• mostafa

تاريخ الطاقة النووية


الطاقة النووية

استكشاف طبيعة الذرة


تم اكتشاف اليورانيوم في عام 1789 من قبل الكيميائي الألماني مارتن كلابروث .


اكتشف) فيلهلم رونتجن( الإشعاع المؤين في عام 1895 ، بتمرير تيار كهربائي عبر أنبوب زجاجي مفرغ وإنتاج أشعة سينية مستمرة. ثم في عام 1896 ، وجد )هنري بيكيريل( أن خام يحتوي على )الراديوم واليورانيوم) تسبب في جعل لوحة الصور الفوتوغرافية مظلمة. وتابع ليوضح أن هذا يرجع إلى إشعاع بيتا (الإلكترونات) وجزيئات ألفا (نويات الهيليوم) المنبعثة. وجد) فيلارد( نوعًا ثالثًا من الإشعاع وهى: أشعة غاما ، والتي كانت تشبه إلى حد كبير الأشعة السينية. ثم في عام 1896 أعطى بيير وماري كوري اسم "النشاط الإشعاعي" لهذه الظاهرة ، وفي عام 1898 تم عزل البولونيوم والراديوم. تم استخدام الراديوم في وقت لاحق في العلاج الطبي. في عام 1898 أظهر صامويل بريسكوت أن الإشعاع دمر البكتيريا في الطعام.


في عام 1902 أظهر إرنست رذرفورد أن النشاط الإشعاعي ، كحدث عفوي ينبعث من جسيم ألفا أو بيتا من النواة ، خلق عنصرًا مختلفًا. ذهب لتطوير فهم أشمل للذرات وفي عام 1919 أطلق جزيئات ألفا من مصدر الراديوم إلى النيتروجين ووجد أن إعادة الترتيب النووي تحدث مع تكوين الأكسجين. كان نيلز بور عالمًا آخر طور فهمنا للذرة وطريقة ترتيب الإلكترونات حول نواتها حتى أربعينيات القرن العشرين.


بحلول عام 1911 اكتشف فريدريك سودي أن العناصر المشعة بشكل طبيعي لديها عدد من النظائر المشعة (النويدات المشعة) ، بنفس الكيمياء. أيضًا في عام 1911 ، أظهر جورج دي هيفي أن هذه النويدات المشعة كانت لا تقدر بثمن مثل أجهزة التتبع ، لأنه يمكن اكتشاف كميات دقيقة بسهولة باستخدام أدوات بسيطة.


اكتشف جيمس شادويك النيوترون. أيضا أنتج كوككروفت والتون تحولات نووية عن طريق قصف الذرات بالبروتونات المتسارعة ، ثم وجد أيرين كوري وفريدريك جوليوت أن بعض هذه التحولات خلقت النويدات المشعة الاصطناعية. في العام التالي وجد إنريكو فيرمي أنه يمكن تشكيل مجموعة أكبر بكثير من النويدات المشعة الاصطناعية عند استخدام النيوترونات بدلاً من البروتونات.

تسخير الانشطار النووي


أثارت هذه التطورات لعام 1939 نشاطًا في العديد من المختبرات. أظهر هان وستراسمان أن الانشطار لم يطلق فقط الكثير من الطاقة ، ولكنه أيضًا أطلق نيوترونات إضافية يمكن أن تسبب الانشطار في نوى اليورانيوم الأخرى وربما سلسلة تفاعلات ذاتية الاكتفاء تؤدي إلى إطلاق هائل للطاقة. سرعان ما تم تأكيد هذا الاقتراح تجريبيًا من قبل جوليوت وزملائه في باريس ، وعمل ليو سزيلارد مع فيرمي في نيويورك.


