kau.edu.sakau.edu.sa/files/0009212/subjects/مذكرة... · web viewاحتراق الكربون...
TRANSCRIPT
النووية الكيمياءواإلشعاعية
إعدادالتركستاني: محمود عائشة دكتورة
المشارك الفيزيائية الكيمياء أستاذ
1
الفهرسرقم العنوانالصفحة
المقدمة .1.14
المشعة .2.1 والمواد النووي اإلشعاعي النشاط اكتشافظاهرة4
اإلشعاع. 3.15
النووي. 4.1 6 اإلشعاع
المشعة. 5.1 9 العناصر
المشعة. 6.1 11 خواصالعناصر
النواة. 1.2 15 إستقرار
للنواة .2.2 الربط طاقة17
والطاقة. 3.2 الكتلة بين العالقة18
اإلشعاعي .4.2 النشاط20
التفكك. 5.2 قانون26
النصف .6.2 عمر28
اإلشعاعي. 7.2 النشاط 29 وحدات
والكتلة. 8.2 اإلشعاعي النشاط بين العالقة30
2
النووية. 1.3 التفاعالت38
النووية. 2.3 التفاعالت أنواع38
النووي. 3.3 اإلنشطار42
4.3) السائل. ) قطرة نموذج اإلنشطار نظرية42
اإلنشطار. 5.3 نواتج43
النووي. 6.3 اإلندماج44
الهيدروجينية. 7.2 القنبلة46
المشعة .8.3 النظائر46
النظائر. 9.3 أنواع46
المشعة. 10.3 النظائر إنتاج46
النووية .1.4 المفاعالت47
النووي. 2.4 المفاعل تركيب47
النووية. 3.4 المعجالت49
النوى .4.4 نصفقطر50
النووية. 1.5 المعجالت51
3
النيوترونات. 2.5 مصادر54
المادة. 3.5 مع اإلشعاع تفاعل54
واإلشعاعية النووية الكيمياءNuclear and Radiation Chemistry
المقدمة.1.1
4
النووية تتعامل مع الكيمياءهو أحد فروع Nuclear Chemistryالكيمياء الذي الفعالية ، والعملي+++++++ات النووي+++++++ة والخ+++++++واص النووي+++++++ة.radioactivity اإلش+++++++++عاعية
. و علم ويهتم الذرات أنوية في تغير نتيجة تحدث التي التفاعالت بأنها النووية الكيمياء تعرفيؤثر وكيف لها، المكونة األساسية الجسيمات وطبيعة النواة تركيب بدراسة النووية الكيمياءتغير إلى تؤدي التي الظواهر بدراسة يهتم الذي العلم فهو وبالتالي ثباتها، على التركيب هذا
.. .. أفادت وقد الصناعية التغير بعمليات أو الطبيعية اإلشعاع بعمليات سواء النواة تركيببشكل طاقة أغلفة من مكون تركيب للنواة أن النووية الكيمياء مجال في النظريات أحدث
الظواهر دراسة من الحقائق هذه على االستدالل تم وقد للذرة، اإللكتروني التركيب يشبه. النووي باإلشعاع المرتبطة
بتغيرات قورنت ما إذا جدا كبيرة النووية التغيرات تصاحب التي الطاقة تغيرات وتعتبروذلك المرات، ماليين من يقرب بما منها وهيىأكبر الكيميائية، التفاعالت تصاحب التي الطاقة
التي الكيميائية القوى من بكثير أكبر للنواة المكونة الجسيمات تجمع التي النووية القوى ألن( . الجدول يوضح والمواد الجزيئات الروابطىفي األمثلة( 1تكون بعض .
المشعة، المواد لدراسة التقنية التطبيقات أهم أحد يعتبر فهو اإلشعاعية الكيمياء علم أماالكيميائية العمليات بين الجوهري والفرق كيمائية، تغيرات من تحدثه أن يمكن وما
أي أنتتبع األخيرة الحالة ي اننا هو النووية اإلشعاعات بتأثير تحدث التي وتلك العاديةاإلشعاع قياس بعمليات الخاصة بالقياسات يحدث .تغير
المشعة .2.1 والمواد النووي اإلشعاع اكتشافظاهرة
كان المعادن، صفائح على ألفا دقائق تأثير لدراسة الشهيرة تجربته راذرفورد قدم أن بعد : جزء في تتجمع الشحنة موجبة الجسيمات أن هي وضعها التي االستنتاجات أهم من
وضعت تجربته أن أي الذرة كتلة تتجمع أيضا وفيها النواة، وهو الذرة من صغيرمهمة خطوة التجربة هذه كانت حيث الذرة، لتركيب النووي للنموذج األول التصورالعلم هذا تطوير .في
ال كيميائية(: 1جدول ) والتفاعلات النووية التفاعلات من المتحلررة الطاقة كمية بين مقارنة .
الطاقة كمية المتحررة)eV/molecule(
نوعه
التفاعل المعادلة
4.1 كيميائي
C)s( + O2)g( CO2)g( الكربون احتراق
9.2 كيميائي
C7H5)NO2(3 explosion products TNT)1( انفجار مادة
2.5x106 نووي 60Co Ni + β + energy Co +ل بيتا انحالل200x106 نووي 235U + 1n fission products+ energy النووي اإلنشطار
طولوين (1) نيترو Trinitro toulweneثالثي
بيكريل هنري الفرنسي العالم تبعث 1895عام H. Becquerelاكتشف اليورانيوم أمالح أن ماإلشعاعات نفسها هي أنها البداية في ظن وقد المغلفة، الفوتوغرافية األلواح على تؤثر غشعاعات
روتنجن األلماني العالم اكتشفها السينية Rotingenالتي الشعة سميت أن x-raysوالتي الحظ ولكنه
5
( األشعة قدرة تفوق االختراق على عالية قدرة ذات اليورانيوم أمالح من تنطلق التي اإلشعاعات( : ) ( ضوء( مثل خارجي مؤثر مستحث أو مثير وجود دون تلقائيا تحدث الظاهرة هذه وأن السينية
) عن النظر بغض اليورانيوم امالح جميع من تصدر مشابهة اشعاعات أن أكد كما ، مثال الشمس. مشابهة ظاهرة تعطي الثوريوم مركبات وأن للملح الكيميائي التركيب
عام كوري 1889وفي وماري بيير الزوجان بدأ المجال، Pierre and Marie Curieم هذا في أبحاثهما ) خواص ) لها البتشبلند مثل لليورانيوم الطبيعية الخامات بعض أن مالحظة أساس على مبنية والتي
. ربما الخامات هذه أن الحقيقة هذه من استنتجا وقد نفسه النقي اليورانيوم من أقوى إشعاعية . إلستخالص مضنية جهود عمال حيث اإلشعاع خاصية لها اليورانيوم غير أخرى عناصر على تحتوي
البولونيوم عنصري من البتشبلند خام في الموجودة الضئيلة وهما Ra88والراديوم 84Poالكمباتاإشعاعية الخاصية كانت هنا ومن اليورانيوم، قدرة تفوق اإلشعاع على كبيرة قدرة ذوي عنصران
اليورانيوم أكسيد على تحتوي اللون سوداء خامة وهي للبتشبلند %.75بنسبة U3O8القوية
لمقدار فصلها كوري ماري أعمال أهم من نقية 100وكان بصورة الراديوم كلوريد من ملليجرام ) بقيمة) له الذري الوزن وعينت ، الوقت ذلك في الطيفية القياسات إليه توصلت ما أحدث حسب
( 0.2بفارق ) 226.5 من نقية عينة أول تحضر أن أستطاعت كما الحاضر الوقت في المعينة القيمة عن. ملحه لمصهور الكهربي التحليل من الراديوم فلز
عام تلت التي األعوام راذرفورد 1909وفي قدم المجال. Rutherford Eم، هذا في مهمة مساهماتوأن الهيليوم أنبوبة عن عبارة أنها وأكد ألفا الجسيمات طبيعة لتعيين الطيفية الطرق استخدم حين
طومسون عرفها التي المهبط أشعة لجسيمات مماثل نحو على تتصرف بيتا بأنها Tohmsonجسيماتفي طبيعتها في تتشابه والتي الذرات، في سالبة شحنة تحمل جسيمات أو إلكترونات عن عبارة
الذ رات.جميع
العامين و 1911وبين وسودي 1913م فاجان العلمان قدم البحثية K.Fajan and F. Soodyم أوراقهماعملية أن فيها أوضحا حيث والثوريوم اليورانيوم لعنصري اإلشعاعي اإلنحالل عمليات بدراسة الخاصة
. بفقد االنحالل وأن المنحل العنصر من جديد عنصر تكوين إلى يؤدي النواة في تحوال تتضمن االنحاللفي زيادة إلى بيتا انحالل يؤدي بينما وحدتين، بمقدار الذري العدد في تناقص إلى يؤدي ألفا جسيمات
. واحدة وحدة بمقدار الذري العدد
العام شهد جادويك 1932وقد اكتشاف في تمثل مهما حدثا الذي J. Chadwickم النيوترون لوجود: النوع من تفاعل في جدا، العالية الطاقة ذات ألفا بجسيمات قذفها بعد البريليوم نواة من انطلق
Be❑9(α,n)12C
ألنه عديدة، نووية تفاعالت اجراء امكانيات تطوير في هام دور النيترون الكتشاف وكانوقد عالية، طاقة الكسابه الحاجة دون النواة اختراق على قادر وهو مشحون غير جسيم
. النووي التركيب طبيعة عن الكثير فهم في النووية التفاعالت هذه ساهمت
العام ( 1934وفي ( عملها خالل من كيوري وماري بيير إبنة كيوري أيرين أوضحت مكيوري فريدريك زوجها مع بأشعة I. and F. J. Curieالمشترك واأللومنيوم البورون قذف أن
. النواة تحويل إلمكانية هاما كشفا هذا وكان لهما إشعاعية خواص ظهور إلى يؤدي سوف ألفاالبوزترون جسيم اكتشاف تجاربهما عن نتج كما صناعي بشكل مشعة وهو : positronلتصبح
. اكتشاف تم قد وكان موجبة بشحنة ولكن اإللكترون خصائص تشبه خصائص له جسيم. الكوني اإلشعاع مكونات كأحد ذلك قبل البوزترون
6
اإلشعاع. 3.1
تعريفه:
. المحيط الوسط أو الفضاء خالل للطاقة وإنتشار إنبعاث عن عبارة اإلشعاع
أنواعه:
: إثنين نوعين إلى اإلشعاع ينقسم
الجسيمي- 1 اإلشعاع
. الذرية الجسيمات بواسطة فيه الطاقة تنتقل الذي اإلشعاع عن عبارة هو
الموجي- 2 اإلشعاع
. الكهرومغناطيسية الموجات تردد طريق عن فيه الطاقة تنتقل الذي اإلشعاع عن عبارة هو
النووي. 4.1 اإلشعاع
. المستقرة غير للنواة التلقائي اإلنحالل أثناء ينتج موجي أو جسيمي إشعاع عن عبارة هو
اإلشعاعي وهناك لإلنحالل أنواع :ثالثة ) هي ) النووي اإلشعاع
ألفا. أشعة α Alpha rayأ
: يلي ما ألفا خصائصأشعة من
ألفا* تساوي أشعة كتلتها الهيليوم ذرة نواة عن )4عبارة ذرية كتلة وهي.( a.m.uوحدةعلى و 2تحتوي تساوي +2بروتون شحنة وتحمل .2نيوترون
( عشر* ) تساوي سرعتها ببطء (.1/10تسير الضوء( سرعة
( عشرات* تكوين يمكنها حيث فيه تسير الذي الوسط ذرات تأيين على كبيرة قدرة لها.) الواحد السنتيمتر في األيونات من األلوف
من* ) سنتيمترات بضع إلى يصل قصير الهواء في ألفا أشعة (.5-3مدى سم
سمكها* الومينيوم رقائق أو ورقة بواسطة ألفا أشعة إيقاف .1/1000يمكن البوصة من
المادة* جزيئات إلكترونات مع مرنة غير تصادمات تحدث فإنها بالمادة ألفا دقائق مرور أثناء. المادة تلك لذرات والتأين اإلثارة مسببة
. التصادمات* تلك بفعل طاقتها من قليل جزء وتفقد مستقيما مسارا ألفا دقائق تأخذ
بين* طاقتها وتتراوح الطاقة من المدى نفس لها ألفا دقائق فولت 9-4جميع إلكترون مليون. الطاقة نفس لها الواحد العنصر من الصادرة ألفا دقائق ألن وذلك
بيتا. أشعة β Beta rayب
7
: يلي ما خصائصها من
لتحول* نتيجة المستقرة غير النواة من ينبعث سالبة شحنة ذو الكترون عن عبارة بيتا أشعة. بروتونات إلى النيوترونات
. الضوء* سرعة تقريبا تساوي تسيربسرعة
وتعتبر* لها قيمة أعلى إلى الصفر بين تتراوح قيما تأخذ مختلفة بطاقات بيتا دقائق تنبعث. المشع للعنصر خاصة صفة سرعتها
المرنة* غير التصادمات نتيجة المادة خالل من مرورها عند طاقتها معظم بيتا دقائق تفقد) مسار ) مدى من بكثير أكبر بيتا دقائق مسار يكون لذلك ونتيجة المادة، تلك إلكترونات من
. المادة لهذه ألفا دقائق إختراق
متر* إلى سنتيمترات بضعة من يبدأ حيث طاقتها، حسب الهواء في بيتا أشعة مدى يختلفتقريبا.
. المعدن* من أو الزجاج من لوح أو سميك ورق بواسطة تماما بيتا أشعة إيقاف يمكن
. طاقتها* على بيتا أشعة إمتصاص يعتمد
) ( تأيين* على ألفا جسيمات أشعة قدرة من بكثير أقل ولكنها الهواء تأيين على قدرة لهايتراوح ) الذي وزنها لصغر وذلك تساوي.( a.m.u 1/1838الهواء وشحنتها الهيدروجين ذرة من
الوحدة.
جاما. أشعة γ Gamma rayج
: يلي ما خصائصها من
المرئي* الضوء أشعة تشبه نووي أصل ذات كهرومغناطيسية موجات عن عبارة هي. السينية واألشعة الراديو وموجات
من* ) يتراوح جدا قصير الموجي ( 0.03إلى 0.0003طولها الطاقة وحدة يعادل وهو نانوميترإلى Kev 40من) فولت الكترون (.4.0Mevكيلو فولت الكترون مليون
طاقات* من قليل عدد أو الطاقة أحادي إشعاع بشكل المشعة المادة من جاما أشعة تنبعثنظير مثل ❑Coمنفردة
60
) جاما ) طاقة أشعة من نوعين يعطي الطاقة γحيث ذات الكترون 1.173و 1.332وهي مليونفولت.
