أسس النشاط الإشعاعي



النشاط الإشعاعي
الفصل الأول : أسس النشاط الإشعاعي
أكتشاف بيكرل النشاط الإشعاعي كان بمحض الصدفة حيث لاحظ في أحدي تجاربه أن المواد التي تحتوى أملاح اليورانيوم تؤثر علي الألواح الفوتوغرافية الموضوعة داخل مغلف سميك من الكرتون الأسود  في مكان محكم و سميت هذه الظاهرة[ بالنشاط الإشعاعي].               1                                                       1
* الشحنة الموجبة داخل النواة تسمى بالبروتونات [ pٍ]  * و الشحنة المتعادلة تسمى بالنيترونات[    n]
                                                     1                  عدد   كتلي                          0
العنصر الكيميائي يرمز له بالرمز                                  [        x         ]
                                                                         عدد ذرى 
العدد الذرى:
عبارة عن عدد الشحنات الموجبة داخل النواة (البروتونات )و يساوى عدد الشحنات السالبة (الالكترونات) ويكتب أسفل رمز العنصر.
2- العدد الكتلي
عبارة عن مجموع الشحنات الموجبة [البروتونات]و الشحنات المتعادلة (النيترونات) و يكتب أعلي العنصر
مثال:
  =  12 العدد الكتلي
                     C  بروتونات= [6  ]  وهي العدد الذرى         النيترونات  = 12-6=[6]
6   = العدد الذرى
شروط الاستقرار
1- أذا كانت عدد البروتونات الموجبة = عدد النيترونات المتعادلة 2- العدد الذري أقل من 84
3- الأنوية  الأكثر استقراراً  أذا كانت عدد البروتونات الموجبة = عدد النيترونات المتعادلة و زوجي لان كل 2بروتون و 2 نيترون يكونان مجموعة مستقرة.
العنصر المشع
هو ذلك العنصر التي تشع نواته إشعاعات معينة للوصول للاستقرار تطلق أنواع من الجسيمات أو تفقد جزء من طاقتها . 
خصائص العنصر المشع

 1- جميع مركباته مشعة 2- مشع في حالات المادة الصلبة و السائلة و الغازية
3- تصدر نواته نوعاً من الجسيمات 4- لا يتأثر معدل أشعاعه بالظروف الخارجية من ضغط و حرارة         
  5- عند انبعاث الجسيمات يتحول  من عنصر  لعنصر آخر.
مكونات الإشعاع النووي :
*لاحظ رذرفورد عند وضع ثلاثة ألواح من الاسمنت و الألمونيوم و الورق أن مكونات الإشعاع النووي     
 [ألفا- بيتا – جاما] تتفاوت في درجة اختراقها 1- النوع الأول يخترق الورق سمى[ألفا] 2- النوع الثاني يخترق الورق و الألمونيوم   سمى [بيتا] 3- النوع الثالث يخترق الورق و الألمونيوم و الاسمنت سمى [جاما] .
×××  لفحص الشحنة عرض الإشعاعات الثلاثة [ألفا- بيتا – جاما ] لمجال كهربائي و مغناطيسي لاحظ أن ألفا  و بيتا ينحرفان في اتجاهان متعاكسين مما يعنى أنهما مشحونتين بشحنتين مختلفتين ألفا موجبة و بيتا سالبة بينما جاما لا تتأثر مما يعنى أنها متعادلة كهربيا" [ غير مشحونة].

-الباعثات: أنويه تقوم بإطلاق جسيمات نووية للوصول للاستقرار ومثل  ألفا و بيتا و جاما
مكونات الإشعاع النووي [الباعثات]         4          
1- ألفا:  هي نواة ذرة هيليوم               [   He         ]           تحتوي علي 2بروتون و 2 نيترون و تنطلق نتيجة الزيادة في عدد بروتونات في        2                أنويتها   مما  يؤدي لزيادة  قوة التنافر  عند خروجها من العنصر المشع يقل العدد الذرى 2 و العدد الكتلي 4 و تصبح النواة أكثر استقرارا".
مثال   :                
    238                                                234          4
      U                                                Th        + ألفا        
      92                                                90             2           0                      
2- بيتا :  عبارة عن إلكترون  [   e]    تخرج من العنصر عند زيادة النسبة بين البروتونات و النيترونات عن      
                                     -1
1 و العدد الكتلي لا يتغير عند خروج بيتا من العنصر و العدد الذرى يزيد  بمقدار1.
مثال:                   0                                    14                      14
                                بيتا  [     e          ]         +    N                                        c                                    
                                                1-                       7                                           6
3- جاما :  تنطلق من النواة لتصبح النواة أكثر استقرارا"  أمواج كهرو مغناطيسية ليس لها شحنة أو كتلة
عند خروجها من العنصر لا يحدث تغير في العدد الذرى أو الكتلي .
 مقارنة بين ألفا و بيتا و جاما
جاما    بيتا     ألفا      وجه المقارنة
لا تتأثر         تتأثر   تتأثر   التأثر بالمجال المغناطيسي
أمواج كهرومغناطيسية         إلكترون B-1  الهليوم he     باعثات كل منها
لا تتأثر         الأكثر تأثراً    تتأثر   التأثر بالمجال المغناطيسي
عالية جداً       عالية   ضعيفة القدرة علي الاختراق

