الفصل الرابع عشر
TRANSCRIPT
الجزء الرابع
الفيزياء النووية : الفصل الرابع عشر مقدمة١-١٤
خصائص النواة ٢-١٤
استقرار النواة والقوى النووية ٣-١٤
طاقة الربط النووية ٤-١٤
النشاط اإلشعاعي الطبيعي ٥-١٤
التحلل اإلشعاعي بانبعاث جسيمات ألفا ٦-١٤
بيتا التحلل اإلشعاعي بانبعاث جسيمات ٧-١٤ التحلل اإلشعاعي بانبعاث اشعة جاما ٨-١٤
قانون التحلل اإلشعاعي ٩-١٤
عمر النصف الفيزيائي ١٠-١٤
الشدة اإلشعاعية ١١-١٤
التفاعالت النووية ١٢-١٤
التحول النووي بواسطة النيوترونات ١٣-١٤
خصائص النواة ٢-١٤
ترآيب النواه؛- أ (N)والنيوترونات(P)تحتوي النواة على عدد محدد من البروتونات -
بالنيوآلونات وتسمى أيضا -
بالنواة وآذلك (P)؛ يعبر عن عدد البروتونات (Z)العدد الذري -
بالذرة التي تكون متعادلة آهربيا (e) عدد اإللكترونات -
مجموع عدد النيوترونات والبروتونات : (A) العدد الكتلي-(A=N+Z)
........يرمز للعناصر المختلفة -
إلى ) Hالهيدروجين (١العناصر الطبيعية؛ يتراوح عددها الذري من -)Uاليورانيوم (٩٢
، تنتج بواسطة التفاعالت النووية Z> 92العناصر الصناعية؛ -
P
N
168
AZO X⇒
متعادلة -الذرة
النواة
: النظائر–ب
رونات نواة لنفس العنصر تحتوي على نفس عدد البروتونات ويختلف عدد النيوت-
ترونات نظائر أي عنصر لها نفس الخصائص الكيميائية، ألن لها نفس عدد االلك -.و تختلف خصائصها الفيزيائية ) الذريالترآيب (
10 115 5&Br Br
: (u).) ذ.ك.و( وحدة الكتلة الذرية –ج
.ذ.و. ك١٢ تساوي١٢-، أي ان آتلة ذرة الكربون١٢- من آتلة ذرة نظير الكربون١/١٢
1 u = 1.660566 x 10-27 kg
E= mC2الطاقة المكافئة لوحدة الكتلة الذرية - = 1u x C2
- = 1.660566 x 10-27 kg x (3x108 m/s)2
- = 0.149 x 10-9 j
- = 0.149 x 10-9 j / 1.6x10-19 j/MeV
- = 931.5 MeV
بروتوننيوترونالكترون
ذرة هيدروجين نواة هليوم١٢-ذرة آربون
13: حجم النواة–د 3
1 1153 30 1.2 10
A r r A
r r A x A
α α−
→
= =
3 30
4 4( )3 3
V r r A
mV
π π
ρ
= =
=
١٢V = 8.689 x 10-44- نواة ذرة الكربون- m3 & ρ = 2.3 x1017 kg/m3
ρ الماء - = 103 kg/m3
كونات النواة مضغوطة بمقارنة آثافة آل من الماء والنواة يتضح مدى آثافة النواة أي ان م -.جدا داخل النواة
:احسب عدد البروتونات والنيوترونات ونصف قطر لنوى النظائر التالية : ٦٢١ ص ١سؤال
18 56 126 200 2328 26 53 80 90, , , , A
ZO Fe I Hg Th X⇒
1 1153 30 1.2 10r r A x A−= =
6x10-15نصف القطر لنواة نظير هو : ٣سؤال m أوجد العدد الكتلي لهذه النواة؟ ،
31 1153 3
0 151.2 101.2 10
rr r A x A Ax
−−
⎛ ⎞= = ⇒∴ = ⎜ ⎟⎝ ⎠
: استقرار النواة٣-١٤) النيوآلونات( يعتمد استقرار النواة على قوى الجذب بين مكونات النواة -
روتونات، جاذبة بين مكونات النواة وهى أآبر من قوة التنافر الكهربية بين الب القوى النووية؛ قوى-:ويمكن تلخيص خصائصها بالنقاط اآلتية
يظهر أثرها عند المسافات القصيرة فقط، -
P:P & n:P يظهر أثرها بين آل النيوآلونات بالنواة أي بين - & n:n
