التفتت

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
يمكن أن يحدث التفتت نتيجة للصدمة سواء مع اختراق الجسم المصطدم أو بدونه.

التفتت عمليةٌ تتناثر فيها شظايا من المادة ( الفتات ) من جسمٍ ما نتيجةً للصدم أو الإجهاد. في سياق ميكانيكا الصدمات ، يصف التفتت قذف المادة من هدفٍ ما أثناء اصطدام مقذوفٍ به . في فيزياء الكواكب ، يصف التفتت اصطدامات النيازك بسطح الكوكب، وتأثيرات الرياح النجمية والأشعة الكونية على أغلفة الكواكب الجوية وأسطحها . في سياق التعدين أو الجيولوجيا ، قد يشير التفتت إلى قطعٍ من الصخور تنفصل عن واجهة صخرية نتيجةً للإجهادات الداخلية فيها؛ ويحدث عادةً على جدران مناجم الفحم . في سياق أكسدة المعادن، يشير التفتت إلى انفصال طبقة الأكسيد عن المعدن، مثل تقشر الصدأ عن الحديد. في سياق علم الإنسان ، يُستخدم التفتت في صناعة الأدوات الحجرية، مثل رؤوس السهام، عن طريق التقطيع . في الفيزياء النووية ، يُعرف التفتت النووي بأنه العملية التي تنبعث فيها نواة ثقيلة من عدد كبير من النيوكليونات نتيجة اصطدامها بجسيم عالي الطاقة ، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في وزنها الذري . وفي العمليات الصناعية والمعالجة الحيوية ، يُطلق مصطلح التفتت النووي على فقدان مادة الأنابيب نتيجة الانثناء المتكرر للأنابيب داخل المضخة التمعجية .

في ميكانيكا المواد الصلبة

يحدث التفتت عندما تنتشر موجة إجهاد شد عبر مادة ما، ويمكن ملاحظته في اختبارات تصادم الصفائح المسطحة. وينتج عن تجويف داخلي بسبب الإجهادات المتولدة من تفاعل موجات الإجهاد، والتي تتجاوز مقاومة الشد الموضعية للمواد. ويتشكل شظية أو عدة شظايا على الطرف الحر للصفيحة. تعمل هذه الشظية، المعروفة باسم " التفتت "، كقذيفة ثانوية بسرعات قد تصل إلى ثلث سرعة موجة الإجهاد على المادة. عادةً ما يكون هذا النوع من التلف ناتجًا عن شحنات رؤوس السحق شديدة الانفجار ( HESH ).

التفتيت بالليزر

يُعدّ التفتت المُستحث بالليزر تقنية تجريبية حديثة طُوّرت لفهم تماسك الأغشية الرقيقة مع الركائز . يُستخدم ليزر نبضي عالي الطاقة (عادةً Nd:YAG ) لتوليد نبضة ضغط في الركيزة ، حيث تنتشر وتنعكس كموجة شد عند الحدّ الحر. تُفتت نبضة الشد هذه الغشاء الرقيق أثناء انتشارها باتجاه الركيزة. وباستخدام نظرية انتشار الموجات في المواد الصلبة، يُمكن استخلاص قوة السطح البيني. عادةً ما تتراوح مدة نبضة الضغط المُولّدة في هذا المثال بين 3 و8 نانوثانية ، بينما يتغير مقدارها تبعًا لكثافة طاقة الليزر . ونظرًا لتطبيق الحمل دون تلامس، تُعدّ هذه التقنية مناسبة جدًا لتفتيت الأغشية فائقة الرقة (بسماكة 1 ميكرومتر أو أقل). كما يُمكن تحويل موجة الإجهاد الطولي إلى إجهاد قص باستخدام موشور تشكيل النبضات، وبالتالي تحقيق تفتت القص.

