التفاعلات النووية

تعتبر نظم اضمحلال جسيمات α و β التي وصفناها في القسم الماضي نماذج بسيطة للتفاعلات النووية. ومعادلات التفاعلات النووية لابد أن تكون متوازنة مثل معادلات التفاعلات الكيميائية تماماً. ولابد من أن تحقق التفاعلات النووية قوانين البقاء في الفيزياء حتى يتم التوازن. وسنهتم حالياً ببقاء الشحنة وعدد النويات فحسب.

ومجموع كل النويات في أي تفاعل نووي (أو قيم A) على أحد جانبي التفاعل لابد أن يساوي المجموع على الجانب الآخر من التفاعل. وعلى ذلك ففي اضمحلال α،

ومن الواضح أن قيم A متساوية على الجانبين، 226 = 222+4. وعلاوة على ذلك، ولأن الشحنة أيضاً لابد من بقائها، فإن مجموع قيم Z لابد أن تكون متساوية على الجانبين. وفي التفاعل الراهن فإن 86 + 2 = 88.

وإلى جانب عدد النويات والشحنة فهناك كميات أخرى لابد أن تكون محفوظة، وعلى التفاعلات النووية الخضوع لقوانين البقاء هذه. وقد أشرنا من قبل أن النيوترينو ينبعث أثناء اضمحلال β، وبدون ذلك فإن تفاعل اضمحلال β سيفتقر إلى حفظ (بقاء) كمية التحرك الخطية والزاوية والطاقة. ولابد للطاقة أيضاً، بما في ذلك الطاقة المكافئة للكتلة، أن تكون محفوظة في التفاعلات النووية.

إن حقيقة كون الطاقة الكلية قبل التفاعل (بما في ذلك الطاقة المكافئة لكتل السكون) لابد وأن تكون مساوية للطاقة الكلية بعد التفاعل، مفيدة جداً كأداة لدراسة التفاعلات النووية. وعندما اجرى رذرفورد واحداً من اوائل التفاعلات النووية عام 1918، مثلاً، فقد أطلق جسيمات α على نوى النيتروجين ورصد التفاعل الآتي:

وبعبارة أخرى، فإن جسيم α دخل إلى نواة ¹⁴N، التي تفتتت بإطلاق بروتون. أي أن نواة النيتروجين الأصلية قد تحولت إلى نواة اكسجين.

ولكي نعرف المزيد عن هذا التفاعل، يمكننا الرجوع إلى الجدول رقم (1)، لكي نحسب كتل النوى المتفاعل قبل وبعد التفاعل.

يتضح من هذا أن كتلة النواتج أكبر من كتل المواد الداخلة في التفاعل، بفرق يبلغ 0.0012 u. ولا يمكن إيجاد هذه الكتلة إلا إذا أضيف مقدار من الطاقة إلى المجموعة.

وحيث أن 1.0 u تكافئ طاقة مقدارها 931.5 MeV، لذا فإن الزيادة في الكتلة، والتي ظهرت في هذا التفاعل، تتطلب طاقة خارجية مقدارها (0.0012) (931/1) = 1.1 MeV ولابد لجسم a الساقط من طاقة حركة بهذا المقدار على الأقل حتى يجعل هذا التفاعل قابلاً للحدوث. والواقع أنه لما كان لابد لكمية التحرك أن تظل محفوظة أيضاً في مثل هذه التفاعل، فإن النواتج النهائية لن تقف ساكنة عن الحركة، ونتيجة لذلك كان لابد أن يتخذ الجسيم طاقة اكبر من 1.1 MeV حتى يكون التفاعل ممكناً.