مايتنر وفريش نتائج هان بشكل صحيح على أنها تعني أن نواة اليورانيوم قد انقسمت تقريبًا إلى نصفين. اقترح فريش تسمية العملية "الانشطار النووي"، قياسًا على عملية انقسام الخلية الحية إلى خليتين، والتي كانت تُسمى آنذاك الانشطار الثنائي . وكما استُعير مصطلح "التفاعل المتسلسل النووي" لاحقًا من الكيمياء، كذلك استُعير مصطلح "الانشطار" من علم الأحياء. ^{[ 38 ]}

انتشر خبر الاكتشاف الجديد بسرعة، والذي اعتُبر بحقٍّ تأثيرًا فيزيائيًا جديدًا تمامًا يحمل إمكانيات علمية كبيرة، وربما عملية أيضًا. عبر تفسير مايتنر وفريش لاكتشاف هان وستراسمان المحيط الأطلسي مع نيلز بور، الذي كان من المقرر أن يُلقي محاضرة في جامعة برينستون . سمع رابي وويليس لامب ، وهما فيزيائيان من جامعة كولومبيا يعملان في برينستون، الخبر ونقلاه إلى كولومبيا. قال رابي إنه أخبر إنريكو فيرمي، بينما نسب فيرمي الفضل إلى لامب. بعد ذلك بوقت قصير، ذهب بور من برينستون إلى كولومبيا لمقابلة فيرمي. ولما لم يجده في مكتبه، نزل بور إلى منطقة السيكلوترون ووجد هربرت ل. أندرسون . أمسك بور بكتفه وقال: "يا بني، دعني أشرح لك شيئًا جديدًا ومثيرًا في الفيزياء." ^{[ 39 ]}

كان من الواضح لعدد من العلماء في جامعة كولومبيا ضرورة محاولة رصد الطاقة المنبعثة من الانشطار النووي لليورانيوم الناتج عن قصفه بالنيوترونات. في 25 يناير 1939، أجرى فريق من جامعة كولومبيا أول تجربة انشطار نووي في الولايات المتحدة، ^{[ 40 ]} وذلك في قبو قاعة بوبين . تضمنت التجربة وضع أكسيد اليورانيوم داخل غرفة تأين وتعريضه للإشعاع النيوتروني، وقياس الطاقة المنبعثة. أكدت النتائج حدوث الانشطار، وأشارت بقوة إلى أن نظير اليورانيوم 235 تحديدًا هو الذي ينشطر. في اليوم التالي، انطلق مؤتمر واشنطن الخامس للفيزياء النظرية في واشنطن العاصمة، برعاية مشتركة من جامعة جورج واشنطن ومؤسسة كارنيجي في واشنطن . هناك، انتشر خبر الانشطار النووي على نطاق أوسع، مما شجع على إجراء المزيد من التجارب العملية. ^{[ 41 ]} في 6 يناير 1939، أعلن هان وستراسمان في بحثهما عن اكتشاف الانشطار النووي. وفي منشورهما الثاني حول الانشطار النووي في فبراير 1939، استخدم هان وستراسمان مصطلح " انشطار اليورانيوم" ( Uranspaltung ) لأول مرة، وتوقعا وجود وانطلاق نيوترونات إضافية أثناء عملية الانشطار، مما فتح الباب أمام إمكانية حدوث تفاعل نووي متسلسل. ^{[ 42 ]} في 11 فبراير 1939، قارن مايتنر وفريش العملية بانقسام قطرة سائلة، وقدّرا الطاقة المنبعثة بـ 200 ميغا إلكترون فولت. ^{[ 43 ]} في 1 سبتمبر 1939، استخدم بور وويلر نموذج القطرة السائلة هذا لتحديد تفاصيل الانشطار كميًا، بما في ذلك الطاقة المنبعثة، وقدّرا المقطع العرضي للانشطار الناتج عن النيوترونات، واستنتجا ²³⁵كان اليورانيوم المساهم الرئيسي في ذلك المقطع العرضي وانشطار النيوترونات البطيئة. ^{[ 44 ]}^{[ 1 ]}^{: 262، 311}^{[ 5 ]}^{: 9-13}

تحقق تفاعل سلسلة الانشطار

خلال هذه الفترة، أدرك الفيزيائي المجري ليو زيلارد أن انشطار الذرات الثقيلة بفعل النيوترونات يُمكن استخدامه لإحداث تفاعل نووي متسلسل. كانت فكرة هذا التفاعل باستخدام النيوترونات قد راودته لأول مرة عام ١٩٣٣، بعد قراءته لملاحظات رذرفورد المُستهزئة حول توليد الطاقة من تصادمات النيوترونات. مع ذلك، لم يتمكن زيلارد من تحقيق تفاعل نووي متسلسل باستخدام البريليوم. وقد صرّح زيلارد قائلاً: "...إذا استطعنا إيجاد عنصر ينشطر بفعل النيوترونات، ويُطلق نيوترونين عند امتصاصه نيوترونًا واحدًا ، فإن هذا العنصر، إذا جُمع بكمية كبيرة كافية، سيُمكنه دعم تفاعل نووي متسلسل." في 25 يناير 1939، وبعد أن علم زيلارد باكتشاف هان من يوجين ويغنر ، لاحظ قائلاً: "...إذا انبعث عدد كافٍ من النيوترونات... فمن المفترض بالطبع أن يكون من الممكن استمرار التفاعل المتسلسل. كل ما تنبأ به إتش جي ويلز بدا لي فجأةً حقيقةً واقعة." بعد نشر ورقة هان-ستراسمان، أشار زيلارد في رسالة إلى لويس شتراوس إلى أنه أثناء انشطار اليورانيوم، "لا بد أن تكون الطاقة المنبعثة في هذا التفاعل الجديد أعلى بكثير من جميع الحالات المعروفة سابقًا..."، مما قد يؤدي إلى "إنتاج واسع النطاق للطاقة والعناصر المشعة، وللأسف ربما إلى قنابل ذرية أيضًا." ^{[ 45 ]}^{[ 1 ]}^{: 26-28، 203-204، 213-214، 223-225، 267-268}

حثّ زيلارد فيرمي (في نيويورك) وفريدريك جوليو-كوري (في باريس) على الامتناع عن النشر حول إمكانية حدوث تفاعل متسلسل، خشية أن تُدرك الحكومة النازية هذه الإمكانيات عشية ما سيُعرف لاحقًا بالحرب العالمية الثانية . وافق فيرمي، بتردد، على الرقابة الذاتية. لكن جوليو-كوري رفض، وفي أبريل 1939، أفاد فريقه في باريس، بمن فيهم هانز فون هالبان وليو كوارسكي ، في مجلة نيتشر أن عدد النيوترونات المنبعثة من الانشطار النووي لليورانيوم كان آنذاك 3.5 نيوترون لكل انشطار. ^{[ 46 ]} ووجد زيلارد ووالتر زين أن "عدد النيوترونات المنبعثة من الانشطار يبلغ حوالي اثنين". وقدّر فيرمي وأندرسون "إنتاجًا يبلغ حوالي اثنين من النيوترونات لكل نيوترون يتم التقاطه". ^{[ 1 ]}^{: 290-291، 295-296}

