Document

Report
‫‪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
‫‪A4‬‬
‫‪4‬‬
‫معادلته‪:‬‬
‫‪X‬‬
‫‪‬‬
‫‪Y‬‬
‫‪‬‬
‫‪He‬‬
‫‪z‬‬
‫‪z2‬‬
‫‪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  ‬‬

similar documents