التفتت النووي

يحدث التفتت النووي الناتج عن اصطدام الأشعة الكونية بشكل طبيعي في الغلاف الجوي للأرض وعلى أسطح الأجرام السماوية كالنيازك والقمر . وتُلاحظ آثار هذا التفتت على الأسطح الخارجية للأجرام ، مما يُتيح قياس مدة تعرضها. كما قد يُشير تركيب الأشعة الكونية نفسها إلى تعرضها للتفتت قبل وصولها إلى الأرض، إذ تتجاوز نسبة العناصر الخفيفة فيها، كالليثيوم والبورون والبريليوم، متوسط ​​وفرتها في الكون؛ ومن الواضح أن هذه العناصر في الأشعة الكونية قد تشكلت من تفتت الأكسجين والنيتروجين والكربون، وربما السيليكون، في مصادر الأشعة الكونية أو خلال رحلتها الطويلة إلى الأرض. وقد تم رصد نظائر كونية من الألومنيوم والبريليوم والكلور واليود والنيون ، المتكونة من تفتت العناصر الأرضية تحت تأثير الأشعة الكونية، على سطح الأرض .

يُعدّ التفتت النووي أحد العمليات التي يُمكن من خلالها استخدام مُسرّع الجسيمات لإنتاج حزمة من النيوترونات . تُطلق حزمة جسيمات تتكون من بروتونات بطاقة تقارب 1 جيجا إلكترون فولت على هدف مصنوع من الزئبق أو التنتالوم أو الرصاص [ 1 ] أو أي معدن ثقيل آخر. تُثار نوى الهدف، وعند زوال الإثارة، ينطلق من 20 إلى 30 نيوترونًا لكل نواة. على الرغم من أن هذه الطريقة أكثر تكلفة بكثير من إنتاج حزم النيوترونات عن طريق التفاعل المتسلسل للانشطار النووي في المفاعل النووي ، إلا أنها تتميز بإمكانية نبض الحزمة بسهولة نسبية. علاوة على ذلك، فإن التكلفة الطاقية لنيوترون واحد ناتج عن التفتت النووي أقل بست مرات من تكلفة النيوترون الناتج عن الانشطار النووي. على عكس الانشطار النووي، لا تستطيع نيوترونات التفتت النووي تحفيز عمليات تفتت أو انشطار أخرى لإنتاج المزيد من النيوترونات. لذلك، لا يحدث تفاعل متسلسل، مما يجعل العملية غير حرجة. رُصدت ظاهرة التفتت النووي الناتج عن الأشعة الكونية في ثلاثينيات القرن العشرين، [ 2 ] ولكن أولى عمليات الرصد باستخدام مُسرِّع الجسيمات حدثت عام 1947، وصاغ مصطلح "التفتت النووي" العالم الحائز على جائزة نوبل ، غلين تي. سيبورغ، في العام نفسه. [ 3 ] يُعد التفتت النووي مصدرًا مُقترحًا للنيوترونات في المفاعلات النووية دون الحرجة، مثل مفاعل الأبحاث MYRRHA المُزمع إنشاؤه ، والذي يهدف إلى دراسة جدوى التحويل النووي للنفايات عالية الإشعاع إلى مواد أقل ضررًا. فضلًا عن امتلاكها عامل تكاثر نيوتروني أقل بقليل من درجة الحرارة الحرجة ، تستطيع المفاعلات دون الحرجة أيضًا إنتاج طاقة صافية قابلة للاستخدام، إذ يتراوح متوسط ​​الطاقة المُستهلكة لكل نيوترون مُنتَج حول 30  ميغا إلكترون فولت (ينتج شعاع طاقة 1  غيغا إلكترون فولت ما يزيد قليلًا عن 30 نيوترونًا في أكثر الأهداف إنتاجية)، بينما يُنتج الانشطار النووي ما يقارب 200  ميغا إلكترون فولت لكل ذرة أكتينيد تنقسم. حتى مع انخفاض كفاءة الطاقة نسبياً للعمليات المعنية، يمكن توليد طاقة صافية قابلة للاستخدام مع القدرة على استخدام الأكتينيدات غير المناسبة للاستخدام في المفاعلات التقليدية كوقود.

