روس للتحولات النووية

[sousou0640]

جب أن أعرف أنه يمكن تغيير ترآيب نواة بواسطة قذفها بنيوترون

. ♦

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

. ♦

يجب أن أعرف سبب تماسك النواة رغم احتوائها على جسيمات متماثلة الشحنة

(البروتونات) . ♦

.

El يجب أن أعرف العلاقة التي تُعطي طاقة تماسك النواة ♦

A

يجب أن أتمكن من مقارنة استقرار الأنوية بواسطة طاقة التماسك لكل نوآليون ♦

El

(Aston)

يجب أن أتمكن من قراءة منحنى أستون ♦

يجب أن افهم سبب قابلية الأنوية للانشطار وقابليتها للاندماج

. ♦

يجب أن أعرف أن في تفاعل نووي يمكن التقاط طاقة بفعل اختلاف الكتلة قبل وبعد التفاعل

. ♦

التفاعل النووي

: هو تفاعل يتم على مستوى الأنوية ، بحيث تنحفظ الأعداد الكتلية للعناصر وأرقامها الذرية .

4
A
3 Z
A
2 Z
A
1 Z
A
Z

X X X 4X

4
3
3
2
2
1
1

+ → + مع
سرعة الضوء : c ، (kg) آتلة الجسم : m حيث ، E = m c هي الطاقة التي تصاحب الكتلة ، وتُعطى بعلاقة أنشتاين 2 : E طاقة الكتلة

في الفراغ

.
. (Joule) طاقة الكتلة : E ، c ≈ 3 × 108 m/s
1 (الإلكترون – فولط) eV = 1,602 × 10-19 J
1 (ميغا إلكترون – فولط) MeV = 106 eV = 1,602 × 10-13 J

Δ

m=Z×mp +(A−Z) mn −m . هو الفرق بين آتلة النوآليونات منفصلة في حالة الراحة وآتلة النواة : Δm النقص الكتلي

آتلة النواة

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

E

l = Δm c هي النقص في الكتلة المتحوّل إلى طاقة 2 : El طاقة ارتباط نواة
طاقة التماسك لكل نوآليون : نعتبر طاقة تماسك النواة موزّعة على آل النوآليونات ، فنعبّر عن طاقة التماسك لكل نوآليون ب

A
E

، l

العدد الكتلي

. : A حيث
آلما آانت هذه الطاقة أآبر آلما آانت النواة أآثر استقرار .

الكتاب الأول

التطورات الرتيبة

الوحدة

02 التحولات النووية

GUEZOURI Aek – lycée Maraval Maraval - Oran Oran

الدرس الثاني

ما يجب أن أعرف حتى أقول

: إني استوعبت هذا الدرس
ملخص الدرس

A

1 + A2 = A3 + A4

Z

1 + Z2 = Z3 + Z4

2

يمثل هذا المنحني تغيرات

: (Aston) منحنى أستون

A
E

. A بدلالة − l

الإندماج النووي

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

الإنشطار النووي

: هو تفاعل يحدث فيه انفصام (انقسام) نواة ثقيلة إلى نواتين أخف منها ، وطاقة التماسك لكل نوآليون في آل واحدة أآبر
مما في النواة المنشطرة .
1 – التفاعل النووي المفتعل :

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

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

N H

e O p

1
1
17
8
4
2
14
7

+ → +

U n

239U : يمكن لتفاعل مفتعل أن يُتبع بتفاعلات تلقائية ، مثل قذف نواة اليورانيوم 238 بواسطة نيترون

92
1
0
238
92

+ →

يُتبع هذا التفاعل بتفاعلات تلقائية منها

:

U Np

0e

1
239
93
239
92

− → +

Np Pu

0e

1
239
94
239
93

− → +

2 –

طاقة الكتلة :

الدليل على وجود جسم هو امتلاآه آتلة

. هذه الكتلة تُضفي على المادة طاقة تسمى طاقة الكتلة ، وهي طاقة الوجود .
E = m c هذا ما بيّنه العالم الفيزيائي والفيلسوف أنشتاين في العلاقة الرياضية : 2

(kg)

آتلة الجسم : m
(c ≈ 3 × 108 m/s) سرعة الضوء في الفراغ : c
(Joule) طاقة الكتلة : E

