ملخص درس الاضمحلال النووي والتفاعلات النووية – الفيزياء النووية

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

ملخص درس الاضمحلال النووي والتفاعلات النووية – الفيزياء النووية

نبدأ على بركة الله ...

    -       المواد المشعة : المواد التي تنبعث منها إشعاعات تلقائيا وهذه الإشعاعات لها قدرة على النفاذ .

    -       علل : لاحظ بيركل ان لون الصفائح الفوتوجرافية التي تغطي اليورانيوم وتحجب الضوء عنه أصبح ضبابيا .

لأن نوعا من الأشعة المنبعثة من اليورانيوم قد نفذت من الصفائح .

    -       تضمحل النواة عند انتقالها من حالة أقل استقرارا إلى حالة أكثر استقرارا تلقائيا .

    -       الإضمحلال الإشعاعي :

+ اكتشافات رذرفورد ورفاقه :

·      عنصر الرادون يتحول تلقائيا إلى نواة أخف و إلى نواة هيليوم خفيفة .

·      مركبات اليورانيوم تنتج 3 أنواع من الإشعاع سميت ألفا ، بيتا ، جاما .

+ تم الفصل بين الإشعاعات اعتمادا على قدرتها على اختراق المواد ...

·      يلزم صفيحة رقيقة من الورق لإيقاف جسيمات ألفا .

·      يلزم سمك 6mm من الألمنيوم لإيقاف معظم جسيمات بيتا .

·      يلزم سمك عدة سنتمترات من الرصاص لإيقاف إشعاع جاما .

    -       اضحمالا أو انبعاث ألفا : عملية اضمحلال إشعاعي ينبعث فيها جسم ألفا من النواة .

    -       تحولات نواة العنصر عند بعث ألفا :

التحول	قبل التحول	بعد التحول
يقل عدد الكلي بمقدار 4	A	A-4
يقل عدده الذري بمقدار Z	Z	Z-Z
يقل عدد نيوتروناته بمقدار 2	N	N-2
يقل عدد بروتوناته بمقدار 2	P	P-2
يتحول العنصر إلى عنصر جديد	U 236 92	Th 234 90

    -       اضمحلال او انبعاث بيتا : عملية اضمحلال إشعاعي يتحول فيها نيوترون إلى بروتون يبقى في النواة وجسيم بيتا وضديد النوترونو

    -       تحولات نواة العنصر عند بعث بيتا :

التحول	قبل التحول	بعد التحول
لا يتغير عدده الكتلي	A	A
يزداد عدده الذري بمقدار 1	Z	Z+1
يقل عدد النيوترونات بمقدار 1	N	N-1
يزداد عدد البروتونات بمقدار 1	P	P+1
يتحول العنصر إلى عنصر جديد	Th 234 90	Pa 234 91

    -       اضمحلال أو انبعاث جاما : عملية اضحملال إشعاعي يتم فيها إعادة توزيع الطاقة داخل النواة لكل دون تغير في العدد الكتلي أو مقدار الشحنة .

+ سبب حدوثه : ينتج انبعاث جاما نتيجة إعادة توزيع الطاقة داخل النواة بعد انبعاث ألفا أو بيتا منها .

    -       سلسة الاضمحلالات الإشعاعية :

+ وصفها : سلسة من انبعاثات ألفا وبيتا وجاما تتحول بعدها النواة إلى نواة مستقرة .

+ من أمثلتها : تحول اليورانيوم المشع U ²³⁸ ₅₂ على نظير الرصاص المستقر Pb ²⁰⁹ ₈₂

-   التفاعلات النووية : عملية تحدث عندما يتغير عدد النيوترونات أو عدد البروتونات   أو جسمات ألفا أو إلكترونات .

    -       التفاعلات النووية تصنف من حيث الطاقة إلى ...

+ تفاعلات نووية ينتج عنها طاقة .

+ تفاعلات نووية تحدث عندما تزود بالطاقة .

    -       أنواع التفاعلات النووية :

+ الاضحمال .

+ الانشطار النووي .

