النشاط الإشعاعي الطبيعي

[no1]

[النشاط الإشعاعي الطبيعي

مقدمة :



(2 -1) النشاط الإشعاعي الطبيعي .

(2 -2) أنواع الأشعة المنبعثة من المواد المشعة طبيعياً .

( 2 - 3 ) المصادر الطبيعية للإشعاع الذري .

(2-3-1) الأشعة الكونية .

(2 -3-2) النشاط الإشعاعي الطبيعي في القشرة الأرضية .

(2-3-3) الإشعاع الطبيعي داخل جسم الإنسان .

(2-4) قانون التفكك الإشعاعي .

(2-5) أنواع التفكك الإشعاعي .

(2-5-1) تفكك ألفا .

(2-5-2) تفكك بيتا .

(2-5-3) اضمحلال جاما .

(2-6) نظرية الانحلال الإشعاعي .

(2-7) متسلسلات النشاط الإشعاعي الطبيعي .

(2-8) التفكك الإشعاعي المتزن .

(2-9) الشدة الإشعاعية للعينة .

(2-10)عمر النصف ومتوسط العمر .



المقدمة



يهتم هذا الجزء بمناقشة جزء من الخواص المتغيرة مع الزمن للنوى نقصد بذلك تلك التي تتعلق بالنشاط الإشعاعي للنوى حيث يتميز هذا النشاط بالتحويل من نظام ابتدائي إلى نظام نهائي بصورة تلقائية .إن مسألة حدوث العملية تلقائياً إنما هو أمر يتعلق بالطاقة ، فإذا كانت الطاقة الكلية للنظام النهائي أقل منها في النظام الابتدائي عندئذ يكون بالإمكان حدوث التحول التلقائي .



( 2 - 1 ) النشاط الإشعاعي الطبيعي : The Natural Radioactivity (7,6)

إن الإلكترونات المدارية للذرة ، تستطيع أن تمتص طاقة وإن تغير من مستواها ، وفي بعض الأحيان قد تكون الطاقة الممتصة كبيرة لدرجة تسمح للإلكترون بعمل ( قفزة نهائية) وبأن يتخلص من جاذبية النواة . والنتيجة هي تولد الأيون ( أي ذرة ينقصها إلكترون ) . ونستطيع القول بأنه في هذه الظروف الاستثنائية ، تفقد الذرة كل إلكتروناتها أو معظمها - وتبقى عبارة عن نواة معزولة . ولذلك فإن الذرات ، ليست غير قابلة للانقسام بعكس الاعتقاد الذي ظل سائداً لفترة طويلة مهما يكن من أمر فإن التأين ليس مجرد ظاهرة عرضية . فكل ذرة متأينة متصلة بالمادة ، لن تلبث أن تستعيد إلكتروناتها وتقوم بامتصاصها من الوسط المحيط بها فتعود إلى تكوينها الأصلي . ولتقسيم ذرة بصفة نهائية يحتاج الأمر لأجراء إضافي : ذلك هو تفتيت نواتها . ذلك ما يمكن أن نتوقعه بالنظر إلى تعقد تكوين النوى . وليس فقط يمكن تفتيت النوى ولكن بعضها يتفتت تلقائياً وتنبعث منها إشعاعات ثم تتحول بعد ذلك إلى نوى مختلفة .

[no1]

) أنواع الأشعة المنبعثة من المواد المشعة طبيعياً ( 8 )

قام رذر فورد بدراسة خواص الإشعاعات المنبعثة من العناصر المشعة وذلك بوضع مصدر الراديوم ( مادة مشعة ) داخل حافظة من الرصاص ذات ثقب اسطواني صغير القطر يمكننا من الحصول على حزمة ضيقة من الإشعاعات وذلك باستخدام مجال مغناطيسي قوى كمحلل .