نستعمل في هذا المجال وحدتين أخريين للتعبير عن الطاقة هما

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

1 MeV = 10

6 eV = 1,602 × 10-13 J : (MeV) - الميغا إلكترون فولط

للمزيد

: منشأ الوحدة إلكترون فولط

(1) E = U I

Δt : هي Δt الطاقة الكهربائية الناتجة في ناقل آهربائي خلال مدّة زمنية

(2) Q = I

Δt : وآمية الكهرباء المارة في الناقل خلال هذه المدة هي

محتوى الدرس

β

+ أو β– أو α - آل نواة مصطنعة هي نواة مشعة حسب النمط

-

سواء آان التفاعل النووي طبيعيا أو مفتعلا فإن الأعداد الكتلية

A

1 + A2 = A3 + A والأرقام الذرية تكون محفوظة : 4

Z

1 + Z2 = Z3 + Z4

3

(3) E = Q U :

من ( 1) و ( 2) نستنتج
بالجول E بالكولون لكانت Q بالفولط و U ( لو استعملنا في العلاقة ( 3
1 eV = 1,602 × 10-19 J : 1,602 ، ومنه × 10-19 C × 1 V = 1 eV

مثال

: ما هي الطاقة المرافقة لكتلة الإلكترون ؟

m

e = 9,11 × 10-31 kg آتلة الإلكترون هي

E = m c

2 = 9,11 × 10-31 × (3 × 108)2 = 82 × 10-15 J = 0,51 MeV
3 - الوحدة الموحدة للكتلة :

u

nité de masse atomique : (u.m.a) ما دمنا نتعامل مع آتل صغيرة في هذا المجال نختار وحدة لقياس الكتل نسميها

1 u = 1,66055

× 10-27 kg : بحيث (u) أو اختصارا

, u

: وبالتالي ، mp = 1,6727 × 10-27 kg مثلا : آتلة البروتون

,
m , p

1 0073
1 66055

=

1 6727 =

النقص الكتلي

:

22

Na لو أخذنا آمثال ذرة الصوديوم

11

، فهي تضم في نواتها على 11 بروتون و 11 نوترون .

بيّنت التجربة أن آتلة

11 بروتون + آتلة 11 نوترون أآبر من آتلة النواة ، وهذا ينطبق على باقي الأنوية الأخرى .

ئ

هذا مثال لكي نفهم أين يذهب هذا الفرق في الكتلة

:

لدينا مجموعة من الأشخاص طرق معيشتهم تختلف في آثير من النقاط

. اقتضت الضرورة أن يسافروا في بعثة بحيث يتحتم عليهم أن
يشترآوا في إعاشتهم . إن وجودهم في هذه الحالة يحتم على آل واحد أن يتنازل عن قليل من عاداته التي لا يحتملها الآخرون حتى يمكن له
أن يتعايش في الجماعة .

أين ذهبت آل هذه التنازلات ؟ لقد تحوّلت إلى رابط يمسك أفراد هذه الجماعة إلى بعضهم البعض

.

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

.

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

.
E = Δ m c الطاقة الناتجة هي : 2

4 -

طاقة تماسك النواة :

هي الطاقة المنبعثة من آتل النوآليونات عند تماسكها وهي التي تضمن تماسك النواة

. وبتعريف آخر هي الطاقة التي يوفرها الوسط
الخارجي لنفصل النوآليونات عن بعضها وهي متماسكة في النواة . تعطى هذه الطاقة بالعبارة :

Z m

p

+ (A – Z) mn – m

> 0

آتلة البروتون

: mp

آتلة النوترون

: mn

آتلة النواة

: m

E

l = ( Z mp + (A – Z) mn – m) c2

آتلة البروتون

: mp

آتلة النوترون

: mn

آتلة النواة

: m

سرعة الضوء في الفراغ

: c

4

E =

Δ m c فتزداد طاقة الجملة ب 2 ، Δ m تزداد الكتلة ب

.

