أحدث الأخبار مع #النيوترونات
أخبارنا
١٣-٠٥-٢٠٢٥
- علوم
- أخبارنا
لأول مرة.. مصادم الهادرونات الكبير يحوّل الرصاص إلى ذهب
أخبارنا : حققت التكنولوجيا الحديثة حلم علماء الكيمياء في العصور الوسطى حيث سجلت تجربة "أليس" تحول الرصاص إلى ذهب في مصادم الهادرونات الكبير التابع للمنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (سيرن). نُشرت نتائج القياسات في مجلة Physical Review C العلمية الفيزيائية. وكان تحويل الرصاص البخس إلى الذهب الثمين حلما لعلماء الكيمياء في القرون الوسطى. ربما استلهم هذا السعي الطويل (المعروف باسم "كريزوبيا") من ملاحظة تشابه كثافة الرصاص الرمادي الباهت مع الذهب النفيس النادر. لكن العلم الحديث أكد لاحقا أن الرصاص والذهب عنصران مختلفان لا يمكن تحويل أحدهما إلى الآخر كيميائيا. ومع ظهور الفيزياء النووية في القرن العشرين اكتشف العلماء إمكانية تحويل العناصر الثقيلة عبر التحلل الإشعاعي الطبيعي والتفاعلات النووية في المختبر باستخدام النيوترونات أو البروتونات. في هذه التجربة الجديدة حقق اتحاد شركات "أليس" التحويل عبر آلية مبتكرة، وهي تقارب نوى الرصاص الشديد في مصادم الهادرون الكبير حيث تصطدم نوى الرصاص بسرعة تصل إلى 99.999993% من سرعة الضوء وتولد حقلا كهرومغناطيسيا قويا، وذلك بفضل وجود 82 بروتونا في كل نواة. ويسبب هذا المجال تفاعلات فوتون- نووية تؤدي إلى إطلاق 3 بروتونات من نواة الرصاص وتحويل بقية البروتونات الـ79 إلى الذهب. وينتج مصادم الهادرونات حاليا 89000 نواة ذهب في الثانية. وخلال فترة أعوام 2015-2018 تم إنتاج 86 مليار نواة ذهب لتصل الكتلة الإجمالية 29 بيكوغرام فقط، ما يعادل 2.9×10⁻¹¹ غرام. ويتلاشى الذهب المنتج في أجزاء من الثانية. وعلّقت الباحثة الروسية أوليانا دميترييفا من فريق "أليس" على نتائج التجربة قائلة: "تمكّنّا لأول مرة من رصد وتحليل عملية إنتاج الذهب في مصادم الهادرون الكبير بفضل كواشف ZDC الفريدة". وبذلك يكون حلم علماء الكيمياء قد تحقق تقنيا.. لكن أحلام الثروة ما زالت بعيدة المنال! المصدر:
جريدة الرؤية
١٠-٠٥-٢٠٢٥
- علوم
- جريدة الرؤية
"تربية الرستاق" تشارك في مؤتمر علمي لتكنولوجيا السيراميك والزجاج في كندا
الرستاق- خالد بن سالم السيابي شاركت الدكتورة بشرى بنت مبارك الحسنية الأكاديمية بقسم العلوم بجامعة التقنية والعلوم التطبيقية كلية التربية بالرستاق ببحثين علميين في المؤتمر السادس عشر لدول المحيط الهادئ حول تكنولوجيا السيراميك والزجاج واجتماع قسم الزجاج والمواد البصرية للجمعية الأمريكية للسيراميك والمقامين حاليا بدولة كندا بفانكوفر خلال الفترة من الرابع وحتى التاسع من الشهر الجاري. ويناقش البحث الأول دراسة تأثير استبدال أكسيد السترونشيوم وأكسيد الكالسيوم على بنية الزجاج الحيوي النشط والمتوافق حيوياً على خصائص هذا الزجاج وذلك من خلال استعراض نتائج تجارب حيود الأشعة السينية ونتائج الدراسة النظرية لتركيب هذا الزجاج، ومقارنة ذلك بنتائج تجارب حيود النيوترونات من خلال دراسة ثلاث عينات احتوت على نسب مختلفة من أكسيد السترونشيوم وأكسيد الكالسيوم, وخلصت