فلاحظ أن الحزمة بعد اختراقها لمجال تنقسم إلى ثلاثة أقسام :

1- تنحرف أحدها في الاتجاه العمودي على المجال المغناطيسي ، ويدل اتجاه انحرافها على أنها مكونة من جسيمات مشحونة بشحنة موجبة . كما يدل مقدار الانحراف على ثقل هذه الجسيمات وباستعمال مجال مغناطيسي قوي ومجال كهربي قوي تمكن رذر فورد من إثبات أن هذه الجسيمات التي سميت جسيمات الفا مشحونة بشحنة موجبة تساوي ضعف شحنة الإلكترون . وهي عبارة عن نواة ذرة الهيليوم وكذلك اثبت رذر فورد أن جسيمات ألفا أقل أنوع الإشعاعات نفاذاً في الأجسام وتنطلق بسرعة تتراوح ما بين
10/1 إلى 100/1 من سرعة الأمواج الكهرومغناطيسية . ولها قدرة على تأيين الغازات .

2- أشعة بيتا وهي تنحرف كذلك في الاتجاه العمودي على المجال المغناطيسي ويدل اتجاه انحرافها على أنها مكونة من جسيمات مشحونة بشحنة سالبة ، كما يدل مقدار الانحراف على أنها جسيمات خفيفة سالبة الشحنة وهي أكثر نفاذاً في الأجسام من جسيمات ألفا . وهي في الواقع إلكترونات ذات سرعات فائقة تصل في بعض الأحيان إلى ما يقارب من .998 من سرعة الضوء ، كما أن لها قدرة على تأيين الغازات ولكن بدرجة أقل من جسيمات ألفا .



3 - أشعة جاما :- وتتميز أشعة جاما بميزات الأشعة السينية فهي ذات طبعة موجيه وليس لها وزن أو شحنة ، وطول موجتها صغير جداً يتراوح بين . 10-8 إلى 10-10 وهي شديدة النفاذية إذا ما قورنت بغيرها من الإشعاعات الطبيعية أو حتى الأشعة السينية

ولأشعة جاما القدرة على تأيين الغازات ولكن بدرجة أقل من تأيين جسيمات ألفا أو بيتا . ويمكن القول أن ذلك مرجعة إلى قوة نفاذيتها التي تفوق كل من أشعة بيتا وألفا حيث تتناسب قوة النفاذية للإشعاعات الثلاثة عكسياً مع قوة تأينها .



(2-3) المصادر الطبيعية للإشعاع الذري :- ( 5 , 9)

الإشعاع الذري موجود قبل خلق الأرض بزمن طويل . وله ثلاث مصادر رئيسية على الأرض هي :-



(2-3-1) الأشعة الكونية :-

Cosmic rays

المصدر الرئيسي لهذه الأشعة ناتج عن الحوادث النجمية في الفضاء الكوني البعيد ومنها ما يصدر عن الشمس خاصة خلال التوهجات الشمسية التي تحدث مرة أو مرتين كل 11سنة ، مولدة جرعة إشعاعية كبيرة إلى الغلاف الغازي للأرض . وتتكون هذه الأشعة الكونية من 87% من البروتونات و 11 من جسيمات ألفا ، وحوالي 1% من النوى ذات العدد الذري ما بين 4 و 26 وحوالي 1% من الإلكترونات ذات طاقة عالية جداً وهذا ما تمتاز به الأشعة الكونية ، لذلك فإن لها قدرة كبيرة على الاختراق . كما أنها تتفاعل مع نوى ذرات الغلاف الجوي مولدة بذلك إلكترونات سريعة وأشعة جاما ونيوترونات وميزونات .ولا يستطيع أحد تجنب الأشعة الكونية ولكن شدتها على سطح الأرض تتباين من مكان لأخر .



(2-3-2) النشاط الإشعاعي الطبيعي في القشرة الأرضية :-

Natura radioactivity in The earth Sheff :-

إن من أهم العناصر المشعة في صخور القشرة الأرضية هي ( البوتاسيوم 4-0- ) و(الروبيدوم 87- ) وسلسلتا العناصر المشعة المتولدة من تحلل ( اليورانيوم -238 ) و(الثوريوم -232 ) . وهناك ما يقارب الأربعين من النظائر المشعة . وأعمار النصف للعناصر المشعة الأساسية في صخور القشرة الأرضية طويلة جداً ، لهذا بقيت في الأرض إلى الآن منذ خلقها ، فعمر النصف ( للبوتاسيوم -40 ) يزيد على ألف مليون سنة وعمر النصف ( الروبيدوم -87) يزيد على أربعين ألف مليون سنة وهذه النظائر المشعة تبعث أنواعاً مختلفة من الإشعاع الذري كجسيمات بيتا وألفا وأشعة جاما .

