1

A يجب أن أعرف مدلول الرمز ♦ Z X وإعطاء ترآيب النواة الموافقة .

. يجب أن أعرف معنى النظير وأحفظ بعض األمثلة ♦

) Segrè( على مخطط سيقري اعتماداف على األنوية المستقرة وغير المستقرة رتعأيجب أن ♦

.ا معنى نواة مشعة يجب أن أعرف م ♦

يجب أن أعرف آل الجسيمات التي نصادفها في هذا الدرس ♦

.يجب أن أعرف قانون اإلنحفاظ ♦

. وأآتب معادلة تحول نووي وأطبق فيها قانون اإلنحفاظ α ، β ، γ يجب أن أعرف اإلشعاعات ♦

.N = f (t)ستغالل منحني التناقص والتمكن من اSoddy يجب أن أعرف قانون ♦

.ووحدة قياسه يجب أن أعرف معنى النشاط اإلشعاعي وأهميته ♦

.يجب أن اعرف معنى الثابت الزمني وزمن نصف العمر وآيفية استنتاجهما من منحني التناقص ♦

. يجب أن أعرف آيفية استعمال النشاط اإلشعاعي في التأريخ ♦

اط اإلشعاعي النش

. النشاط اإلشعاعي هو ظاهرة سببها تحول نووي تلقائي ألنوية غير مستقرة إلعطـاء أنوية أآثر استقرارا وانبعاث إشعـاع •

.ات والطــاقة يون آل تحول نووي يخضع إلى انحفاظ الشحنة الكهربائية وعدد النوآل•

أنواع اإلشعاعات :لإلشعاعات هي سية يوجد ثالثة أنواع رئي

He4أنوية الهيليوم (αاإلشعــاع - 2 : ( A-4 4

Z-2 2 Y HeAZ X → هذا إلشعاع خاص باألنوية الثقيلة جدا . +

β– : e0 اإلشعــاع - 1-

A1Z YXA

Z +→ ير من النوترونات هذا اإلشعاع خاص باألنوية التي تحتوي على عدد آب . +

β+ : e0اإلشعــاع - 1

A1Z YXA

Z +→ هذا اإلشعاع خاص باألنوية التي تحتوي على عدد آبير من البروتونات . −

شعاعات ، بحيث تكون النواة الناتجة عن هذه اإل ) α ، β ، γ( هو إشعــاع يرافق عادة اإلشعاعات السابقة : γ اإلشعــاع -

→+γ . لكي تستقر γمثارة طاقويا فتشع YX AZ

*AZ * ) تدل على أن النواة مثارة (

التناقص

. النشاط اإلشعاعي ظاهرة عشوائية ، ال يمكن دراسة تطورها إنفراديا ، بل نستعمل مجموعة آبيرة من األنوية لنتكلم عن المتوسط •

ΔN(t) = – λ N(t) Δt: هو Δt و tدد األنوية المشعة بين اللحظتين لع ΔN(t)التغير •

t = 0 هو عدد األنوية في اللحظة N0، حيث N = N0 e –λt قـانون التناقص هو •

التطورات الـرتــيبة لكتاب األولا

التحوالت النووية 02الوحدة GUEZOURI Aek – lycée Maraval - Oran الدرس األول

إني استوعبت هذا الدرس : يجب أن أعرف حتى أقولـام

ملخص الدرس

2

من لمـادة مشعة هو العدد المتوسط لإلضمحالالت في وحدة الزA النشــاط • tN

AΔΔ

=

Bqرمزه ) Becquerel(النشاط عدد موجب يقاس بـ

) λ(الثابت اإلشعاعي

.s–1يقاس بـ . ، وال يتعلق بالزمن يتعلق بطبيعة النواة

) أو ثابت الزمن (الثابت الزمني

.ضمحل في مدة زمنية طويلة وبعضها يضمحل في مدة زمنية قصيرة هو الزمن المتوسط لعمر نواة ، مع العلم أن أنوية تλ

=τ1

زمن نصف العمر

. هو الزمن الالزم الضمحالل نصف العدد المتوسط لألنوية المشعة λ

=2

21ln

/t

الدالة األسية

xa)x(f هي دالة معرفة بالعالقة .1 أآبر تماما من األساس ، وهو عدد حقيقيa ، يسمى =

xe)x(f ، ونكتب e = 2,71 نسميه األساس النيبيري ، حيث a = e إذا آان =

bxe)x(fإذا آانت : مشتق الدالة األسية bxeb)x(fعدد حقيقي فإن b ، حيث = ' = x

xe

→∞= + ∞

lim ، 0x

xe

→ ∞=

- lim

الدالة اللوغاريتمية

=af(x)هي الدالة التي تتميز بالعالقة log x حيث ، a 1 عدد حقيقي أآبر تماما من.

