الوحيدي 6 في الفيزياء

Transcript

1 الوحيدي 6 في الفيزياء الفرع العلمي المستوى الثالث اوراق عمل في الفيزياء النووية إعداد ال تغين عن الكتاب املدرسي ابو اجلوج

2 )1 ) ) العالم رذرفورد : أ( وضع نموذجه للذرة : حيث افترض أن الشحنات الموجبة تتركز في النواة ب( اكتشف البروتون فعندما قذف غاز النيتروجين بجسيمات ألفا انبعثت جسيمات موجبة سماها بروتونات العالم شادويك : اكتشف النيوترون فعندما قذف صفيحة من البريليوم بجسيمات ألفا انبعثت جسيمات متعادلة كهربائيا سماها نيوترونات. وضع العلماء نموذج للنواة يفترض انها تتكون من نوعين من الجسيمات : بروتونات ونيوترونات عدد البروتونات العدد الذري ( ) Z عدد البروتونات + عدد النيوترونات عدد النيوكليونات العدد الكتلي ( ZX ) N Z + - Z N ) ز( ح( ط( معلومات عامة : أ( نظائر العنصر : هي ذرات نفس العنصر تتساوى في العدد الذري )Z عدد البروتونات ) وتختلف في العدد الكتلي ( عدد النيوترونات N( او عدد النيوكليونات ب( مثال على النظائر : نظائر الكربون 6C - 6 C - 6 C - 6 C ج( تتفاوت النظائر في نسبة وجودها في الطبيعة الجسيم الكتلة ( كغ ) الكتلة )و. ك. ذ( 7- د( يمكن الحصول عليها بشكل طبيعي او صناعيا البروتون ه( من الجدول نالحظ ان كتلة البروتون كتلة النيوترون النيوترون - 1- و( وحدة الكتل الذرية ( و. ك. ذ ) : هي وحدة قياس االلكترون الكتل النووية كتلة 1 6C 1 6C )5 أ( معادلة اينشتين في تكافؤ الكتلة- الطاقة ب( ج( د( : ط ك ط ك س ك ط ط ك س 91.5 e ش لحساب الطاقة بوحدة )و.ك.ذ ) لحساب الطاقة بوحدة لحساب الطاقة بوحدة ( (جول( للتحويل من جول الى ( e.v او ) Me.v ) e.v )6 o شكل النواة : كروي نصف قطر النواة : قن نق نق. كتلة 1 و. ك. ذ و. ك. ذ كغ كغ كتلة مقدارها 1 و. ك. ذ تكافئ طاقة مقدارها 91.5 مليون الكترون فولت يمكن تحويل المادة ( الكتلة ) الى طاقة حسب المعادلة o o عنصر يتناسب طرديا مع الجذر التكعيبي لعددها الكتلي حجم النواة يتناسب طرديا مع العدد الكتلي كالنواة تقريبية ك نيوترون كبروتون كالنواة o كثافة النوى متساوية )ثابتة( تقريبا بنية الذرة وخصائصها الكثافة ث كبروتون مجموع ك اذا كانت الكتلة بوحدة ( و.ك.ذ ) إذا كانت الكتلة بوحدة ( كغ غم ) اذا كانت الكتلة بوحدة ( و.ك.ذ ) م للعناصر الخفيفة نالحظ أن نصف قطر نواة أي ك نواة ح كبروتون ح π نق النواة مكونات النواة كبروتون + Z N كنيوترون النيوكليونات : العدد الكتلي العدد الذري هي الربوتونات والنيوترونات

3 حD ( الفصل السادس / الفيزياء النووية 7( تمتاز معظم نوى العناصر بان : ( كتلتها ثابتة تقريبا كثافتها ثابتة تقريبا حجمها ثابت تقريبا كثافتها متغيرة ) 1 6C ( اذا كان العدد الكتلي للنواة X8 أمثال العدد الكتلي للنواة Y فان النسبة بين كثافة النواة )X( الى كثافة النواة )Y( هي : 5 9U ) 8 1 قارن بين النواتين ام من حيث : الكثافة الكتلة الحجم متساويتان تقريبا في الكثافة وكتلة اليورانيوم وحجمه اكبر من الكربون الن الحجم والكتلة يتناسبان مع العدد الكتلي )8 )9 و( 7 10 (لديك عنصر االلمنيوم 1lاوجد : أ( عدد النيوكليونات 7 1 عدد البروتونات ب( عدد النيوترونات ج( مقدار شحنة النواة ش الجسم ن شe د( نق. نصف قطر النواة نق النواة ه( حجم النواة ح D نق النواة كولوم ) 10.6( π π نق النواة م 6 D 11 (احسب العدد الكتلي لعنصر اذا علمت ان نصف قطر نواته ).8 10 (م نق نق. D D 1 (بين ان الطاقة الناتجة من نحول كتلة مقدارها وحدة كتل ذرية ( 1 و ك ذ ) هي )91.5( مليون الكترون فولت ط Δ ك س ( ) ( 10 ) جول الكترون فولت 91 مليون الكترون فولت : 1 (في تفاعل نووي نقصت كتلة الوقود النووي 0. و.ك.ذ احسب الطاقة النووية الناتجة بوحدة د- ( Me.v ج- ( e.v ) ب- ( جول ) أ- ( و.ك.ذ ) و.ك.ذ ط Δ ك 0. أ( جول ط Δ ك س ( ) ( 10 ) ب( الكترون فولت ط جول ج( مليون الكترون فولت ط Δ ك د( الكترون فولت او ط Δ ك 91 ه( نق. النواة ح ب- النواة )ك ب ) فجد : وكتلة البروتون 1 (إذا كان العدد الكتلي لنواة عنصر ما صيغة رياضية تقريبية لكتلة النواة أ( صيغة رياضية لحجم النواة بداللة ب( ك ك كتلة النيوكلون عددها الحل :أ- ك ) نق. ( π النواة π نق ب حD ن النواة حجم النواة يتناسب طرديا مع العدد الكتلي π D ث π ح 15 (اثبت أن كثافة نوى العناصر جميعها ثابتة تقريبا D نواة نق ح. نق π نواة لكن ك نواة كبروتون ك نواة ح ك بروتون ك بروتون π مقدار ثابت نالحظ ان كثافة النواة ثابتة وال تعتمد على العدد الذري او الكتلي

