المساعد الشخصي الرقمي

مشاهدة النسخة كاملة : درس فيزياء النواة النشاط الإشعاعي الطبيعي


مهند
01-09-2012, 02:10 PM
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/diam4.gif منحى الاستقرار :








النوى المستقرة وهي النوى على الخط المتصل وتتصف هذه النوى بما يلي :

1) النوى في أسفل الخط المستقيم
تمثّل النوى الخفيفة المستقرة وهنا
عدد البروتونات يساوي عدد النيوترونات.

2) في النوى الثقيلة يكون عدد النيوترونات
أعلى من عدد البروتونات بنسبة 50% .

3) أكثر النوى استقراراً هي الأنوية التي تحوي أعداداً زوجية من البروتونات والنيوترونات وذلك بسبب أن كل بروتونين ونيوترونين يكونان مجموعة مستقرة .


http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/t-01.gif أما الأنوية غير المستقرة فتقع على جهتي الخط المتصل :

وتلجأ هذه الأنوية للاستقرار إما بإطلاق جسيمات ألفا ( µ ) أو جسيمات بيتا ( b ) أو إطلاق إشعاعات
جاما ( g) وهذا ما يسمى بالنشاط الإشعاعي للعناصر والتي سنتحدث عنه بالتفصيل فيما يلي :


http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/bull6.gif النشاط الإشعاعي :

هو انبعاث جسيمات ألفا وجسيمات بيتا وأشعة جاما من نواة العنصر المشع . ويجدر هنا أن ننوه بما يلي:

1) العنصر المشع جميع مركباته مشعة .

2) العنصر المشع يكون مشعاً في جميع حالاته (صلبة – سائلة – غازية) .

3) نواة العنصر المشع لا تصدر جسيمات ألفا وجسيمات بيتا معاً ، ولكن قد تصدر ألفا أو بيتا ، وقد يصاحب كلاً منهما انطلاق اشعاعات جاما .

4) معدّل النشاط الإشعاعي لعينة مشعة لا يتأثر بالظروف الخارجية من ضغط أو درجة حرارة ولكنه
يتوقف فقط على نسبة العنصر المشع في العينة .

5) انبعاث جسيم بيتا أو جسيم ألفا من نواة العنصر المشع يحولّها إلى نواة عنصر آخر .

مهند
01-09-2012, 02:12 PM
أ) باعثات ألفا :
هي الأنوية التي تقوم بإطلاق جسيمات ألفا ( µ ) لتصل إلى حالة الاستقرار . وجسيم ألفا ( µ ) يتكون
من بروتونين ونيوترونين ، وبذلك تكون شحنته (+2) وهي نواة ذرة الهيليوم -4 (http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/nashat/n1.gif) . ويرمز
لها بالرمز:

أو http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/nashat/alfa.gif
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/nashat/n1.gif

ويحدث إطلاق ألفا بسبب أن هناك بعض الأنوية تحوي زيادة في عدد البروتونات عن عدد النيوترونات مما يؤدي إلى زيادة في قوة التنافر وتصبح النواة غير مستقرة بسبب التصادمات بين جسيمات µ وجدار النواة، ونظراً لكتلة جسيمات µ الكبيرة وطاقتها العالية فإنها تخرج من النواة . والنواة التي تطلق جسيمات µ ، فإن عددها الذري يقل بمقدار 2 وبذلك تصبح نواة لعنصر آخر . فمثلاً ذرة الراديوم – 226 تطلق جسيمات µ لتصبح ذرة رادون – 222 كما هو موضح في الشكل :





ويمكنك أن تلاحظ ما يلي :



1) نواتج التحلل هي الرادون وجسيم ( µ ) .

2) عدد النيوكلونات محفوظ أثناء التحلل :

226 = 222 + 4

3) الشحنة أثناء التحلل محفوظة فعدد البروتونات قبل التحلل = 88 = 86 + 2

4) الأنوية التي تطلق جسيمات ألفا هي الأنوية الثقيلة عادة والتي تكون تحت خط الاستقرار .
وتنتج نواة قريبة من الخط .


ب) باعثات بيتا :

وتنقسم إلى ثلاث أنواع :



1. باعثات بيتا -b :

هذا النوع أكثر الأنواع شيوعاً ، ويحدث عندما يكون نسبة عدد النيوترونات إلى عدد البروتونات كبيرة وبذلك تكون النواة غير مستقرة ولذلك فإن نيوترون يتحول إلى بروتون والكترون وينطلق الإلكترون خارج النواة . ويمثل هذا الانحلال بما يلي :

http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/nashat/e.gif
أو
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/nashat/beta.gif



وينطلق مع الالكترون جسيم لا يمتلك شحنة وكتلته تقارب الصفر ويسمى "ضديد النيوترينو"
[لا يمكن الكشف عنه] ويزداد العدد الذري للنواة بمقدار 1 مما ينتج نواة جديدة .
وكمثال على ذلك ذرة البورون -12 تطلق -b لتتحول إلى ذرة كربون :
كما في الشكل المجاور.