=f(x): نسمي اللوغاريتم نيبيريا ونكتب a = eإذا آان lnx

: خواص اللوغاريتم

1 0=ln ، ln (a × b) = ln a + ln b

1e =ln ، a a bb = −ln lnln ، ln eb = b ln e = b

على اآللة الحاسبة نستعمل الزر لحساب اللوغاريتم النيبري لعدد وليس الزر

بطاقة رياضية

ln log

3

Ι - استقرار وعدم استقرار األنوية

نواة الذرة – 1

.Aنات هو العدد ، هي البروتونات والنوترونات ، عدد هذه النوآليو) nucléons( تتألف نواة ذرة من جسيمات تسمى النوآليونات

نمثل نواة بالشكل AZX حيث ، X ، هي النواة Z : ، عدد البروتوناتA العدد الكتلي ، أما عدد النوترونات فهو N = A – Z

النواة : مثال 23

11Na نوترون 12 بروتون و 11 تحتوي على .

. A وتختلف في Zمجموعة من الذرات تشترك في العدد الذري : ظائرالن - 1 – 1

16نظائر األآسوجين هي 8O ، 17

8O ، 188O . نظائر الكلور هي:

35

17 Cl ، 37

17 Cl.

:الجسيمات التي نصادفها في هذا الدرس

1البروتون النوآليون1 p 1النوترون

0n 0اإللكترون1e−

Z A – Z Z العدد

kg( 1,673 × 10 –27 1,675 × 10 –27 9,1 × 10 - 31 (الكتلة

– C( 1,602 × 10 –19 0 1,602 × 10 –19(الشحنة

( هنــاك جسيم آخر يسمى البوزترون 10e+

هو التحول المتواصل داخل النواة انبعاثه سبب . ، عكس اإللكترون في الشحنة )

11: بروتونات إلى نوترونات لل1 10

0 p n e +→

1 :بروتون ينبعث إلكترون أمـا عندما يتحول نوترون إلى 010 1 1 n p e

−+→

نصف قطر النواة - 2 – 1

3: بالعالقة النواة يعطى نصف قطر0 ArR . هو نصف قطر النواة R ، حيث =

3 x : هو الجذر التكعيبي للعددx 3 ، إذا آان xy 3yx ، فإن = =

r0 هو ثابت بالنسبة لكل األنوية ما عدا نواة الدوتيرون )Deutéron (H2 r0 ≈ 1,3 fm يعطى . 1

Fermi 1 . ( هو وحدة لقياس المسافات الصغيرة جدا fermi = 10 –15 m. (

Na23نصف قطر نواة الصوديوم : مثال fm,,R : هو11 7323 31 3 ==

النشاط اإلشعاعي – 2

ستقرارا نواة تضمحل عاجال أو آجال بواسطة تحول نووي تلقائي إلعطاء نواة أآثر ا ، وهي النواة النشيطة إشعاعيا هي نواة غير مستقرة

.

.α ، β– ، β+ ، γ: أثناء هذا التحول تصدر النواة إشعاعات أهمها

أما األنوية االصطناعية فكلها غير مستقرة. نواة غير مستقرة 60اة طبيعية ، منها حوالي نو350يوجد حوالي

الدرس

4

لصودي قانون االنحفاظ -1 -2

: في آل تحول نووي يحفظ مــا يلي

4 الشحنة الكهربائية - AZ3

AZ2

AZ1

AZ XXXX 4

433

22

11

+→+

عدد النوآليونــات -

الطــاقة -

: ، بحيث يتحقق االنحفاظ ...) بروتون ، نوترون ( نواة أو جسيما Xفي هذا التحول يمكن أن يكون

αاإلشعــاع – 2 – 2

He4(ة عن أنوية الهيليوم عبار2 (He4

24-A2-Z

AZ YX +→

، أما بعد التحول فيكون عدد N = A – Zعدد النوترونات قبل التحول هو : ، ولدينا 2 في هذا التحول ينقص عدد البروتونات بـ

. 2 ، إذن عدد النوترونات نقص بـ N' = A – 4 – (Z – 2) = A – Z – 2 = N – 2البروتونات

He Th U : مثــال 42

23490

23892 +→

β– ) e0 اإلشعــاع – 3 – 2 1−(

e0 : ينبعث إلكترون في هذا التحول 1-

A1Z

AZ YX +→ +

.1 ، أي أن عدد النوترونات نقص بـ N' = A – (Z + 1) = N – 1: دينا ، ول1في هذا التحول يزداد عدد البروتونات بـ

e0 : مثــال 1- NC 14

7146 +→

+β اإلشعــاع – 4 – 2

e0: ينبعث بوزيترون في هذا التحول 1

A1Z

AZ YX +− +→

. 1 بـ النوترونات ، أي يزداد عدد N' = A – (Z - 1) = N + 1 : ، ولدينا 1 في هذا التحول ينقص عدد البروتونات بـ

