Transcript Document
238 92 U التناقص االشعاعي La decroissance radioactive -Iمكونات النواة: -1رمز النواة: سبق أن رأينا بأن العنصر الكيميائي اسم يطلق على مجموعة الذرات واأليونات التي لها نفس عدد البروتونات . A نرمز للعنصر الكيميائي بX : Z :Xرمز العنصر الكيميائي :Zعدد الشحنة :Aعدد الكتلة يبقى هذا الرمز صالحا لنواة الذرة أو األيون. مثال: : Uرمز عنصر األورانيوم )92(Z،يعني يحتوي على 92الكترونا أو92 بروتونا )238(Aَ،يعني أن النواة تحتوي على 146نوترون و92بروتون. 238 92 X A Z H 1 1 H 2 1 H 3 1 234 92 U 235 92 U 238 92 U وبالتالي يبقى الرمز صالحا حتى للنواة وحدها. -2النظائرISOTOPES: هي جميع النوى التي لها نفس قيمة العدد الذري Zوقيم مختلفة لعدد الكتلة .A أمثلة: النظير ووفارته الطبيعية العنصر الهيدروجين H األورانيوم U 1 1 234 92 99,985% 0,006% 2 1 0,015% 235 92 0,718% H U 3 1 0,0001% 238 92 99,276% H U -3النويداتNUCLEIDES: يطلق اسم النويدة على مجموعة النوى التي تتوفر على نفس عدد البروتونات ونفس عدد النوترونات. -4النوياتNUCLEONS: تتكون نويدة أو نواة ذرة من بروتونات :وهي دقائق تحمل شحنة موجبة +e 27 ) ، ( e 1, 6.10 19 Cكتلتها m p 1, 67.10 Kgوعددها .Z ومن نوترونات :وهي دقائق عديمة الشحنة ،كتلتها m 1, 67.10 K gوعددها N A Z وتسمى هذه الدقائق:نويات. 27 p -5أبعاد النواة: تبين التجارب النووية أن الشكل النموذجي للنواة عبارة عن كرية شعاعها rيتغير بداللة عدد الكتلة Aوفق العالقة التالية: 1 r r0 A 3 مع m 15 r0 1, 3.10 نعتبر نواة ذرة تحتوي على Aنوية ،وكل نوية تتوفر على كتلة تقريبية: 27 m 1, 67.10 Kg اذن: 27 كتلة النواةM A.m A.1, 67.10 K g : 15 4 3 : r 1, 3.10 حجم النواة(كرية) مع m V r 0 3 اذن الكتلة الحجمية لهذه النواة هي: 3m 3 4 r0 mA r0 A 3 4 3 mA 1 3 ) ( r0 A 3 Am 4 3 3 r 4 M V 3 2, 3.10 17 kg .m 3 وهي تقارب الكتلة الحجمية لكوكب،أي أن المادة النووية شديدة الكثافة. -6تماسك النواة: يمكن تفسير استقرار النواة بوجود قوى جاذبية بينالنويات(البروتونات والنوترونات),حيث تتوفر على شدة كبيرة جدا ومدى صغير جدا :وتسمى قوى التأثيرات البينية القوية.وهي أكبر بكثير من قوى التنافر الكهرساكن الناتج عن البروتونات. عندما يتزايد عدد البروتونات في النواة تتزايد قوى التنافر الكهرساكنلتتعدى قوى التأثيرات البينية القوية،في هذه الحالة ،تصبح النواة غير مستقرة،وتسمى نويدات اشعاعية. يمثل مخطط سيغري SEGREموقع النويدات المستقرة والنويدات االشعاعية. ، Z≤20و N≈Zنوى مستقرة ، Z>20-و : N>Zشرط االستقرار -IIالنشاط االشعاعي: -1تعريف: نعرف استحالة نووية عملية تحول نواة غير مستقرة اي تفتت طبيعي لنواة تسمى النواة االصل،الى نواة اكثر استقرارا،ويواكب هذه العملية انبعاث دقيقة او عدة دقائق تكون اشعاع المادة المشعة.