الفیزیاء النوویة
) البنیة النوویة وبعض خصائص النواة (
X
15 م ، وقد دلت التجارب بعد ذلك على أن معظم النوى كروية الشكل - إن النواة كرة صغيرة لايتجاوز نصف قطرھا 10
تقريب ا ويمكن حساب نصف قطرھا من خلال العلاقة :
سؤال : احسب نصف قطر نواة الليثيوم .
الحل :
نلاحظ أن العدد الكتلي = 8
15-10 م × نق = 2,4
بعد تجارب العالم رذرفورد وأظھرت النتائج أن معظم نوى الذرات شكلھا كروي ، لذلك يمكن حساب حجم النواة من
حجم الكرة ) ح = 4 نق 3 ( وبتعويض نصف قطر النواة فإن حجم النواة يصبح :
ح = 4 ) ن ق ) ( ( 3
ح = 4 نق̥ 3 حجم النواة یعتمد فقط على العدد الكتلي
لحساب كثافة النواة نستخدم العلاقة المعروفة لحساب كثافة أي جسم وھي الكتلة مقسمومة على الحجم ، لكن نلاحظ بأن
كتلة البروتون تساوي تقريب ا كتلة النيوترون ، وھذا يمكننا من أن نحسب كتلة تقريبية للنواة حيث * كتلة النواة التقریبیة
العدد الكتلي * × تساوي كتلة البروتون
ث = الكتلة وإذا ع وضنا الكتلة التقريبية للنواة في العلاقة نجد :
أي أن ثنواة = كب × ثنواة = كب
نلاحظ أن جميع الكميات ثوابت ونستنتج أن * كثافة نوى العناصر جمیعها ثابتة ؛ لأن مكونات النواة نفسها للعناصر كلها.*
قياس نصف قطر النواة )حجمھا& كثافتھا (
) A ( نق = نق
1
3
15-10 م × نق : ثابت ويساوي 1,2
العدد الكتلي للنواة. : A
Li
8
3
A
) A ( نق = نق
1
3
) 2 ( 15-10 × نق = 1,2
π
3
π
1
3 A
3
A π
3
الحجم
A
A ن ق 3 π 4
3
4 نق 3
3
π
براء جابر 0781431041
~ 26 ~
براء جابر 0781431041
البراء في الفيزياء
فيزياء الكم
لو أردنا حساب كثافة أي نواة .
27-10 × ثنواة = 1,67
17 كغ/م 3
10 × ثنواة = 2,3
عرفنا أن النواة تتكون من نيوترونات متعادلة كهربائيًا ، وبروتونات تمتلك شحنات موجبة في حيز صغير جدًّا ، وتعلمنا
أن الشحنات المتشابهة تتنافر فكیف تعمل النواة على الحفاظ على تماسكها بالرغم من وجود قوة تنافر كهربائیة بین
البروتونات ؟؟
القوة النووية هي سبب تماسك النواة وتربط مكوناتها معًا ، فكل نيوكليونين متجاورين يتجاذبان بغض النظر عن شحنة أي
منهما سواء أكانا بروتونين أو نيوترونين أو بروتونًا و نيوترونًا ؛ وهذا یعني أن * البروتونات والنیوترونات تتجاذب
بفعل القوة النوویة بالإضافة إلى إلى تنافر البروتونات بفعل القوة الكهربائیة.*
* القوة النوویة : هي قوة تجاذب ذات مدى قصیر جدًّا تربط النیوكلیونات المتجاورة في النواة.
سؤال : بماذا تمتاز القوة النووية ؟.
1( مقدارھا كبير ومداھا قصير في حال كان النيوكليونين متجاورين.
15-10 م (. × 2( تكون أكبر ما يمكن بين نيوكليونين متلاصقين عندما يكون البعد بينھما ) 1,4
1تصبح قوة التنافر الكهربائیة بین بروتونین في نواة أكبر من القوة النوویة إذا زاد البعد بینهما إلى أربعة أضعاف *
15-10 م (. × المسافة ) 1,4
سؤال : تشكل النيوترونات في النواة عام لا مھ ما في استقرارھا ، ف سر ذلك.
لأن النيوترونات متعادلة كھربائ ي ا فتتأثر بالقوة النووية فقط.
