ما هو الإضمحلال الإشعاعي وما هي نواتجة وانواعة وطبيعتة،
مرحبا بكم زوارنا الأعزاء في موقع المرجع الوافي والذي يقدم لكم كل ماتبحثون عنه يسعدنا في مقالنا هذا أن نقدم لأبنائنا الطلاب والطالبات درس في الفيزيا للعام الدراسي 1444 موضوع مقالنا هو، ما هو الإضمحلال الإشعاعي وما هي نواتجة وانواعة وطبيعتة.
ما هو الإضمحلال الإشعاعي وما هي نواتجة وانواعة وطبيعتة؟
الاضمحلال الإشعاعي، يُعرف بأنه تفكك تلقائي للنويدات غير المستقرة ، وهو عملية عشوائية حيث لا تتحلل جميع النوى في العينة في وقت واحد ، و تطلق فيها نويات الذرات الغير المستقرة الإشعاع أو جسيمات مأيـِّنة أو آشعة ذات طاقة عالية من نواتها.
ببساطه " هو ظاهرة فيزيائية تحدث في الذرات غير المستقرة للعناصر ، وفيه تفقد نواة الذرية بعض جسيماتها وتتحول ذرة العنصر إلى عنصر آخر أو إلى نظير آخر من العنصر ذاته "
عادة ما يكون هذا الإشعاع على شكل جسيمات ألفا (نواة ذره الهليوم) ، أو جسيمات بيتا (إلكترونات أو بوزيترونات) ، أو أشعة جاما (فوتونات عالية الطاقة) ، حيث تتناقص طاقة النواة مما يجعلها أكثر استقرارًا ، وفي جميع عمليات الاضمحلال يتم الحفاظ على الكتلة والشحنة
.. يعود اكتشاف النشاط الإشعاعي الطبيعي أو التحلل الإشعاعي إلى العالم أنتوني هنري بيكريل عام 1896 ، وذلك عندما كان يبحث في مختبره في معهد التقنيات العليا في باريس في كيفية تصوير الأشعة السينية وإظهارها على صفائح فوتوغرافية من صنعه.
حيث لاحظ خلال محاولاته تأثر الصفائح في الظلام رغم عدم قذفها بأشعة أخرى ، وكان يدرس موادا فسفورية تتميز بأنها تضيء في الظلام بعد تعرضها للضوء .
.. قام هنري بيكريل بتجربة في عام 1896 : بأن قام بلف الشرائح الفوتوغرافية في ورق أسود ووضع عليها بعضا من المواد الفسفورية ، فلم تسود اللوحات الفوتوغرافية .. ، ولكن عندما وضع أملاحا من اليورانيوم على اللوحات الفسفورية المغطاة بورق أسود وجد أنها اسودت ، دليل على خروج أشعة من أملاح اليورانيوم تنفذ خلال الورق الأسود. وسماها في سنة 1896 إشعاعات يورانيومية.
.. وأثبت بكريل أن الإشعاع الذي اكتشفه يصدر من جميع مركبات اليورانيوم وعن اليورانيوم الفلزي أيضًا بما يعني أن مصدر الإشعاع هو ذرة اليورانيوم ، واتضح له أن هذا الإشعاع يحدث بصورة تلقائية مستمرة لا تؤثر عليه المؤثرات الخارجية من ضغط ودرجة حرارة ولهذا سمى إشعاع اليورانيوم بـ " إشعاع نشط "
وفي عام 1898م قام بيير كوري وزوجته ماريا باكتشاف النشاط الإشعاعي للثوريوم ، وأيضا اكتشفا في نفس السنة عنصرين جديدين يوجدان في خامات اليورانيوم: العنصر الأول أطلق عليه الراديوم وهو عنصر أقوى في نشاطه الإشعاعي من اليورانيوم بمليون مرة بينما العنصر الثاني أطلقا عليه البولونيوم ..
وبعد 10 سنوات اكتشف رذرفورد في عام 1908م الغاز النشط إشعاعيا - الرادون - بواسطة التحليل الطيفي.
" الفرق بين الانحلال الإشعاعي والتحول الكيميائي " ...