وهذه الدقيقة يمكن ان تكون: (بوزيترون)، (αنواة الهيليوم ) ( ،الكترون)، وللنشاط االشعاعي خصائص هي: -عشوائي :ال يمكن التنبؤ بلحظة تفتته.-تلقائي :يحدث التفتت دون عوامل خارجية.-حتمي :ستتفتت النواة آجال أم عاجال.-2قوانين االنحفاظ: تخضع التحوالت النووية لقوانين انحفاظ ،نذكر منها قانوني صودي SODDY : خالل التفاعالت النووية ،تنحفظ الشحنة الكهربائية Zوعدد النويات . A مثال: 210 206 4 Po Pb He 82 2 ( γاشعاع γاو فوتون). 84 قانونا صودي: انحفاظ 210=4+206 : Aانحفاظ 84=2+82 : Z-3االنشطة االشعاعية: أ-النشاط االشعاعي : α النشاط االشعاعي αهو تفتت طبيعي تتحول خالله نواة اصلية ببعث نواة الهيليوم ،التي تسمى دقيقة . α A A4 4 معادلته: X Y He z z2 2 مثال: He 4 2 Th 234 90 U 238 92 الى نواة متولدة Y وهذا النشاط يميز النويدات الثقيلة أيA>200 : : .تمثيلها في المخطط )(N ;Z ب-النشاط االشعاعي النشاط االشعاعي تفتت نووي طبيعي وتلقائي ،تتحول خالله نواة الى نواة متولدة Yببعث الكترون eيسمى دقيقة . أصلية A A 0 معادلته: A Z 1 e 1 Y Z 1 X 0 1 Z يظهر كما لو أن هناك تحول نوترون الى بروتون: e 0 1 p 1 1 n 1 0 أمثلة: . .وهذا النشاط يميز النويدات ذات وفرة في النوترونات تمثيلها في المخطط )(N ;Z ج-النشاط االشعاعي تفتت نووي طبيعي وتلقا ئي ،يظهر عموما بالنسبة للعناصر االصطناعية حيث تتحول أثناءه النشاطاالشعاعي . يسمى دقيقة ببعث بوزيترون (ضديد االكترون) الى نواة متولدة النواة االصلية للبوزيترون وااللكترون نفس الكتلة وشحنتين متقابلتين. A A 0 X Z 1Y 1 e معادلة هذا النشاط: Z يظهر كما لو أن هناك تحول بروتون الى نوترون: e أمثلة: e 0 1 e وهذا النشاط Si 0 1 30 14 P 30 15 13 6 N 3 7 C 0 1 n 1 0 p 1 1 يميز النويدات ذات وفرة في البروتونات. تمثيل هذا النشاط المخطط )SEGRE: (N,Z د -النشاط االشعاعي :γ و هذا االشعاع عبارة عن موجة كهرمغنطيسية ذات طاقة كبيرة جدا ،وهو يواكب االنشطة االشعاعية ، α تكون النواة المتولدة في حالة اثارة ،وأثناء فقدان اثارتها ،فانها تتخلص من فائض الطاقة وذلك ببعث أشعة .γ A A Z Z الحالة المثارة الحالة االساسية 16 16 :اشعاع N O Y مثال : e 0 1 O Y 8 16 8 7 0 16 : 8اشعاع γ حيث -4الفصيلة المشعة: أ-تعريف: نسمي مجموع النويدات الناتجة عن نفس النويدة االصلية :فصيلة مشعة . هناك 4فصائل طبيعية :االورانيوم ، 238النيبتونيوم ،الطوريوم،واالورانيوم . 235 ب-مثال: النويدة االصلية :االورانيوم ، 238والنويدة المستقرة :الرصاص . 