. مرة٤٠ أآبر من القوة الكهربية داخل النواة بحوالي -
ال تعتمد على الشحنة الكهربية،-
)١٢- لذرة نظير الكربوننيوآلونحساب مقدار طاقة الربط لكل : ( طاقة الربط النووية٤-١٤
نيوترونات لذلك فأن آتلتها تساوي؛ ٦ بروتونات و٦ على ١٢- تحتوي ذرة الكربون-
( 6 x mp) + (6xmn)= 12.095646 u
M (C-12) = 11.996706 uولكن آتلتها الفعلية هى؛ -
والتي & ∆ m = 0.09894 u ويكون الفرق بين آتلة النواة ومجموع آتل مكونات النواة هو؛ -= m (u) C2∆= m (u) x 931.5∆ Eتساوي؛ ) طاقة الربط النووية(تكافئ مقدار من الطاقة
B.E./ A= 92.2 MeV/12= 7.68 MeV تساوي؛ نيوآلون طاقة الربط لكل -
وتنطلق مكونتها من البروتونات والنيوترونات لتصبح حرة فأنها ١٢- أي أن لكي تتفتت نواة الكربون-. التي تتحول إلى آتلة تضاف إلى آتل النيوآلونات لكي تصبح حرة MeV 92.2تحتاج إلى
( ) ( )( ) ( ) 2
. .( ) * * * ( ) *931.5( / )
. .( ) * * * ( ) * ( / )
AP e n Z
AP e n Z
B E MeV Z m Z m N m M X u MeV u
B E j Z m Z m N m M X kg C m s
⎡ ⎤= + + −⎣ ⎦⎡ ⎤= + + −⎣ ⎦
طاقة الربط النووية: .B.Eحيث؛
Z : عدد االلكترونات بالذرة(عدد البروتونات بالنواة(
N : عدد النيوترونات بالنواة
mp :آتلة البروتون
me :آتلة االلكترون
mn :آتلة النيوترون
M :آتلة الذرة
u :وحدة الكتلة الذرية
C :سرعة الضوء في الفراغ
MeV / j = 1.6 x 10-13
(j) الجولوآذلك بوحدة (MeV) حساب مقدار طاقة الربط النووية بوحدة مليون الكترون فولت -
: (B.E./A) نيوآلون طاقة الربط لكل •
- A<20 → B.E./A < 8 MeV
-A > 20 →B.E./A = 8 – 8.8 MeV
اآبر قيمة ، (A) بزيادة العدد الكتلي نيوآلون تزيد قيمة لطاقة الربط لكل - وذلك بسبب زيادة عدد A، ثم تقل بزيادة ٦٠ تكون عند العدد الكتلي لها
قوى البروتونات والنيوترونات أي زيادة قوى التنافر الكهربية التي تعاآس .النووية ) الجذب (الترابط
60الوزن الذري لنظير النيكل : ٦٢٢ ص ٥سؤال 28Ni (X) 59.930789هو u مكونات احسب آتلة
؟نيوآليوننواة هذا النظير؟ طاقة الربط لكل
(me=5.486x10-4 u, M(n)=1.008665 u, M(P)= 1.007825 u)
M(X)= [M(P) x Z] + [M(n) x (A-Z)]=[1.007825x28]+[1.008665x32]=…….u
∆m= M(X)- 59.930789=…..u
B.E= ∆m x 931.5=…….MeV
B.E/A نيوآليونطاقة الربط لكل
النشاط اإلشعاعي الطبيعي ٥-١٤
انبعاث اشعاعات بشكل طبيعي من العناصر المشعة مثل (اآتشف النشاط اإلشعاعي : م١٨٩٦عام -،)اليورانيوم
) نواة ذرة الهليوم( ان اإلشعاع الطبيعي هو أما جسيمات ألفا رذرفورداآتشف العالم : م١٨٩٩ عام -، آما هو )موجات آهرومغناطيسية (و أشعة جاما ) مثل االلكترون آتلتا وشحنتا (أو جسيمات بيتا /و
.....موضح بالرسم
: النقاط اآلتية رذرفورداوضح : م١٩٠٢عام -
النشاط اإلشعاعي ليس إال تحلال أو تفكك للنواة -
غير المستقرة والتي تتحول لنواة عنصر أخر،
يصبح تفكك أو التحلل اإلشعاعي لنواة ممكن -
اذا آتلة النواة أآبر من آتلتي النواة الناتجة عن
.التحلل وآتلة أي من جسيمات ألفا أو بيتا
:التحلل اإلشعاعي .... -١٤4 انبعاث جسيمات ألفا؛ - 4
