مدخل للطاقة النووية


(م باسل وردان) #1

تركيب النواة
ان الذرة تتكون من جزأين اساسيين :
النواة التي تقع في مركزها وتتركز فيها كتلة الذرة والالكترونات التي تدور حولها والتي يمكن اهمال كتلتة الالكترون مقارنة بكتلة مكونات النواة
وتتألف نوى ذرات جميع العناصر من دقائق أهمها البروتونات والنترونات والتي يتغير عددها بتغير العنصر ويطلق على كل من البروتون والنترون اسم مشترك هو النوكليون
كتلة البروتون 1,0073 من واحدة الكتلة الذرية (و.ك.ذ) او FONT=&quot [/font]هو موجب الشحنة
_واحدة الكتل الذرية تساوي 12/1 من كتلة ذرة الكربون وهي تساوي 1,66*10^-27 كغ_
اما النترون فهو معتدل كهربائياً وتبلغ كتلة النترون 1,0087 من (و.ك.ذ) ان كتلة الاكترون بالمقارنة معها يمكن اهماله فكتلته 9*10^-31 كغ
عدد البروتونات هو العدد الذري ومجموع البروتونات والنترونات يسمى عدد الكتلة
[SIZE=5]بما ان شحنة الالكترون سالبة وشحنة البروتون موجبة ولكن متساويتين في المقدار، ولهذا السبب تنشىء بين البروتون في النواة تجاذب مع الالكترون حول النواة وتسمى هذه بقوة تجاذب كولوم الكهربائية. وفي اغلب الأحيان تكون عدد البروتونات مساوياً لعدد الإلكترونات، وهذا يجعل الذرة متعادلة كهربياً[COLOR=#000020][FONT=&quot].

[/font][/color][/size]
طاقة الارتباط:هي الطاقة المنتشرة أثناء تشكل النواة نتيجة نقص كتلة النواة عن مجموع كتل النوكليونات المكونة لها وهي حرة
مثلاًً ًعند اتحاد بروتونين ونترونين (لتشكيل الهليوم) نلاحظ ان
كتلة المكونات=عدد البروتونات كتلة البروتون +عدد النترونات * كتلة النترون
=2 1,0073 +2 1,0087=4,032 و.ك.ذ

بينما كتلة نواة الهليوم 4.0015 و.ك.ذ فنلاحظ انه يوجد نقص في الكتلة هذا النقص في الكتلة يتحول الى طاقة تربط مكونات النواة بعضها ببعض وتحسب هذه الطاقة من علاقة اينشتاين E = mc2

Eالطاقة , m فرق الكتلة , c سرعة الضوء
هذه الطاقة هائلة جدا تقدر بحوالي 200 مليون الكترون فولت من طاقة تتحرر من كل ذرة يورانيوم-235 وتخيل كم عدد الذرات التي تكون في قطعة من اليورانيوم بحكم كرة تنس ولتصور كم الطاقة الهائل المتحرر من انشطارات في ذرات اليورانيوم في هذا الحجم الصغير فغنه يعادل انفجار 20 مليون لتر من الوقود.!!!
بينت الدراسات ان أكثر النوى استقراراً ً هي النوى التي اعداد كتلتها (50_70)حيث تملك طاقة ارتباط كبيرةوفي جين تكون النوى التي اعدادها الذرية اكبر من100 اقلها استقراراً
[SIZE=5]تكون الذرة مستقرة أو أكثر استقراراً بوجه عام في الحالات التالية[FONT=&quot] :

  • [/font]إذا كانت الذرة صغيرة[FONT=&quot].

  • [/font]إذا كان عدد البروتونات والنيترونات مزدوجاًً[FONT=&quot].

  • [/font]إذا اقترب عدد النيترونات من عدد البروتونات[FONT=&quot] .

  • [/font]إذا كان عدد البروتونات مساوياً لعدد النيترونات[FONT=&quot] .

[/font]تطلق الذرة غير المستقرة أشعة وتتحول إلى عناصر أخرى مع مرور الزمن[FONT=&quot].

[/font]نظراً لأن اليورانيوم هو أثقل ذرة بين العناصر الطبيعية في جدول مندلييف، فإنه يكون أقل استقرارا[FONT=&quot].

