نواة اليورانيوم هي مركز ذرة اليورانيوم. تضم 92 بروتونًا، و146 نيوترونًا في اليورانيوم-238، وهو أكثر أنواعه شيوعًا. ويبلغ قطرها نحو 12 فمتومترًا، ويُحسب بوصفه ضعف نصف قطر شحنتها، أي متوسط نصف قطر شحنتها الكهربائية. والفمتومتر جزء من مليون من جزء من مليار من المتر (10−15 متر).
الحجم
ليس للنواة حافة صلبة، لذا يُعطى حجمها على صورة نصف قطر الشحنة. وبالنسبة إلى اليورانيوم-238، يعطي جدول لأنصاف أقطار النوى تعدّه الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA) القيمة 5.857 فمتومتر، وهي معروفة بدقة أفضل من 0.1%. وبذلك يبلغ قطر النواة 11.7 فمتومتر. أما اليورانيوم-235، الذي يضم نيوترونات أقل بثلاثة، فنواته أصغر بقليل جدًا: قطرها 11.67 فمتومتر.
في نواة اليورانيوم نيوترونات أكثر بكثير من البروتونات. فالبروتونات يدفع بعضها بعضًا بشحنتها الكهربائية، بينما تجذب كل البروتونات والنيوترونات جيرانها الأقرب بالقوة النووية القوية. وفي النواة الثقيلة تلزم النيوترونات الزائدة لمنع الدفع الكهربائي من تفكيك النواة.
مقارنات الحجم
- عرض نواة اليورانيوم-238 نحو 7 أضعاف عرض بروتون واحد، يبلغ قطره نحو 1.7 فمتومتر، مع أنها تضم 238 جسيمًا من البروتونات والنيوترونات.
- وعرضها نحو 3.5 مرة عرض نواة الهيليوم، التي يبلغ قطرها نحو 3.4 فمتومتر، لكن عدد جسيمات نواة اليورانيوم نحو 60 مرة عدد جسيمات نواة الهيليوم.
- لو جرى تكبير نواة يورانيوم إلى حجم كرة سلة، لبلغ قطر بروتون بالمقياس نفسه نحو 3.4 سنتيمتر، أي نحو نصف عرض كرة التنس.
- قطر ذرة هيدروجين، وهو نحو 0.1 نانومتر، يساوي نحو 9,000 ضعف عرض نواة اليورانيوم. والنانومتر جزء من مليار من المتر.
تحلل بطيء جدًا
اليورانيوم-238 مشع، لكنه يتحلل ببطء شديد. وعمر النصف فيه، وهو المدة التي يستغرقها تحلل نصف العينة، 4.47 مليار سنة. وعمر الأرض نحو 4.54 مليار سنة، ولذلك ما زال نحو نصف اليورانيوم-238 الذي وُجد مع تكوّن الأرض باقيًا فيها.
يتحلل اليورانيوم-238 بإطلاق جسيم ألفا، وهو نواة هيليوم. ثم تتبعه سلسلة من التحللات الأخرى تنتهي بالرصاص-206. ويستخدم الجيولوجيون هذه السلسلة، وسلسلة مشابهة تبدأ من اليورانيوم-235، لقياس أعمار الصخور وعمر الأرض نفسها.
انشطار اليورانيوم
يشكّل اليورانيوم-235 نحو 0.72% من اليورانيوم الطبيعي. وتنشطر نواه بسهولة حين يصطدم بها نيوترون. وكل انشطار يطلق طاقة ومزيدًا من النيوترونات، يمكن أن تمضي فتشطر نوى أخرى في تفاعل متسلسل. وتتحكم محطات الطاقة النووية في الولايات المتحدة بهذا التفاعل لتوليد حرارة تُستخدم في إنتاج الكهرباء، وتعمل بوقود مخصّب إلى 3–5% من اليورانيوم-235.
المصادر
- Nuclear Charge Radii. International Atomic Energy Agency, 2013.
- Live Chart of Nuclides: uranium-238 ground state. International Atomic Energy Agency.
- Uranium. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights.
- Properties of Nuclei. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
- Age of the Earth. U.S. Geological Survey, 2007.
- Nuclear explained. U.S. Energy Information Administration.
- The nuclear fuel cycle. U.S. Energy Information Administration.
- Proton rms charge radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
- Alpha particle rms charge radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
- Bohr radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
- Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
- Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.
- Rules of Tennis 2026. International Tennis Federation, 2026.