فيزياء نووية 481 فيز المحاضرة الرابعة
التحلل بانبعاث اشعة γ مميزاتها : اشعة كهرومغناطيسية ليس لها شحنة وبالتالي ال تنحرف بالمجال المغناطيسي او الكهربي. وحدتها الفوتون)فوتون جاما( يعتمد طول موجتها )λ ) على طاقة اثارة النواة التي تنطلق منها ( النواة االم (.و هي في حدود الفيرمي. لها قابلية اختراق كبيرة للمواد. تعتمد طاقة اشعة جاما على المستوى الذي تنتقل اليه النواة المنحلة نتيجة لبعثها α أو β. لكل فوتون طاقة معينة تحدد من العالقة : E=hυ حيث E طاقتها h ثابت بالنك υ ترددها
طرق انبعاث اشعة γ 1. انبعاث اشعة جاما ) التحول الداخلي ( النوى الثقيلة المثارة.2
طيف اشعة جاما λ=λ 1 +λ 2 +λ 3 β 1 E 3 β 2 مستويات اثارة λ 1 γ 1 E 2 β 3 λ 4 γ 4 λ 2 γ 2 E 1 λ 5 γ 5 λ 3 γ 3 λ 6 γ 6 مستوى االستقرار E 0 االرضي
التحول الداخلي في عملية التحول الداخلي تستطيع النواة ان تعطي طاقتها مباشرة الى الكترون مداري حيث يتفاعل المجال المغناطيسي للنواة مع االلكترونات الذرية مما ينتج عنه انتقال الطاقة من هذا المجال الى االلكترون المداري. وبالتالي تفقد النواة طاقتها التي تعطى الى االلكترون وينتج عن ذلك انطالق االلكترون K,L,..( ) الى الخارج بطاقة حركة T تساوي T = E exc E B.E ) حيث E exc طاقة اثارة النواة )طاقة اشعاع γ E B.E طاقة ترابط االلكترون في مداره
اذا خرج االلكترون من المدار K فانه يسمى الكترون تحول خرج من المدار L يسمى الكترون تحول.. L وهكذا واذا K يزداد احتمال انطالق االلكترونات من المدارات الداخلية عنها للخارجية لقربها من النواة. ينافس التحول الداخلي انطالق اشعة. من النواة γ غالبا ما يترافق التفاعالن معا ولكن كل منهما مستقل عن اآلخر ثابت االنحالل الكلي. λ Tot = λ + λ e )λ Tot ( λ ثابت االنحالل عن طريق اطالق اشعاع γ λ e ثابت االنحالل عن طريق التحول الداخلي λ e = λ K + λ L + λ M +.
γ التحول الداخلي معامل التحول هو النسبة بين ثابت انحالل التحول الداخلي وثابت انحالل اي انه النسبة بين معدل انطالق الكترونات التحول الداخلي ( ) ومعدل انطالق اشعة ( γ او عدد الفوتونات ) او عددها N γ N e α=α k + α L + α M +. hυ k = I k -I L )طاقة اشعة x الصادرة )
طيف جسيمات β موضحا عليه الكترونات التحول الداخلي معدل العد K 1 L 1 الكترونات التحول الداخلي K 2 L 2 طيف مستمر E max ) رقم القناة ( الطاقة
d I α I dx d I = - μ I d x معامل االمتصاص الخطي امتصاص اشعة جاما μ x=o بوضع الشروط I=I O عندما ln I ln I O = - μ x I =I O e - μx
النماذج النووية الصيغة التجريبية لنموذج قطرة السائل الفرضيات االساسية للنموذج : تتكون النواة من مادة غير قابلة لالنضغاط ال تعتمد القوى النووية على الشحنة الكهربية اي ان القوى النووية متساوية لجميع النيوكليونات p-p=p-n=n-n القوى النووية تتشبع
اهمية النموذج : يستطيع هذا النموذج ان يفسر عملية االنشطار النووي حساب كتلة النواة تقدير نصف قطر النواة
النماذج النووية الصيغة التجريبية نموذج قطرة السائل B(A,Z)=aA b - - + 4πR 2 الحد االول يمثل الحجم الحد الثاني يمثل النيوكليونات الخارجية و يتناسب مع مساحة السطح الحد الثالث يمثل طاقة كولوم الحد الرابع طاقة الالتناظر الحد الخامس يمثل طاقة االزدواج الحد السادس يمثل تأثير القشرة االشارات السالبة للحدود تعني انها تعمل على انقاص طاقة الترابط
القوى النووية تتشبع الحد االول حد الحجم )aa). يتفاعل النيوكليون مع النيوكليونات التي حوله فقط طاقة الترابط تتناسب مع A اي تزداد بزيادة A اشارة هذا الحد موجبة و بالتالي يمثل طاقة الترابط النووي الكلية للنواة.