ومستوى النشاط الإشعاعي الطبيعي في القشرة الأرضية متقارب جداً في معظم الأماكن ، حيث لا يوجد اختلاف يذكر عن مكان وآخر بصفة عامة . إلا أن هناك أماكن على الأرض يزداد فيها الإشعاع الطبيعي بشكل كبير نتيجة وجود تركيزات عالية من العناصر المشعة طبيعياً في صخور القشرة الأرضية .

[no1]

النشاط الطبيعي داخل جسم الإنسان :-

يشع جسم الإنسان من الداخل عن طريق كل من الهواء الذي يتنفسه والغذاء والماء الذي يصل إلى جوفه ، فالهواء هو المصدر الرئيسي للجرعة الإشعاعية الطبيعية التي تصل إلى داخل جسم الإنسان ومصدرها الأساسي غاز الرادون الموجود في جو الأرض والمتولد عن التحلل التلقائي لنظير « اليورانيوم -238 » الموجود طبيعياً في صخور قشرة الأرض.

وكذلك فإن كلا من الغذاء الذي يتناوله الإنسان والماء الرئيسي لتلك المواد المشعة في النبات هو التربة التي تمتص منها النباتات تلك المواد مع غيرها من المواد الطبيعية فتدخل في بنائها . كما أن بعض الغبار الذي يتساقط على النبات يحوي آثاراً من تلك المواد المشعة ، وتصل المواد المشعة إلى داخل جسم الإنسان عن طريق تناوله النباتات أو لحوم الحيوانات التي تتغذي على النباتات وتدخل المواد المشعة أيضاً مع الماء الذي نشربه حيث تحتوى المياه على آثار قليلة جداً منها .

لذلك تكون أجسامنا مشعة قليلاً من الداخل نظراً لوجود بعض العناصر المشعة فيها مثل البوتاسيوم - 40 ) و ( الكربون 14 ) .

وتسلك المواد المشعة - عادة - طرقاً معقدة قبل دخولها جسم الإنسان



(2- 4) قانون التفكك الإشعاعي :- ( 10 )

Radioactiue decag law :-

تعتبر ظاهر التفكك الإشعاعي ظاهرة إحصائية ، أي أنه لا يمكن التكهن بزمن
تنحل عند نواة بعينها ، ولكن عند وجود عدد كبير جداً من أنوية النظير المشع ، فإنه بمتابعة معدل تغير كمية الأشعة المنبعثة يمكن معرفة الكثير عن نوعية التحول .

هناك احتمال محدد للتفكك في وحدة الزمن لأي نظير مشع ، وهذا الاحتمال يعرف بثابت مميز لكل نظير مشع بغض النظر عن حالته . الكيميائية أو الفيزيائية ( من سائله أو صلبه أو غازية )



فإذا كان N عدد الأنوية المشعة الموجودة في عينة ما عند زمن ( T ) فإن معدل التفكك يعطي المعادلة

حين تسمى λ بثابت التفكك ( decay Constant ) وهو يعد مقياساً لاحتمال تفكك نواة معينة .



وبمكاملة المعادلة السابقة في الفترة الزمنية من t = o إلى t = t فإن عدد الأنوية N التي تبقى بعد مضي زمن t يمكن حسابه بدلالة عدد الأنوية N__o عند البدء أي عند t = o ويعطي التكامل

ومنها

N = No e- λt



وتعرف هذه المعادلة بقانون التفكك الإشعاعي وهي تعطي العلاقة بين عدد الأنوية المتبقية N والزمن t .

(2- 5) أنواع التفكك الإشعاعي :-



(2- 5-1) تفكك الفا:- ( 12 , 11)



في هذه العملية تفقد النواة المشعة ( حيث X رمز النظير ) جسيم الفا المكون من بروتونين ونيوترونين وهو عبارة عن نواة ذرة الهيلوم . وهذا يعني نقصان العدد الكتلي بمقدار أربع وحدات والعدد الذري بوحدتين وبذلك تكون النواة الناتجة مختلفة تماماً عن النواة الأم .