وبيتا* ألفا أشعة عكس على المادة مع واحد تداخل خالل طاقتها معظم جاما أشعة تفقد. تدريجية بصورة طاقتهما تفقدان اللتان
العابر* الجزء أما كامال، إمتصاصا المحيطة المادة على الساقطة جاما أشعة من جزء يمتصكان فإذا كاملة، االبتدائية بطاقته فيحتفظ الممتص فوتونات Iغير عدد خالل γيمثل النافذة
8
السمك ذات الممتصة ₀وكان xالمادة I و الساقطة الفوتونات عدد اإلمتصاص µيمثل معاملقبل من الممتصة غير الفوتونات عدد معرفة خاللها من يمكن التي المعادلة فإن الكلي
:) لإلمتصاص ) بيير قانون تساوي والتي المادة
I = I₀ eµx
اإلشعاعي النشاط يمثل الفوتونات عدد أن :Aوبما فإن
A = A₀ e-µx
السمك قيمة وتستعمل المحيطة، المادة في معروف إختراق مدى جاما ألشعة وليس.(Half Thickness Value)النصفي الممتصة المادة سمك مع الفوتونات عدد ربط عن للتعبير
: النصفي السمك )ويعرف عدد جاما شدة إلختزال الالزم الممتصة المادة سمك بأنه ) معامل قيمة كانت إذا السابقة، المعادلة من حسابه ويمكن النصف، إلى النافذة الفوتونات
: يلي كما الكلي اإلمتصاص
ln I/I₀ = -µx
ln )I₀/2(/I₀ = -µx1/2 = ln )1/2(
X1/2 = ln 2/µ = 0.693/µ
مسألة:
من اإلشعاع شدة لتقليل الالزم الرصاص سمك هو إلى 160ما علمت 10بيكريل إذا بيكريليساوي للرصاص النصفي السمك سم؟ 125أن
9
المشعة. 5.1 العناصر
: المشع العنصر تعريف
جسيمات بإنبعاث تضمحل مستقرة غير نواة على يحتوي عنصر بأنه المشع العنصر يعرف. ) اإلستقرار ) – – حالة إلى لتصل جاما بيتا ألفا نووية
: المشعة العناصر من نوعان يوجد
: طبيعية- مشعة عناصر .أ الطبيعة في توجد التي وهي
: صناعية- مشعة عناصر إحدى ب بواسطة الثابتة العناصر قذف بواسطة تصنع التي وهي. النيوترون أو البروتون أو ألفا القواذف
: إلى لمصدرهما تبعا قسمين إلى الطبيعية المشعة العناصر وتنقسم
1: كونية- طبيعية مشعة عناصر
) ( والشمس الكواكب من الناتجة األشعة الكونية األشعة لتفاعل نتيجة العناصر هذه تتكون: مثل مشعة مواد ذلك عن وينتج الفضاء، في الموجودة ,3Hبالمواد 14C, 7Be, 22Na,32P, 35S
. و األرض سطح على العناصر هذه وتنتشر الخفيفة، العناصر من على ومعظمها األمثلة من: التفاعالت هذه
H11 +H1
1 H12 + β+ + γ
γ+ He23H1
1+H12
H112+He2
4 + He23He2
3
10
+nLi46He2
3 + He24
+γ Be57 H1
1 + Li46
γ +Li47 e- +Be5
7
γ+ C612 3 He2
4
γ+O816He2
4 + C612
γ+Ne1020 He2
4 O816 +
γ+Mg1224He2
4+Ne1020
γ+Si1428He2
4+Mg1224
على القسمة يقبل الذري الوزن ذات الخفيفة العناصر أن نستنتج السابقة التفاعالت منالطبيعة في متوفرة تكون أربعة
2: أرضية- طبيعية مشعة عناصر
من أكبر ذري عدد تحمل التي المواد كل وتشمل األرضية القشرة في العناصر هذه ،83توجداليورانيوم سلسلة السالسل هذه أهم ومن العمر طويلة السالسل إلى المواد هذه وتنتمي
الثوريوم 238 البوتاسيوم 232وسلسلة إلى باإلضافة القشرة 40، في يوجد الذيالمستقر% 0.0117األرضيةبنسبة البوتاسيوم .39Kمن
اليورانيوم أ- : 238سلسلة
αββαU92
238 Th90234 Pa91
234 U92234 Th90
230
2.45x105y6.75h24.1d4.468109y
α αα 𝛂Th90
230 Ra88226 Rn86
222 Po84218 Pb82
214
3.05 m 2.8235 d1.6x103 d1.6x103 y8x104 y
βαββ
11
Pb82214 Bi83
214 Po84214 Pb82
210 Bi83210
22.3 y164 Ms19.7 m26.8 m
αβBi83
210 Po84210 Pb82
206 138.38 d5.01 d
اليورانيوم بعنصر السلسلة هذه الرصاص 238وتبدأ بعنصر غاز 206وتنتهي ويتخللها الثابت222الرادون
86Rn.
الثوريوم ب- :232سلسلةαββα
Th90232 Ra88
228 Ac89228 Th90
228 Ra88224
1.931 y6.13 h5.76 y1.41x1010 y
βαααRa88
224 Rn86220 Po84
216 Pb82212 Bi83
212
10.64 h0.15 s55.6 s3.66 d
α βBi83
212 Po84212 Pb82
208
45s 25m
بالثوريوم السلسلة هذه بالرصاص 232وتبدأ الرادون 208وتنتهي غاز ويتخللها ويسمى 220،. اليورانيوم سلسلة في الرادون غاز وبين بينه للتفرقة الثورون بغاز السلسلة هذه في
البوتاسيوم- سلسلة :40جββ
Ar1840 K19
40 Ca2040
1.28x109 yE.C.
المستقر البوتاسيوم من كبيرة نسبة على يحتوي اإلنسان جسم أن تقريبا 39Kوحيث تساويعنصر 2.5 فإن في 40Kكجم كبيرة أهمية وله والنبات، والحيوان اإلنسان جسم في يوجد
فيعتبر القلب، مثل اإلنسان جسم أجهزة بعض بتشغيل 40Kتشغيل تقوم التي البطاريةالقلب.
: المصنعة المشعة العناصر
12
عناصر قذف بواسطة وذلك المشعة العناصر مئات صنع الماضية القليلة السنوات في تم لقد : مشع عنصر إلى لتتحول البروتون أو النيوترون مثل مختلفة قذائف بواسطة مشعة غير
. الحروب وفي والزراعة والصناعة الطب مثل مختلفة أغراض في أمثلة يستخدم ومن: ذلك الطبمثل في تستخدم عناصر
67Ga, 201Th, 123I, 111In, 81Ru, 15N, 18F, 134Cs, 95Te-67الجاليوم- الثاليوم ،201- اليود ،123- اإلنديوم ،111- الروبيديوم ،81- النيتروجين ،15 ،
-18الفلور- السيزيوم ،134. : الصناعة في تستخدم التي العناصر أمثلة ومن
المستوى التصوير 60Co , 134Csلمعرفة األدوية 124Sbوفي أبحاث وفي ،3H , 14C إختبار وفي ) إتالفية) الال اإلختبارات .192Irاللحامات
المشعة. 6.1 خواصالعناصر. والنواة الذرة تركيب أوال نعرف أن يجب المشعة العناصر خواص ندرس لكي
والنواة The Atom and Nucleusالذرة
. التحدي تركيبها معرفة محاولة ظلت وقد المادة تكون التي الساسية الوحدة هي الذرةحين العشرين القرن أوائل حتى القديمة العصور في العلماء من العديد واجه الذي األكبر
في دراستك خالل من بها مستفيضة دراية على أنك شك وال الحديثة، الذرية النظرية وضعت. الماضية السنين
: ) ( المتناهي المركز هما أساسيتين منطقتين من الحديث التصور حسب الذرة تتكونقطرها نصف يتجاوز ال المنطقة وهذه الموجبة، الشحنات فيه تتركز الذي متر، 15-10الصغر
عليها يطلق ما ذات النواةوهي اإللكترونات فيه تسير هائل فراغ النواة بهذه ويحيط ، مساويا الذري القطر نصف ليكون السالبة متر.10-10الشحنة
صغيرة The Atom: الذرة إذا جسيمات بالنواة ويحيط النواة يسمى صغير جسيم من تتكون. معينة مدارات في حولها تدور اإللكترونات تسمى
حوالي : The Nucleusالنواة أما قطرها نصف ويبلغ الذرة كتلة تتمركز في 13-10فيها سم،حوالي الذرة قطر نصف يصل . 8-10حين من نوعين من تتركب بدورها والنواة سم
تساوي إلى الذرة تعادل ويعود والنيوترونات، بالبروتونات تعرف الصغر المتناهية الجسيمات . الشحنة في وإختالفهما اإللكترونات عدد مع البروتونات عدد
: والنووي الذري التركيب في اآلتية األولية المفاهيم تحديد المفيد من
The Protonالبروتونات :
كتلته تبلغ صغير جسيم عن عبارة بحوالي 1.67x10-24البروتون اإللكترون من أكبر وهو جم1839. موجبة ولكنها اإللكترون لشحنة مساوية كهربائية شحنة وحمل مرة
:The Neutronالنيوترونات
13
وغالبا الكتلة في للبروتون تقريبا مساوي الشحنة متعادل صغير جسيم عن عبارة النيوترون. وإلكترون بروتون إتحاد عن عبارة النيوترون يعتبر
البروتونات : The Nucleun النيوكليونات أي النووية، الجسيمات على يطلق إسم هوالبروتون من لكل مشترك مسمى فهو إذن الكتلة عدد هو عددها ومجموع والنيوترونات
والنيوترون
: )The Atomic Number )Zالعددالذري اإللكترونات عدد ويساوي البروتونات عدد هوبالرمز له ويرمز المتعادلة وبالتالي Zللذرة للذرة الكيميائية الخصائص الذري العدد ويعين
. العنصر يحدد
الكتلة المكونة: The Mass Number( A) عدد والنيوترونات البروتونات أعداد مجموع هوبالرمز له ويرمز صحيح عدد وهو عنصر أي .Aلنواة
من: Isotopesالنظائر العدد نفس لها يكون نفسه العنصر ذرات من مختلفة أشكال هي: .) ( ) أمثلتها ) ومن النيوترونات عدد عدد في تختلف ولكنها الذري العدد البروتونات
وهي : : الهيدروجين Hنظائر ,13 H ,1
2 , H11
وهي الصوديوم Na11نظائر22 ,Na11
23 ,Na1124 :
وهي : الكلور Cl17نظائر38 Cl17
35 , Cl1736 , Cl17
37 , ,Cl1734
وهي : اليورانيوم Uنظائر ,92238 U ,92
235 U ,92234 U ,92
233
النووي الكتلة: الترميز وعدد الذري العدد توضح بطريقة العناصر كتابة طريقة به يقصدويكتب العنصر رمز يسار أعلى إلى الكتلة عدد بكتابة تتم أعاله موضح هو كما والطريقة
: يلي كما العنصر رمز يسار أسفل الذري العدد
XZA
العنصر رمز يمين أسفل تكتب وهذه النيوترونات عدد النووي الترميز يشمل أن ويمكن.) األيزوترونات) حالة في المثال أنظري
: Isobarsاأليزوبارات العدد في تختلف ولكنها الكتلة عدد نفس لها مختلفة عناصر هي: . أمثلتها ومن البروتونات عدد في أي الذري
Ca2040 , K19
N7وكذلك , 4014 C6
14
قيم في تختلف التي األيزوبارات زوج على المرآة أنوية اسم الوحدة Zو Nويطلق بمقدار: اآلتية األمثلة في كما
Na1123
12 , Mg1223
N7وكذلك 1113
6 ,C613
7
14
:Isotonesاأليزوتونات . أمثلتها : ومن النيترونات عدد نفس لها مختلفة عناصر وهي
Na1123
12 , Mg1224
Zr40وكذلك , 1285
45 45 Sr3883
) Isomersاأليزومرات : نفس لها أن أي الكتلة وعدد الذري العدد نفس لها أنوية وهي ) بعبارة أو تحملها التي الداخلية الطاقة مفدار في تختلف ولكنها أيضا النيترونات من العدد . الطاقة مستوى تشغ التي النواة فإن وبذلك مختلفة طاقة مستويات تشغل أنها أخرى
. الصغير الحرف يضاف النووي ترميزها وفي المستقرة غير النواة هي عدد mاألعلى بجانب: . أمثلتها ومن اليمين جهة إلى الكتلة
Co2760m
33 ,Co2760
يأتي : لما المناسب النووي الترميز اكتبي :تمرين
على -1 تحتوي و 12نواة .13بروتون نيوترون على -2 تحتوي و 44نواة .62بروتون نيوترون على -3 تحتوي ألومنيوم .27ذرة نيوكليون
الذرية : الكتلة ).Atomic Mass Unit )a.m.uوحدة
تساوي وهي الهيدروجين، ذرة كتلة وتساوي األنوية كتل لقياس ذرة 1/12تستخدم كتلة منالكربون.
عدد على يحتوي للعنصر الذري الوزن أن وبما واحد يساوي للهيدروجين الذري الوزن أن بما: إذا الذرات من أفوجادرو
1 gram contain 6.203x1023 atom
الهيدروجين = ذرة وزن 1/6.203x1023إذا
15
=1.661x10-24 g = a.m.u.
الذرية الطاقة .: )Electron Volt )evوحدة الطاقة لقياس تستخدم وهي
1 ev = 1.6x10-19 Joul
Kilo ev )Kev( = 103 ev = 1.6x10-16 Joul
Million ev )Mev( = 106 ev = 1.6x10-13 Joul
الوزن = الطاقة أن أي :xوحيث الضوء E = m x C2سرعة
1 a.m.u. = 931 Mev
Ev = 1.6x10-19 Joul = 1.6x10-12 erg.
E = m )1.6x10-21 kg.( x )3x108(2 m/sec. = 15.03x105 erg.
النواة. 1.2 إستقرار
إال والنيوترونات، البروتونات من تقريبا متساوي عدد الثابتة الخفيفة العناصر أنوية في يوجدفي الحقائق هذه وتظهر البروتونات، إلى النيوترونات نسبة تزداد العنصر كتلة بإزدياد أنه
.2الشكل ) النظائر( من لعدد البروتونات وعدد النيوترونات عدد بين العالقة يوضح الذي
16
النيوترونات(: 1-2شكل ) عدد بين العالقة يوضح الذي الثبات حزاموالبروتونات.