4 16 (ما هي العوامل التي تلعب دورا مهما في استقرار األنوية القوة النووية أ( طاقة الربط النووية لكل نيوكليون ( وهذا العامل االهم في استقرار النواة( ب( اوال : القوة النووية استقرار النواة 17 (خصائص القوة النووية ( تعريفها ) : قوة تجاذب بين النيوكليونات أ( )فهي تجذب بروتون & بروتون بروتون & نيوترون نيوترون & نيوترون ) ال تعتمد على نوع النيوكليون ب( فهي اقوى قوة في الطبيعة فقد تصل الى 100 ضعف قوة التنافر الكهربائية مقدارها كبير ج( قصيرة المدى : اي تنشأ بين النيوكليونات المتجاورة بشرط المسافة بينهما صغيرة جدا اقل من 10 م ). د( 18 (تعتمد القوة النووية على كل من : N أ( عدد مناسب من النيوترونات ( مقدار مناسب ) Z ب( المسافة بين النيوكليونات )قصيرة المدى( N 19 (تاثير القوة النووية يعتمد اعتمادا تاما على عدد مناسب من النيوترونات ( ) Z 0 (منحنى االستقرار : هو منحنى العالقة البيانية بين عدد النيوترونات وعدد البروتونات,والنوى المستقرة موضحة بنقاط في للنوى المستقرة بهدف لدراسة مدى استقرار النوى حزمة ضيقة 0 >Z ) وهي نوعان : ( النوى الخفيفة :هي النوى التي يكون عددها الذري اقل من 0 N او 1 ولو نظرنا إلى الجدول مستقرة : شرط استقرار النوى الخفيفة هو ZN o Z 10 الدوري ألول 0 عنصر لوجدت أنها اغلبها تحقق شرط االستقرار مثل 5B o غير مستقرة : عند تهيئة ظروف مناسبة فتميل النوى الخفيفة غير المستقرة إلى االندماج لتكوين نواة ذات طاقة ربط أعلى وكتلة اكبر من النواة األصلية لتصبح أكثر استقرارا. النوى المتوسطة : وهي األكثر استقرارا وتفكيكها يتطلب طاقة كبيرة والنوى التي عددها الكتلي بحدود 60 تكون االكثر استقرارا النوى الثقيلة نوعان : أ( مستقرة : يكون فيها ) N>Z ) ب( ذات Z 8 غير مستقرة : والسبب انه عندما يزداد العدد الذري كثيرا تزداد قوة التنافر الكهربائية بين البروتونات بمقدار كبير وبالتالي فالزيادة في عدد النيوترونات لن تستطيع التعويض عن الزيادة الكبيرة في القوة الكهربائية. لها القابلية لالنشطار إذا توافرت ظروف مناسبة النشطارها وينجم عن هذا االنشطار نواتان متوسطتان لهما طاقة ربط اعلى من طاقة الربط للنواة األصلية 1 (علل: في النوى الثقيلة المستقرة ينحرف منحنى االستقرار عن الخط المستقيم. ZN الن N > Z (تلعب القوى النووية دورا بارزا في استقرار انوية العناصر. اجب عما يلي : أ( وضح دور هذه القوى في استقرار النواة. او علل.تحافظ النوى على تماسك مكوناتها في حيز صغير جدا بالرغم من وجود قوة تنافر بين بروتوناتها. عند تقارب البروتونات مسافة اقل من 10 م ينشأ بين نيوكليونات النواة قوى تجاذب نووية بغض النظر عن شحنتها والتي تعاكس قوى التنافر الكهربائية بين البروتونات فقط ولذلك فانها تعمل على المحافظة على استقرار النواة وبالتالي تبقى النواة متماسكة. ب( فسر سبب وجود انوية غير مستقرة رغم وجود القوى النووية. عندما يتوفر عدد مناسب من النيوترونات في النواة فان قوى التجاذب النووية تتغلب على قوى التنافر الكهربائية. وعدم توفر هذا العدد المناسب من النيوترونات في بعض االنوية يجعل قوى التنافر الكهربائية تتغلب على القوى النووية مما يؤدي الى ان تكون هذه االنوية غير مستقرة.

5 النوى ثقيلة متوسطة N 60 خفيفة Z<0 االكثر استقرار غير مستقرة مستقرة مستقرةZ N غير مستقرة N>Z Z>8 N>Z تميل لالنشطار حتى تستقر N Z تميل لالندماج حتى تستقر تجاذب نووي وتنافر كهربائي ب- ( بروتون ونيوترون ) : تجاذب نووي ( ما نوع القوى بين : أ- ( بروتون وبروتون ) : اختر اإلجابة الصحيحة : 6 (نواة غير مستقرة ( X ) تصبح مستقرة عند : ( إضافة نيوترونين إضافة نيوترونات إزالة نيوترونين إزالة نيوترونات ) 5 (العناصر التي لها عدد كتلي قريب من الرقم ( 60 ) هي : ( االكثر اشعاعا االقل استقرارا االقل ترابطا االكثر استقرارا ) 6 ص( 008 لتصبح النوى غير المستقرة اكثر استقرار فإنها تتحول الى نوى ذات : ( كتلة اقل وطاقة ربط اعلى كتلة اكبر وطاقة ربط اقل كتلة اكبر وطاقة ربط اعلى كتلة اقل وطاقة ربط اقل ) 7 ش( 01 عدد النيوترونات في النوى غير المستقرة يكون : ( اكبر من عدد البروتونات للنوى الخفيفة اقل من عدد البروتونات للنوى الخفيفة اكبر من عدد البروتونات للنوى الثقيلة اقل من عدد البروتونات للنوى الثقيلة ) 8 (القوة التي تنشأ بين بروتون ونيوترون داخل النواة هي : ( تجاذب نووي فقط تجاذب كهربائي فقط تجاذب نووي وتجاذب كهربائي تنافر نووي وتجاذب كهربائي ) ثانيا : طاقة الربط النووية 9( طاقة الربط النووية : هي الطاقة الخارجية التي يجب تزود بها النواة لفصل مكوناتها 0( من معادلة اينشتين لتكافؤ الكتلة الطاقة يمكن حساب طاقة الربط بعدة وحدات كما يلي : ط الربط ك مجموع كتل مكونات النواة حرة - كتلة النواة Z( ك N + p ك ) n ك- النواة طاقة الربط للنواة طاقة الربط لكل نيوكليون 5

6 ط الفصل السادس / الفيزياء النووية 1 (ايهما اثقل كتلة نواة اليورانيوم ام كتلة مكوناتها عندما تصبح المسافة بينها اكبر من ) 10 (م لماذا مكوناتها النه عند هذه المسافة تنعدم القوة النووية بين النيوكليونات فتنفصل عن بعضها وبالتالي فرق الكتلة تحول لطاقة ربط نووية (علل : كتلة مكونات نواة عنصر اكبر من كتلة نواة العنصر نفسه. الن فرق الكتلة تحول الى طاقة ربط نووية تربط مكونات النواة (علل : النوى متوسطة العدد الكتلي هي االكثر استقرارا. الن طاقة الربط النووية لكل نيوكليون هي االكبر. mev 1600 (يمثل المنحنى البياني المجاور العالقة بين طاقة الربط لكل نيوكليون والعدد الكتلي لمجموعة من العناصر )R-W-X-Y-Z(. اعتمادا على المنحنى اجب عما يلي : أ( أي هذه العناصر االكثر استقرار لماذا Y الن له اعلى معدل طاقة ربط نووية ب( أي العنصرين )W-X( اكثر استقرارا X ج( أي العنصرين )R-Z( اكثر استقرارا R د( أي هذه العناصر اكثر قابلية لالنشطار النووي W ه( أي هذه العناصر اكثر قابلية لالندماج النووي Z و( احسب طاقة الربط لنواة العنصر X ط الربط الربط لكل نيوكليون 00 8 أ( ه( 56 5 (لديك عنصر الحديد 6Fe احسب :) كب و.ك.ذ ك ن أ( نصف قطر نواة الحديد فرق الكتلة بين النواة ومكوناتها اين ذهب هذا الفرق ب( الطاقة المكافئة لفرق الكتلة ج( طاقة الربط النووية بوحدة e.v( ) د( ه( طاقة الربط النووية / نيوكليون نق النواة نق. D نق النواة و.ك.ذ ك و.ك.ذ ) Fe ب( ك ن p ك + p ن n ك n ك- D Fe ك و.ك.ذ تحول الى طاقة ربط نووية ج( ط ك 0.55 و.ك.ذ د( ط ك mev طاقة الربط لكل نيوكليون ح أ( طاقة الربط للنواة / نيوكليون mev 91 ) π النواة (لديك نواة الليثيوم Li اذا طاقة الربط لكل نيوكليون جول/نيوكليون. احسب ما يلي : 7- ( كب و.ك.ذ ك ن و.ك.ذ نق م و.ك.ذ كغ ) أ( حجم نواة الليثيوم وصية : اذا طلب كتلة نواة 11- ب( احسب الطاقة الالزمة لفصل مكونات النواة ) جول( نحسبها من قانون ط ك ج( كتلة نواة الليثيوم )8.006 و.ك.ذ ) سواء طاقة الربط او طاقة التفاعل د( الكتلة التقريبية لنواة الليثيوم π 10 1.( ) م ) ( π π )نق. نق 11- ب( ط الربط ط الربط لكل نيوكليون ج( ط ك )ن p ك + p ن n ك n ك- ) Fe س ( ك- ) Fe ( ك- ) Fe ك- D Fe كFe و.ك.ذ د( ك التقريبية للنواة ك p و.ك.ذ 8 ) جول (

