الكيمياء النووية هي كيمياء العناصر المشعة مثل الأكتينيدات والراديوم والرادون، جنبًا إلى جنب مع كيمياء المعدات المرتبطة بها (مثل المفاعلات النووية) المصممة لتنفيذ العمليات النووية.
وهذا يشمل تآكل السطح والسلوك في ظل ظروف التشغيل العادية وغير العادية (على سبيل المثال أثناء وقوع حادث).
الكيمياء النووية
الكيمياء النووية هي فرع الكيمياء الذي يتعامل مع النشاط الإشعاعي والعمليات النووية والتحولات في النوى الذرية مثل التحويل النووي والخصائص النووية.
ويشمل دراسة التأثيرات الكيميائية لامتصاص الإشعاع من قبل الحيوانات والنباتات الحية والمواد الأخرى.
تتحكم كيمياء الإشعاع في الكثير من بيولوجيا الإشعاع لأن الإشعاع يؤثر على الكائنات الحية على المستوى الجزيئي.
بمعنى آخر، يغير الإشعاع المواد الكيميائية الحيوية في الجسم، ثم يغير تغيير الجزيئات الحيوية الكيمياء.
يحدث هذا التغيير في الكيمياء داخل الكائن الحي والكائن الحي، ويمكن أن يؤدي إلى عواقب بيولوجية.
نتيجة لذلك، تساهم الكيمياء النووية بشكل كبير في فهم العلاجات الطبية (مثل العلاج الإشعاعي للسرطان) وسمحت بإدخال تحسينات في هذه العلاجات.
يتضمن دراسة إنتاج واستخدام المصادر المشعة لعدد من العمليات، وتشمل هذه العلاج الإشعاعي للأغراض الطبية.
استخدام المواد المشعة في الصناعة والعلوم والبيئة، واستخدام الإشعاع لتعديل المواد مثل البوليمرات.
كما يشمل دراسة واستخدام العمليات النووية في المجالات غير المشعة للنشاط البشري.
على سبيل المثال، يُستخدم التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي (NMR) بشكل شائع في الكيمياء العضوية التركيبية والكيمياء الفيزيائية، وللتحليل الهيكلي في الكيمياء الجزيئية.
أنظر أيضا: دراسة الكهربية في الكيمياء
تاريخ موجز للكيمياء النووية
بعد أن اكتشف فيلهلم رونتجن الأشعة السينية في عام 1882، بدأ العديد من العلماء في العمل على الإشعاع المؤين.
أحدهم كان هنري بيكريل، الذي حقق في العلاقة بين الفوسفور وتغميق لوحات التصوير.
عندما اكتشف بيكريل أنه بدون مصدر خارجي للطاقة، ينتج اليورانيوم أشعة يمكن أن تغمق (أو تشوش) لوحة عاكسة، تم اكتشاف النشاط الإشعاعي.
قامت ماري كوري (عملت في باريس) وزوجها بيير كوري بعزل عنصرين مشعين جديدين من خام اليورانيوم.
استخدموا تقنيات القياس الإشعاعي لتحديد تدفق النشاط الإشعاعي بعد كل موسم كيميائي.
قاموا بفصل خام اليورانيوم إلى كل عنصر من العناصر الكيميائية المختلفة التي كانت معروفة في ذلك الوقت وقياس النشاط الإشعاعي لكل جزء.
ثم حاولوا فصل هذه الكسور المشعة أكثر، لعزل جزء أصغر مع نشاط محدد أعلى (النشاط الإشعاعي مقسومًا على الكتلة)، وبالتالي عزلوا البولونيوم والراديوم.
حوالي عام 1901، لوحظ أن الجرعات العالية من الإشعاع يمكن أن تضر بالبشر.
حمل هنري بيكريل عينة من الراديوم في جيبه ونتيجة لذلك تلقى جرعة محلية شديدة، مما أدى إلى حرق مشع.
أدت هذه الصدمة إلى البحث في الخصائص البيولوجية للإشعاع، مما أدى في النهاية إلى تطوير العلاجات الطبية.
الاضمحلال الإشعاعي
أظهر إرنست رذرفورد أن التحلل الإشعاعي يمكن وصفه بمعادلة بسيطة (معادلة تفاضلية خطية من الدرجة الأولى، تسمى الآن الحركية من الدرجة الأولى).
هذا يعني أن مادة مشعة معينة لها “نصف عمر” (الوقت الذي يستغرقه مقدار النشاط الإشعاعي الموجود في المصدر إلى النصف).
قدم أيضًا مصطلحات أشعة ألفا وبيتا وجاما، وحوّل النيتروجين إلى أكسجين، والأهم من ذلك، الطلاب تحت الإشراف.
أظهر أولئك الذين أجروا تجربة جيجر-مارسدن (تجربة رقائق الذهب) أن “نموذج حلوى البرقوق” للذرة كان خاطئًا.
في نموذج حلوى البرقوق الذي اقترحه طومسون عام 1904، تتكون الذرة من إلكترونات محاطة بـ “سحابة” من الشحنة الموجبة، توازن الشحنات السالبة للإلكترونات.
بالنسبة إلى رذرفورد، أظهرت تجربة رقائق الذهب أن الشحنة الموجبة محصورة في نواة صغيرة جدًا.
