درس النشاط الإشعاعي

التناقص الاشعاعي الجزء 1

التناقص الاشعاعي الجزء 2

التناقص الاشعاعي الجزء 3

التناقص الإشعاعي :

1. نواة الذرة:

• تركيبة النواة

الدقائق المكونة لنواة الذرة تسمى نويات و هما نوعان : بروتونات و نوترونات.

رمز نواة الذرة هو :

• العنصر الكيميائي

تعريف :

يتكون عنصر كميائي من مجموعة الذرات أو الأيونات الأحادية الذرة التي لها نفس عدد الشحنة.

• النويدة

تعريف :

النويدة مجموعة النوى التي لها نفس العدد  A من النويات و نفس العدد  Z من البروتونات.

تمثل نويدة برمز النواة : 

مثال :  النويدة                

مجموعة النوى الكربون التي تتكون من 6 بروتونات و 8 = 6 – 14 نوترونات.

• النظائر

تعريف :

النظائر هي النويدات التي لها نفس العدد Z (تنتمي لنفس العنصر الكيميائي) لكنها تختلف من حيث العدد .A
مثال : 

و 

هما نظيران للكلور.

2. استقرار أو عدم استقرار النوى :

• تماسك النواة

في النواة يوجد نوعان من القوى :

القوى الكهرساكنة التنافرية الكائنة بين البروتونات و ترجح إلى تفتيت النواة.

التأثيرات البينية النووية القوية الكائنة بين النويات و ترجح إلى تحقيق تماسك النواة.

تحت تأثير هذه القوى بعض النوى تكون مستقرة و البعض اللآخر غير مستقر فيحصل لها تفتت تلقائي :

نقول أن لها نشاط إشعاعي.

قوى التجاذب الكوني مهملة أمام هذه القوى.

• النشاط الإشعاعي

تعريف :

النواة التى لها نشاط إشعاعي هي نواة غير مستقرة تتفتت تلقائيا. نواتج هذا التفتت هي :

• تكون نواة جديدة تسمى النواة المتولدة
• انبعاث دقيقة رمزها α أو ^–β أو ⁺β
• انبعاث إشعاع كهرمغنطيسي رمزه ϒ

• النشاط الإشعاعي تحول نووي :

تلقائي :  يحدث التفتت بدون تدخل أي عامل خارجي.

عشوائي :  لا يمكن معرفة متى سيحدث تفتت نواة.

مستقل عن التركيبة الكيميائية التي تنتمي إليها النواة

مستقل عن العوامل الخارجية مثل الضغط و درجة الحرارة.

• منطقة الإستقرار

تمثل النوى ( النويدات ) في المخطط (( N,Z  الذي يسمى مخطط ” سيغري”

النوى المستقرة تقع في منطقة من المخطط تسمى منطقة الاستقرار.

يبرز هذا المخطط ما يلي :

• بالنسبة ل Z ˂ 20   عدد البروتونات يساوي عدد النوترونات.
• بالنسبة ل Z ˃ 20 عدد النوترونات يفوق عدد البروتونات ,  مما يدل على الدور الهام الذي تؤدية النوترونات في استقرار النواة.

في هذا المخطط نميز بين أربع مجموعات :

مجموعة النوى المستقرة و تقع في المنطقة  الوسطى من المخطط (منطقة الاستقرار).

مثال : النويدة 

مستقرة نوويا :  ليس لها نشاط إشعاعي.

مجموعة النوى التي لها نشاط إشعاعي من نوع α وهي نوى ثقيلة ذات عدد كتلة يفوق 200.

مثال : النويدة                   

مجموعة النوى التي لها نشاط إشعاعي من نوع ^–β و هي نوى تمتلك فائضا من النوترونات مقارنة من نوى مستقرة لها نفس عدد الكتلة.

مثال : النويدة                   

مجموعة النوى التي لها نشاط إشعاعي من نوع ⁺β و هي نوى تمتلك فائضا في عدد البروتونات مقارنة مع نوى مستقرة لها نفس عدد الكتلة.

3. التفاعلات النووية التلقائية :

• أنواع الانبعاثات الإشعاعية

الدقائق α هي نوى الهليوم 

الدقائق ^–β هي إلكترونات 

الدقائق ⁺β  هي بوزيترونات              

و يعتبر البوزيترون الجسيم المضاد الإلكترون أو نقيض الإلكترون ( نفس الكتلة لكن شحنة موجبة ). تختفي البوزيترونات حال انبعاتها إذ تضم محل مع الإلكترونات التي تصطدم بها فتتحول إلى طاقة.

الإشعاع ϒ وهو إشعاع كالموجات الضوئية لكنه يتميز بطول موجة قصير و طاقة عالية.

ينتج عن فقدان الإثارة للنويدة المتولدة عن التفتت.

• قانون الانحفاظ ( قانون صودي )

خلال تفتت α أو β  ينحفظ عدد الشحنة Z  وعدد النوبات A .

إذا كانت معادلة التفتت هي :

فإن قانون الانحفاظ يفرض العلاقتين التاليتين :

التحول النووي يغير النواة :  ليس هناك انحفاظ للعنصر الكيميائي.

• المعادلات النووية

• التمثيل المبياني للتفتتات

يبرز هذا التمثيل المبياني أن النشاط الإشعاعي ينقل النويدات إلى منطقة الاستقرار.

4. التناقص الإشعاعي :

• قانون التناقص الإشعاعي

    5. ثابتة الزمن :

تعريف :

ثابتة الزمن هي مدة معرفة بالعلاقة التالية    :   

τ تميز النواة المتفتتة . كلما كانت  τ صغيرة كلما كان التناقص سريعا.

تحدد ثابتة الزمن مبيانيا باستعمال منحنى التناقص الإشعاعي :

τ تمثل المدة اللازمة لتفتت %63 من العدد البدئي  N₀  .

τ تمثل أفصول نقطة تقاطع المماس للمنحنى في اللحظة t = 0 مع محور الزمن.

6. عمر النصف :

تعريف :

عمر النصف لنويدة يساوي المدةt1/2  اللازمة لتفتت نصف العدد البدئي للنوى المشعة المكونة لعينة من هذه النويدة يعني ان :  

و تعبيره : 

تميز النويدة. :  t1/2

• نشاط عينة مشعة

تعريف :

نشاط مصدر إشعاعي يساوي عدد التفتتات خلال ثانية في عينة أي تساوي سرعة التفتتات :  

وحدته في النظام العالمي تسمي ” البيكريل ”  Becquerel  و رمزها Bq    بحيث :

1Bq = 1dés/s    ( تفتت واحد في الثانية )

و هو مقدار يمكن قياسه بواسطة العداد.

باعتبار قانون التناقص الإشعاعي يمكن التعبير عن النشاط بإحدى العلاقتين التاليتين :

• بدلالة عدد النوى :     a = λN
• بدلالة الزمن     :          a = a0e-λt

a₀ النشاط البدئي

• التأريخ بالنشاط الإشعاعي

يستخدم الكربون 14 ( نشاط إشعاعي –β و عمر نصف يساوي 5600 سنة ) كمقياس لتقدير أعمار الحفريات ذات الأساس البيولوجي و التي قد تصل عمرها 50000 سنة.

كما يستعمل اليورانيوم 238 ( نشاط إشعاعي α وعمر نصف يساوي 4.5.109  سنة )

في تأريخ الصخور المعدنية القديمة.

عمر عينة بالعلاقة التالية :