7 7 ش( 01 في الجدول التالي طاقة الربط النووية لثالث انوية. اعتمادا على البيانات في الجدول اجب عما يلي : أ- اي األنوية الثالث اكثر استقرارا ولماذا لتحديد ايها اكثر استقرارا نحسب معدل طاقة الربط لكل نواة ونقارن ايها اعلى طاقة الربط لكل نيوكليون طاقة الربط للنواة 7 / mev نيوكليون 5.5 / mev نيوكليون 6.5 / mev نيوكليون X Y Z النواة طاقة الربط) mev ( لذلك فان X هو النواة االكثر استقرارا الن طاقة الربط لكل نيوكليون لها هي االكبر. ب- احسب كتلة النواة )X( ط ك 91 )ن p ك + p ن n ك n ك- mev 91 ) X 9 Z Y X كX mev 91 ) ( كX كD و.ك.ذ X ش( 016 احسب مقدار الطاقة بوحدة الكترون فولت التي يجب ان تزود بها نواة عنصر البريليوم Be لفصل مكوناتها علما بان : ( كب و.ك.ذ ك ن و.ك.ذ ك Be و.ك.ذ ) 6 ط ك )ن p ك + p ن n ك n ك- ev ) Fe mev 91 ) ( 9 (يبين الشكل العالقة بين طاقة الربط لكل نيوكليون وعدد النيوكليونات لبعض النوى مستعينا بالشكل اجب عما يلي : أ( قارن طاقة الربط لكل نيوكليون للنوى الناتجة من االنشطار بطاقة الربط لكل نيوكليون للنواة االصلية ب( قارن طاقة الربط النووية لكل نيوكليون للنواة الناتجة من االندماج بالنوى االصلية ج( تفاعل االندماج عكس تفاعل االنشطار فكيف تفسر انبعاث طاقة في الحالتين د( في أي التفاعلين تنبعث طاقة اكبر لكل نيوكليون ه( قدر الطاقة المنبعثة بااللكترون فولت إذا انقسمت نواة عددها الكتلي 00 الى نواتين كل منها عددها الكتلي. 100 الحل : أ( طاقة الربط للنوى الناتجة اكبر من طاقة الربط للنوى األصلية ب( طاقة الربط للنوى الناتجة اكبر من طاقة الربط للنوى األصلية ج(النه في الحالتين تكون طاقة الربط النووية للنوى الناتجة اكبر من األصلية وهذا يعني أن للنوى الناتجة كتلة اقل من األصلية أي في كال التفاعلين يوجد نقص في الكتلة تحول الى طاقة د( االندماجي النووي ه( فرق معدل طاقة الربط بين النواة االصلية والناتجة م. إ.ف / نيوكليون وبما أن عدد النيوكليونات الكلي 00 فان طاقة الربط لكل نيوكليون ط الربط mev طاقة الربط للنواة 7

8 النشاط االشعاعي 0 (اضمحالل النواة : هي عملية تحول نوى غير مستقرة الى نوى مستقرة ذات كتلة اقل وطاقة ربط اعلى ويصاحب هذا التحول انبعاث اشعاع ) α ) γ 1 (النشاط االشعاعي الطبيعي : هو نتاج عملية اضمحالل لنوى غير مستقرة. ويحدث بشكل تلقائي بدون مؤثر خارجي وقد تمر النواة بسلسلة من التحوالت قبل أن تصل الى حالة االستقرار. (انواع اإلشعاع النووي المنبعث من ظاهرة النشاط االشعاعي : أ( اشعة الفا ) α ) ب( اشعة بيتا( ) ج( اشعة غاما ) γ ) (كيف يتم التمييز بين انواع االشعاعات ) α ) γ β باستخدام مجال مغناطيسي حيث تسلك كل منها مسار مختلف عند مرورها في مجال مغناطيسي منتظم عمودي على الصفحة للداخل ) باستخدام جهاز يسمى عداد غايغر γ β (كيف يتم الكشف عن اشعاعات النووية ) α غاما ( γ ) فوتونات عالية / سرعة الضوء عديم الكتلة ال يوجد هائلة / االكثر اختراقا االقل ال تتاثر ال تتاثر بيتا ( β ) الكترونات او بوزترون... متوسطة متوسطة 1+ او 1- متوسطة/ اكثر ب 100 مرة متوسطة تتحرك عكس المجال تنحرف باالتجاه المعاكس 5 (قارن بين اشعاعات بيكرل ( االشعة النووية ) ) ألفا ( α وجه المقارنة نواة هيليوم He طبيعتها صغيرة السرعة كبيرة الكتلة + شحنتها االقل / في الهواء.5-8 سم النفاذ / االختراق االكبر التأيين تتحرك مع المجال تاثير المجال الكهربائي فيها تنحرف باتجاه تاثير المجال المغناطيسي فيها 6 (الخطر الحقيقي لإلشعاع النووي على المخلوقات الحية يكمن في قدرته على التأيين. وضح ذلك ففي الكائن الحي ينجم عن عملية التأيين تفاعالت كيميائية تؤدي الى تخريب االنسجة داخل الخاليا ويسبب ذلك طفرات وتغيرات في المادة الوراثية وتحول الخاليا السليمة الى خاليا سرطانية 7 (ما هي العوامل التي يعتمد عليها الضرر البيولوجي للمخلوقات الحية الناتج عن االشعاع أ( نوع اإلشعاع ب( مقدار اإلشعاع ج( العضو المعرض لإلشعاع ( العظم الكبد -... ) 8 (علل : االشعة التي اكبر قدرة على التأيين يكون لها اقل قدرة على االختراق. عندما يكون لألشعة اكبر قدرة على التأيين فهذا يعني احتمال تصادمها مع الذرات التي تخترقها كبيرا لذلك تفقد معظم طاقتها في التاين. 9 (لماذا يكون ألشعة الفا اكبر قدرة على التأيين بسبب كبر كتلتها وشحنتها مما يجعل احتمال تصادمها مع الذرات كبيرا تليها بيتا ثم غاما. 8

9 ب( ج( د( 50 (فسر ما يلي : أ( حينما يتعرض جسم االنسان الشعة ) α ) γ β من المواد المشعة الموجودة في الطبيعة فان اضرار االشعة تعزى الى دقائق بيتا واشعة غاما اما جسيمات الفا فال تشكل أي خطورة. الن جسيمات الفا اقل قدرة على االختراق حيث ال تستطيع اختراق طبقة الجلد الخارجي فال تتمكن من الوصول لالعضاء الداخلية أما بيتا وغاما فقدرتها على االختراق اكبر فيزداد خطرها ماذا لو اصبح مصدر اإلشعاع داخل الجسم مثال عن طريق تناول طعام ملوث باالشعة او استنشاق هواء ملوث. أي اإلشعاعات الثالث األكثر خطورة فسر اجابتك ألفا الن الخطر الحقيقي لالشعة يكمن في قدرتها على التايين واشعة الفا لها اكبر قدرة على التايين فهي االخطر 51 (في جميع أنواع االضمحالالت والتفاعالت النووية فانه يتحقق اربعة مبدأ وهي : أ( مبدأ حفظ العدد الكتلي : أي أن للمتفاعالت للنواتج ب( مبدأ حفظ الشحنة او العدد الذري : أي أن Z للمتفاعالت Z للنواتج مبدأ حفظ الطاقة الكتلة : مبدأ حفظ الزخم : من خالل ZX Z Y + He ط ك z خ / z خ اضمحالل ألفا اوال : α ) 5 (اضمحالل الفا : هو تحول نواة غير مستقرة الى نواة مستقرة مطلقة جسيمات الفا 5 (اكتب معادلة نووية تمثل اضمحالل الفا بالرموز ) او He 5 (ما هو التغير الذي يطرا على النواة التي تبعث جسيم الفا هو : أ( ينقص العدد الذري Z بمقدار ب( ينقص العدد الكتلي بمقدار 55 (في اضمحالل ألفا فان : أ( جسيم ألفا والنواة الجديدة تتحركان باتجاهين متعاكسين. ب( سرعة وطاقة حركة ألفا اكبر من النواة الجديدة. في اضمحالل الفا فان سرعة جسيم الفا الى سرعة النواة الناتجة تعطى بالعالقة التالية : ك الفا ك النواة ع النواة ع االفا 56 (في اضمحالل الفا تكون كتلة النواة االصلية اكبر من مجموع كتلتي النواة الناتجة وجسيم الفا اين يذهب فرق الكتلة) ك( في اضمحالل الفا يتحول فرق الكتلة على شكل طاقة حركية يحملها جسيم الفا والنواة الناتجة وتكون معظم الطاقة الحركية يمتلكها جسيم الفا ط Δ ك ( كتلة المتفاعالت كتلة النواتج ) 57 (في اضمحالل الفا جسيم الفا يحمل معظم الطاقة الحركية الناتجة عن التفاعل حسب قانون حفظ الزخم فان الجسيم ذا الكتلة االقل تكون سرعته اكبر من الجسيم ذي الكتلة االكبر لذلك فان الجسيم الخفيف ( الفا ) الناجم من اضمحالل يحمل معظم الطاقة الناتجة وقد لوحظ أن جسيمات الفا المنبعثة من اضمحالل نوى العنصر الواحد تحمل مقادير محددة من الطاقة 9