يؤدي هذا أولاً إلى نموذج رذرفورد، وفي النهاية إلى نموذج بوهر للذرة، حيث تُحاط النواة الموجبة بالإلكترونات السالبة.
في عام 1934، كانت ابنة ماري كوري (إيرين جوليو كوري) وزوجة ابنها (فريديريك جوليو كوري) أول من صنع النشاط الإشعاعي الاصطناعي.
إنهم يقصفون البورون بجزيئات ألفا لإنتاج نيتروجين أقل من النيوترونات، وهو نظير ينبعث من البوزيترونات.
بالإضافة إلى ذلك، قاموا بقصف الألومنيوم والمغنيسيوم بالنيوترونات لإنتاج نظائر مشعة جديدة.
مجال دراسة (تعليم) الكيمياء النووية
على الرغم من الاستخدام المتزايد للطب النووي، والتوسع المحتمل لمحطات الطاقة النووية، والمخاوف بشأن الحماية من التهديدات النووية.
وإدارة النفايات النووية التي تم إنشاؤها في العقود الأخيرة، انخفض عدد الطلاب الذين يختارون التخصص في الكيمياء النووية والإشعاعية بشكل كبير.
على مدى العقود القليلة الماضية، اقترب العديد من الخبراء في هذه المجالات من سن التقاعد.
هناك حاجة لاتخاذ إجراءات لتجنب النقص في اليد العاملة في هذه القطاعات الحيوية.
على سبيل المثال، من خلال تكوين اهتمام الطلاب بهذه المهن، وتوسيع الإمكانات التعليمية للجامعات والكليات.
يتم تدريس الكيمياء النووية والإشعاعية (NRC) بشكل أساسي على مستوى البكالوريوس لتوفير معلومات أكثر تحديدًا حول التدريب أثناء العمل.
عادة ما يكون هذا في البداية على مستوى الماجستير والدكتوراه ؛ في أوروبا، يتم بذل العديد من الجهود لتنسيق وإعداد تعليم NRC للاحتياجات المستقبلية للصناعة والمجتمع.
يتم تنسيق هذا الجهد من خلال مشروع ممول من قبل العمل المنسق في إطار البرنامج الإطاري السابع للطاقة الذرية للجماعة الأوروبية.
دورة الوقود النووي
إنها الكيمياء المرتبطة بأي جزء من دورة الوقود النووي، بما في ذلك إعادة المعالجة النووية.
تشمل دورة الوقود جميع العمليات المتعلقة بإنتاج الوقود، من التعدين ومعالجة الخام وإثراءه إلى إنتاج الوقود (نهاية الدورة الأولى).
ويشمل أيضًا سلوك “المكدس” (استخدام الوقود في المفاعل) قبل نهاية الدورة.
تتضمن الواجهة الخلفية أيضًا إدارة الوقود النووي المستهلك إما في مستنقع الوقود المستهلك أو في التخزين الجاف قبل التخلص منه في مكب نفايات تحت الأرض أو إعادة معالجته.
التحليل الطيفي النووي
التحليل الطيفي النووي هو تقنية تستخدم النواة للحصول على معلومات حول التركيب المحلي للمادة.
التقنيات المهمة هي الرنين المغناطيسي النووي (انظر أدناه)، مطيافية موسباور، والارتباط الزاوي المضطرب.
تستخدم هذه الطرق تفاعل مجال متناهي الصغر مع دوران النواة، ويمكن أن يكون المجال مغناطيسيًا أو كهربائيًا.
يتم إنشاؤه بواسطة إلكترونات الذرة والجيران المحيطين بها، وبالتالي فإن هذه الطرق تبحث في التركيب المحلي للمادة.
المادة المكثفة بشكل خاص في فيزياء المادة المكثفة وكيمياء الحالة الصلبة.
تابع أيضا: دراسات مكتشف قانون الضغط على السوائل في الكيمياء
الرنين المغناطيسي النووي (NMR)
يستخدم التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي الدوران المتكامل للنواة في مادة ما عند امتصاص الطاقة لتحديد الجزيئات.
لقد أصبح الآن أداة طيفية قياسية في الكيمياء التركيبية، وأحد التطبيقات الرئيسية للرنين المغناطيسي النووي هو تحديد تكوين الرابطة داخل جزيء عضوي.
يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي النووي أيضًا الدوران الصافي للنواة (عادةً البروتونات) للتصوير.
يستخدم على نطاق واسع لأغراض التشخيص في الطب، ويمكنه تقديم صور مفصلة لداخل الشخص دون التسبب في أي إشعاع له.
في المجتمع الطبي، غالبًا ما يشار إلى التصوير بالرنين المغناطيسي ببساطة باسم “التصوير بالرنين المغناطيسي”.
لأن كلمة “نووي” لها دلالة سلبية بالنسبة لكثير من الناس.
إقرأ أيضاً: دراسة إنجازات مندليف في عالم الكيمياء
في نهاية مقال الكيمياء النووية تتناول الكيمياء النووية دراسة النواة، والتغيرات التي تحدث في النواة، وخصائص الجزيئات في النواة، وانبعاث أو امتصاص الإشعاع من النواة. !