γاإلشعــاع – 5 – 2

في ) الناتجة( تكون النواة اإلبن +α ، β– ، β يرافق هذا اإلشعاع عادة آل اإلشعاعات السابقة ، بحيث لما تشع نواة إشعــاعا

. X*) نجمة(نمثل النواة المثارة بإضافة . لتستقر γحـالة طاقوية مثــارة ، فتريد التخلص من الطاقة الزائدة فتصدر إشعاعا

) .Hz 1018أآبر من ( عبارة عن أمواج آهرومغناطيسية عـالية التواتر γ اإلشعاع

γ+→ XX 'Z'A

*'Z'A

e0 : مثــال 1- *14

7146 NC →+γ: ثم تخلص نواة اآلزوت من الطاقة الزائدة →+ N N14

7*14

7

Segrèمخطط – 3

.Nوعلى التراتيب عدد النوتررونات ) نات في النواةوالبروتعدد ( Zفي هذا المخطط نجد على الفواصل العدد الذري

المتفاعالت النواتج

A1 + A2 = A3 + A4 Z1 + Z2 = Z3 + Z4

نواة إبن مستقرة نواة إبن مثــارة

5

هذا المستقيم من ، والذي يمثل المنصف األول يسمى مستقيم اإلستقرار ، معنى هذا أن األنوية القريبة N = Zالمستقيم الذي معادلته

.بعدد بروتوناتها وعدد نوتروناتها تكون أآثر إستقرارا

نواة يجب أن يكون التوازن بين عدد بروتوناتها ونوتروناتها لكي تستقر -

α األنوية التي عدد نوآليوناتها مرتفع تشع -

.–β األنوية التي فيها النوترونات آثيرة تشع -

+β األنوية التي فيها البروتونات آثيرة تشع -

قـانون التناقص – 4

. نواة أو توقفها عن ذلك اضمحاللاألنوية هي ظاهرة عشوائية محضة ، حيث ال يمكن التنبؤ باستمرار ) تحلل (ضمحاللاإن

. آما تعودنا ذلك في دراسة تطور حرآة نقطة مــادية انفراديا لهذا ال يمكن دراسة األنوية

Z

N

أنوية مستقرة

–βتشع أنوية

+βتشع أنوية

αتشع أنوية

Bordasصورة عن - Segrèمخطط 10 20

5

100

155

N = Z

•

•

N

Z Z - 2

N - 2 α

منطقة اإلستقرار

αدخول األنوية إلى منطقة اإلستقرار بعد إصدارها لـ

••

N

Z Z - 1

N + 1 β+

+βصدارها لـ دخول األنوية إلى منطقة اإلستقرار بعد إ

••

N

Z Z + 1

N - 1

β–

–βدخول األنوية إلى منطقة اإلستقرار بعد إصدارها لـ

6

د على القيم المتوسطة ، أي ندرس عينة من األنوية ونعمم الدراسة األنوية هي دراسة إحصائية ، معنى هذا أنها تعتماضمحاللإذن دراسة

. هذه األنوية إنفراديا لم يكن متماثال على اإلطالق اضمحاللعلى آل األنوية مجتمعة رغم أن

Soddyقــانون – 1 – 4

. tظة في اللح N(t) يصبح هذا العدد . t = 0 عدد األنوية في عينة مشعة في اللحظة N0ليكن

. ألن اإلضمحالالت عشوائية N(t) ، سيكون بعد نفس الزمن السابق عدد آخر N0فيها نفس العدد لو أخذنا عينة أخرى

متوسط األنوية في N(t)ليكن . األنوية اضمحالليمكن بواسطة جهاز يلتقط اإلشعاعات الصادرة من تحلل األنوية أن نتابع تطور

:إن هذا التغير يتناسب مع . Δt التغير في عدد األنوية في المدة الزمنية ΔN(t) و t اللحظة

- N(t) : عدد األنوية في اللحظةt

- λ Δt : في المجال ) التحلل (االضمحالل احتمالΔt .

λ هو الثابت اإلشعــاعي ، يتعلق بطبيعة النواة وال يتعلق بالزمن .