10 كD الفصل السادس / الفيزياء النووية ش( تضمحل نواة الراديوم 88 Ra الى نواة رادون 86Rn مطلقة جسيم الفا اذا كان فرق الكتلة نتيجة االضمحالل ) (و.ك.ذ وكتلة نواة الرادون ).0175 (و.ك.ذ وكتلة جسيم الفا ).006 (و.ك.ذ اجب عما يلي: اكتب معادلة موزونة للتفاعل النووي وحدد نوع التفاعل النووي ( االضمحالل( أ( ما هو سبب الفرق في الكتلة تحول فرق الكتلة الى طاقة حركية تمتلكها النوى الناتجة ب( احسب كتلة نواة الراديوم ج( جد نسبة سرعة جسيمات الفا الى سرعة نواة الرادون د( جد نسبة الطاقة الحركية جسيمات الفا الى الطاقة الحركية نواة الرادون ه( 6 88 Ra 86Rn + He أ( ب( تحول فرق الكتلة الى طاقة حركية تمتلكها النوى الناتجة Ra D ( ك المتفاعالت ك النواتج ) ك ) ( - Ra ط Δ ك ج( D ع Rn د( ع االفا ك الفا ع النواة ع االفا ك Rn ) ( ( الفا ) ع ع Rn 1 1 ه( ط الفا ك الفا ك Rn ط Rn 8 إلى نواة ثوريوم 90Th باعثة جسيم ألفا. إذا علمت أن كتلة اليورانيوم.0711 و.ك.ذ 59 (تضمحل نواة اليورانيوم 9U وكتلة نواة الثوريوم و.ك.ذ وكتلة جسيم ألفا جسيم ألفا.0060 و.ك.ذ فاجب عن األسئلة التالية: وما نوع االضمحالل اكتب معادلة نووية موزونة تعبر عن هذا االضمحالل أ( وما نوع التفاعل احسب الطاقة المكافئة لفرق الكتلة وما نوع هذه الطاقة ب( ما سبب النقصان في الكتلة ج( ( باعتبار نواة اليورانيوم ساكنة ) اثبت أن ع α 57 ع Th د( ( 57 ) احسب نسبة الطاقة الحركية لجسيم ألفا بالنسبة لطاقة حركة نواة الثوريوم ماذا تالحظ ه( الحل : 9 U 8 90Th + He المعادلة هي : أ( - كتلة النواتج ك كتلة المتفاعالت ط ب( ) ( و.ك.ذ ط ك 91.5 ونوع التفاعل : منتج للطاقة الن ك : + 5. مليون الكترون فولت ونوعها طاقة حركية وفرق الكتلة تحول الى طاقة حركية يحملها جسيم الفا والنواة الناتجة ومعظمها يحملها جسيم الفا الن كتلته اصغر. ج( ( د ه ) : نالحظ ان طاقة حركة جسيم الفا 57 ضعف طاقة حركة نواة الثوريوم أي ان جسيم الفا يمتلك معظم الطاقة الحركية للنواتج 10

11 ف( الفصل السادس / الفيزياء النووية ثانيا :اضمحالل بيتا 60 (اضمحالل بيتا : هو تحول نواة غير مستقرة الى نواة مستقرة مطلقة جسيمات بيتا ) β ) ZX Z+1 Y e + ῡ ZX Z 1 Y e + ʋ 61 (المعادلة النووية لعملية اضمحالل بيتا : أ( اضمحالل بيتا السالبة ( الكترون ) يحدث للنوى التي تقع فوق منحنى االستقرار اضمحالل بيتا الموجبة ( بوزترون( يحدث للنوى التي تقع تحت منحنى االستقرار ب( وبيتا الموجبة ( البوزترون( ينطلق معها االنترينو ( ) ينطلق معها ضديد االنترينو ( ν ) 6 (بيتا السالبة ( االلكترون( من النواة مع انها ال تحتوي على الكترونات سر بالمعادلة انبعاث جسيم بيتا السالبة ( االلكترون السالب( 6 او اكتب معادلة تحلل النيوترون والن كتلة االلكترون الصغيرة ينبعث االلكترون من حيث يتحلل احد نيوترونات)النواة االصلية X( الى بروتون والكترون 1 1 0n 1 H e + ῡ داخل النواة بينما يبقى البروتون ذو الكتلة الكبيرة داخل النواة 6 (فسر بالمعادلة انبعاث جسيم بيتا الموجبة ( البوزترون الكترون موجب ) او اكتب معادلة تحلل البروتون حيث يتحلل احد البوزترون ويبقى النيوترون داخل النواة بروتونات )النواة االصلية X( الى نيوترون وبوزترون والن كتلة البوزترون صغيرة ينبعث 1 1 1H 0 n e + ʋ 65 (كيف تم اكتشاف النيوترينو ( ) وضديد النيوترينو ( ν ) المصاحب النبعاث بيتا وذلك لحل مشكلة الطاقة والزخم في اضمحالل بيتا حيث وجد أن طاقة النواتج اقل من طاقة المدخالت فاقترح العالم باولي انبعاث جسيم اخر باإلضافة الى جسيم بيتا يحمل الطاقة التي تبدو لنا على انها ضائعة ( مفقودة ) واطلق على هذا الجسيم اسم والحقا اثبتت التجارب وجود النيوترينو ) v اقترح وجوده لحل مشكلة الطاقة والزخم في 66 (عرف النيوترينو جسيم اضمحالل بيتا نووي صغير غير مشحون يرمز له بالرمز ( (لديك النوى التالية 59Pr 55Cs 57La إذا علمت أن نواة La مستقرة ونوى Pr Cs غير مستقرة العنصر Cs Pr La ( مشعة ( فاجب عما يلي : N أ( أي النوى الثالث لها اكبر طاقة ربط لكل نيوكليون ب( اكمل الجدول التالي لتتوصل الى نسبة عدد النيوترونات الى عدد Z البروتونات للنوى الثالث. ج( تبعث النواتان المشعتان بجسيمات بيتا ماذا تتوقع أن يكون الجسيم N المنبعث في كل حالة الكترون ام بوزترون فسر اجابتك معتمدا على القيم Z التي حصلت عليها في الجدول المجاور. د( اين تقع النواتان Pr Cs أسفل حزمة االستقرار أم أعالها الحل : 19 أ( 57La االكثر استقرار 19 ب( 59Pr تبعث بوزترون الن النسبة اقل من النسبة التي تحقق االستقرار اوالن النواة تقع تحت منحنى االستقرار فانها لكي تصبح مستقرة فانها تبعث بوزترون 19 ج( 55Cs تبعث الكترون الن النسبة اكبر من النسبة التي تحقق االستقرار اوالن النواة تقع فوق منحنى االستقرار فانها لكي تصبح مستقرة فانها تبعث بوزترون د( Pr تقع اسفل خط االستقرار Cs تقع اعلى خط االستقرار 68 ش( 008 النيوترينو جسيم نووي ينتج عن عملية : ب-تحلل النيوترون الى بروتون والكترون أ- تحلل البروتون الى نيوترون وبوزترون ج- خروج الكترون من النواة د- خروج بوزترون من النواة 11