عند تصنيف النوى تجريبي ا إلى مستقرة وغير مستقرة ، وتمثيل العلاقة بياني ا بين عدد البروتونات والنيوترونات للنوى
التي يقل عددھا الذري عن ) 83 ( نحصل على الشكل الآتي.
3)15-10 × 1,2 ( × 3,14 × 4
3
استقرار النواة
براء جابر 0781431041
~ 27 ~
براء جابر 0781431041
البراء في الفيزياء
فيزياء الكم
تشير النقاط إلى في الشكل إلى النوى غیر المستقرة وتظھر في نطاق ضيق يسمى نطاق الاستقرار.
من المنحنى نجد أن :
1( النوى المستقرة الخفيفة : ) 20 ( إما أن يكون عدد البروتونات
یساوي عدد النیوترونات ، أو عدد النیوترونات یزید عن عدد البروتونات.
)83 2( النوى المتوسطة المستقرة : يقع عددھا الذري ما بين ) 20
یكون عدد النیوترونات أكبر من عدد البروتونات دائ ما ، لهذا تبقى القوة
النوویة سائدة على القوة الكهربائیة.
3( النوى غيرالمستقرة : یزید أو یساوي عددھا الذري عن ) 83 ( ، تكون النوى غير مستقرة نظ را لكبر حجم النواة
ولأن النواة كبیرة الحجم تكون النیوكلیونات متباعدة عن بعضها البعض ، فتزداد قوى التنافر الكهربائیة بین بروتونات
النواة ، فتتغلب القوة الكهربائیة على القوة النوویة مهما بلغ عدد النیوترونات في النواة. ) حسب * 1 في الصفحة السابقة (
سؤال : نلاحظ انحراف نطاق الإستقرار نحو الأعلى مع زيادة العدد الذري في منحنى الإستقرار ، علل ذلك.
83 ( فإن عدد نيوتروناتھا يفوق لأن النوى المتوسطة والمستقرة التي يقع عددھا الذري ضمن المدى ) 20
عدد البروتونات فيھا ولذلك تبقى قوى الجذب سائدة على قوى التنافر الكھربائية في ھذه النوى مما يجعل ميل نطاق
الإستقرار أكبر من 1 فينحرف النطاق نحو الأعلى.
يمكن للكتلة أن تتحول إلى طاقة ، ويمكن أي ضا أن تتحول الطاقة إلى كتلة وفق ا للنظرية النسبية الخاصة للعالم أينشتاين
وتسمى المعادلة الآتية معادلة أينشتاين في تكافؤ ) الطاقة – الكتلة ( ، ويمكن حساب الطاقة المكافئة لمقدار من الكتلة
ك( : Δ(
س 2 × كΔ = ط
Z <
> Z >
# ملاحظة :
تع رفنا على دور النيوترونات وقلنا بأنھا مسؤولة عن استقرار النواة نلاحظ ھنا
في الحالتين ، أن عدد النیوترونات أكبر من عدد البروتونات فتكون القوة
النوویة السائدة ھنا ، وتقع نوى الحالة الأولى على الخط ) ( أما الثانیة
أنویتها تقع ضمن نطاق الاستقرار فوق الخط ) (.
Z = N
Z = N
> Z >
طاقة الربط النووية
ط : الطاقة بوحدة الجول
ك : الكتلة بوحدة الكيلوغرام Δ
س : سرعة الضوء في الفراغ
براء جابر 0781431041
~ 28 ~
براء جابر 0781431041
البراء في الفيزياء
فيزياء الكم
تبين ھذه العلاقة أنه يمكن الحصول على مقدارھائل من الطاقة من مقدار صغير جدًّا من الكتلة ؛ فالطاقة المكافئة لكتلة
1 و.ك.ذ ( تساوي ) 931,5 ( مليون إلكترون فولت ، ومن ھنا يمكن حساب الطاقة بوحدة إلكترون فولت المكافئة (
ك( مقيسة بوحدة )و.ك.ذ( حسب العلاقة : Δ( لكتلة
931,5 × كΔ = ط
سؤال : احسب الطاقة المكافئة لكتلة البروتون بوحدة المليون إلكترون فولت.
