التطورات المجال بةةةة الرتي الوحدة النووية التحولات ر ت ر ت ع المستوى رقم الدرس b عددان حقيقيان i a 7 الا ساس النبيري i y ] y [ y y حيث قبلية مآتسبات الا سية الدالة b أ شآلها f a معرفة في المجال [ - ] f a b b ب مشتقها ج خواصها لآل عدد و y و عدد حقيقي α معرفة في المجال النيبيرية f α α الدالة اللوغاريتمية أ شآلها f ب مشتقها y y ب خواص اللوغاريتم y لآل الا عداد الحقيقية y و y a a a الرقم الذري عدد البروتونات البنية النووية بنية الذرة تتآون الذرة من نواة و الآترونات تمثل رمزيا نواة الذرة ب رمز العنصر الآيمياي ي العدد الآتلي عدد النوآليونات عدد النويات p الدقاي ق البروتون النوترون الالآترون - العدد 9-75 -7 7-7 الآتلة kg - -9-9 الشحنة C -7 Kg وحدة الآتل في المستوي الذري هي وحدة الآتل الذرية حيث ملاحظة و النظاي ر النيوآليدات هو نواة ذرة تحتوي على بروتون و نوترون ويرمز له بالرمز النيوآليد ا 8 9 U 8O C أمثلة هي ذرات تنتمي لنفس العنصر الآيمياي ي لها نفس الرقم الذري وتختلف في عدد النوترونات النظاي ر ب C C C أمثلة هي القوة المس ؤولة عن تماسك النواة و هي أقوى بآثير من قوة التنافر الآهرباي ي المتبادل بين القوة النووية القوية البروتونات - -
النشاط الاشعاعي استقرارالا نوية يتعلق بالفرق الموجود بين قوى التجاذب الموجودة بين النويات القوة النووية القوية و قوى التنافر بين البروتونات النواة المستقرة هي نواة تحافظ دوما على تآوينها يحدث لها تحول يؤدي الى تشآيل نواة جديدة با صدار إشعاعات النواة غير المستقرة نواة مشعة هي نواة α أو β أو γ تسمى هذه الظاهرة النشاط الا شعاعي يوجد حوالي عنصر آيمياي ي يوافقها تقريبا 5 نواة طبيعية منها حوالي نواة غير مستقرة مشعة آما توجد حوالي 5 نواة اصطناعية غير مستقرة قانون الانحفاظ في آل تحول نووي يحفظ مايلي الشحنة الآهرباي ية العدد الآتلي و العدد الذري الطاقة مثال نواة أو جسيما بروتون أو نوترون يتحقق الانحفاظ خصاي ص النشاط الاشعاعي لايمآن توقع لحظة اختزال النواة عشواي ي يحدث دون أي تدخل خارجي تلقاي ي تتفآك النواة غير المستقرة عاجلا أم اجلا حتمي عن الترآيب الآيمياي ي الذي تنتمي اليه النواة المشعة مستقل الضغط ودرجة الحرارة عاملي عن مستقل أنواع النشاط الاشعاعي أ النشاط الاشعاعي α النشاط الاشعاعي أ حسب المعادلة الاتية يميز الا نوية الثقيلة 8 و يتم بانبعاث نواة الهيليوم 8 9 U 9 Th 9 9 مثال y نواة الابن نواة الا ب U اليورانيوم Th الثيريوم صلب النشاط الاشعاعي α ضعيف النفاذية يمآن توقيفه بورق أو بضع سنتيمترات من الهواء β الاشعاعي النشاط ب حسب المعادلة يميز الا نوية الغنية بالنوترونات حيث يتحول النيترون إلى بروتون و ينبعث الآترون Co نيترون مضاد لايملك شحنة و لا آتلة i 7 8 υ p υ y υ معادلة التحول النووي هي مثال Co الآوبالت صلب i النيآل صلب β الاشعاعي النشاط ج حسب المعادلة يميز الا نوية الغنية بالبروتونات حيث يتحول البروتون إلى نيترون و ينبعث بوزيتون P 5 β وهو اشعاع آهرومغناطيسي Co p υ الآترون موجب Si مثال y υ معادلة التحول النووي هي Si السيليسيوم صلب P الفوصفور صلب β له نفاذية معتبرة يمآن توقيفه ببضع سنتيمترات من الا لمنيوم النشاط الاشعاعي β i 7 8 α تآون مصاحبة للنشاطات الاشعاعية السابقة γ النشاط الاشعاعي د فوتونات وليست جسيمات مادية γ معادلة التحول النووي هي 8 i 8 i γ مثال نواة الابن مستقرة نواة الابن مثارة النشاط الاشعاعي γ شديد النفاذية و يصعب توقيفه يحتاج حوالي سم من الرصاص أو عدة أمتار من الخرسانة للوقاية من أخطاره - -