+ انبعاث جسيمات عند اصطدام جسيم مع النواة المشعة .

+ الاندماج النووي .

    -       وصف التفاعلات النووية :

+ بالكلمات .

+ بالتمثيل البياني .

+ بالمعادلات النووية .

    -       حفظ العدد الكتلي : مجموع الأعداد الكتلية " الأعداد العلوية " في طرفي المعادلة النووية متساوي .

    -       حفظ العدد الذري : مجموع الأعداد الذرية " الأعداد السفلية " في طرفي المعالة النووية متساوي .

    -       عمر النصف : الفترة الزمنية اللازمة لاضمحلال نصف ذرات أي كمية من نظير عنصر مشع .

    -       استخدامه لتحديد عمر الأجسام :

+ إيجاد عمر عينة من مادة عضوية بقياس كمية الكربون 14 المتبقية .

+ حساب عمر الأرض اعتمادا على اضملال اليورانيوم إلى الرصاص .

    -       النشاطية " معدل الاضمحلال " : عدد انحلالات المادة المشعة كل ثانية .

+ وحدة قياسها : اضمحلال / ثانية " البيكرل Bq ".

+ العوامل المؤثرة فيها :

·      عدد الذرات المشعة الموجودة في العينة : تتناسب النشاطية طرديا مع عدد الذرات .

·      عمر النصف للمادة المشعة : عمر النصف الأقصر يعني نشاطية أكبر .

    -       يمكن تحديد عمر النصف لمادة بمعرفة :

+ نشاطية المادة . 

+ كتلة المادة .

    -       النظائر المشعة المنتجة اصطناعيا :

+ إنتاجها : يمكن انتاج نظائر مشعة من النظائر المستقرة بقذفها بجسيمات ألفا أو ببروتونات أو إلكترونات أو أشعة جاما .

+ الإشعاعات التي تصدرها :

·      جسيمات ألفا

·      جسيمات بيتا

·      إشعاع جاما

·      نيوترينو

·      ضديد النيوترينو

·      يوزترون " ضديد الإلكترون "

    -       من استخداماتها :

+ في البحوث الدوائية والطبية :

يعطى المريض نظائر مشعة تمتصها أعضاء محددة من الجسم ثم باستخدام عداد الإشعاع يتم مراقبة الإشعاع في ذلك العضو .

+ التصوير الطبقي للدماغ PET :

·      يحقن الدماغ بسائل يحوي نظائر مشعة مثل F ¹⁰ ₉ ترتبط مع الجزء الذي سوف يتمركز في الأنسجة تحت العلاج .

·      يضمحل F ¹⁰ ₉ منتجا بوزترونات تفنى عندما تتحد مع الإلكترونات منتجة أشعة جاما .

·      يكشف جهاز المسح PET عن أشعة جاما وبعدها يكون الحاسوب خريطة ثلاثية الأبعاد لتوزيع النظير .

+ تدمير الخلايا السرطانية :

·      معالجة مرضى السرطان بأشعة جاما المنبعثة من الكوبالت .

·      يحقن نظير اليود المشع في الغدة الدرقية المصابة بالسرطان .

     -       الانشطار النووي : عملية تنقسم فيها النواة إلى نواتين أو أكثر ونيوترونات وطاقة .

     -       الطاقة المحررة من التفاعل :

+ فرق الكتلة بين النواتج والمتفاعلات في تفاعل الانشطار النووي يتحول إلى طاقة .

+ الطاقة المحررة تظهر على شكل طاقة حركية لنتائج الانشطار .

     -       التفاعل المتسلسل : عملية مستمرة ومتكررة من التفاعلات الانشطار سببها تحرير نيوترونات من تفاعل الانشطار الأول .

     -       النيوترونات المحررة نتيجة انشطار اليورانيوم :

+ معظم النيوترونات المحررة نتيجة انشطار اليورانيوم U ²³⁵ ₉₂ سريعة جدا .