ويمكنك ملاحظة ما يلي :

1) عدد النيكلونات وعدد البروتونات متساوٍ في الطرفين

عدد النيكلونات 12 = 12 + 0 + 0

عدد البروتونات 5 = 6 – 1 + 5



2) يحدث b للأنوية التي تقع فوق الخط المتصل والتي يكون فيها عدد النيوترونات أكبر من
عدد البروتونات .

مهند
01-09-2012, 02:16 PM
. باعثات بيتا +b :
ينطلق في هذا الانحلال بوزيترون الذي يحمل نفس كتلة الإلكترون ومقدار شحنة الإلكترون إلا أنه
جسيم موجب . وهو ضديد الإلكترون ويرمز له http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/nashat/e1.gif وينطلق أيضاً النيوترينو
[جسيم شحنته صفر وكتلته صفر].

تحول ذرة النيتروجين -12 إلى ذرة الكربون -12 بإطلاق + b حسب الشكل .





وينطبق على المادلة ما يلي :
1- عد النيوكليونات وعدد البروتونات متساوٍ في الطرفين .

12 = 12 + 0 + 0

7 = 6 + 1

3- يحدث للأنوية التي تكون فيها نسبة عدد النيوترونات إلى عدد البروتونات صغيرة جداً .



http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/diam1.gif صيد الإلكترون :

ويحدث عندما يكون عدد النيوترونات إلى عدد البروتونات صغير جداً وتعمل النواة على صيد
الكترون يحوّل البروتون إلى نيوترون .

مثال : تحول البريليوم إلى ليثيوم :

مهند
01-09-2012, 02:19 PM
التفاعلات النووية



اذا حدث تفاعل لذرة عنصر معين ، ولم تلعب الالكترونات دوراً فيه ، وأدى هذا التفاعل إلى تغيير عدد
نيوكليونات النواة ، فإن هذا التفاعل يسمى تفاعلاً نووياً واذا تغيّر العدد الذري للعنصر خلال هذا التفاعل ينتج عنصراً جديداً ، أما اذا تغيّر العدد الكتلي للعنصر فينتج نظيراً للعنصر الداخل في التفاعل وبذلك يكون التفاعل النووي : " هو التفاعل الذي يغيّر النواة " .

وقد يتم التفاعل النووي لعنصر معين بدون مؤثر خارجي وقد تحدثنا عن هذا النوع في الفصل السابق
والذي يسّمى "النشاط الاشعاعي الطبيعي " .
وقد نقوم نحن باستحداث مؤثرات خارجية وفي هذه الحالة يسمّى التفاعل باسم " التفاعل النووي الاصطناعي " .

http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/bull6.gif حاجز الجهد النووي : Nuclear Potential Barrier
لاحداث تفاعل نووي بين نواتين ، لابد من تقريبهما من بعضهما غلى مسافة يبدأ عندها تأثير النوى النووية ، ولذلك يتم تسريع احداهما لاكسابها طاقة حركية كافية تمكّنها من الاقتراب من النواة الأخرى والتغلب على قوى التنافر الكهرسكونية بينهما . فاذا قذف جسيم موجب الشحنة شحنة (القذفية) (ش1) باتجاه نواة ثقيلة (ش2) ، فان طاقة حركة الجسيم (ط ح) تتناقص تدريجياً نتيجة قوة التنافر بينه وبين النواة ، ولذلك تزداد طاقة الوضع (ط و) .

طو اذا ما أريد لهذا الجسيم أن يصل إلى جدار النواة ، فإنه ينبغي أن يمتلك طاقة

http://www.schoolarabia.net/images/modules/math/alkuto3-almkhrotia/1.gif
........
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/t1.gif

حيث نق : نصف قطر نواة الهدف




وتسمى هذه الكمية حاجز الجهد النووي :

والذي يعرف على أنه " أقل طاقة حركية للقذيفة تمكنها من بلوغ جدار الهدف " ويحسب من العلاقة (1) .




ومما سبق نستنتج ما يلي :

1) لاحداث تفاعل نووي يجب أن تكون الطاقة الحركية للقذيفة أكبر من أو تساوي حاجز الجهد النووي حتى تتمكن القذيفة من الوصول إلى جدار النواة ويستحيل حدوث التفاعل اذا كانت الطاقة الحركية للقذيفة أقل من حاجز الجهد النووي .



