حصريّا: تعرّف على عالم الذّرّة...

العلم نور...
يقول الرّسول الكريم محمّد عليه الصّلاة و السّلام: "أطلبوا العلم من المهد إلى اللّحد"

هذا الموضوع سيكون بإذن الله مجالا لنتعرّف معًا على عالم غريب... نعم هو عالم يحتوي غموضا غريبا...عالمٌ لا مُتناهي الصّغر...

هذا العالم هو عالم الذّرّة...


سيكون الموضوع ذا فقراةٍ قصيرة لكي نُفيدكم دون أن نُطيل عليكم...
فقط على أرض الإبداع جوهرة سوفت...

ظهر مصطلح الذرة (atome) على يد الفيلسوف (ديموقريطيس) في القرن الخامس قبل الميلاد دون دليل تجريبي سوى فكرة بديهية فلسفية فكل شيء في الكون يتكون من أشياء صغيرة وهذه تتكون من أصغر وهكذا بالتتابع افترض أنّ المادّة تتكوّن من وحدات أولية غير قابلة للإنقسام أعطاها اسم ذرة وظل هذا المصطلح يسبح في الذاكرة البشرية لقرون حتى جاء العالم الإنجليزي (دالتون) في القرن الثامن عشر الميلادي ليضيف إلى ذلك أن هذه الذرات تتجاذب متحدة لتصنع المركبات وقدم هذا العالم قانونه الشهير في تفاعل الغازات.

استفاد الفيزيائي ( أرنست رذرفورد) من الإشعاعات في تجربته الشهيرة لمعرفة تركيب الذرة فقام بتوجيه حزمة من أشعة ألفا alpha على صفيحة معدنية رقيقة فوجد أن القسم الأعظم منها أخترق الصفيحة بينما عانى جزء منها إنحرافاً في المسار فأستنتج أن حجم الذرة فراغ أما مادة الذرة النواه فتحوي جسم يجعل الأشعة تنحرف ولم يكن هذا الجسم سوى البروتون (proton) ذو الشحنة الموجبة وكتلة 1.672 * 10 -24 كغ، ليأتي بعد ذلك العالم (شادويك) ويضيف إلى قلب النواة جسيماً آخراً أطلق عليه اسم نيترون (neuron) ذو شحنة متعادلة (إلى شحنة له)... له كتلة مقاربة للبروتون.. فكان نموذج رذر فورد للذّرة عبارة عن نواة فتمركز فيها بروتونات ونيترونات تمثل 99.9% من كتلة الذرة و يدور حولهاالإلكترونات و هذا النّموذج مشابه لحدّ كبير المجموعة الشمسية إذا أن النواة تشابه الشمس وباقي الكواكب تمل لها الالكترونات، وهذه الذرة من الصغر بمكانه إذ تقاس بوجود الانجستروم (angstrom) وهي تساوي واحد على عشرة مليون من المليمتر فقطر ذرة الهيدروجين مثلا ( أصغر ذرة في الوجود).

يكون عدد البروتينات الموجبه مساوٍ لعدد الالكترونات السّالبة ليعطي التوازن الكهربائي للذرة وهذا العدد يمثل شخصية الذرة بمعنى أن الاختلاف بين الذرات في العناصر المتعددة يعود لعدد هذه البروتينات فبزيادة العدد أو نقصانه يكون عنصراً آخر فمثلاً بروتونات الهيدروجين واحد والهيليوم إثان وهكذا اليورانيوم أثنان وتسعون وهذا ما عرف بالعدد الذري للعنصر (Atomic number).

Modèle de l'atome hydrogène

حاصل جمع عدد النيترونات مع عدد البروتونات يعطي العدد الكتلي (Mass Number) للعنصر فمثلاً العدد الكتلي لذرة الهيدروجين الطبيعي تساوي إثنان (أي واحد بروتون وواحد النيترون) فظهر لهذا السبب نظائر العنصر الواحد أي أوجه مختلفة لنفس العنصر كلها لها نفس العدد الذري لكنها تختلف في العدد الكتلي تبعاً لزيادة أو نقصان عدد النيترونات في النواه تسمى النظائر (isotopes) فعنصر الهيدروجين له نظيران هما: الدتريوم عدده الكتلي أثنان والتيرتيوم عدده الكتلي ثلاثة (واحد بروتون واثنان نيترون)
هكذا تعددت النظائر في الحياة.