إنتاج النيوترونات في مصدر نيوترونات التفتت

عادةً ما يبدأ إنتاج النيوترونات في مصدر التفتت النووي بمُسرِّع بروتونات عالي الطاقة . قد يتكون المُسرِّع من مُسرِّع خطي فقط (كما في مصدر التفتت النووي الأوروبي ) أو مزيج من مُسرِّع خطي ومُسرِّع سنكروتروني (مثل مصدر النيوترونات ISIS ) أو سيكلوترون (مثل SINQ (PSI) ). على سبيل المثال، يعتمد مصدر النيوترونات ISIS على بعض مكونات مُسرِّع السنكروترون Nimrod السابق . لم يكن Nimrod منافسًا في فيزياء الجسيمات ، لذا تم استبداله بمُسرِّع سنكروتروني جديد، يستخدم في البداية الحاقنات الأصلية ، ولكنه يُنتج حزمة بروتونات نبضية عالية الكثافة. فبينما كان Nimrod يُنتج حوالي 2  ميكرو أمبير عند 7  جيجا إلكترون فولت، يُنتج ISIS 200  ميكرو أمبير عند 0.8  جيجا إلكترون فولت. يتم نبض هذه الحزمة بمعدل 50  هرتز، ويتم تركيز هذه الحزمة المكثفة من البروتونات على هدف. أُجريت تجارب باستخدام أهداف من اليورانيوم المستنفد ، ولكن على الرغم من أنها تُنتج حزم نيوترونية شديدة الكثافة، إلا أن عمرها قصير. ولذلك، يُستخدم عادةً هدف من التنتالوم أو التنجستن . تُنتج عمليات التفتت في الهدف النيوترونات، في البداية بطاقات عالية جدًا - تُشكل جزءًا كبيرًا من طاقة البروتون. ثم تُبطأ هذه النيوترونات في مهدئات مملوءة بالهيدروجين السائل أو الميثان السائل إلى الطاقات اللازمة لأجهزة التشتت. في حين أنه يُمكن تركيز البروتونات نظرًا لشحنتها، لا يُمكن تركيز النيوترونات عديمة الشحنة، لذا في هذا الترتيب، تُوضع الأجهزة حول المهدئات.

يتمتع الاندماج بالقصور الذاتي بالقدرة على إنتاج عدد من النيوترونات يفوق بكثير ما ينتجه التفتت النووي. [ 4 ] قد يكون هذا مفيدًا للتصوير الإشعاعي النيوتروني ، والذي يمكن استخدامه لتحديد مواقع ذرات الهيدروجين في الهياكل، ورصد الحركة الحرارية الذرية، ودراسة الإثارات الجماعية للفونونات بشكل أكثر فعالية من الأشعة السينية .

انظر أيضاً

مرافق التبلور

مراجع

  1. ↑ "هدف التفتت" . معهد بول شيرر (PSI) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12-12-2015 .
  2. ^ روسي ، برونو (1933). "Über die Eigenschaften der durchdringenden Korpuskularstrahlung im Meeresniveau" [ حول خصائص الإشعاع الجسيمي المخترق عند مستوى سطح البحر ] . Zeitschrift für Physik . 82 ( 3– 4): 151– 178. بيب كود : 1933ZPhy...82..151R . دوى : 10.1007/BF01341486 . S2CID 121427439 . 
  3. ↑ كراسا، أنتونين (مايو 2010). "مصادر النيوترونات لنظام ADS" (ملف PDF) . كلية العلوم النووية والهندسة الفيزيائية . الجامعة التقنية التشيكية في براغ. S2CID 28796927. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 3 مارس 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 أكتوبر 2019 . 
  4. ↑ تايلور، أندرو؛ دان، م.؛ بينينغتون، س.؛ أنسيل، س.؛ غاردنر، إ.؛ نوريس، ب.؛ بروم، ت.؛ فيندلاي، د.؛ نيلمز، ر. (فبراير 2007). "طريقٌ إلى ألمع مصدر نيوتروني ممكن؟". مجلة ساينس . 315 (5815): 1092-1095 . Bibcode : 2007Sci...315.1092T . doi : 10.1126/science.1127185 . PMID 17322053. S2CID 42506679 .