لخّصلي

(1-6) درس النواة

  -       وصف النواة :

+ مكوناتها :

·      البروتونات : الجسيم الوجيد المشحون داخل النواة وشحنته موجبة .

·      النيوترونات : مكتشفها شادويك وهي غير مشحونة .

+ شحنتها :

الشحنة الأساسية .

    -       وحدة الكتلة الذرية تساوي 1/12 من كتلة ذرة الكربون 12 .

    -       العدد الكتلي : يساوي مجموع عدد البروتونات وعدد النيوترونات في النواة .

    -       كتلة النواة :

                       A العدد الكتلي             u وحدة الكتلة الذرية

    -       علل : الكتل الذرية للعناصر لا تساوي عددا صحيحا .

لأنه يمكن أن يكون لذرات العنصر الواحد كتلا مختلفة .  

    -       النظائر : أشكال مختلفة للذرة نفسها لها كتل مختلفة ولها الخصائص الكيميائية نفسها .

    -       النويدة : جزء صغير جدا في مركز الذرة موجب الشحنة وتتركز فيها معظم كتلة الذرة .

    -       لجميع نويدات العنصر عدد البروتونات نفسه وأعداد نيوتروات مختلفة .

    -       جميع نظائر العنصر المتعادل كهربائيا لها نفس العدد من الإلكترونات حول النواة .

    -       عدد النيوترونات :

لذري

     -       القوة النووية القوية : قوة كبيرة جدا تربط مكونات النواة وهي نفس القوة بين البروتونات والبروتونات  أو البروتونات و النيوترونات أو النيوترونات والنيوترونات .    

+ مداها : القوة النووية قوية مداها قصير ويساوي نصف قطر البروتون .

+ أهميتها : قوة تجاذب تحافظ على بقاء النيوكليونات " البروتونات والنيوترونات " في النواة .

 -  علل : يجب بذل شغل لإخراج النيوكليون خارج النواة .

للتغلب على قوة التجاذب .

     -       طاقة الربط النووية : الطاقة المكافئة لنقص كتلة النواة .

     -       الطاقة المحتواة في المادة :

      E الطاقة المحتواة في المادة

        m الكتلة

         c سرعة الضوء

     -       نقص الكتلة : الفرق بين مجموع كتل مكونات النواة منفردة وكتلتها الكلية مشتملة ,

  نقص الكتلة = كتلة النظير – ( كتلة البروتونات والإلكترونات + كتلة النيوترونات )

     -       علل : طاقات الربط النويية جميعها تكون سالبة .

لأن طاقة البروتونات والنيوترونات المنفردة التي تتكون منها النواة .

     -       جهاز مطياف الكتلة يقيس كتل النويدات مع جميع إلكتروناتها .

     -       علاقة طاقة ربط النوية بكتلة النواة :

معدل طاقة الربط لكل نوية

• 
  

  معظم الأنوية الثقيلة ترتبط بقوة أكبر من الأنوية الخفيفة .

  
  


• 
  

  طاقة الربط النووية لكل نوية تصبح أكثر سالبية كلما ازداد العدد الكتلي حتى القيمة 56 " العدد الكتلي للحديد "

  
  


• 
  

  نواة الحديد Fe   5626 من أكثر الأنوية ترابطا .

  
  


• 
  

  تصبح الأنوية أكثر استقرارا كلما اقترب عددها الكلي من العدد الكلي للحديد .

  
  


• 
  

  الأنوية التي أعدادها الكلية أكبر من الحديد تكون أقل ترابطا وأقل استقرارا .

  
  

    -       التفاعل النووي الطبيعي :

+ حدوثه : يحدث اضمحلالا طبيعيا تلقائيا عند الأعداد الكتلية الأكبر من 56 .

+ ينتج عنه ..

·      تتحول النواة إلى نواة أخرى أصغر وأكثر استقرارا .

·      تتحرر طاقة على شكل جسيم مشع ذي كتلة وطاقة حركية .

    -       عندما تكتسب الأنوية الصغيرة نيوكليونات فإن النواة الناتجة ..

·      لها طاقة ربط نووية أكثر سالبية .

·      أكثر استقرارا .

    -       تطبيقات في مجال الفيزياء النووية :

+ استخدام عنصر الراديوم المشع في الطب .

+ استخدام مسارعات البروتون في التطبيقات الطبية .

+ استخدام الأنشطار النووي في التطبيقات العسكرية ، وفي التطبيقات السليمة .