نسبة عن اإلنحراف أن من 1:1نالحظ ذري عدد عند واضحا هذا 25- 20يصبح وفي فأكثر،أما ثابتة، نظائر تمثل الثبات، حزام أو المتعرجة المنطقة على الواقعة النقط فإن الشكل
نسبة كانت فإذا مشعة، عناصر فتمثل المنطقة هذه خارج تقع التي عالية N\Zالنقط للنواةباألسلوب اإلشعاعي النشاط بإنحالل تمر أن يجب لذلك بالنيوترونات، غنية أنها يقال جدا
قيمة من جدا قريبة قيمة إلى لتصل البروتونات إلى النيوترونات نسبة فيه تقلل الذيمن( N/Z = 1اإلستقرار ) تقلل أن النواة على يجب الحالة هذه قيمة Nفي من إذ Zوتزيد ،
. أما السالبة بيتا جسيمات بإنبعاث وذلك بروتونات إلى النيوترونات بتحويل ذلك عمل يمكنكانت قيمة N/Zإذا من يقلل الذي اإلشعاعي للنشاط إنحالل لإلستقرارحدث جدا Zقليلة
قيمة من بوزيترون Nويزيد بإنبعاث وذلك نيوترونات إلى البروتونات إمتصاص +Bبتحويل أو( المداري لإللكترون . E.Cالنواة جميع.( تكون البزموث بعد أنه ونالحظ اإللكترون حجز
يكون أن حين في ألفا جسيمات بإنبعاث اإلشعاعي النشاط إنحالل تجاه مستقرة غير األنوية. بيتا إنحالل تجاه أيضا مستقر غير بعضها
: مناطق ثالث إلى المنحنى تقسيم يمكن أي
17
لها - 1 التي النسبة Z = 20األنوية تكون للقيمة N/Zهنا مساوية المستقرة .1.1أو 1لألنوية
لها - 2 التي النسبة Z = 20-83األنوية للقيمة N/Zتزداد لتصل المستقرة أننا 1.5لألنوية أيتتغلب حتى الجذبة النووية القوى لزيادة النيوترونات من أكبر عدد إلى نحتاج الحالة هذه في
. البروتونات من الكبير العدد بين تنشأ التي الكولومية التنافر قوى على
لها -3 التي يستحيل Z > 83 األنوية بحيث البروتونات بين الكولومية التنافر قوى تزداد هنامن األكبر العدد ذات للعناصر ثابتة أنوية على .83الحصول
:) ( السحرية األعداد لألنوية الخواصالدورية
الذرية األعداد بعد دوريا تتكرر للعناصر الكيميائية الخواص فإن معروف هو ،18،+ 10،+ 2كما36 +،54 +،86 . لوحظ. فقد مشابه وبشكل للعناصر الدوري الجدول وضع تم األساس هذا وعلى
األعداد عند دورة كل وتنتهي دورية بصورة تتكرر األنوية خواص من 126، 82، 50، 20، 8، 2أنالسحرية األعداد عليها يطلق التي األعداد وهي البروتونات أو .Magic Numbersالنيوترونات
اإلزدواج على الذرات في اإللكترونات تعمل كما أنه أساس على المشاهدة هذه فسرت وقد – ( أو بروتون بروتون النوع نفس ذات النيوكلونات فإن كذلك مستقرة روابط لتكوين
) – يدعم ما الدالئل من وهناك النواة، ثبات من لتزيد اإلزدواج على تعمل نيوترون نيوترون: االفتراض هذا
غيرها -1 من ثباتا أكثر هي والنيوترونات البروتونات من الزوجية األعداد ذات األنوية 201أنأصل من 336نواة
للسالسل -2 الرصاص غالبا هو سحريا رقما يحمل عنصر عند اإلشعاع سالسل تنتهي ما دائماله الذري العدد حيث له 82الطبيعية الكتلة عدد الذي البزموث سلسلة 126أو حالة في. سحري رقم وكالهما النبتونيوم
الذري -3 عدده الذي القصدير لعنصر هناك 50بالنسبة فإن سحري رقم نظائر 10وهويساوي الذري عدده الذي الكالسيوم عنصر وبالمثل العادة، غير على كبير رقم وهذا مستقرة
20. مستقرة نظائر ستة له
الكوني -4 الوجود حتى أو األرضية القشرة في سواء الطبيعة في وجودا العناصر أكثر أن: اآلتية العناصر هي
168O8, 28
14Si14, 11850Sn68, 88
38Sr50, 8939Y50, 90
40Zr50, 13856Ba82, 139
57La82, 14057Ce82,208
82Pb126
. سحرية أعداد على تحتوي واضح هو كما العناصر وهذه
فمن - 5 عادي، غير ثباتا األنوية لهذه أن يوضح سحريا رقما تحم أنوية من نيوترونات إنبعاثبين ما المتوسط في تساوي نيوترون لنزع الالزمة الطاقة أن الكترون 8-7المعلوم مليون
: مثل أنوية تتكون عندما أنه النووي اإلنشطار تفاعالت في المالحظ من ولكن 89Sr51فولت،
من 137Xe83أو أكبر النيوترونات من عدد تحمل مالحظ هو كما أنوية وهي اإلنشطار نواتج فينيوترون إشعاع طريق عن تلقائيا تتحلل األنوية هذه مثل فإن واحدة بوحدة السحري الرقم
. المتوسطة بالقيمة تقارن ال صغيرة وبطاقة
18
ثبات -6 فرضية صحة تؤكد قيم لها الرصاص نظائر أنوية من نيوترون لنزع الالزمة الطاقة( الجدول يوضح سحريا، رقما تحمل التي بالنظير( 2األنوية الخاصة تلك هي طاقة أقل أن
رقم 209 النيوترون لنزع النظير 127وهي تكون إلى سيؤدي البروتون هذا أن حيث ،208 البروتونات عدد في سحريا رقما يمتلك النيوترونات 82الذي .126وعدد
.2جدول ) الرصاصالمختلفة(: نظائر من واحد نيوترون لنزع الالزمة الطاقة
مليون) N النظير الطاقة) فولت إلكترون
20582Pb 123 6.64
20682Pb 124 8.16
20782Pb 125 6.73
20882Pb 126 7.38
20982Pb 127 3.87
21082Pb 128 5.23
21182Pb 129 3.77
للنواة .2.2 الربط طاقة
مربع مع عكسيا تتناسب تنافر قوى إلى النواة داخل الشحنة الموجبة البروتونات تتعرض . المتوقع من فإنه جدا صغيرة البروتونات بين المسافة أن وبما البروتونات هذه بين المسافة
. هناك أن يعني حدوثه وعدم يحدث ال هذا ولكن النواة تتفكك وبالتالي النواة من تتحرر أنعلى تؤثر التي النووية بالقوة وتعرف المذكورة التنافر قوة من أقوى جاذبة أخرى قوة
.) ( النيوكلونات النواة مكونات
بإستخدام الذرية األوزان وقياس النووية والتفاعالت النواة تركيب دراسة من تبين ولقد. النواة مكونات أوزان مجموع من أقل للعناصر الذرية األوزان أن الكتلة مطياف
الوزن = في Mass Deffect = ΔMالنقص
ΔM = Z Proton Mass + )A-Z( Neutron Mass + Z Electron Mass – MA2
أن .MA2حيث للذرة الحقيقي الوزن هو
Z Proton Mass + Z Electron Mass = Z Hydrogen Mass
الهيدروجين + = ذرة وزن اإللكترون وزن البروتون وزن
إذا:
ΔM = Z Hydrogen Mass + )A-Z( Neutron Mass – MA2
على : ينص الذي المادة بقاء قانون عدم وحسب تستحدثمن وال تفنى ال فإن المادة ، وهذه طاقة إلى يتحول الوزن في النقص الجسيمات هذا ربط في تستخدم الطاقة
ببعض بعضها النواة في وتعرف الموجودة الربط ، إلى بطاقة النواة ولتفكيك ،
19
الكيمياء في التكوين حرارة تشبه وهذه الطاقة من القدر هذا نفس إلى نحتاج مكوناتهاالحرارية.
والطاقة. 3.2 الكتلة بين العالقة
فولت اإللكترون وحدة هي الطاقة لقياس دولية وحدة النووية الكيمياء علم ، evيستخدم: اآلتية بالعالقة الجول النظامية الطاقة بوحدة الوحدة هذه وترتبط
1 ev = 1.6x10-19 Joule
: وهي الوحدة هذه مضاعفات تستخدم ما غالبا لذلك جدا صغير هذا الطاقة مقدار
فولت )- إلكترون . Kev = )103كيلو فولت إلكترون-( ) فولت ) إلكترون مليون . Mev = )106ميجا فولت إلكترون-( ) فولت ) إلكترون بليون .Gev = )199جيجا فولت إلكترون
عام أينشتاين 1904في توصل أن Einsteinم فيها وإستنتج والكتلة الطاقة تربط عالقة إلى . طاقته من بعضا الجسم فقد فإذا طاقة من يحتويه لما مقياس هي الواقع في الجسيم كتلة
: للمعادلة تبعا النقص هذا مع تتناسب بكمية كتلته نقصت
E = m x C2
أننا يعني مما فقط، الحركة طاقة على وليس الطاقة أنواع جميع على تنطبق العالقة هذهأي أن لوحظ حيث النووية، التفاعالت في المتولدة الطاقة لحساب نستخدمها أن نستطيع
الوليدة، األنوية بكتل مقارنة األم األنوية كتلة في بنقص مصحوبا يكون نووي تحلل تفاعل: كاآلتي السابقة العالقة يجعل ما وهذا
ΔE = Δm₀ C2
أن الساكنة، Δm₀حيث الكتلة في التغير و Cهي الضوء سرعة الطاقة ΔEهي كمية هيوتساوي . كبيرة الضوء سرعة كانت ولما التحلل حدوث بعد / 3x1010النطلقة فإن ثانية سم
. الطاقة من هائل قدر إلى يتحول المادة من ضئيال مقدارا
تصل وعندما سرعته بتغير تتغير الجسم كتلة أن النسبية النظرية في أينشتاين أوضح حيث. الصفر إلى تؤول أن يجب الكتلة فإن الضوء سرعة إلى الجسم سرعة
تساوي والتي الذرة في الكتلة لوحدة المصاحبة الطاقة حساب بأنها 1.66x10-24ويمكن جمتساوي =
(1.6x10-12(( / )3x1010 )x )1.66x10-24( = )931( فولت إلكترون ( .Mevمليون
20
) ( يمكن وال جدا كبيرة تكون الكتلة في صغير لتغير المكافئة المنطلقة الطاقة أن نالحظولكن الكيميائية التفاعالت في آينشتاين معادلة تهمل لذلك الزوازين، من نوع بأي قياسه
. النووية الكيمياء في أهميتها تتضح
الكربون نظير وزن إلى منسوبة النوى أو الذرات أوزان هذا 12وتقاس كتلة تعتبر حيث ، مساوية تكافئ 12.000النظير وهي ذرية، كتلة . 1.66x10-24وحدة في المتبع ومن جم
( فولت اإللكترون وحدات إستخدام النووية فولت( )evالتفاعالت إلكترون المليون (Mevأو. الكيميائية التفاعالت في المول من بدال ذرة لكل الطاقة وتحسب الطاقة لقياس كوحدات
فولت اإللكترون تأثير ويعرف تحت تحرك إذا اإللكترون يكتسبها التي الطاقة كمية بأنهيساوي جهد اإللكترون = 1فرق شحنة أن وحيث كهروستاتيكية 4.8029x10-10فولت، وحدة
الفولت = .1/300وأن كهروستاتيكية وحدة
فولت = اإللكترون .106إذا فولت إلكترون مليون
كمقياس وإستخدامها المختلفة للعناصر نيوكلون لكل الربط طاقة متوسط حساب تم ولقد. النووي اإلستقرار لمدى متناسب
الوزني = / العدد الكلية الربط طاقة نيوكلون لكل الربط طاقة متوسطΔE / A
الشكل ) .2ويوضح المختلفة( للعناصر الوزني والعدد نيوكلون لكل الربط طاقة بين العالقةالخفيفة للنواة الربط طاقة أن المنحنى يوضح عدم 2Hحيث على يدل وهذا جدا صغيرة
. قيمة وتزداد األنوية هذه حوالي ΔE/Aإستقرار عالية قيمة تصل أن إلكترون 8.8إلى مليونذري وزن ذات النويدات عند الذري 50فولت الوزن زاد كلما الربط طاقة قيمة تقل وبعدها
إلى (.7.6لتصل مستقرة ) غير نواة لليورانيوم
21
المستقرة(: 2-2شكل ) لألنوية نيوكليون لكل الربط طاقة منحنىالكتلة لعدد .Aكدالة
: التالية لألنوية الربط طاقة أن أيضا نجد المنحنى التي 16O, 12C, 4Heومن العناصر من أعلى . تعطي نيوكلون لكل الربط طاقة فإن ذلك وعلى مستقرة أنوية ألنها وذلك تجاورها
. النواة ثبات درجة عن معلومات
إستقرارا أكثر تكون الناتجة النواة فإن خفيفتين ذرتين نواتا دمجت لو أنه ذلك من ويستنتج ) أن ) رغم هذه الدمج لعملية نتيجة الكتلة من مقدار يفقد أنه إال
إلى الكتلة من المفقود المقدار ويتحول النواتين، محتويات مجموع تشمل الجديدة لنواةالنووي اإلندماج عملية في يحدث ما وهذا منتشرة :Nuclear Fusionطاقة مثل
73Li + 1
1H 2 42He + Energy
21H + 3
1H 42He + P + 18.35 Mev
العملية هذه وتسمى أكثر أو نواتين إلى كبيرة كتلة ذات نواة إنشطار يصحب كذلكالنووي .Nuclear Fissionباإلنشطار
مسائل:
للهيليوم- 1 الربط طاقة 4إحسبي2He: بأن علما
الهيليوم = ذرة mu 4.002604وزن
البروتون = mu 1.007276وزن
= النيوترون mu 1.008665وزن
= األلكترون mu 0.00054858وزن
لأللومنيوم- 2 الربط طاقة 27إحسبي13Al = األلومنيوم نظير وزن بأن mu 26.981539علما
من- 3 لكل نيوكلون لكل الربط طاقة 82إحسبي36K 64و
30Zn يساوي منهما كل وزن بأن علما81.9384 mu 63.9488و mu
22
اإلشعاعي. 4.2 Radioactivityالنشاط
عبارة وهي اإلشعاعي، النشاط بخاصية الصناعية أو الطبيعية سواء النظائر من العديد يتميز ) ( مثل نووية جسيمات بإصدار أصغر نواة إلى تلقائيا النظير نواة إضمحالل تفكك عن
النظائر تلك عن لها تميزا المشعة بالنظائر النظائر هذه وتعرف أجاما، بيتا أو ألفا جسيماتللتفكك تتعرض ال والتي الظروف Decayالمستقرة من أي على التفكك عملية تعتمد وال
: الكيميائية الظروف على أيضا تعتمد ال أنها كما والضغط، والرطوبة الحرارة مثل الطبيعية. غازية: أو سائلة أو صلبة النظير حالة أو الكيميائي المركب نوع مثل
ألفا- 1 بواسطة α-Decayالتفكك
) فإنها ) لذلك ضعيفة، فيها للنيوكلون الترابط قيمة تكون الرصاص من أثقل الثقيلة النوى إن. إستقرارا وأكثر أخف أنوية إلى تتفكك أن إلى فتلجأ مستقرة غير تعتبر
اليورانيوم: نواة تتفكك 238فمثال92U الثوريوم نواة 234إلى
90Th لذلك نتيجة وينطلق األخفالشكل ) في واضح هو كما ألفا، (.2-3جسيم
23892U 234
90Th + 4
2H
23
-3-2شكل ) لليورانيوم(: اإلنحالل 238مخطط
جسيمات أن وجد وقد محددة بطاقات تتميز أنها هو ألفا لجسيمات المميزة الخواص ومنالمثارة الحالة من ينتقل النظير كان إذا الطاقة نفس تقريبا لها معين نظير من الصادرة ألفا
Exited State المستقرة الحالة الصادرة Ground Stateإلى ألفا جسيمات تكون أو مباشرةغير حالة إلى المستقرة الحالة من النظير إلنتقال وذلك طاقة من أكثر لها معين نظير منجاما أشعة صورة في الطاقة فرق ينبعث حيث اإلستقرار لحالة الوصول قبل أخرى مستقرة
. اإلستقرار حالة إلى النواة تصل لكي
ويمكن إثنين، الذري العدد ويقل بأربعة للعنصر الوزني العدد يقل ألفا جسيمات إنبعاث وعند: كالتالي المنيعثة ألفا جسيمات طاقة حساب
[Mp - Md – Mα ]x C2 x 931 = Er
أن الألم Mpحيث الذري و Parentالوزن ،Md لإلبنة الذري و Daughter الوزن ،Mα وزن و ، المنبعث ألفا ( Erجسيم ( طاقة وتساوي التفكك لإلنحالل نتيجة المنبعثة الكلية الطاقة
اإلبنة + )≈ للذرة المرتدة الطاقة ألفا ( .Mev 0.1جسيمات
بيتا- 2 بواسطة β-Decayالتفكك
النسبة تكون أن يجب مستقرة معين نظير نواة تكون هذه N/2لكي تتراوح معينة نسبة . فإذا الثقيلة للنظائر ونصف واحد إلى تصل حتى وتزداد الخفيفة للنظائر واحد بين ما النسبة
النظير كان اإلستقرار منحنى على تقع والبروتونات النيوترونات عدد بين النسبة كانتمستقرا.
