تخليق نووي
| فيزياء نووية | ||||||||||||
| المواضيع الرئيسية | ||||||||||||
|
انحلال مشع انشطار نووي اندماج نووي | ||||||||||||
| انحلالات تقليدية | ||||||||||||
انحلال ألفا · انحلال بيتا · إشعاع گاما · Cluster decay
| ||||||||||||
|
|
التخليق النووي هوتكون العناصر من خلال عمليات التفاعل النوويز وأثناء الإنفجار العظيم الأول وقع التخليق النووي للعناصر الثقيلة وقع التخليق النووي للهليوم ,والتخليق النووي للعناصر الثقيلة يحدث عادة داخل النجوم السماوية.
وهناك العناصر الأثقل من الحديد ، وهذه تم اندماجها وتكوينها أثناء انفجار النجوم عند انتهاء عمرها بحدوث سوبرنوفا .
3 دقائق بعد الانفجار العظيم
نجد في الكون ذرة ديوتريوم واحدة من بين 100.000 ذرة هيدروجين. ورغم حتى تلك النسبة ضعيفة جدا إلا حتى الديوتريوم يشكل بترتيبه السابع بين جميع العناصر الموجودة في الكون واحد من العناصر (الكثيرة). ونواة ذرة الديوتريوم تربطها روابط ضعيفة نسبيا ، وهي تحتوي على 1 بروتون و1 نيوترون 2H) ، ويسمى الديوتريوم أيضا الهيدروجين الثقيل . وهويتحلل في أفران النجوم ذات حرارة تبلغ عشرات الملايين من الدرجات ويتحول إلى عناصر أخرى ثقيلة. نشأ هذا العنصر أثناء الانفجار العظيم في درجة حرارة عالية ، وسمح له الانتفاخ السريع الذي وقع خلال 100 ثانية الأولى بانخفاض درجة الحرارة بحيث احتفظ الديوتيوم بكميته .
وتبلغ كمية الهيليوم-4 في الكون بين 23 % و30 % ، بجانب نحو70 % هيدروجين. كما تنتج أفران النجوم عنصر الهيليوم بواسطة الاندماج النووي للهيدروجين ، إلا حتى الهيليوم المتكون بهذه الطريقة يظل حبيسا في النجم ، ولا يستطيع تفسير تلك الكمية الهائلة الموجودة في الكون من هذا العنصر .
ونجد الهيليوم بنسبة بين 23 % و30 % في أجواء المجرات بصرف النظر عن اختلاف أنواعها ، ولا يوجد ما يفسر وجود الهيليوم هوالآخر بنسبته هذه إلا حتىقد يكون قد خُلّق أثناء الانفجار العظيم .
ويعهد الفهماء تفاعلا نوويا وهوالتشتيت spallation ، وفيه تصتدم أشعة جاما ذات الطاقة العالية جدا بأنوية ذرات مثل الكربون والنيتروجين والأكسجين وتشتت مافيها من بروتونات ونيوترونات ولا يتبقى سوي أنوية خفيفة مثل الليثيوم 6Li, 7Li > , والبريليوم sup>9Be> ، والبورون sup>10B ، 11B > كما ينتج الهيليوم والهيدروجين خلال هذه التفاعلات ، ولكن كميات تلك العناصر الناتجة قليلة جدا ولهذا فتفاعل التشتت هوالآخر لايستطيع تفسير النسب الموجودة في الكون من الهيدروجين والهيليوم والديوتريوم وتواجدها منذ الدقائق الأولي للانفجار العظيم بهذه النسب . ومن المهم بخصوص الليثيوم والبريليوم والبورون ، انها لا تُنتج في النجوم وتبقى إذ سرعان حتى تُستهلك خلال الاندماج النووي وتدخل في تكوين العناصر الثقيلة فيها .
وبفضل معهدتنا للتفاعلات النووية التي تحدث في النجوم بالإضافة إلى التخليق النووي الذي وقع خلال الانفجار العظيم يمكننا فهم نسب جميع العناصر الموجودة في الكون .
توالي التخليق
يبدأ التخليق النووي عندما تنخفض درجة حرارة الانفجار العظيم إلى درجة 109كلفن ، ومن المفترض حتىقد يكون ذلك بعد الدقيقة الأولى من الانفجار .
قبل ذلك خلال الدقيقة الأولى كانت درجة الحرارة 1010 كلفن ، وكانت الفوتونات والنيوترنوات ونقيض النيوترنوات والباريونات والنيوترونات والبروتونات ، وكذلك الإلكترونات والبوزيترونات في حالة توازن تبعا للتفاعلات :
وكانت النسبة بين عدد البروتونات والنيوترونات مطابقة ل توزيع ماكسويل-بولتزمان ، أي أن:
وانفصلت النيوترينوات عند درجة حرارة 1010 كلفن . وكذلك اختفى نقيض النيوترينوات واختل التوازن . وباختلال التوازن أصبحت النسبة بين عدد البروتونات إلى عدد النيوترونات np/nn تساويستة (أي نيوترون واحد لكلستة بروتونات ) . ثم تغيرت تلك النسبة بالتحلل بيتا للنيوترون حيث يصدر إلكترونا (β-) ويصبح بروتونا
- ويتحلل النيوترون بعمر النصف مقداره 889,1 ثانية .
فتحسنت بذلك النسبة بين البروتونات والنيوترونات .
وعند درجة حرارة 109كلفن بسبب تمدد واتساع الكون النشأ السريع ، بدأت تتكون أنوية الديوتريوم طبقا للتفاعل : () وكان بعض منها يتحلل ثانيا بعمل الفوتونات ذات الطاقة العالية .
ولم تستقر تلك الأنوية إلا عند انخفاض درجة الحرارة إلى 109 كلفن . وأصبحت النسبة بين البروتونات والنيوترونات np/nn ≈سبعة وبدأ تخليق الأنوية الخفيفة طبقا للتفاعلات النووية الآتية:
(γ : فوتون جاما )
بعد مرور زمن يقدر ب 1000 ثانية وبسبب فترة الانتفاخ السريع للكون ، تقلصت درجة الحرارة وكذلك تقلصت الكثافة إلى درجة ضعيفة بحيث لا تسمح باستمرار الاندماج النووي لتوليد عناصر خفيفة أخرى وانتهى التخليق .
- يحدث فيما بعد ، بعد زيادة حجم الكون وانخفاض درجة حرارته بعد مرور نحوا من 380.000 سنة بعد الانفجار العظيم حتى تتجمع جزء من المادة المخلقّة سابقا مكونة مجرات ونجوم ويبدأ الكون يتخذ شكلا بنائيا . في هذا الوقت تبدأ النجوم الأولى في تصنيع العناصر الثقيلة من الهيدروجين والهيليوم بواسطة تفاعلات الاندماج النووي .
أنظر أيضا
- انفجار عظيم
- اندماج نووي
- عنصر ثقيل
- هليوم
المصادر
- مؤمن, عبد الأمير (2006). قاموس دار الفهم الفلكي. بيروت، لبنان: دار الفهم للملايين.