(2-6) الاضمحلال النووي والتفاعلات النووية

   -       المواد المشعة : المواد التي تنبعث منها إشعاعات تلقائيا وهذه الإشعاعات لها قدرة على النفاذ .

    -       علل : لاحظ بيركل ان لون الصفائح الفوتوجرافية التي تغطي اليورانيوم وتحجب الضوء عنه أصبح ضبابيا .

لأن نوعا من الأشعة المنبعثة من اليورانيوم قد نفذت من الصفائح .

    -       تضمحل النواة عند انتقالها من حالة أقل استقرارا إلى حالة أكثر استقرارا تلقائيا .

    -       الإضمحلال الإشعاعي :

+ اكتشافات رذرفورد ورفاقه :

·      عنصر الرادون يتحول تلقائيا إلى نواة أخف و إلى نواة هيليوم خفيفة .

·      مركبات اليورانيوم تنتج 3 أنواع من الإشعاع سميت ألفا ، بيتا ، جاما .

+ تم الفصل بين الإشعاعات اعتمادا على قدرتها على اختراق المواد ...

·      يلزم صفيحة رقيقة من الورق لإيقاف جسيمات ألفا .

·      يلزم سمك 6mm من الألمنيوم لإيقاف معظم جسيمات بيتا .

·      يلزم سمك عدة سنتمترات من الرصاص لإيقاف إشعاع جاما .

    -       اضحمالا أو انبعاث ألفا : عملية اضمحلال إشعاعي ينبعث فيها جسم ألفا من النواة .

    -       تحولات نواة العنصر عند بعث

اضمحلال إشعاعي يتحول فيها نيوترون إلى بروتون يبقى في النواة وجسيم بيتا وضديد النوترونو

    -       تحولات نواة العنصر عند بعث بيتا :

عملية اضحملال إشعاعي يتم فيها إعادة توزيع الطاقة داخل النواة لكل دون تغير في العدد الكتلي أو مقدار الشحنة .

+ سبب حدوثه : ينتج انبعاث جاما نتيجة إعادة توزيع الطاقة داخل النواة بعد انبعاث ألفا أو بيتا منها .

    -       سلسة الاضمحلالات الإشعاعية :

+ وصفها : سلسة من انبعاثات ألفا وبيتا وجاما تتحول بعدها النواة إلى نواة مستقرة .

+ من أمثلتها : تحول اليورانيوم المشع U 238 52 على نظير الرصاص المستقر Pb 209 82

-   التفاعلات النووية : عملية تحدث عندما يتغير عدد النيوترونات أو عدد البروتونات   أو جسمات ألفا أو إلكترونات .

    -       التفاعلات النووية تصنف من حيث الطاقة إلى ...

+ تفاعلات نووية ينتج عنها طاقة .

+ تفاعلات نووية تحدث عندما تزود بالطاقة .

    -       أنواع التفاعلات النووية :

+ الاضحمال .

+ الانشطار النووي .

+ انبعاث جسيمات عند اصطدام جسيم مع النواة المشعة .

+ الاندماج النووي .

    -       وصف التفاعلات النووية :

+ بالكلمات .

+ بالتمثيل البياني .

+ بالمعادلات النووية .

    -       حفظ العدد الكتلي : مجموع الأعداد الكتلية " الأعداد العلوية " في طرفي المعادلة النووية متساوي .

    -       حفظ العدد الذري : مجموع الأعداد الذرية " الأعداد السفلية " في طرفي المعالة النووية متساوي .

    -       عمر النصف : الفترة الزمنية اللازمة لاضمحلال نصف ذرات أي كمية من نظير عنصر مشع .

 إيجاد عمر عينة من مادة عضوية بقياس كمية الكربون 14 المتبقية .

+ حساب عمر الأرض اعتمادا على اضملال اليورانيوم إلى الرصاص .

    -       النشاطية " معدل الاضمحلال " : عدد انحلالات المادة المشعة كل ثانية .

+ وحدة قياسها : اضمحلال / ثانية " البيكرل Bq ".

+ العوامل المؤثرة فيها :

·      عدد الذرات المشعة الموجودة في العينة : تتناسب النشاطية طرديا مع عدد الذرات .

·      عمر النصف للمادة المشعة : عمر النصف الأقصر يعني نشاطية أكبر .

    -       يمكن تحديد عمر النصف لمادة بمعرفة :

+ نشاطية المادة . 

+ كتلة المادة .

