الطاقة النووية - طاقة الترابط في النوى .. الفيزياء

تقليص
X
 
  • تصفية - فلترة
  • الوقت
  • عرض
إلغاء تحديد الكل
مشاركات جديدة

  • الطاقة النووية - طاقة الترابط في النوى .. الفيزياء

    الطاقة النووية - طاقة الترابط في النوى .. الفيزياء

    الطاقة النووية

    كان الاعتقاد السائد قبل عام ۱۹۱۱ ان الذرة مؤلفة من خليط متجانس من البروتونات والالكترونات . الا ان الفيزيائي ارنست رذرفورد أكد بعد ذلك ان البروتونات التي تحمل شحنات موجبة موجودة في وسط الذرة داخل قطب صغير يدعى النواة ويدور في فلكه الكترونات محملة بشحنات سالبة والمعروف ان شحنة الالكترون مساوية لشحنة البروتون ومضادة لها في الوقت نفسه ، وان كون الذرة متعادلة كهربائيا يجعل فيها عددا من الالكترونات مساويا لعدد البروتونات في النواة . ويسمى هذا العدد العدد الذري ي . والمعروف أيضا أن البروتون أثقل من الالكترون بـ ١٨٣٦ مرة ، الامر الذي يجعل كتلة الذرة محصورة في نواتها التي تتميز بصغر حجمها بالنسبة لحجم الذرة بكاملها .

    واذا استثنينا ذرة الهدروجين ، فان نوى جميع الذرات تحتوي على جسیم آخر اسمه نوترون اكتشف عام ١٩٣٢ وتبين ان كتلته تساوي كتلة البروتون نفسه . وتعرف كل من البروتونات والنوترونات بالنويات ، وهي مكبلة ببعضها البعض داخل نواة الذرة . والنظائر هي عبارة عن ذرات لها عدد مماثل من البروتونات وعدد مختلف من النوترونات . فالهدروجين مثلا عنصر في نواته بروتون واحد فقط . وله نظيران هما الدتريوم ( بروتون ونوترون ) والتريتيوم ( بروتون ونوترونان ) .
    وبما ان خصائص العنصر الكيميائية مرتبطة بعدد الكتروناته وبالتالي بعدد بروتوناته ، فليس لزيادة عدد النوترونات في النواة أي أثر على هذه الخصائص .

    ويكون النوترون داخل النواة مقيدا ، أي بمعنى آخر ، مستقرا . أما في خارجها ، فانه يفقد هذا الاستقرار ويصبح عرضة للتحلل في غضون ۱۲ دقيقة يتحول بعدها الى بروتون والكترون وجسيم اخر اسمه النوترينو . ويحدث هذا التحلل نفسه داخل ذرة مشعة غير مستقرة . وليس للنوترينو اية شحنة على الاطلاق ، كما انه لا يحتوي على أية كتلة في حالة الركود .

    ويتراوح طول شعاع نواة الذرة بين ۲ × ۱۰-۱۵ و ۱۹ × ۱۰-۱۲ مترا ، وتكون فيها النويات محشورة بشيء من الاحكام . ورغم وجود قوى تنافر بين البروتونات ، ناجمة عن شحناتها المماثلة ، فان هناك قوة اكبر منها لا تفعل الا في مدى قريب وتسمى قوة التبادل بين النويات ، ومهمتها ربط النويات بعضها ببعض ويعتقد أن النويات تتبادل فيما بينها جسيما آخر اسمه میزون ضمن فترة وجيزة لا تتعدى ٣٤١٠ ثانية . ويكون هذا التبادل مسؤولا عن وجود القوى النووية والجدير بالذكر ان الميزون m او البيون هو جسيم ذو شحنة اما موجبة او سالبة واما معدومة . وهو عديم الاستقرار أما الميزون او الميون فانه ناتج عن تحلل البهون نفسه . وقد تم اكتشاف هذين النوعين من الجسيمات في الاشعة الكونية .