( 2 - 5 - 2 ) تفكك بيتا B-Decay ( 11,3,12)

تصدر نوبات بعض النظائر جسيمات تعرف بجسيمات بيتا ( B-Particles) وهذه الجسيمات عبارة عن إلكترون أو بوزيترونات والبوزيترون ( Positron) عبارة عن جسم كتلة مساوية لكتلة الإلكترون ولكن شحنته موجبة . ويحدث هذا النوع من التفكك للأنوية ( المعروف باسم تفكك بتيا ) في كثير من النظائر سواء كانت ثقيلة أم خفيفة .


أنواع تفكك بيتا :- Types of B-decay

أ ) التفكك الإلكتروني Eelectron decay



يلاحظ أن إصدار إلكترون من النواة ناتج عن تحول نيوترون من نيوترونات النواة إلى بروتون وذلك لكي تصبح النسبة بين النيوترونات والبروتونات هي نسبة الاستقرار ويعبر عن هذا التفكك كالآتي :-

ب ) التفكك البوزيتروني Positron decay



في بعض الأحيان تكون نسبة النيوترونات إلى البروتونات في النظير المعين أقل من النسبة التي تحقق الاستقرار . وفي هذه الحالة يتحول أحد بروتونات النواة إلى نيوترون وينطلق نتيجة لذلك بوزيترون يحمل شحنة البروتون الموجبة ويعرف تفكك بيتا في هذه الحالة بالتفكك البوزيتروني ويعبر عنه كالآتي :

جـ ) الاسر الالكتروني : Electron Capture



يمكن أن يحدث تحول أحد بروتونات النواة إلى نيوترون بطريقة أخرى يتم ذلك بأن تأسر النواة إلكترون من إلكترونات المدارية القريبة من النواة ( أي المدار k وفي أحيان قليلة من المدار ) ويتحد هذا الإلكترون المأسور مع أحد البروتونات فيتكون النيوتون . ويعرف تفكك بيتا في هذه الحالة بالأسر الإلكتروني ويعبر عن الآتي :-

وهكذا فإنه يوجد ثلاثة أنواع لتفكك بيتا هي التفكك الإلكتروني ( - B- ) والبوزيتروني ( +B ) والاسر الإلكتروني ( Electron Copture ) . وفي حالة الأسر الإلكتروني لا تصدر النواة أياً من جسيمات بيتا ولقد ثبت فيما بعد أنه عند حدوث أي نوع من تفكك بيتا ينطلق من النواة جسيمات تعرف باسم النيوترينو ( neatrino) - V ( نيو ) .

والنيوترينو عبارة عن جسم متعادلة الشحنة وكتلة السكون له مساوية للصفر
( أي Mv = o ) . وعلى هذا أصبح التعبير عن الأنواع الثلاثة لتفكك بيتا كالآتي :-

[no1]

) اضمحلال جاما :- ( 1 , 12 )

إشعاعات جاما هي عبارة عن موجات كهرومغناطسية ذات طاقة عالية . وتصدر إشعاعات جاما إذا تكونت النواة الوليدة الناتجة عن تفكك الفا أو تفكك بيتا في حالة مثارة فتفقد النواة إثارتها عن طريق التخلص من الطاقة في شكل إشعاعات جاما وبذلك فإنه بالنسبة لاضمحلال جاما تكون النواة الوليدة هي نفسها النواة الأم ولكنها أكثر استقراراً .

وتجدر الإشارة إلى أن بعض النظائر المشعة تتفكك إلى نظائر غير مستقرة يكون النظير الناتج مشعاً بدوره وبالتالي يتفكك إلى نظير آخر .

وهكذا نجد أن هناك العديد من النظائر التي لها نشاط إشعاعي طبيعي وتتفكك هذه النظائر مصدره إما جسيمات الفا أو بيتا أو كليهما معاً وقد يتبع ذلك مباشرة أو خلال فترة زمنية معينة إشعاعات جاما الصادرة نتيجة انتقال النويات الوليدة من الحالات المثارة إلى الحالات الأرضية .



