تخليق نووي

التخليق النووي : التخليق هو مايفعله الخالق عز وجل ، أما الإنسان فهو يمثل ويولّف ، والمعني الإنجليزي هنا يقصد توليف أنوية ذرات Nucleosynthesis جديدة من أنوية ذرات أخري . كما يمكن فعل ذلك عن طريق تصويب البروتونات أو النيوترونات على أنوية الذرات للحصول على ذرات أخري ، وهذا ما نفعله في بعض المفاعلات الذرية التجريبية لإنتاج النظائر المشعة التي تستخدم في الصناعة وفي الطب .

وطبقا لنظرية الانفجار العظيم حدث تخليق نوويفي الانفجار العظيم خلال الثلاثة دقائق الأولى حيث تولد الهيدروجين-1 و الديوتيريوم-2 و الهيليوم-4 من البروتونات و النيوترونات التي هي بدورها مكونة من كواركات و جلوونات . كما توجد آثار بسيطة من الليثيوم و البيريليوم تكونت أيضا خلال الانفجار العظيم .

• أما ما نجده في الطبيعة من عناصر أثقل من الهيليوم ، مثل الكربون و النحاس و الحديد ، فقد تكونت معظمها في النجوم التي هي أفران لصنع تلك المواد عن طريق الاندماج النووي ، وتوليد تلك العناصر في أفران النجوم هو موضوع أخر .

• وهناك العناصر الاثقل من الحديد ، وهذه تم اندماجها وتكوينها أثناء انفجار النجوم عند انتهاء عمرها بحدوث سوبرنوفا .

3 دقائق بعد الانفجار العظيم

نجد حقيقة ذرة ديوتيريوم واحدة من بين 100.000 ذرة هيدروجين. ورغم أن تلك البسبةضعيفة جدا إلا أن الديوتيريوم يشكل بتريبه السابع بين جميع العناصر الموجودة في الكون واحد من العناصر (الكثيرة). و نواة ذرة الديوتيريوم تربطها روابط ضغيفة نسبيا ، وهي تحتوي على 1 بروتون و 1 نيوترون ²H) والديوتيريوم يسمى أيضا الهيدروجين الثقيل . ، وهو يتحلل في أفران النجوم ذات الحرارة تبلغ الملايين من الدرجات ويتحول إلى عناصر أخرى ثقيلة. نشأ هذا العنصر أثناء الانفجار العظيم في درجة حرارة عالية ، وسمح له الانتفاخ السريع الذي حدث خلال 100 ثانية الأولى بانخفاض درجة الحرارة بحيث احتفظ الديوتيريوم بكميته .

وتبلغ كمية الهيليوم-4 في الكون بين 23 % و 30 % . كما تنتج أفران النجوم عنصر الهيليوم بطريق الاندماج النووي للهيدروجين ، إلا أن الهليوم المتكون بهذه الطريقة يظل حبيسا في النجم ، ولا يستطيع تفسير تلك الكمية الهائلة الموجودة في الكون من هذا العنصر .

ويوجد الهيليوم بنسبة بين 23 % و 30 % في أجواء المجرات بصرف النظر عن اختلاف أنواعها ، ولا يوجد ما يفسر وجود العيليوم هو الآخر بنسبته هذه إلا أن يكون قد خُلّق أثناء الانفجار العظيم .

ويوجد تفاعل نووي آخر وهوالتشتيت spallation ، وفيه تصتدم أشعة جاما ذات الطاقة العالية جدا الأنوية ذرات مثل الكربون والنيتروجين والكسجين وتشتت مافيها من بروتونات ونيوترونات ولايتبقى سوي أنوية خفيفة مثل الليثيوم ⁶Li, ⁷Li > , والبريليوم sup>9Be> ، والبورون sup>10B ، ¹¹B > ولكن كميات تلك العناصر قليلة جدا ولهذا فتفاعل التشتت هو الآخر لايستطيع تفسير النسب الموجودة في الكون من الهيدروجين والهيليوم والديوتيريوم وتواجدها منذ الدقائق الأولي للانفجار العظيم . ومن المهم بخصوص الليثيوم والبريليوم والبورون ، انها لا تُنتج في النجوم بل سرعان أن تُستهلك خلال الاندماج النووي وتكوين العناصر الثقيلة فيها .

وبفضل التفاعلات النووية التي تحدث في النجوم بالإضافة إلى التخليق النووي الذي حدث خلال الانفجار العظيم يمكننا فهم نسب جميع العناصر الموجودة في الكون .

توالي التخليق

يبدا التخليق النووي عند انخفاض درجة حرارة الانفجار العظيم إلى درجة 10⁹ كلفن ، ومن المقترض أن يكون ذلك بعد الدقيقة الاولى من النفجار .

قبل ذلك خلال الدقيقة الأولى كانت درجة الحرارة 10¹⁰ ، وكانت الفوتونات والنيوترنوات ونقيض النيوترنوات والباريونات والنيوترونات والبروتونات وكذلك الغلكترونات والبوزيترونات في حالة توازن تبعا للتفاعلات :

• ${\text{n}}+\nu _{\text{e}}\leftrightarrow {\text{p}}+{\text{e}}^{-}$
• ${\text{n}}+{\text{e}}^{+}\leftrightarrow {\text{p}}+\nu _{\text{e}}$
• ${\text{n}}\leftrightarrow {\text{p}}+{\text{e}}^{-}+{\overline {\nu _{\text{e}}}}$

وكانت النسبة بين عدد البروتونات والنيوترونات مطابقة ل توزيع ماكسويل-بولتزمان :

• ${\frac {n_{\text{p}}}{n_{\text{n}}}}={\text{e}}^{-{\frac {E_{\text{p}}-E_{\text{n}}}{kT}}}={\text{e}}^{-{\frac {{\Delta }mc^{2}}{kT}}}$

وانفصلت النيوترينوات عند درجة حرارة 10¹⁰ . وكذلك اختفى نقيض النيوترينوات واختل التوازن . وباختلال التوازن أصبحت نسبة بين عدد البروتونات إلى عدد النيوترونات n_p/n_n يساوي 6 (أي نيوترون واحد لكل 6 بروتونات ) . ثم تغيرت تلك النسبة بالتحلل بيتا للنيوترون بإصداره إلكترون β- ليصبح بروتونا ${\text{n}}\rightarrow {\text{p}}+{\text{e}}^{-}+\nu _{\text{e}}$

حيث يتحلل النيوترون بعمر النصف مقداره 889,1 ثانية .

فتحسنت النسبة بين البروتونات والنيوترونات .

اقرأأيضا

• انفجار عظيم
• اندماج نووي