2 2238 234 492 90 2
( ) ( )A AZ ZX Y He alpha Particle Q energy
U Th He Q
−−→ + +
→ + +
- Q ) طاقة التفكك( = [MX - (MY+Mα)](u) * 931.5 (MeV)
Q > 0شرط انبعاث جسيمات ألفا ان تكون -
توزع بين النواة الناتجة عن الطاقة المنبعثة والمصاحبة للتفكك اإلشعاعي بانبعاث جسيمات ألفا ت -
قل وجسيم ألفا الذي يستحوذ على معظم الطاقة المنبعثة حيث أن آتلتها ا (Y)التفكك اإلشعاعي
.Yبكثير من آتلة النواة
عدد النيوترونات انبعاث جسيمات بيتا؛ -
عدد البروتونات
تكون النواة غير مستقرة وتنبعث منها جسيمات بيتا عندما يحيد نسبة -
النيوترونات إلى البروتونات عن قيمة محددة آما هو موضح بالرسم
للنوى ١البياني، حيث ان نسبة استقرار النواة بالنسبة النبعاث بيتا هي ؛
. للنوى الثقيلة١٫٦& للنوى المتوسطة ١٫٢ & (A<40)الخفيفة
جسيم بيتا هو جسيم مصدرة النواة وله نفس شحنة وآتلة االلكترون، -
بة أو األثر االلكتروني تنبعث جسيمات بيتا السالبة عند زيادة عدد النيوترونات وبيتا الموج -
عند زيادة عدد البروتونات
: انبعاث جسيمات بيتا سالبة -
N → P + Β- )بيتا سالبة ( + v’ ) النيوترينوضد (
Q (MeV) - طاقة التفكك =[MX-(MY+Me)](u)*931.5
14 146 7C N υ−→ +Β +
: انبعاث جسيمات بيتا موجبة -P → N + Β+ )بيتا موجبة ( + v )النيوترينو (
13 137 6N C υ+→ +Β +
Q (MeV) - طاقة التفكك =[MX-(MY+Me)](u)*931.5
انبعاث جسيمات ألفا؛ -
238 234 492 90 2U Th He Q→ + +
- Q (MeV) - طاقة التفكك = [MX - (MY+Mα)](u) * 931.5
: انبعاث اشعة جاما -
بعد التفكك اإلشعاعي وانبعاث جسيمات ألفا أو بيتا، قد تحتوي النواة الناتجة من التفكك على طاقة
لكي تستقر . زائدة تكون النواة ة في حالة أثارةتتخلص النواة من الطاقة الزائدة بانبعاث أشعة
. جاما وهى موجات آهرومغناطيسية
: في التفاعالت النووية التالية (X)ما هو الجسيم المجهول : ٦سؤال
109 10948 47
4 14 17 12 7 8 1
113 11448 48 ?
X Cd Ag B
He N O X P
X Cd Cd
++ → ⇒
+ → + ⇒
+ → ⇒
111042
P
n
He
:علما بأن
→البروتون
→النيوترون
→جسيم ألفا
204) ٢٠٤-هل يمكن لنظير الرادون: ٨سؤال 86Rn)200) ٢٠٠- ان يتحلل إلى البولونيوم
84PO) بانبعاث علما بان جسيمات ألفا، وإذا آان ممكنا ما هى آمية الطاقة المتحررة؟
[M(Rn-204)=203.9923 u, M(Po-200)=199.98282u, M(He-4)= 4.002603 u) أي ان← Q > 0 لإلجابة على هذا السؤال البد من معرفة شرط انبعاث جسيمات ألفا وهو -
............ اذا آانت قيمة الطاقة أآبر من صفر فانبعاث جسيمات ألفا يكون ممكن، -
Q ) طاقة التفكك ( (MeV) = [MX - (MY+Mα)](u) * 931.5
=[M(Rn-204)-(Mpo-200+MHe-4)]*931.5
؟١٤-احسب اعلى طاقة لجسيمات بيتا سالبة المنبعثة من نظير الكربون : ٦٢٣ ص ٩سؤال
M(146C)=14.003242 u & M(14
7N)=14.003074 U & M (e)=
؟٣٧-احسب اعلى طاقة لجسيمات بيتا الموجبة المنبعثة من نظير البوتاسيوم : ٦٢٣ ص 10سؤال
M(٣٧١٩K)=36.973365 u & M(3718Ar)=36.966772 U& M (e)= u
