1234729512521617293434334345125216729

تركيب النواة والنشاطات الإشعاعية

تركيب النواة والنشاطات الإشعاعية
تركيب النواة والنشاطات الإشعاعية
إنه من مشاهداتك الحياتية ، حيث تسمع في نشرات الأخبار وغيرها عن الطاقة النووية وأنها ذات تدمير شامل ، كما أنك تسمع عن إستخدام الطاقة النووية في المجالات السلمية ، مثلاً في مجال الطب أو تحسين أنواع البذور الزراعية أو في توليد الطاقة الكهربائية أو في تحلية مياه البحر . فكيف تنتج هذه الطاقة الهائلة من النواة ؟
وكيف عملت هذه الطاقة على ديمومة الحرارة المتوهجة للشمس بشكل دائم ؟
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
تركيب النواة
درسنا في وحدة الفيزياء الذرية تركيب الذرة وأنها تتركب من جزأين رئيسيين هما :
النواة : تتركز فيها معظم كتل الذرة وشحنتها الموجبة (البروتونات).
الإلكترونات : تدور حول النواة وتتركز فيها الشحنة السالبة للذرة .     
ولكن مم تتركب النواة ؟
بعد اكتشاف ظاهرة النشاط الإشعاعي للمواد المشعة قامت عدة نظريات حول تركيب النواة  ومن هذه النظريات :
نظرية البروتون ـ إلكترون (e  ـ p )
افترضت هذه النظرية أن النواة تحتوي على عدد من البروتونات مساوٍ للعدد الكتلي للنواة وعدد من الإلكترونات مساوِ للفرق بين العدد الكتلي والعدد الذري للنواة.
 ولكن تطور البحوث العلمية أكدت عدم إمكانية وجود الكترونات داخل النواة (علل) لأنه وفقاً لميكانيك الكم لكل جسيم طول موجي محدد ، والطول الموجي للإلكترون  يزيد عن أبعاد النواة ( أي أن طول موجة الإلكترون أكبر من أن تحتويه النواة). وبالتالي فشلت هذه النظرية .
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
اكتشاف النيوترون:
توالت الجهود والنظريات التي درست تركيب النواة وقد أسهم اكتشاف النيوترون في معرفة تركيب النواة على يد العالم شادويك ، حيث أجرى تجربة في عام 1932م توصل من خلالها إلى أنه عند قذف جسم الفا على نواة بريليوم فإنه يتفاعل معها تفاعلاً نووياً مسبباً تفتت لنواة البريليوم إلى ذرة كربون وإنطلاق جسيم متعادل الشحنة (نيوترون) , والمعادلة الالية توضح ذلك:
             جسيم الفا  +  نواة بريليوم                      نواة كربون  +  نيوترون  + طاقة
            
س: اكتب المعادلة التي اكتشف العالم شادويك ـ من خلالها ـ النيوترون .     وزاري (2004ـ2005م)    
النيوترون : هو عبارة عن جسيم مادي متعادل الشحنة و له عدد كتلي = 1 ، وكتلته تساوي كتلة البروتون.
س: علل : يستخدم النيوترون كقذيفة مثالية لتحطيم النواة ؟
جـ: لأنه لا يحمل شحنة وبذلك لا يتنافر مع النواة .
نظرية البروتون ـ نيوترون (n  ـ p ):
بعد اكتشاف النيوترون ظهرت هذه النظرية والتي تنص على الآتي :
تتركب النواة من عدد من البروتونات الموجبة الشحنة والنيوترونات متعادلة الشحنة ، ويمثل عدد البروتونات والنيوترونات العدد الكتلي للنواة وتسمى كل من البروتونات والنيوترونات بالنيوكلونات.
استطاعت هذه النظرية تفسير مختلف الظواهر مثل: الظواهر الناتجة عن التفاعلات النووية سواءً النشاط الإشعاعي الطبيعي أو التفاعلات النووية الصناعية ،  وكذلك فسرت وجود نظائر للعنصر الواحد .
 النظائر: هي أنويه لنفس العنصر تتشابه في عدد البروتونات وتختلف في عدد النيوترونات. مثل وجود عدة نظائر لنواة ذرة الكربون وهي :              
                                                                  