Soddy قانون ΔN(t) = – N(t) λ Δt: ومنه

. سالب ألن متوسط عدد األنوية يتناقص خالل الزمن ΔN(t)عدد اليدل على أن ) –(وجود اإلشــارة : مالحظة

t(N(: يوافق معادلة تفاضلية N(t)إن التطور dt)t(dN

λ−=

–––––––––––––––––

x(fy(ة التي تشمل الدالة المعادلة التفاضلية هي المعادل )a y'' + b y' + c y = 0 ) 1: ، مثل ومشتقاتها=

x(fy(حل معادلة تفاضلية معناه إيجاد الدالة ) .1( التي تحقق المعادلة =

–––––––––––––––––

xe)x(fy: إن حل هذه المعادلة من الشكل . y' + λ y = 0: نحن لدينا معادلة تفاضلية شكلها λ−== ومنه ، :

te a)t(N λ−= حيث العدد الحقيقي ، a ما ، أي عنداالبتدائية يتعلق بالشروطt = 0 فإن N(0) = a e0 = a = N0 ،

teNN: وبالتالي λ−= 0 ) 2 (

teإذن ) عدد أنوية( من نفس الجنس N0 و Nبما أن : λوحدة λ− مجرد من الوحدة ، يعني λt إذن يجب أن تكون ليس له وحدة ،

) .s-1( هي مقلوب الثانية λوحدة

t1/2 ) الدور(زمن نصف العمر – 2 – 4

إلى N0 هو الزمن الالزم لكي يتغير عدد األنوية من 2

0N.

teNN: نكتب ) 2(بالتعويض في العالقة λ−= 00

2te: ، ومنه λ−=

2 : ، وبإدخال اللوغاريتم على طرفي المعادلة 1

tln λ−=− ومنه ، 2λ

221

ln/t 6902 ، ولدينا = ,ln =

. زمن نصف العمر يميز فقط النواة ويقاس بالثانية أو اليوم أو السنوات

Po210 : 138 ، يوم Bi210 : 5 ، أيام Th232 : مليــار سنة 14حوالي .

7

τالثابت الزمني – 3 – 4

الزمن المتوسط لعمر نواة ، هوλ

τ 1 ) s( ، ويقاس بالثانية =

:N(t) من البيان λ و τ و t1/2 استنتــاج

بالنسبة لزمن نصف العمر هو فاصلة الترتيب 2

0N، أما بالنسبة للثابت الزمني أو مقلوب الثابت اإلشعاعي ،

.τ، فيقطع هذا المماس محور الزمن في القيمة ) N0 , 0(بيان في النقطة نرسم مماس ال

––––––––––––––––––––––

teN)t(f، وذلك باشتقاق الدالة t = 0رياضيا ، نكتب معادلة المماس في النقطة التي فاصلتها λ−= 0

: في المشتق 0 بالقيمة tوتعويض

tt)(('fyy(: معادلة المماس هي 00 0 −=−

t = 0نجعل التقاطع بين هذا المماس والمستقيم الذي معادلته

.الذي يمثل محور الفواصل

––––––––––––––––––––––

Aالنشاط – 5

. يمثل النشاط عدد اإلضمحالالت في وحدة الزمن ، وهو عدد موجب t

NA

ΔΔ

=) 3 (

Ci . (1 Ci = 3,7 × 1010 Bq (Curieتوجد وحدة أخرى هي ) . Becquerel) Bqويقاس بـ

-t: بعبارتها ΔN) 3(نعوض في العالقة 0 e N N(t)

tt N(t) A λλ=λ=

ΔΔλ

=.

te0AA : ، وبالتالي نكتب t = 0 ونسميه النشاط عند اللحظة A0 = λ N0 نضع λ−=

الحية تأثير اإلشعاعات على المادة – 6

إمكانها أن تشرد المـادة وتخرب الخاليا وتحويلها إلى خاليا باستطاعة اإلشعاعات ، إذا آانت معتبرة أن تؤثر على خاليا الجسم ، حيث ب

.سرطانية ، ويزداد هذا الخطر آلما آان منبع اإلشعاع أآثر نشاط ، وخاصة بالطاقة التي تحملها اإلشعاعات

في المجال الطبي – 7

والذي يوافق زمن –β الذي يشع 131يستعمل عادة اليود . مكن استغالل طاقة النشاط اإلشعاعي في تدمير الخاليا السرطانية في الجسم ي

. أيام 8نصف عمر يقدر بـ

في مجال التأريخ - 8

بقيـاس النسبة بين عدد األنوية األب ، وذلك) مثال عمر مومياء(يستعمل النشاط اإلشعاعي في تحديد عمر الكواآب والصخور واآلثار

( في تقدير عمر الصخور مثال االبنواألنوية RbSr

8737

87 والتحف اآلثاروالنسبة بين النظير المشع والنظير المستقر في تقدير عمر ) 38

(األثرية CC

126

146 ( .