. بيتا لتفكك بالنسبة نشط يكون النظير فإن ذلك غير النسبة كانت إذا بيتا لتفكك وبالنسة. أنواع ثالثة إلى بيتا تفكك وينقسم
) النيجاترون. ) اإللكتروني التفكك :β- Decayأ
إلى تصل أن تحاول النواة أن يعني هذا فإن النيوترونات عدد عن البروتونات عدد قل إذا: كالتالي بروتون إلى اليوترون تحول طريق عن وذلك اإلستقرار حالة
10n 1
1P + 0-1e
وطلق الضوء سرعة تساوي بسرعة النواة خارج الشحنة سالب إلكترون ينطلق لذلك ونتيجةجسيم الذري βعليه عددها يزداد الوليدة النواة فإن ذلك وعلى النيجاترون، بمقدار Zأو
بتغير يتغير فال الكتلي العدد أما األم النواة عن .Aواحد
وهو معين بمقدار مميزة ولكنها مختلفة بطاقات المشعة المادة من بيتا جسيمات وتخرج . حالة في فمثال عنصر لكل مميز وهو اإنحالل بطاقة ويسمى العظمى طاقة 116Inالطاقة فإن
تساوي العظمى أشعة Beta Emax = 2.95 Mevبيتا بيتا جسيمات يصحب التفكك معظم وفي: مثل فقط بيتا جسيمات بواسطة التفكك يكون قليلة حاالت في ولكن جاما
24
60Co 45Ca 35S 32P 14C 3H Isotpe 0.316 0 .258 0.167 1.710 0.155 0.019 Emax
جسيمات أن فنجد ألفا طاقات من أقل تستخدم التي المختلفة للعناصر بيتا طاقات أن ورغموزنها ) لصغر يرجع وذلك ألفا جسيمات من أكثر المواد لتخترق أكبر مدى لها من 1/1758بيتا
α. الكيميائي( األثر إقتفاء في بيتا تشع التي النظائر تستخدم ولذلك
البوزيتروني. التفكك :Positron Decay ب
أحد تحول طريق عن تستقر أن تحاول النواة فإن البروتونات عدد عن النيترونات عدد قل إذابإسم يعرف الشحنة موجب جسيم التحول لهذا نتيجة وينطلق نيوترون إلى البروتونات
البوزيترون.11P 1
0n + 0+1β +
تيحد وحينئذ األخرى بالذرات بإصطدامه وذلك طاقته يفقد النواة من البوزيترون خروج وعدد ( جاما أشعة إلى الثنان ويتحول النواة خارج اإللكترونات أحد في 2مع متساويين فوتون
تساوي منهما كل وطاقة :0.511Mevالطاقة كالتالي (. حسابها ويمكن
E =mC2
اإللكترون = x 10-31 Kg 9.1095وزن
الضوء = x 10 8 m/sec 2.998سرعة
المنطلقة = الطاقة تكون 9.1095x10-31 x )2.998x108(2 x 2 = 1.6375x10-13 Jإذا
( =1.6375x10-13(/)1.6022x10-19)
=1.022x106 ev
=1.022 Mev
طاقة قدرها 2وهذه طاقة يحمل فوتون وكل يمكن Mev 0.511فوتون، خارقة أشعة وهي . األثر إلقتفاء الكيمياء في بوزيترون تشع التي النظائر إستخدام يمكن لذلك بسهولة قياسها
:)Electron Capture)EC األسراإللكتروني ج.
نيوترون إلى بروتون تحويل عن الناتجة الطاقة ولكن بالبروتونات غني النظير يكون عندمامن اإللكترونات Mev 1.022أقل أحد النواة تأسر ولكن بوزيتروني تفكك حدوث يمكن فال
إلى البروتون هذا فيتحول النواة داخل البروتونات أحد مع يتحد ثم األول المدار في الذريةالنواة خارج بيتا جسيمات أي إنطالق دون نيوترون
11P + 0
-1e 10n
25
المدار في الذي اإللكترون هو للنواة إلكترون )Kوأقرب األسر عليه يطلق K-KولهذاCapture . تصل( حتى وهكذا اإللكترون هذا فراغ ليمأل األعلى المدار في اإللكترون وينزل ،
( . إكس أشعة هي المدارات في اإللكترونات لترتيب نتيجة أشعة وتخرج األخير المدار -xإلىray. الناتجة( . إكس أشعة بواسطة النظائر في اإللكتروني األسر على اإلستدالل ويمكن
3: جاما. أشعة بواسطة التفكك
وعلى مستقرة غيؤ حالة في اإلبنة نواة يعطي بيتا أو ألفا جسيمات إنبعاث أن سبق فيما رأينا. المستقرة غير والحلة المستقرة الحالة بين الطاقة لفرق مساوية طاقة تفقد النواة فإن هذا
. جاما أشعة تسمى قصير موجي طول ذات أشعة هيئة على تفقد الطاقة وهذه
:) التفكك ) التحلل من نوعان ويوجد
1 : البسيط. إنبعاث التفكك ويصاحبها واحدة طاقة ذات بيتا أو ألفا جسيمات تشع وفيه- . الذهب تفكك مثل أيضا واحدة طاقة ذات جاما الشكل )198ألشعة في (.4-2الموضح
( 4-2شكل ) الذهب(: ) تفكك إنحالل .198مخطط
2 : المركب. وهذا التفكك مختلفة طاقات ذات أوألفا بيتا حسيم من أكثر العنصر يشع وفيهأشعة من أكثر إنبعاث إلى يحتاج وهذا اإلبنة للنواة اإلستقرار لعدم حالة من أكثر إلى يؤدي
- . اليود تفكك مثل اإلستقرار حالة إلى تصل لكي مختلفة بطاقات في 130جاما الموضح( .5-2الشكل )
26
27
-5-2شكل ) اليود(: إنحالل .130مخطط
: بالتنشبط التفكك
أو ) بيتا أو ألفا إنبعاث السابقة بالطرق إال تلقائيا تتفكك ال الطبيعة في الموجودة النظائر كل ( أن( أي تلقائيا تنشطر أنها وجد اإلنتقالية العناصر من المصنعة النظائر بعض لكن ، جاما
: ) ذلك مثال ، جزيئين إلى تنفسم النواة
- الكالكليفورنيوم كمصدر 252تحلل يستخدم ولذلك نيوترونات منه وينبعث يتحلل حيثاليورانيوم وأيضا للنيوترونات كمصدر يستخدم ولذلك البريليوم 235للنيوترونات :9وكذلك
25298Cf 140
54Xe + 10844Ru + 4n + Energy
23592U + 1
0n Fission Products + 25 10n + Energy
94Be + 4
2α 126C + 1
0n
التفكك. 5.2 قانون
الزمن وحدة في التفكحك معدل أن وجد المشعة للعناصر اإلشعاعي التفكك مالحظة عند . فإن ذلك وعلى الموجودة المشعة للذرات الكلي العدد مع التي ΔNيتناسب الذرات عدد
قدره زمن في المشعة Δtتتفكك الذرات عدد مع الزمن Nيتناسب عنج :tالموجودة أن أي
-ΔN/ Δt α N
-ΔN/ Δt = Const. x N
-ΔN/ Δt = λ N
أن من λحيث قيمته وتختلف عنصر بكل خاص وهو التفكك ثابت ويسمى التناسب ثابت: . أن نجد المعادلة ترتيب وبإعادة آلخر عمصر
ΔN/N = -λ Δt
: ينتج وبالتكلمل
ln N + Const. = -λt
ب+ المعادلة في ينتج: N=N0و t=0بالتعويض
ln N0 + Const. = 0
Const. = -ln N0
المعادلة : في بالتعويض
28
ln N - ln N0 = -λt
ln )N/N0( = -λt
N/N0 = e-λt
N = N0 e-λt
اإلبتدائي الزمن عند الموجودة الذرات عدد قياس يمكن ال العملية الناحية وعدد t0 = 0ومنمعين زمن بعد الموجودة للعنصر tالذرات اإلشعاعي النشاط قياس يمكن عمليا ولكن ،A
) الموجودة ) األنوية الذرات عدد مع يتناسب :Nوهو الصورة . على السابقة المعادلة وتصبح
A = A0 e-λt
أن . Aحيث وهناك الثانية في التفكك عدد عن عبارة وهو للعنصر اإلشعاعي النشاط هي: منها والزمن اإلشعاعي اإلنحالل بين العالقة لرسم عديدة طرق
بالشكل- )1 موضح هو كما الزمن مع اإلشعاعي النشاط نسبة بين العالقة (.6-2رسم
اإلشعاعي(: 6-2شكل ) النشاط نسبة بين العالقةوالزمن.
29
اإلشعاعي. 2 النشاط لوغاريتم بين العالقة الطبيعي 10لألساس ) Aرسم اللوغاريتم log orأوln. والزمن (
ln A = ln A0 – λt
2.303 log A = 2.303 logA0 – λt
log A = log A0 - λ/ 2.303 t
: كالتالي تمثل وهي مستقيم خط معادلة المعادلتين أن نالحظ
Y = mx - C
والزمن(: 7-2شكل ) اإلشعاعي النشاط بين العالقة
30
وحدات أن وجد λ = 1/t = sec-1 or min-1 or h-1حيث
– يساوي األول الشكل في الميل ويكون المنحيين في مستقيم خط عالقة وفي λوهي– يساوي الثاني يساوي λ/2.303الشكل األول الشكل في المقطوع lnوالجزء A0 وفي
الثاني .log A0الشكل
النشاط لوغاريثم بين العالقة ورسم أزمنة أي في عنصر ألي اإلشعاعي النشاط وبقياسالتعرف يمكن ومنه مميز هو الذي العنصر لهذا التفكك ثابت حساب يمكن والزمن اإلشعاعي
. العنصر على
النصف. 6.2 T1/2عمر
يكون عندما أي الموجودة المشعة الذرات نصف لتفكك الالزم الزمن بأنه النصف عمر يعرففإن :t = T1/2الزمن
A =1/2A0
A = A0eλt
A0/2 = A0 e-Λt1/2
= ½e-λT1/2
2 = eΛt1/2
ln 2 = λt1/2
T1/2 = ln 2/λ = 0.693/λ
النظائر على للتعرف وتستعمل عنصر لكل ثابتة قيمة عن عبارة هي النصف عمر فترةالمشعة.
: وتمارين مسائل
يساوي -1 مشع لنظير اإلشعاعي بداية 5000النشاط في قياسه عند الثانية في تفككوبعد ، اإلشعاعي 90الزمن النشاط كان . 1500ثانية ثابت إحسبي الثانية في تفكك
اإلنحالل؟2- ) ( يساوي لعينة اإلشعاعي النشاط التفكك معدل أن الدقيقة 16000وجد في تفكك
. الساعة في العينة لهذه اإلشعاعي النشاط هو ما معين يوم في التاسعة الساعة عندهو 21 العينة لهذه النصف عمر بأن علما التالي، اليوم ساعة؟ 15من
النصف؟ -3 عمر أضعاف عشر مرور بعد اإلشعاعي النشاط أوجدي
31
اإلشعاعي. 7.2 النشاط وحدات
( الكوري وحدة Ci )Curiتعرف Unit من واحد لجرام الثانية في التفكك عدد بأنهاالمساوي 226اليورانيوم النصف عمر إلى واستنادا جرام 1580، إنحالل معدل يكون سنة
الراديوم من .226واحد
A = A0 e-λt = A0 e-0.693/T1/2 t
. الذرات: من أفوجادروا عدد على يحتوي الذري الوزن مالحظة
الراديوم = A0حيث من واحد جرام في الموجودة الذرات عدد 6.02x1023/ 226.1هي
T = 1 sec .
T1/2 = 1580x365x24x60x60
كوري راديوم جرام لواحد اإلشعاعي النشاط إذا
A= )6.02x1023 x0.693x1(/)226.1x1580x365x24x60x60( = 3.7x1010 dps
dps = ثانية لكل disintegration per secondتفكك
نظام في اإلشعاع وحدة إستخدام تم فقد كبيرة الوحدة هذه أن وجد وهو SIوقد البيكريلويساوي الثانية في واحد تفكك عن .1/3.7x1010عبارة الكوري من
1 Bq = 1 dps = 1/3.7x1010 Ci
1 Bq = 2.7x10-11 Ci
1 KBq = 2.7x10-8
1 MBq = 2.7x10-5
1 Ci = 3.7x1010 Bq
1 mCi = 3.7x107 Bq
1 µCi = 3.7x104 Bq
الرياضية(: 2جدول ) .التحويالت
القيمة االختصار المصطلح Femto F 10-15الفيمتو
Pico P10-12البيكو
Nano N10-9النانو
Micro µ10-6الميكرو
32
Milli m 10-3المللي
Kilo K103الكيلو
Mega M106الميجا
Giga G109الجيجا
Tetra T1012التترا
والكتلة. 8.2 اإلشعاعي النشاط بين العالقة
: اإلشعاعي النشاط
: التالية بالعالقة اإلشعاعي النشاط يعطى
dN/dt = A= -λN
حساب T1/2وبمعرفة :λيمكن العالقة من
= 0.693 /T1/2 λ
: يلي كما المشعة الذرات عدد حسااب يمكن للمادة اإلشعاعي النشاط وبقياس
N = )A/0.693( x T1/2
الموالت = المكافئة/ = Nعدد األوزان عدد أفوجادروا عدد
المكافئة = األوزان عدد المكافيء Xالوزن الوزن
مثال:
الفسفور من واحد لجرام اإلشعاعي النشاط النصف = 32إحسبي عمر بأن علما 24.3النقي،يوم.
