النشاط الاشعاعي - تحلل الذرات وعدم استقرارها - الطاقة النووية .. الفيزياء
النشاط الاشعاعي - تحلل الذرات وعدم استقرارها
يعتمد استقرار النواة على قيمة طاقة الترابط فيها ، ويبلغ حده الاقصى في الذرات الخفيفة حيث يكون عدد البروتونات مساويا لعدد النوترونات ، كما يحدث في الهليوم مثلا ( وفيه بروتونان ونوترونان ) . والمعروف أن قوى التنافر الموجودة بين البروتونات تزداد كلما ارتفعت كتلة الذرة ، وأن الذرات الاكثر استقرارا من غيرها هي الذرات الثقيلة التي يزيد عدد النوترونات فيها عن عدد البروتونات .
وهناك نوع اخر من أنواع النظائر يعرف باسم النظائر المشعة المتميزة بعدم استقرارها ، وبأنها تبعث أشعتها بشكل عفوي على ثلاثة أنواع . النوع الاول ويتكون من جسيمات بيتا ، وهو ذو قدرة كبيرة على النفاذ في الاجسام ( اشعة نفاذة ) واما النوع الثاني منها ، فان المادة تمتصه بسهولة ويطلق عليه اسم جسيمات ألفا .
وأما النوع الثالث والاخير فهو أشعة غاما المعروفة بطاقتها العالية ، وهذا النوع يصحب عادة أحد النوعين الاخرين .
والمعروف أن الجسيم بيتا هو عبارة عن الكترون نشيط يصدر عن النواة وينطلق بسرعة هائلة فينتج عن انبعاثه زيادة في شحنتها يرتفع من جرائها العدد الذري ي فيما تبقى الكتلة الذرية كما كانت عليه من قبل . مثال ذلك الفوسفور الذي يتحول كالآتي : ٢٣/١٥فو - ٣٢/١٥كب + بيتا وبما نواة الذرة خالية من الالكترونات ، فان الجسيم بيتا ينتج من جراء تحول النوترون الى بروتون والكترون ونوترينو . ولا بد من الاشارة الى أن الطاقة الحركية للجسيمات بيتا تبقى ثابتة اذا صدرت بمفردها عن النواة ، وانها تساوي الفرق بين كتلة نواة النظير الام وكتل المواد الناتجة عن تحلله . ومع ذلك ، وبسبب تنوع مقادير هذه الطاقة فقد ثبت ان النوترينو يرافق الالكترون أثناء انطلاقه وأن مجموع طاقتيهما يبقى ثابتا بالرغم من تغير طاقة كل منهما على حدة . ولا بد من الاشارة الى أن عملية انبعاث الزوج الكترون - نوترينو » من النواة شبيهة بعملية انبعاث الفوتون من الذرة المثارة . ولذلك ، يمكننا اعتبار النوترون بمثابة نوية على مستوى عال جدا من الطاقة والبروتون بمثابة نوية على مستوى منخفض منها .
( المتسلسلة التي تتألف من تحلل ٢٣٨ يو )
( منحنى التحلل لنظير مشع )
أما جسيمات ألفا فانها عبارة عن نوى ذرات الهليوم الحاملة لشحنات موجبة والمعروف أن الذرة ، بعد انبعاث أشعة ألفا منها ، تتحول الى ذرة مختلفة تتميز بفقدها لشحنتين من شحناتها ولعـدد محدد من نوياتها مثال ذلك الراديوم ٢٢٦/٨٨ر -- ٢٢٢/٨٨د + ألفا .
وتتحدد سرعة اضمحلال النظير المشع بواسطة عدد ذراته ، وليس بحالته الفيزيائية والكيميائية . وينخفض عدد الاضمحلالات فيه كلما قلت الذرات التي لم تصل بعد الى حالة الاضمحلال المنتظرة ويعرف العمر النصفي للنظير المشع بأنه الزمن الذي يستغرقه اضمحلال نصف ذراته ، فلا يتبقى بعد انقضاء عمرين نصفيين سوى نصف ما تبقى بعد انقضاء العمر النصفي الاول ، أي ربع الكمية الاساسية .
وتتراوح الاعمار النصفية في النظائر بين الميكرو ثانية و ۱۰۰ مليار سنة .
تتراوح الارقام الذرية للنظائر المشعة الطبيعية بصورة عملية بين ۸۱ و ۹۲ ، ويمكن حصرها في ثلاث متواليات هي : متوالية اليورانيوم ومتوالية الراديوم ومتوالية الاكتينيوم ويكون كل عنصر في المتوالية حصيلة اضمحلال العنصر الذي يأتي قبله مباشرة من جراء الانبعاث ألفا أو بيتا . ويتميز العنصر الاخير في المتوالية بأنه عنصر غير مشع .