مع انتشار خبر النيوترونات الناتجة عن انشطار اليورانيوم، أدرك زيلارد على الفور إمكانية حدوث تفاعل نووي متسلسل باستخدام اليورانيوم. وفي الصيف، اقترح فيرمي وزيلارد فكرة مفاعل نووي (مفاعل نووي) لتسهيل هذه العملية. وكان من المقرر أن يستخدم المفاعل اليورانيوم الطبيعي كوقود. وكان فيرمي قد أثبت سابقًا أن الذرات تلتقط النيوترونات بكفاءة أكبر بكثير إذا كانت منخفضة الطاقة (ما يُسمى بالنيوترونات "البطيئة" أو "الحرارية")، لأن ذلك، لأسباب كمومية، يجعل الذرات تبدو كأهداف أكبر بكثير بالنسبة للنيوترونات. ولذا، ولإبطاء النيوترونات الثانوية المنبعثة من نوى اليورانيوم المنشطرة، اقترح فيرمي وزيلارد استخدام "مُهدِّئ" من الجرافيت، تصطدم به النيوترونات الثانوية السريعة عالية الطاقة، مما يؤدي إلى إبطائها بشكل فعال. بوجود كمية كافية من اليورانيوم، وجرافيت نقي بدرجة كافية، يمكن نظرياً أن يدعم "مفاعلهم" تفاعلاً متسلسلاً للنيوترونات البطيئة. سينتج عن ذلك توليد حرارة، بالإضافة إلى تكوين نواتج انشطار مشعة. ^{[ 1 ]}^{: 291، 298-302}

في أغسطس/آب 1939، اعتقد زيلارد وتيلر وويغنر أن الألمان قد يستغلون التفاعل النووي المتسلسل ، ما دفعهم لمحاولة لفت انتباه حكومة الولايات المتحدة إلى هذه المسألة. ولتحقيق ذلك، أقنعوا ألبرت أينشتاين بالتوقيع على رسالة موجهة إلى الرئيس فرانكلين روزفلت . وفي 11 أكتوبر/تشرين الأول، سُلّمت رسالة أينشتاين-زيلارد عبر ألكسندر ساكس . وسرعان ما أدرك روزفلت مغزى الرسالة، قائلاً: "يا أليكس، ما تسعى إليه هو ضمان عدم تفجير النازيين لنا". فأمر روزفلت بتشكيل اللجنة الاستشارية المعنية باليورانيوم . ^[¹^]^:^303-309،^312-317

في فبراير 1940، وبتشجيع من فيرمي وجون ر. دانينغ ، تمكن ألفريد أو سي نير من فصل اليورانيوم-235 واليورانيوم-238 من رابع كلوريد اليورانيوم في مطياف كتلة زجاجي . لاحقًا، أكد دانينغ، بقصف عينة اليورانيوم-235 بنيوترونات مُولَّدة بواسطة سيكلوترون جامعة كولومبيا ، أن "اليورانيوم-235 هو المسؤول عن الانشطار النيوتروني البطيء لليورانيوم". ^{[ 1 ]}^{: 297-298، 332}

في جامعة برمنغهام ، تعاون فريش مع رودولف بيرلز ، الذي كان يعمل على معادلة الكتلة الحرجة. وبافتراض إمكانية فصل النظائر، درسوا اليورانيوم ^-235 ، الذي لم يُحدد مقطعه العرضي بعد، ولكن يُفترض أنه أكبر بكثير من مقطع اليورانيوم الطبيعي. وقد حسبوا أن رطلاً أو رطلين فقط في حجم أقل من كرة غولف، سيؤدي إلى تفاعل متسلسل أسرع من التبخر، وأن الانفجار الناتج سيولد درجة حرارة أعلى من باطن الشمس، وضغوطًا أعلى من مركز الأرض. إضافةً إلى ذلك، فإن تكاليف فصل النظائر "ستكون ضئيلة مقارنةً بتكلفة الحرب". بحلول مارس 1940، وبتشجيع من مارك أوليفانت ، كتبوا مذكرة فريش-بيرلز في جزأين: "حول بناء 'قنبلة خارقة'؛ تعتمد على تفاعل نووي متسلسل في اليورانيوم"، و"مذكرة حول خصائص 'قنبلة خارقة' مشعة". وفي 10 أبريل 1940، عُقد الاجتماع الأول للجنة MAUD . ^{[ 1 ]}^{: 321-325، 330-331، 340-341}

في ديسمبر 1940، كتب فرانز سيمون في أكسفورد تقديره لحجم محطة فصل فعلية. اقترح سيمون الانتشار الغازي كأفضل طريقة لفصل نظائر اليورانيوم. ^{[ 1 ]}^{: 339، 343}

في 28 مارس 1941، أفاد إميليو سيغري وجلين سيبورغ بوجود "مؤشرات قوية على أن ^{البلوتونيوم-239} ينشطر بالنيوترونات البطيئة". هذا يعني أن الفصل الكيميائي بديلٌ لفصل نظائر اليورانيوم. بدلاً من ذلك، يمكن لمفاعل نووي يعمل باليورانيوم العادي أن ينتج نظير البلوتونيوم كبديل نووي متفجر لليورانيوم ^-235 . في مايو، أثبتا أن المقطع العرضي للبلوتونيوم أكبر بـ 1.7 مرة من المقطع العرضي لليورانيوم-235. وعندما قُيس المقطع العرضي للانشطار السريع للبلوتونيوم بعشرة أضعاف المقطع العرضي لليورانيوم-238، أصبح البلوتونيوم خيارًا عمليًا لصنع قنبلة. ^{[ 1 ]}^{: 346-355، 366-368}

في أكتوبر 1941، أصدرت منظمة MAUD تقريرها النهائي إلى حكومة الولايات المتحدة. وجاء في التقرير: "لقد توصلنا الآن إلى استنتاج مفاده أنه سيكون من الممكن صنع قنبلة يورانيوم فعالة... ويمكن أن تكون المواد اللازمة لصنع أول قنبلة جاهزة بحلول نهاية عام 1943..." ^{[ 1 ]}^{: 368-369}

في نوفمبر 1941، تمكن جون دانينغ ويوجين تي. بوث من إثبات تخصيب اليورانيوم من خلال الانتشار الحاجز الغازي. وفي 27 نوفمبر، قدم بوش التقرير الثالث للأكاديمية الوطنية للعلوم إلى روزفلت. ودعا التقرير، من بين أمور أخرى، إلى تطوير متوازٍ لجميع أنظمة فصل النظائر. وفي 6 ديسمبر، أعاد بوش وكونانت تنظيم مهام لجنة اليورانيوم، حيث تولى هارولد أوري تطوير الانتشار الغازي، ولورانس تطوير الفصل الكهرومغناطيسي، وإيغر في. مورفري تطوير أجهزة الطرد المركزي، وآرثر كومبتون مسؤولية الدراسات النظرية والتصميم. ^{[ 1 ]}^{: 381، 387-388}

في 23 أبريل 1942، ناقش علماء مختبر المعادن سبع طرق محتملة لاستخلاص البلوتونيوم من اليورانيوم المشع، وقرروا دراسة جميعها. في 17 يونيو، خضعت الدفعة الأولى من نترات اليورانيوم سداسي الهيدرات (UNH) للقصف النيوتروني في سيكلوترون جامعة واشنطن في سانت لويس . في 27 يوليو، أصبح اليورانيوم سداسي الهيدرات المشع جاهزًا لفريق غلين تي. سيبورغ . في 20 أغسطس، وباستخدام تقنيات الكيمياء الدقيقة للغاية، نجحوا في استخلاص البلوتونيوم. ^{[ 1 ]}^{: 408-415}