12 س س س الفصل السادس / الفيزياء النووية (ان انبعاث البوزترون في التفاعل النووي التالي ناتج عن تحلل : ʋ 7N 6 C e بروتون داخل نواة N بروتون داخل نواة 6C نيوترون داخل نواة 7N نيوترون داخل نواة 6C 1 ضمن سلسلة تحوالت الى نواة 8Po احسب عدد دقائق الفا وبيتا الناتجة عن هذه 6 88 Ra 1 8Po س Ra ص + He 70 ش( 01 تضمحل نواة الراديوم 1 0 e التحوالت ص D ص D س الى نواة 86Rn 71 ص( 011 كم عدد جسيمات بيتا والفا المنبعثة من سلسلة تحوالت تضمحل خاللها نواة 90Th 90 Th 86Rn + س He + 1 ص 0 e ص D ص + D س a 7 ش( 015 تحولت نواة X الى نواة بعد سلسلة تحوالت وانبعاث )( جسيمات الفا وجسيم بيتا. اوجد قيمة )a,b( 18 8Y b b a X 18 8Y + He a 1 0 e بنواة 90Th ما العدد الكتلي والعدد الذري للنواة الناتجة بعد سلسلة تحوالت انبعث فيها 90 Th ص Y س + He e b 7 (تبدأ سلسلة اضمحالل الثوريوم جسيمات الفا وجسيمي بيتا ص + 1 D ص 90 س + 6 D س 86 7 (تمر نواة غير مستقرة بعدة اضمحالالت اشعاعية فنجد العدد الكتلي للنواة الناتجة يقل بثمان وحدات عن النواة االصلية بينما العدد 8 الذري كما هو فما عدد جسيمات الفا وبيتا المنبعثة 0 1 e ص + He س + ZY Z X D س Z + Z ص D ص 8 75 (ارسم سلسلة اضمحالل اشعاعي تبدأ من 88Ra إذا علمت أن النواة مرت بسلسلة تحوالت انبعثت فيها الجسيمات االتية بالترتيب : بيتا الفا جسيم بيتا جسيم ألفا استعن بالجدول المجاور. 8 88Ra e 8 90Th α 8Pb Th 1 + 8Pb 1 1 e + Bi 8 العنصر Ti Pb Bi Po Rn Ra c Th العدد الذري α + Ti 8Bi 81 1

13 76 (باالعتماد على سلسلة اضمحالل اليورانيوم المجاورة اكتب معادلة نووية موزونة تمثل 06 8 اضمحالل 9U الى 8Pb ثم قارن بين النواة االصلية والناتجة من حيث : مدى االستقرار طاقة الربط لكل نيوكليون الكثافة الحجم U 8Pb + 8 He e االستقرار اكثر استقرار طاقة الربط/ نيوكليون اعلى الكثافة متساوية الحجم اكبر U Pb بيتا ) التقريبية p 77 (مثلت احدى سالسل االضمحالل االشعاعي كالتالي : اوال : 1- ما اسم السلسلة المبينة : سلسلة اليورانيوم - ما اسم الجهاز المستخدم للكشف عن االشعاعات النووية : عداد غايغر ( 7 ألفا ثانيا : 1- احسب عدد جسيمات الفا وبيتا المنبعثة من االضمحالل رقم ( 1 ) - الكتلة التقريبية لنواة العنصر Pb بوحدة ( و.ك.ذ ) علما بان كتلة البروتون و.ك.ذ ك ك يمثل الشكل المجاور العالقة البيانية بين عدد النيوترونات وعدد البروتونات النوية ذرات مختلفة باالعتماد ص( على الرسم البياني اجب عما يلي : ( ص ه ) أ( اذكر رمز نواة مستقرة س اذكر رمز نواة يمكن ان تبعث بدقائق ألفا ب( ع اذكر رمز نواة يمكن ان تبعث بدقائق بيتا ج( س د(اذكر رمز نواة يمكن ان تبعث بدقائق بوزترون ه(رتب تنازليا النوى ( س ص ع ) حسب النسبة ( N Z N Z ( ) فسر اجابتك ع ص س النه النواة التي تقع فوق منحنى االستقرار لها اعلى نسبة ) والتي تقع في منحنى االستقرار اقل والتي تقع تحت منحنى االستقرار االقل. 79 (قارن بين دقائق الفا واشعة جاما من حيث : أ( طبيعتها الفا : نواة هيليوم غاما : فوتونات ( امواج كهرومغناطيسية( ب( شحنتها الفا موجبة غاما ليس لها شحنة ج( قدرتها على التأيين الفا اعلى د( الحجم الفا اعلى ه( احتمال تصادمها مع ذرات المادة التي تخترقها الفا اعلى 1

14 ثالثا :اضمحالل غاما ) γ ) 80 (كيف تفسر انبعاث اشعة غاما عندما تبعث نواة جسيم الفا او بيتا فان النواة التاتجة تكون غالبا في مستوى اإلثارة غير مستقرة ( طاقة زائدة ) فتبعث النواة اشعة غاما للتخلص من الطاقة الزائدة وتنتقل الى مستوى االستقرار. وهذا يماثل انتقال االلكترون من مستوى عال الى مستوى منخفض في الذرة كي تستقر 81 ش( 008 يمثل الشكل المجاور اشعاع نواة البورون لجسيم بيتا بطريقتين الى نواة الكربون معتمدا على الشكل اجب عما يلي: أ-اكتب معادلة موزونة الشعاع ذرة البورون وتحولها مباشرة لنواة الكربون بالطريقة االولى ب-فسر انبعاث اشعة غاما بالطريقة الثانية ج-ما مقدار طاقة كل من ( جسيم بيتا واشعة غاما ) في الطريقة الثانية 1 1 5B 6 C 1 6C * 6 C * + e + ῡ 1 + γ الحل :1- مقدار الطاقة 1. مليون الكترون فولت والمعادلة هي : أ- 1 5B 6 C 1 + e + ῡ ب- تكون النواة التي تبعث باشعة بيتا غير مستقرة ( لها طاقة زائدة ) فتبعث باشعة غاما لتتخلص من الطاقة الزائدة لتصل لمستوى االستقرار. ج- طاقة بيتا مليون الكترون فولت طاقة غاما. مليون الكترون فولت 8 (اذكر حالة واحدة تنتقل فيها الذرة من مستوى االثارة الى مستوى االستقرار في اضمحالل غاما... الخ 8 (اكمل المعادالت النووية التالية موزونة مستخدما الرموز الفيزيائية الصحيحة وحدد نوع التفاعل النووي )االضمحالل( : مساعدة : اعتبر عدد جسيمات الفا وبيتا )س ص(( 1 0 ( 1 H) He (+1 e + ʋ ) 1 1 6C 7 N ( 1 0 e + ῡ ) Mn 6Fe ( 1 0 e + ῡ ) 56 * 56 6Fe 6Fe +... ( γ ) 8 Th +... ( He 9U 9U 90 ) 18 Po +... ( He 8 ) Pb 81Ti ( He + e 1