تم توفير الجزء المتبقي من مفهوم الانشطار / القنبلة الذرية في عام 1939 من قبل فرانسيس بيرين الذي قدم مفهوم الكتلة الحرجة من اليورانيوم المطلوب لإنتاج إطلاق ذاتي للطاقة. تم تمديد نظرياته من قبل رودولف بيرلز في جامعة برمنغهام وكانت الحسابات الناتجة ذات أهمية كبيرة في تطوير القنبلة الذرية. واصلت مجموعة بيرين في باريس دراساتها وأظهرت أن تفاعل سلسلة يمكن أن يستمر في خليط اليورانيوم والماء (الماء المستخدم لإبطاء النيوترونات) بشرط حقن النيوترونات الخارجية في النظام. كما أظهروا فكرة إدخال مادة ممتصة للنيوترون للحد من تكاثر النيوترونات وبالتالي التحكم في التفاعل النووي (الذي هو أساس تشغيل محطة طاقة نووية).


كان بيرلز طالبًا في ويرنر هايزنبرغ ، الذي ترأس منذ أبريل 1939 مشروع الطاقة النووية الألماني تحت مكتب الذخائر الألمانية. تم توجيه هذا في البداية نحو التطبيقات العسكرية ، وبحلول نهاية عام 1939 ، قام هايزنبرغ بحساب أن تفاعلات سلسلة الانشطار النووي قد تكون ممكنة. عندما تتباطأ وتحكم في "آلة اليورانيوم" (مفاعل نووي) ، يمكن لهذه التفاعلات المتسلسلة توليد الطاقة ؛ عندما تكون خارج السيطرة ، فإنها تؤدي إلى انفجار نووي أقوى بكثير من الانفجار التقليدي. واقترح أنه يمكن استخدام اليورانيوم الطبيعي في آلة اليورانيوم ، باستخدام وسيط الماء الثقيل (من النرويج) ، ولكن يبدو أن الباحثين لم يكونوا على دراية بالنيوترونات المتأخرة التي ستسمح بالتحكم في مفاعل نووي. وأشار هايزنبرغ إلى أنه يمكنهم استخدام اليورانيوم النقي 235 ، وهو نظير نادر ، كمتفجر ، ولكن يبدو أنه يعتقد أن الكتلة الحرجة المطلوبة كانت أعلى مما كان عمليًا.


أقرأ أيضا الثقوب السوداء ولغز الكون المحير


في صيف عام 1940 ، استفاد كارل فريدريش فون ويزكير ، وهو زميل أصغر سنا وصديق هايزنبرغ ، من منشورات باحثين يعملون في بريطانيا والدنمارك وفرنسا والولايات المتحدة الأمريكية لاستنتاج أنه إذا كانت آلة اليورانيوم قادرة على تحمل سلسلة من التفاعلات ، فإن بعض من اليورانيوم 238 الأكثر شيوعًا سيتم تحويله إلى "العنصر 94" ، الذي يُطلق عليه الآن البلوتونيوم. مثل اليورانيوم 235 ، سيكون العنصر 94 متفجرًا قويًا بشكل لا يصدق. في عام 1941 ، ذهب فون ويزكير إلى حد تقديم طلب براءة اختراع لاستخدام آلة اليورانيوم لتصنيع هذا العنصر المشع الجديد.


بحلول عام 1942 ، تم إنهاء الهدف العسكري باعتباره غير عملي ، ويتطلب موارد أكثر من المتاحة. أصبحت الأولوية بناء صواريخ. ومع ذلك ، فإن وجود مشروع أورانفيرين الألماني وفر الحافز الرئيسي لتطوير القنبلة الذرية في زمن الحرب من قبل بريطانيا والولايات المتحدة.