في مايو 1942، أبلغت جيرترود شارف غولدهاير في مختبر بروكهافن الوطني لأول مرة عن انبعاث نيوترونات متعددة أثناء الانشطار التلقائي لليورانيوم. وقد أبقي بحثها سراً. ^{[ 47 ]}^{[ 48 ]}

في أبريل 1939، أصبح إحداث تفاعل متسلسل في اليورانيوم الطبيعي هدفًا لفيرمي وسيلارد، بدلًا من فصل النظائر. تضمنت جهودهما الأولى استخدام 500 رطل من أكسيد اليورانيوم من شركة إلدورادو راديوم. بعد تعبئته في 52 علبة، قطر كل منها بوصتان وطولها قدمان، ووضعها في خزان من محلول المنغنيز، تمكنا من التأكد من انبعاث عدد من النيوترونات يفوق عدد النيوترونات الممتصة. إلا أن الهيدروجين الموجود في الماء امتص النيوترونات البطيئة اللازمة للانشطار. بعد ذلك، تم النظر في استخدام الكربون على شكل جرافيت، نظرًا لصغر مقطع امتصاصه. في أبريل 1940، تمكن فيرمي من تأكيد إمكانية الكربون في إحداث تفاعل متسلسل بالنيوترونات البطيئة، بعد استلام قوالب الجرافيت من شركة ناشيونال كاربون في مختبرات بوبين التابعة لها . في أغسطس وسبتمبر، وسّع فريق جامعة كولومبيا نطاق قياسات المقطع العرضي من خلال إجراء سلسلة من التجارب المتسارعة. تألفت الأكوام الأولى من شبكة من اليورانيوم والجرافيت، مؤلفة من 288 علبة، تحتوي كل منها على 60 رطلاً من أكسيد اليورانيوم، محاطة بطوب من الجرافيت. كان هدف فيرمي تحديد الكتلة الحرجة اللازمة لاستدامة توليد النيوترونات. عرّف فيرمي عامل التكاثر k لتقييم التفاعل المتسلسل، حيث تشير القيمة 1.0 إلى استمرار التفاعل المتسلسل. في سبتمبر 1941، لم يتمكن فريق فيرمي إلا من تحقيق قيمة k تبلغ 0.87. في أبريل 1942، قبل أن يُركّز المشروع في شيكاغو، حققوا قيمة 0.918 عن طريق إزالة الرطوبة من الأكسيد. في مايو 1942، خطط فيرمي لإنشاء كومة تفاعل متسلسل كاملة الحجم، أطلق عليها اسم "كومة شيكاغو-1"، بعد أن وصلت إحدى الأكوام الأسية في حقل ستاغ إلى قيمة k تبلغ 0.995. بين 15 سبتمبر و15 نوفمبر، بنى هربرت ل. أندرسون ووالتر زين ستة عشر كومة أسية. أصبح الحصول على أشكال أنقى من الجرافيت، خالية من آثار البورون ومقطعه العرضي الكبير، ذا أهمية قصوى. كما كان الحصول على أشكال عالية النقاء من الأكسيد من شركة مالينكروت للمواد الكيميائية أمرًا بالغ الأهمية. وأخيرًا، استلزم الحصول على معدن اليورانيوم النقي من عملية أميس استبدال كرات الأكسيد الزائفة بـ "بيض" فرانك سبيدينغ . ابتداءً من 16 نوفمبر 1942، عمل أندرسون وزين في مفاعل فيرمي بنظام ورديتين مدة كل منهما 12 ساعة، لبناء كومة وصلت في النهاية إلى 57 طبقة بحلول 1 ديسمبر. وتألفت الكومة النهائية من 771,000 رطل من الجرافيت، و80,590 رطل من أكسيد اليورانيوم، و12,400 رطل من معدن اليورانيوم، مع عشرة قضبان تحكم من الكادميوم . وقيسَت شدة النيوترونات باستخدام ثلاثي فلوريد البورون .بعد انتهاء كل وردية، كان يتم تشغيل عداد النيوترونات بعد إزالة قضبان التحكم. في 2 ديسمبر 1942، ومع اقتراب قيمة k من 1.0، أزال فيرمي جميع قضبان التحكم باستثناء واحد، ثم أزال الأخير تدريجيًا. ازدادت نقرات عداد النيوترونات، وكذلك مسجل القلم، عندما أعلن فيرمي: "لقد وصل المفاعل إلى حالة حرجة". لقد حققوا قيمة ak تساوي 1.006، مما يعني أن كثافة النيوترونات تضاعفت كل دقيقتين، بالإضافة إلى توليد البلوتونيوم. ^{[ 1 ]}^{: 298-301، 333-334، 394-397، 400-401، 428-442}

مشروع مانهاتن وما بعده

في الولايات المتحدة، بُذلت جهودٌ حثيثةٌ لتطوير الأسلحة الذرية في أواخر عام ١٩٤٢. تولى فيلق المهندسين بالجيش الأمريكي هذا العمل في عام ١٩٤٣، وعُرف باسم منطقة مانهاتن الهندسية. قاد مشروع مانهاتن ، الذي عُرف اختصارًا باسم "مشروع مانهاتن"، الجنرال ليزلي ر. غروفز ، وكان مشروعًا سريًا للغاية. من بين عشرات المواقع التي شملها المشروع: موقع هانفورد في واشنطن، الذي ضمّ أول مفاعلات نووية على نطاق صناعي وأنتج البلوتونيوم ؛ وأوك ريدج في تينيسي ، الذي انصبّ اهتمامه بالدرجة الأولى على تخصيب اليورانيوم ؛ ولوس ألاموس في نيو مكسيكو، الذي شكّل المركز العلمي لأبحاث تطوير وتصميم القنابل. لعبت مواقع أخرى، ولا سيما مختبر بيركلي للإشعاع ومختبر المعادن في جامعة شيكاغو، أدوارًا مساهمة هامة. أشرف الفيزيائي ج. روبرت أوبنهايمر على التوجيه العلمي العام للمشروع .

في يوليو/تموز 1945، تم تفجير أول جهاز متفجر ذري، أُطلق عليه اسم "الأداة"، في صحراء نيو مكسيكو ضمن تجربة ترينيتي . وقد تم تزويده بالبلوتونيوم المُصنّع في هانفورد. وفي أغسطس/آب 1945، استُخدم جهازان ذريان آخران - " الولد الصغير "، وهي قنبلة من اليورانيوم-235، و" الرجل البدين "، وهي قنبلة من البلوتونيوم - ضد مدينتي هيروشيما وناغازاكي اليابانيتين .