الحل :
931,5 ط = 938,3 مليون إلكترون فولت × 931,5 ط = 1,0073 × كΔ = ط
استطاع العلماء من تحديد كتل النوى وكتل مكوناتھا بدقة كبيرة عندما اخترعوا جھاز مطياف الكتلة ، ووجدوا فرق بين
كتلة النواة ومجموع كتل مكوناتھا.
لنفترض أن لدينا بروتون ا واح دا ونيوترون ا واح دا ، وأردنا تكوين نواة ديتيريوم منھما ، فإن كتلة مكونات نواة
الديتيريوم تحسب من العلاقة :
كن × + كب × = كمكونات
1,0087 × 1 + 1,0073 × كمكونات = 1
2,016 و.ك.ذ =
تبين في الأبحاث أن كتلة نواة الديتيريوم = 2,0136 و.ك.ذ ، والفرق في الكتلة بين النواة ومكوناتھا يحسب من خلال :
ك = كمكونات – كالنواة Δ
2,0136 – 2,016 =
0,0024 و.ك.ذ =
سبب وجود ھذا الفرق في الكتلة ھو أن ھذا الفرق یتحول إلى طاقة وفق معادلة أینشتاین في
تكافؤ ) الطاقة – الكتلة ( ، ووُجد أن كتلة النواة دائ ما تكون أقل من مجموع كتل مكوناتها وھذا المقدار من الطاقة يمثل
مقدار الطاقة الخارجیة التي یجب أن تز ود بها النواة لفصل مكوناتها عن بعضها نهائی ا وتسمى طاقة الربط النوویة.
يمكن حساب طاقة الربط النووية ) ط ر ( من خلال :
931,5 × ) 931,5 ط ر = ) كمكونات – كالنواة × كΔ = ط ر
931,5 × } كن ( – كالنواة × + كب × ( { = ط ر
H
2
1
N Z
كتلة البروتون = 1,0073 و.ك.ذ
كتلة البروتون = 1,0073 و.ك.ذ
كتلة النيوترون = 1,0087 و.ك.ذ
N Z
براء جابر 0781431041
~ 29 ~
براء جابر 0781431041
البراء في الفيزياء
فيزياء الكم
ويمكن حساب طاقة الربط النووية للنيوكليون الواحد من العلاقة الآتية :
طاقة الربط النووية لكل نيوكليون = طاقة الربط النووية
متى تكون النواة في العنصر مستقرة أكثر استقرارًا من نواة عنصر آخر ؟
كلما كانت طاقة الربط النووية لكل نيوكليون أكبر كانت النواة أكثر استقرارًا.
يوضح الشكل المجاور طاقة الربط النووية لكل نيوكليون مع العدد الكتلي للنوى المختلفة.
نلاحظ من المنحنى أن *النوى المتوسطة
80 ( لها أعلى طاقة ربط 50 (
نووية لكل نيوكليون ، وهذا یجعلها أكثر
استقرارًا من غیرها ، ويبين المنحنى أن
القيمة العظمى لطاقة الربط النووية لكل
نيوكليون ) 8,8 ( مليون إلكترون فولت لكل
نيوكليون ، تكون نواة الحديد إحدى
النوى المتوسطة.
*أما النوى الخفیفة ) 50 ( فإن طاقة
الربط النووية لكل نيوكليون فيها تكون أقل
بالنسبة إلى النوى المتوسطة ، لذلك یمكنها
الإندماج لتكوین نوى كتلتها أقرب إلى كتلة نواة الحدید لتصبح أكثر استقرارًا ، وينتج عن ذلك تحرر طاقة بمقدار معين.
*النوى الثقیلة ) 80 ( تكون طاقة الربط النووية لكل نيوكليون فيها أقل بالنسبة إلى النوى المتوسطة ؛ لذلك یمكنها
الانشطار لتكوین نواتین أكثر استقرارًا ، كتلة كل منهما أقرب إلى كتلة نواة الحدید ، ويرافق ذلك مقدار محدد من الطاقة.