يختلف الانحلال الإشعاعي عن التحول الكيميائي في أن :-
1. الانحلال الإشعاعي عملية تلقائية مستمرة
2 . يعتمد على العنصر المشع ولا يرتبط بالمركب الكيميائي
3 . لا يتوقف على الظروف الفيزيائية (الضغط، درجة الحرارة)
4. تنطلق منه طاقة هائلة
نواتج الإضمحلال الإشعاعي
.. ناتج الاضمحلال في الفيزياء هو نويدة ناتجة من الاضمحلال الإشعاعي من النويدة الأصل ، ونواتج الاضمحلال لها أهمية كبيرة في فهم الاضمحلال الإشعاعي وكيفية التعامل مع النفايات المشعة.
.. في الواقع فإن نواتج الاضمحلال تكون نفسها نشطة إشعاعيا ، ونتيجة لذلك فإن معظم النيوكليدات المشعة لا يوجد لها ناتج اضمحلال , ولكن سلسلة اضمحلال , " كما ذكرناه سابقا " حتى تصل أخيرا إلى نيوكليد ثابت .
العناصر التي لها عدد ذري أعلى من الرصاص , غالبا ما يكون ناتج اضمحلالها نظير من نظائر الرصاص ، وغالبا ما يكون الرصاص هو النقطة الثابتة التي تتوقف عندها سلسلة الاضمحلال ، وفي كثير من الحالات تكون نواتج الاضمحلال في السلسلة أكثر نشاطا من النيوكليد الأصلي ، فالبرغم من أن اليورانيوم في حالته النقية ليس من المواد الخطرة إشعاعيا, فإن بعض أجزاء البيتش بليند الطبيعية " خام اليورانيوم " خطيرة للغاية ، نظرا لأنها تحتوى على الراديوم ، وبالمثل فإن غاز الغلاف من الثوريوم له نشاط إشعاعي قليل عندما يكون جديدا, وبعد تخزينه لعدة شهور يزداد هذا النشاط الإشعاعي.
بالرغم من أنه لا يمكن توقع ما إذا كان أيا من ذرات المادة النشيطة إشعاعيا سوف تضمحل خلال وقت معين إلا أن نواتج الاضمحلال للمادة يمكن توقعها ، وبسبب ذلك فإن نواتج الاضمحلال ذات أهمية للعلماء الذين يحاولوا معرفة كمية أو نوع المادة الأصلية ، وتجرى مثل هذه الدراسات لقياس معدلات التلوث (بداخل وحول الأماكن النووية) , وأيضا في مجالات أخرى
أنواع الإضمحلال الإشعاعي
الأنواع المعروفة من الاضمحلال الإشعاعي هي :
" اضمحلال ألفا " و " اضمحلال بيتا " بالإضافة إلى " انبعاث البوزيترون " و " اصطياد الإلكترون " وكذلك " التصاوغ النووي " ، ولكن اضمحلال ألفا هو الوحيد من بين هذه التفاعلات القادر على تغيير العدد الكتلي بمقدار 4 بين النويدة الأم والنويدة الوليدة ، أما اضمحلال بيتا فلا يغيره ؛ ذلك لأن اضمحلال بيتا هو فقد النويدة الأم إلكترون أو بوزيترون لينشأ عنصر (وليدة) قد يكون مشعا هو الأخر أو غير مشع.
1- اضمحلال ألفا.
ويمثل اضمحلال ألفا تفكك النواة الأم إلى اصغر نواة من خلال انبعاث نواة ذرة الهيليوم ، وتتكون جسيمات ألفا من بروتونين ونيوترون مرتبطان ببعضهما البعض في جسيم مماثل لنواة الهيليوم ، وبسبب كتلته الكبيرة أكثر من 7000 ضعف كتلة جسيم بيتا وشحنته ، فإنه يؤين المواد الثقيلة وله مدى قصير جدا.
2- اضمحلال بيتا.
يمثل اضمحلال بيتا تفكك النواة الأم إلى النواة الأصغر من خلال انبعاث جسيم بيتا، وجسيمات بيتا هي إلكترونات عالية الطاقة أو عالية السرعة أو بوزيترونات تنبعث من بعض أنواع النوى المشعة مثل البوتاسيوم 40 ، وتحتوي جسيمات بيتا على مدى أكبر من الاختراق من جسيمات ألفا ، ولكنها لا تزال أقل بكثير من أشعة جاما، كما أن جسيمات بيتا المنبعثة هي شكل من أشكال الإشعاع المؤين المعروف أيضًا باسم أشعة بيتا.