المفاعلات النووية المتسلسلة الطبيعية على الأرض

تُعدّ الحالات الحرجة في الطبيعة نادرة. ففي ثلاثة مواقع لخام اليورانيوم في أوكلو بالغابون ، تم اكتشاف ستة عشر موقعًا (تُعرف باسم مفاعلات أوكلو الأحفورية ) شهدت حدوث انشطار نووي مستدام ذاتيًا قبل حوالي ملياري عام. اكتشف الفيزيائي الفرنسي فرانسيس بيرين مفاعلات أوكلو الأحفورية عام 1972، ولكن بول كورودا كان قد افترض وجودها عام 1956. ^{[ 49 ]} وقد حدثت تفاعلات انشطار اليورانيوم الطبيعية واسعة النطاق، التي يُخففها الماء العادي، في الماضي البعيد، ولن تكون ممكنة الآن. وقد تمكنت هذه العملية القديمة من استخدام الماء العادي كمُخفف فقط لأن اليورانيوم الطبيعي قبل ملياري عام كان أغنى بنظير اليورانيوم ^-235 قصير العمر القابل للانشطار (حوالي 3%)، مقارنةً باليورانيوم الطبيعي المتوفر اليوم (الذي لا تتجاوز نسبته 0.7%، ويجب تخصيبه إلى 3% ليكون قابلاً للاستخدام في مفاعلات الماء الخفيف).

انظر أيضاً

الانشطار البارد
المواد الانشطارية
مفاعل شظايا الانشطار
الاندماج/الانشطار الهجين
الاندماج النووي
الدفع النووي
الانشطار الضوئي
HD 101065 – نجم في كوكبة قنطورس يحتوي على كمية كبيرة من الثوريوم واليورانيوم وبعض النظائر المشعة قصيرة العمر.