Q (MeV) - طاقة التفكك =[MX-(MY+Me)] (u)*931.5
Q (MeV) - طاقة التفكك =[MX-(MY+ Me)] (u)*931.5
: قانون التحلل اإلشعاعي٩-١٤،)المشعة( لغير مستقرة (N) شدة لإلشعاعات المنبعثة من المادة المشعة تعتمد على عدد النوى -
كها في أي لحظة، عملية التحلل اإلشعاعي هى عملية احصائية أي ان آل نواة يحتمل تفك-
عدد النوى المحتمل تفككها إشعاعيا خالل وحدة الزمن -
0
o
N NN Nt t t
λ−Δ= =−
Δ −
0tN N e λ−= : قانون التحلل اإلشعاعي
t عدد النوى عند الزمن N: حيث
No عدد النوى عند الزمن to
λ ثابت التفكك
T1/2: عمر النصف الفيزيائي١٠-١٤
لتفكك نصف عدد النوى المشعة الزمن الالزم-
1/ 2
1/ 2
1/ 2
0
1/ 2 1/ 2
2122ln 2 0.693
To
T
T
N N e
e
eT T
λ
λ
λ
λ λ
−
−
=
=
== ⇒ =
1/ 2ln 2 0.693Tλ λ
= =
، ٢٢-من نوى نظير الصوديوم% ٨٠آم من الوقت تستغرق لكي يتفكك : ٧٢٣ ص ١١سؤال سنة؟٢٢نصف عمره الفيزيائي
1
1/ 2
0
0
0.693 0.693 ......22*365*24*60*60
ln
100ln80
t to
sT
NNN N e e tN N
t
λ λ
λ
λ
λ
−
− −
= = =
= ⇒ = ⇒ =
=
) النشاط اإلشعاعي( الشدة اإلشعاعية ١١-١٤
هو معدل الزمني للتفكك اإلشعاعي لمادة مشعة، -
to
to
dNR N N edt
R R e
λ
λ
λ λ −
−
= = =
=
- Ro معدل التفكك عند زمن t=0
:وحدة الشدة اإلشعاعية-
(Bq)بيكريل 3.7 x 1010= (Ci) آوري -
تفكك لكل ثانية = بيكريل -
حيث نصف عمره ٢٢٦-ما هى الشدة اإلشعاعية لجرام واحد من نظير الراديوم : ١٢ سؤال سنة؟١٦٢٢الفيزيائي
1
1/ 2
23
0.693 0.693 ......1622*365*24*60*60
.*. .
6.022 10 ( / ) 1( ) ....226( / )
R N
sTAvegadro No wtN
Mol Wtx atom mole g x g
g mole
λ
λ −
=
= = =
=
−= =
5.103x10-8 المشع آتلتها ٢٠٠-عينة من الذهب: ١٣سؤال kg ١٠٠٠ وشدتها اإلشعاعيةCi ،احسب نصف العمر الفيزيائي؟
23 8
1/ 21/ 2
.*. .
6.022 10 ( / ) 5.103 10 1000( ) ....200( / )
0.693 0.693
R NAvegadro No wtN
Mol Wtx atom mole g x x x g
g moleR
N
TT
λ
λ
λλ
−
=
=
−= =
=
= ⇒ =
: التفاعالت النووية ١٢-١٤4 14 18 17 12 7 9 8 1He N F O H⎡ ⎤+ → → +⎣ ⎦
مستقر مشعمستقر عملية تحول العناصر
ويمكن التعبير عن التفاعالت النووية بالمعادلة اآلتية -
x + X → Y + y
الطاقة المحررة تساوي -
Q (j) = [(Mx +MX)-(My+MY)] (kg) C2 (m/s)
Q (MeV) = [(Mx +MX)-(My+MY)] (u) 931.5
α + N → F → O + P ======= Q = - 1.19 MeV
تفاعل البد ان يكون الطاقة ونظرا ألن قيمة الطاقة المحررة المحسوبة سالبة فذلك يعني لحدوث ال -
يا أو أآبر من مجموع الكتل الحرآية لجسيم ألفا والتي ستتحول إلى آتلة ليصبح الطرف األيسر مساو
. في الطرف األيمن لكي يتم التفاعل
اج نظائر صناعية غير استخدمت المعجالت النووية لتسريع الجسيمات النووية وقذف النوى إلنت -
. موجودة بالطبيعة والتي قد تكون مستقرة أو مشعة
: التحول النووي بواسطة النيوترونات١٣-١٤
10 1
A AZ ZX n Y B−
++ → +
: األثر االلكتروني-P+e- ) الكترون مداري ( → N + v )النيوترينو (
Q (MeV) - طاقة التفكك =[(MX+me)-MY](u)*931.5