الخواص المشتركة ل ألفا – بيتا – جاما

1- لها القدرة على تأيين الغازات و جعل الغاز موصل للكهرباء2- تألق بعض المواد في الظلام عند سقوط ألفا – بيتا - جاما الأشعة عليها   3  - تؤثر كيميائيا" علي بعض المواد فتحلل أملاح الفضة و تأكسد بعض الفلزات 4- تحمل طاقة هائلة  5- تقلل من قدرة الأنسجة و وظائفها الحيوية 
النظائر:                                                                                     1     2         3
ذرات لها نفس العدد الذرى و تختلف في العدد الكتلي مثل نظائر الهيدروجين   H     H       H  .
*أخف نظائر الهيدروجين البروتونيوم   و أثقلها   التريتيوم                        1      1         1
*عدد النظائر المستقرة في المستقرة في الطبيعة 270و الغير مستقرة 50
النظائر المشعة: ذرات لها نفس العدد الذرى تقذف جسيمات و إشعاعات و عددها الذرى أكبر من 83.

فترة عمر النصف
عمر النصف : متوسط الزمن اللازم حتى ينحل النصف من عدد انويه العنصر المشع.

مثال: عينة من عنصر مشع تبقي 1\8 من الكمية الأصلية بعد 24 يوماً كم تكون فتره عمر النصف ؟

3 س = 24    إذا فترة عمر النصف   =  الفترة الكلية = 24   = 8 أيام
                                                    عدد الفترات     3
تطبيقات علي عمر النصف
1- تقدير عمر الأرض :
يعتقد أن اليورانيوم منذ نشأة الأرض فيحسب العمر الإشعاعي للأرض من خلال حساب عمر النصف للأرض   من خلال تعين النسبة بين اليورانيوم  المشع  و الرصاص الغير مشع معتمدين علي معرفة عمر النصف لليورانيوم   على فرض أن الرصاص موجود من الأصل و بذلك يتم  معرفة العمر للأرض.
المصادر الطبيعية للإشعاع
1- الكون [ الحوادث النجمية + التوهجات  الشمسية] 
المصدر الرئيسي  أ- حوادث النجوم  ب- التوهجات الشمسية تحدث 1 أو 2 كل 11 سنة  تقذف للأرض إشعاعات تتكون من  87   %  بروتونات و 11% ألفا والكترونات عالية الطاقة  لها قدرة عالية علي الاختراق  لا يمكن تجنب الأشعة الكونية.
2- إشعاعات القشرة الأرضية [الصخور + التربة]
تحتوى القشرة الأرضية عناصر مشعة مثل البوتاسيوم المشع و غيرة لذلك تعتبر القشرة مصدر للإشعاعات
3- الكائن الحي  [طعام +شراب + هواء]
تصل الأشعة الكائن الحي من خلال الشراب و الطعام من خلال التربة و من الهواء من الأشعة الكونية لذلك يعتبر الكائن الحي مصدراُ للأشعة.