مراجع

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 رودس، ريتشارد (1986). صناعة القنبلة الذرية . نيويورك: سيمون وشوستر بيبرباكس. الصفحات 135-138 . ISBN 9781451677614.
↑ إم جي أرورا وإم سينغ (1994). الكيمياء النووية . منشورات أنمول. ص 202. ISBN 81-261-1763-X.
↑ غوبال ب. ساها (1 نوفمبر 2010). أساسيات الصيدلة النووية . سبرينغر. ص 11–. ISBN 978-1-4419-5860-0.
^ بيترجاك ، قسطنطين (1989). "كيف تم اكتشاف الانشطار التلقائي" [ كيف تم اكتشاف الانشطار التلقائي ] . في تشيرنيكوفا، فيرا (محرر). Краткий Миг Толества — О том, как делаются научные откretия [ لحظة مختصرة للانتصار – حول تحقيق الاكتشافات العلمية ] (بالروسية). نيوكا. ص 108 – 112. ISBN 5-02-007779-8.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 يونس، وليد؛ لوفلاند، والتر (2021). مقدمة في الانشطار النووي . سبرينغر. ص 28-30 . ISBN 9783030845940.
↑ إس. فيرموت وآخرون (2008) "دراسة مقارنة لانبعاث الجسيمات الثلاثية في 243-Cm (nth,f) و244-Cm (SF)" في الجوانب الديناميكية للانشطار النووي: وقائع المؤتمر الدولي السادس. ج. كليمان، إم جي إتكيس، إس. غموكا (محررون). دار النشر العالمية العلمية المحدودة، سنغافورة. ISBN 9812837523.
↑ ديمبستر، أ. ج. (1938). "الكتل الذرية للعناصر الثقيلة" . مجلة المراجعة الفيزيائية . 53 (1). الجمعية الفيزيائية الأمريكية: 64-75 . رمز Bibcode : 1938PhRv...53...64D . doi : 10.1103/PhysRev.53.64 . تاريخ الاسترجاع: 9 أكتوبر 2023 .
↑ فينبرغ، يوجين (1939). "حول شكل واستقرار النوى الثقيلة" . مجلة Physical Review . 55 (5). الجمعية الفيزيائية الأمريكية: 504-505 . Bibcode : 1939PhRv...55..504F . doi : 10.1103/PhysRev.55.504.2 . تاريخ الاسترجاع: 9 أكتوبر 2023 .
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ليلي، جون (2001). الفيزياء النووية: المبادئ والتطبيقات . جون وايلي وأولاده المحدودة. الصفحات 7-9 ، 13-14 ، 38-43 ، 265-267 . ISBN 9780471979364.
↑ بور، ن. (1939). "الرنين في تفكك اليورانيوم والثوريوم وظاهرة الانشطار النووي" . مجلة Physical Review ، 55 (4). الجمعية الفيزيائية الأمريكية: 418-419 . Bibcode : 1939PhRv...55..418B . doi : 10.1103/PhysRev.55.418.2 . تاريخ الاسترجاع: 9 أكتوبر 2023 .
↑ جيبولتوفيتش، توم (يوليو 2022). "المقاطع العرضية الأساسية" . بدائل الطاقة . تم الاسترجاع في 9 أكتوبر 2023 - عبر مكتبة LibreTexts.
↑ بيرن، جيمس (2011). النيوترونات، والنوى، والمادة: استكشاف فيزياء النيوترونات البطيئة ( طبعة دوفر). مينولا، نيويورك: منشورات دوفر. ص 259. ISBN 978-0-486-48238-5.
↑ كوفمان، أندرو؛ هيرمينغهايسن، كيفن؛ فان زيل، ماثيو؛ وايت، سوزان؛ هاتش، جويل؛ ماير، أندرو؛ كاو، لي ر. (أكتوبر 2024). "مراجعة للأبحاث وقدرات مفاعل الأبحاث بقدرة 500 كيلوواط في جامعة ولاية أوهايو" . حوليات الطاقة النووية . 206 110647. Bibcode : 2024AnNuE.20610647K . doi : 10.1016/j.anucene.2024.110647 . وبالتالي، فإن طيف طاقة النيوترونات السريعة لمفاعل FBF يقع فوق 0.4 إلكترون فولت، بمتوسط 2.0 ميغا إلكترون فولت وطاقة وسيطة 1.6 ميغا إلكترون فولت.
↑ ماريون برونغلينغهاوس. "الانشطار النووي" . الجمعية النووية الأوروبية. مؤرشف من الأصل بتاريخ 17 يناير 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يناير 2013 .
↑ هانز أ. بيث (أبريل 1950)، "القنبلة الهيدروجينية" ، نشرة علماء الذرة ، ص 99.
↑ V, Kopeikin; L, Mikaelyan and; V, Sinev (2004). "المفاعل كمصدر للنيوترينوات المضادة: طاقة الانشطار الحراري". فيزياء النوى الذرية . 67 (10): 1892. arXiv : hep-ph/0410100 . Bibcode : 2004PAN....67.1892K . doi : 10.1134/1.1811196 . S2CID 18521811 .
↑ تتميز نيوترونات الانشطار هذه بطيف طاقة واسع، يتراوح من 0 إلى 14 ميغا إلكترون فولت، بمتوسط 2 ميغا إلكترون فولت ونمط 0.75 ميغا إلكترون فولت. انظر بيرن، المرجع السابق.
↑ «الأحداث النووية وعواقبها» من معهد بوردن... « يُطلق ما يقارب 82% من طاقة الانشطار على شكل طاقة حركية من شظيتي الانشطار الكبيرتين. تتفاعل هاتان الشظيتان، لكونهما جسيمات ضخمة وعالية الشحنة ، بسهولة مع المادة. وتنقلان طاقتهما بسرعة إلى مواد السلاح المحيطة، التي ترتفع درجة حرارتها بسرعة».( ملف PDF) . تمت أرشفة الملف من النسخة الأصلية (ملف PDF) في 25 يناير 2017.
↑ " نظرة عامة على الهندسة النووية: الطاقات المختلفة المنبعثة لكل حدث انشطار، صفحة 4. ينبعث "167 ميغا إلكترون فولت" عن طريق الطاقة الكهروستاتيكية التنافرية بين النواتين الوليدتين، والتي تتخذ شكل "الطاقة الحركية" لمنتجات الانشطار، وتؤدي هذه الطاقة الحركية إلى كل من التأثيرات الانفجارية والحرارية اللاحقة. يُطلق "5 ميغا إلكترون فولت" في إشعاع غاما الفوري أو الأولي، و "5 ميغا إلكترون فولت" في إشعاع النيوترونات الفوري (99.36% من الإجمالي)، و "7 ميغا إلكترون فولت" في طاقة النيوترونات المتأخرة (0.64%)، و "13 ميغا إلكترون فولت" في اضمحلال بيتا واضمحلال غاما (الإشعاع المتبقي)" (ملف PDF) . جامعة فيينا التقنية. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 15 مايو 2018.
↑ "الانشطار والاندماج النوويان، والتفاعلات النووية" . المختبر الفيزيائي الوطني. مؤرشف من الأصل بتاريخ 5 مارس 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يناير 2013 .
↑ ل. بونو؛ ب. كوينتين (2005). "حسابات مجهرية لأسطح طاقة الوضع: خصائص الانشطار والاندماج" (ملف PDF) . وقائع مؤتمر AIP . 798 : 77-84 . Bibcode : 2005AIPC..798...77B . doi : 10.1063/1.2137231 . مؤرشف من الأصل في 29 سبتمبر 2006. تم الاطلاع عليه في 28 يوليو 2008 .
1 2 3 لي، جون سي. (2020). فيزياء وهندسة المفاعلات النووية . جون وايلي وأولاده، ص 324، 327-329 . ISBN 9781119582328.
↑ القصف الذري لهيروشيما وناغازاكي، مؤرشف بتاريخ 13 يوليو 2020 ^{(عدم تطابق التاريخ)} في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine ). atomicarchive.com
↑ توبيخ نووي: كتّاب وفنانون ضد الطاقة والأسلحة النووية (سلسلة مختارات معاصرة) . دار نشر "الروح التي تحركنا". 1 مايو 1984. الصفحات 22-29 . ISBN 0930370155.
↑ تاتسويتشيرو أكيزوكي؛ غوردون هاني كومب (مارس 1982). ناغازاكي 1945: أول رواية كاملة من شاهد عيان عن الهجوم بالقنبلة الذرية على ناغازاكي . دار كوارتيت للنشر. الصفحات 134-137 . ISBN 978-0-7043-3382-6.
^ تأثير القنبلة الذرية، هيروشيما وناجازاكي، 1945–85 . إيوانامي شوتن. 1 يناير 1985. ص 56 – 78. ISBN 978-4-00-009766-6.
↑ إي. رذرفورد (1911). "تشتت جسيمات ألفا وبيتا بواسطة المادة وبنية الذرة" (ملف PDF) . المجلة الفلسفية . 21 (4): 669-688 . Bibcode : 2012PMag...92..379R . doi : 10.1080/14786435.2011.617037 . S2CID 126189920 .
↑ "كوكروفت ووالتون يفصلان الليثيوم باستخدام بروتونات عالية الطاقة، أبريل 1932" . Outreach.phy.cam.ac.uk. 14 أبريل 1932. مؤرشف من الأصل في 2 سبتمبر 2012. تم الاطلاع عليه في 4 يناير 2013 .
↑ "ترامب يدّعي أن انشطار الذرة في مانشستر إنجاز أمريكي" . www.bbc.com . 21 يناير 2025. تاريخ الاطلاع: 21 يناير 2025 .
↑ وكالة أسوشيتد برس، شارلوت غراهام-ماكلاي / (21 يناير 2025). "النيوزيلنديون يرفضون ادعاء ترامب بأن الأمريكيين قاموا بتقسيم الذرة" . مجلة تايم . تاريخ الاسترجاع: 21 يناير 2025 .
↑ ج. تشادويك (1932). "الوجود المحتمل للنيوترون" (ملف PDF) . مجلة نيتشر . 129 (3252): 312. Bibcode : 1932Natur.129Q.312C . doi : 10.1038/129312a0 . S2CID 4076465 .
↑ تشادويك، ج. (1932). "وجود النيوترون" . وقائع الجمعية الملكية أ . 136 (830): 692-708 . Bibcode : 1932RSPSA.136..692C . doi : 10.1098/rspa.1932.0112 .وتشادويك ، ج. (1933). "محاضرة بيكريان: النيوترون" . وقائع الجمعية الملكية أ . 142 (846): 1-25 . رمز Bibcode : 1933RSPSA.142....1C . doi : 10.1098/rspa.1933.0152 .
^ E. Fermi، E. Amaldi، O. D'Agostino، F. Rasetti، and E. Segrè (1934) “Radioattività provocata da Bombardamento di neutroni III”، La Ricerca Scientifica ، المجلد. 5، لا. 1، الصفحات 452-453.
^ إيدا نوداك (1934). "Über das Element 93" . Zeitschrift für Angewandte Chemie . 47 (37): 653. بيب كود : 1934AngCh..47..653N . دوى : 10.1002/ange.19340473707 .
↑ هوك، إرنست ب. (2002). "التنافر بين التخصصات والتسرع: اقتراح إيدا نوداك للانشطار النووي". في هوك، إرنست ب. (محرر). التسرع في الاكتشاف العلمي: حول المقاومة والإهمال . بيركلي ولوس أنجلوس: مطبعة جامعة كاليفورنيا. ص 124-148 . ISBN 978-0-520-23106-1. OCLC 883986381 .
^ "Originalgeräte zur Entdeckung der Kernspaltung، "Hahn-Meitner-Straßmann-Tisch"" .
^ "Entdeckung der Kernspaltung 1938، Ver suchsaufbau، Deutsches Museum München | متحف Faszination" . يوتيوب . 7 يوليو 2015.
↑ فريش، أوتو روبرت (1980). ما أتذكره قليلاً . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 114-117 . ISBN 0-52-128010-9كُتبت الورقة البحثية عبر عدة مكالمات هاتفية طويلة المدى، إذ كانت ليز مايتنر قد عادت إلى ستوكهولم في هذه الأثناء. سألتُ عالم أحياء أمريكيًا كان يعمل مع هيفيسي عن اسم عملية انقسام الخلايا المفردة إلى خليتين؛ فأجاب بـ"الانشطار"، لذا استخدمتُ مصطلح " الانشطار النووي" في تلك الورقة. كان بلاكزيك متشككًا؛ ألا يمكنني إجراء بعض التجارب لإثبات وجود تلك الشظايا سريعة الحركة لنواة اليورانيوم؟ الغريب أن هذه الفكرة لم تخطر ببالي، لكنني شرعتُ في العمل سريعًا، وأُجريت التجربة (التي كانت في الواقع سهلة للغاية) في غضون يومين، وأُرسلت ملاحظة قصيرة عنها إلى مجلة نيتشر مع الملاحظة الأخرى التي كتبتها عبر الهاتف مع ليز مايتنر.
↑ ريتشارد رودس. (1986) صناعة القنبلة الذرية ، سيمون وشوستر، ص 268، ISBN 0-671-44133-7.
↑ هـ. ل. أندرسون؛ إ. ت. بوث؛ ج. ر. دانينغ؛ إ. فيرمي؛ ج. ن. غلاسو؛ ف. ج. سلاك (1939). "انشطار اليورانيوم". مجلة Physical Review . 55 (5): 511. Bibcode : 1939PhRv...55..511A . doi : 10.1103/PhysRev.55.511.2 .
↑ ريتشارد رودس (1986). صناعة القنبلة الذرية ، سيمون وشوستر، الصفحات 267-270، رقم ISBN 0-671-44133-7.
^ هان، أو. ستراسمان ، ف. (فبراير 1939). "Nachweis der Entstehung activator Bariumisotope aus Uran und Thorium durch Neutronenbestrahlung; Nachweis weiterer aktiver Bruchstücke bei der Uranspaltung". ناتورويسنشافتن . 27 (6): 89– 95. بيب كود : 1939NW .....27...89H . دوى : 10.1007/BF01488988 . S2CID 33512939 .
↑ مايتنر، ليزا؛ فريش، أو آر (1939). "تفكك اليورانيوم بواسطة النيوترونات: نوع جديد من التفاعلات النووية" . مجلة نيتشر . 143 (3615): 239-240 . رمز Bibcode : 1939Natur.143..239M . doi : 10.1038/143239a0 . S2CID 4113262. تاريخ الاسترجاع: 20 سبتمبر 2023 .
↑ بور، نيلز؛ ويلر، جون (1939). "آلية الانشطار النووي" . مجلة Physical Review . 56 (5): 426-450 . Bibcode : 1939PhRv...56..426B . doi : 10.1103/PhysRev.56.426 .
↑ زولنر، توم (2009). اليورانيوم . فايكنغ بنغوين. ص 28-30 . ISBN 978-0-670-02064-5.
↑ هـ. فون هالبان؛ ف. جوليوت؛ ل. كوارسكي (1939). "عدد النيوترونات المتحررة في الانشطار النووي لليورانيوم" . مجلة نيتشر . 143 (3625): 680. Bibcode : 1939Natur.143..680V . doi : 10.1038/143680a0 . S2CID 4089039 .
↑ بيركويتز، سيدني (28 مارس 2023). "استكشاف العالم النووي: حياة وعلم جيرترود شارف-غولدهابر" . عالم الفيزياء . تم الاسترجاع في 20 مايو 2026 .
↑ شارف-غولدهابر، ج.؛ كلايبر، ج.س. (1946-08-01). "الانبعاث التلقائي للنيوترونات من اليورانيوم" . مجلة Physical Review . 70 ( 3-4 ): 229-229 . doi : 10.1103/PhysRev.70.229.2 . ISSN 0031-899X .
↑ ب. ك. كورودا (1956). "حول الاستقرار الفيزيائي النووي لمعادن اليورانيوم" (ملف PDF) . مجلة الفيزياء الكيميائية . 25 (4): 781. Bibcode : 1956JChPh..25..781K . doi : 10.1063/1.1743058 .