الحد الثاني b- حد التوتر السطحي للنواة ب غشاء التوتر السطحي E s =sk =4πR 2 k أ = 4π k(r o A 1/3 ) 2 = (4 π k ) A 2 /3 b=17.8mev, k =1.5x10 17 N/m =b A 2 /3 هل يمكن تفسير النقص الكبير في طاقة الترابط النووي/نيوكليون عند عدد الكتلة الصغير
- الحد الثالث تأثير كولوم dr هذا الحد يمثل التأثيرالكهروستاتيكي التنافري بين البروتونات. R القوى الكهربية طويلة المدى اي بروتون يتنافر مع جميع البروتونات داخل النواة r q q. للنواة ومن تزداد و ثم قوة بالتالي تنخفض التنافر Z بزيادة الكولومي بزيادة A زادتA كلما النووي الترابط طاقة ( شكل الترابط( طاقة
Ze يمكن حسابها بين البروتونات : بفرض ان النواة كرة مشحونة بانتظام بشحنة قدرها تعطى كثافة الشحنة σ.1.2 r هناك شريحة سمكها dr كرية نصف قطرها r تقع على بعد من مركز النواة وتقع خارج.3 تحوي هذه الكرية شحنة قدرها الشريحة تحمل شحنة قدرها الطاقة الكهربية الناتجة = عند مركز النواة.4.5.6
بالتعويض عن قيمة σ هذا التعبير يحوي كمية زائدة اذ اعتبرنا ان كل بروتون قد وزعت شحنته على السطح الكلي للنواة وهذا غير ممكن نحتاج الى تصحيح تطرح قيمة الطاقة الذاتية للبروتون الواحد
التصحيح الناتج من جميع البروتونات وبالتالي طاقة كولوم المصححة - r 0 = (1.2-1.4) F, C (0.72-0.62) MeV اشارة الحد سالبة
الحد الرابع حد التماثل يمثل هذا الحد العالقة بين عدد البروتونات Z وعدد النيوترونات N االنوية المستقرة يتساوى عندها عددالبروتونات مع عدد النيترونات) الخفيفة 40>A(. 40<A )1.6( يزداد عدد النيترونات عن عدد البروتونات االنوية )زوجي - زوجي( مستقرة على يمين الخط غنية بالبروتونات تطلق + β على يسار الخط غنية بالنيترونات تطلق β - حد التماثل =0 Z=N عندما اشارة الحد سالبة A في المقام تنقص قيمة الحد بزيادة A عدد النيوترونات عدد البروتونات في النواة تأثير هذا الحد على طاقة الترابط النووي يتناسب عكسيا مع عدد الكتلة A
الحد الخامس حد التزاوج اكثر االنوية استقرار التي تحتوي على عدد زوجي من البروتونات أو النيترونات نوع النواة زوجي زوجي زوجي فردي فردي زوجي فردي فردي عدد االنوية 201 69 61 5 ) تقترن االزواج المتشابهة من النيوكليونات = 0 اذا كانت A فردية = e + اذا كانت A زوجية زوجي زوجي) = - اذا كانت A زوجية فردي فردي زيادة طاقة الترايط
الحد االخير حد القشرة حد تصحيحي خاص باالعداد السحرية عندما تقترب عدد البروتونات او النيترونات من االعداد السحرية فان تصبح موجبة قيمتها صغيرة بمكن اهمالها.
B/A (MeV/N) طاقة الحجم طاقة السطح طاقة كولوم طاقة التماثل محصلة طاقة الترابط A
نموذج غاز فيرمي يعالج هذا النموذج النواة من وجهة نظر احصائية كنظام من جسيمات تتحرك بحرية كما في حالة الغاز ( وفق فروض نظرية الحركة في الغازات ) تتحرك النيوكليونات في نطاق الجهد النووي. هناك فرق في شكل الجهد بالنسبة للبروتونات والنيترونات : البروتون مرتفع)حاجز كولوم( : النيترون حافة الجهد يحرسها الحافة مستوية ~ 5 MeV
يعطي معلومات مفيدة عن االنوية عند مستويات اثارة عالية يغفل الخصائص الدورانية واالنعكاسية لالنوية القوى بين النيوكليونات معدومة تبدأ النيوكليونات في ملء مستويات الطاقة في البئر من االسفل حتى يمتليء ثم الى االعلى.. وهكذا )ال توجد فراغات في المستويات وفق مبدأ باولي ) اعلى مستوى يدعى بمستوى فيرمي E f امتالء جميع مستويات الطاقة من النواة في حالة استقرارها الدنيا و تمثل النواة في هذه الحالة غازا عند درجة الصفر المطلق في حالة اثارتها :النيوكليونات تبدأ في احتالل مستويات طاقة اعلى من مستوى فيرمي اي ان درجة حرارة النواة اكبر من الصفر المطلق درجة حرارة النواة هي مقياس لعدد النيوكليونات المتواجدة اعلى من مستوى فيرمي تقل المسافة الفاصلة بين كل مستوى والذي يليه عندما تزداد الطاقة