علم الكيمياء النووية

الكيمياء النووية

الكيمياء النووية هي مجال فرعي من الكيمياء يتعامل مع النشاط الإشعاعي والعمليات النووية والتحولات في نوى الذرات مثل التحويل النووي والخصائص النووية.

يتضمن دراسة التأثيرات الكيميائية لامتصاص الإشعاع في الحيوانات والنباتات الحية وغيرها من المواد.

تتحكم كيمياء الإشعاع في الكثير من بيولوجيا الإشعاع ، حيث يؤثر الإشعاع على الكائنات الحية على المستوى الجزيئي.

لشرح ذلك بطريقة أخرى ، يغير الإشعاع المواد الكيميائية الحيوية داخل الكائن الحي ، ثم يؤدي تغيير الجزيئات الحيوية إلى تغيير الكيمياء.

ويحدث هذا التغيير في الكيمياء داخل الكائن الحي والكائن الحي ، ويمكن أن يؤدي إلى عواقب بيولوجية.

نتيجة لذلك ، تساعد الكيمياء النووية بشكل كبير في فهم العلاجات الطبية (مثل العلاج الإشعاعي للسرطان) وقد سمحت بتحسين هذه العلاجات.

يتضمن دراسة إنتاج واستخدام المصادر المشعة في مجموعة متنوعة من العمليات ، وتشمل هذه العلاجات الإشعاعية في التطبيقات الطبية.

مثل 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.

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 وسواد لوحات التصوير.

وعندما اكتشف بيكريل أنه بدون مصدر خارجي للطاقة ، ينتج اليورانيوم إشعاعًا يمكن أن يشوه (أو يشوه) لوحة التصوير ، تم اكتشاف النشاط الإشعاعي.

قامت ماري كوري (التي تعمل في باريس) وزوجها بيير كوري بعزل عنصرين مشعين جديدين من خام اليورانيوم.

استخدموا طرق القياس الإشعاعي لتحديد تدفق النشاط الإشعاعي بعد كل موسم كيميائي.

قاموا بفصل خام اليورانيوم إلى كل عنصر من العناصر الكيميائية المختلفة المعروفة في ذلك الوقت وقياس النشاط الإشعاعي لكل جزء.

ثم حاولوا فصل هذه الكسور المشعة بشكل أكبر ، لعزل جزء أصغر ، مع نشاط محدد أعلى (النشاط الإشعاعي مقسومًا على الكتلة) ، وبهذه الطريقة عزل البولونيوم والراديوم.

لوحظ حوالي عام 1901 بعد الميلاد أن الجرعات العالية من الإشعاع يمكن أن تسبب إصابة للإنسان.

كان هنري بيكريل يحمل عينة من الراديوم في جيبه ، لذلك عانى من جرعة محلية قوية تسببت في حرق إشعاعي.

أدت هذه الإصابة إلى البحث في الخصائص البيولوجية للإشعاع ، مما أدى في النهاية إلى تطوير علاج طبي.

الاضمحلال الإشعاعي

أظهر إرنست رذرفورد أن التحلل الإشعاعي يمكن وصفه بمعادلة بسيطة (معادلة مشتقة خطية من الدرجة الأولى ، تسمى الآن الحركية من الدرجة الأولى).

هذا يعني أن مادة مشعة معينة لها خاصية “نصف العمر” (الوقت الذي يستغرقه مقدار النشاط الإشعاعي الموجود في المصدر إلى النصف).

كما صاغ مصطلحات أشعة ألفا وبيتا وجاما ، وقام بتحويل النيتروجين إلى أكسجين ، والأهم من ذلك أنه قام بالإشراف على الطلاب.

أولئك الذين أجروا تجربة جيجر-مارسدن (تجربة أوراق الذهب) أثبتوا أن “نموذج البرقوق” للذرة كان خاطئًا.

في نموذج حلوى البرقوق ، الذي اقترحه طومسون عام 1904 ، تتكون الذرة من إلكترونات محاطة بـ “سحابة” من الشحنة الموجبة ، لموازنة الشحنات السالبة على الإلكترونات.

بالنسبة إلى رذرفورد ، أشارت تجربة أوراق الذهب إلى أن الشحنة الموجبة كانت محصورة في نواة صغيرة جدًا.