206 -ІІІالتناقص االشعاعي: النشاط االشعاعي ظاهرة عشوائية تحدث تلقائيا ،اذ ال يمكن التنبؤ باللحظة التي يحدث فيها التفتت،وال يمكن تغيير خاصيات هذه الظاهرة ،فقط ،احصائيا (دراسة عدد كبير من النوى) فهذه الظاهرة تخضع لقانون يسمى :قانون التناقص االشعاعي. -1قانون التناقص االشعاعي: لنعتبر عينة من النوى المشعة تحتوي ،في لحظة نعتبرها لحظة بدئية )، (t=0على N 0نويدة. بعد مدة زمنية : tيتفتت عدد من النويدات ويبقى عدد آخر غير متفتت ،نرمزله ب. N(t) : في اللحظة ’ tحيث t'>tب dtأي ، t’=t+dtيبقى عدد من النويدات غير متفتت )N(t)+dN(t ( dN(t)>0تتناقص). هناك N 0 نوى غير متفتتة . t=0 -هناك N(t) < N 0نوى غير متفتتة . -عند t -عند t+dtهناك ) N(t)+dN(tنوى غير متفتتة.اذن عدد النوى المتفتتة بين اللحظتين tو t+dtهو: ): N(t)-[N(t)+dN(t)]=-dN(tوهو يتناسب مع: : N(t) --عدد النوى المتبقية،أي التي لم تشع بعد. : dt --المدة الزمنيةاذن -dN(t)=λ.N(t).dt :حيث λهو معامل التناسب ،وتسمى الثابتة االشعاعية. dN(t)/N(t) =-λ.dt .t :معادلة تفاضلية ،حلها يكون على الشكل التالي: N ( t ) N 0 .e -2ثابتة الزمنζ : ثابتة الزمن ζهي المدة الزمنية الالزمة لتفتت %63من العدد البدئي N 0للنويدات. نعتبر قانون التناقص االشعاعي : .t N ( t ) N 0 .e بعد ζيتفتت %63من N 0ويبقى %37منه ،يعنيN(ζ)=0,37. N 0: نعوض في القانون: . N(ζ)=0,37. N 0= N 0 e. . . ندخل Lnعلى الشطرين: e 0,37= e Ln 0,37=Ln ~1 = - λ.ζ 1 →:العدد المتبقي عند اللحظة t -3عمرالنصف لعينة مشعة t1 2 :أو الدور االشعاعي T(s) : عمر النصف لنويدة مشعة ،هو المدة الزمنية الالزمة لتفتت نصف نويدات العينة. عند N0 t1 2 2 نعوض في القانون: .t N0 2 N (t 1 ) 2 N ( t ) N 0 .e .t 1 2 N ( t 1 ) N 0 .e 2 L n 2 .t 1 2 .L n 2 Ln2 t1 2 -ІVنشاط عينة مشعة: -1تعريف: نسمي نشاط عينة مشعة :المقدار: الزمن. .t a 0 .e .t ) dN ( t a (t ) dt . N ( t ) . N 0 .e .t أي: الذي يعطي عدد التفتتات في وحدة ) dN ( t a (t ) dt a ( t ) a 0 .e وحدتها في النظام العالمي للوحدات هي البيكريل BECQUEREL Bq حيث : 1Bqيمثل تفتتا واحدا في الثانية. هناك وحدة أخرى :الكوري Curie مع : 1C i 3, 7.10 Bq 10 -2التأريخ بالنشاط االشعاعي: تحديد أعمار الحفريات والصخور مثال،تستعمل عدة تقنيات من بينها :تقنية النشاط االشعاعي ،التي تعتمد على وجود نويدات مشعة في هذه الحفريات ،يتناقص عددها مع الزمن. وبذلك يمكن تأريخ عينة بقياس نشاطها ومقارنته مع نشاط عينة أخرى مرجعية (الشاهد). Ln2 ندخل Ln .t ,,,,,,,,t1 .t a ( t ) a 0 .e 2 Lna0 Lne .t L n a ( t ) L n a 0 .e L n a 0 .tL n e L n a 0 .t L n a ( t ) L n a 0 .t ) a (t a0 Ln 1 t