    طاقة الترابط في النوى

    بالرغم من صغر الجسيمات النووية ، فانه من الممكن معرفة كتلتها بدقة فائقة . فالكتلة الذرية النسبية ( او الوزن الذري ) ، و ، لعنصر ما هي مقدار كتلة ذرته بالمقارنة مع نظير من نظائر الكربون يحتوي على اثنتي عشرة نوية ويسمى كربون - ١٢ ، وتعرف كتلته بأنها مساوية لـ ١٢ وحدة كتلة ذرية ( و . ك . ذ ) وبما أن لكل عنصر عددا معينا من النظائر ، وأن الكتلة الذرية هي متوسط كتل النظائر وفقا لنسبة وجودها في المادة ، فمن المؤكد أن الكتلة الذرية لا يمكنها ان تكون عددا صحيحا واذا اعتبرنا أن كلا من البروتون او النوترون متشابهان ويمثل كل منهما وحدة من وحدات الكتلة الذرية . فان العدد الكتلي لنظير ما هو أقرب عدد صحيح الى وزنه الذري . والنظير يكتب عادة ي س حيث تمثل ي عدد الذري وتمثل و - ي عدد النوترونات فيه . وتبعا لذلك يمكن كتابة الكربون - ١٢ على النحو التالي ١٢/٦ك او ١٢ك .

    وتعادل كتلة البروتون حوالي ۱,۰۰۷۸۲ و . ك . ذ وكتلة النوترون ١,٠٠٨٦٧ وحدة . ومع ذلك ليست كتلة النواة مساوية لمجموع كتل محتوياتها ، بل انها أقل منها بكمية بسيطة . وتساوي الكتلة الذرية لذرة الدوتريوم ٢،٠١٤١٠ و ٠ ك .ذ . بالرغم من أنها تحتوي على بروتون ونوترون فقط . وهذا معناه فقدان ما يعادل ٠،۰۰۲۷۹ وحدة .
    والجدير بالذكر أن تفسير هذا الفقدان الكتلة يتم بواسطة مبدأ أنشتين المتعلق بتكافؤ الكتلة والطاقة . وهو ينص على أن كل كتلة ك تمثا ، وفيما عدا طاقة تساوي ق = ك حـ٢ ، حيث تمثل ح سرعة الضوء نواة ذرة الهدروجين ، فان الفقدان الظاهري الملاحظ في كافة النوى يمثل جميع الطاقة التي تتولد من جراء اتحاد النويات بعضها مع بعض أثناء تشكيل النواة الكاملة ، وتسمى طاقة الترابط ق ر ، التي تساوي الفرق بين مجموع كتل النويات منفصلة والكتلة الذرية . ولا بد من
    الاشارة الى أنه سبيل شطر النواة ، لا بد من تزويدها بهذا المقدار من الطاقة ( الا في حالة التحلل الاشعاعي الطبيعي ) .

    ( طاقة الربط لكل نواة بالنسبة للعدد الكتلي للعناصر )

    اضغط على الصورة لعرض أكبر. 

الإسم:	CamScanner 22-11-2024 16.04 (1)_1.jpg 
مشاهدات:	3 
الحجم:	100.0 كيلوبايت 
الهوية:	247557 اضغط على الصورة لعرض أكبر. 

الإسم:	CamScanner 22-11-2024 16.05_1.jpg 
مشاهدات:	3 
الحجم:	105.5 كيلوبايت 
الهوية:	247558 اضغط على الصورة لعرض أكبر. 