مخطط sgr مخطط 5 f f أنوية مص درة لα ان الا نوية المستقرة تشآل على هذا المخطط ما يعرف α - ب مجال الاستقرار وادي الاستقرار - الا نوية المستقرة بالنسبة أنوية مستقرة أ إذا آان أو 5 فالا نوية تتوزع بجوار المستقيم ب إذا آان أو 5 فالا نوية تتوزع فوق المستقيم ج الا نوية المستقرة تحقق العلاقة - β β 5 8 - أنوية مص درة ل β الا نوية غير المستقرة بالنسبة أ الا نوية الثقيلة 8 أو تقع في أعلى مجال الاستقرار وتشع جسيمات α في مخطط النواة الابن تنسحب قطريا نحو الا سفل بخانتين عن نواة الا ب تحدد نوع النظير مخطط sgr المخطط في الجدول الدوري النواة الابن تتواجد في نفس سطر نواة الا ب لآن بخانتين قبله لا تحدد نوع النظير ب الا نوية التى تقع فوق وادي الاستقرار عدد نيوتروناتها آثيرة تشع جسيمات β في مخطط النواة الابن تنسحب قطريا عن نواة الا ب نحو المحور تحدد نوع النظير في الجدول الدوري النواة الابن تتواجد في نفس سطر نواة الا ب لآن بخانة بعده لا تحدد نوع النظير ج الا نوية التى تقع تحت وادي الاستقرار عدد بروتوناتها آثيرة و تشع جسيمات β في مخطط النواة الابن تنسحب قطريا عن نواة الا ب نحو المحور تحدد نوع النظير في الجدول الدوري النواة الابن تتواجد في نفس سطر نواة الا ب لآن بخانة قبله لا تحدد نوع النظير د الا نوية غير المستقرة تحقق العلاقة 5 8 تناقص النشاط الا شعاعي Bcqur البآريل أنوية مص درة ل β - - هو وحدة قياس النشاط الا شعاعي و يرمز لها بالرمز Bq وهي نشاط اشعاعي يقابل تفآك نواة واحدة خلال آل ثانية Ci 7 Bq توجد وحدة أخرى لقياس النشاط الشعاعي هي الآيري النشاط الا شعاعي يقاس بواسطة جهاز يدعى جهاز جيجر قيم نشاطات إشعاعية لبعض المنابع المشعة إنسان المنبع المشع قيمة النشاط الا شعاعي آغ ماء البحر Bq آغ سمك آغ معدن اليورانيوم الا شعة في الطب آغ النفايات النووية Bq منبع مشع طبي Bq 7 Bq 5 Bq Bq Bq ثابت التفآك λ النشاط الا شعاعي ثابت λ ثابت يميز النواة المشعة ويعرف باحتمال تفآك النواة خلال وحدة الزمن s ولايتعلق بالزمن ووحدته - S λ التفاضلية للتطور المعادلة احتمال تفآك نواة واحدة خلال ثانية واحدة λ احتمال تفآك نواة واحدة خلال الزمن هو - -
عدة أنوية المتفآآة خلال الزمن هو λ حيث عدد الا نوية المشعة غير المتفآآة عند التغيير الحادث النقصان في عدد الا نوية خلال الزمن هو λ عدد الا نوية المشعة غير المتفآآة عند اللحظة عدد الا نوية المشعة غير المتفآآة عند اللحظة عدد الا نوية المختفية المتفآآة خلال الزمن d من نجد λ لما تآون λ d λ التناقص الا شعاعي قانون λ المعادلة هي معادلة تفاضلية من الدرجة الا ولى حلها من الشآل عدد الا نوية المشعة غير المتفآآة عند اللحظة عدد الا نوية المشعة غير المتفآآة عند اللحظة 7 الا ساس النبيري s - ثابت التفآك λ ملاحظة آتلة العينة g M o M الآتلة المولية o g عدد افوقادرو λ λ λ الا شعاعي النشاط نشاط منبع مشع 5 يساوي متوسط عدد الا نوية المتفآآة خلال آل ثانية ونآتب λ λ λ λ λ λ ملاحظة تفاضلية من الدرجة الا ولى معادلة نواة Bq g التناقص الا شعاعي منحنيات τ وزمن نصف العمر الزمن ثابت ا τ هو الزمن اللازم لتفآك % من الا نوية الابتداي ية ثابت الزمن أ يساوي مقلوب ثابت التفآك τ λ λ s - ثابت التفآك λ s ثابت الزمن τ τ يمثل فاصلة نقطة تقاطع المماس عند مع محور الزمن الشآل نصف العمر للعنصر المشع زمن ب هو المدة الزمنية اللازمة لتفآك نصف عدد الا نوية المشعة الموجودة عند اللحظة آما في الشآل - -