15 النشاط الطبيعي والنشاط الصناعي 8 (ظاهرة النشاط االشعاعي الطبيعي : هي نتاج عملية اضمحالل لنوى غير مستقرة بشكل تلقائي 85 (سلسلة االضمحالل : هي اضمحالل نواة غير مستقرة وتحولها الى نواة جديدة وعندما تكون النواة الجديدة غير مستقرة فانها تضمحل مكونة نواة جديدة وهكذا تمر النواة بسلسلة من التحوالت حتى تصل الى حالة االستقرار 86 (انواع سالسل االضمحالل : - سلسلة االكتينيوم - سلسلة الثوريوم 8 U 1- سلسلة اليورانيوم 87 (تمكن العلماء من انتاج نوى مشعة. اجب عن االسئلة التالية : كيف تمكنوا من ذلك بواسطة التفاعالت النووية اذ يتم فيها تغيير خصائص النوى عن طريق قذفها بجسيمات صغيرة أ( ماذا يسمى اشعاع هذه النوى اشعاع صناعي ب( دائما في التفاعالت ما هي المبادئ التي يخضع لها انتاج النوى المشعة المبادئ االربعة للحفظ. ج( النووية نعتبر ان النواة االصلية ساكنة 88 (االشعاع الصناعي : هو االشعاع الصادر عن النوى مشعة يتم انتاجها بتفاعالت نووية. 89( التفاعالت النووية : هي تفاعالت يتم فيها تغيير خصائص النوى عن طريق قذفها بجسيمات صغيرة ويمكن تمثيله بشكل عام كما يلي : a + X Y + b : الجسيم الناتج b : Y النواة الناتجة : القذيفة a : X النواة الهدف 1 H F (مثال على التفاعل النووي الصناعي 8 O + He 91 (في مسائل الطاقة في التفاعالت النووية : قانون حساب طاقة التفاعل الممتصة او الناتجة ( الطاقة الحركية للتفاعل( كΔ كتلة المتفاعالت )Q( كتلة النواتج )ط ح (النواتج )ط ح (المتفاعالت 9 (مالحظات عند استخدام قانون الطاقة ( Q ) : أ- اذا كانت ( Q ) او Δ ك : + فان الطاقة الحركية للنواتج الطاقة الحركية للمتفاعالت فان التفاعل منتج للطاقة ب- اذا كانت ( Q ) او Δ ك : الطاقة الحركية للنواتج الطاقة الحركية للمتفاعالت فان التفاعل ماص للطاقة ويشترط لحدوث التفاعل ان تكون الطاقة الحركية للقذيفة اكبر من ( Q( 9 (كيف يمكن ان تحكم على تفاعل نووي بانه ممكن الحدوث ام ال من حساب قيمة Q والنظر الى اشارتها فاذا كانت : أ( موجبة : فهذا يعني ان التفاعل يحدث وينتج طاقة. وبالتالي مجموع الطاقة الحركية للنوى الناتجة اكبر من مجموع الطاقة الحركية للنوى المتفاعلة ب( سالبة : فهذا يعني انه لحدوث التفاعل يجب ان يمتص طاقة. ويشترط لحدوث التفاعل ان تكون الطاقة الحركية للقذيفة اكبر من Q 9 (على ماذا تدل االشارة السالبة عندما نقول Q -.6 مليون الكترون فولت. 7- مالحظة : تذكر للتحويل من ( و.ك.ذ ) الى ( كغ ) نضرب في انه ماص للطاقة 15

16 95 (في تفاعل نووي صناعي قذفت نواة ليثيوم كتلتها و.ك.ذ بنظير الهيدروجين H 1 طاقته الحركية مهملة وكتلته.011 و.ك.ذ فنتج من التفاعل جسيما الفا كتلة كل جسيم.006 و.ك.ذ.احسب الطاقة الحركية بالجول لكل جسيم الفا 9 Be + He 007 قذفت نواة بيريليوم بنواة هيليوم طاقته الحركية ) ) و.ك.ذ وفق التفاعل التالي : 1 1 ط ح + n 6 C ش( - فاذا علمت ان ط ح )0.01 ) و.ك.ذ. اجب عما يلي : أ- هل التفاعل ماص ام منتج للطاقة ولماذا ب- احسب : 1. كتلة نواة البيريليوم. نصف قطر نواة الهيليوم 1. معدل طاقة الربط النووي لكل نيوكليون لنواة الكربون 6C بوحدة e.v( ) علما بان :كتلة C وك ذ كتلة H وك ذ كتلة He.006 وك ذ كتلة n وك ذ أ( منتج للطاقة الن طاقة النواتج > طاقة المتفاعالت 0.01 > او الن Q ب( 1- Q ك D )ط ح (النواتج )ط ح (المتفاعالت كتلة المتفاعالت كتلة النواتج )كBe + ).006 ( ) كD Be و.ك.ذ - نق نق ك p )ن ك الربط ط ) + ن n ك n p ك- طD النواة الربط ( ) طاقة الربط لكل نيوكليون طاقة الربط للنواة طD ك الربط mev mev (قذفت نواة االلمنيوم بنواة الفا إلنتاج نظير الفسفور المشع كما في المعادلة 1 0 /نيوكليون 1l He 15P + n : اذا علمت ان كتلة l وك ذ كتلة P وك ذ كتلة He.006 وك ذ كتلة n وك ذ. احسب : مقدار )Q( ونوع التفاعل لماذا أ( ب( الطاقة الحركية للنيوترون اذا كانت الطاقة الحركية للهيليوم )0.1( مليون الكترون فولت Q D كتلة المتفاعالت كتلة النواتج Q D ( ( ) ( + Q أ- 91 ) ) : Q نوع التفاعل : منتج للطاقة الن mev.7 91 ) ( Q D mev )ط ح ) n.57 D.7 )ط ح (النواتج ب- Q )ط ح (النواتج )ط ح ) المتفاعالت D 16

17 (في تفاعل نووي تم تحويل نظير المغنيسيوم المستقر 5Mn الى نظير مشع 5Mn وذلك بقذفه بجسيم ( س ) ثم اضمحلت 56 نواة نظير المغنيسيوم المستقر باعثة بجسيم ( ص ) فنتجت نواة حديد 6Fe غير مستقرة وكي تصل هذه النواة الى حالة االستقرار بعثت اشعة غاما. أ( اكتب معادالت نووية موزونة تعبر عن هذه التفاعالت محددا طبيعة الجسيمات ( س ص ) 1- ب( اذا علمت ان الطاقة المتحررة من اضمحالل النظير المشع للمغنيسيوم جول جد الفرق بين كتلة المواد الداخلة والناتجة من االضمحالل Mn + س 5Mn Mn + ص 6Fe * 56 5Fe * 6Fe 56 + γ بما ان العدد الكتلي والعدد الذري محفوظان فان : الجسيم )x ) نيوترون والجسيم )y ) الكترون باإلضافة الى ضديد النيوترينو ب- ط ك س D ك 10 9 D ك كغ االنشطار النووي اذا قذفت نواة ثقيلة قابلة 99 (وضح المقصود باالنشطار النووي وما شرط حدوثه 5 لالنشطار مثل U بنيوترون بطئ فإن النواة تمتص النيوترون وتصبح في حالة عدم استقرار ثم ما تلبث أن تنشطر الى نواتين متوسطتين اضافة الى طاقة عالية ونيوترونات جديدة. 8 5 و U من حيث الكثافة والقابلية لالنشطار وحجم النواة قارن بين 100( وحجمها اقل اما اليورانيوم 8 غير ونسبة وجوده اليورانيوم 5 قابلة لالنشطار ونسبة وجود 8 اكبر بكثير من. 5 قابل لالنشطار وحجمها اكبر.والكثافة متساوية ألنه غير قابل لالنشطار 8 علل : ال يستخدم U في المفاعل النووي. 101( يمثل الشكل العلوي 5 احد النواتج المحتملة النشطار 9U تمعن الشكل ثم اجب عما يلي : ) U + 0n 1 56Ba + 6Kr n أ( اكتب معادلة نووية موزونة تمثل التفاعل النووي ب( ج( د( ما هي نتائج االنشطار النووي ينبعث :.1 عدد من النيوترونات السريعة ( نيوترونات ). نواتين متوسطتين مستقرتين. طاقة هائلة. كيف يمكن للتفاعل المتسلسل أن يستمر او اذكر بعض االمور الواجب مراعاتها عند انتاج طاقة من تفاعالت االنشطار النووي ينتج من االنشطار نيوترونات فاذا اصابت نوى جديدة وتمكنت من شطرها واصابت النيوترونات الناتجة نوى جديدة فسوف يتشعب التفاعل وينتج طاقة كبيرة 5 وضح المقصود بالتفاعل المتسلسل هو سلسلة من التفاعالت االنشطارية تفاعل نووي يتم فيه انشطار نواة U عند قذفها بنيوترون بطئ فينتج نواتين متوسطتين و او نيوترونات يمكن أن تشطر بدورها نوى جديدة من U 5 فنحصل على 9 نيوترونات جديدة وهكذا يستمر التفاعل حيث كل تفاعل جديد ينتج تفاعالت جديدة وهكذا وينتج طاقة هائلة. ه( اذكر تطبيقين في الحياة العملية على االنشطار النووي)المتسلسل( المفاعل النووي القنبلة االنشطارية النووية 17