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
النشاط الإشعاعي
تعريف النشاط الإشعاعي الطبيعي: هو عملية تحول تلقائي لأنويه العناصر الثقيلة الغير مستقرة (المشعة) إلى أنوية عناصر أخرى أكثر إستقراراً وذلك عن طريق انبعاث أشعة وجسيمات منها
مكتشفه: اكتشف ظاهرة النشاط الإشعاعي العالم بيكريل عام 1896م , عندما كان يجري بعض التجارب على أملاح اليورانيوم ولاحظ
            خاصية توهج هذه  الأملاح عند تعرضها للضوء.
*كما اكتشفت العالمة مدام كوري مع زوجها بيير كوري أهم العناصر المشعة وهو عنصر الراديوم  
النشاط الإشعاعي الطبيعي:
س:ما سبب حدوث النشاط الإشعاعي الطبيعي لبعض العناصر مع ذكر مثال على ذلك.
جـ: إن السبب في ذلك يرجع إلى اختلاف كبير في عدد النيوترونات عن عدد البروتونات داخل تلك الأنوية  ، وهذا الاختلاف الكبير يؤدي إلى عدم استقرار هذه الذرات ، فتميل إلى التخلص من هذه الزيادة في عدد النيوكلونات وذلك عن طريق انبعاث جسيمات وأشعة من هذه الأنوية .
على سبيل المثال: نواة ذرة الراديوم   سنجد أن عدد النيوترونات في نواته هو 138 نيوترون , بينما عدد البروتونات هو 88 بروتون فيكون الفرق بين عدد النيوترونات وعدد البروتونات هو  50 نيوترون ، وهذا الفارق الكبير  يسبب عدم استقرار النواة لأن النواة تميل بشكل طبيعي إلى أن يكون عدد البروتونات فيها مساوي لعدد النيوترونات .
س: ماذا يسبب الاختلاف الكبير في عدد النيوترونات والبروتونات في أنوية ذرات العناصر الثقيلة كاليورانيوم والثوريوم والبلوتونيوم والراديوم وغيره؟ وزراي
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
مكونات النشاط الإشعاعي : تمكن العلماء من دراسة ومعرفة النشاط الإشعاعي للمواد المشعة ، حيث وجد أنها تتكون من :
1ـ جسيمات الفا ( α )                   2ـ جسيمات بيتا ( β )                   3ـ أشعة جاما ( ȣ )
أولاً: جسيمات الفا ( α )
تعريفها: هي جسيمات مشحونة تتكون من أنوية ذرات الهليوم    وتحمل شحنة كهربية موجبة ضعف شحنة الإلكترون.
*كل نواة من أنوية ذرات الهليوم تحتوي على عدد 2 بروتون وعدد 2 نيوترون، أي أن عددها الذري هو 2 وعددها الكتلي 4
طبيعتها: أنها أنوية ذرات الهليوم
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
س: ماذا يحدث للأنوية المشعة عند انبعاث جسيمات الفا منها .
جـ : إن انبعاث جسيم الفا(α) من أنوية العناصر المشعة  يؤدي إلى نقص كتلة النواة ( العدد الكتلي ) بمقدار 4 ونقص شحنتها ( العدد الذري ) بمقدار 2  والأمثلة التالية توضح ذلك :
1)       تحول نواة عنصر الراديوم     عند انبعاث جسيم الفا (α) من نواته إلى غاز الرادون  الخامل ،
               والمعادلة التالية توضح ذلك:   راديوم   رادون + الفا               
2)      تحول نواة عنصر اليوارنيوم  عند انبعاث جسيم الفا (α) من نواته إلى ثوريوم .
               والمعادلة التالية توضح ذلك:   يورانيوم   ثوريوم + الفا                      
س: ما التغير الذي يحدثه انبعاث جسيم ألفا من نواة ( )  في عددها الكتلي. وزاري 2004ـ2005م
  ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
خواص جسيمات الفا (α):
1ـ هي أنوية ذرات الهيليوم
2ـ لها قدرة ضعيفة على اختراق الأجسام حيث يمكن لورقة أن تحجزها.
3ـ تنحرف عند مرورها في المجال الكهربي والمغناطيسي.
4ـ لها قدرة كبيرة على تأيين الغازات بسبب كبر كتلتها .
5ـ سرعتها أقل من سرعة الضوء بمقدار 1/10  .
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
ثانياً: جسيمات بيتا ( β ) :
 تعريفها: هي دقائق صغيرة مشحونة بشحنة سالبة او موجبة مساوية لشحنة الإلكترون .
 طبيعة جسيمات بيتا: إن جسيمات بيتا قد تكون ذات شحنة سالبة  وتسمى في هذه الحالة دقائق بيتا السالبة -β (الكترون) , أو تكون ذات شحنة موجبة وتسمى في هذه الحالة دقائق بيتا الموجبة +β (بوزيترون)
س: وضح كيف يمكن الحصول على كلاً من جسيمات بيتا السالبة وجسيمات بيتا الموجبة.  
جـ: تنتج جسيمات بيتا السالبة نتيجة لتحول النيوترون إلى بروتون والمعادلة التالية توضح ذلك :
 نيوترون بروتون + إلكترون +  نيوترينو مضاد (انتي نيوترينو)           
   وتنتج جسيمات بيتا الموجبة ( بوزيترون ) نتيجة لتحول البروتون إلى نيوترون والمعادلة التالية توضح ذلك :
                                                  