    -       النظائر المشعة المنتجة اصطناعيا :

+ إنتاجها : يمكن انتاج نظائر مشعة من النظائر المستقرة بقذفها بجسيمات ألفا أو ببروتونات أو إلكترونات أو أشعة جاما .

+ الإشعاعات التي تصدرها :

·      جسيمات ألفا

·      جسيمات بيتا

·      إشعاع جاما

·      نيوترينو

·      ضديد النيوترينو

·      يوزترون " ضديد الإلكترون "

    -       من استخداماتها :

+ في البحوث الدوائية والطبية :

يعطى المريض نظائر مشعة تمتصها أعضاء محددة من الجسم ثم باستخدام عداد الإشعاع يتم مراقبة الإشعاع في ذلك العضو .

+ التصوير الطبقي للدماغ PET :

·      يحقن الدماغ بسائل يحوي نظائر مشعة مثل F 10 9 ترتبط مع الجزء الذي سوف يتمركز في الأنسجة تحت العلاج .

يضمحل F 10 9 منتجا بوزترونات تفنى عندما تتحد مع الإلكترونات منتجة أشعة جاما .

·      يكشف جهاز المسح PET عن أشعة جاما وبعدها يكون الحاسوب خريطة ثلاثية الأبعاد لتوزيع النظير .

+ تدمير الخلايا السرطانية :

·      معالجة مرضى السرطان بأشعة جاما المنبعثة من الكوبالت .

·      يحقن نظير اليود المشع في الغدة الدرقية المصابة بالسرطان .

     -       الانشطار النووي : عملية تنقسم فيها النواة إلى نواتين أو أكثر ونيوترونات وطاقة .

     -       الطاقة المحررة من التفاعل :

+ فرق الكتلة بين النواتج والمتفاعلات في تفاعل الانشطار النووي يتحول إلى طاقة .

+ الطاقة المحررة تظهر على شكل طاقة حركية لنتائج الانشطار .

     -       التفاعل المتسلسل : عملية مستمرة ومتكررة من التفاعلات الانشطار سببها تحرير نيوترونات من تفاعل الانشطار الأول .

     -       النيوترونات المحررة نتيجة انشطار اليورانيوم :

+ معظم النيوترونات المحررة نتيجة انشطار اليورانيوم U 235 92 سريعة جدا .

+ اليورانيوم U 238 92  يمتص النوترونات السريعة ولا ينشطر وإنما يتحول إلى ذرات U 239 92

+ امتصاص U 238 92 للنيوترونات يمع معظمها من الوصول إلى ذرات U 235 92 الانشطارية لذا فمعظم النيوترونات المتحررة غير قادرة على إحداث انشطار لذرة أخرى من U 235 92 .

    -       علل : يجب إبطاء سرعة النيوترونات المحررة نتيجة انشطار اليورانيوم U 285 92 .

لأن اليورانيوم U 285 92 يمتص النيوترونات البطيئة بسهولة فيحدث التفاعل المتسلسل .

نيوترونات السريعة .

+ عمله : المهدئ يبطئ الكثير من النيوترونات السريعة عند اصطدامها بذرات المهدئ حيث ينقل عزم وطاقة النيوترون إلى تلك الذرة .

    -       السيطرة على التفاعل المتسلسل :

·      الهدف منه : إمكانية استخدام الطاقة الناتجة منه .

·      آلية عمله : تفتيت اليورانيوم على قطع صغيرة ووضعها في المهدئ .

     -       تخصيب اليورانيوم :  عملية زيادة نظير اليورانيم القابل للانشطار بإضافة كمية أكبر من اليورانيوم U 235 92 .

     -       الهدف من تخصيب اليورانيوم هو إمكانية حدوث التفاعل المتسلسل .

+ أهمها : سلسلة بروتون-بروتون

+ أماكن حدوثها :

·      في الشمس .

·      في القنبلة الهيدروجينية .

·      في القنبلة الحرارية النووية .

(3-6) درس وحدات بناء المادة

      المسار الخطي :

+ استخداماته : مسارعة الجسيمات المشحونة " البروتونات " ، الإلكترونات " لتكسبها طاقة كبيرة .

+ مكوناته :

      ·      سلسة من الأنابيب المجوفة داخل حجرة طويلة مفرغة .

      ·      الأنابيب موصولة بمصدر جهد متناوب عالي التردد كي يتكون مجال كهربائي في الفجوة بين الأنابيب ولا يكون هناك مجال كهربائي داخل الأنبوب نفسه .

+ علل : البروتونات تتحرك بسرعة ثابتة داخل أنبوب المسارع الخطي .