[/font][/size]
القوى داخل النواة
بما ان النوكليونات داخل النواة مرتبطة ارتباطاً وثيقاً ًفلا بد من وجود قوى جذب هائلة تربط بينها وتمكنها من التغلب على قوى التنافرالكهربائية الساكنة بين البروتونات الموجبة اسم القوى النووية وهي تتميز بالخصائص التالية:
1_لا علاقة لهذه القوى بنوع النوكليون
2_تكون قوى تجاذبية عندما يتراوح البعد بين النوكليونات(0,5_1,5) 10^-13 سم
3_تتحول الى تنافرية ًعندما يصبح البعد أقل من 0.5 10^-13 سم لتمنع تلامي النوكليونات
وهذا ما يفسر استقرار نواة العنصر علي الرغم من وجود
قوي تنافر كهربائية بين بروتوناتهابسبب وجود قوى الترابط النووي بين النيوكليونات والتي
هي اكبر بكثير من قوي التنافر الكهربائية

عمر نصف المادة المشعة (half life )
بينت دراسة سلاسل النشاط الاشعاعي أن سرعة تحول عنصر مشع الى عنصر اخر تختلف باختلاف العنصر وان الزمن اللازم للتحول لايتعلق بالكتلة الابتدائية لمادة المشعة
وقد عرف نصف عمر المدة المشعة بانه:
الزمن الازم لتحول (تفكك)نصف عدد نوى العنصر المشع في عينة منه الى عنصر اخر بدءاً من أية لحظة زمنية ويرمز لها بالرمز ( t 1/2 )
ويلاحظ ان عمر النصف يتوقف على نوع العنصر المشع فقط فهو لايتعلق بالحالة الفيزيائية للعنصر(صلبة, سائلة, غازية) ولايتعلق بالروابط الكيميائية لعنصر كما انه لا يتاثر بتغير الضغط أو درجة الحرارة ولكل نظير غير مستقر عمر نصف محدد خاص به

فعمر النصف للكربون C (14) هو 5570
وعمر النصف للتوريوم Th هو 24 يوماً
عمر النصف للبزموث (214) (20) دقيقة
وعمر النصف للبروتكتنيوم Pa هو 1,14 دقيقة


لتوضيح هذا المفهوم ذكرنا ان نصف العمر من اجل البزموت ( t 1/2 = 20 mi) ، وهذا يعني أنه لو بدأنا بـ (10) غرام من البزموث ، سيبقى (5) غرام منه بعد مرور (20) دقيقة ، وبعد (20) دقيقة أخرى تتحويل الـ (5) غرام من البزموث إلى (2.5) غرام وبعد 20 دقيقة اخرى يبقى لدينا نصف هذه الكمية أي 1,25 غرام … وهكذا





النظائر
قبل حوالي 100 عام او أكثر كان الاعتقاد السائد أن كل الذرات مستقرة مثل ذرة الالومنيوم التي تحدثنا عنها. ولكن في الحقيقة الكثير من الذرات غير مستقرة فعلى سبيل المثال لو اخذنا ذرة نحاس نجد ان هناك نوعين من ذرات النحاس الأول يسمى نحاس 63 والثاني نحاس 65 والنوع الأول موجود في الطبيعة بنسبة تصل إلى 70% بينما النوع الثاني يتواجد بنسة 30%، هذين النوعين من ذرات النحاس يسمى بالنظائر isotopes
نظائر عنصر ما هي ذرات من العنصر ذاته تحوي العدد الذري نفسه(نفس عدد البروتونات) وتختلف بعدد الكتلة (تختلف بعدد النترونات)
لذلك يكون لها نفس الخصائص الكيميائية وتختلف في الخصائص الفيزيائية
النظائر المشعة الصنعية
يتم انتاج النظائر المشعة في المفاعلات النووية وبطرق أخرى ومنها تصويب قذائف مناسبة على نوى بعض العناصر غير المشعةوافضل القذائف هي:
النترونات بسبب اعتدالها الكهربائي تليها البروتونات و الديترونات
وتستخدم النظائر المشعة في مجالات عديدة منها:
1_الاغراض الطبية:

اذ يستخدم نظير الراديوم المشع في علاج السرطان ويستخدم بشكل خاص نظير الفوسفور P

المشع في علاج سرطان الدم وايضا نظير الكوبالت يستخدم في علاج بعض انواع السرطان
ويستخدم اليود المشع في علاج الخمول الناشئ في عمل الغدد الدرقية
وقد امكن استخدام نظير الصوديوم المشع كمفتت للاثر فيعطى المريض كمية من ملح الطعام الحاوي على الصوديوم المشع الذي يصل الى دم المكريض ويتم التحري عنه باستخدام كاشف الاشعاع
2_الأغراض الزراعية: فقد تمت زيادة بعض المحاصيل الزراعية باستخدام الاسمدة الاشعاعية وأمكن باستخدام اشعاع الكوبالت انتاج أزهار بالوان مختلفة على النبات نفسه
وتم تحديد كيفية امتصاص الأسمدة,وعملية تسريع انتاج الثمار وتحسين نوعيتها, وتعقيم الحشرات الضارة لمنع تكاثرها والقضاء عليها
14
3_في التاريخ: يستفاد من نظير الكربون C في التأريخ الزمني للكائنات الحية كتقدير عمر الوفاة 6
والمقابر الأثرية هذا النظير الذي يتكون في الغلاف الجوي بفعل النترونات المرافقة للاشعة الكونية ويدخل جسم الانسان عن طريق التغذية وتبقى كميته ثابتة ما دام الانسان حياً, وعند
الوفاة يتوقف دخول الكربون المشع الى جسمه وبمرور الزمن ينقص تركيزه وبعد مرور 5570 سنة(عمر النصف لكربون المشع) يصبح النشاط الاشعاعي في الجسم الميت نصف قمته في الجسم الحي , فمن قياس معدل النشاط الاشعاعي لجزء معين من جسم الكائن الميت وبالاستفادة من منحني التفكك الاشعاعي لكربون المشع يمكن تقدير الزمن الذي انقضى قبل الوفاة
وبهذه الطريقة أمكن تقدير أعمار المومياء والكستحاثات بخطا لا يتجاوز 5%
ويمكن بهذه الطريقة ايضاً تحديد عمر الصخور
[SIZE=5] وهذا ما يدعى بالتأريخ الاشعاعي[COLOR=#3333FF][FONT=&quot]) الاستفادة من ظاهرة النشاط الاشعاعي لمعرفة الفترة
الزمنية التي انقضت على بعض الاحداث(

[/font][/color][/size] [SIZE=5]فوائد المواد المشعة :
تستخدم المواد المشعة والأشعة في كثير من المجالات التي تفيد البشرية .إذ كم أنقذت المواد المشعة الكثير من أرواح البشر وكذلك كم أزهقت الكثير من أرواح البشر. من استخداماتها على سبيل المثال وليس الحصر المجالات التالية[COLOR=#3333FF][FONT=&quot] :

  • [/font][/color]مراكز البحوث العلمية[COLOR=#3333FF][FONT=&quot] .

  • [/font][/color]مستشفيات الطب النووي[COLOR=#3333FF][FONT=&quot].

  • [/font][/color]مجالات صناعية متعددة[COLOR=#3333FF][FONT=&quot] .

  • [/font][/color]المجالات الزراعية المختلفة[COLOR=#3333FF][FONT=&quot] .

  • [/font][/color]تصنيع البطاريات الذرية[COLOR=#3333FF][FONT=&quot].

  • [/font][/color]زيادة طاقة الوقود في الصواريخ[COLOR=#3333FF][FONT=&quot] .

  • [/font][/color]تقدير الأعمار الجيولوجية والحقب الزمنية، وأعمار الصخور وتقدير عمر الإنسان القديم[COLOR=#3333FF][FONT=&quot] .

  • [/font][/color]توليد الطاقة الكهربائية[COLOR=#3333FF][FONT=&quot] .

  • [/font][/color]الاستخدامات الكثيرة في وسائط النقل، مثل البواخر، المحطات الفضائية، وربما تستخدم مستقبلاً كوقود في الطائرات[COLOR=#3333FF][FONT=&quot].