الدراسة إلى أن السترونشيوم يؤدي دورًا مشابهًا للكالسيوم في البنية, بينما ازداد ترابط الشبكة الزجاجية في العينات التي تحتوي على نسب أكبر لأكسيد الكالسيوم، مقارنة بأكسيد السترونشيوم، واستعرضت النتائج أيضا توزيعات أطوال الروابط وأعداد التناسق لجميع العناصر في التراكيز المختلفة وتأثير ذلك على الخصائص الفيزيائية للزجاج ، كما يعد هذا النوع من الزجاج تطبيقاته الطبية الحيوية الواسعة، خاصة في مجال تجديد العظام، حيث تعزز نمو العظام وترتبط بشكل جيد مع الأنسجة الحية بفضل إطلاق أيونات مثل Ca²⁺ وSr²⁺ . وناقش بحثها الثاني نتائج دراسة خصائص الزجاج المكون من مواد زجاجية مختلطة، وهو زجاج الجرمانوفوسفات المحتوي على الصوديوم حيث هدف البحث الي دراسة خلط عدد اثنين من الأكاسيد الزجاجية مع وجود معدل واحد وهو الصوديوم ومقارنة التغير في البنية التركيبية والخصائص مع الزجاج الذي يحوي على أكسيد زجاج أحادي ,وتوافقت نتائج الدراسة مع نتائج تجارب حيود الاشعة السينية باستخدام السينكروترون ومع نتائج تجارب حيود النيوترونات . ويعد مؤتمر دول المحيط الهادئ لتقنية السيراميك والزجاج من أهم المؤتمرات العلمية الدولية التي تُعقد كل عامين، ويجمع باحثين ومهندسين من دول منطقة المحيط الهادئ وغيرها لمناقشة آخر التطورات في علوم وتقنيات المواد السيراميكية والزجاجية ، والذي يتزامن هذا العام مع اجتماع قسم الزجاج والمواد البصرية التابع للجمعية الأمريكية للسيراميك والذي يعد ملتقى علمي سنوي متخصص يركّز على البحوث الأساسية والتطبيقات المتقدمة للزجاج والمواد البصرية وتطبيقاتهم في الطاقة والطب.
Independent عربية
٠٩-٠٥-٢٠٢٥
- علوم
- Independent عربية
القنابل النووية... من الانشطار والاندماج إلى الانفجار
خرجت الولايات المتحدة مع نهاية الحرب العالمية الثانية متوجة بلقب القوة العظمى الوحيدة في العالم التي تمتلك قدرات نووية، لكن ذلك لم يدم طويلاً، فقد نجح الاتحاد السوفياتي بمساعدة شبكة من الجواسيس الذين سرقوا أسراراً نووية أميركية في اختبار قنبلته الذرية عام 1949، وعززت الدولتان في ما بعد خلال الحرب الباردة ترساناتهما من الرؤوس الحربية النووية. بحلول أواخر ستينيات القرن الماضي امتلكت دول أخرى أسلحة نووية، وبنت الحكومات ملاجئ للحماية من الإشعاعات النووية، واعتمدت الدول إياها استراتيجية "التدمير المتبادل المؤكد"، بحيث إنه حتى لو شنت دولة ما هجوماً نووياً مباغتاً ناجحاً أودى بحياة الملايين وأحدث دماراً واسع النطاق، ستظل لدى الدولة الأخرى أسلحة كافية لشن هجوم مضاد وإلحاق عقاب وحشي بالدولة المهاجمة بالقدر نفسه. وفي حين أن المشهد السياسي للحرب النووية تغير بصورة كبيرة على مر الأعوام، فإن علم السلاح نفسه لا سيما العمليات الذرية التي تطلق العنان لكل هذه القوة المدمرة ما زال يجذب الاهتمام حول العالم، ويفرض المراقبة على البرامج النووية السلمية لعدم تحويلها لأغراض عسكرية، فكيف انطلقت باكورة البحوث النووية العسكرية عبر التاريخ، والأهم من ذلك كيف تعمل القنابل النووية؟ البنية الذرية والنشاط الإشعاعي تتكون الذرة من ثلاثة جسيمات دون ذرية وهي بروتونات ونيوترونات وإلكترونات، ويتكون مركز الذرة، المسمى النواة، من بروتونات ونيوترونات، وعادة ما تكون البروتونات موجبة الشحنة والنيوترونات معدومة الشحنة والإلكترونات سالبة الشحنة. أما نسبة البروتونات إلى الإلكترونات فهي دائماً واحد إلى واحد، لذا فإن الذرة متعادلة الشحنة، إذ تحوي ذرة الكربون ستة بروتونات وستة إلكترونات. وتتغير خصائص الذرة بصورة كبيرة بناءً على عدد كل جسيم فيها، فإذا غيرت عدد البروتونات ستحصل على عنصر مختلف تماماً، وإذا غيرت عدد النيوترونات في الذرة ستحصل على نظير. وعلى سبيل المثال، للكربون ثلاثة نظائر ألا وهي الكربون (-12) ويتكون من (ستة بروتونات + ستة نيوترونات)، وهو شكل مستقر وشائع الوجود، والكربون (-13) ويحوي (ستة بروتونات + سبعة نيوترونات)، وهو مستقر ولكنه نادر، على جانب الكربون (-14) ويتكون من (ستة بروتونات + ثمانية نيوترونات)، وهو نادر وغير مستقر أو مشع. الانشطار والاندماج النوويان تعتمد القنابل النووية على الحركة القوية والضعيفة التي تربط نواة الذرة معاً، وبخاصة الذرات ذات النوى غير المستقرة، وهناك طريقتان أساسيتان لإطلاق الطاقة النووية من الذرة وهما الانشطار والاندماج. في الانشطار النووي، يقسم العلماء نواة الذرة إلى جزءين أصغر حجماً باستخدام نيوترون، أما الاندماج النووي فهو العملية التي تنتج بها الشمس الطاقة وتنطوي على جمع ذرتين أصغر حجماً لتكوين ذرة أكبر، وفي كلتا العمليتين تطلق كميات كبيرة من الطاقة الحرارية والإشعاعية. يمكننا أن نعزو اكتشاف الانشطار النووي إلى عمل الفيزيائي الإيطالي إنريكو فيرمي، فخلال ثلاثينيات القرن الـ20 أثبت فيرمي أن العناصر المعرضة للقصف النيوتروني يمكن تحويلها إلى عناصر جديدة، ونتج من هذا العمل اكتشاف نيوترونات بطيئة، إضافة إلى عناصر جديدة غير موجودة في الجدول الدوري. وبعد اكتشاف فيرمي بفترة وجيزة، قذف العالمان الألمانيان أوتو هان وفريتز ستراسمان اليورانيوم بالنيوترونات، مما أنتج نظير باريوم مشعاً، واستنتج بعدها هان وستراسمان أن النيوترونات منخفضة السرعة تسببت في انشطار نواة اليورانيوم، أو تفككها، إلى قطعتين أصغر. أثار عملهما نشاطاً مكثفاً في مختبرات البحوث حول العالم. وفي جامعة "برينستون" الأميركية، عمل العالم الدنماركي نيلز بور مع العالم الأميركي جون ويلر على تطوير نموذج افتراضي لعملية الانشطار، وتكهن بور وويلر بأن نظير اليورانيوم "اليورانيوم 235"، وليس "اليورانيوم 238"، هو الذي يتعرض للانشطار. وفي الوقت نفسه تقريباً، اكتشف علماء آخرون أن عملية الانشطار تنتج عدداً أكبر من النيوترونات، ودفع هذا الأمر بور وويلر إلى طرح سؤال جوهري عما إذا كان بإمكان النيوترونات الحرة الناتجة من الانشطار أن تطلق تفاعلاً متسلسلاً يطلق كمية هائلة من الطاقة، مستنتجين أنه قد يكون من الممكن بناء سلاح ذي قوة تفوق الخيال. الوقود النووي خلال مارس (آذار) 1940، أكد فريق من العلماء العاملين في جامعة كولومبيا الأميركية فرضية بور وويلر القائلة بأن نظير "اليورانيوم 235" هو المسؤول عن الانشطار النووي، وحاول فريق كولومبيا بدء تفاعل تسلسلي باستخدام "اليورانيوم 235" في خريف عام 1941 لكنه فشل، ثم انتقل العمل إلى جامعة شيكاغو الأميركية، إذ حقق إنريكو فيرمي أخيراً أول تفاعل تسلسلي نووي متحكم به في العالم، وبذلك بدأ مسار تطوير قنبلة نووية، باستخدام "اليورانيوم 235" كوقود. اقرأ المزيد يحتوي هذا القسم على المقلات ذات صلة, الموضوعة في (Related Nodes field) يعد "اليورانيوم 235" من المواد القليلة التي يمكن أن تخضع للانشطار المستحث، وهذا يعني أنه بدلاً من انتظار اليورانيوم لأكثر من 700 مليون عام ليتحلل بصورة طبيعية، يمكن أن يتحلل العنصر أسرع بكثير إذا اصطدم نيوترون بنواته، ستمتص النواة النيوترون دون تردد، وتصبح غير مستقرة وتنقسم على الفور. بمجرد أن تلتقط النواة النيوترون، تنقسم إلى ذرتين أخف وزناً وتطلق نيوترونين أو ثلاثة نيوترونات جديدة، ثم تصدر الذرتان الأخف وزناً أشعة "غاما" أثناء استقرارهما في حالتيهما الجديدة. لكي تعمل خصائص "اليورانيوم 235" هذه، يجب تخصيب عينة من اليورانيوم، أي يجب زيادة كمية "اليورانيوم 235" في العينة إلى ما يتجاوز المستويات الطبيعية، ويتكون اليورانيوم المستخدم في صنع الأسلحة من 90 في المئة في الأقل من "اليورانيوم 235". واكتشف علماء جامعة كاليفورنيا الأميركية عام 1941 عنصراً آخر وهو "العنصر 94" الذي يمكن استخدامه كوقود نووي، وأطلقوا عليه اسم "البلوتونيوم"، وخلال العام التالي أُنتج ما يكفي منه لإجراء التجارب، وفي النهاية حددوا خصائص انشطار البلوتونيوم، وعدوه وقوداً ثانياً محتملاً للأسلحة النووية. تصميم القنبلة الانشطارية في القنبلة الانشطارية يجب حفظ الوقود في كتل لا تدعم الانشطار وذلك لمنع الانفجار المبكر، ويؤدي حفظ الوقود في كتل حرجة منفصلة إلى تحديات تصميمية يجب حلها لكي تعمل القنبلة الانشطارية بصورة صحيحة، ويكمن التحدي الأول بجمع كتلتين لتكوين كتلة فوق حرجة، والتي ستوفر عدداً كافياً من النيوترونات لدعم تفاعل انشطاري وقت التفجير. بعد ذلك، يجب إدخال نيوترونات حرة في الكتلة فوق الحرجة لبدء الانشطار، وتُدخل النيوترونات من طريق إنشاء مولد نيوترونات، وهذا المولد عبارة عن حبيبات صغيرة من البولونيوم والبريليوم، مفصولة برقاقة معدنية داخل نواة الوقود الانشطاري. وداخل هذا المولد تنكسر الرقاقة المعدنية عندما تتجمع الكتلتان ويصدر البولونيوم تلقائياً جسيمات "ألفا"، تصطدم جسيمات "ألفا" هذه بعد ذلك بـ"البريليوم 9" لإنتاج "البريليوم 8" والنيوترونات الحرة، وتبدأ النيوترونات بالانشطار. قنابل الاندماج ولا بد لنا من أن نشير هنا إلى أن قنابل الانشطار كتلك التي استخدمتها الولايات المتحدة في هيروشيما وناغازاكي حققت قوة تدميرية هائلة، لكن لم يمض وقت طويل حتى تساءل العلماء عما إذا كانت العملية النووية المعاكسة، أي الاندماج، قد تكون أفضل. يحدث الاندماج عندما تتحد نواتا ذرتين لتكوين ذرة واحدة أثقل عند درجات حرارة عالية جداً، ويمكن لنواة نظائر الهيدروجين، الديوتيريوم والتريتيوم، أن تندمج بسهولة، مطلقة كميات هائلة من الطاقة، وتعرف الأسلحة التي تستفيد من هذه العملية باسم قنابل الاندماج أو القنابل النووية الحرارية أو القنابل