تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

النيوترونات (Neutron)، وهي جسيماتٌ دون ذرية معتدلة الشحنة، ويرمز لها بالرمز N، ويُكون عدد النيوترونات والبروتونات العدد الكتلي A. كتلة النيوترون أكبر بمقدار ضئيل من كتلة البروتون، ويتكون النيوترون من ثلاث كواركات، كواركين علويين وكوارك سفلي. للنيوترون قدرةٌ على اختراق الأجسام والنوى الذرية بسبب عدم امتلاكه شحنة كهربائية.

تصنيف النيوترونات حسب طاقتها

تصنّف النيوترونات عادةً وفقاً لتفاعلاتها مع المادة إلى عدة أصناف حسب طاقتها، ويفيد هذا التصنيف في فهم أنواع التفاعلات المتبادلة ما بين المادة والنيوترونات، وفي دراسة خواص المواد المستخدمة في الوقاية الإشعاعية من النيوترونات، وبناءً على ذلك تصنف إلى ما يلي:

1- النيوترونات البطيئة

وتشمل النيوترونات التي تقع طاقتها بين الصفر وواحد كيلو إلكترون فولت، وهي تشمل:

– النيوترونات الباردة: هي نيوترونات طاقتها أكبر من 0.005 إلكترون فولت، وأصغر من 0.025 إلكترون فولت.

– النيوترونات الحرارية: هي نيوترونات طاقتها مساوية إلى (0.025) إلكترون فولت، وهي طاقة الاتزان الحراري.

عندما تخترق النيوترونات مادةً ما، فإنها تتصادم مع أنوية ذرات المادة، وينتج فقدان تدريجي في طاقتها حتى تصل إلى اتزانٍ حراري مع الوسط المادي الموجودة فيه، وتصبح طاقتها مساوية للطاقة الحرارية.

– النيوترونات فوق الحرارية: هي نيوترونات تمتلك طاقة حوالي واحد إلكترون فولت.

– النيوترونات الطنينية:  هي نيوترونات تتراوح طاقتها بين واحد إلكترون فولت وواحد كيلو إلكترون فولت.

2- النيوترونات المتوسطة الطاقة

تشمل هذه المجموعة النيوترونات التي طاقتها أكبر من 1 كيلو إلكترون فولت وأصغر من 10 كيلو إلكترون فولت، ويكون تأثير النيوترونات في هذا المدى من الطاقة على الجسم البشري من خلَال أشعة غاما التي تتحرر من التفاعلات.

3- النيوترونات السريعة

تشمل هذه المجموعة النيوترونات التي تمتلك طاقةً أكبر من 10 كيلو إلكترون فولت، وأٌقل من 10 مليون إلكترون فولت. ضمن هذا المدى من الطاقة، فان النوع السائد من التفاعلات بين النيوترونات والمادة هو التشتت المرن التي ينتج عنه عادة ارتداد نواة ذرة المادة المعرضة للإشعاع، وهذا يحدث غالباً، في المواد الخفيفة، وكلما زادت طاقة النيوترونات قل احتمال تفاعلها مع المادة.

4- النيوترونات السريعة جداً

تتراوح طاقتها بين (10-50) مليون إلكترون فولت، وفي حال التفاعلات النووية التي تنتجها هذه النيوترونات ينتج أكثر من ناتجٍ واحد، مثلاً: قد ينتج عن التفاعل نيوترون واحد أو اثنين.

5- النيوترونات ما فوق السريعة

هي النيوترونات التي تتجاوز طاقتها 50 مليون إلكترون فولت، وهي تنتج عن قذف نوى الهدف بنويترونات عالية الطاقة، فينتج عن ذلك بروتونات.

ما هي خصائص النيوترونات الباردة؟

تتصف النيوترونات الباردة بالعديد من الخصائص، ومنها: ^[1]

1- قدرة كبيرة على اختراق المعادن الثقيلة، كالرصاص.

2- تفاعلها مع العناصر الخفيفة، كالهيدروجين H، والليثيوم Li، والبور B.

3- بما أن النيوترونات معتدلة كهربائياً، فالذرة لها مثل الفراغ تستطيع اجتيازها والتفاعل مع نوى الذرات.

إن معامل توهين الأشعة السينية للمواد يعتمد على عددها الذري بينما معامل توهين النيوترونات يتعلق بطاقة النيوترونات والمقطع العرضي لتفاعلها مع المواد، لذا هي تمتاز بقدرة اختراقٍ كبيرة أكثر من الأشعة السينية وأشعة غاما.  