الحل:
الفسفور 32/ 1جرام = 1 من 32 32مول15P
في الذرات الفسفور = 1x6.022x1023/ 32جم = 1عدد من ذرة
T1/2 = 14.3 x 24 x 60 x60
dN/dt = -λN =)1x6.022x1023 x0.693(/)32x24.3x24x60x60(
=1.0555X1016 dps
=1.0555x1016 Bq
=2.853x1010 Ci
33
) الخاص ) اإلشعاعي والنشاط الناقل Carrier and Speceific Activityالحامل
( كله المشع العنصر المشعة المادة من قليل وزن أن سبق ( Carrier Freeمما له يكون . النشاط هذا تقليل يجب عمليا الكيمياء في العنصر هذا إستعمال وعند عاليا إشعاعيا نشاطا
) ( من كمية بواسطة المشع العنصر هذا يخفف ولذلك لإلشعاع التعرض لتقليل اإلشعاعي . بالحامل المشع غير العنصر هذا ويسمى المشع غير العنصر معه Carrierنفس يحمل الذي
. نشاط إستخدام يجب الحالة هذه في المشعة المادة تركيز عن وللتعبير المشع العنصرخاص Specificإشعاعي Activity تركيز إلى بالنسبة اإلشعاعي النشاط عن عبارة وهو
) وحدات ) وحسب الخاملة أو المشعة الكيميائية :SIالمادة كالتالي التركيز يكون
الصلبة المادة من مول لكل اإلشعاعي Bq/molالنشاط
الصلبة المادة من جرام لكل اإلشعاعي Bq/gالنشاط
السائلة المادة من لتر لكل اإلشعاعي Bq/dm3النشاط
: المركب اإلشعاعي النشاط أو اإلنحالل
الكلي اإلشعاعي النشاط قياس على الكاشف يعمل حيث مشعة نويدة من أكثر يوجد وفيه. المشعة النويدات من الصادر
:) المختلط ) اإلنحالل المركب اإلشعاعي النشاط
إرتباط لها ليس مشع عنصر من أكثر على تحتوي لعينة اإلشعاعي النشاط عن عبارة وهوالمعادلة حسب نوع لكل اإلشعاعي النشاط من كمية قياس على الكاشف ويعمل وراثي
التالية:
A = A01 e-λt + A0
2 e-λt
الشكل ) : 8-2يبين من( لمزيج المركب اإلنحالل T1/2 = 3.9( 71Znو )187W )T1/2 = 23.8 hمنحنىh( منحنى تحليل أمكن كافية بدرجة مختلفة المزيج في للنويدات النصف أعمار كانت فإذا
إلى بالرجوع الطويل العمر ذات للنويدة اإلنحالل خط بمد وذلك الفردية مكوناته إلى اإلنحاللt=0 . مشعة مادة يمثل فإنه خطي الناتج المنحنى كان إذا الكلي اإلنحالل منحنى من وطرحه
. أخرى مرة تحليله ويجب نويدة من أكثر يمثل فإنه منحنى الناتج المنحنى كان إذا أما واحدة،
34
المركب(: 8-2شكل ) اإلشعاعي النشاط مخطط
المتعاقب اإلنحالل
) إلى ) بدورها تنحل التي الوليدة النواة إلى األم األصل النواة تنحل اإلنحالل من النوع هذا فيالحفيدة ) النواة وهي ثالث يساوي( Grand Daughterنوع الوليدة الذرة تكوين معدل ويكون ،
: أن أي إنحاللها، ومعدل تكوينها بين الفرق محصلة
dN/dt = λ1N1 – λ2N2
أن و N2و N1حيث والوليدة األصل ذرات عدد التوالي λ2و λ1هي على إنحاللهما ثوابت: كالتالي المعادلة حل ويكون
N2 = λ1/)λ2 – λ1( N01 )e-λ 1t – e-λ 2t( + N0
2 e-λ 2t
أن زمن N2و N1حيث عند التوالي على والوليدة األصل النواة كمية .t = 0هي
لتكوينها نتيجة الزمن مع الوليدة النوى عدد تغير كيفية المعادلة هذه من األول الحد يبين . الموجودةعند الوليدة النوى تلك إنحالل يبين الثاني الحد أن حين في الالحق .t = 0وإنحاللها
فإن نقية األصل النواة تكون N0وعندماN0وتصبح t=0عند 2
2 e-λ2t = 0: كالتالي المعادلة وتصبح
N2 = λ1/)λ2 - λ1( N01 )e-λ 1t – e-λ 2t(
N2 زمن عند الوليدة ذرات :tعدد وهي حاالت ثالث تعطي المعادلة هذه وبتطبيق
: العابر اإلتزان األولى Transient Equilibriumالحالة
: أن أي األم للنواة النصف عمر من أقل الوليدة للنواة النصف عمر يكون عندما
T1/2 Parent > T1/2 Daughter
35
T1/2 )1( > T1/2 )2(
تصبح:
λ1 < λ2 or λ2 > λ1
كاف زمن مرور بالنسبة e-λ2tتصبح t2بعد المعادلة e-λ1tصغيرة وتصبح إهمالها ويمكنبالصورة:
N2 = N01 e-λ 1t λ1/)λ2 – λ1(
N2/N1 = λ1/)λ2 – λ1(
ثابت = مقدار األم الذرات عدد إلى الوليدة الذرات عدد نسبة إذا
اإلشعاعي النشاط أن يساوي Nλوبما
N2λ2/N1λ1 = λ2/λ1 x λ1/)λ2 – λ1(
A2/A1 = λ2/)λ2 – λ1(
إتزان هناك أن أي ثابت مقدار الوليدة النواة إنحالل معدل إلى األصل النواة إنحالل معدل إذا. واألصل للوليد اإلشعاعي النشاط بين
الشكل ) حيث( 9-2يوضح العابر، اإلتزان في والزمن اإلشعاعي النشاط لوغاريتم بين العالقة. الزمن بزيادة يزداد اإلشعاعي النشاط أن يتضح
36
والزمن(: 9-2شكل) اإلشعاعي النشاط لوغاريتم بين العالقة. العابر اإلتزان في
اإلتزان هذا العابر ويسمى يفوق باإلتزان حتى ينمو للوليدة اإلشعاعي النشاط أن حيثمعدل إلى للوليدة اإلشعاعي النشاط معدل يصبح ذلك وبعد للوالدة اإلشعاعي النشاط . ليكون للوليدة الالزم الزمن حساب ويمكن ثابت مقدار يساوي لألصل اإلشعاعي النشاط
قيمة أعلى اإلشعاعي : λmaxنشاطها المعادلة من
Tmax = 1/)λ2 –λ1( ln λ2/λ1
β--β
Ba56140 La57
140 Ce56140 (Stable)
T1/2)1( = 12.8 day T1/2)2( = 40 hours
β β
95Zr 95Nb 95Mo )stable(
515d 64d
β- β-
88Kr 88Rb 88Sr )Stable(
20min2h
: المديد اإلتزان حالة الثانية Seculer Equilibriumالحالة
37
: ) أن ) أي للوليدة النصف عمر من بكثير أكبر األصل النواة للوالدة النصف عمر يكون عندما
T1/2 )1( >>> T1)2(
i.e. λ2 >>> λ1
كانت λ1 0 ≈فإذا
إذا:
e-λ 1t = 1
and λ2 - λ1 ≈ λ2
وبالتالي:
N2 = λ1/)λ2 – λ1( N01 )e-λ 1t – e-λ 2t(
( λ2 – λ1 )λ2 , e-λ 2t = 0
N2 = λ1/λ2 N01 e-λ1t
N2 = λ1/λ2 N1
N2λ2 = N1λ1
A1 = A2
الوليدة أن يعني وهذا لإلبنة اإلشعاعي النشاط يساوي للوالدة اإلشعاعي النشاط أ، أي( . الشكل في واضح هو كما تكوينها معدل بنفس (.10-2تتحلل
38
والزمنفي(: 10-2شكل) اإلشعاعي النشاط لوغاريتم بين العالقة. المديد اإلتزان
:) اإلتزان ) النظام هذا أمثلة ومن
γ-β
137Cs 137Ba 137Ba )Stable(
26min30 y
β β-
9038Sr 90
39Y 9040Zr
64 h28.1 y
: الالإتزان الثالثة Non Equilibrium الحالة
) ( الحالة هذه في األصل للوالدة النصف عمر من أكبر للوليدة النصف عمر يكون عندمافتتفكك الوالدة أما بها، خاص إنحالل بثابت بعدها وتنحل أعلى قيمة إلى الوليدة نشاط يزداد
. الوليدة وتبقى معين زمن بعد وتنتهي بسرعة
T1/2 )1( < T1/2 )2(
Ie λ1 > λ2
: ذلك مثال
α
21884Po 214
92Pb
T1/2 )1( = 3 min , T1/2 )2( = 26.8 min
الشكل ) .11-2ويوضح الالإتزان( حالة في والزمن اإلشعاعي النشاط بين العالقة التالي
39
.11-2شكل ) الالإتزان(: في والزمن اإلشعاعي النشاط بين العالقة
مسائل:
للرصاص- 1 بالجرام الوزن عمر 214إحسبي بأن علما راديوم، كيوري واحد تحلل عن الناتجللرصاص .26.8هو 214النصف دقيقة
التالي- 2 المتسلسل اإلنحالل في-β-β
144Ce 144Pr 144Nd
17.5 min282 d
وزن هو من 144Prما جرام المديد؟ 144Ceلكل اإلتزان حالة إلى يصل حينما
النووية. 1.3 التفاعالت
القذيفة يسمى حركة طاقة له وجسيم الهدف وتسمى العنصر، نواة بين النووي التفاعل يتمالبروتون مثل كبيرة شحنة ذات يكون أن إما الجسيم الديوترون pهذا ،d ألفا جسيم ،α . أو
النيوترون مثل متعادل يكون تتفكك nأن التي المركبة النواة ليكونا باهدف القذيفة وتتحد. القذيفة طاقة على تعتمد التي التفاعل نواتج لتعطي
: المركبة النواة
40
النيوكليونات مع األول التصادم أثناء الحركية الطاقة من جزءا تفقد القذيفة أن بوهر ذكركمية مع للقذيفة الحركة طاقة وتعمل المركبة وتكونىالنواة بالنواة وتلتصق النواة، داخل
بعد تتفكك التي المركبة النواة إثارة على النواة داخل القذيفة هذه لربط الناتجة الطاقةحوالي يبلغ قصير . 14-10وقت بين التصادمات من كبير عدد بحدث فعندما الثانية من
اإلثارة طاقة من بالهروب للسماح كافية طاقة النيوكليونات هذه أحد يكتسب النيكليونات . للنواة اإلثارة طاقة كانت فإذا النيوكليون لهذا الربط لطاقة مساوية بكمية المركبة للنواة
) ( من يقذف آخر نيوكليون فإن للنيوكليون الربط طاقة من أكبر عالية زالت ما المركبةتخرج الزائدة الطاقة فإن للنيوكليون الربط طاقة من أصغر اإلثارة طاقة كانت إذا أما النواة،
. جاما أشعة صورة في
.1-3شكل ) النووي(: التفاعل
النووية. 2.3 التفاعالت أنواع
ديوترون أو بروتون أو نيوترون القذيفة تكون فإما القذيفة بإختالف النووية التفاعالت تختلف. ألفا جسيم أو
: بالنيوترونات: النووية التفاعالت أوال
إختالف عن ناتج اإلختالف وهذا بالنيوترونات النووي للتفاعل مختلفة تفاعل نواتج هناك. التفاعل بها بدأ التي النيوترون لطاقة
( - جاما نيوترون n,γ )Reactionتفاعل
: التالي التفاعل مثل منخفضة النيوترونات سرعة تكون عندما التفاعل هذا يتم27Al13 + 1
0n ]2813Al + γ[
41
. المتفاعل للعنصر نظير الناتج يكون التفاعل هذا وفي
( - بروتون نيوترون n,p )Reactionتفاعل
إلى البروتون ويتحول بالنواة المحيط الوسط من بالكترون البروتون يتحد التفاعل هذا في: التالي التفاعل مثل هيدروجين ذرة
147N + 1
0n ]157N[ 14
6C + 11H
( – ألفا نيوترون n,α )Reactionتفاعل
: . مثل عالية النيوترون سرعة تكون أن يجب التفاعل هذا في27
13Al + 10n ]27
13Al[+ 2411Na + 4
2He
( - نيوترون نيوترون n,n )Reactionتفاعل
بين ما النيوترون طاقة تكون عندما التفاعل هذا ميجا 100يتم بضعة إلى فولت إلكترون كيلوفولت إلكترون
(100 Kev – few Mev )طاقة من أقل الخارج النيوترون طاقة تكون التفاعل هذا وفي ) ( اإلستقرار حالة إلى بعدها تصل إثارة حالة في النواة وتترك القذيفة الداخل النيوترون
. المتفاعلة النواة عن عبارة هي الناتجة والنواة جاما، أشعة بإنبعاث
– نيوترون Reaction( n,2nنيوترون )2تفاعل
للنيوترونين الربط طاقة على للتغلب تكفي عالية طاقة ذو نيوترون التفاعل هذا يحتاجمن أقل ذري وزن ذات المتفاعلة للنواة نظير عن عبارة هو التفاعل هذا في الناتج ويكون
: التالي التفاعل مثل بواحد المتفاعلة للمادة الذري الوزن27
13Al + 10n )fast( 26
13Al + 2 10n