18 10( صمم العلماء نظاما خاصا يسمى المفاعل النووي ما المقصود بالمفاعل النووي هو نظام يتم فيه تهيئة الظروف المناسبة لحدوث التفاعل المتسلسل والسيطرة على االنشطار النووي بحيث تستمر بدون حدوث انفجار. 10( ش 016 في المفاعل النووي يجب التغلب على مشاكل عدة وتهيئة الظروف المناسبة لكي تستمر عملية االنشطار النووية دون وقوع انفجار ويصبح التفاعل ممكنا من الناحية العملية.اذكر هذه المشكالت وكيف تم التغلب علي كل مشكلة النيوترونات المنبعثة من تسرب النيوترونات خارج كتلة نسبة اليورانيوم 5 المشكالت التفاعل تكون سريعة اذا كانت صغيرة اليورانيوم في الطبيعة قليلة جدا يمنع استمرار التفاعل عملية التهدئة استخدام الكتلة الحرجة من عملية التخصيب كيف تم اليورانيوم التغلب عليها 5 عرف الكتلة الحرجة هي اقل كتلة يورانيوم U الالزمة الدامة التفاعل المتسلسل 105( التفاعل يتم بسرعة وتنتج حرارة عالية تؤدي النفجار المفاعل عملية التحكم 106( يجب منع تسرب النيوترونات خارج كتلة اليورانيوم. لماذا وكيف يتم ذلك كي يستمر التفاعل النووي ويتم ذلك باستخدام الكتلة الحرجة لليورانيوم 5 107( من شروط استمرار التفاعل المتسلسل في المفاعل توفر الكتلة الحرجة من. U لماذا النه إذا 5 كانت كتلة U اقل من الكتلة الحرجة فان التفاعل المتسلسل سوف يتوقف بسبب تسرب النيوترونات من سطح اليورانيوم اما إذا كانت كتلته كبيرة )تساوي الكتلة الحرجة( فان النيوترونات تصطدم بعدد اكبر من النوى قبل أن تصل الى السطح فيتفرع التفاعل منتجا كميات كبيرة من الطاقة 108( اذكر امثلة على المهدئات الغرافيت الماء العادي H O الماء الثقيل D ( D O :هو نظير الهيدروجين ) 1H 5 8 ما العمليات التي تتم في المفاعل النووي واشرح هدف كل منها أ( انشطار نووي. ب( عملية تهدئة النيوترونات الناتجة من االنشطار : وتتم عن طريق تصادمها مع مادة ذات كتلة صغيرة فعندما يصطدم النيوترون بجسيم كتلته صغيرة يفقد جزءا من طاقته الحركية ويصبح قادرا على احداث انشطار لنواة اليورانيوم ج( تركيز النيوترونات في قلب المفاعل. د( عملية التحكم في التفاعل المتسلسل وقدرة المفاعل النووي : يتم ادخال عدد مناسب من قضبان فتمتص بعض النيوترونات مما يؤدي الى ابطاء عملية االنشطار وابقائها ضمن المعدل المطلوب ه( نقل الحرارة الناتجة من االنشطار واالستفادة منها. ما هي شروط استمرار التفاعل المتسلسل في المفاعل النووي شروط التفاعل االنشطاري 5 شرطا التفاعل االنشطاري أ- الوقود النووي قابل لالنشطار U ب- نيوترونات بطيئة ج- الكتلة الحرجة من الوقود النووي اشرح كيف تتم كل من العمليات التالية أ( عملية التخصيب : وتتم عملية التخصيب على مراحل يتم في كل منها عزل كميات اكبر من من النظير غير المرغوب فيه U فيزداد العنصر U تخصيبا بعد كل مرحلة الى أن تصل الى نسبة النقاء المطلوبة ب( عملية التهدئة : وتتم عن طريق تصادمها مع مادة ذات كتلة صغيرة فعندما يصطدم النيوترون بجسيم كتلته صغيرة يفقد جزءا من طاقته الحركية ويصبح قادرا على احداث انشطار لنواة اليورانيوم ج( عملية التحكم : يتم ادخال عدد مناسب من قضبان فتمتص بعض النيوترونات مما يؤدي الى ابطاء عملية االنشطار وابقائها ضمن المعدل المطلوب. )109 )110 )111 18

19 االندماج النووي 11( االندماج النووي ( التفاعل النووي الحراري ) : هو تفاعل تتحد فيه نوى صغيرة لتكون نواة اكبر وينتج طاقة عالية جدا. 11( علل ما يلي : أ- يجب أن تكون سرعة النوى الداخلة في التفاعل االندماجي كبيرة كي يحدث التفاعل. او ما هو شرط حدوث التفاعل االندماجي : بما أن النوى موجبة الشحنة فان قوة التنافر الكهربائية تحول دون االندماج ولكي يحدث هذا التفاعل يجب أن تكون سرعة النوى الداخلة في التفاعل كبيرة لتقترب كثيرا من بعضها فتتمكن القوة النووية من التغلب على القوة الكهربائية وهذا يتطلب رفع درجة حرارة المواد الداخلة في التفاعل لذا يسمى هذا التفاعل التفاعل النووي الحراري 1H + 1 H 1 He + 0 n ب-يسمى االندماج النووي بالتفاعل النووي الحراري. الن االندماج النووي حتى يحدث يتطلب رفع درجة حرارة المواد الداخلة في التفاعل. 11( ما مقدار اكبر مسافة ممكنة بين النواتين حتى يحدث االندماج لماذا اقل من) 10 (م حتى تعمل القوة النووية 115( اعط فائدة واحدة لكل من : أ( ب( ج( د( ه( و( ز( ح( طاقة الربط النووية : تفكيك او ربط مكونات النواة المهدئات : ابطاء سرعة النيوترونات الكتلة الحرجة : إدامة حدوث التفاعالت المتسلسلة داخل المفاعل تخصيب اليورانيوم : إنتاج غاز يحتوي على نسبة عالية من اليورانيوم U 5 الجرافيت في المفاعل النووي : ابطاء سرعة النيوترونات قضبان الكاديوم : امتصاص النيوترونات اليورانيوم : 5 وقود المفاعل النووي والقنبلة االنشطارية النيوترون البطيء : قذيفة تستخدم النشطار النوى الثقيلة مثل اليورانيوم 5 في المفاعل النووي والقنبلة االنشطارية 116( ص 011 علل :إلحداث االندماج النووي ال بد من رفع درجة حرارة النوى الداخلة في التفاعل لتصبح سرعة النوى كبيرة فتقترب من بعضها وبالتالي تتغلب القوى النووية على القوى الكهربائية 117( تستخدم النظائر المشعة في الصناعة لضبط سمك مواد مثل الورق والصفائح الرقيقة كما في الشكل الذي تستخدم فيه اشعة بيتا لضبط سمك ورق االلمنيوم. أ( كيف يتم الكشف عن التغير في سمك الورق يوضع اعلى الشريط مصدر مشع ومن الجهة المقابلة جهاز للكشف عن االشعة )عداد غايغر( ويتم ضبط قراءة العداد فاذا تغير سمك الشريط )نتيجة لتغير سمك الورق( يتغير عدد جسيمات بيتا التي تخترق الشريط فتتغير تبعا لذلك قراءة العداد فيتم ايقاف االسطوانات الدوارة اليا. ب( هل يمكن استخدام اشعة الفا بدال من بيتا فسر اجابتك ال الن قدرة الفا على االختراق قليلة. 19