إنه يقود أولاً إلى نموذج رذرفورد ، وفي النهاية إلى نموذج بور للذرة ، حيث تُحاط النواة الموجبة بالإلكترونات السالبة.

في عام 1934 م ، كانت ابنة ماري كوري (إيرين جوليو كوري) وصهرها (فريدريك جوليو كوري) أول من صنع النشاط الإشعاعي الصناعي.

قاموا بقصف البورون بجزيئات ألفا لإنتاج النيتروجين 13 ، الذي يفتقر إلى النيوترونات ، وهو النظير الذي ينبعث منه البوزيترونات.

بالإضافة إلى ذلك ، قاموا بقصف الألومنيوم والمغنيسيوم بالنيوترونات لإنشاء نظائر مشعة جديدة.

المجال الأكاديمي (تعليم) للكيمياء النووية

على الرغم من الاستخدام المتزايد للطب النووي ، والتوسع المحتمل لمحطات الطاقة النووية ، والمخاوف بشأن الحماية من التهديدات النووية.

إدارة النفايات النووية المتولدة في العقود الأخيرة ، انخفض عدد الطلاب الذين يختارون التخصص في الكيمياء النووية والإشعاعية بشكل كبير.

العقود القليلة الماضية حتى الآن ، مع اقتراب العديد من الخبراء في هذه المجالات من سن التقاعد.

هناك حاجة لاتخاذ إجراءات لمنع فجوة القوى العاملة في هذه المجالات الحرجة.

على سبيل المثال ، من خلال تعزيز اهتمام الطلاب بهذه المهن وتوسيع القدرة التعليمية للجامعات والكليات.

من خلال توفير معلومات أكثر تحديدًا حول التدريب أثناء العمل ، يتم تدريس الكيمياء النووية والإشعاعية (NRC) في الغالب على المستوى الجامعي.

عادة ما يكون في البداية على مستوى الماجستير والدكتوراه ؛ في أوروبا ، يتم بذل الكثير من الجهود لتنسيق وإعداد تعليم NRC للاحتياجات المستقبلية للصناعة والمجتمع.

يتم تنسيق هذا الجهد في مشروع ممول من قبل العمل المنسق ، بدعم من البرنامج الإطاري السابع للجماعة الأوروبية للطاقة الذرية.

دورة الوقود النووي

هذه هي 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 الخامات وإثرائها إلى إنتاج الوقود (نهاية الدورة الأولى).

ويتضمن أيضًا سلوك “الكومة” (استخدام الوقود في المفاعل) قبل نهاية الدورة.

تتضمن النهاية الخلفية أيضًا إدارة الوقود النووي المستخدم في تجمع الوقود المستهلك أو التخزين الجاف ، قبل التخلص منه في مستودع النفايات تحت الأرض أو إعادة المعالجة.

التحليل الطيفي النووي

التحليل الطيفي النووي هو طريقة تستخدم النواة للحصول على معلومات حول التركيب المحلي للمادة.

الطرق المهمة هي الرنين المغناطيسي النووي (انظر أدناه) ، مطيافية موسباور ، والارتباط الزاوي المضطرب.

تستخدم هذه الطرق تفاعل المجال متناهية 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.

اتبع أيضًا:

الرنين المغناطيسي النووي (NMR)

يستخدم التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي صافي دوران النوى في مادة ما عند امتصاص الطاقة لتحديد الجزيئات.

لقد أصبح الآن أداة طيفية قياسية في الكيمياء التركيبية ، وأحد الاستخدامات الرئيسية للرنين المغناطيسي النووي هو تحديد الترابط داخل الجزيء العضوي.

يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي النووي أيضًا الدوران الصافي للنواة (عادةً البروتونات) للتصوير.

يستخدم هذا على نطاق واسع لأغراض التشخيص في الطب ويمكن أن يوفر صورًا مفصلة لداخل الشخص دون التسبب في أي إشعاع.

في السياق الطبي ، غالبًا ما يشار إلى التصوير بالرنين المغناطيسي ببساطة باسم التصوير “بالرنين المغناطيسي”.

لأن كلمة “نووي” لها دلالات سلبية لكثير من الناس.