الفيزياء النووية في روسيا


بدأ العمل على المعادن المشعة الموجودة في آسيا الوسطى في عام 1900 وبدأت أكاديمية سانت بطرسبرغ للعلوم تحقيقًا واسع النطاق في عام 1909. أعطت ثورة 1917 دفعة للبحث العلمي وتم إنشاء أكثر من 10 معاهد فيزياء في المدن الروسية الرئيسية ، ولا سيما سانت بطرسبورغ ، في السنوات التي تلت ذلك. في عشرينيات وأوائل ثلاثينيات القرن العشرين ، عمل العديد من علماء الفيزياء الروس البارزين في الخارج ، بتشجيع من النظام الجديد مبدئيًا كأفضل طريقة لرفع مستوى الخبرة بسرعة. وشملت هذه كيريل سينيلنيكوف ، وبيوتر كابيتسا وفلاديمير فيرنادسكي.


بحلول أوائل الثلاثينيات ، كان هناك العديد من مراكز البحث المتخصصة في الفيزياء النووية. عاد كيريل سينيلنيكوف من كامبريدج في عام 1931 لتنظيم قسم في المعهد الأوكراني للفيزياء والتكنولوجيا (أعيدت تسميته فيما بعد بمعهد خاركوف للفيزياء والتكنولوجيا .

بحلول نهاية العقد ، كانت هناك سيكلوترونات مثبتة في معهد Radium و Leningrad FTI (الأكبر في أوروبا). ولكن بحلول هذا الوقت ، بدأ العديد من العلماء في الوقوع ضحية لعمليات تطهير ستالين - تم القبض على نصف موظفي معهد خاركوف ، على سبيل المثال ، في عام 1939. ومع ذلك ، شهد عام 1940 تقدمًا كبيرًا في فهم الانشطار النووي بما في ذلك إمكانية وجود سلسلة رد فعل. وبناءً على إلحاح من كورشاتوف وزملائه ، أنشأت أكاديمية العلوم "لجنة مشكلة اليورانيوم" في يونيو 1940 برئاسة فيتالي كلوبين ، وتم إنشاء صندوق للتحقيق في رواسب اليورانيوم في آسيا الوسطى. كان لمعهد الراديوم مصنع في تارتارستان يستخدمه كلوبين لإنتاج أول راديوم عالي النقاء في روسيا. حول غزو ألمانيا لروسيا في عام 1941 الكثير من هذا البحث الأساسي إلى التطبيقات العسكرية المحتملة.

تصور القنبلة الذرية


ظل العلماء البريطانيون يضغطون على حكومتهم. أعطى الفيزيائيان اللاجئون بييرلز وفريش (اللذين بقيا في إنجلترا مع بييرلس بعد اندلاع الحرب) ، دفعة كبيرة لمفهوم القنبلة الذرية في وثيقة من ثلاث صفحات تعرف باسم مذكرة فريش-بييرلس. في هذا توقعوا أن كمية حوالي 5 كجم من U-235 النقي يمكن أن تصنع قنبلة ذرية قوية جدًا تعادل عدة آلاف من الأطنان من الديناميت. واقترحوا أيضًا كيف يمكن تفجير مثل هذه القنبلة ، وكيف يمكن إنتاج U-235 ، وما يمكن أن تكون الآثار الإشعاعية بالإضافة إلى الآثار المتفجرة. واقترحوا الانتشار الحراري كطريقة مناسبة لفصل اليورانيوم 235 من اليورانيوم الطبيعي. حفزت هذه المذكرة على استجابة كبيرة في بريطانيا في وقت لم يكن هناك اهتمام كبير بالولايات المتحدة.

تم تشكيل مجموعة من العلماء البارزين المعروفين بلجنة مود في بريطانيا وأشرفت على الأبحاث في جامعات برمنغهام وبريستول وكامبريدج وليفربول وأكسفورد. تمت دراسة المشاكل الكيميائية لإنتاج المركبات الغازية من اليورانيوم ومعدن اليورانيوم النقي في جامعة برمنغهام وشركة امبريال كيميكال للصناعات (ICI). وقد حصلت شركة ICI على عقد رسمي في وقت لاحق في عام 1940 لتصنيع 3 كجم من هذه المادة الحيوية للعمل المستقبلي. تم تمويل معظم البحوث الأخرى من قبل الجامعات نفسها.