(2- 6) نظرية الانحلال الإشعاعي :- (13)

تقدم رذر فورد وسودي سنة 1905 بنظرية الانحلال لتفسير ظاهرة النشاط الإشعاعي الطبيعي . وتقضي النظرية بأن ذرات العناصر المشعة تنحل نتيجة لما ينبعث منها من جسيمات الفا أو بيتا التي هي في حد ذاتها جسيمات مادية ، أي أن جزءاً محدد من نواة الذرة ينطلق بسرعة فائقة تارك وراءه ذرات عنصر جديد يختلف تماماً في خواصه الطبيعية والكيميائية عن العنصر الأصلي . ويكون العنصر الجديد أو المولود مشعاً أيضاً فتنطلق من نوى ذراته جسيمات مادية ينتج عن انطلاقها أن تتحول ذرات هذا العنصر الجديد إلى ذرات عنصر ثالث جديد وهكذا نتابع عملية التحول من عنصر مشع إلى عنصر آخر مشع حتى ينتهي الانحلال عند عنصر مستقر وجدير بالذكر أنه فيما عدا حالات نادرة جداً فإن نوى عنصر معين تنحل بانبعاث نوع واحد من الجسيمات ، أما جسيمات الفا أو جسيمات ( بيتا ) فلا تنبعث الجسيمات من نواة واحدة ، ومعنى هذا أن النواة التي يحدث انحلالها بجسيمات الفا لا ينبعث منها جسيمات بيتا ، ألا أن انبعاث جسيمات الفا أو جسيمات بيتا قد يكون مصحوباً بانبعاث أشعة جاما .

وتسمى العناصر الناتجة من عملية التحول المتتابع بالمتسلسلة الإشعاعية ويتوقف الوزن الذري للعنصر الوليد بعد أي تحول على نوع الأشعة المنطلقة في عملية التحول فعندما ينطلق جسيم الفا ( وزنه a ) من ذرة الراديوم ( وزنها الذري 226 ) تتكون ذرة عنصر جديد وزنه الذري 222 ، ويعرف هذا العنصر الجديد بالرادون وهو ذو نشاط إشعاعي وتنطلق منه جسيمات الفا تتحول ذرته إلى عنصر آخر هو الراديوم ( وزنه الذري218 ).



(2- 7) متسلسلات النشاط الإشعاعي الطبيعي :- ( 2 , 13)

إن جميع العناصر ذات النشاط الإشعاعي الطبيعي تقع إعدادها الذرية بين Z = 81 وZ = 92 وهناك ثلاث مسلسلات في الطبيعة ، وتعتبر معظم النويدات المشعة في الطبيعة نواتج انحلاليه لها . وكل متسلسله تبدأ بنويدة أم تمر بسلسلة من التحويلات التي تشمل انبعاث جسيمات الفا وبيتا لتكوين نويدات وليدة . وشكل رقم (1) يتضمن اسماء المتسلسلات الثلاثة والأعمار النصفية للنويدات الأم والنويدات الوليدة النهائية المستقرة لكل متسلسلة .



شكل (1 ) متسلسلات النشاط الإشعاعي

أ ) متسلسلة اليورانيوم :

تبدأ هذه المتسلسلة بعنصر اليورانيوم Ui ويبلغ نصف العمر لليورانيوم4.5X109 yer . ويمر اليورانيوم بسلسلة من التحولات التي يصاحبها انبعاث جسيمات الفا أو بيتا حتى ينتهي بالرصاص المستقر وفيما يلي جدول لعناصر هذه المجموعة :

ب ) متسلسلة الأكتيوم :-

هذه المتسلسلة يرجع أصلها إلى الأكتيويورانيوم وهو النظير لليورانيوم



والذي يبلغ نصف العمر 7.1X108 yer ويمر الأكتيويورانيوم بسلسلة من التحولات حتى ينتهي بنظير الرصاص المستقر ويمكن التعبير عن الوزن الذري لعناصر هذه المجموعة بالرمز 4ن + 3 حيث تترواح قيمة ن بين 51 ، 58 .

جـ ) متسلسلة الثوريوم :-

تبدأ بعنصر الثوريوم يمر بسلسلة من التحولات ثم يتحول بعد إشعاع ست من جسيمات الفا وأربعة من جسيمات بيتا إلى نظير الرصاص المستقر
ويمكن التعبير عن الوزن الذري لعناصر هذه المجموعة بالرمز 4ن وتتراوح قيمة ن في هذه المجموعة بين 52، 58 .