بإختصار : النوى الثقيلة تميل للإنشطار النووي لتصبح النوى الناتجة قريبة من كتلة نواة الحديد لتصبح أكثر استقرارًا
والنوى الخفيفة تميل للإندماج النووي لتكوين نواة كتلتها أقرب لكتلة نواة الحديد لتصبح أكثر استقرارًا .
3-10 كغ ( من المادة إلى طاقة بوحدة الجول ثم بوحدة مليون إلكترون × سؤال : احسب الطاقة الناتجة من تحويل ) 1
فولت.
الحل :
10 × 3( × 3- س 2 ط = 10 × كΔ = ط
10 × 2 ط = 9 ) 8
13 جول
10 × ط = 9
10 × 13 ط = 5,6
26 مليون إلكترون فولت
العدد الكتلي
56
26
Fe
> A >
> A
< A
19-10× 1,6
براء جابر 0781431041
~ 30 ~
براء جابر 0781431041
البراء في الفيزياء
فيزياء الكم
سؤال : احسب لنواتي البوتاسيوم واليورانيوم ما يأتي :
أ( طاقة الربط النووية علمًا بأن كتلة نواة البوتاسيوم ) 38,9637 و.ك.ذ ( وكتلة نواة اليورانيوم ) 235,0439 و.ك.ذ (.
ب( طاقة الربط النووية لكل نيوكليون.
الحل :
20 = 19 – 39 = ، *لنواة البوتاسيوم : = 19
931,5 × } كن ( – كالنواة × + كب × ( { = ط ر
931,5 × } 38,9637 – ) 1,0087 × 20 + 1,0073 × ط ر = } ) 19
ط ر = 325,09 مليون إلكترون فولت.
143 = 92 – 235 = ، *لنواة البوتاسيوم : = 92
931,5 × } كن ( – كالنواة × + كب × ( { = ط ر
931,5 × } 38,9637 – ) 1,0087 × 143 + 1,0073 × ط ر = } ) 92
ط ر = 1743,58 مليون إلكترون فولت.
نلاحظ أن طاقة الربط النووية لنواة اليورانيوم أكبر منها لنواة البوتاسيوم ، لكن الذي يحدد الاستقرار هو طاقة الربط
النووية لكل نيوكليون ، وحسابها كالتالي :
8,34 مليون إلكترون فولت. = طاقة الربط النووية لكل نيوكليون ) البوتاسيوم ( = طاقة الربط النووية = 325,09
7,42 مليون إلكترون فولت. = طاقة الربط النووية لكل نيوكليون ) اليورانيوم ( = طاقة الربط النووية = 1743,58
** بما أن طاقة الربط النووية لكل نيوكليون في نواة البوتاسيوم أكبر هذا يعني أن نواة البوتاسيوم أكثر استقرارًا من نواة
اليورانيوم.
سؤال : إذا علمت أن كتلة نواة الأكسجين تساوي ) 15,9949 و.ك.ذ ( ، وكتلة نواة الفضة
106,9051 و.ك.ذ ( ، بيّن أي النواتين أكثر استقرارًا رياضيًّا. (
N Z
K
39
19
U
235
92
كتلة البروتون = 1,0073 و.ك.ذ
كتلة النيوترون = 1,0087 و.ك.ذ
N Z
N Z
N Z
العدد الكتلي 39
العدد الكتلي 235
O
16
8
Ag
107
47
البراء في الفيزياء
فيزياء الكم
يوجد في الطبيعة نوى مستقرة ونوى غير مستقرة ، وقلنا بأن العناصر التي يزيد عددها الذري عن ) 83 ( غير مستقرة
وللوصول لحالة الاستقرار تتحول النواة إلى نواة أخرى عن طریق التخلص من جزء من طاقتها على شكل إنبعاث
إشعاعات فتتغیر مكونات النواة وتوصف بأنها مشعة.
سؤال : ما هو مصدر الإشعاع في ظاهرة النشاط الإشعاعي ، ثم وضح ما المقصود بالنشاط الإشعاعي ؟
أن النوى غير المستقرة لتصل إلى حالة الاستقرار تقو بالإضمحلال من نوى إلى أخرى ويصاحب هذا الإضمحلال
انبعاث اشعاع.
النشاط الإشعاعي : عملیة الإنبعاث التلقائي للإشعاع من النوى غیر المستقرة.