 بروتون نيوترون + بوزيترون + نيوترينو                                        
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
كما هو واضح من معادلة تحلل النيوترون أنه يظهر مع نواتج التحلل ما يسمى بالمضاد للنيوترينو ( أنتي نيوترينو ) وكذلك من معادلة تحلل البروتون أنه يظهر مع نواتج التحلل ما يسمى بالنيوترينو وكلاهما جسيمان صغيران جداً ومتعادلان كهربياً إلا أن الحركة المغزلية لكلاً منهما عكس الحركة للآخر.
·         تنبعث جسيمات بيتا السالبة من العنصر عند زيادة عدد النيوترونات ، بينما تنبعث جسيمات بيتا الموجبة عند زيادة عدد البروتونات
س : ما ذا يحدث للأنوية المشعة عند  انبعاث جسيمات بيتا منها ؟
جـ : إن انبعاث جسيم بيتا ( β ) من أنوية العناصر المشعة  يؤدي إلى زيادة العدد الذري للعنصر الناتج بمقدار واحد عن العنصر الأصلي بينما لا يتغير العدد الكتلي لكلا العنصرين . والمثال التالي يوضح ذلك
                                                                                          
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
خواص جسيمات بيتا ( β ):
1ـ أنها جسيمات دقيقة ومشحونة إما بشحنة موجبة أو سالبة
2ـ لها قدرة عالية على الاختراق للأجسام
3ـ تنحرف عند مرورها في مجال كهربي أو مجال مغناطيسي ، ولكن بزاوية أكبر من زاوية انحراف جسيمات ألفا
4ـ لها قدرة على تأيين الغازات التي تمر بها ولكن بدرجة أقل من تلك التي تمتلكها جسيمات ألفا                             
5ـ سرعتها تقترب من سرعة الضوء


ثالثاً : أشعة جاما ( ȣ )
تعريفها: هي عبارة عن موجات كهرومغناطيسية (فوتونات) ذات تردد عالي وطول موجي قصير جداً وسرعتها تساوي سرعة الضوء.
طبيعتها: موجات كهرومغناطيسية ذات طاقة عالية وطول موجي قصير.
ملاحظات:
1ـ تسمى أشعة جاما أحياناً بأشعة الموت (علل) لأنها أكثر مكونات النشاط الإشعاعي خطراً وفتكاً .
2ـ تصل طاقة أشعة جاما أحياناً إلى عشرة مليون (إلكترون فولت).
3ـ تنتج هذه الأشعة من أنوية عناصر مشعة عند فقدانها بعض الطاقة ، ويفسر ذلك بهبوط طاقة النواة إلى مستوى طاقة أدنى
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
س : ما ذا يحدث للأنوية المشعة عند  انبعاث أشعة جاما منها ؟
جـ : إن انبعاث أشعة جاما ( ȣ ) من أنويه العناصر المشعة لا يغير من عددها الكتلي أو عددها الذري لأنها تنتج من هبوط مستوى طاقة النواة 
    إلى مستوى طاقة أدنى فقط .
خواص أشعة جاما ( ȣ ):
1ـ أنها أشعة على شكل موجات كهرومغناطيسية
2ـ أنها متعادلة كهربائياً ( ليس لها شحنة) 
3ـ ذات طاقة وتردد عاليين وطول موجي قصير جداً
4ـ تكون فتاكة عند سقوطها على الأجسام وتتلف الخلايا الحية.
5ـ تمتلك قدرة عالية جداً على اختراق الأجسام ، أكبر من تلك التي تمتلكها جسيمات ألفا وبيتا.
6ـ لا تتأثر بالمجال الكهربائي أو المغناطيسي (علل) لأنها متعادلة كهربائياً
7ـ سرعتها تساوي سرعة الضوء
س: كيف تنتج أشعة جاما ؟ وما الخصائص التي تتميز بها؟ وبماذا كانت تسمى ؟ وزاري

س: علل لا تتأثر  أشعة جاما بالمجالين الكهربائي والمغناطيسي. وزاري (2004 ـ 2005م)


سجل إعجابك وشارك زملاءك لتصلكم مواضيعنا القادمة إن شاء الله تعالى
يمكنكم الإنضمام إلى الموقع من قائمة المتابعون في اليسار
  1. التدوينة التالية
  2. التدوينة السابقة
    blogger
    facebook
جارى التحميل ...

تابعنا على فيسبوك

تابعنا على تويتر

النشرة البريدية