ما هي طرق إنتاج النيوترونات الباردة؟

يمكن إنتاج النيترونات الباردة في المُسرّع من تصادم حزمة بروتوناتٍ عالية الطاقة مع مادة الهدف (قضبان الرصاص المغلفة بالحديد)، فتنتج نيوترونات سريعة بتمرير هذه النيوترونات في الماء الثقيل تتحول إلى نيوتروناتٍ حرارية، وبتمرير هذه النيوترونات ضمن الديتريوم السائل ذي درجة الحرارة 25 كلفن يتمُّ تحويل النيوترونات الحرارية إلى نيوترونات باردة. كما يمكن إنتاج النيوترونات الباردة عن طريق تكثيف الهليوم البارد عند درجة حرارة أقل من 20 كلفن، كما يمكن إنتاج النيوترونات من الهيدروجين السائل، وهي طريقة آمنة وسهلة. ^[2]

ما هي تطبيقات النيوترونات الباردة؟

إن خصائص النيوترونات الباردة تؤهلها للاستخدام في العديد من المجالات والتطبيقات، وتمتلك النيوترونات الباردة أهميةً كبيرةً في مختلف المجالات الصناعية، والنووية، والبيولوجية، والجيولوجية.

1- تطبيقات النيوترونات الباردة في المجالات الصناعية

تفيد النيوترونات الباردة في مراقبة حركة السوائل، مثل: الماء أو الزيوت في القطع المعدنية الكبيرة لمحركات السيارات والطائرات، وفحص هياكلها المعدنية الضخمة، وأجهزتها المعقدة دون الحاجة إلى تفكيكها. تستخدم النيوترونات الباردة في فحص خلايا الوقود والبطاريات لتحسين مواصفاتها عن طريق مراقبة العمليات الكهركيميائية التي تحدث بداخلها، كدارسة تغير توزع الليثيوم داخل البطاريات. ^[3]

2- تطبيقات النيوترونات الباردة في مجال الطاقة النووية

للنيوترونات الباردة تطبيقات متعددة في مجال الطاقة النووية:

– تستخدم النيوترونات الباردة في التصوير الإشعاعي لعناصر الوقود بهدف معرفة نسبة تخصيب اليورانيوم، حيث تمتلك الأشعة السينية معامل توهين كبير لليورانيوم 235 لذلك تفقد الأشعة السينية طاقتها خلال مسافاتٍ قصيرة، بينما تستطيع النيوترونات الباردة أن تنتقل مسافة تزيد عن 10 نانو متر من خلاله بشكلٍ أسهل، كما أن معامل توهين اليورانيوم 235 أكبر من اليورانيوم 238.

– يمكن بواسطة النيوترونات الباردة التعرف على مكونات الوقود النووي المستهلك. ^[4]

3- تطبيقات النيوترونات الباردة في المجالات البيولوجية

– يمكن عن طريق النيوترونات الباردة دراسة تركيب الخلايا الحية، وتحديد نسبة البروتينات داخلها.

– مراقبة توزع المياه في أوراق النباتات الرقيقة، والأزهار، وجذوع الأشجار، حيث تسمح دراسة تغيرات توزع المياه بداخلها بتحديد الفترة المناسبة لجني الخضار والأزهار المزروعة ضمن غرف تبريد خاصة.

4- تطبيقات النيوترونات الباردة في علم الآثار والجيولوجيا

– يساعد تصوير اللوحات والآثار بواسطة النيوترونات الباردة في معرفة تركيبها وأعمارها من خلال معرفة تركيز الكربون بداخلها، كما يمكن الاستدلال على طرق التصنيع.

– دراسة تركيب الصخور.

– دراسة أنواع التربة ومكوناتها.

5- تطبيقات النيوترونات الباردة في علم المواد

يمكن باستخدام النيوترونات الباردة التعرف على ما يلي: ^[5]

– دراسة التشوهات الحاصلة للمواد عند تعرضها لإجهادات مختلفة، وذلك من خلال معرفة توزع الذرات ضمن الشبكة البلورية.

– دراسة الحركة الاهتزازية للذرات، والتي تسمّى الفونونات من خلال فهم كيفية تحرك الفونونات وتشتتها داخل المواد الكهرحرارية، بهدف تحسين الناقلية الكهراحرارية لهذه المواد.

– دراسة المواد النانوية من خلال تجارب التشتت بزوايا صغيرة.