للمزيد من القراءة

دليل أساسيات وزارة الطاقة الأمريكية: الفيزياء النووية ونظرية المفاعلات، المجلد الأول (ملف PDF) . وزارة الطاقة الأمريكية . يناير 1993. DOE-HDBK-1019/1-93. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 19 مارس 2014. تاريخ الاطلاع: 3 يناير 2012 .
دليل أساسيات وزارة الطاقة الأمريكية: الفيزياء النووية ونظرية المفاعلات، المجلد الثاني (ملف PDF) . وزارة الطاقة الأمريكية. يناير 1993. DOE-HDBK-1019/2-93. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 3 ديسمبر 2013. تاريخ الاطلاع: 3 يناير 2012 .
بولغاك، أوريل؛ جين، شي؛ ستيتكو، أيونيل (2020). "ديناميكيات الانشطار النووي: الماضي والحاضر والاحتياجات والمستقبل" . مجلة فرونتيرز إن فيزيكس . 8 63. arXiv : 1912.00287 . Bibcode : 2020FrP.....8...63B . doi : 10.3389/fphy.2020.00063 .

روابط خارجية

آثار الأسلحة النووية
قائمة مراجع مشروحة حول الانشطار النووي من مكتبة ألسوس الرقمية
اكتشاف الانشطار النووي ( مؤرشف بتاريخ 16 فبراير 2010 على موقع Wayback Machine) - سرد تاريخي كامل مع ملفات صوتية وأدلة للمعلمين من مركز التاريخ التابع للمعهد الأمريكي للفيزياء
atomicarchive.com شرح الانشطار النووي
موقع Nuclear Files.org مؤرشف بتاريخ 2018-03-08 على موقع Wayback Machine. ما هو الانشطار النووي؟
رسوم متحركة عن الانشطار النووي

[rr-1] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 رودس، ريتشارد (1986). صناعة القنبلة الذرية . نيويورك: سيمون وشوستر بيبرباكس. الصفحات 135-138 . ISBN 9781451677614.

[2] إم جي أرورا وإم سينغ (1994). الكيمياء النووية . منشورات أنمول. ص 202. ISBN 81-261-1763-X.

[3] غوبال ب. ساها (1 نوفمبر 2010). أساسيات الصيدلة النووية . سبرينغر. ص 11–. ISBN 978-1-4419-5860-0.

[PetrzhakChapter-4] بيترجاك ، قسطنطين (1989). "كيف تم اكتشاف الانشطار التلقائي" [ كيف تم اكتشاف الانشطار التلقائي ] . في تشيرنيكوفا، فيرا (محرر). Краткий Миг Толества — О том, как делаются научные откretия [ لحظة مختصرة للانتصار – حول تحقيق الاكتشافات العلمية ] (بالروسية). نيوكا. ص 108 – 112. ISBN 5-02-007779-8.

[ww-5] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 يونس، وليد؛ لوفلاند، والتر (2021). مقدمة في الانشطار النووي . سبرينغر. ص 28-30 . ISBN 9783030845940.

[6] إس. فيرموت وآخرون (2008) "دراسة مقارنة لانبعاث الجسيمات الثلاثية في 243-Cm (nth,f) و244-Cm (SF)" في الجوانب الديناميكية للانشطار النووي: وقائع المؤتمر الدولي السادس. ج. كليمان، إم جي إتكيس، إس. غموكا (محررون). دار النشر العالمية العلمية المحدودة، سنغافورة. ISBN 9812837523.

[7] ديمبستر، أ. ج. (1938). "الكتل الذرية للعناصر الثقيلة" . مجلة المراجعة الفيزيائية . 53 (1). الجمعية الفيزيائية الأمريكية: 64-75 . رمز Bibcode : 1938PhRv...53...64D . doi : 10.1103/PhysRev.53.64 . تاريخ الاسترجاع: 9 أكتوبر 2023 .

[8] فينبرغ، يوجين (1939). "حول شكل واستقرار النوى الثقيلة" . مجلة Physical Review . 55 (5). الجمعية الفيزيائية الأمريكية: 504-505 . Bibcode : 1939PhRv...55..504F . doi : 10.1103/PhysRev.55.504.2 . تاريخ الاسترجاع: 9 أكتوبر 2023 .