كانت النتيجة النهائية للجنة مود هي تقريران موجزان في يوليو 1941. أحدهما عن "استخدام اليورانيوم لصنع قنبلة" والآخر عن "استخدام اليورانيوم كمصدر للطاقة". خلص التقرير الأول إلى أن القنبلة كانت قابلة للتطبيق وأن القنبلة التي تحتوي على حوالي 12 كجم من المواد الفعالة ستعادل 1800 طن من مادة TNT وستطلق كميات كبيرة من المواد المشعة التي تجعل الأماكن القريبة من موقع الانفجار خطرة على البشر لفترة طويلة . قدرت أنه بالنسبة لمصنع لإنتاج 1 كيلوجرام من U-235 في اليوم ، سيكلف 5 ملايين جنيه إسترليني وسيتطلب قوة عاملة ماهرة كبيرة مطلوبة أيضًا لأجزاء أخرى من جهد الحرب. واقترح أن الألمان يمكن أن يعملوا أيضًا على القنبلة ، وأوصت بمواصلة العمل بأولوية عالية بالتعاون مع الأمريكيين ، على الرغم من أنهم بدا أنهم يركزون على الاستخدام المستقبلي لليورانيوم من أجل القوة والدفع البحري.


خلص التقرير الثاني إلى أن الانشطار الخاضع للسيطرة على اليورانيوم يمكن استخدامه لتوفير الطاقة في شكل حرارة للاستخدام في الآلات ، وكذلك توفير كميات كبيرة من النظائر المشعة التي يمكن استخدامها كبديل للراديوم. وأشار إلى استخدام الماء الثقيل وربما الجرافيت كمنسق للنيوترونات السريعة ، وأنه حتى المياه العادية يمكن استخدامها '' كان يبشر بالخير لاستخدامات سلمية مستقبلية ، لكن الأمر لم يكن يستحق النظر فيه خلال الحرب الحالية. أوصت اللجنة بأن ينتقل حلبان وكوارسكي إلى الولايات المتحدة الأمريكية حيث توجد خطط لتصنيع الماء الثقيل على نطاق واسع. تم ذكر إمكانية أن يكون عنصر البلوتونيوم الجديد أكثر ملاءمة من U-235 ، لذلك يجب أن يستمر العمل في هذا المجال في بريطانيا.


أدى التقريرين إلى إعادة تنظيم كاملة للعمل على القنبلة وزُعم أن عمل اللجنة وضع البريطانيين في الصدارة وأنه "في وجودها لمدة خمسة عشر شهرًا ، أثبتت أنها واحدة من أكثر اللجان العلمية فعالية على الإطلاق". القرار الأساسي بمتابعة مشروع القنبلة بشكل عاجل تم اتخاذه من قبل رئيس الوزراء ، ونستون تشرشل ، بموافقة رؤساء الأركان.

كما أدت التقارير إلى مراجعات رفيعة المستوى في الولايات المتحدة الأمريكية ، وخاصة من قبل لجنة الأكاديمية الوطنية للعلوم ، مع التركيز في البداية على جانب الطاقة النووية. تم التركيز قليلاً على مفهوم القنبلة حتى 7 ديسمبر 1941 ، عندما هاجم اليابانيون بيرل هاربور ودخل الأمريكيون الحرب مباشرة. ثم تم استخدام الموارد الضخمة للولايات المتحدة الأمريكية بدون تحفظ على تطوير قنابل ذرية.