Δ m < لأن 0 ، E = Δ m c والعكس هو عندما تتشكل النواة ابتداء من النوآليونات الحرة ، فإن الوسط الخارجي يتلقى الطاقة 2

وآتلة نواة الهيدروجين الثقيل

mn = 1,6750 kg و آتلة النوترون mp = 1,6727 × 10-27 kg مثال : تُعطى آتلة البروتون

2

H

1

احسب طاقة تماسك نواة هذا النظير . . m = 3,3435 × 10-27 kg :
El = (mp + mn – m) c2 = Δ m c2 = 4,2 × 10-30 × 9 × تحتوي النواة على بروتون واحد ونوترون واحد ومنه : 1016

E

l = 2,36 MeV
5 – طاقة التماسك لكل نوآليون :

نعتبر الآن الطاقة التي يمكن بذلها لفك نوآليون واحد من النواة ، وهذه الطاقة هي

A
E

E مع اعتبار أن الطاقة ، l موزعة على آل l

النوآليونات في النواة .

لو نظرنا إلى القائمة في الجدول نلاحظ على سبيل المثال طاقة تماسك نواة اليورانيوم أآبر من طاقة تماسك نواة الحديد ، رغم أن نواة
الحديد أآثر استقرار من نواة اليورانيوم لأن طاقة التماسك لكل نوآليون في نواة الحديد أآبر من طاقة التماسك لكل نوآليون في نواة
اليورانيوم

.

238

U

92 56

Fe

26 7

Li

3 6

Li

3 4

He

2 3

He

2 3

H

1 2

H

1 1

H

1

النواة

E

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

A

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

El

4

He ملاحظة : نلاحظ في الجدول أن نواة الهيليوم

2

هي أصغر نواة ذات استقرار آبير جدا ، وهذا ما يفسر إنبعات هذه الأنوية في نمط

3

He ولا تنبعث أنوية مثل ، α الإشعاع

2 6

Li أو

3

.

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

.

E

l نقدّم للنواة أقل طاقة خارجية
لفك النوآليونات عن بعضها

نوترون

(A – Z) بروتون و Z

نوترون آتلة الجملة هي آتلة النواة

(A – Z) بروتون و Z آتلة الجملة هي آتلة
النوآليونات منفردة

تفكيك

5

(Aston)

6 – منحنى أستون

نستعمل عادة نظير قيمة طاقة التماسك لكل نوآليون ، أي

A
E

− l

والتي تمثل الطاقة اللازمة لنزع نوآليون من النواة

.
. A منحني أستون يدرس تغيرات هذه الطاقة بدلالة العدد الكتلي

8,7 MeV

50 : نلاحظ على منحني أستون نهاية صغرى توافق طاقة ارتباط لكل نوآليون قدرها < A < 75

8,7 .

هذه الأنوية هي الأآثر استقرار MeV الأنوية المحصورة في هذا المجال تملك طاقة تماسك لكل نوآليون قيمتها المتوسطة حوالي

.

من بينها النحاس 63 والحديد 56

<

8 MeV) هذا المجال يوافق الأنوية الثقيلة ، وهي أنوية قليلة الاستقرار ، A البيان يتصاعد ببطء عندما تزداد قيم : A > 100

A
E(

l

<

8 MeV 1 : الأنوية في هذا المجال غير مستقرة (أنوية خفيفة) لأن < A < 20

A
E.

l

7 –

الإندماج النووي :

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

مثال

:

H H He

1n

0
4
2
3
1
2
1

+ → +

17 MeV

الطاقة المتحررة في هذا التفاعل حوالي
طاقة التماسك لكل نوآليون في النواة الناتجة أآبر من طاقة
التماسك لكل نوآليون في آل من النواتين المندمجتين (انظر الجدول أعلاه)

الأنوية المستقرة هي الأنوية التي طاقة تماسكها لكل

8

(موجودة حسابيا) MeV نوآليون حوالي

(

MeV / nucléon)

A
E

l −

A

منحنى أستون

50 75

190

الأنوية المستقرة

اندماج

2

H

4

He

3

H

1

n

6

8 –

الانشطار النووي :

تُستعمل النيوترونات لقذف أنوية ثقيلة لحصول على أنوية

(شظايا)

أخف من النواة المنشطرة

. سبب اختيار النوترون في هذه العملية
هو أن هذا الجسيم معتدل آهربائيا فلا يتنافر مع الأنوية .

الأنوية الناتجة عن الانشطار تكون أآثر استقرار من
النواة المنشطرة

.