[jl-9] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ليلي، جون (2001). الفيزياء النووية: المبادئ والتطبيقات . جون وايلي وأولاده المحدودة. الصفحات 7-9 ، 13-14 ، 38-43 ، 265-267 . ISBN 9780471979364.

[10] بور، ن. (1939). "الرنين في تفكك اليورانيوم والثوريوم وظاهرة الانشطار النووي" . مجلة Physical Review ، 55 (4). الجمعية الفيزيائية الأمريكية: 418-419 . Bibcode : 1939PhRv...55..418B . doi : 10.1103/PhysRev.55.418.2 . تاريخ الاسترجاع: 9 أكتوبر 2023 .

[11] جيبولتوفيتش، توم (يوليو 2022). "المقاطع العرضية الأساسية" . بدائل الطاقة . تم الاسترجاع في 9 أكتوبر 2023 - عبر مكتبة LibreTexts.

[12] بيرن، جيمس (2011). النيوترونات، والنوى، والمادة: استكشاف فيزياء النيوترونات البطيئة ( طبعة دوفر). مينولا، نيويورك: منشورات دوفر. ص 259. ISBN 978-0-486-48238-5.

[13] كوفمان، أندرو؛ هيرمينغهايسن، كيفن؛ فان زيل، ماثيو؛ وايت، سوزان؛ هاتش، جويل؛ ماير، أندرو؛ كاو، لي ر. (أكتوبر 2024). "مراجعة للأبحاث وقدرات مفاعل الأبحاث بقدرة 500 كيلوواط في جامعة ولاية أوهايو" . حوليات الطاقة النووية . 206 110647. Bibcode : 2024AnNuE.20610647K . doi : 10.1016/j.anucene.2024.110647 . وبالتالي، فإن طيف طاقة النيوترونات السريعة لمفاعل FBF يقع فوق 0.4 إلكترون فولت، بمتوسط 2.0 ميغا إلكترون فولت وطاقة وسيطة 1.6 ميغا إلكترون فولت.

[ENS-14] ماريون برونغلينغهاوس. "الانشطار النووي" . الجمعية النووية الأوروبية. مؤرشف من الأصل بتاريخ 17 يناير 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يناير 2013 .

[bulletin1950-15] هانز أ. بيث (أبريل 1950)، "القنبلة الهيدروجينية" ، نشرة علماء الذرة ، ص 99.

[KopMikSin2004-16] V, Kopeikin; L, Mikaelyan and; V, Sinev (2004). "المفاعل كمصدر للنيوترينوات المضادة: طاقة الانشطار الحراري". فيزياء النوى الذرية . 67 (10): 1892. arXiv : hep-ph/0410100 . Bibcode : 2004PAN....67.1892K . doi : 10.1134/1.1811196 . S2CID 18521811 .

[17] تتميز نيوترونات الانشطار هذه بطيف طاقة واسع، يتراوح من 0 إلى 14 ميغا إلكترون فولت، بمتوسط 2 ميغا إلكترون فولت ونمط 0.75 ميغا إلكترون فولت. انظر بيرن، المرجع السابق.

[18] «الأحداث النووية وعواقبها» من معهد بوردن... « يُطلق ما يقارب 82% من طاقة الانشطار على شكل طاقة حركية من شظيتي الانشطار الكبيرتين. تتفاعل هاتان الشظيتان، لكونهما جسيمات ضخمة وعالية الشحنة ، بسهولة مع المادة. وتنقلان طاقتهما بسرعة إلى مواد السلاح المحيطة، التي ترتفع درجة حرارتها بسرعة».( ملف PDF) . تمت أرشفة الملف من النسخة الأصلية (ملف PDF) في 25 يناير 2017.

[19] " نظرة عامة على الهندسة النووية: الطاقات المختلفة المنبعثة لكل حدث انشطار، صفحة 4. ينبعث "167 ميغا إلكترون فولت" عن طريق الطاقة الكهروستاتيكية التنافرية بين النواتين الوليدتين، والتي تتخذ شكل "الطاقة الحركية" لمنتجات الانشطار، وتؤدي هذه الطاقة الحركية إلى كل من التأثيرات الانفجارية والحرارية اللاحقة. يُطلق "5 ميغا إلكترون فولت" في إشعاع غاما الفوري أو الأولي، و "5 ميغا إلكترون فولت" في إشعاع النيوترونات الفوري (99.36% من الإجمالي)، و "7 ميغا إلكترون فولت" في طاقة النيوترونات المتأخرة (0.64%)، و "13 ميغا إلكترون فولت" في اضمحلال بيتا واضمحلال غاما (الإشعاع المتبقي)" (ملف PDF) . جامعة فيينا التقنية. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 15 مايو 2018.

[20] "الانشطار والاندماج النوويان، والتفاعلات النووية" . المختبر الفيزيائي الوطني. مؤرشف من الأصل بتاريخ 5 مارس 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يناير 2013 .

[21] ل. بونو؛ ب. كوينتين (2005). "حسابات مجهرية لأسطح طاقة الوضع: خصائص الانشطار والاندماج" (ملف PDF) . وقائع مؤتمر AIP . 798 : 77-84 . Bibcode : 2005AIPC..798...77B . doi : 10.1063/1.2137231 . مؤرشف من الأصل في 29 سبتمبر 2006. تم الاطلاع عليه في 28 يوليو 2008 .

[jcl-22] 1 2 3 لي، جون سي. (2020). فيزياء وهندسة المفاعلات النووية . جون وايلي وأولاده، ص 324، 327-329 . ISBN 9781119582328.

[23] القصف الذري لهيروشيما وناغازاكي، مؤرشف بتاريخ 13 يوليو 2020 ^{(عدم تطابق التاريخ)} في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine ). atomicarchive.com

[24] توبيخ نووي: كتّاب وفنانون ضد الطاقة والأسلحة النووية (سلسلة مختارات معاصرة) . دار نشر "الروح التي تحركنا". 1 مايو 1984. الصفحات 22-29 . ISBN 0930370155.

[25] تاتسويتشيرو أكيزوكي؛ غوردون هاني كومب (مارس 1982). ناغازاكي 1945: أول رواية كاملة من شاهد عيان عن الهجوم بالقنبلة الذرية على ناغازاكي . دار كوارتيت للنشر. الصفحات 134-137 . ISBN 978-0-7043-3382-6.

[26] تأثير القنبلة الذرية، هيروشيما وناجازاكي، 1945–85 . إيوانامي شوتن. 1 يناير 1985. ص 56 – 78. ISBN 978-4-00-009766-6.

[27] إي. رذرفورد (1911). "تشتت جسيمات ألفا وبيتا بواسطة المادة وبنية الذرة" (ملف PDF) . المجلة الفلسفية . 21 (4): 669-688 . Bibcode : 2012PMag...92..379R . doi : 10.1080/14786435.2011.617037 . S2CID 126189920 .

[28] "كوكروفت ووالتون يفصلان الليثيوم باستخدام بروتونات عالية الطاقة، أبريل 1932" . Outreach.phy.cam.ac.uk. 14 أبريل 1932. مؤرشف من الأصل في 2 سبتمبر 2012. تم الاطلاع عليه في 4 يناير 2013 .

[29] "ترامب يدّعي أن انشطار الذرة في مانشستر إنجاز أمريكي" . www.bbc.com . 21 يناير 2025. تاريخ الاطلاع: 21 يناير 2025 .

