الاتصالات السلكية واللاسلكية وتطبيقاتها ..ومستقبلها

                           الذرة والتحولات النووية

الذرة هي الوحدة البنيوية للعناصر المتواجدة حولنا فهي صغيرة الحجم وقطرها حوالي جزء واحد من عشرة الاف مليون جزء من المتر فهي مكونة من نواة واليكترونات تتحرك في الفراغ المحيط بالنواة .

 

تشكل النواة معظم كتلة الذرة  فهي تتكون من جزئين رئيسيين من الدقائق احدهما البروتون ويحمل شحنة كهربائية موجبة وثانيها النوترون لا يحمل اي شحنة كهربائية محايد كهربائيا .

 

البروتونات هي الدقائق ذات الشحنة الموجبة مساوية لشحنة الالكترونات السالبة ولهذا الذرة محايدة ومتعادلة كهربائيا .

 

النوترونات هي دقائق محايدة كهربائيا لا تحمل اي شحنة حيث كتلة النوترون تقارب كتلة البروتون .

 

الاليكترونات هي دقائق شحنتها سالبة و تشكل سحابة تدور حول النواة وكتلتها صغيرة جدا بالمقارنة مع النوترون او البروتون . 

 

 

يسمى عدد الاليكترونات لكل عنصر بالعدد الذري ورمزه Z  , فيما عدد النوترونات والبروتونات  يسمى عدد الكتلة رمزه A .

 

قصة الذرة 

 

بدأت قصة الذرة من عند اليونانيين القدامى حيث كانو يعتقدون أن العالم يتكون من اربعة عناصر فقط الهواء النار التراب و الماء وكانت هي الفكرة  المسلم بها لمدة , الى مجيئ الفيلسوف اليوناني ديموقريطوس والذي افترض انه يمكن تقسيم المادة الى جسيمات لا يمكن تقسيمها واعتبرها الحد الذي تنتهي اليه المادة  https://www.brefphysique.com/2022/05/blog-post_1.html  وسماها ب ATOM  معناها الغير قابل للتجزِؤ والتقسيم كانت ثورة فكرية نشرها ديموقريطوس دالة على عبقريته ونبوغه ولكن فكرته تناست  لمدة  وتم تجاهلها .

 

 

خلال عصر النهضة في اوربا  قام العالم دالتون بطرح فكرة ديموقريطوس واقترح ان المادة تتكون من جسيمات متناهية الصغر وغير قابلة للتقسيم وسماها ذرات , واقترح ايضا ان ذرات نفس العنصر لها نفس الخواص وايضا ان التفاعل الكيميائي ماهو الااعادة صياغة تركيب الذرات مرة اخرى , وعن شكلها اقترح دالتون ان الذرات لها شكل دائري ومتناهية الصغر .

 

 

اسهامات دالتون واقتراحاته حسب فهمنا الحالي للذرة كانت بالنسبة لزمانه ثورة  وتوضح اتساع نظرته وعبقريته , فاعمال دالتون تعد منصة انطلاق للعلماء اللاحقين حيث في مطلع القرن العشرين اكد البرت اينشتاين وجود الذرة اثناء مشاهدته لحبات غبار الطلع الساقطة في الماء لتبدأ نماذج حسب كل عالم وفق لما توصل له عبر تجاربه ونظرته ونذكر منها :

 

نموذج طومسون : حيث لما اكتشف الاليكترون صاغ طومسون نوذجه للذرة حيث اقترح ان الذرة محايدة ومتعادلة كهربائيا  وان الشحنات الموجبة للذرة مختلطة مع الليكترونات .

 

نموذج ارنست رذرفورد: الذي يعد مكتشف شحنة نواة الذرة حيث  شبه تركيب الذرة  بالنظام الشمسي حيث اقترح ان الاليكترونات تدور حول النواة وان بينهما فراغ وان كتلة الذرة مركزة في النواة , كما اقترح ايضا ان الذرة متعادلة كهربائيا .

يعد نموذج رذرفورد النموذج الحالي للذرة حيث تتكون من نواة موجبة مكونة من بروتونات ونوترونات تدور حولها اليكترونات سالبة وتن كتلة الذرة مركزة في نواتها .

 

التحولات النووية

 

 التحولات النووية هي تحول نواة الى نواة اخرى ويصاحب هذا التحول نقص في كتلة النواة المتولدة المنتجة , حيث هذا النقص يكون عبارة عن اشعاع وهذا الاشعاع مكون من جسيمات ذرية من بروتونات نوترونات اليكترونات لها كتلة وطاقة .

 

نسمي هذا التحول النووي للنواة بالنشاط الاشعاعي  حيث يصاحبه انبعاث اشعاع كما اشرنا اعلاه وهناك اربع انواع من النشاط الاشعاعي :

 

اشعة الفا : اشعاعات مكونة من نوى الهيليوم يعني 2 بروتون و 2 نوترون , وهي اشعاعات موجبة الشحنة .

اشعة بيتا + : اشعاعات مكونة من نظير الاليكترون ويسمى البوزيترون وهو الاليكترون الموجب .