الإسم:	CamScanner 22-11-2024 16.06_1.jpg 
مشاهدات:	3 
الحجم:	75.6 كيلوبايت 
الهوية:	247559

  • #2
    Nuclear Energy - Binding Energy in Nuclei.. Physics

    Nuclear Energy

    Before 1911, it was believed that the atom was composed of a homogeneous mixture of protons and electrons. However, physicist Ernest Rutherford later confirmed that protons carrying positive charges are located in the center of the atom inside a small pole called the nucleus, and electrons carrying negative charges revolve around it. It is known that the charge of the electron is equal to the charge of the proton and opposite to it at the same time, and that the atom being electrically neutral makes it have a number of electrons equal to the number of protons in the nucleus. This number is called the atomic number Y. It is also known that the proton is 1836 times heavier than the electron, which makes the mass of the atom confined to its nucleus, which is characterized by its small size compared to the size of the entire atom.

    Except for the hydrogen atom, the nuclei of all atoms contain another particle called a neutron, which was discovered in 1932 and was found to have a mass equal to the mass of the proton itself. Both protons and neutrons are known as nuclei, and they are bound together inside the nucleus of the atom. Isotopes are atoms that have an identical number of protons and a different number of neutrons. For example, hydrogen is an element with only one proton in its nucleus. It has two isotopes: deuterium (one proton and one neutron) and tritium (one proton and two neutrons). Since the chemical properties of an element are linked to the number of its electrons and thus the number of its protons, increasing the number of neutrons in the nucleus has no effect on these properties.

    The neutron inside the nucleus is bound, in other words, stable. Outside it, it loses this stability and becomes susceptible to decay within 12 minutes, after which it turns into a proton, an electron, and another particle called a neutrino. This same decay occurs inside an unstable radioactive atom. The neutrino has no charge at all, and it has no mass in its stagnant state.

    The length of the nucleus beam of the atom ranges between 2 × 10-15 and 19 × 10-12 meters, and the nuclei are packed tightly together. Although there are repulsive forces between protons, resulting from their similar charges, there is a greater force that only works in a short range and is called the exchange force between nuclei, and its mission is to link the nuclei to each other. It is believed that the nuclei exchange another particle called a meson within a short period not exceeding 3410 seconds. This exchange is responsible for the existence of nuclear forces. It is worth noting that the meson M or pion is a particle with a charge that is either positive or negative or zero. It is unstable, while the meson or muon is the result of the decay of the pion itself. These two types of particles were discovered in cosmic rays.

    Binding energy in nuclei

    Despite the small size of nuclear particles, it is possible to know their mass with great accuracy. The relative atomic mass (or atomic weight), of an element, is the amount of mass of its atom compared to an isotope of carbon that contains twelve nuclei and is called carbon-12, and its mass is defined as being equal to 12 atomic mass units (ATU). Since each element has a certain number of isotopes, and the atomic mass is the average mass of the isotopes according to their proportion in the substance, it is certain that the atomic mass cannot be an integer. If we consider both the proton and the neutron to be similar and each of them represents a unit of atomic mass, then the mass number of an isotope is the closest integer to its atomic weight. The isotope is usually written as y, where a represents the atomic number and w - y represents the number of neutrons in it. Accordingly, carbon-12 can be written as 12/6K or 12K. The mass of a proton is about 1.00782 ATU. The mass of the neutron is 1.00867 units. However, the mass of the nucleus is not equal to the sum of the masses of its contents, but is slightly less than it. The atomic mass of the deuterium atom is 2.01410 and 0 k.d. although it contains only a proton and a neutron. This means a loss of 0.00279 units. It is worth noting that this loss of mass is explained by Einstein's principle of mass-energy equivalence. It states that each mass m represents, except for the energy equal to F = m H2, where H represents the speed of light in the nucleus of the hydrogen atom, the apparent loss observed in all nuclei represents all the energy generated by the union of nuclei with each other during the formation of the complete nucleus, and is called the binding energy Q, which is equal to the difference between the sum of the masses of the separate nuclei and the atomic mass. It must be noted that in order to split the nucleus, it must be supplied with this amount of energy (except in the case of natural radioactive decay).

    (Binding energy of each nucleus relative to the mass number of the elements)

    تعليق

    يعمل...
    X