الاحتراق الكيميائى والاحتراق النووى

      الاحتراق الكيميائى هو تفاعل كيميائى طارد للحرارة يتميز بأنه متسلسل أي أنه يغذى نفسة طالما وُجدت المواد المتفاعلة مع بعضها، وهى تشمل الأكسجين وأية مادة أخرى يمكن أن تتفاعل معه بسهولة نسميها فى العادة وقودا؛ أي أن الاحتراق هو باختصار اتحاد الوقود بالأكسجين. ويحتاج الاحتراق إلى طاقة تنشيط activation energy فى البداية، ولكنه متى بدأ يستمر من تلقاء نفسه إلى أن ينفد الوقود أو يتم إخماده بفعل فاعل. ولتوضيح ذلك نأخذ موقد البوتاجاز كمثال، فإذا أدرنا مفتاح الموقد تصاعد الوقود الغازى واختلط بالأكسجين دون أن يحدث شىء؛ فالبوتاجاز لا بد أن يصل إلى درجة حرارة مرتفعة لكى يتحد بالأكسجين ويطرد الحرارة. وهذا ما يحدثه عود الكبريت فهو يرفع درجة حرارة كمية من البوتاجاز إلى درجة الاشتعال فتشتعل وتطرد الحرارة، وتعمل هذه الحرارة المنبعثة على اشتعال كمية أخرى من البوتاجاز فتشتعل وتطرد مزيدا من الحرارة التى تعمل على اشتعال كمية أخرى من البوتاجاز، وهكذا. وبالطبع يتم تصميم الموقد بحيث يمكن التحكم فى كمية الغاز المتصاعدة لكى يكون الاحتراق تحت التحكم بحيث يمكن زيادته أو إنقاصه بتغيير كمية الغاز المتصاعدة من الصمام، وفى حالة الرغبة فى إنهاء التفاعل يقفل صمام الغاز. وهكذا يمكن تسمية هذا التفاعل "التفاعل المتسلسل chain reaction ". يحدث نفس الشئ فى الوقود النووى؛ فهناك نوع من التفاعلات النووية يسمى "الانشطار fission"، وهو انشطار نواة ذرة مادة الوقود النووى لكى تعطى نواتين مجموع كتلتيهما أقل من كتلة نواة الذرة المنشطرة، ويتحول الفرق بين كتلة المادة المنشطرة وكتلة نواتج الانشطار إلى طاقة حرارية وطاقة إشعاعية، وسنطلق على هذا التفاعل النووى تعبير "الاحتراق النووى الانشطارى"، ولكن هذا التفاعل لا يجرى فى أى كتلة من الوقود النووى من تلقاء نفسه إلا نادرا جدا، وإذا حدث فإنه يحدث لنواة واحدة كل فترة طويلة، ولكى يكون مجديا لابد لنا من إمداد الوقود النووى بالمنشط الذى يجعل التفاعل يبدأ أولا وفى نفس الوقت تهيئة الظروف لكى يكون التفاعل متسلسلا، وفى نفس الوقت أيضا إيجاد وسيلة للتحكم فى مقدار التفاعل بحيث يمكن زيادة معدله أو إبطائه أو وقفه تماما حسب الرغبة، وهذا ما يتم فى "المفاعل النووى nuclear reactor"، الذى هو عبارة عن تجهيز معين يحتوى فى قلبه على الوقود النووى المصمم بطريقة معينة ومعه المنشط وهو مصدر للنيوترونات التى تنطلق لتحدث الانشطار فى أنوية مادة الوقود، ويؤدى هذا الانشطار إلى انطلاق مزيد من النيوترونات فتحدث انشطارات جديدة فى أنوية أخرى ينتج عنها نيوترونات أخرى تؤدى إلى مزيد من الانشطار، وهكذا يصبح التفاعل متسلسلا. وستأتى مناقشة هذا الموضوع بتفصيل أكثر عند الحديث عن المفاعلات النووية. وهناك نوع ثان من التفاعلات النووية الطاردة للحرارة والتى يمكن استخدامها كمصدر هائل للطاقة تعادل ملايين المرات الطاقة النووية الانشطارية، وهى "التفاعلات الاندماجية fusion reactions" وفيها يتم اندماج بروتونين ونيوترونين لتكوين نواة هيليوم واحدة تقل فى كتلتها عن الجسيمات الأربعة المتفاعلة ويتحول فرق الكتلة إلى طاقة حسب معادلة النسبية أيضا، وهذه هى نوعية التفاعلات التى تجرى فى باطن الشمس.