الأدوات التي يستخدمها عالم الفيزياء النووية

يدرس علماء الفيزياء النووية التفاعلات الذرية. تعد مسرعات الجسيمات والمفاعلات النووية وأجهزة الكشف عن الإشعاع وأجهزة الكمبيوتر الأدوات الرئيسية التي يستخدمها علماء الفيزياء النووية لتفتيت الذرات إلى جزيئات أصغر ودراسة تفاعلاتها ونشاطها الإشعاعي. يعمل معظم علماء الفيزياء النووية في مختبرات تمولها الحكومة أو الجامعات حيث يتم بناء هذه الأدوات باهظة الثمن وصيانتها لأغراض البحث.

مسرعات الجسيمات

تقوم مسرعات الجسيمات القوية بتفتيت الذرات إلى بروتونات ونيوترونات وإلكترونات وكواركات باستخدام تصادمات عالية السرعة لإنشاء تفاعلات جديدة لعلماء الفيزياء النووية لدراستها. المسرعات هي الأداة الأساسية التي يستخدمها علماء الفيزياء النووية. يمكن القول إن مصادم هادرون الكبير ، الذي يقع على بعد 100 متر تحت الأرض على الحدود بين فرنسا وسويسرا ، هو الأكثر قيمة وشهرة من مسرعات الجسيمات المعاصرة. وهو يعمل عن طريق اصطدام اثنين من تيارات الجسيمات دون الذرية من الكواركات دون الذرية تسمى الهادرونات في بعضها البعض بسرعة عالية حتى يتمكن الفيزيائيون من دراسة الجسيمات الجديدة الناتجة التي تم إنشاؤها. يشعر العديد من الفيزيائيين أن الأدلة على الانفجار العظيم ستنتج عن مثل هذه الدراسة. عملت مسرعات الجسيمات القديمة ، مثل Van de Graaff و Cockroft-Walton ، بنفس الطريقة ، ولكنها كانت محدودة في التطبيقات حيث لم يتم اكتشاف الكواركات بعد .

اقرأ أيضا: ما هي الطاقة النووية؟ كيف تعمل الطاقة النووية؟

المفاعلات النووية

تقوم المفاعلات النووية بإنشاء وتخزين أشكال مختلفة من الذرات تسمى النظائر التي تستخدم لأغراض تجارية وبحثية على حد سواء. وهي تعمل من خلال الحفاظ على التفاعلات النووية الخاضعة للرقابة. وهذه أداة هامة للفيزياء النووية لأن التفاعلات النووية المتسلسلة ليست مهمة فقط في صنع الأسلحة النووية والطاقة النووية، ولكن أيضا بالنسبة للنظائر المطورة لاستخدامها في التشخيص الطبي وعلاج السرطان.

كاشفات الإشعاع

وعندما تخلق مسرعات الجسيمات والمفاعلات النووية تفاعلات نووية جديدة، تطلق تلك التفاعلات نشاطا إشعاعيا يجب رصده باستخدام معدات الكشف الحساسة. يستخدم علماء الفيزياء النووية أجهزة الكشف عن الإشعاع لقياس خصائص الطاقة والموقع والوقت باستخدام الجسيمات المشحونة مثل البروتونات والإلكترونات والجسيمات المحايدة مثل الفوتونات والنيوترونات والنيوترينوهات. عدادات غايغر هي كاشفات إشعاع محمولة معروفة متاحة للشراء من قبل أي شخص. ومع ذلك ، فإن أدوات الكشف عن الإشعاع مثل أجهزة التلألؤ وأجهزة الكشف عن التفاعل النووي التي يستخدمها علماء الفيزياء النووية للأنظمة الكبيرة مثل المسرعات والمفاعلات أكثر تكلفة بكثير.

حواسيب

لطالما دفعت التطورات التكنولوجية مجال الفيزياء النووية. تستخدم أجهزة الكمبيوتر اليوم ليس فقط لتحليل البيانات والتنبؤات ، ولكن أيضا للمحاكاة الناتجة عن البيانات التجريبية التي تم جمعها من مسرعات الجسيمات والمفاعلات وأجهزة الكشف عن الإشعاع. ويجب باستمرار تطوير حواسيب قوية، مثل حواسيب البحث والتطوير التابعة للمعهد الوطني لفيزياء المواد النووية والجسيمات في ليون، فرنسا، لمواكبة المضاعفة المتوقعة للاحتياجات من الموارد. هناك حاجة إلى مثل هذه الحواسيب لمحاكاة والتنبؤ بالمسارات الجديدة المحتملة التي سيتبعها علماء الفيزياء النووية أثناء استمرارهم في تحطيم الذرات وإجراء اكتشافات جديدة.