النووي اإلنطار إلى يؤدي الذي النيوترون Fission Reactionتفاعل
الثقيلة األنوية مع بطيئة أو سريعة نيوترونات بين تفاعل التفاعل Z > 92هو هذا عم وينتجهائلة وطاقة متوسطتين ونواتين النيوترونات من يتم Mev 200عدد وسوف إنشطار لكل
. بعد فيما عليه التعرف
بالبروتونات: النووية التفاعالت P- Reactionsثانبا
) ( ، البروتون للقذيفة الحركية الطاقة فختالف تبعا بالبروتونات النووية التفاعالت تختلف: . يلي ما البروتون تفاعالت ومن الهيدروجبن ذرة نواة عن عبارة والبروتون
) ألفا – بروتون Reaction )p-αتفاعل
42
: مثل الهيليوم ونواة مختلفة نواة التفاعل هذا عن ينتج27
13Al + 11H ] 28
14Si[* 2412Mg + 4
2He
199F + 11H ] 20
10Ne[* 168O + 4
2He
( – نيوترون بروتون P,n )Reactionتفاعل
دائما للحؤاؤة ماص التفاعل هذا المواد Endoergicيكون أوزان مجموع أن إلى ذلك ويرجعالبروتون وزن من أكبر النيوترون وزن ألن المتفاعلة المواد أوزان مجموع من أكبر الناتجة
: ذلك مثال
188O + 1
1H ]199F[ 18
9F + 10n
( – جاما بروتون P,γ )Reactionتفاعل
: مثل التفاعل نواتج كأحد عالية بطاقة جاما أشعة تخرج التفاعل هذا في
2713Al + 1
1H ]105B[* 28
14Si + γ
( – ديوترون بروتون P, d )Reactinتفاعل
: مثل المتفاعلة للنواة نظير عن عبارة الناتج يكون التفاعل هذا في94Be + 11H ]10
5Be[* 84Be + 2
1H
. ونيوترون بروتون على يحتوي الذي الثقيل الهيدروجين عن عبارة هو والديوترون
بالديوترونات: النووية التفاعالت d- Reactionثالثا
بواسطة الديوترون إنتاج ويتم بالديوترونات، النووية التفاعالت من أنواع ثالثة يوجد: يلي ما التفاعالت هذه ومن فولت إلكترون ميجا عدة إلى تصل عالية بطاقة السيكلترون
( – ألفا ديوترون d,α )Reactionتفاعل
للحرارة طارد التفاعل هذا :Exothermicويعتبر يلي ما التفاعل هذا على األمثلة ومن27
13Al + 21H ]29
14Si[* 2512Mg + 4
2He
168O + 2
1H ]188F[* 14
7N + 42He
( – بروتون ديوترون d,P )Reactionتفاعل
للنواة نظير عن عبارة التفاعل من الناتجة والنواة للحرارة طارد التفاعل من النوع هذا يعتبر: مثل النتفاعلة
43
2311Na + 2
1H ]2512Mg[* 24
11Na + 11H
3115P + 2
1H ]3316S[* 32
15P + 11H
( – نيوترون ديوترون d,n )Reactionتفاعل
: يلي ما التفاعل من النوع هذا أمثلة من12
6C + 21H ]14
7N[* 137N + 1
0n
94Be + 2
1H ]119B[* 10
5B + 10n
ألفا: تفاعالت α- Reactionرابعا
: وهما بروتون أو نيوترون إما فيهما الناتج يكون ألفا تفاعل من فقط نوعين يوجد
( – نيوترون ألفا α,n )Reactionتفاعل
: يلي ما التفاعل من النوع هذا أمثلة من27
13Al + 42He ]31
15P[* 3015P + 1
0n
2311Na + 4
2He ]2713Al[* 26
13Al + 10n
( – بروتون ألفا α, P )Reactionتفاعل
: يلي ما التفاعل هذا مثال17
13Al + 42He ]31
15P[* 3014Si + 1
1H
جاما: بأشعة تفاعالت γ- Reactionخامسا
( – نيوترون جاما تفاعل النووية جاما أشعة تفاعالت هذا γ,n )Reactionمن أمثلة ومنالتفاعل:
94Be + γ ]9
4Be[* 84Be + 10n
3115P + γ ]31
15P[* 3015P + 1
0n
بروتون – ) جاما تفاعل حدوث يمكن عالية جاما أشعة طاقة تكون .γ,P )Reactionوعندما
44
النووي. 3.3 اإلنشطار
النووي تعريفاإلنشطار
. الكتلة في متقاربتين نواتين إلى اليورانيوم نواة مثل ثقيلة نواة إنشطار أو تفتت عملية هو
إكتشافه
من أكبر ذري عدد له عنصر عمل لمحاولة نتيجة النووي اإلنشطار إكتشاف وذلك 92كانبواسطة – النواة تفكك ويصحبها ، اليورانيوم لنواة جاما النيترون تفاعل . β–بواسطة وفي
فيرمي 1934عام إقترح عدده Fermiم عنصر إلنتاج نيوترون بواسطة اليورانيوم نواة قذفمن أكبر من. 92الذري كل على الحصول تم المحاولة هذه 140وخالل
57La 139و56Ba نواتج في
لعناصر. ذرتين وهما جزئين إلى إنشطرت اليورانيوم ذرة بأن ذلك تفسير تم وقد التفاعل. الوزن متوسطة
حدود في الذرية أوزانها أنوية وجود من فعال هذا حدث حدود 100إلى 90وإذا في ذري وعدد35.
اإلسترانشيوم نظير وهي مشعة عناصر يجدا أن اسمان واستر هانز ونظير Z= 38وأستطاع=Zالتيريوم 39 . نظير وجد كما اإلنشطار نظرية لتحقيق المطلوب يحقق الذي وهذا
الزينون Z= 36الكريبتون .Z= 54ونظير
من كل نواة إنشطار تم ,232Thولقد 238U, 235U والبروتون النيوترون بواسطة وذلك . حدوث أمكن وقد المتوسطة الطاقات ذات إكس وأشعة جاما وأشعة وألفا والديوترون
: طاقة ذات بقذيفة وذلك والذهب والرصاص البزموث مثل األخف األنوية في اإلنشطاربين تصل جدا :450إلى 50عالية . التالية العناصر أنوية أن وجد وقد فولت إلكترون مليون
232U, 233U, 235U, 239Pu, 241Am, 242Am. سريعة أو بطيئة نيوترونات بواسطة إنشطارها يمكنالعناصر اإلنشطار 232Th, 231Pa, 238Uأما مع ويخرج إلنشطارها سريعة نيوترونات إلى فتحتاج
حوالي الطاقة من هائلة نواتج 200كمية ألن وذلك إنشطار لكل فولت إلكترون مليون. الثقيلة األم النواة من أكثر عالية ترابط قوة لها الوزن متوسطة أنوية عن عبارة اإلنشطار
من الناتجة النيوترونات عدد أن كما الهائلة الطاقة كمية إلى النووي اإلنشطار أهمية وترجعالنيوترونات عدد أن وجد وقد اإلنشطارات من سلسلة تسبب نيوترون من أكثر اإلنشطار
هي أمتص نيوترون لكل - 2،++ 1الناتجة -1،++ 3و 235لليورانيوم 1و 238لليورانيوم 2، .239للبلوتونيوم-
4.3) السائل. ) قطرة نموذج اإلنشطار نظرية
ويلر و بوهر العالم بواسطة اإلنشطار نظرية تفسير بتطبيق Bohr and Wheelerتم وذلكشكل لها أن أي السائل قطرة مثل النواة أن فأعتبروا النواة على السائل قطرة نموذج
قوة ) Aكروي السطحي الشد قوة بين يحدث الذي التوازن على يعتمد الكروي الشكل هذا ، ) الكولومية التنافر قوة وبين للنواة إلى Coulomic Forceالترابط طاقة كمية أضفنا فإذا
) فسوف ) بالنواة النيوترون مسك نيوترون إستقبال عن ناتجة إثارة طاقة صورة في القطرة
45
الشكل في لتصبح وتميل الكروي الشكل تشويه تحاول النواة في ذبذبة قوة Bيحدث فإناألصلي شكلها إلى النواة تعيد أن تحاول السطحي تحاول Cالشد اإلثارة طاقة أن حين في ،
الشكل في كما أخرى مرة الكروي الشكل كاف . Dتشويه بقدر أكبر اإلثارة قوة كانت فإذاالشكل الكرة ( Eتأخذ ( اآلخر عن الناقوس إبعاد على التنافر قوة وتعمل أن Fالدمبل إلى
متشابهتين كرتين إلى الدنبل .Gتنقسم
.2-3شكل ) النووي(: اإلنشطار
الشكل فإن كافية غير اإلثارة طاقة كانت إذا مرة Dأما الكروي الشكل إلى يرجع أن يمكن. ) جاما ) أشعة صورة في اإلثارة طاقة الطاقة كمية وتخرج أخرى
23592U + 1
0n ]23692U[* 141
56Ba + 9236Kr + 3 1
0n + Q
أن الجسيمات Qحيث بين الكتلة في النقص ومصدرها التفاعل في المنطلقة الطاقة هي . يساوي الكتلة في النقص أن وجد ولقد التفاعل من الناتجة والجسيمات 2154المتفاعلة
. تساوي طاقة إلى تحول الكتلة في النقص هذا ويقابل ذرية كتلة x 931 = 200 0.2154وحدةMev. المرات بماليين اإلحتراق من المنطلقة الطاقة كمية تفوق القيمة وهذه
اإلنشطار. 5.3 نواتج
- اليورانيوم نواة إلنشطار ) 235نتيجة نتيجة الوليدة المشعة النظائر من كبير عدد ينتجالعدد( مدى أن أي للعناصر الدوري الجدول وسط في دائما توجد العناصر وهذه اإلنشطار
46
من يبدأ اإلنشطار لنواتج إلى Z= 30الذري . Z=65للزنك بين الذرية األوزان أما للتربيوم. اإلنشطار نواتج في العناصر وجود ونسبة الذري الوزن
الذري الوزن حول المدى واسعتي قمتين هناك أن الشكل من وأقل A= 138و A= 95يتضحذري وزن عند المشعة للمواد في 235/2ناتج متماثلين عنصرين إلى النواة تنشطر عندما أي
يساوي. قمة لكل النواتج أوزان مجموع أن وجد وقد .100الكتلة تقريبا%
في(: 3-3شكل ) العنصر وجود ونسبة الذري الوزن بين العالقة. اإلنشطار نواتج
يتفكك معظمها فإن ولذلك النيوترونات من كبير عدد على تحتوي اإلنشطار نواتج أن ووجدعليه -βبواسطة فيطلق بيتا لجسيمات المتتالي باإلنبعاث اإلنشطار ناتج يتفكك وعندما
اإلنشطاري التفكك على Fission decay chainسلسلة عناصر ثالثة على تحتوي سلسلة وكل: مثل الألقل
-β -β
14766Nd 147
61Pm 14762Sm
47
4y11d
النووي. 6.3 اإلندماج
تعريفه:
خفيفتين نواتين إندماج أو إتحاد عن عبارة النووي ذري A≤ 8اإلندماج وزن ذات نواة لتكوين . اإلنشطار عملية عكس هي اإلندماج وعملية هائلة طاقة خروج مع المندمجة النواة من أكبر
بالنسبة الربط طاقة أن نجد اإلندماج ففي الطاقة، إنتاج وهو مشترك عامل هناك ولكن ) المندمجة ) الخفيفة لألنوية الربط طاقة من بكثير أكبر اإلندماج بعد النواة أي الكبيرة للنواة
) اإلندماج) طاقة صورة في يخرج الطاقة في الفرق وهذا الطاقة منحنى في مبين هو كماالمندمجة الخفيفة األنوية كتل مجموع من أقل الدمج عملية في الناتجة النواة أن كما
. ) طاقة) إلى يتحول الوزن في النقص وهذا المتفاعلة
+ فرق الربط طاقة فرق عن عبارة وهي هائلة طاقة اإلندماج طاقة أن يتبين سبق مما . طاقة إلى يتحول الذي الوزن
الكهربائية؟ القوى إنتاج في اإلندماج طاقة إستخدام يمكن هل
اإلندماج من ناتجة طاقة عن عبارة هي المختلفة والنجوم الشمس من الصادرة الطاقة إنإلى تصل الشمس داخل الحرارة درجة أن نجد لذلك الكواكب هذه داخل يحدث الذي النووي
108 . هذه في النواة فتتحرك العناصر تأين على تساعد الحرارة هذه كلفن درجة مليون أو ) + ( بسرعة البالزما هذه في النواة فتتحرك إلكترونات عادية نواة عن عبارة البالزما البالزما
. من هائلة كمية تخرج وحينئذ بعضها مع لإلتحاد شديد ميل لها يكون التصادم وعند عالية .) ( عالية حرارة درجة في يحدث الذي التفاعل هذا ويسمى للحرارة طارد تفاعل الطاقة
الحراري شيوعا. Thermo Nuclear Reactionبالتفاعاللنووي الحرارية النووية التفاعالت وأكثر – الكربون ودورة بروتون بروتون دورة هي النجوم Proton- Proton Cycle & Carbonفي
Cycle.