[30] وكالة أسوشيتد برس، شارلوت غراهام-ماكلاي / (21 يناير 2025). "النيوزيلنديون يرفضون ادعاء ترامب بأن الأمريكيين قاموا بتقسيم الذرة" . مجلة تايم . تاريخ الاسترجاع: 21 يناير 2025 .

[31] ج. تشادويك (1932). "الوجود المحتمل للنيوترون" (ملف PDF) . مجلة نيتشر . 129 (3252): 312. Bibcode : 1932Natur.129Q.312C . doi : 10.1038/129312a0 . S2CID 4076465 .

[32] تشادويك، ج. (1932). "وجود النيوترون" . وقائع الجمعية الملكية أ . 136 (830): 692-708 . Bibcode : 1932RSPSA.136..692C . doi : 10.1098/rspa.1932.0112 .وتشادويك ، ج. (1933). "محاضرة بيكريان: النيوترون" . وقائع الجمعية الملكية أ . 142 (846): 1-25 . رمز Bibcode : 1933RSPSA.142....1C . doi : 10.1098/rspa.1933.0152 .

[33] E. Fermi، E. Amaldi، O. D'Agostino، F. Rasetti، and E. Segrè (1934) “Radioattività provocata da Bombardamento di neutroni III”، La Ricerca Scientifica ، المجلد. 5، لا. 1، الصفحات 452-453.

[34] إيدا نوداك (1934). "Über das Element 93" . Zeitschrift für Angewandte Chemie . 47 (37): 653. بيب كود : 1934AngCh..47..653N . دوى : 10.1002/ange.19340473707 .

[35] هوك، إرنست ب. (2002). "التنافر بين التخصصات والتسرع: اقتراح إيدا نوداك للانشطار النووي". في هوك، إرنست ب. (محرر). التسرع في الاكتشاف العلمي: حول المقاومة والإهمال . بيركلي ولوس أنجلوس: مطبعة جامعة كاليفورنيا. ص 124-148 . ISBN 978-0-520-23106-1. OCLC 883986381 .

[36] "Originalgeräte zur Entdeckung der Kernspaltung، "Hahn-Meitner-Straßmann-Tisch"" .

[37] "Entdeckung der Kernspaltung 1938، Ver suchsaufbau، Deutsches Museum München | متحف Faszination" . يوتيوب . 7 يوليو 2015.

[38] فريش، أوتو روبرت (1980). ما أتذكره قليلاً . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 114-117 . ISBN 0-52-128010-9كُتبت الورقة البحثية عبر عدة مكالمات هاتفية طويلة المدى، إذ كانت ليز مايتنر قد عادت إلى ستوكهولم في هذه الأثناء. سألتُ عالم أحياء أمريكيًا كان يعمل مع هيفيسي عن اسم عملية انقسام الخلايا المفردة إلى خليتين؛ فأجاب بـ"الانشطار"، لذا استخدمتُ مصطلح " الانشطار النووي" في تلك الورقة. كان بلاكزيك متشككًا؛ ألا يمكنني إجراء بعض التجارب لإثبات وجود تلك الشظايا سريعة الحركة لنواة اليورانيوم؟ الغريب أن هذه الفكرة لم تخطر ببالي، لكنني شرعتُ في العمل سريعًا، وأُجريت التجربة (التي كانت في الواقع سهلة للغاية) في غضون يومين، وأُرسلت ملاحظة قصيرة عنها إلى مجلة نيتشر مع الملاحظة الأخرى التي كتبتها عبر الهاتف مع ليز مايتنر.

[39] ريتشارد رودس. (1986) صناعة القنبلة الذرية ، سيمون وشوستر، ص 268، ISBN 0-671-44133-7.

[40] هـ. ل. أندرسون؛ إ. ت. بوث؛ ج. ر. دانينغ؛ إ. فيرمي؛ ج. ن. غلاسو؛ ف. ج. سلاك (1939). "انشطار اليورانيوم". مجلة Physical Review . 55 (5): 511. Bibcode : 1939PhRv...55..511A . doi : 10.1103/PhysRev.55.511.2 .

[41] ريتشارد رودس (1986). صناعة القنبلة الذرية ، سيمون وشوستر، الصفحات 267-270، رقم ISBN 0-671-44133-7.

[42] هان، أو. ستراسمان ، ف. (فبراير 1939). "Nachweis der Entstehung activator Bariumisotope aus Uran und Thorium durch Neutronenbestrahlung; Nachweis weiterer aktiver Bruchstücke bei der Uranspaltung". ناتورويسنشافتن . 27 (6): 89– 95. بيب كود : 1939NW .....27...89H . دوى : 10.1007/BF01488988 . S2CID 33512939 .

[43] مايتنر، ليزا؛ فريش، أو آر (1939). "تفكك اليورانيوم بواسطة النيوترونات: نوع جديد من التفاعلات النووية" . مجلة نيتشر . 143 (3615): 239-240 . رمز Bibcode : 1939Natur.143..239M . doi : 10.1038/143239a0 . S2CID 4113262. تاريخ الاسترجاع: 20 سبتمبر 2023 .

[44] بور، نيلز؛ ويلر، جون (1939). "آلية الانشطار النووي" . مجلة Physical Review . 56 (5): 426-450 . Bibcode : 1939PhRv...56..426B . doi : 10.1103/PhysRev.56.426 .

[tz-45] زولنر، توم (2009). اليورانيوم . فايكنغ بنغوين. ص 28-30 . ISBN 978-0-670-02064-5.

[46] هـ. فون هالبان؛ ف. جوليوت؛ ل. كوارسكي (1939). "عدد النيوترونات المتحررة في الانشطار النووي لليورانيوم" . مجلة نيتشر . 143 (3625): 680. Bibcode : 1939Natur.143..680V . doi : 10.1038/143680a0 . S2CID 4089039 .

[47] بيركويتز، سيدني (28 مارس 2023). "استكشاف العالم النووي: حياة وعلم جيرترود شارف-غولدهابر" . عالم الفيزياء . تم الاسترجاع في 20 مايو 2026 .

[48] شارف-غولدهابر، ج.؛ كلايبر، ج.س. (1946-08-01). "الانبعاث التلقائي للنيوترونات من اليورانيوم" . مجلة Physical Review . 70 ( 3-4 ): 229-229 . doi : 10.1103/PhysRev.70.229.2 . ISSN 0031-899X .

[49] ب. ك. كورودا (1956). "حول الاستقرار الفيزيائي النووي لمعادن اليورانيوم" (ملف PDF) . مجلة الفيزياء الكيميائية . 25 (4): 781. Bibcode : 1956JChPh..25..781K . doi : 10.1063/1.1743058 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[

[

[ 20 ]

[ 21 ]

[

[

[

[

[

[ 27 ]

[ 28 ]

[ 29 ]

[ 30 ]

[ 31 ]

[ 32 ]

[ 33 ]

[ 34 ]

[ 35 ]

[ 36 ]

[ 37 ]

[ 38 ]

[ 39 ]

[ 40 ]

[ 41 ]

[ 42 ]

[ 43 ]

[ 44 ]

[ 45 ]

[ 46 ]

[ 47 ]

[ 48 ]

[ 49 ]

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	30 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