20 جسيمات واشعاعات مهمة للحفظ اجلسيم/االشعاع رمزه طبيعته/شحنته n H او P 1 0 e +1 0 e 1 1 النيوترون البروتون االلكترون )بيتا( البوزترون غاما متعادل نواة هيدروجين/موجب الكترون /سالب مشابه لإللكترون /موجب فوتونات γ ألفا نواة هيليوم He α ديتيريوم نظير الهيدروجين 1H تريتيوم نظير الهيدروجين 1H 0

21 امتحان الفيزياء النووية السؤال االول : علل ما يلي : 1( يجب استخدام كتلة حرجة للوقود النووي في المفاعل النووي. أ( جسيم الفا له اكبر قدرة على التأيين واقل قدرة على االختراق. ب( في اضمحالل الفا تكون كتلة النواة االصلية اكبر من مجموع كتلتي النواة الناتجة وجسيم الفا. ج( في اضمحالل الفا فان جسيم الفا والنواة الناتجة تتحركان باتجاهين متعاكسين وجسيم الفا يمتلك معظم الطاقة. د( في اضمحالل غاما فان النواة ال تتغير. ه( و( هناك فرق بين كتلة وطاقة كل من المتفاعالت والنواتج في اضمحالل بيتا. )استخدم( اي ثوابت ز( ينبعث النيوترينو وضديد النيوترينو في اضمحالل بيتا. تحتاجها ح( الندماج نواتين خفيفتين يلزم تزويدها بطاقة حرارية عالية. من الضروري تخصيب اليورانيوم. 5 ط( انبعاث االلكترون )بيتا( من النواة في اضمحالل بيتا مع انها ال تحتوي على الكترونات ي( عرف ما يلي : ( اضمحالل الفا. أ( النشاط االشعاعي. ب( اكمل الجدول التالي الذي يمثل مقارنة بين التفاعل االنشطاري واالندماجي : التفاعل االنشطاري التفاعل االندماجي ) كتلة النوى المتفاعلة. كتلة النوى الناتجة. شرط حدوث االنفجار انطالق الجسيمات. الحاجة الى طاقة حرارية. الطاقة الناتجة ثقيلة اقل من االصلية قذف نواة ثقيلة بنبوترون بطئ ينطلق نيوترونات ال يحتاج كبيرة جدا خفيفة اكبر من االصلية حرارة عالية ينطلق نيوترونات يحتاج اكبر بكثير من طاقة االنشطار 7 1l + He 0 15P +... السؤال الثاني : 1- اكمل المعادالت النووية التالية بحيث تكون موزونة : N O + 1 H النواة ( س (مستقرة والنوى )ص ع( غير مستقرة فاجب عما يلي : لديك النوى التالية س ص ع إذا علمت أن - Z أي النوى الثالث لها اكبر طاقة ربط لكل نيوكليون أ( اي النوى الثالث مشعة ب( اذا بعثت النواة )ص( الكترون والنواة )ع( تبعث بوزترون اجب عما يلي : ج( اي النواتان )ص ع ) تقع أسفل حزمة االستقرار أو أعالها 1. N اذا كانت 1 5 للعنصر ( س( فاي العنصرين ( ص ع ) تكون له (. N Z ) اكبر او اقل من )1 5( لماذا 1

22 السؤال الثالث : 1H + 6 Li He 1( في التفاعل النووي التالي اجب عما يلي : أ( ب( ج( د( ه( احسب الطاقة الحركية للتفاعل وما نوع التفاعل ايهما اكبر: كتلة المتفاعالت ام النواتج اين صرف فرق الكتلة احسب طاقة الربط النووية لنواة Li( ) 6 اي نواة في التفاعل النووي السابق تكون كثافتها اكبر لماذا ما هي المبادئ التي يجب ان تتحقق في هذا تفاعل نووي علما بان : كH.011 و.ك.ذ ك Li و.ك.ذ ك He.006 و.ك.ذ طح مهملة ( هل 6 النواة X مستقرة لماذا واذا كانت غير مستقرة كيف يمكن ان تصبح مستقرة ( ما هو عدد جسيمات بيتا والفا المنبعثة من سلسلة تحوالت تضمحل خاللها نواة 90Th الى نواة 86Rn ثم قارن بين النواة االصلية والناتجة من حيث : مدى االستقرار طاقة الربط لكل نيوكليون الكثافة الحجم الكتلة ثم قارن بين النواة الناتجة ونواة الفا من حيث : اتجاه الحركة السرعة الكثافة 10 1 تضمحل نواة بولونيوم 8Po باعثة بجسيم الفا ويتنج نواة رصاص 8Pb تبعث نواة الرصاص باشعة غاما ثم 1 تضمحل باعثة جسيم بيتا وينتج نواة بزموث. 8Bi أ( اكتب ثالث معادالت نووية تعبر عن االضمحالالت ب( هذه االضمحالالت جزء من سلسلة االضمحالل االشعاعي للثوريوم والتي تبدأ بنواة ثوريوم 06 90Th وتنتهي بالرصاص. 8Pb ما عدد جسيمات الفا المنبعثة في السلسلة ) 10 8Pb من حيث : وعنده تنتهي سالسل االضمحالل 06 8Pb ونظير الرصاص 06 االستقرار : 8Pb الكثافة : متساوية قارن بين نظير الرصاص أ( ب( االكثر استقرار )5

23 كZ ك ك الفصل السادس / الفيزياء النووية قوانني الفصل العدد الذري والكتلي وعدد النيوترونات نصف قطر النواة حجم وكثافة النواة Z - N D π نق N + Z عدد البروتونات العدد الذري Z. نق نق ث ك ح ح -1 الكتلة التقريبية للنواة كبروتون كبروتون ك التقريبية للنواة كبروتون كنيوترون الكتلة التقريبية للنواة + كn N Z كتلة مكونات النواة : ك مكونات النواة كتلة مكونات النواة كp - ) بوحدة كغ ) بوحدة ( و.ك.ذ ) و.ك.ذ جول m.e.v بشرط ( بشرط ( تكافؤ الكتلة - طاقة للتحويل من )و.ك.ذ ) الى ( كغ ) نضرب في ط ك ط ك س ط ك 91.5 ) + ( ط الربط النووية ك N كنيوترونات النواة - ك بروتون طاقة الربط النووية طاقة الربط لكل نيوكليون ( معدل طاقة الربط ) طاقة الربط وحدة طاقة / نيوكليون طاقة الربط لكل نيوكليون ( كتلة المتفاعالت كتلة النواتج ) )ط ح (نواتج - كΔ Q )ط ح (متفاعالت طاقة التفاعل )الطاقة الحركية للتفاعل( اذا كانت : )1 Δ ك : + التفاعل منتج )ط ح ) نواتج > )ط ح (متفاعالت ) Δ ك : - التفاعل ماص )ط ح ) نواتج < )ط ح (متفاعالت ك الفا ك النواة ع النواة ع االفا في اضمحالل الفا فقط متت بفضل اهلل وتوفيقه ابو اجلوج