وحدة النشاط الاشعاعي والتفاعلات النووية علوم الصف التاسع
النواة
تجعل القوة النووية الشديدة أجزاء نواة الذرة متماسكة
رابط مع الحياة اليومية مع كل نفس تتنفسه، يمتص جسدك كمية صغيرة جدا من الكربون - 14 وهو مادة مشعة. تتواجد الهواد المشقة مثل الكربون - 14 وغاز الرادون في كل مكان حولنا. ويمكن أن تساعدنا دراسة أساسيات النشاط الإشعاعي على فهم استخداماته المحتملة ومخاطره.
وصف النواة
تذكر أن الذرة تتكون من بروتونات ونيوترونات وإلكترونات. وتتكون نواة الذرة من بروتونات ونيوترونات. تكون البروتونات موجبة الشحنة الكهربائية. أما شحنة. بالتالي. إن عدد البروتونات الموجودة في النواة النيوترونات فليس لها هو ما يحدد الشحنة الكلية للنواة.
تنجذب الإلكترونات سالبة الشحنة إلى النواة موجبة الشحنة وتدور حولها. وتكون شحنة الإلكترون مساوية لشحنة البروتون في المقدار ومخالفة لها في النوع. وتحتوي الذرة على العدد نفسه من البروتونات والإلكترونات.
حجم النواة تكون البروتونات والنيوترونات التي تشكل النواة متقاربة جدا بعضها من بعض. وتعد المنطقة الموجودة خارج النواة والتي تتحرك فيها الإلكترونات كبيرة الحجم مقارنة بالنواة. وكما يوضح الشكل 1. لا تشغل النواة سوى حيز صغير جدا من الذرة.
ففي حالة تكبير الذرة بحيث يكون قطرها km 1. لن يكون قطر نواتها سوى بضعة سنتيمترات. ومع ذلك، إن معظم كتلة الذرة تتركز في النواة. تزيد كتلة النيوترونات قليلا عن كتلة البروتونات. لكن كتلتهما معا أكبر من كتلة الإلكترونات بمقدار 2,000 مرة تقريبا.
النوى قليلة البروتونات يوضح الجزء الأيمن في الشكل 5 القوى داخل نواة صغيرة تحتوي على عدد قليل نسبيا من البروتونات. إذا كانت النواة تحتوي على عدد فليل من البروتونات والتيوترونات. فإنها تكون جميعا قريبة من بعضها ولذا تتجذب إلى بعضها بقعل القوة النووية الشديدة. نظرا إلى أنه لا يوجد سوى عدد قليل من البروتونات، تكون القوة الكهربائية التي " في تنافر البروتونات عن بعضها ضئيلة ونتيجة لذلك. فإن القوة المحصلة بين البروتونات والنيوترونات تجعل النواة متماسكة بعضها مع بعض.
النوى عديدة البروتونات تتكون بعض النوى مثل نوى اليورانيوم من عدد كبير من البروتونات والنيوترونات وفي هذه الحالات ، ينجذب كل بروتون أو نيوترون إلى عدد فليل من البرونونات أو النيوترونات المحيطة به بفعل القوة النووية الشديدة. كما يوضح الجزء الأيسر في الشكل 5. أما البروتونات والنيوترونات الأخرى. فتكون بعيدة جدا لذلك. بكون مقدار القوة النووية الشديدة التي تبغي البروتون أو التيونرون في مكانه في نواة كبيرة مساويا تقرييا لمقدار القوة النووية الشديدة في نواة صغيرة لكن كل البروتونات في النواة الكبيرة تبذل قوة تنافر كهربائية بعضها على بعض. لذلك، فإن مقدار قوة التتافر الكهربائية في النواة التي تحتوي على عدد كبير من البروتونات يكون كبيرا ونتيجة لذلك. تكون النواة التي تحتوي على عدد كبير من البروتونات أقل تماسكا من النواة التي نحتوي على عدد قليل من البروتونات.
نسب النيوترونات إلى البروتونات لا توجد قوى تنافر كهربائية بين النيوترونات. لماذا لا توجد نوى تتكون بكاملا من النيوترونات ؟ لن تكون نسبة النيوترونات إلى البروتونات مستقرة في هذه النواة. ففي العناصر الأصغر حجما. بكون النظر مستقرا عندما تكون النسبة I:I تقريبا وفي العناصر الأكبر حجمها، يكون النظير مستفرا عندما تكون نسبة النيوترونات إلى البروتونات312 تقريبا أما النوى التي تحتوي على عدد كبير من النيوترونات مقارنة بعدد البرونونات. فتكون غير مستقرة. وتكون نسبة النيوترونات إلى البرونونات أعلى في النوى الأكبر حجما نظزا إلى أن النيوترونات تساهم في قوة الجذب النووية الشديدة لكيلا لا تساهم في قوة التنافر الكهربائية داخل النواة.
الانحلال النووي والتفاعلات النووية
الانحلال النووي والتناعلات النووية. تنطلق جسيمات تتميز بدرجة عالية جدا من الطاقة.
رابط مع الحياة اليومية هل سبق أن سمعت عن كيميائيي العصور الوسطى الذين كانوا يحاولون تحويل الفلزات الشائعة إلى ذهب ؟ في الواقع. يمكننا أن نحقق هذا الإنجاز في عصرنا الحالي من خلال التفاعلات النووية. للأسف.