: بروتون – البروتون دورة11H + 1
1H 21H + β- + γ + 0.42 Mev
21H + 1
1H 32H + γ + 5.49 Mev
32H + 3
2H 42He + 2 1
1H + 12.86 Mev
: الكربون دورة12
6C + 11H 13
7N + γ + 1.95 Mev
137N + 1
1H 136C + β+ + γ + 1.26 Mev
136C + 1
1H 147N + γ + 7.55 Mev
147N + 1
1H 158O + γ + 7.34 Mev
48
158O + 1
1H 157N + β- + γ + 1.68 Mev
157N + 1
1H 126C + 4
2He + 4.96 Mev
تساوي للتفاعل الكلية .Mev 24.68الطاقة
الهيدروجين نظائر شملت المعمل في حرارية نووية تفعاعالت دراسة تمت ولقد (.3Hوالتريتيوم 2Hالديوتيريوم)
21H + 3
1H 42He + n + 17.6 Mev
21H + 2
1H 32He + n + 3.2 Mev
21H + 2
1H 31H + 1
1H + 4.0 Mev
األغراض في إستخدامها أجل من ولذا العالم محيطات في متناولة بكمية الديوتيريوم ويوجد: منها مختلفة مشاكل على التغلب يجب السلمية
تقريبا تساوي عالية حرارة درجة عند البالزما تتحمل 108Kإحتواء مادة تكتشف لم اآلن وإلىحرارة .106Kدرجة للبالزما كحاوية تستخدم أيمادة تتبخر الدرجة هذه عند ألنه
الهيدروجينية. 7.2 القنبلة
الديوتيريوم من خليط إندماج من ناتجة طاقة عن عبارة 2هي1H 3والتريتيوم
1H وذلك . نووي أنشطار عن ناتجة حرارة وجود في بعضهما مع ضغطهما بواسطة
المشعة. 8.3 Isotopes النظائر
عدد في تختلف ولكنها البروتونات من العدد نفس على أنويتها تحتوي ذرات هي النظائر . يتغير حين في يتغير ال الواحد للعنصر الذري العدد أن ذلك ويعني تحتويها التي النيوترونات
. الكتلي عدده
يحددها للعنصر الكيميائية الخواص أن حيث الكيميائية الخواص نفس الواحد العنصر ولنظائروالتفاعالت الخواص نفس جميعا لها للعنصر المختلفة النظائر فإن وعليه الذري، عدده
. الذرية أوزانها إختالف من بالرغم الكيميائية
العدد أن أي واحد بروتون على منها كل نواة تحتوي صور ثالث على يوجد قد مثال الهيدروجينعدد في بينها فيما بينما أيضا، واحد إلكترون حولها ويدور واحد يساوي جميعا لها الذري
نيوترون أي على يحتوي ال العادي فالهيدروجين الكتلي، عددها في وبالتالي النيوترونات ) ( الهيدروجين أما ، واحد نيوترون على يحتوي الديوتيريوم الثقيل أو العادي والهيدروجين
. ) البروتون ) بجانب نيوترونين على فيحتوي التريتيوم الثالثي
شكل على الطبيعة في عنصر كل يوجد كما العناصر، لمختلف متعددة نظائر توجد وهكذا. معينة مئوية بنسبة المختلفة نظائره من خليط
49
: يساوي الذري وزنه األول هما الطبيعة في للكلور نظيرين يوجد بنسبة 34.98فمثال ويوجدالذري% 75.4 وزنه بنسبة 36.98والثاني في% 24.6ويوجد الموجود للكلور الذري الوزن إذا ،
يساوي النظيرين هذين من وخليط :46 35الطبيعة كالتالي حسابه ويمكن
(24.6/100 x 36.98 ( + )75.4/100 x 34 98 = )35.46
النظائر. 9.3 أنواع
: نوعين إلى النظائر تنقسم
. المستقرة النظائر. المشعة النظائر أو المستقرة غير النظائر
: قسمين إلى المشعة النظائر :وتنقسم طبيعية مشعة من نظائر الطبيعة في توجد وهي . وتعالى سبحانه الله :خلق صناعية مشعة من ونظائر تمكن فقد اإلنسان صنع من هي
. المختلفة األغراض في ويستخدمها صناعيا إنتاجها من تعالى الله فضل
المشعة. 10.3 النظائر إنتاج
الجسيمات من لسيل المستقرة النظائر تعريض عند المختلفة المشعة النظائر إنتاج يتم. ألفا لجسيمات تعريصها عند وكذلك الديوترونات أو البروتونات أو كالنيوترونات النووية
كذلك للنيوترونات، كمصدر النيوترونات ومولدات النووية المفاعالت الغرض لهذا ويستخدموالديوترونات كالبروتونات المشحونة للجسيمات كمصدر النووية المعجالت تستخدم
. ألفا وجسيمات
النووية. 1.4 Nuclear Reactorsالمفاعالت
( الشكل في كما متسلسل نووي إنشطار فيها يتم منشأة عن عبارة النووي (1-4المفاعل. النيوترونات إلى باإلضافة الطاقة من كمية عنه ينتج سابقا ذكر وكما السيطرة تحت
50
.1-4شكل ) متسلسل(: إنشطاري تفاعل
أو الميكانيكية الطلقة أو الحرارية الطاقة مثل الطاقة إلنتاج النووية المفاعالت إنشاء يتمأنه كما النووية، األسلحة في تستخدم التي والمواد المشعة المواد وإنتاج الكهربائية الطاقة
. والكيمياء الفيزياء في النووية البحوث خدمة في يستخدم
النووي. 2.4 المفاعل تركيب
كما يتكون عامة بصفة ولكنه فيه يستخدم الذي الغرض على النووي المفاعل تركيب يتوقفالشكل ) في موضح (:2-4هو
51
.2-4شكل) النووي(: المفاعل تركيب
1: المفاعل- قلب
العالي الضغط يتحمل وعاء عن عبارة أن atmosphere 15هو ويجب ، عالية حرارة ودرجةويحاط إشعاعيا، نشطة مادة إلى باإلشعاع يتحول ال الذي الثابت النوع من مادته تكون
ويتم العاملين، لحماية اإلشعاع من واقي كحاجز الثقيل المسلح اإلسمنت من بدرع الوعاء. المفاعل وعاء أسفل في مثبتة قاعدة على التحكم أعمدة وكذلك الوقود أعمدة تركيب
2: الوقود-
: من إما الوقود يتكون
طبيعي على 238Uيورانيوم يحتوي -0.72الذي اليورانيوم% .235U 235من من أكبر نسبة على يحتوي الذي مخصب -0.72يورانيوم اليورانيوم% .235من-233 233يورانيومU. -239 239بلوتونيومPu.
Moderatorالمهديء- 3
. ) ( ويحيط البريليوم أكسيد أو بريليوم أو ثقيل ماء أو ماء أو كربون جرافيت عن عبارة وهومن طاقتها وتقليل السريعة النيوترونات لتهدئة وذلك بالوقود Mev 1/40إلى Mevالمهديء
. اليورانيوم نواة مع اإلنشطاري التفاعل على القادرة الحرارية النيوترونات طاقة تعتبر والتي
4: التحكم- أعمدة
. الحرارية النيوترونات إلمتصاص عالية قابلية له الذي الكادميوم من مصنوعة األعمدة هذه . يبدأ أعلى إلى ترتفع حينما التفاعل وقف وفي التفاعل قوة في تتحكم األعمدة وهذه
التغاعل يتوقف النيوترونات جميع تمتص أي األسفل إلى تنزل وعندما بالعمل التفاعل. الحالة هذه في المفاعل يتوقف وبالتالي
5: المبرد-
هذه وتسحب المفاعل قلب داخل حرارية طاقة إلى تتحول اإلنشطار من الناتجة الطاقةالهيليوم أو الكربون أكسيد ثاني أو الهواء مثل غاز يكون أن إما وهو المبرد بواسطة الطاقة
52
الحرارة درجة على المبرد نوع ويتوقف السائل، الصوديوم أو الماء مثل سائل يكون قد أو. المفاعل قلب داخل
النووية. 3.4 المعجالت
طاقة على تعتمد ألفا وجسيمات والديوترونات بالبروتونات النووية التفاعالت أن سايقا ذكرناكافية حركية طاقة دون السابقة الجسيمات بهذه نووي تفاعل حدوث واليمكن القذيفةتحمل التي الهدف ونواة الشحنة الموجبة الجسيمات هذه بين التنافر قوة على للتغلب
. النووي كولومب بحاجز يسمى التنافر وهذا أيضا موجبة شحنة
: النووي كولومب حاجز
: ويساوي موجبة شحنة تحمالن اللتان والقذيفة الهدف نواة بين التنافر قوة عن عبارة هو
V = )Z1 e x Z2 e( / D
أن والقذيفة، Z2و Z1حيث للنواة الذري العدد تساوي eهما وهي البروتون x 10-10 4.8شحنة
e.s.u ) ( ، إلكتروستاتيكية . Dوحدة ) بالسنتيميتر ) والهدف القذيفة الجسيمين بين المسافة هي
التنافر قوة حاجز )Vتزداد لها قيمة أقصى إلى تصل أن إلى النواتين بين المسافة قلت كلماالمسافة( تكون عندما يختفي Dكولومب وبعدها النواتين أقطار أنصاف مجموع تساوي
.) الربط ) طاقة النواة جهد في وقعت قد تكون القذيفة ألن التنافر
53
.3-4شكل ) النووي(: كولومب حاجز
وحدة تكون Vوتكون عندما .eباإلرج بالسنتيميتر المسافة وتكون اإللكتروستاتيك، بوحدة ) إلى ) التنافر قوة كولومب حاجز وحدة تحويل :Mevويمكن بالقانون
1 Mev = 1.6 x 10-6
Erg = 6.25 x 105 Mev
النوى. 4.4 Nuclear Radiusنصفقطر
النواة حجم أن وجد العملية التجارب للنيوكلونات uمن الكلي العدد مع طرديا يتناسبأن أي النواة في uαAالموجودة
أن u = 4/3πR3ألن uαRوبما
A α R3
R3 α A
R = Const. x A1/3
يساوي الثابت هذا أن وجد x 10-13 cm = 1.4 fermi 1.4وقد
إذا
R = 1.4 X 10-13 A1/3 cm
مسألة:
- ) اليورانيوم ) نواة مع للتفاعل الالزمة ألفا جسيم القذيفة طاقة ؟ 238إحسبي
النووية. 1.5 المعجالت
) ( المشحونة النووية الجسيمات لتسريع النووية المسرعات النووية المعجالت تستخدم) ( أيونات المشحونة الجسيمات إنتاج ويتم النووية، التفاعالت إلجراء كافية طاقة إلكسابها
الغاز ) ذرة قذف موجبة( H2, 2H2, 4Heبواسطة للغاز أيونات فينتج سريعة إلكترونات بواسطة(.+H+,2H+, Heالشحنة ) ألفا( ) وجسيم الديوترون البروتون، هي التي
54
في الكهربي المجال إستخدام في جميعا تشترك ولكنها المعجالت من مختلفة أنواع وهناك. الكهربي المجال هذا فيها يطبق التي الطريقة في تختلف ولكنها الجسيمات تعجيل
الجهد في فرق ذو كهربي مجال في األيونات وضع حركية Vوعند طاقة األيونات تكتسب ، و Vحيث K-E = Veتساوي الكهربي الجهد .eفرق تعجيله المطلوب األيون شحنة
فاندجراف- 1 Van de Graaff Accetratorمعجل
عام المعجل هذا إختراع المعجل 1931تم هذا فكرة وتقوم ، جراف دي فان العالم بواسطة مإستاتيكية لشحنات المستمر النقل بواسطة كروي جسم سطح على مرتفع جهد توليد على
) شحن ) ويستمر الشكل في موضح هو كما الكروي الجسم سطح إلى متحرك سير بواسطة ( حوالي ثابتة قيمة إلى يصل حتى الكروي السطح على الجهد ويزداد الكروي 750السطح
إنتقال( معدل يساوي الكروي السطح بواسطة الشحنة فقد معدل يكون عندما كيلوفولت. السير من الشحنة
وهو السير يواسطة شحنه يتم الذي الكروي السطح أحدهما قطبين من الفاندجراف ويتكون= عنده الجهد ويكون سالب قطب وهو الهدف عن عبارة الثاني والقطب الشحنة، موجب
يساوي القطبين بين الجهد فرق يكون ولذلك .750صفر – = 750صفر، كيلوفولت
أو النيتروجين مثل عازل غاز على تحتوي كبيرة معدنية أنبوبة في القطبين هذين ويوجد. الكبريت فلوريد سداسي
.1-5شكل ) الفاندجراف(: تركيب
إلى تصل بطاقة البروتونات من فيض على الحصول يمكن الفاندجراف وفيض 20Mevومنإلى تصل بطاقة ألفا جسيمات بعض 30Mevمن وجد ذلك من أكبر طاقة على وللحصول
إخترع الصعوبات هذه ولتفادي أعلى وجهد أطول فاندجراف أنبوبة إنشاء في الصعوبات. السيكلوترون العلماء
2: الخطية- المعجالت
55
معينة مواضع عند الطاقة من المزيد وتتلقى مستقيمة مسارات في الجسيمات تسير وفيها. والبروتونات اإللكترونات تعجيل على لتعمل الخطية المعجالت صممت وقد مسارها في
.2-5شكل) الخطي(: المعجل تركيب
مفرغة الصلب من مصنوعة أنبوبة من السابق الشكل من يتضح كما الخطي المعجل يتكون ) تحقن ) التردد عالي تيار بمصدر تتصل التعجيل أنبوبة نحاسية ألنبوبة على تحتوي الهواء، من
حوالي طاقة ذات فتقطع 4البروتونات األنبوبة محور إتجاه في فولت إلكترون مليون ) ( اإلتجاه في الجسيمات فتتعجل السحب أنابيب التعجيل أنابيب مجموعة الجسيمات
في. البروتون يبقى حتى السحب أنبوبة حول تزيد أن البد البروتون سرعة وبإزدياد األمامي. عكسي تعجيل يحدث وال الكهربي المجال مع الطور نفس
إلى تصل طاقة ذات بروتونات على الحصول أمكن هذا 22وقد من فولت إلكترون مليونمن فولت إلكترون بليون إلى طاقتها وصلت إلكترونات على الحصول أمكن كما المعجل،
طوله خطي .66معجل مترا
. خطوط في تسير إذإنها منه الجسيمات خروج سهولة الخطي المعجل مميزات ومن
Cyclotron acceleratorالسيكلوترون- 3
لفينجستون و الورنس العالمان تغلب .E. O .Lawrence and M. Sلقد Livingston على المعجل الفاندجراف معجل من عالية طاقة على الحصول عند قابلتهم التي الصعوبات
56
منخفض جهد بإستخدام الجسيمات فيه تتسارع الذي السيكلوترون بإختراعهم وذلك الخطي. المطلوبة للطاقة الوصول يتم أن إلى مرات عدة التسارع هذا ويتكرر نسبيا
موضح هو كما دائرة نصفي شكل على معدنية مفلطحة إسطوانة من السيكلوترون ويتكونحرف منهما كل ويشبه ديز إسم عليهما يطلق الشكل نصفي. Dفي طرفي على ويطلق
حوالي ) متذبذب جهد فرق ( 100الدائرة من مفرغ صندوق في اإلسطوانة وتوضع كيلوفولتمغناطيسي مجال يتولد بحيث قوي مغناطيس قطبي بين الصندوق هذا ويوضع الهواء
. أفقي مستوى في األيونات مسار ليبقى اإلسطوانة مستوى على عمودي
حينما األيونات وتتسارع الدائرة نصفي بين السيكلوترون مركز في األيونات مصدر وينشأ ) تتحرك ) وبداخله السالب النصف إلى متجهه بينهما الجهد لفرق نتيجة الدائرة نصفي بين تمرالنصف إلى متجهه عليه العمودي المغناطيسي المجال لتأثير نتيجة دائري بشكل األيونات
إليها األيونات تنجذب وبذلك المتردد للتيار نتيجة سالبة وتصبح شحنته تتغير الذي الثانيالمقابل النصف األيونات وتدخل الدائرة نصفي بين الجهد لفرق نتيجة أخرى مرة وتتسارع