لعدم وجود مجال كهربائي داخل الأنبوب .

    -       السنكروترون : مسار دائري تستخدم فيه المغانط لضبط المسار وتسارع الجسيمات .

     -       علل : يصنع السنكروترون ليكون أصغر باستخدام المجال المغناطيسي .

لأن المجال المغناطيسي يعمل على ثني مسار الجسيمات فيصبح دائريا .

    -       مناطق التسارع :

+ المناطق المستقيمة : يعمل الجهد المتناوب عالي التردد على مسارعة الجسيمات .

+ مناطق الثني المغناطيسي : تفصل بينها مناطق تسارع .

+ يتم اختيار شدة المجال المغناطيسي وطول المسار بحيث تصل الجسيمات إلى موقع المجال الكهربائي المتناوب بالضبط عندما تعمل قطبية المجال على تسارعها .

    -       ضديد البروتون :

+ المقصود به : جسيم له كتلة البروتون نفسها لكن شحنة معاكسة .

+ شعاع البروتون وضديد البروتون ينتقل في اتجاهات متعاكسة في المسار الدائري في السنكروترون .

+ طرائقه :

       ·      باستخدام الفيلم الفوتوغرافي الكاشف .

       ·      باستخدام المواد الفلورية .

       ·      عن طريق تأيين المادة .

+ الأجهزة المستخدمة :

       ·      عداد جايجر – مولر .

       ·      حجرو غيمة ولسون .

       ·      الكاشف التصادمي .

       ·      حجرة الفقاعة .

       ·      حجرات سلك .

    -       عداد جايجر :

+ استخداماته : الكشف عن الجسيمات المشحونة وأشعة جاما .

+ محتوياته : يحتوي أنبوب عداد جايجر – مولر على ..

      ·      أسطوانة نحاسية ذات شحنة سالبة .

      ·      سلك شبك موجب الشحنة يوضع أسف الأسطوانة .

    -       علل : في عداد جايجر يوضع سلك شبك موجب الشحنة أسفل الأسطوانة ذات الشحنة السالبة .

حتى يبقى فرق الجهد المطبق على السلك والأسطوانة دون النقطة التي يحدث عندها التفريغ التلقائي للشحنات 

  -       حجرة غيمة ولسون :

+ المقصود بها : عبارة عن حجرة تحتوي منطقة مشبعة ببخار الماء أو بخار الإيثانول .

+ استخداماتها : الكشف عن جسيمات المشحونة .

    -       حجرة الفقاعة :

+ عملها :

·      تعبر الجسيمات المشحونة خلال سائل تبقى درجة حرارته فوق درجة الغليان .

·      مسار الأيونات يسبب تكون فقاعات بخار تحدد مسارات الجسيمات .

    -       حجرات سلك :

+ وصفها :

·      حجرة تشبه أنابيب جايجر – مولر العملاقة .

·      تفصل الصفائح الكبيرة بواسطة فجوة صغيرة مملوءة بغاز ذي ضغط منخفض .

+ عملها : عند عبور جسيم خلال الحجرة يحدث التفريغ الكهربائي في مسار الجسيم فيكشف الحاسوب عن التفريغ ويسجل موقعه .

    -       الكاشف التصادمي :

+ استخداماته : الكشف عن الجسيمات المتعادلة كهربائيا .

+ مبدأ عمله : الكشف عن الجسيمات المتعادلة باستخدام قوانين حفظ الطاقة وحفظ الزخم في التصادمات .

+ عمله : الكاشف التصادمي يعمل كآلة تصوير لتكوين صورة حاسوبية لحلات التصادم .

    -       ضديد الجسيم :

+ من أمثلتها :

·      البوزترون " الإلكترون الموجب " ضديد الإلكترون .

·      للإلكترونات والبوزترون الكتلة نفسها ، ولهما مقدار الشحنة نفسها .

·      عند تصادمهما يفني كل منهما الآخر وتنتج طاقة على شكل أشعة جاما .

    -       الجسيمات النووية :

+ جسيمات ألفا : تنبعث من النواة المشعة أحادية تعتمد على النواة المضمحلة .

+ أشجة جاما تنبعث من النواة المشعة بطاقات أحادية تعتمد على النواة المضمحلة .

+ جسيمات بيتا :

      ·      تنبعث بمدى واسع من الطاقات .

      ·      توقع العالمان باولي وفيرمي وجود جسيم متعادل غير مرئي ينبعث مع جسيم بيتا سمي ضديد النيوترينو تمت ملاحظته مباشرة عام 1956 .