λ τ ومنه 8 R 58 s u λ نعوض في فنجد فان لما ملاحظة يسمى زمن نصف العمر بالدور ويرمز له بالرمز T 9 8 as 57 as أمثلة C اذا آان يمآن استعمال العلاقات الا تية عددالا دوار عدد طبيعي مجال التا ريخ في تطبيق 7 علما يمآن بواسطة النشاط الاشعاعي تقدير عمر المواد العضوية مثل بقايا الا عضاء النباتية أو الحيوانية باستعمال الآربون C بنسبة ثابتة و النظير المشع C أن عنصر الآربون يدخل في ترآيب الآاي نات الحية ويتآون من النظير المستقر C لا يتجدد لا ن التفاعلات مع له زمن نصف العمر حيث عند موت العضو فان C 57 as و C العالم الخارجي تتوقف وعليه يبدأفي التناقص بينما C يبقى ثابت لحظة موته هو والنشاط في اللحظة بعد موته بمدة طويلة هو ومنه نحسب عمر العضو من C اذا آان نشاط λ λ العلاقة الاتية مثال آتلة الآربون لشظية من عظم حيوان وجدت في مآان أثري هي g تم تسجيل النشاط لها ب 5 Bq علما أن وأن نسبة الآربون للآربون هي ما هو عمر العظم 57 as C λ M C g o C o علما أن الجواب عمر العظم يحسب آمايلي λ لدينا g 5 Bq عدد أنوية C تقريبا تساوي عدد أنوية C الموجودة في g من العظم 5 نواة M عدد أنوية C الموجودة في g من العظم C 5 C حساب λ 9 Bq 9 57 5 5 8 9 5 9 فيآون عمر العظم s 99 as النووية لاتتتت التفاع 5 علاقة انشطاين 5 توصل انشطاين أن آل جسم آتلته في حالة سآون يملك طاقة تعطى بالعلاقة J طاقة الآتلة وتقدر بالجول C kg آتلة الجسم و تقدر ب C 8 s سرعة الضوء في الفراغ C توجد وحدة أخرى لقياس الطاقة هي الا لآترون فولط 'écrovo رمزها V حيث - 5 -
V, -9 J MV V MV, - J -7 Kg 95 MV C مثال أحسب طاقة الآتلة لبروتون آتلته,7-7 kg إن القنبلة الذرية التي حطمت مدينة نآازاآي في اليابان يوم 9 أوت 95 حررت طاقة قدرها 8, J أحسب رتبة تغير آتلة الجملة الحل حساب طاقة الآتلة للبروتون c 7 5 7 8 J حساب رتبة تغير آتلة الجملة 8 9 Kg g 8 C نلاحظ أن رتبة تغير آتلة الجملة هو g [ ] p آتلة النواة الآتلي الخطا النقص في آتلة النواة 5 هو الفرق بين آتلة النواة و آتلة الدقاي ق النآونة لها النويات و نآتب آتلة النوترون آتلة البروتون P ارتباط النواة طاقة أوووو طاقة تماسك النواة 5 هي الطاقة اللا زمة لتفآك النواة الى نويات أوهي الطاقة اللا زمة لارتباط النويات مع بعظها البعض ونآتب C C 8 s سرعة الضوء في الفراغ C Kg التغير في الآتلة j طاقة ارتباط النواة العدد الآتلي نيوآليون التماسك لآل ني طاقة 5 هي نسبة طاقة ارتباط النواة على العدد الآتلي و نآتب j طاقة ارتباط النواة J طاقة تماسك النيوآليون و آتلة نواة 75 7 Kg و آتلة النوترون p 77 7 مثال Kg تعطى آتلة البروتون 7 5 أحسب طاقة تماسك نواة هذا النظير 5 Kg الهيدروجين الثقيل الحل تحتوي النواة على بروتون واحد و نوترون واحد و منه p C C 9 Mv النواة استقرار 5 5 يآون استقرار النواة آبيرا آلما آانت طاقة تماسك النيوآليون أآبر الا نوية المستقرة هي الا نوية التي طاقة تماسآها لآل نيوآليون حوالي 8 Mv f so منحنى ا ستون مجال الا نوية المستقرة 9 لما الا نوية غير المستقرة يمآن أن تتحول بطريقتين أ الا نوية الثقيلة 9 يمآن أن تنشطر الى نواتين خفيفتين تنتميان لمجال الا ستقرار يمآنها أن تندمج لاعطاء نواة قريبة من ب بعض الا نوية الخفيفة مثل مجال الا ستقرار - -