الهيدروجينية. لفهم تصميم القنبلة هذه، تخيل أن غلاف القنبلة يحوي قنبلة انشطارية انفجارية وغلافاً أسطوانياً من "اليورانيوم 238"، ويوجد داخل المدك ديوتيرايد الليثيوم (الوقود) وقضيب مجوف من "البلوتونيوم 239" في وسط الأسطوانة، ويفصل الأسطوانة عن قنبلة الانفجار الداخلي درع من "اليورانيوم 238" ورغوة بلاستيكية تملأ الفراغات المتبقية في غلاف القنبلة. يحدث التفاعل بين كل هذه العناصر، مولداً انفجاراً هائلاً بقوة 10 آلاف كيلوطن، أي أقوى بـ700 مرة من انفجار هيروشيما. أنظمة التوصيل يختلف بناء قنبلة نووية عن إيصال السلاح إلى هدفه المقصود وتفجيره بنجاح. وبحسب العلماء، كانت القنابل الثلاث التي ألقيت عام 1945، أي القنبلة التجريبية في "مشروع مانهاتن" والقنبلتان اللتان ألقيتا على اليابان، أقرب إلى معدات مختبرية معقدة منها إلى أسلحة موثوقة. اعتمدت الولايات المتحدة على القاذفات لقصف اليابان بقنبلتين نوويتين خلال الحرب العالمية الثانية، ولا تزال الطريقة المستخدمة في الحرب العالمية الثانية ضد اليابان، أي قنابل الجاذبية المحمولة جواً اليوم، طريقة فعالة لإطلاق الأسلحة النووية، ولكن على مر الأعوام ومع تناقص حجم الرؤوس الحربية أصبحت خيارات أخرى متاحة، وبات عدد من الدول يمتلك صواريخ باليستية وصواريخ "كروز" مسلحة بأجهزة نووية. تطلق معظم الصواريخ الباليستية من منصات أرضية أو غواصات وتخرج من الغلاف الجوي للأرض، وتقطع آلاف الأميال إلى أهدافها، ثم تعود إلى الغلاف الجوي لضرب هدفها، فيما تتميز صواريخ "كروز" بمدى أقصر ورؤوس حربية أصغر من الصواريخ الباليستية، إلا أن اكتشافها واعتراضها أصعب ويمكن إطلاقها من الجو، ومن منصات إطلاق متحركة على الأرض، ومن السفن الحربية. وازدادت شعبية الأسلحة النووية التكتيكية خلال الحرب الباردة التي صممت لاستهداف مناطق أصغر، وتشمل صواريخ قصيرة المدى، وقذائف مدفعية، وقنابل عمق. ومع تطوير هذه الصواريخ وامتلاكها بكميات كبيرة، باتت الدول النووية اليوم قادرة افتراضياً على ضرب أهداف بعيدة من حدودها، والتسبب في كارثة مهولة داخل أراضي الأعداء.
الجزيرة
٠٤-٠٥-٢٠٢٥
- علوم
- الجزيرة
انفجار نجمي يتسبب في تخليق الذهب بكتلة كواكب كاملة
اكتشف علماء الفلك مصدرًا لم يكن معروفًا من قبل لبعض أندر عناصر الكون، فقد تبين لهم أن توهجات عملاقة من النجوم المغناطيسية قد تكون مسؤولة عن تشكيل ما يصل إلى 10% من الذهب والبلاتين والعناصر الثقيلة الأخرى في مجرتنا. النجوم المغناطيسية نوع من النجوم النيوترونية التي تعد بقايا كثيفة جدا للنجوم الضخمة التي انفجرت في صورة مستعرات عظمى، لكن ما يميز النجوم المغناطيسية هو مجالها المغناطيسي القوي للغاية والذي يفوق مجال الأرض بتريليونات المرات. توهجات غير مسبوقة أحيانًا تُطلق النجوم المغناطيسية دفعات هائلة من الطاقة تُعرف باسم التوهجات العملاقة، هذه التوهجات قصيرة لا تدوم سوى بضع ثوانٍ، لكنها تُصدر طاقة تفوق ما تُصدره الشمس في مليون سنة. وفي ديسمبر/كانون الأول ٢٠٠٤، رصد العلماء وميضًا ساطعًا من نجم مغناطيسي، وبينما تم تحديد التوهج الأولي بسرعة، إلا أن إشارة ثانية أصغر، بلغت