سؤال : في اضمحلال الأنوية يجب أن تتحقق أربعة مبادئ لحفظ الكميات الفيزيائية ، اذكرها موضحًا معناها.
1( مبدأ حفظ العدد الذري : مجموع الأعداد الذرية للنواتج يساوي العدد الذري لنواة الأم.
2( مبدأ حفظ العدد الكتلي : مجموع الأعداد الكتلية للنواتج يساوي العدد الكتلي لنواة الأم.
3( مبدأ حفظ الزخم الخطي : الزخم الخطي للنوى والجسيمات المتفاعلة أو المضمحلة يساوي الزخم الخطي للنوى
الجسيمات الناتجة من التفاعل و الاضمحلال.
4( مبدأ حفظ ) الطاقة – الكتلة ( : مجموع الطاقة والكتلة للنوى والجسيمات المتفاعلة أو المضمحلة يساوي مجموع
الطاقة والكتلة للنوى والجسيمات الناتجة من التفاعل.
*يتألف الإشعاع المنبعث من نوى العناصر المشعة من ثلاثة أنواع وهي :
.) α ( 1( أشعة ألفا
سنقارن بين هذه الإشعاعات ونتعرف على الإختلافات ما بينها وما هي أصلًا :
γ أشعة غاما β دقائق بيتا α أوجه المقارنة / نوع الإشعاع دقائق ألفا
الطبيعة جسيمات جسيمات فوتونات ) أشعة
كهرومغناطيسية (
الشحنة موجبة إما سالبة ) الإلكترون (
إما موجبة ) البوزيترون (
لا شحنة لها
الكتلة كبيرة جدًّا تساوي كتلة الإلكترون وأقل
من كتلة ألفا
لا كتلة لها
القدرة على النفاذ قليلة كبيرة / أكبر من ألفا وأقل
من غاما
كبيرة جدًّا
السرعة قليلة عالية / أسرع من ألفا وأقل
من غاما
الأسرع / سرعة الضوء
القدرة على التأيين كبيرة نسبيًا متوسطة / أقل من ألفا قليلة جدًّا / أقل تأين
النشاط الإشعاعي
.) γ ( 3( أشعة غاما .) β ( 2( أشعة بيتا
براء جابر 0781431041
~ 32 ~
براء جابر 0781431041
البراء في الفيزياء
فيزياء الكم
.) α ( أولًا : اضمحلال ألفا
هي دقائق موجبة الشحنة يتكون الجسيم الواحد من بروتونين و نيوترونين ، لذا فهي نوى ذرات الهيليوم .
- تمتاز دقائق ألفا بقدرتها العالية على تأيين ذرات المادة التي تصطدم بها ، علل.
- تكون قدرة دقائق ألفا قدرتها قليلة على النفاذ ، علل.
* بسبب كبر كتلتها وكبر شحنتها وهذا يجعل احتمال تصادمها مع ذرات المادة كبيرًا عند مرورها في المادة.
* لأن دقائق ألفا تفقد معظم طاقتها في التأيين.
# ما التغيرات التي تطرأ على النوى عندما تبعث دقائق ألفا ؟
"يقل عددها الذري بمقدار ) 2 ( ويقل عددها الكتلي بمقدار ) 4 ( أي تفقد بروتونين و نيوترونين ، وتنتج نواة جديدة أكثر استقرارً ا."
نلاحظ أن مجموع الأعداد الكتلیة للنواتج تساوي العدد الكتلي للنواة المشعة.
نلاحظ أن مجموع الأعداد الذریة للنواتج تساوي العدد الذري للنواة المشعة.
) یعد مبدأ حفظ العدد الذري صورة من صور حفظ الشحنة (
یجب أن یكون مجموع الطاقة والكتل للنوى والجسیمات الناتجة من التفاعل أو الاضمحلال مساویًا لمجموع الطاقة
والكتل للنوى والجسیمات المتفاعلة.
یجب أن یكون الزخم الخطي للنوى والجسیمات المتفاعلة یساوي الزخم الخطي للنوى والجسیمات الناتجة من التفاعل.