د) مجموعة النبتونيوم :-

كان من الطبيعي أن يتجه التفكير إلى احتمال وجود متسلسلة رابعة من العناصر الطبيعية المشعة يعبر عن 1.8 أوزانها الذرية بالرمز (4ن+1) ولم يكن معروفاً من عناصر هذه المجموعة سوى سبعاً موجود بكميات ضئيلة جداً في الغلاف الصخري ( القشرة الأرضية ) وكذلك الناتج النهائي البزموث ( وزنه الذري 209) .



وفي أثناء الحرب العالمية الثانية استخدم العلماء النشاط الإشعاعي الصناعي لإنتاج نظائر مختلفة لكل العناصر وامكنهم بذلك تحضير عناصر المجموعة الرابعة التي لم تكن موجودة في الطبيعة . ويعتبر البلوتونيوم العنصر الوالد لهذه المجموعة ولذلك فهي تعرف بمجموعة البلوتونيوم أو المجموعة 4ن+1 حيث تتراوح قيمة ن بين 52،60 .

وهي تبدأ بـ التي لها عمر نصفي مقداره لليورانيوم2 .25X106ger وهذه المتسلسلة تنهي بعد انحلالها بنظير البزموث .

[no1]

) التفكك الإشعاعي المتزن ( 12 , 3)

تكون المادة الناتجة عن عمليات التفكك الإشعاعي في بعض الحالات هي نفسها مادة مشعة فتفكك بصورة تلقائية حال تكونها ومن أشهر الأمثلة على ذلك اليورانيوم 234 حيث ينطلق من نواته جسيم ألفا ويتحول لثوريوم 230 والذي بطلق بدورة جسيماً
آخراً ويتحول لراديوم 226 وهكذا . وإذا وجدت عينة نقية من اليورانيوم فإن هذه العينة وبعد مضي زمن معين محتوي على مزيج من هذه العناصر أو النويدات نفرض أن المادة الأصلية ( تعرف بالنواة الأم )1x وفترة نصف العمر لها Τ1 وثابت تفككها l2 قد تفككت ونتج عنها مادة جديدة x2 ( تعرف بالنواة البنت ) وفترة نصف عمرها Τ2 وثابت تفككها l1 ونفرض أن عدد ذرت المادة الأصلية ( أي عندما (t = 0 ) يساوي N0 بينما يساوي عدد ذرات المادة الجديدة الصفر عند نفس الزمن ( t = 0 ) ويمكن كتابة عدد ذرات المادة الأصلية الأم كدالة في الزمن على الصورة N1( t ) = N0 e وبعد مضي فترة زمنية مقدارها d t فإن عدداً مقداره N1l1dt بتفكك من المادة 1x ويتحول للمادة الجديدة x2 والتي ينقص عددها في نفس الفترة الزمنية وبسبب التفكك بمقدار N 1 l1dt وبالتالي فإن عدد الذرات المتبقية من x2 يكون N2 حيث

dN2 = N1 l1dt - N2 l2dt



ويكون معدل تراكم أو إنتاج هذه المادة هو



= N1 l1- N2 l2


وتكون فترة نصف العمر للنواة الأم في بعض الحالات طويلة جداً مقارنة مع فترة نصف العمر للنواة البنت أي T2 << T1 ( وهذا يعني أن معدل تفكك النواة الأم صغير جداً مقارنة مع معدل تفكك النواة البنت ، وفي هذه الحالة وعند اعتبار الفترات الزمنية التي تكون متقاربة مع T2 وهي بالتالي قصيرة جداً مقارنة مع فترة نصف الحياة للنواة الام فإنه يمكن اعتبرا أن عدد ذرات الأم ثابت وكذلك عدد الذرات التي تتفكك في الثانية الواحدة . وبما أن معدل تفكك النواة البنت كبير جداً فإن هذه الذرة تتفكك بنفس معدل تكونها ويبقى عدد ذراتها بالتالي ثابتاً ويكون معدل تراكمها معدوماً أي أن

وفي حالة وجود عدة عمليات تفكك فإنه يمكن تعميم النتيجة السابقة لتصبح



N1 l1 = N2 l2 = N3 l3 = …..

ويكون نشاط جميع العناصر الموجودة متساوياً ويقال أن التفكك في هذه الحالة متزناً ( أي في حالة اتزان) .