أسس النشاط الإشعاعي

       مسرد المصطلحات
1- العدد الذري
عبارة عن عدد الشحنات الموجبة داخل النواة (البروتونات )و يساوى عدد الشحنات السالبة (الالكترونات)
2- العدد الكتلي
عبارة عن مجموع الشحنات الموجبة (البروتونات ) و الشحنات المتعادلة (النيترونات)
3- الأنوية المستقرة
نواة عدد البروتونات الموجبة يساوي عدد النيترونات المتعادلة ولا يزيد العدد الكتلي عن 84 و تكون أكثر استقرارا" أذا كان عددها زوجياً
4- الانوية غير المستقرة
أنويه عددها الذرى أكبر من 84 أو النسبة بين النيترونات المتعادلة و البروتونات الموجبة أكبر من 1
5- العنصر المشع
هو ذلك العنصر التي تشع نواته إشعاعات معينة للوصول للاستقرار تطلق أنواع من الجسيمات أو تفقد جزء من طاقتها
6-الباعثات
أنويه تقوم بإطلاق جسيمات نووية للوصول للاستقرار ومنها ألفا و بيتا و جاما
7- جسيمات ألفا
هي نواة ذرة هيليوم تحتوي علي 2بروتون و 2 نيترون و تنطلق نتيجة الزيادة في عدد بروتونات بعض الأنوية  مما يؤدي لزيادة قوة التنافر
8- جسيمات بيتا
انطلاق إلكترون خارج النواة عندما تكون النسبة بين النيترونات و البروتونات كبيرة و يزداد العدد الذري بمقدار 1
9 – جسيمات جاما
موجات  كهرومغناطيسية عالية التردد ليس لها كتلة أو شحنة و غالبا" ما تصاحب انحلال العناصر المشعة
10- النظائر
ذرات لها نفس العدد الذري و تختلف في العدد الكتلي
11- النظائر المشعة
نظائر تقذف جسيمات أو إشعاعات وعددها الذرى أكبر من 83 وتتحول لعناصر اقل وزنا"
12- عمر النصف
متوسط الزمن اللازم حتى ينحل النصف من عدد انويه العنصر المشع
13- الأشعة الكونية
أشعة ناتجة عن الحوادث النجمية و التوهجات الشمسية تتكون من بروتونات و جسيمات ألفا و الكترونات ذات طاقة عالية
أسئلة الوحدة الرابعة الفصل الأول ص89- 90
س1 أذكر خصائص العنصر المشع ؟
1-جميع مركباته مشعة 2- مشع في حالات المادة الصلبة و السائلة و الغازية 3- تصدر نواته نوعا" من الجسيمات 4- لا يتأثر معدل أشعاعه بالظروف الخارجية من ضغط و حرارة5- عند انبعاث الجسيمات يتحول لعنصر أخر
س2 علل لما يأتي:
أ انحراف جسيمات ألفا و بيتا في اتجاهين متعاكسين عند فحص مكونات الإشعاع ؟
ج أ لاحتواء ألفا علي شحنة موجبة و بيتا شحنة سالبة تتنافر مع بعضها البعض للاختلاف الشحنة
ب نفاذية جسيمات بيتا  اكبر من جسيمات ألفا؟
ج ب لان ألفا تحتوي علي كتلة اكبر  و شحنات موجبة وسالبة فتفقد جزء من طاقتها عند اصطدامها بالمواد و تكون نفاذيتها اقل من بيتا ذات الكتلة الأقل و السرعة الأعلى و الشحنة الأقل .
ج نفاذية أشعة جاما اكبر من ألفا ؟
 ج -ج لأنها أشعه كهرومغناطيسية ليس لها كتله  فلا تفقد طاقتها عند دخولها المواد أو تتفاعل معها
د يعتبر الكائن الحي مصدراً من مصادر الإشعاع ؟
ج د لان الأشعة موجودة في طعامه و شرابها و غذائه و التربة التي يمشى عليها
هـ قدرة جسيمات ألفا علي التأين تفوق جسيمات بيتا ؟
ج هـ لأنها ذات شحنة سالبة وموجبة بينما بيتا ذات شحنة سالبة فقط و التأين التحول لشحنات سالبة و موجبة فتكون قدرة ألفا اكبر من بيتا
س3 قارن بين
جاما    بيتا     ألفا      وجه المقارنة
لا تتأثر         تتأثر   تتأثر   التأثر بالمجال المغناطيسي
أمواج كهرومغناطيسية         إلكترون B-1  الهليوم he     باعثات كل منها
لا تتأثر         الأكثر تأثرا"   تتأثر   التأثر بالمجال المغناطيسي
عالية جدا"     عالية   ضعيفة النفاذية


س4 أجب عن الأسئلة الآتية
أ – أحسب قيمة كل من البروتونات  و العدد الكتلي
1-  z=92               3- a=14     z = 7 

ب – حدد نوع الجسيمات في كل من المعادلات


س5 أذكر نوع الإشعاع الذي له الخواص الآتية
ا- شحنته موجبة [ألفا]
ب-أكثر أشعاع نافذ و مخترق[جاما]
ج- ينحرف بسهولة بواسطة المجال المغناطيسي[ بيتا]
د-موجات كهرومغناطيسية[جاما]
ه- الأقصر مدى في الهواء[ألفا]
و- لايتأثر بالمجال المغناطيسي[جاما]
س6:عينة من عنصر مشع تبقي 1\32 من الكمية الأصلية بعد 15 يوم من تحضيرها احسب عمر النصف لنظير المشع عن طريق الرسم ؟


إذاً 5س = 15 يوم    إذا فترة عمر النصف =   الفترة الكلية = 15 = 3 أيام
                                                              عدد الفترات     5
س7 أجب عن الأسئلة الآتية :