ويتضح هذا من خلال المعادلة النووية الآتية :
.) β ( ثانیًا: اضمحلال بیتا
وبوزیترونات لها نفس خصائص الإلكترون إلا أنها شحنتها ) β- ( هي إلكترونات سالبة الشحنة وتسمى بيتا السالبة
. ) β+ ( موجبة تسمى بیتا الموجبة
*انبعاث بيتا السالبة يكون في الأنوية غير المستقرة فوق خط منحنى الاستقرار والتي يكون فيها حيث يزيد عدد
النيوترونات عن البروتونات بعدد قليل.
* انبعاث بيتا الموجبة يكون في الأنوية غير المستقرة تحت خط منحنى الاستقرار والتي يكون فيها .
- يعبر عن الإلكترونات ويعبر عن البوزيترونات .
*تمتاز أشعة بيتا بعدة خصائص ، اذكرها.
1( تنتقل بسرعة عالية. 2( شحنتها وكتلتها صغيرة. 3( قدرتها على التأيين قليلة في الأوساط التي تعبرها.
سؤال : علل ، قدرة أشعة بيتا على التأيين قليلة في الأوساط التي تعبرها.
ذلك يعود لصغر كتلتها فيكون مدى نفاذيتها كبيرًا.
He
4
2
نواة الأم ) المشعة(. : X
النواة الناتجة. : Y
يصاحب هذا الانبعاث فرق في
الكتلة يظهر على شكل طاقة
e e
0 0
+1 -1
Z < N
Z > N
فيزياء الكم
سؤال : فسّر ، كیف تبعث النواة إلكترونًا من النواة بالرغم من أنه لیس من مكونات النواة.
عندما يتحلل أحد نيوترونات النواة ينتج بروتون وإلكترون ، وبسبب صغر كتلة الإلكترون يكون الطول الموجي
المصاحب له كبيرًا مقارنةً بأبعاد النواة حسب فرضية دي بروي ، فتبعث النواة الإلكترون خارجها بينما البروتون ذو
الكتلة الكبيرة يبقى داخل النواة.
*انبعاث الإلكترون يصاحبه انبعاث جسيم آخر صغير مهمل الكتلة وغير مشحون يسمى ضدید النیوترینو ، يمكن
التعبير عن تحلل النیوترون بالمعادلة الآتية :
سؤال : فسّر ، كیف تبعث النواة بوزیترونًا من النواة بالرغم من أنه لیس من مكونات النواة.
عندما يتحلل أحد بروتونات النواة ينتج نيوترون وبوزيترون فتبعث النواة البوزيترون خارجها بسبب صغر كتلته ويكون
الطول الموجي المصاحب له كبيرًا ، ويبقى النيوترون داخل النواة.
*يصاحب انبعاث البوزيترون دائمًا جسیم صغیر مهمل الكتلة غیر مشحون یسمى النیوترینو ، يمكن التعبير عن تحلل
البروتون بالمعادلة الآتية :
# ما التغيرات التي تطرأ على النوى عندما تبعث دقائق بيتا السالبة ؟
عدد نیوترونات النواة یقل بمقدار ) 1 ( نتيجه تحلله ، ويزداد لذلك عدد البروتونات بمقدار ) 1 ( ، أي یزداد العدد الذري
بمقدار ) 1 ( بينما العدد الكتلي يبقى ثابتًا ، وتنتج نواة جديدة أكثر استقرارًا ويعبر عن هذا التحول )اضمحلال بیتا السالبة(
بالمعادلة النووية الآتية :
ومثال على اضمحلال بيتا السالبة اضمحلال نواة نظير الكربون إلى نواة النيتروجين حسب المعادلة النووية الآتية :
# ما التغيرات التي تطرأ على النوى عندما تبعث دقائق بيتا الموجبة ) البوزيترون ( ؟
یقل عدد بروتونات النواة بمقدار ) 1 ( نتيجة تحلله ، نتيجةً لذلك يزداد عدد
نيوترونات النواة بمقدار ) 1 ( ، أي یقل العدد الذري بمقدار ) 1 ( بينما يبقى
العدد الكتلي ثابتًا ، وتنتج نواة جديدة أكثر استقرارًا ويعبر عن هذا التحول
)اضمحلال بیتا الموجبة( بالمعادلة النووية الآتية :
ومثال على اضمحلال بيتا الموجبة اضمحلال نواة نظير النحاس إلى نواة النيكل حسب المعاجلة النووية التالية :
ν
ν
بمقدار 1 A بيتا السالبة يزداد
بمقدار 1 A بيتا الموجبة يقل
جسيم النيوترينو ي ح ل مشكلة الطاقة
والزخم في التفاعل.