ذروتها بعد ١٠ دقائق، حيرت العلماء طوال عقدين من الزمن. وحاليا أكد باحثون في مركز الفيزياء الفلكية الحاسوبية التابع لمعهد فلاتيرون أن هذه الإشارة المتأخرة دلت على تشكل عناصر ثقيلة مثل الذهب والبلاتين بعد هذا التوهج. إعلان وبحسب الدراسة ، التي نشرها الفريق في دورية "أستروفيزكال جورنال ليترز"، فقد قدّر أن توهج عام ٢٠٠٤ وحده أنتج معادن ثقيلة تُعادل ثلث كتلة الأرض. عملية التقاط النيوترون السريعة ويرجع العلماء ما حدث إلى ما يسمى "عملية التقاط النيوترون السريعة"، وهي مجموعة من التفاعلات النووية المسؤولة عن تكوين ما يقرب من نصف العناصر الأثقل من الحديد، ومنها الذهب والبلاتين. خلال هذه العملية، التي تحدث في بيئات فلكية شديدة العنف وغنية بالنيوترونات، يتم التقاط عدد كبير جدا من النيوترونات بواسطة نواة ذرات مثل الحديد في وقت قصير جدا. لا تأخذ النواة وقتًا لتتحلل قبل أن تلتقط نيوترونًا جديدًا ولذلك اسمها "سريعة". وبعد التقاط عدد كبير من النيوترونات، تبدأ هذه النوى غير المستقرة بالتفتت إلى عناصر جديدة أكثر استقرارًا عن طريق ما سمي تحلل بيتا. في النهاية، نحصل على عناصر ثقيلة مثل: الذهب، والبلاتين، واليورانيوم.. وغيرها. وفي السابق، اعتقد العلماء أن عملية التقاط النيوترون السريعة تحدث بشكل رئيسي أثناء المستعرات العظمى أو اندماج النجوم النيوترونية، وفي عام ٢٠١٧ قدّم اصطدام نجمين نيوترونيين دليلًا مباشرًا على تكوين عناصر عبر عملية التقاط النيوترون السريعة. لكن الدراسة الجديدة أكدت أن التوهجات العملاقة من النجوم المغناطيسية تُهيئ أيضًا الظروف اللازمة لعملية التقاط النيوترون السريعة، مما يُتيح موقعًا جديدًا لتكوين العناصر الثقيلة في هذا الكون الواسع، ويفتح الباب لتقديرات أدق لنسب هذه العناصر.
سرايا الإخبارية
٠١-٠٥-٢٠٢٥
- علوم
- سرايا الإخبارية
اكتشاف مصدر جديد للذهب!
سرايا - يقول علماء الفيزياء الفلكية إن الماجنيتارات (نجوم نيوترونية تتمتع بمجال مغناطيسي هائل)، هي مصدر للذهب في الكون. وباستخدام بيانات أرشيفية على مدى 20 عاما من تلسكوبات ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية، اكتشف العلماء دليلا على مصدر غير متوقع للعناصر الثقيلة، وهو انفجارات النجوم المغناطيسية (الماجنيتارات). حسب تقديرات الفريق البحثي، يمكن لهذه الانفجارات الهائلة أن تكون قد أنتجت حوالي 1-10% من العناصر الثقيلة في مجرتنا. ونظرا لوجود الماجنيتارات في الكون المبكر، فقد يكون الذهب الأول قد تشكل بهذه الطريقة. يذكر أن الماجنيتار هو نجم نيوتروني يتمتع بمجال مغناطيسي هائل. ورغم خصائصه الفريدة (كثافته عالية لدرجة أن مِلعقة صغيرة من مادته تزن مليار طن على الأرض)، إلا أنه عرضة لـ"هزات نجمية" تُسبب تشقق قشرته وانبعاث إشعاعات قوية تُعرف بالانفجارات العملاقة. ورُصدت 3 من هذه الانفجارات فقط في درب التبانة وسحابة ماجلان الكبرى، و7 أخرى خارجها. وافترض باتيل وفريقه أن إشعاعات هذه الانفجارات قد ترتبط بتكوين العناصر الثقيلة عبر "عملية التخليق النووي السريع"، حيث تحوّل النيوترونات النوى الذرية الخفيفة إلى نوى أثقل.
