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