البراء في الفيزياء
فيزياء الكم
.) γ ( ثالثًا: اضمحلال غاما
أشعة غاما هي أشعة كهرومغناطيسة ) فوتونات ( ليس لها كتلة ولها طاقة عاليةً جدًّا.
*تمتاز بقدرتها العالية على النفاذ ، وتكون قدرتها على التأيين منخفضة جدًّا ويعود ذلك لأنها لا تمتلك شحنة.
سؤال : فسّر ، انبعاث أشعة غاما من أنوية العناصر.
عندما تبعث نواة ما دقائق ألفا وبيتا فإن النواة الناتجة تبقى مثارة في بعض الأحيان ؛ لأنها تمتلك طاقة زائدة عن الوضع
الطبيعي لها ، ولتستقر النواة تتخلص من هذه الطاقة باعثة أشعة غاما ولا يحدث أي تغيير في العددين الكتلي والذري
للنواة الباعثة.
يمكن التعبير عن اضمحلال غاما بالمعادلة النووية الآتية :
يمكن أن تصل النواة المشعة ) مثال الزرنيخ ( إلى حالة
الاستقرار بإنتاج نواة جديدة بإحدى الطریقتین :
1( تبعث النواة دقيقة بيتا السالبة طاقتها في مرحلة واحدة
2,97 مليون إلكترون فولت ( (
وتنتج نواة السيلينيوم في حالة الاستقرار حسب المعادلة :
2( تتم بمرحلتين تبعث نواة الزرنيخ دقيقة بيتا سالبة طاقتها
2,41 مليون إلكترون فولت ( فتنتج نواة السيلينيوم المثارة ، ولكي تصل لمرحلة الاستقرار تبعث أشعة غاما على (
هيئة فوتون طاقته ) 0,57 مليون إلكترون فولت (.
المعادلتين توضح ذلك :
: ) 84 = Z ، 210 = A ( سؤال : أي النوى الآتية تنتج عندما تضمحل نواة البولونيوم باعثة دقيقة ألفا
) Pb ، Pb ، Pb (
Pb : الجواب
Po Pb + He : حسب مبدأ حفظ العدد الذري والمعادلة توضح معادلة الاضمحلال
النواة المثارة. : X*
As
76
33
Se
76
34
Se* 76
34
Po
210
82 82 82
208 206
206
82
206
82 2
210 4
82
براء جابر 0781431041
~ 35 ~
براء جابر 0781431041
البراء في الفيزياء
فيزياء الكم
تضمحل النوى غير المستقرة تلقائيًّا في الطبيعة إشعاعًا نوويًا طبيعيًا ويكون مصدر هذا الإشعاع سلاسل الاضمحلال
الإشعاعي الطبیعي.
:: ما المقصود بسلاسل الاضمحلال الإشعاعي الطبیعي ؟
هي مجموعة التحولات المتتالية التلقائية التي تبدأ بنواة نظير مشع لعنصر ثقيل وتنتهي بنواة نظير مستقر لعنصر آخر.
عند كل تحول یصاحبه انبعاث دقائق ألفا أو بیتا ، ومن أشهر سلاسل الاضمحلال الإشعاعي الطبيعي :
سلسلة اليورانيوم تبدأ بنظير اليورانيوم ، وسلسلة الأكتينيوم تبدأ بنظير اليورانيوم ، وسلسلة الثوريوم تبدأ
بنظير الثوريوم .
كل سلسلة تسمى باسم العنصر الأطول عمرًا فيها ، وتبدأ هذه السلاسل بنواة نظير مشع وتنتهي جميعها بنواة أحد نظائر
الرصاص المستقر.