مثال

:

U n Sr Xe

1n

0
140
54
94
38
1
0
235
92

+ → + + 2

الأنوية غير المستقرة يمكن أن تتحول بطريقتين

:

يمكنها أن تنشطر إلى نواتين خفيفتين نسبيا تنتميان لمجال الإستقرار

: A > – الأنوية الثقيلة 190

1

مثل (

بعض الأنوية الخفيفة

–

1
2

، H

13

، H

1

يمكنها أن تندمج لإعطاء نواة قريبة من مجال الإستقرار . : ( H
9 – الطاقة المحرّرة في تفاعل نووي

. (

Δ m< إن التفاعلات النووية تُتبع دائما بالتناقص في الكتلة ، أي أن آتلة النواتج دائما أصغر من آتلة المتفاعلات ( 0

ليكن التفاعل النووي التالي

: 1 2 3 4
1 1 2 2 3 3 4 4

A A A A

أنوية أو جسيمات ، فإن

: X بحيث يمكن أن تكون ، ZX+ZX→ZX+ZX

E

lib = (mf – mi) c

وتكون بذلك الطاقة المحرّرة في تفاعل نووي 2

الكتلة الإبتدائية

(مجموع آتل المتفاعلات) : mi

الكتلة النهائية

(مجموع آتل النواتج) : mf

1

n

0
1

n

0
1

n

0
1

n

0
1

n

0

A

الأنوية المستقرة

انشطار
اندماج

(

MeV / nucléon)

A
E

l −

Δ

m = (mX3 + mX4) - (mX1 + mX2) < 0

7

سرعة الضوء في الفراغ

(ثابت أنشطاين) c
Elib = ΔE = E2 – E هي التغير في طاقة الجملة ، أي 1 Elib

مثال

1

احسب الطاقة المحرّرة في التفاعل التالي

: 92 58 34

235 1 149 84 1

U

+0n→ Ce+ Se+30n

m

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

1 u = 1,66

× 10-27 kg
Elib = Δm c الحل : 2

Δ

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

Δ

m = 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

E 2,69 10 167,9 MeV
1,602 10

−
−

− ×
= =−
×

في العدد

931,5 (u) مقدّرة بال Δm مباشرة بضرب (MeV) ملاحظة : يمكن أن نجد الطاقة ب

E

lib = - 0,18 × 931,5 = – 167,7 MeV

مثال

2

احسب الطاقة المتحررة في التفاعل التلقائي التالي

: 226 222 4
88Ra→ 86Rn+2He

m He = 4,001 u

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

E

lib = Δm c الحل : 2

Δ

m = (m Rn + m He – m Ra) = (221,970 + 4,001 – 225,977) = – 6 × 10–3 u
Elib = – 6 × 10-3 × 931,5 = – 5,6 MeV

E

l بواسطة طاقات التماسك Elib التعبير عن

92 58 34

El و Elib نستعمل هذا المثال لإيجاد العلاقة بين

235 1 149 84 1

U

+0n→ Ce+ Se+30n

(1) E

lib = (m Ce + m Se + 2 mn – m U) c2

58 91

l ومنه : 2 ، El = (58 mp + 91 mn – m Ce) c هي : 2 Ce طاقة تماسك النواة

p n

E

Ce

mCe m m
c

= + −

34 50

l بنفس الطريقة : 2

p n

E

Se

m Se m m
c

= + −

2

92 143 l
p n

E

U

mU m m
c

= + −

بتعويض هذه الكتل في العلاقة

( 1) نجد :

Δ

E < 0

الجملة أعطت الطاقة للوسط الخارجي

= −

− Elib El U El Ce El Se

8

القوى الأربعة في الطبيعة

:
1 – قوة التجاذب المادي : هي القوة التي تضمن بقاء الكواآب في مداراتها وتشد الأجسام للأرض .
2 – القوة الكهرومغناطيسية : هي القوة التي تشد الإلكترون إلى جوار النواة ، وهي المسؤولة عن الخصائص الكيميائية والفيزيائية للمادة .
3 – القوة النووية الشديدة : هي القوة التي تمسك مكونات النواة .

4 – القوة النووية الضعيفة : هي القوة التي تسبب تفكيك النواة ( الأنوية المشعّة) .

[جلال المياسى]

شكرا لك لكن يا ريت تحطلنا القوانيين انتاع التناقص الاشعاعي