+ الميون : جسيم في النواة يبدو كإلكترون ثقيل .

    -       النموذج المعياري : نموذج بناء وحدات تتوزع فيه الجزيئات على ثلاث مجموعات هي الكواركات واللبتونات وحاملات القوة .

    -       الكواركات : حسيمات صغيرة تكون البروتونات والنيوترونات والبيونات .

    -       اللبتونات : مجموعة من الجسيمات تكون الإلكترونات والنيوترونات .

    -       حاملات القوة : جسيمات تنقل أو تحمل القوى في المادة .

    -       الباريونات : جسيمات تتكون من ثلاثة كواركات ، من أمثلتها : البروتونات والنيوترونات
    -       الميزونات : جسيمات تتكون من زوج من الكوارم وضديد الكوارك ، من أمثلتها : البيون

 -       نموذج الكوارك :

+ وصفه :

     ·      كل نيوكليون مكون من  3كواركات .

     ·      البيون مكون من 2 من الكواركات .

    -       علل : لا يمكن مشاهدة الكواركات الحرة المنفردة .

لأن القوة القوية التي تبقيها مجتمعة معا تصبح أكبر كلما اندفعت الكواركات ليبتعد بعضها عن بعض .

   -    مقارنة

  -       البروتون
 مكوناته : اثنين من الكواركات العلوية u و كوارك واحد سفلي d .

+ رمزه : p=uud .

+ شحناته :

(+2/3e)+(+2/3e)+(-1/3e ) = +e

    -        النيوترون :

     ·      مكوناته : كرارك واحد علوي u و اثنين من الكواركات السفلية d .

     ·      رمزه : p=udd

  شحنته : (2/3 e) + (-1/3e)+(-1/3e) = 0

    -       معادلة أينشتين لتكافؤ الطاقة والكتلة :

E=mc2

    -       إنتاج الزوج : تحول الطاقة إلى الجسيمات الزوج " مادة وضديد المادة " .

 
+ من أمثلته :

     ·      الإلكترون10e- والبوزترن10e+.

     ·      النيوترينو 00V وضديد النيوتينو 00V .

 ·      الجسيم وضديده متماثلان تماما .

     ·      شحنة ضديد الجسيم معاكسة لشحنة الجسيم .

+ اصطدام الجسيم وضديده : عندما اصطدمهما يفني كل منهما الآخر ويتحولان إلى فوتونات أو إلى جسيم وضديد جسيم أخف وطاقة .

    -       زوج الإلكترون – البزترون :

+ إنتاجه : عبور شعاع جاما طاقته 1.02 MeV قرب نواة قد ينتج زوج البوزترون – الإلكترون وفائض الطاقة يظهر على شكل طاقة حركية للبوزترون والإلكترون .

       + اتجاه حركته : الجسيم وضديد الجسيم يتحركان في اتجاهين متعاكسين بفعل المجال المغناطيسي حول حجيرة الفقاعة

يغني كل منهما الآخر وينتج إشعاعان أو ثلاثة من جاما طاقتها الكلية لا تقل عن 1.02 MeV .

    -       القوى النووية الضعيفة : قوة ضعيفة تؤثر في انبعاث بيتا داخل النواة .

    -       اضمحلال النيوترون :

+ علل : انطلاق إلكترونات من النواة بالرغم من عدم احتوائها على إلكترونات .

لأن النيوترون في النواة يضمحل إلى بروتون وينبعث جسيم بيتا .

    -       اختبار النموذج المعياري :

+ عائلات الكواركات واللبنونات :

     ·      عائلة اليد اليسرى : تتكون من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات .

     ·      المجموعة الوسطى : توجد في الأشعة الكونية وتنتج في مسارعات الجسيمات .

     ·      عائلة اليد اليمنى : نتجت عن تصادمات عالية الطاقة .

     -       النموذج المعياري ليس نظرية لأنه لا يفسر ..

+ كتل الجسيمات .

+ لماذا توجد ثلاثة عائلات من الكواركات واللبتونات .

    -       التفاعلات الرئيسية الأربعة :

+ أنواعها :

     ·      التفاعلات الضعيفة .

     ·      التفاعلات القوية .

     ·      تفاعلات التجاذب .

     ·      التفاعلات الكهرومغناطيسية .

    -       مقارنة :

عمل الطالبه : ليان حمد محمد الحربي
الصف: ثالث 3