2) يتناسب حاجز الجهد النووي تناسباً طردياً مع العدد الذري لكل من القذيفة والهدف وبذلك يصبح التفاعل النووي أكثر صعوبة كلما زاد العدد الذري للهدف أو القذيفة .



3) أفضل القذائف هي النيوترونات لأنها لا تحمل شحنة كهربائية ، وبذلك يكون حاجز الجهد النووي للتفاعل مساوياً للصفر لأنه لا يوجد بينه وبين الهدف قوة تنافر .



http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/diam1.gif ومن القذائف النووية المستخدمة بالاضافة للنيوترونات ، البروتون ( http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/h1.gif ) والديوترون

(http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/h2.gif)( والهيليوم ( http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/he3.gif ) وجسيمات ألفا ( http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/he44.gif) .



التفاعل النووي الاصطناعي :
كان رذفورد أول من أجرى تفاعل نووي صناعي في العام 1919 ، حيث قذف نوى النتروجين http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/n17.gif بجسيمات ألفا فينتج من هذا التفاعل نوى اكسجين http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/o.gif وبروتونات حسب المعادلة الآتية

http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/t3.gif

وتخضع هذه المعادلة النووية للمبادئ التالية :

1) مبدأ بقاء الشحنة : أي أن مجموع الأعداد الذرية للمواد المتفاعلة يساوي مجموعة الأعداد الذرية
للمواد الناتجة من التفاعل .

2) مبدأ بقاء العدد الكتلي : أي أن عدد النيوكليونات الداخلة في التفاعل يساوي عدد النيكليونات
الخارجة التفاعل .

3) قانون حفظ (الطاقة – الكتلة) : فقد وجد أن هناك فرقاً ملحوظاً بين مجموع كتل المواد المتفاعلة ، ومجموع كتل المواد الناتجة من التفاعل النووي . وهذا الفرق في الكتلة يظهر في صورة طاقة بحسب مبدأ تكافؤ (الكتلة – الطاقة) لاينشتين . أي أن :

مجموع كتل وطاقات المواد المتفاعلة = مجموع كتل وطاقات المواد الناتجة .

4) مبدأ حفظ الزخم .


واذا رمزنا للطاقة الناتجة من التفاعل النووي بالرمز (ط) فانه يمكن أن نكتب تفاعل رذرفورد على
الشكل التالي :
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/t4.gif

واذا كانت النواة الهدف ساكنة فان القذيفة يجب أن تمتلك (ط ح) كافية للتغلب على حاجز الجهد
النووي ، لاحداث التفاعل النووي .

http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/diam4.gif أما الطاقة الناتجة تتوزع بين النواة المتبقية والجسيم المنبعث على شكل طاقة حركية لكل منهما فاذا :
1) اذا كانت ط > 0 ، فإن التفاعل النووي يتم ويكون منتجاً للطاقة اذا كانت ط < طح ، في حين يكون ماصاً للطاقة اذا كانت ط > طح .
2) اذا كانت ط < 0 (أي سالبة) ، فان التفاعل لا يتم ، لأن (طح) للقذيفة لا تكون كافية وفي هذه الحالة ينبغي زيادة قيمتها اذا أريد للتفاعل أن يتم .

وباعتبار تفاعل رذرفود ولحساب الطاقة الناتجة من التفاعل :
مجموع (الطاقة – الكتلة) للمواد الداخلة في التفاعل – مجموع (الطاقة – الكتلة) للمواد الخارجة من
التفاعل .
) + ط http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/h1.gif ) + كتلة ( http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/o.gif ) = كتلة ( http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/n17.gif ) + كتلة ( http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/he44.gif ) + كتلة ( http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/he44.gif طاح (
4.0039 + 0.0083 + 14.0075 = 17.0045 + 1.0081 + ط .
ط = 0.0071 و . ك . ذ
= 0.0071 × 931 = 6.6 مليون الكترون فولت .
) وبذلك نستنتج أن هذا التفاعل ماص للطاقة . http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/he44.gif
ويلاحظ أن ط > طح (


أما من الأمثلة على التفاعلات المنتجة للطاقة .
http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/t6.gif

بتطبيق مبدأ حفظ (الطاقة – الكتلة) على التفاعل نجد أنّ :

) + ط http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/n1.gif ) + كتلة ( http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/c12.gif ) = كتلة ( http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/be.gif ) + كتلة ( http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/he.gif ) + كتلة ( http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/he.gif طاح (
0.0057 + 4.0039 + 9.0150 = 12.0039 + 1.0089 + ط .
ط = 0.0118 و . ك . ذ
= 0.0118 × 931 = 11 مليون الكترون فولت .
) ويكون هذا التفاعل تفاعلاً منتجاً للطاقة . http://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/nuclear_im/he.gif وهنا ط < طح (