اشعة بيتا - : اشعاعات مكونة من الاليكترونات .

اشعة جاما : اشعة كهرومغناطيسية فوق بنفسجية ذات طاقة عالية . 

 

الانشطار النووي

 

 الانشطار النووي هو انشطار نواة ثقيلة الى نواتين خفيفتين بعد قذفها بنوترون  ويصاحب هذا الانشطار انبعاث طاقة مهمة .

 

 

الاندماج النووي  

 

الاندماج النووي هو اتحاد ودمج نواتين خفيفتين للحصول على نواة ثقيلة تحت تاثير حرارة عالية لاستعمالها كطاقة للتغلب على قوى التنافر بين النواتين الموجبتين .

 

 

الجسيمات تحت الذرية 

 

نقصد بالجسيمات تحت الذرية بالجسيمات المكونة  للبروتونات والنوترونات المكونة لنواة الذرة والجسيمات المكونة للاليكترونات , حيث البروتونات والنوترونات مكونة من الكواركات حيث كل بروتون ونوترون مكون من ثلاثة كواركات واما الاليكترون فهو مكون من جسيمات تسمى الليبتونات .

 

في الطبيعة تمكن العلماء من اكتشاف جسيمات تحت ذرية  بموازاة مع الكوارك والليبتونات تم اكتشاف بوزونات كالفوتون مكون الضوء وبوزون هيغز المسؤول عن كسب المادة للكتلة في انتظار اكتشاف بوزون غرافيتون المسؤول عن الجاذبية .

 

قام العلماء بتصنيف الجسيمات التحت الذرية  وفق جدول كالجدول الدوري للعناصر , واعتبار هذه الجسيمات اصل تكون المادة في انتظار معرفة مكوناتها هي الاخرى فلا ربما تتكون من خيوط او اوتار كما اقترحت نظرية الاوتار .

 

 

النظائر  

 

في الطبيعة لا يتوفر عنصر مستقل عن ذاته فغالبا ماتجده مرتبط بعنصر اخر , وايضا نجد في كل عنصر وفرة لعنصر منه يعني هو نفسه حيث له نفس الخصائص الكيميائية ولكن مختلف معه في الخصائص الفيزيائية وهنا نتحدث عن النظائر حيث النظائر هي العناصر التي لها نفس العدد الذري يعني نفس عدد الاليكترونات  يعني نفس عدد البروتونات وتختلف في عدد النوترونات يعني هناك اختلاف في الكتلة الذرية .

الكتلة الذرية هي مجموع كتل مكونات الذرة يعني عدد البروتونات ضرب في كتلة بروتون + عدد النوترونات ضرب في كتلة النوترون + عدد الاليكترونات ضرب في كتلة الاليكترون .  

 

 

حجم الذرة  

 

 

كما اشرنا سالفا ان كتلة الذرة مركزة في نواتها , اما بخصوص حجمها فالذرة بها فراغ بين مدرات الاليكترونات والنواة وبخصوص تحديد الحجم فهو مرتبط بسلوك ومدرارات الاليكترونات لانها هي التي تدور حول النواة  فهو صعب تحديد حجم الذرة فهناك ذرات تفقد اليكترون او تكسب اليكترون وربما اكثر ناهيك عن حركة الاليكترونات الغير محددة وهذا ما يجعل تحديد حجم الذرة بشكل دقيق صعب ولكن يمكن اعتبار الذرة كروية واعطاء فكرة عن قيمة حجم كل ذرة .

 

الفائدة من معرفة ماهية الذرة واستغلالها 

 

تكمن فائدة معرفة الذرة في كل شيء نستعمله في حياتنا اليومية فبمعرفة تركيب الذرة استطاع الانسان معرفة كيفية التفاعل الكيميائي مما انعكس على الصناعة وصناعة الادوية مثلا وتكرير النفط  , ومكن ايضا معرفة بنية الذرة من اختراع الليزر واللوائح الشمسية واشعة اكس والرنين المغناطيسي وايضا في فهم كيفية عمل الموصلات الكهربائية للوصول الى الموصلية الفائقة مستفبلا .

 

اسهامات معرفة تركيب وبنية الذرة لاتنتهي كونها مكون المادة والعالم الفيزيائي المحيط بنا , فبالنسبة للكون تمكنا من بناء نظرية مهمة عن اصل الكون وهي نظرية الانفجار الكبير وفهم كيفية تشكل النجوم والكواكب وكيفية تشكل المواد والعناصر في النجوم , في البيولوجيا معرفة عمل الانزيمات وتكون الاحماض الامينية وعمل الحمض الوراثي والكيمياء الحيوية , في الجيولوجيا ومعرفة تاريخ المستحاثات والطبقات الارضية .

 

شكل معرفة الذرة ومكوناتها المفتاح لعمل جميع التخصصات الاخرى من اجل معرفة اكثر للاشياء والمادة من اجل صناعة اشياء تعود بالنفع على الانسان من اجل تسهيل الحياة اليومية ورفاهية العيش  .