Image d'un Nuage électronique

تطوّرت النّظريّات بعد ذلك ولكنها تنصب في شرح سلوك هذه الجسيمات الثلاث داخل الذّرة وعلاقتها مع بعضها البعض وهذه النظريات انطلقت من نموذجرذر فورد السّابق محاولةً لتحسينه وتطوير الأفكار عليه.. فكان اقتراح العالم (نيلزبوهر) أن الالكترونات تدور حول النواة في مدارات ثم رصدها بـ7 مدارات (كدوران الكواكب حول الشمس) وتم رصد كم استيعاب كل مدار من الالكترونات وأن المتحكم في بقاء هذه الالكترونات على هذه المدارات هيالطّاقة التي تمتلكهابحيث تظل على تلك المدارات أو تغادرها لكن تحديد مكان الالكترون على المدار كانت المعضلة نتيجة للسرعة الفائقة لدوران الالكترون (7ملايين مليار لفة في الثانية) مكوناًالسّحابة الالكترونية (nuage électronique) حول النواة.

وهذا الالكترون صار لهطبيعتين هما الموجبين والجسيمة (نظراً لكتلته تقدر بحوالي 1/1840 كتلة البروتون) فقادت هذه الازدواجية لفرضية دالة الاحتمالية على مكان الالكترون ومبدأ عدم اليقين فيما بعد...

Un exemple d'atome: l'azote

منذ ظهور الّنظرية النسبية الخاصة لإينشتاين عام 1905م والتي دلت على أن الطّاقة والكتلة وجهان لعملة واحدة أي يمكن تحويل الكتلة إلى طاقة حسب معادلة اينشتاين الشهيرة الطاقة= الكتلة* مربع سرعة

الضوء كان ذلك ابذانا بفتح كبير داخل الذرة وأنه يمكن تحرير طاقة عظيمة مخزونة فيها ولكن أين هذه الطاقة؟

من معرفتنا بنموذج الذرة الأخير فالنواة تحوي البروتونات الموجبة والنيترونات المتعادلة تدور حولها الكترونات سالبة فلو سألنا أنفسنا لماذا لا تتنافر البروتونات الموجبة الموضوعة متجاورة في نواة الذرة؟

لأن هناك قوة أطلق عليها اسم القوة النووية الشديدة تقوم بربط البروتونات مع بعضها البعض متغلبة على قوة الّتنافر بينها وتظهر هذه القوة كطاقة فيما يسمى بالاندماج النّووي.

La Fusion

عند إلتحام نوى ذرات صغيرة لتكوين نوى أكبر يصاحب ذلك تحرر طاقة كبيرة نسميها طاقة الاندماج النووي وتحتاج هذه العملية لطاقة كبيرة لكنها تنتج طاقة أكبر وهذا موجود في قلب (الشمس) حيث الحرارة 15مليون درجة مطلقة. فتندمج 600 مليون طن من الهيدروجين في كل ثانية منتجاً نبضة واحدة بطاقة مليون قنبلة نووية.. وكان هذا الأساس لصناعة القنابل النووية (الهيدروجينية) التي تم تفجيرها لأول مرة عام 1952م وعلى النقيض من ذلك فالطاقة المتحررة من فلق الذرة (حسب معادلة اينشتاين) هذه الطاقة المتحررة هي القوة النووية الضعيفة(Nuclear fission) (أقل ضعف من القوى النووية الشديدة من مائة ألف مرة) تقودنا لمفهوم الانشطار النووي.

La Fission


هي تفكك نواة كبيرة (غير مستقرة) مكونةً نوى أصغر ومحررة طاقة كبيرة كتفكك لنواة اليورانيوم عند قذفها بنيترون إلى أنوية أصغر ويكون هذا الانشطار مُتحكَّم فيه كما في المفاعلات الذرية أو غير متحكم فيه كما في القنابل الذرية وقد استخدمت هذه التقنية في أوائل الأربعينات لصناعة قنبلة ذرية والجدير بالذكر أن القنابل الهيدروجينية المستخدمة للطّاقة النووية الشديدة يكون فتيلها قنبلة ذرية.

هنا الأمر ربّما يبدو للمبتدئين أمرا صعبا لكن أنصحكم بعدم الولوج كثيرا في معرفة الكيفيّات كبداية و إنّما التّسليم بهذه الفرضيّات كما جائت... فهي إلى حدّ الآن تبقى فرضيّات و نماذج لتحديد خصائص الذّرّة خاصّة الطّاقيّة منها
**********


Un exemple de quantification d'énergie

كانت جهود العلماء حثيثة لسير أعماق الذرة أكثر فأكثر فاحتاجوا لتقنية تسمح لهم الولوج إلى عالم الذّرّة المتناهي الصفر فكانت تقنية المسرّعات: تقوم هذه التقنية على تعجيل (تسريع) جسيمات ذرية صغيرة (كالبروتونات مثلاً) وإكسابها طاقة عالية جداً ثم يسمح لها بالاصطدام بأهداف نوويّة وبعد الاصطدام يتم فحص النّتائج لمعرفة أكبر لهذه الجسيمات... وتقاس هذه الطّاقة بوحدة تسمى الالكترون فولت (electron volt=e.v) فإذا عبر الجسيم ناقل كهربائي لآخر يزيد عليه فولت واحد فقد أكتسب طاقة مقدارها الكترون فولت واحد.