  • [/font][/color]تعتبر المواد المشعة الساعة الزمنية الأزلية وأول ساعة كونية .
    [/size]


    النشاط الاشعاعي(التلقائي)
    [SIZE=5]التحلل النووي يعني أن تطلق النواة جسيماً نووياً مثل ألفا (نواة الهيليوم) أو بيتا الموجبة أو السالبة (إلكترون أو بوزيترون) أو أشعة جاما (أشعة كهرمغناطيسية أي فوتونات ذات طاقة عالية).
    ويطلق على كل ماتطلقه النواة اسم إشعاعات ولو أن بعضها ليست كذلك فعلياً بل هي جسيمات، كما تقدم[COLOR=#3333FF][FONT=&quot].

[/font][/color][/size]
[SIZE=5] في عام 1896 اكتشف العالم بيكرل ان املاح اليورانيوم تطلق اشعة شديدة النفوذ بشكل تلقائي و بدون مؤثر خارجي وبعد عامين في عام 1898 اكتشف الزوجين كوري(ماري كوري Marie Curie وزوجها بيير كوري Pierre Curie) عنصرين مشعين جديدين في خام البتشبلند أسموهما البلوتونيوم والراديوم ، ووجودهما في الخام هو سبب زيادة النشاط الإشعاعي للخام .[B] ،حيث تبين لهما أن جميع خامات اليورانيوم تظهر نشاطاً إشعاعياً متوسطاً باستثناء أحد الخامات والمعروف بإسم خام البتشبلند المستخرج من بوهيميا ، وقد أظهر هذا الخام نشاطاً إشعاعياً يفوق الخامات الأخرى بأربع مرات[COLOR=#3333FF][FONT=&quot] .

[/font][/color][/b] [/size]لماذا تصدر الانوية اشعاعات نووية؟
في الكثير من الحالات تطلق الانوية جسيمات الفا وجسيمات بيتا وكذلك اشعة جاما لتتحول من الحالة المشعة (الحالة الغير مستقرة) إلى الحالة العادية (الحالة المستقرة) فهذه الاشعة اذا هي ناتجة عن الطاقة الاضافية التي تمتلكها النواة ولذلك فهي تتخلص منها بهذه الاشعاعات مثلما تتخلص الذرة من الطاقة الضافية عن طريق اطلاق الفوتونات (الاشعة الكهرومغناطيسية) مثل اشعة اكس. لذلك اشعة جاما
عزل الزوجين مليغرامات قليلة من كلوريد الراديوم RaCl2 ، وقد تطلبت عملية عزل تلك الكمية الضئيلة أكثر من 10.000 عملية بلورة وإعادة بلورة .
وللراديوم نشاط إشعاعي يزيد عن النشاط الإشعاعي لليورانيوم بنحو 1.000.000 مرة ، ولم يتسنى لمدام كوري عزل عنصر الراديوم بشكل نقي إلا عام 1910 . استحق الزوجين كوري جائزة نوبل في الفيزياء بالمشاركة مع بيكريل عام 1903 لدورهما في النشاط الإشعاعي

[SIZE=5]

يتبع…
[/size]


(أبو أنس المصري) #2

2_الأغراض الزراعية: فقد تمت زيادة بعض المحاصيل الزراعية باستخدام الاسمدة الاشعاعية وأمكن باستخدام اشعاع الكوبالت انتاج أزهار بالوان مختلفة على النبات نفسه
وتم تحديد كيفية امتصاص الأسمدة,وعملية تسريع انتاج الثمار وتحسين نوعيتها, وتعقيم الحشرات الضارة لمنع تكاثرها والقضاء عليها

ولكن هل يوجد لهذا الأمر خطورة أم لان وهل من الممكن أن تنتج عن طفرات وراثية قد تكون مؤثرة سلباً على الطبيعة أم لا؟


(محمد حمدى ناصف) #3

تسلم الأيادى

[CENTER][CENTER][CENTER][CENTER][CENTER][[URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/14769618951089002862.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/14769618951089002862.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/14769618951089002862.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/14769618951089002862.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/14769618951089002862.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/14769618951089002862.gif”][size=4][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/14769618951089002862.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/14769618951089002862.gif”][/size]

[URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/2043871743497399936.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/2043871743497399936.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/2043871743497399936.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/2043871743497399936.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/2043871743497399936.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/2043871743497399936.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/2043871743497399936.gif”][size=4][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/2043871743497399936.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/2043871743497399936.gif”][/size]](http://majdah.maktoob.com/vb/up/14769618951089002862.gif)

[/center]

[/center]
[/center]
[/center]


شكرى تقديرى
[/center]