N0

N

t

20N

t1/2

λτ 1=

•

•

1

.تغيير ترآيب نواة بواسطة قذفها بنيوترون أنه يمكن يجب أن أعرف ♦

. يجب أن أستوعب أن الكتلة تصاحبها طاقة تسمى طاقة الكتلة ♦

. يجب أن أعرف أن آتلة مكونات النواة وهي منفصلة في حالة الراحة أآبر من آتلتها وهي متماسكة في النواة ♦

. )البروتونات(يجب أن أعرف سبب تماسك النواة رغم احتوائها على جسيمات متماثلة الشحنة ♦

. Elيجب أن أعرف العالقة التي تعطي طاقة تماسك النواة ♦

Aجب أن أتمكن من مقارنة استقرار األنوية بواسطة طاقة التماسك لكل نوآليون ي ♦ El

)Aston( يجب أن أتمكن من قراءة منحنى أستون ♦

.يجب أن افهم سبب قابلية األنوية لالنشطار وقابليتها لالندماج ♦

. يجب أن أعرف أن في تفاعل نووي يمكن التقاط طاقة بفعل اختالف الكتلة قبل وبعد التفاعل ♦

.هو تفاعل يتم على مستوى األنوية ، بحيث تنحفظ األعداد الكتلية للعناصر وأرقامها الذرية : التفاعل النووي

4AZ3

AZ2

AZ1

AZ XXXX 4

433

22

11

مع +→+

سرعة الضوء : kg ( ،c(آتلة الجسم : m ، حيث E = m c2عطى بعالقة أنشتاين تهي الطاقة التي تصاحب الكتلة ، و : Eطاقة الكتلة

.راغ في الف

c ≈ 3 × 108 m/s ، E : طاقة الكتلة)Joule. (

1 eV = 1,602 × 10-19 J) فولط–اإللكترون (

1 MeV = 106 eV = 1,602 × 10-13 J) فولط–ميغا إلكترون (

) . هو الفرق بين آتلة النوآليونات منفصلة في حالة الراحة وآتلة النواة : Δmالنقص الكتلي ) p nm Z m A Z m mΔ = × + − −

آتلة النواة : m ، آتلة النوترون : mn ، آتلة البروتون : mp: حيث

El = Δm c2 هي النقص في الكتلة المتحول إلى طـاقة : Elطـاقة ارتباط نواة

بـ ة التماسك لكل نوآليون نعتبر طاقة تماسك النواة موزعة على آل النوآليونات ، فنعبر عن طاق: طاقة التماسك لكل نوآليونAEl ،

.العدد الكتلي : A حيث

.آلما آانت هذه الطاقة أآبر آلما آانت النواة أآثر استقرار

التطورات الـرتــيبة األولالكتاب

التحوالت النووية 02الوحدة Oran GUEZOURI Aek – lycée Maraval Maraval - Oran الثاني الدرس

إني استوعبت هذا الدرس :ما يجب أن أعرف حتى أقول

ملخص الدرس

A1 + A2 = A3 + A4 Z1 + Z2 = Z3 + Z4

2

يمثل هذا المنحني تغيرات : ) Aston (منحنى أستونAEl− بداللة A.

فيه إتحاد نواتين لتشكيل نواة أثقل منهما ، وتكون طاقة التماسك لكل نوآليون فيها أآبر مما في النواتين هو تفاعل يحدث : اإلندمـاج النووي

.المندمجتين

نواة ثقيلة إلى نواتين أخف منها ، وطاقة التماسك لكل نوآليون في آل واحدة أآبر ) انقسام(هو تفاعل يحدث فيه انفصام : اإلنشطار النووي

.المنشطرة مما في النواة

:التفاعل النووي المفتعل – 1

.على عكس التفاعل النووي الطبيعي الذي يحدث تلقائيا ، التفاعل النووي المفتعل يمكن القيام به في المفاعالت النووية

:α عندما قذف روذرفورد ذرات اآلزوت بواسطة الجسيمات 1919أول تفاعل مفتعل تحقق في

pOHN e11

178

42

147 +→+

UnU: بواسطة نيترون 238يمكن لتفاعل مفتعل أن يتبع بتفاعالت تلقائية ، مثل قذف نواة اليورانيوم 23992

10

23892 →+

: يتبع هذا التفاعل بتفاعالت تلقائية منهـا

e pN U 01

23993

23992 −+→

e u P pN 01

23994

23993 −+→

:طــاقة الكتلة – 2

. هذه الكتلة تضفي على المــادة طـاقة تسمى طــاقة الكتلة ، وهي طـاقة الوجود . الدليل على وجود جسم هو امتالآه آتلة