النشاط الاشعاعي - تحلل الذرات وعدم استقرارها
يعتمد استقرار النواة على قيمة طاقة الترابط فيها ، ويبلغ حده الاقصى في الذرات الخفيفة حيث يكون عدد البروتونات مساويا لعدد النوترونات ، كما يحدث في الهليوم مثلا ( وفيه بروتونان ونوترونان ) . والمعروف أن قوى التنافر الموجودة بين البروتونات تزداد كلما ارتفعت كتلة الذرة ، وأن الذرات الاكثر استقرارا من غيرها هي الذرات الثقيلة التي يزيد عدد النوترونات فيها عن عدد البروتونات .
وهناك نوع اخر من أنواع النظائر يعرف باسم النظائر المشعة المتميزة بعدم استقرارها ، وبأنها تبعث أشعتها بشكل عفوي على ثلاثة أنواع . النوع الاول ويتكون من جسيمات بيتا ، وهو ذو قدرة كبيرة على النفاذ في الاجسام ( اشعة نفاذة ) واما النوع الثاني منها ، فان المادة تمتصه بسهولة ويطلق عليه اسم جسيمات ألفا .
وأما النوع الثالث والاخير فهو أشعة غاما المعروفة بطاقتها العالية ، وهذا النوع يصحب عادة أحد النوعين الاخرين .
والمعروف أن الجسيم بيتا هو عبارة عن الكترون نشيط يصدر عن النواة وينطلق بسرعة هائلة فينتج عن انبعاثه زيادة في شحنتها يرتفع من جرائها العدد الذري ي فيما تبقى الكتلة الذرية كما كانت عليه من قبل . مثال ذلك الفوسفور الذي يتحول كالآتي : ٢٣/١٥فو - ٣٢/١٥كب + بيتا وبما نواة الذرة خالية من الالكترونات ، فان الجسيم بيتا ينتج من جراء تحول النوترون الى بروتون والكترون ونوترينو . ولا بد من الاشارة الى أن الطاقة الحركية للجسيمات بيتا تبقى ثابتة اذا صدرت بمفردها عن النواة ، وانها تساوي الفرق بين كتلة نواة النظير الام وكتل المواد الناتجة عن تحلله . ومع ذلك ، وبسبب تنوع مقادير هذه الطاقة فقد ثبت ان النوترينو يرافق الالكترون أثناء انطلاقه وأن مجموع طاقتيهما يبقى ثابتا بالرغم من تغير طاقة كل منهما على حدة . ولا بد من الاشارة الى أن عملية انبعاث الزوج الكترون - نوترينو » من النواة شبيهة بعملية انبعاث الفوتون من الذرة المثارة . ولذلك ، يمكننا اعتبار النوترون بمثابة نوية على مستوى عال جدا من الطاقة والبروتون بمثابة نوية على مستوى منخفض منها .
( المتسلسلة التي تتألف من تحلل ٢٣٨ يو )
( منحنى التحلل لنظير مشع )
أما جسيمات ألفا فانها عبارة عن نوى ذرات الهليوم الحاملة لشحنات موجبة والمعروف أن الذرة ، بعد انبعاث أشعة ألفا منها ، تتحول الى ذرة مختلفة تتميز بفقدها لشحنتين من شحناتها ولعـدد محدد من نوياتها مثال ذلك الراديوم ٢٢٦/٨٨ر -- ٢٢٢/٨٨د + ألفا .
وتتحدد سرعة اضمحلال النظير المشع بواسطة عدد ذراته ، وليس بحالته الفيزيائية والكيميائية . وينخفض عدد الاضمحلالات فيه كلما قلت الذرات التي لم تصل بعد الى حالة الاضمحلال المنتظرة ويعرف العمر النصفي للنظير المشع بأنه الزمن الذي يستغرقه اضمحلال نصف ذراته ، فلا يتبقى بعد انقضاء عمرين نصفيين سوى نصف ما تبقى بعد انقضاء العمر النصفي الاول ، أي ربع الكمية الاساسية .
وتتراوح الاعمار النصفية في النظائر بين الميكرو ثانية و ۱۰۰ مليار سنة .
تتراوح الارقام الذرية للنظائر المشعة الطبيعية بصورة عملية بين ۸۱ و ۹۲ ، ويمكن حصرها في ثلاث متواليات هي : متوالية اليورانيوم ومتوالية الراديوم ومتوالية الاكتينيوم ويكون كل عنصر في المتوالية حصيلة اضمحلال العنصر الذي يأتي قبله مباشرة من جراء الانبعاث ألفا أو بيتا . ويتميز العنصر الاخير في المتوالية بأنه عنصر غير مشع .
تعليق