مشروع مانهاتن


ضاعف الأمريكيون جهودهم بسرعة وسرعان ما تجاوزوا البريطانيين. استمر البحث في كل بلد مع بعض تبادل المعلومات. زار العديد من العلماء البريطانيين الرئيسيين الولايات المتحدة الأمريكية في وقت مبكر من عام 1942 وتم منحهم حق الوصول الكامل إلى جميع المعلومات المتاحة


في يونيو 1942 ، تولى الجيش الأمريكي تطوير العمليات ، والتصميم الهندسي ، وشراء المواد واختيار الموقع للمصانع التجريبية لأربع طرق لصنع المواد القابلة للانشطار (لأنه لم يثبت أن أيًا من الأربعة كان متفوقًا بوضوح في تلك المرحلة) وكذلك إنتاج الماء الثقيل. مع هذا التغيير ، جف تدفق المعلومات إلى بريطانيا. كانت هذه انتكاسة كبيرة للبريطانيين والكنديين الذين كانوا يتعاونون في إنتاج المياه الثقيلة وفي العديد من جوانب برنامج البحث. بعد ذلك ، سعى تشرشل للحصول على معلومات حول تكلفة بناء محطة نشر ومحطة مياه ثقيلة ومفاعل ذري في بريطانيا.


بعد شهور عديدة من المفاوضات ، وقع السيد تشرشل والرئيس روزفلت في كيبيك اتفاقًا في أغسطس 1943 ، والذي بموجبه سلم البريطانيون جميع تقاريرهم إلى الأمريكيين ، وفي المقابل حصلوا على نسخ من تقارير تقدم الجنرال غروفز إلى الرئيس. . أظهر الأخير أن البرنامج الأمريكي بأكمله سيكلف أكثر من 1000 مليون دولار ، كل ذلك مقابل القنبلة ، حيث لم يتم عمل أي عمل على تطبيقات أخرى للطاقة النووية.


كان إنشاء مصانع إنتاج للفصل الكهرومغناطيسي والانتشار الغازي قيد التنفيذ.تم بناء مفاعل إنتاج واسع النطاق للبلوتونيوم في أرجون ، مع مفاعلات أخرى في أوك ريدج ثم هانفورد ، بالإضافة إلى مصنع إعادة المعالجة لاستخراج البلوتونيوم. تم بناء أربعة مصانع لإنتاج الماء الثقيل ، واحد في كندا وثلاثة في الولايات المتحدة الأمريكية. كان فريق بقيادة روبرت أوبنهايمر في لوس ألاموس في نيو مكسيكو كانت نتيجة هذا الجهد الضخم ، بمساعدة من الفرق البريطانية ، أنه تم إنتاج ما يكفي من من اليورانيوم والبلاتنيوم عالي التخصيب) بحلول منتصف عام 1945.


تم اختبار أول جهاز ذري بنجاح في ألماغوردو في نيو مكسيكو في 16 يوليو 1945. واستخدم البلوتونيوم المصنوع في كومة نووية. لم تعتبر الفرق أنه من الضروري اختبار جهاز U-235 أبسط. تم إسقاط القنبلة الذرية الأولى ، التي تحتوي على U-235 ، على هيروشيما في 6 أغسطس 1945. القنبلة الثانية ، التي تحتوي على Pu-239 ، أسقطت على ناغازاكي في 9 أغسطس. في نفس اليوم ، أعلن الاتحاد السوفياتي الحرب على اليابان. في 10 أغسطس 1945 ، استسلمت الحكومة اليابانية.


القنبلة السوفيتية


في البداية لم يكن ستالين متحمسًا لتحويل الموارد لتطوير قنبلة ذرية ، حتى أشارت تقارير استخبارية إلى أن مثل هذه الأبحاث كانت جارية في ألمانيا وبريطانيا والولايات المتحدة الأمريكية. أقنعته المشاورات مع الأكاديميين بإمكانية تطوير قنبلة بشكل سريع نسبيًا وبدأ برنامجًا بحثيًا متواضعًا في عام 1942.


فى النهاية هذا المقال مبسط عن أصل وجهود العلماء فى اكتشاف الطاقة النووية

5 عرض

© 2023 by The Artifact. Proudly created with Wix.com

This site was designed with the
.com
website builder. Create your website today.
Start Now