E = m c2: ن في العالقة الرياضية هذا ما بينه العـالم الفيزيائي والفيلسوف أنشتــاي

m : آتلة الجسم)kg (

c : سرعة الضوء في الفراغ)c ≈ 3 × 108 m/s (

E : طـاقة الكتلة)Joule (

: همـا نستعمل في هذا المجال وحدتين أخريين للتعبير عن الطاقة

= eV : (1,602 × 10-19 J 1 eV( اإللكترون فولط -

MeV : (1 MeV = 106 eV = 1,602 × 10-13 J(ا إلكترون فولط الميغ -

منشأ الوحدة إلكترون فولط : للمزيد

)E = U I Δt) 1: هي Δt الطاقة الكهربائية الناتجة في ناقل آهربائي خالل مدة زمنية

)Q = I Δt) 2: مدة هي وآمية الكهرباء المارة في الناقل خالل هذه ال

محتوى الدرس

+β أو –β أو αآل نواة مصطنعة هي نواة مشعة حسب النمط - سواء آان التفاعل النووي طبيعيا أو مفتعال فإن األعداد الكتلية -

A1 + A2 = A3 + A4 : واألرقام الذرية تكون محفوظة Z1 + Z2 = Z3 + Z4

3

) 3 (U E = Q: نستنتج ) 2(و ) 1( من

بالجول E بالكولون لكانت Q بالفولط و U ) 3( في العالقة لو استعملنا

1,602 × 10-19 C × 1 V = 1 eV، 19-10 × 1,602 : ومنه J 1 eV =

ما هي الطاقة المرافقة لكتلة اإللكترون ؟ : مثال

me = 9,11 × 10-31 kgآتلة اإللكترون هي

E = m c2 = 9,11 × 10-31 × (3 × 108)2 = 82 × 10-15 J = 0,51 MeV

:الوحدة الموحدة للكتلة - 3

u.m.a : (unité de masse atomique(ار وحدة لقياس الكتل نسميها ما دمنا نتعامل مع آتل صغيرة في هذا المجال نخت

u = 1,66055 × 10-27 kg 1: بحيث ) u(أو اختصارا

, u: ، وبالتالي mp = 1,6727 × 10-27 kgآتلة البروتون : مثال,,mp 0073166055167271

==

:النقص الكتلي

Na22 الصوديوم ذرةلو أخذنا آمثال . نوترون 11 بروتون و 11 ، فهي تضم في نواتها على 11

.آتلة النواة ، وهذا ينطبق على باقي األنوية األخرى من آبر نوترون أ11آتلة + بروتون 11بينت التجربة أن آتلة

ئ

:هذا مثال لكي نفهم أين يذهب هذا الفرق في الكتلة

اقتضت الضرورة أن يسافروا في بعثة بحيث يتحتم عليهم أن . النقاط من في آثيرم تختلف طرق معيشتهلدينا مجموعة من األشخاص

إن وجودهم في هذه الحالة يحتم على آل واحد أن يتنازل عن قليل من عاداته التي ال يحتملها اآلخرون حتى يمكن له . يشترآوا في إعاشتهم

.أن يتعايش في الجماعة

. رابط يمسك أفراد هذه الجماعة إلى بعضهم البعض إلىت ؟ لقد تحولت أين ذهبت آل هذه التنازال

.عندما يعودون من سفرهم ، لو عاد آل واحد إلى طريقة تفكيره األولى ، بدون شك ستتفرق الجماعة

. بعضها هذا ما يحدث عندما نجمع النوآليونات في النواة ، تنقص الكتلة لتتحول إلى طاقة تجعل المكونات متماسكة مع

E = Δ m c2: الطاقة الناتجة هي

: النواةتمـاسكطاقة - 4

التي يوفرها الوسط وبتعريف آخر هي الطاقة . هي الطاقة المنبعثة من آتل النوآليونات عند تماسكها وهي التي تضمن تماسك النواة

:هذه الطاقة بالعبارة تعطى . نفصل النوآليونات عن بعضها وهي متماسكة في النواة ل الخارجي

Z mp + (A – Z) mn – m > 0 mp : آتلة البروتون mn : آتلة النوترون m : آتلة النواة

Z mp + (A – Z) mn – m) c2 El = (

mp : آتلة البروتون mn : آتلة النوترون m : آتلة النواة c : سرعة الضوء في الفراغ

4

E = Δ m c2 ، فتزداد طاقة الجملة بـ Δ mتزداد الكتلة بـ

2c m Eوالعكس هو عندما تتشكل النواة ابتداء من النوآليونات الحرة ، فإن الوسط الخارجي يتلقى الطاقة Δ= ألن ،Δ m < 0.