الا نوية المستقرة الا نشطار والا ندماج النوويين 7 النووية المفتعلة التفاعلات 7 النشاط الاشعاعي ظاهرة توافق حدوث تفاعلات نووية تلقاي ية التفاعل النووي المفتعل المستحدث هو تفاعل يحدث عند قذف نواة هدف بنواة قذيفة حسب التفاعل الا تي a y b النواة نواة النواة دقيقة قذيفة الناتجة منبعثة 7 7 8O مثال النووي الا نشطار تفاعل 7 هو تفاعل نووي يحدث عند قذف نواة ثقيلة بنوترون فتنشطر الى نواتين خفيفتين مع اصدار نوترونات أخرى وتحرر طاقة آبيرة ملاحظات تستعمل هذه التفاعلات في القنبلة الذرية وفي المفاعلات النووية يحررطاقة قدرها 85 9 j ان انشطار g من 5 U ان تفاعلات الا نشطار النووي هي تفاعلات تسلسلية 9 9 U 5 Ba Kr 5 9 5 مثال La 8 878 C [ - 7-5 9 مثال أحسب الطاقة المتحررة من اتشطار نواة اليورانيوم U في تفاعل الانشطار النووي التالي U Mo La 7 5 9 95 9 57 Mo 9887 U 85 5 9 7 Mo La U 9957 تعطى 58 58 الحل حساب الطاقة المتحررة من اتشطار نواة اليورانيوم U ] حساب
88 ib 8 7 ib ib 8 v 9 8 ib 8 Mv J النووي الاندماج تفاعل 7 هو تفاعل نووي يحدث عند التحام نواتين خفيفتين أثناء التصادم لتشآيل نواة ثقيلة مع انبعاث نوترونات بروتونات و تحرر طاقة آبيرة ملاحظات تفاعل الاندماج النووي صعب التحقيق بسبب التناف و الاستقرار حيث يحدث عند درجة حرارة عالية تقارب 8 K و تحت ضغط آبير تفاعل الاندماج النووي يحدث في الشمس و في النجوم وعند انفجار القنابل الهيدروجينية ان الطاقة المتحررة من تفاعل الاندماج تآون أآبر من 5 حتى مرات من الطاقة الناتجة من تفاعل الانشطار من أجل نفس آتلة الوقود مثال 5 أحسب الطاقة المتحررة من تفاعل الاندماج النووي التالي 55 C [ 55 889 5 85 الحل حساب الطاقة المتحررة من تفاعل الاندماج النووي السابق ] حساب ib 889 7 8 ib 8 J 8 ib ib 7 v 9 7 Mv ib المحررة في تفاعل نووي الطاقة ib 7 في التفاعلات النووية تآون دوما آتلة النواتج أصغر من من آتلة المتفاعلات يمآن أن يآون جسيم أو نواة ib C [ f i ] C [ ] C J الطاقة المحررة في تفاعل نووي أو التغيير في طاقة الجملة ib Kg الآتل الابتداي ية مجموع آتل المتفاعلات i Kg الآتل انهاي ية مجموع آتل النواتج f f i ib هي التغيير في طاقة الجملة أي ib معناه الجملة أعطت طاقة للوسط الخارجي مثال 9 8 9 U 58 C S أ حسب الطاقة المتحررة في التفاعل التالي U 5 898 8 98 المعطيات 5 C S 7 Kg C 9 الحل حساب الطاقة المتحررة من التفاعل السابق - 8 -
[ C S U 8 ib 8 7 ] 9 ib ib 7 9 v 9 8 حساب [ C S U ] C ib S 9 7 9 Mv ارتباط النواة طاقة أو تماسك النواة طاقة ib و المحررة في تفاعل نووي الطاقة بين العلاقة ib ib J 7 5 ib [ ] [ ib ] الحصيلة الطاقوية لتفاعل نووي 7 ليآن التحول الطاقوي الحصيلة الطاقوية تسمح بتعيين طاقة التفاعل ib حيث [ ] [ ] نيآليون بروتون - [ ] [ ] C f i [ f i ] C نلاحظ أن < تمثل الحصيلة الطاقوية في المخطط التالي ib أي أن الجملة تحرر طاقة الطاقة المحررة أمثلة تفاعل الانشطار مثال انشطار اليورانيوم 5 أ- 5 9 9 U 8 Sr 5 الحصيلة الطاقوية الشآل مثال اندماج نواتين من الهليوم ب تفاعل الاندماج الحصيلة الطاقوية الشآل 9 بروتون 9 9 [ 8 Sr 5 U 5 U 9 نكليون نكليون بروتون ] 5 ib ib 9 8 Sr 5 الشكل الشكل - 9 -