يمثل الشكل سلسلة اضمحلال الإشعاعي الطبيعي لنواة الثوريوم ، نلاحظ
من الشكل أن نواة نظير الثوريوم تبدأ بإشعاع دقيقة ألفا لتنتج نواة الراديوم
وتضمحل لنواة أكتينيوم وتبعث دقيقة بيتا السالبة ويستمر الاضمحلال
للنوى حتى يصل إلى نواة البزموث ، وتواجه النواة أكثر من
اضمحلال وتنتهي هذه السلسلة بنواة نظير الرصاص المستقر .
نلاحظ أيضًا من اضمحلالات سلسلة الثوريوم أنه ينبعث ) 6 ( دقائق ألفا
و ) 4 ( دقائق بيتا السالبة عبر أي مسار اضمحلال تم اخياره ، فيمكن
التعبير عن اضمحلالات هذه السلسلة جميعها بالمعادلة النووية الآتية :
نلاحظ أن مبادئ حفظ الكميات الفيزيائية الأربعة تحققت.
سؤال : تمضحل نواة اليورانيوم وفق المعادلة النووية الآتية :
؟ ) X ( للنواة الناتجة ) A ( 1( ما العدد الكتلي
؟ ) X ( للنواة الناتجة ) Z ( 2( ما العدد الذري
الحل : *مبدأ حفظ العدد الكتلي
A بيتا السالبة )) ضديد النيوترينو لا كتلة له (( A ألفا + 3 A 6 + XA = اليورانيوم
) 0 × 3 ( + ) 4 × 6 ( + XA = 238
214 = XA
الإشعاع النووي الطبيعي
238
92
U U
235
92
Th
232
90
Ra
Ac
Bi v
Pb
208
82
238
92
U
براء جابر 0781431041
~ 36 ~
براء جابر 0781431041
البراء في الفيزياء
فيزياء الكم
*مبدأ حفظ العدد الذري
Z بيتا )) ضديد النيوترينو لا شحنة له (( Z ألفا + 3 Z6 + XZ = اليورانيوم
) 1- × 3 ( + ) 2 × 6 ( + XZ = 92
83 = XZ
تكون النواة الناتجة
سؤال : تمر نواة البروتكتينيوم في إحدى سلاسل الاضمحلال الإشعاعي لتنتج نواة الرصاص كما في المعادلة :
حيث ) س ( : عدد دقائق ألفا المنبعثة ، ) ص ( : عدد دقائق بيتا السالبة المنبعثة أو عدد جسيمات ضديد النيوترينو
احسب قيم ) س ( و ) ص ( .
الحل :
*نطبق مبدأ حفظ العدد الكتلي لإيجاد قيمة ) س (
بيتا السالبة A ألفا + ص A الرصاص + س A = البروتكتينيوم A
) 0 × 4 ( + ) ص × 210 + ) س = 234
س = 6 دقائق ألفا.
*نطبق مبدأ حفظ العدد الذري لإيجاد قيمة ) ص (
بيتا السالبة Z ألفا + ص Z الرصاص + 6 Z = البروتكتينيوم Z
) 1- × 2 ( + ) ص × 6 ( + 82 = 91
ص = 3 دقائق بيتا السالبة.
وعدد ) X ( سؤال : من المعادلة النووية اللآتية التي تمثل جزء من سلسلة اضمحلال الإشعاعي جد عدد دقائق ألفا
.) Y ( دقائق بيتا السالبة
ما العدد الكتلي والذري للنواة الناتجة بعد سلسلة تحولات انبعث ، Th سؤال : تبدأ سلسلة اضمحلال الثوريوم بنواة
فيها ) 3 ( جسيمات ألفا وجسيمي بيتا .
X فإذا انبعث جسيمي ألفا وجسيمي بيتا لتنتج نواة جديد U سؤال : تبدأ سلسلة اضمحلال الأكتينيوم بنواة اليورانيوم
أجب عما يأتي :
.X 1( ما العدد الكتلي والذري لنواة العنصر
2( اذكر ثلاث مبادئ للحفظ تتحقق في اضمحلال جسيمات ألفا وبيتا.
.X أم نواة العنصر ، U 3( أيهما أكثر استقرارً ا نواة اليورانيوم
X
214
83
234
Pa
91
U X He + Y e + Pb
4
2
0
-1
206
82 232
90
235
92
92
235
إرسال تعليق