وآتلة نواة الهيدروجين الثقيل mn = 1,6750 kg و آتلة النوترون mp = 1,6727 × 10-27 kg تعطى آتلة البروتون : مثال

H21 : m = 3,3435 × 10-27 kg . احسب طاقة تماسك نواة هذا النظير.

El = (mp + mn – m) c2 = Δ m c2 = 4,2 × 10-30 × 9 × 1016 : تحتوي النواة على بروتون واحد ونوترون واحد ومنه

El = 2,36 MeV

:طـاقة التماسك لكل نوآليون – 5

نعتبر اآلن الطـاقة التي يمكن بذلها لفك نوآليون واحد من النواة ، وهذه الطـاقة هي AEl ، مع اعتبار أن الطاقةEl موزعة على آل

.النوآليونات في النواة

لو نظرنا إلى القائمة في الجدول نالحظ على سبيل المثال طاقة تماسك نواة اليورانيوم أآبر من طاقة تماسك نواة الحديد ، رغم أن نواة

وآليون في نواة الحديد أآبر من طاقة التماسك لكل نوآليون في نواة الحديد أآثر استقرار من نواة اليورانيوم ألن طاقة التماسك لكل ن

.اليورانيوم

U23892 Fe56

26 Li73 Li6

3 He42 He3

2 H31 H2

1 H1 النواة 1

1801,66 492,24 38,85 32,10 28,28 6,66 8,49 2,30 0 El (MeV)

7,57 8,79 5,55 5,35 7,07 2,22 2,83 1,15 0 (MeV)AEl

He4نالحظ في الجدول أن نواة الهيليوم : مالحظة هي أصغر نواة ذات استقرار آبير جدا ، وهذا ما يفسر إنبعات هذه األنوية في نمط 2

He3 ، وال تنبعث أنوية مثل αاإلشعاع Li6 أو 2

3.

آلما آانت طاقة التماسك لكل نوآليون في النواة أآبر آلما آانت النواة أآثر .استقرار

Elنقدم للنواة أقل طاقة خارجية عن بعضهاآليوناتلفك النو

Z بروتون و (A – Z)نوترون آتلة الجملة هي آتلة النواة نوترون (A – Z) بروتون و Zآتلة آتلة الجملة هي

النوآليونات منفردة

تفكيك

5

)Aston(منحنى أستون – 6

نستعمل عادة نظير قيمة طاقة التماسك لكل نوآليون ، أي AEl−

. الطـاقة الالزمة لنزع نوآليون من النواة مثلت والتي

. A منحني أستون يدرس تغيرات هذه الطاقة بداللة العدد الكتلي

50 < A < 75 :8,7وافق طاقة ارتباط لكل نوآليون قدرها ظ على منحني أستون نهاية صغرى تنالح MeV

هذه األنوية هي األآثر استقرار . MeV 8,7 لك طاقة تماسك لكل نوآليون قيمتها المتوسطة حوالي األنوية المحصورة في هذا المجال تم

.56 والحديد 63من بينها النحاس

A > 100 : البيان يتصاعد ببطء عندما تزداد قيمA 8 >( ، هذا المجال يوافق األنوية الثقيلة ، وهي أنوية قليلة االستقرار MeVAEl(

1 < A < 20 : 8 >ألن ) أنوية خفيفة( األنوية في هذا المجال غير مستقرة MeVAEl.

:اإلندمــاج النووي – 7

أآبر مما في النواتين المندمجتين يمكن لنواتين خفيفتين في تصادم أن تندمجا مكونة نواة واحدة لها طاقة إرتباط لكل نوآليون

:مثال

n He H H 10

42

31

21 +→+

MeV 17الطاقة المتحررة في هذا التفاعل حوالي

طاقة التماسك لكل نوآليون في النواة الناتجة أآبر من طاقة

)انظر الجدول أعاله( لكل نوآليون في آل من النواتين المندمجتين التماسك

وية المستقرة هي األنوية التي طاقة تماسكها لكل األن )موجودة حسابيا( MeV 8نوآليون حوالي

)( nucléon/MeVAEl−

A

منحنى أستون

50 75 190

األنـويــــــــة المستقرة

اندمــاجH2

He4

H3

n1

6

:لنووياالنشطار ا – 8

) شظايا(تستعمل النيوترونات لقذف أنوية ثقيلة لحصول على أنوية

سبب اختيار النوترون في هذه العملية. أخف من النواة المنشطرة

. هو أن هذا الجسيم معتدل آهربائيا فال يتنافر مع األنوية

تكون أآثر استقرار من االنشطاراألنوية الناتجة عن

. المنشطرةالنواة

:مثال

n Xe Sr n U 10

14054

9438

10

23592 2++→+

:األنوية غير المستقرة يمكن أن تتحول بطريقتين

يمكنها أن تنشطر إلى نواتين خفيفتين نسبيا تنتميان لمجال اإلستقرار : A > 190 األنوية الثقيلة –

1مثل ( بعض األنوية الخفيفة – 1H ، 2

1H ، 31H : ( يمكنها أن تندمج إلعطاء نواة قريبة من مجال اإلستقرار.