3- اضمحلال چاما.
اضمحلال چاما هو تفكك النواة الأم إلى اصغر نواة أيضا من خلال انبعاث أشعة چاما " الفوتونات عالية الطاقة " ، وأشعة چاما هي أشعة كهرومغناطيسية أي فوتونات عالية الطاقة وذات تردد عالي جداً وطاقة عالية ، ويتم إنتاجها من خلال تحلل النوى أثناء انتقالها من حالة طاقة عالية إلى حالة منخفضة تعرف باسم اضمحلال غاما ، ومعظم التفاعلات النووية مصحوبة بانبعاث جاما.
طبيعه الإضمحلال الإشعاعي
بعد التعرف على أنواع وطرق الإضمحلال الإشعاعي من الموضوعات السابقة سنقوم بتفسير طبيعة الإضمحلال الإشعاعي وهي كالتالي :
تتكون النوى الذرية من بروتونات ونيوترونات تجذب بعضها البعض عبر القوة النووية ، بينما تتنافر البروتونات بعضها عن طريق القوة الكهرومغناطيسية بسبب شحنتها الموجبة ، وتتنافس هاتان القوتان مما يؤدي إلى استقرار مختلف من النوى ، ولا يوجد سوى تركيبات معينة من النيوترونات والبروتونات ، التي تشكل نويات ثابتة والنيوترونات تثبت النواة لأنها تجذب بعضها البعض والبروتونات ، مما يساعد على تعويض التنافر الكهربي بين البروتونات.
نتيجة لذلك فمع زيادة عدد البروتونات هناك حاجة إلى نسبة متزايدة من النيوترونات إلى البروتونات لتشكيل نواة مستقرة ، وإذا كان هناك عدد كبير من النيوترونات تمتثل أيضا لمبدأ استبعاد باولي أو عدد قليل جدا من النيوترونات لعدد معين من البروتونات ، فإن النواة الناتجة ليست ثابتة وتخضع للاضمحلال الإشعاعي ، ومعظم الذرات الموجودة في الطبيعة مستقرة ولا تنبعث منها جزيئات أو طاقة تتغير بمرور الوقت ، ومن العناصر الـ 82 الأولى في الجدول الدوري ، فإن 80 منها لديها النظائر التي تعتبر مستقرة.
قوانين الاضمحلال النووي :-
في تحليل التفاعلات النووية ، نطبق قوانين الحفظ العديدة وتخضع التفاعلات النووية لقوانين الحفاظ الكلاسيكية كالزخم ، والزخم الزاوي ، والطاقة بما في ذلك طاقة الطرد ، وقوانين الحفظ الإضافية غير المتوقعة من قبل الفيزياء الكلاسيكية و هي :
1- قانون حفظ عدد ليبتون
2- قانون حفظ رقم باريون
3- قانون حفظ الشحنة الكهربائية
ويتم إطاعة بعض هذه القوانين في جميع الظروف ، والبعض الآخر ليس كذلك ، نفترض أن عدد البروتونات وعدد النيوترونات محفوظة بشكل منفصل سنجد الظروف التي لا تكون فيها هذه القاعدة صحيحة ، وعندما نفكر في ردود الفعل النووية غير النسبية فإن هذا صحيح في جوهره ، ومع ذلك عندما نفكر في الطاقات النووية النسبية أو تلك التي تنطوي على التفاعلات الضعيفة ، سنجد أنه يجب تمديد هذه المبادئ .
القوانين الأساسية للتفاعلات
1- الحفاظ على النيوكليونات ، والعدد الكلي من النيوكليونات قبل وبعد التفاعل هو نفسه
2- الحفاظ على الشحن ، ومجموع الرسوم على جميع الجسيمات قبل وبعد رد الفعل هي نفسها
3- الحفاظ على الزخم ، والزخم الكلي للجسيمات المتفاعلة قبل وبعد التفاعل هو نفسه
4- الحفاظ على الطاقة ، يتم الحفاظ على الطاقة بما في ذلك طاقة الكتلة في التفاعلات النووية.