فإن عملية تحويل الفلزات الشائعة إلى ذهب مكلفة للغاية، وبالتالي غير مربحة.
الانحلال النووي
عند انحلال النواة، تنبعث منها الجسيمات والطاقة. يعرف هذا الانبعاث أشعة ألما وأشعة باسم الإشعاع النووي. ثمة أنواع ثلاثة من الإشعاع النووي. هي بيتا وأشعة جاما. تتكون أشعة ألفا وأشعة بيتا من جسيمات. أما أشعة جاما. تتكون من موجات كهرومغتاطيسية.
جسيمات ألفا عندما لا تكون القوة النووية الشديدة قوية بدرجة كافية كي تجعل النواة متماسكة. تنبعث من تلك النواة جسيمات ألفا. إن جسيم ألفا مكون من اثنين من البروتونات واثنين من النيوترونات. إن جسيم ألفا هو نفسه نواة الهيليوم 4.
التأكد من فهم النص حدد مكونات جسيم ألفا.
تعد جسيمات ألما كبيرة للغابة إذا ما تمت مقارنتها بغيرها من أنواع الإشعاع النووي. فعلى سبيل المثال. يزيد حجم جسمه ألفا عن جسيه بيتا بمقدار i,ooo مرة. ويبلغ مقدار شحنة جسيمات ألفا مثلي مقدار شحنة
جسيمات بينا. غالبا ما تتفاعل جسيمات ألفا مع غيرها من المواد. بسبب شحنة وكتلة ألفا الكبيرتين.
نتيجة لذلك. تنقل جسيمات ألفا الطافة إلى المواد المحيطة بها بسرعة كبيرة. خلال انتقالها عبر المواد الصلبة والسائلة والغازية. إن جسيمات ألفا أقل أنواع الإشعاع النووي قدرة على الاختراق. يمكن لورقة واحدة أن توقف معظم جسيمات ألفا. يلخص الجدول I خصائص جسيمات ألفا.
الانشطار النووي
عندما ينبعث من النواة إشعاع نووي، ينطلق منها مقدار من الطاقة. مع ذلك. فإن مقدار الطافة المنطلقة خلال الانحلال النووي صغير جدا. مقارنة بمقدار الطاقة المطلقة خلال الانشطار النووي.
تذكر أن الانشطار النووي هو عملية انقسام النواة إلى نواتين أو أكثر. وتكون النوى الناتجة أصغر حجها. بمكن للعلماء فعل ذلك من خلال فصف النواة الكبيرة بالتوترونات. يبين الشكل 8 تفاعل انشطار نووي لنواة اليورانيوم -235.
تخضع نظائر أخرى. منها البلوتونيوم -239 واليورانيوم -233 لتفاعل الانشطار النووي. كانت طاقة الفنبلة النووية التي سقطت على هيروشيما خلال الحرب العالمية الثانية مستمدة من الانشطار النووي لعنصر اليورانيوم - 235.
التفاعلات المتسلسلة تتضمن نواتج الانشطار النووي في العادة عدة نيوترونات بالإضافة إلى نوى أصغر حجما بالتالي. يصبح بإمكان تلك النيوترونات الاصطدام بالنوى الأخرى الموجودة في العينة. فتؤدي كذلك إلى انشطارها. ينتج عن هذه التفاعلات المزيد من النيوترونات التي " في انشطار المزيد من النوى. إن التفاعل المتسلسل سلسلة من تفاعلات الانشطار النووي المتكررة، التي ننتج عن انطلاق المزيد من النيوترونات عند كل انشطار. إن أحد التفاعلات المتسلسلة مبين في الشكل 9.
إذا لم يتم التحكم بالتفاعل المتسلسل، فستنطلق كمية هائلة من الطاقة في لحظة. هذا ما يحدث عندما تضجر قنبلة الانشطار النووي. رغم ذلك. فإن بالإمكان التحكم بالتفاعلات المتسلسلة. من خلال إضافة المواد التي تمتص النيوترونات في حال امتصاص مقدار كاف من النيوترونات يتم التحكم بالتفاعل المتسلسل. تلك هي الطريقة التي نعمل بها محطات الطاقة النووية.
الاندماج النووي
إن مقدار الطافة التي تنتج عن تفاعلات الاندماج النووي أكبر من مقدار الطاقة الذي بنتح عن تفاعلات الانشطار النووي. لعلك تتذكر أن الاندماج النووي هو عملية اتحاد نواتين أو أكثر. لتكوبن نواة واحدة ذات كتلة أكبر. يبين الشكل IO مثالا على الاندماج النووي الذي بحدث داخل الشمس. يؤدي الانشطار إلى انقسام النوى. أما الاندماج فيؤدي إلى اتحادها.
الاندماج ودرجة الحرارة لكي بحدث الاندماج النووي. بجب أن تكون النوى قريبة من بعضها. مع ذلك فإن كل النوى موجبة الشحنة. وبالتالي فإنها تتنافر.
يجب أن تحتوي النوى على مقدار كاف من الطاقة الحركية يمكنها من التغلب على هذا التنافر. من أجل أن يحدث الاندماج.