الطاقة المحررة في تفاعل نووي – 9

) .Δ m< 0(تفاعالت إن التفاعالت النووية تتبع دائما بالتناقص في الكتلة ، أي أن آتلة النواتج دائما أصغر من آتلة الم

31: ليكن التفاعل النووي التالي 2 4

1 2 3 41 2 3 4AA A A

Z Z Z ZX X X X+ → : أنوية أو جسيمات ، فإن X ، بحيث يمكن أن تكون +

Elib = (mf – mi) c2 وتكون بذلك الطاقة المحررة في تفاعل نووي

mi : مجموع آتل المتفاعالت(الكتلة اإلبتدائية(

mf : مجموع آتل النواتج(الكتلة النهائية(

n10

n10

n10

n10

n10

A

األنـويــــــــة المستقرة

ارـانشط

ندمـاجا

)( nucléon/MeVAEl−

Δm = (mX3 + mX4) - (mX1 + mX2) < 0

7

c ثابت أنشطاين( سرعة الضوء في الفراغ(

Elib هي التغير في طاقة الجملة ، أي Elib = ΔE = E2 – E1

1مثال

92: احسب الطاقة المحررة في التفاعل التالي 58 34235 1 149 84 1

0 0U n Ce Se 3 n+ → + +

m Ce = 148,928 u ، = 83,918 u m Se ،m U = 235,044 u ، mn = 1,009 u : المعطيات

1 u = 1,66 × 10-27 kg

Elib = Δm c2 :الحل

Δm = (m Ce + m Se + 3 mn – m U – mn) = (m Ce + m Se + 2 mn – m U)

Δm = 148,928 + 83,918 + 2 × 1,009 – 235,044) = – 0,18 u

Elib = Δm c2 = - 0,18 × 1,66 × 10–27 × 9 × 1016 = – 2,69 × 10–11 J

11

lib 13

2,69 10E 167,9 MeV1,602 10

−

−

− ×= = −

×

931,5 في العدد )u( مقدرة بالـ Δmمباشرة بضرب ) MeV(يمكن أن نجد الطاقة بـ : مالحظة

Elib = - 0,18 × 931,5 = – 167,7 MeV

2مثال

226 :احسب الطــاقة المتحررة في التفاعل التلقائي التالي 222 488 86 2Ra Rn He→ +

m Ra = 225,977 u ، m Rn = 221,970 u ، m He = 4,001 u : المعطيات

Elib = Δm c2 :الحل

u (221,970 + 4,001 – 225,977) = – 6 × 10–3 Δm = (m Rn + m He – m Ra) =

Elib = – 6 × 10-3 × 931,5 = – 5,6 MeV

El بواسطة طاقات التماسك Elibالتعبير عن

El 92 و Elibبين نستعمل هذا المثال إليجاد العالقة 58 34235 1 149 84 1

0 0U n Ce Se 3 n+ → + +

Elib = (m Ce + m Se + 2 mn – m U) c2 ) 1 (

258 : ، ومنه El = (58 mp + 91 mn – m Ce) c2: هي Ceنواة الطاقة تماسك 91 l p n

CeEmCe m m

c= + −

234: بنفس الطريقة 50 lp n

SeEm Se m m

c= + −

292 143 l p n

UEmU m m

c= + −

: نجد ) 1(بتعويض هذه الكتل في العالقة

ΔE < 0 الجملة أعطت الطــاقة للوسط الخارجي

= −−U Ce Sel ib l ll E EE E

8

: القوى األربعة في الطبيعة

.ي مداراتها وتشد األجسام لألرض هي القوة التي تضمن بقاء الكواآب ف : قوة التجاذب المــادي – 1

.هي القوة التي تشد اإللكترون إلى جوار النواة ، وهي المسؤولة عن الخصائص الكيميائية والفيزيائية للمادة : القوة الكهرومغناطيسية – 2

.هي القوة التي تمسك مكونات النواة : القوة النووية الشديدة – 3

.) األنوية المشعة( هي القوة التي تسبب تفكيك النواة : عيفةالقوة النووية الض – 4