. وتزداد العملية هذه وتتكرر أكبر نصفي قطر ذات دائرة نصف تدور وبالتالي أكبر بسرعة ) إنحراف ) يتم ذلك وبعد المطلوبة الطاقة المطلوبة السرعة إلى تصل أن إلى األيون سرعةالتفاعل ويتم الهدف وتقابل اليز من لتخرج اإلنحراف إلكترون بواسطة األيونات مسار
. المطلوب النووي
إلى تصل طاقة إلى بالسيكلوترون بروتونات تسريع الممكن .50ومن فولت إلكترون مليون. الطاقة عالية للجسيمات نسبيا الجهد منخفض مصدر السيكلوترون ويعتبر
4: البيتاترون-
57
النيوترونات. 2.5 مصادر
النووية التفاعالت طريق عن عليها الحصول يمكن ولكن للنيوترونات طبيعية مصادر توجد ال. النووي واإلنشطار
1: النووي- التفاعل من الناتجة النيوترونات مصادر
التفاعل وسط في إمتصاصها ويمكن المدى قصيرة ألفا لجسيمات المشعة العناصر تتحد ) الحصول ) فيتم البريليوم الخفيفة العناصر مع ألفا لجسيمات المشعة المادة خلط يتم لذلك
. للنيوترونات مصدر على
: النيوترونات مصادر على األمثلة ومن
(Ra + Be )9Be )α, n( 12C
(Ra + B )11B )α, n( 14N
(24Na + Be )9Be )γ,n( 8Be
2: التلقائي- النووي اإلنشطار من الناتجة النيوترونات مصادر
التي العناصر فتعتبر نيوترونات، إنبعاث يصحبه إنشطار ألي مثل التلقائي النووي اإلنشطار . عنصر العناصر هذه ومن النيوترونات مصادر من تلقائي نووي إنشطار لها يحدث
منه 252Cfالكاليفورنيوم ينشطر . 3.1حيث عنصر% ويفضل ألفا بانبعاث يتفكك والباقي تلقائيا ) ( يحتوي ال الكاليفورنيوم ألنه األخرى، العناصر من أكثر للنيوترونات كمصدر الكاليفورنيوم
. جاما أشعة على
مثال: 252
98Cf 14054Xe + 108
44Ru + 4n + Energy
المادة. 3.5 مع اإلشعاع تفاعل
. وتعتبر المادة مع األشعة هذه تفاعل كيفية معرفة على النووية األشعة لطبيعة فهمنا يعتمدوفي القياس وأجهزة اإلشعاعية الكواشف وإستخدام إنشاء في ضرورية المعرفة هذه
. إلى األشعة وتنقسم والزراعة والصناعة والطب العلوم في لألشعة المنتوعة التطبيقات: هي أنواع أربعة
1- : والديوترونات ألفا جسيمات مثل ثقيلة مشحونة 2جسيمات1H ونوى والبروتونات
. الخفيفة الذراتاإللكترونات -2 وهي خفيفة مشحونة .+eوالبوزيترونات -eجسيمات
58
3-. النيوترونات مثل مشحونة غير أجسام4-. إكس زأشعة جاما أشعة مثل كهرومغناطيسية أشعة
تسمى ولذلك خاللها تمر التي المادة لذرات تأين إحداث على القدرة لها الشعة هذه وجميع. المؤينة بألشعة
: المادة: مع الثقيلة المشحوتة الجسيمات تفاعل أوال
تكفي طاقته من جزء يكسبها فإنه المادة، بذرة مشحون ثقيل جسيم بين التصادم يتم عندمااإللكترون فإن التاين طاقة من أكبر المكتسبة الطاقة كمية كانت وإذا تأينها، أو إلثارتها
. الطاقتين بين الفرق تساوي حركية بطاقة ينطلق المتحرر
التأين = – طاقة المكتسبة الطاقة اإللكترون حركة طاقة
: المادة: مع الخفيفة الجسيمات تفاعل ثانيا
: بالتصادم- الطاقة فقد تفقد أ صغيرة البوزيترونات أو اإللكترونات طاقة تكون عندما . تكون اإللكترون كتلة لصغر ونظرا المادة ذرات أوتأين إثارة في طاقتها اإللكترونات هذه
. إنخفاض ألى يؤدي وهذا الطلقة نفس لها التي ألفا جسيمات لسرعة نسبيا عالية سرعتهجدا صغير الذرة من بالقرب اإللكترون تواجد زمن ألن التأين إحتمال
: باإلشعاع- الطاقة فقد المادة ب على سقوطه فعند عالية اإللكترون طاقة تكون عندماسرعة في حاد تغير فينتج اإللكترونات أو النواة لشحنة الكهربي للمجال اإللكترون يتعرض
أشعة إلى تتحول التي الحركية طاقته من جزء يفقد أنه أي المادة، في سيره أثناء اإللكترونمع. اإللكترون لتفاعل الطريقة نفس المادة مع البوزيترون تفاعل ويتم كهرومغناطيسية
يواسطة البوزيترون ألسر إحتمال هناك يكون طاقته البوزيترون يفقد عندما أنه إال المادةتساوي منهما كل طاقة فوتونين وإنبعاث فنائهما ثم ومن الوسط في اإللكترونات 0.511أحد
Mev الفناء أشعة تسمى كهرومغناطيسية أشعة عن عبارة .Annihilation Radiationوهي
: المادة: مع المشحونة غير الجسيمات تفاعل ثالثا
المشحونة غير الجسيمات تفقد التفاعل هذا في اإللكترونات مع التفاعل يحدث ال: ) بواسطة) طاقتها النيوترونات
1:) المرن- ) التصادم الخفيفة األنوية مع التصادم
الطاقة قلت النواة كتلة زادت فكلما النواة، كتلة مع عكسيا الطاقة فقد كمية تتناسبولذلك طاقتها، النيوترونات عليها تفقد التي المواد أنسب الهيدروجين يعتبر لذلك المنتقلة،
) ( في النيوترونات تهدئة في الشمع البارافين مثل به الغنية المواد أو الهيدروجين يستخدم. النووية المفاعالت
2: النيوتروني- األسر
نواة بواسطة النيوترون أسر يتم حيث المنخفضة الطاقة ذات النيوترونات مع يحدث وهو( ( ) تفاعل ) جاما أشعة وتنبعث نظير جديدة نواة وتتكون ((.n,γالمادة،
59
:) جاما: ) أشعة المادة مع الكهرومغناطيسية األشعة تفاعل رابعا
: اآلتية الثالث الطرق بإحدى المادة مع جاما أشعة تتفاعل
إلكتروضوئي- تفاعل هذا Photoelectric Effectأ وفي اإللكتروضوئية، الظاهرة وتسمى ) ( أحد مع أي بالذرة المرتبطة اإللكترونات أحد مع جاما أشعة الفوتون يتفاعل التفاعل
الذري اإللكترون ويظهر تماما الفوتون فيختفي للذرة الداخلية المستويلت في اإللكتروناتالساقط الفوتون طاقة بين الفرق تساوي طاقة ويحمل الضوئي اإللكترون ويسمى منطلق
. بالذرة اإللكترون ربط وطاقة
Ee )Energy of electron( = Eγ - B Ee
أن و BEeحيث بالذرة اإللكترون ربط طاقة . Eγهي جاما أشعة طاقة هي
الخارجية المدارات من إلكترونات بواسطة المنبعث لإللكترون الشاغر المكان ويمأل. للعنصر المميزة إكس أشعة إنبعاث ذلك ويتبع للذرة
.5-5شكل ) للذرة(: الداخلية اإللكترونات جاما أشعة تفاعل
كومبتون- أثر Compton effectب
60
.) هذا ) وفي األخير المدار إلكترونات للذرة الحرة اإللكترونات مع جاما أشعة تفاعل وهويعطى ما بمقدار طاقته وتقل إتجاهه، يتغير أي الساقط الشعاع يتشتت التفاعل
بطاقة اإللكترون هذا وينطلق طاقة من .Eلإللكترون
E = Eγ - Eγ -
و Eγحيث الساقطة جاما أشعة Eγطاقة -.) اإلنحراف ) التشتت بعد جاما أشعة طاقة هي
.6-5شكل ) األخير(: المدار إلكترونات مع جاما أشعة تفاعل
األزواج- إنتاج Pair Productionج
) عنه ) بدال ويظهر الفوتون هذا تماما يختفي النواة مع جاما أشعة الفوتون يتفاعل عندماوبوزيترون أكبر +e-, eإلكترون الساقطة جاما طاقة تكون عندما الظاهرة هذه وتحدث ،
وبعد Mev 1.022من نتيجة 1، الحركية طاقتهما والبوزيترون اإللكترون من كل يفقد ذلك . مع اإللكترون ويتفاعل السكون إلى يصال حتى الذرات مع المتتابعة للتصادمات
منهما كل طاقة فوتونين ويكونا (.0.511Mevالبوزيترون الفناء ) أشعة
4: الصلبة- الكواشف
: هي الصلبة الكواشف من نوعان يوجد
61
:أ- مفلورة مواد من مصنوعة كواشفصلبة
هذا ويستخدم المؤينة، األشعة بها تصطدم عندما ضوئي وميض الموادالمفلورة هذه تشعمهبط على الومضة هذه سقوط طريق عن كهربي تيار إنتاج في الضوئي الوميضيمكن. اإللكترونات من تيار وينتج تكبير أنبوبة بواسطة التيار هذا تكبير ويتم حساس
. الكهربائية األجهزة بواسطة وقياسه به اإلحساس
الذي واألنثراسين ألفا، لجسيمات ككاشف يستخدم الذي الزنك كبريتيد المواد هذه ومنعن للكشف يستخدم الذي الكالسيوم وفلوريد جسيماتبيتا، عن للكشف يستخدم
ويستخدم جاما، أشعة عن للكشف المستخدم الصوديوم ويوديد وبيتا، ألفا جسيماتحيث الخارصين كبريتيد مع البورون أو الليثيوم مادة البطيئة النيوترونات عن للكشفالذي ألفا جسيم التفاعل من وينتج البورون أو الليثيوم عنصر مع النيوترونات تتفاعل
. الخارصين كبريتيد في وميض يحدث63Li + n ]7
3Li[ 31H + 4
2He
105B + n ]11
5B[ 73Li + 4
2He
42He + ZnS flourecence
) ( الخارصين، كبريتيد مع الشمع البارافين عنها للكشف فيستخدم السريعة النيوترونات أماالنيوترونات مع يتفاعل الذي الهيدروجين من كبيرة كمية على يحتوي البارافين أن وبما
. والتريتيوم الديوترون معطيا السريعة11H + n 2
1H
21H + n 3
1H
تيار إلى الضوئي الوميض ويتحول ضوئي وميض مسببا الخارصين كبريتيد مع يتفاعالن اللذاناألشعة كمية معرفة يمكن وشدته التيار هذا كمية وبقياس الحساس المهبط بواسطة كهربي
وطاقتها.
الموصالت- أشباه :Semi Conductorsب
إلى تصل الشوائب من نسبة مع نقية المادة تكون بأشباه cm3/1010عندما المادة تعرفمن. كبيرة كمية عنه ينتج تأين فيها يحدث حيث باألشعة الموصالت أشباه وتتأثر الموصالتمع التيار هذا كمية وتتناسب الكهربائية، الدائرة في كهربي تيار إلحداث كافية اإللكترونات
. الكواشف من النوع هذا على األمثلة ومن الموصل شبه على الساقطة اإلشعاعية الطاقةالنقاء عالي الجيرمانيوم Hyper Pureكاشف Germanium )HPG( عن للكشف ويستخدم
. جاما أشعة
قياساألشعة. 2.6 Radiation Instrumentsأجهزة
: يلي ما األجهزة هذه أهم ومن األشعة عن للكشف تستخدم التي األجهزة من مجموعة هناك
بادج- 1 Badge Filmفيلم
62
حوالي مساحته صغير حساس فيلم عن عبارة ( 2x3cmوهو ( مغطى األسنان فيلم يشبهنافذة بها البالستيك من حقيبة داخل موضوع الضوء من لحمايته المعتم البالستيك من بطبقةويوجد الفيلم، إلى وتصل البالستيكية الحقيبة تخترق فإنها جاما أشعة أما بيتا، أشعة لدخول
أشعة ونفاذ الفيلم من جزء قبل من بيتا أشعة إلمتصاص الرصاص من حاجز الحقيبة داخل . على تتوقف التي وكميتها األشعة نوع معرفة يمكن الفيلم تحميض طريق وعن فقط جاما
لها يتعرض التي األشعة عن للكشف الفيلم هذا ويستخدم ويستخدم، الفيلم عتامة درجة. المستشفيات أو البحوث مراكز في أو مصانع في سواء العاملين
اإلشعاعي- 2 المسح Survey Meterجهاز
التيار لتكبير إكترونية ودائرة إشعاعي كاشف من عموما اإلشعاعي المسح جهاز يتكونوتزود الزمن، وحدة في الكهربائي التيار عن الناتجة الكهربائية النبضات عد أو شدته وقياس
إلى التنبه يمكن وبالتالي فيه نبضة تسجيل تم كلما صوتا يصدر صوتي بجهاز األجهزة هذهاألشعة أنواع لقياس مختلفة أنواع منه ويوجد البيئة، في األشعة مستوى في زيادة وجود
المختلفة.
الجيبي- 3 Pocket Dosimeterمقياسالجرعة
من الجهاز ويتكون والحجم، الشكل حيث من الحبر قلم يشبه صغير جهاز عن عبارة وهويعطي الذي وهو متحرك واآلخر ثابت أحدهما قطبين على تحتوي إسطوانية تأين غرفةاإلنسان لها يتعرض التي األشعة كمية لقياس الجهاز ويستخدم لألشعة التعرض عند القراءة
. المشعة بالمواد يعمل الذي
القناة- 4 وحيد SINGLE Channel Analyzerمحلل
: من يتكون وهو
: كاشفإشعاعي- أ
. الذكر السابقة األنواع في كما قياسها المراد اإلشعة نوع على نوعه يتوقف
: مكبر- ب
الكاشف من المنبعثة الضوئية الومضة من الناتجة الكهربائية لتكبيراإلشارة يستخدم. الكاشف على األشعة لسقوط نتيجة اإلشعاعي
: محللطيفي- ج
الطيفي المحلل ويقوم الساقطة األشعة طاقة حسب الكهربائية اإلشارات شدة تختلف. الطاقة مختلف طيف ليعطي اإلشارات هذه بتحليل
: العداد- د
يمكن الطاقة مفتاح وبتغيير الطاقة نفس لها التي الكهربائية اإلشارات كل بعد العداد يقوماإلشعاعات عدد عن تعبر التي المختلفة للطاقات الكهربائية اإلشارات عد قراءة أخذ
. مختلفة بطاقات الكاشف على الساقطة63
القنوات- 5 عديد Multi Channel Analyzerمحلل
أنه إال القناة وحيد المحلل في الموجودة الوحدات نفس من القنوات عديد المحلل يتكونمختلفة طاقات إلى تحليلها بعد واحد وقت في الطاقة المختلفة الضوئية اإلشارات عد يمكنالنشاط يعطي كما قياسها المراد العينة في الموجودة األنوية لجميع متكامل طيف معطيا
. واحد آن في طاقة لكل اإلشعاعي
2.6: المختلفة. األشعة تأثير
فتموت الحية الخلية األشعة تمزق أن الممكن فمن الحية األنسجة تدمر األشعة أن نعلم كمايمكن ال التي الوراثية الخاليا تدمر أن المحتمل من أنه كما الجسم، إصالحهابواسطة ويصعب
الوراثية العوامل في خلل أو السرطان أمراض إلى يؤدي وهذا الجسم بواسطة تعويضها. لألجيال بالنسبة
كمية وتسمى فيه، وتؤثر الجسم لها يتعرض التي الكمية على األشعة تأثيرات وتتوقف. بالسيفرت وتقاس المكافئة بالجرعة الجسم من كيلوجرام بواسطة الممتصة األشعة
( )Sievert )Svوالسيفرت ( واحد كيلوجرام إلى المنتقلة جول واحد الطاقة كمية عن عبارة. الجسم من
64