+ اليورانيوم U ²³⁸ ₉₂  يمتص النوترونات السريعة ولا ينشطر وإنما يتحول إلى ذرات U ²³⁹ ₉₂

+ امتصاص U ²³⁸ ₉₂ للنيوترونات يمع معظمها من الوصول إلى ذرات U ²³⁵ ₉₂ الانشطارية لذا فمعظم النيوترونات المتحررة غير قادرة على إحداث انشطار لذرة أخرى من U ²³⁵ ₉₂ .

    -       علل : يجب إبطاء سرعة النيوترونات المحررة نتيجة انشطار اليورانيوم U ²⁸⁵ ₉₂ .

لأن اليورانيوم U ²⁸⁵ ₉₂ يمتص النيوترونات البطيئة بسهولة فيحدث التفاعل المتسلسل .

    -       المهدئ :

+ وصفه : مادة يمكن أن تبطئ النيوترونات السريعة .

+ عمله : المهدئ يبطئ الكثير من النيوترونات السريعة عند اصطدامها بذرات المهدئ حيث ينقل عزم وطاقة النيوترون إلى تلك الذرة .

    -       السيطرة على التفاعل المتسلسل :

·      الهدف منه : إمكانية استخدام الطاقة الناتجة منه .

·      آلية عمله : تفتيت اليورانيوم على قطع صغيرة ووضعها في المهدئ .

     -       تخصيب اليورانيوم :  عملية زيادة نظير اليورانيم القابل للانشطار بإضافة كمية أكبر من اليورانيوم U ²³⁵ ₉₂ .

     -       الهدف من تخصيب اليورانيوم هو إمكانية حدوث التفاعل المتسلسل .

     -       مفاعل الماء المضغوط :

+ الوقود النووي : 200 طن متري من اليورانيوم مغلفة بمئات من القضبان الفلزية مضمورة في الماء .

+ وظائف الماء في المفاعل :

·      يعمل كمهدئ " إبطاء سرعة النيوترونات " .

·      ينقل الطاقة الحرارية بعيدا عن انشطار اليورانيوم .

    -       علل : يسخن الماء المحيط بقضبان اليورانيوم نتيجة الطاقة المتحررة من الانشطار دون أن يغلي .

لأن الماء تحت ضغط كبير جدا يزيد من درجة غليانه .

    -       قضبان التحكم :

+ وصفها : قضبان كادميوم توضع بين قضبان اليورانيوم تتحرك إلى داخل وخارج المفاعل النووي .

+ وظيفتها : التحكم في معدل التفاعل المتسلسل .

+ عملها :

·      عندما يتم إدخال قضبان التحكم كليا داخل المفاعل فإنها تمتص عددا كافيا من النيوترونات المتحررة نتيجة التفاعلات الانشطارية وبذلك تمنع حدوث التفاعل المتسلسل .

·      عندما ترفع قضبان التحكم من المفاعل فإن معدل الطاقة المتحررة يزداد بسبب توافر نيوترونات حرة أكثر كافية لاستمرار حدوث المفاعل المتسلسل .

    -       محطة الطاقة النووية :

+ مبدأ عملها : تحويل الطاقة الحرارية المتحررة من التفاعلات النووية إلى طاقة كهربائية .

    -       الاندماج النووي : عملية تتم فيها اندماج أنوية صغيرة لإنتاج نواة أكبر وتحرير طاقة .

+ من أمثلتها : اندماج الديوتيريوم والتريتيوم لإنتاج الهيليوم .

     -       علل : لا يحدث تفاعل الاندماج النووي إلا عندما يكون للأنوية كميات هائلة من الطاقة الحرارية .

لأنه يجب أن تكون طاقة النوى المدمجة عالية جدا للتغلب على قوة التنافر بينها .

     -       عمليات الاندماج النووي :

+ أهمها : سلسلة بروتون-بروتون

+ أماكن حدوثها :

·      في الشمس .

·      في القنبلة الهيدروجينية .

·      في القنبلة الحرارية النووية .

تم بحمد الله

نستقبل أسئلتكم واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات

" نرد على جميع التعليقات "

بالتوفيق للجميع ...^_^