ا- ما نواتج النشاط الإشعاعي؟
ج ا ألفا و بتا و جاما
ب- ما خصائص الأشعة التي تصدر من مادة نشطة كاليورانيوم؟
1- لها القدرة على تأيين الغازات و جعل الغاز موصل للكهرباء2- تألق بعض المواد في الظلام عند سقوط الأشعة عليها3- تؤثر كيميائياً علي بعض المواد فتحلل أملاح الفضة و تأكسد بعض الفلزات
4- تحمل طاقة هائلة 5- تقلل من قدرة الأنسجة و وظائفها الحيوية

ج – وضح كيف تكون الأشعة الكونية مصدر من مصادر الإشعاع؟
لان مصدرها التوهجات الشمسية و الحوادث النجمية و الأشعة الناتجة لها القدرة علي الاختراق و لا يستطيع احد تجنبها
د- اشرح مستعيناً بالأمثلة كيف استخدم عمر النصف في حساب عمر الأرض؟
يعتقد أن اليورانيوم منذ نشأة الأرض فيحسب   العمر الإشعاعي للأرض من خلال حساب العمر النصف للأرض من خلال تعين النسبة بين اليورانيوم المشع و الرصاص الغير مشع معتمدين علي معرفة عمر النصف لليورانيوم على فرض أن الرصاص موجود من الأصل و بذلك يتم معرفة العمر للأرض.
أسئلة إضافية علي الوحدة الرابعة الفصل الأول
س1 احسب عدد البروتونات و النيترونات في كل مما يأتي
12
   C  بروتونات=6 والنيترونات   12-6=6
6

23
  Na البروتونات=11 و النيترونات=23-11=12
11


234
   U   البروتونات=92 و النيترونات = 234-92=142
92

س2 علل لما يأتى
أ - الذرات الأكثر استقراراً التي يكون عدد البروتونات و النيترونات زوجي؟
 ج- أ لأن كل زوج من البروتونات والنيترونات يكونان مجموعه مستقرة.
ب-إنطلاق أشعة ألفا من بعض انويه العناصر؟
ج ب بسبب الزيادة في عدد بروتونات الأنويه مما يؤدى لزيادة قوة التنافر و عدم استقرار الأنوية
ج – الأشعة الكونية لها القدرة العالية علي الاختراق ؟
ج جـ لأنها تحتوي علي الكترونات ذات طاقة عالية  
د – التريتيوم أثقل نظائر الهيدروجين؟
ج د لأنه يحتوى نفس العدد من البروتونات و لكن يزيد عنهم في عدد النيترونات

س3 أذكر خصائص أشعة جاما ؟
1- موجات كهرومغناطيسية 2- عالية التردد 3- ذات طاقة عالية 4- ليس لها شحنة أو كتلة
س4 أذكر مكونات الأشعة الكونية ؟
1- 87%بروتونات 2- 11% جسيمات ألفا 3- و الباقي الكترونات ذات طاقة عالية

س4-عينة من اليورانيوم تحتوي علي 32000 نواه فإذا كانت فترة عمر النصف لها 7 أيام كم يتبقى بعد 28 يوم ؟
32000           16000          8000          4000          2000                
يتبقى 2000 نواة بعد 28 يوم.


س5 – عينة من عنصر مشع تبقي 1\8 من الكمية الأصلية بعد 24 يوماً كم تكون فتره عمر النصف ؟


3 س = 24    إذا فترة عمر النصف   =  الفترة الكلية = 24   = 8 أيام
                                                    عدد الفترات     3
س6 حدد نوع الجسيمات في المعادلات الآتية

234                                                        234
1-            Th                           بيـــتـــا             +        P a                                                       
 90                91
      234                      234
2-      Pa                         U + بيـــتـــا
      91                          92

    238                                                239
3-    U  +                                  نيترون   U
      92                                                92

         1             2                         3
4-       H   +    H                           He + جــامــا     
         1            1                        2

س7 أكمل الفراغ

1- أذا كانت النسبة بين البروتونات و النيترونات في نواة عنصر اكبر من 1 يعتبر العنصر [غير مستقر]

2- الجسيمات التي لا تستطيع المرور من لوح الألمونيوم [ألفا]

3- جسيمات تحتوى علي بروتونين و نيترونان [ألفا]

4- أشعة كهرومغناطيسية عالية التردد [جاما]

5- جسيمات سرعتها تساوي سرعة الضوء [جاما]

6- ذرات متساوية في العدد الذري و مختلفة في العدد الكتلي [النظائر ]

7- عدد النظائر المستقرة في الطبيعة [270] و المشعة [50]

8- يحسب عمر الأرض بتعين النسبة بين [اليورانيوم ]و [الرصاص]

9- الأشعة الكونية تنتج من [التوهجات الشمسية ] و [الحوادث النجمية]

10- يستخدم لمعرفة زمن موت الأشخاص [الكربون المشع ]