(2-9) الشدة الإشعاعية للعينة :-( 12, 3 )

activity of asample

في معظم الأحيان يكون المطلوب هو معرفة عدد النويات التي تتفكك في الثانية وليس عدد النويات الباقية دون تفكك والمحدد بالعلاقة

N ( t ) = No e - λt

ويعرف عدد النويات التي تتفكك في الثانية الواحدة من عينة مشعة باسم الشدة الإشعاعية للعينة activity of asample))



أي أن الشدة الإشعاعية للعينة هي : -



A ( t ) = =λNO e-λt = λ N ( t )



وتعرف AO = λNo بالشدة الإشعاعية عند اللحظة t = o لذا نجد أن A ( t ) = Ao e-λt



(2-10) عمر النصف ومتوسط العمر : ( 14 , 3 )

Half -Life and Mean- Life



عمر النصف ( أو العمر النصفي ) للنظير المعين هو عبارة عن الفترة الزمنية التي تنخفض خلالها شدته الإشعاعية إلى النصف بمعنى آخر فإن عمر النصف هو الزمن اللازم لتفكك نصف عدد نوى العينة ، ويرمز له عموماً بالرمز t لهذا فإنه يوضع

حيث أن وحدة الزمن هي الثانية ( sec ) فإن وحدة قياس ثابت التفكك λ هي

أما متوسط العمر لعينة مشعة والذي يرمز له عادة بالرمز فهو عبارة عن مجموع أعمار الأنوية جميعاً في العينة مقسوماً على عددها ويسهل تحديده من العلاقة

وهكذا نجد أن كلاً من λ ، t مرتبطة ببعضها بعلاقات بسيطة ،

ومعرفة حداها يحدد باقيها .




نقلا عن :
http://www.iraqisciencejournal.com/...00309/14-02.htm

[جـــــــود]

بارك الله فيك أستاذنا الفاضل

وبارك لك في علمك

ونفع بك أمة الإسلام

[خلف الجميلي]

بارك الله فيك دكتورنا الفاضل

وبارك لك في علمك

ونفع بك أمة الإسلام

جهد مميز بارك الله فيك

[جـــــــود]

أعتذر دكتور no1 على تسميتك بأستاذ

وهذا تصحيح ماكتبت

بارك الله فيك دكتورنا الفاضل

وبارك لك في علمك

ونفع بك أمة الإسلام

[no1]

شكرا يا أخوان علي مروركم الكريم
و أن جاءت متأخرة
فلظروف سفري
بارك الله فيكم
و جعلكم زخرا للمسلمين


و بارك الله لك يا جود مجهودك الرائع بالملتقي
جعله الله في موازين حسناتك

[hamdoune]

جزاك الله عنا خيرا وحفظك الله من كل مكروه واصل أخي أوصلك الله الى مبتغاك

[kingstars18]

بارك الله فيك

[خاطرة الجزائر]

كتبت فأبدعت .. جزاكم الله خيرا

[..-Ghadeer-..]

يعطيك الف الف الف عــــافــــيــــــة

[physique man]

بارك الله فيك أستاذنا الفاضل

[قوس الله]

جزاك الله خير الجزاء
أخي/no1

[ابن انشتاين]

مشكور وايد استاذي

[qarout]

اشكركم جزيل الشكر

[مصريه]

بارك الله لك وجزاك خيرا على هذا العلم

اريد صور لانشطار النووى المتسلسل

[كيميائى لاسع]

جزاك الله خير على هذا المجهود الرائع.

[مآري كوري]

جزيت الجنة000000000

[بروتون]

بارك الله فيك

[مني حكايات]

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

اسمحو لي باضافة

يعود اكتشاف النشاط الإشعاعي الطبيعي إلى العالم أنتوني هنري بيكريل عام 1896 ، وذلك عندما كان يبحث في مخبره في معهد التقانات العليا في باريس في كيفية تصوير الأشعة السينية وابرازهأعلى صفائح فوتوغرافية من صنعه، مصنوعة من كبريتات مختلفة للتوتياء والكالسيوم وأملاح أخرى غير معروفة كثيرا ونادرة، فخلال محاولاته لاحظ تأثر الصفائح في الظلام رغم عدم قذفها بأشعة مهبطية ،بحيث تصدر هذه الأملاح التي تحتوي على اليورانيوم إشعاعات مميزة سماها في سنة 1896 إشعاعات يورانيومية وهي ناتجة عن نشاط إشعاعي يحدث في الطبيعة تلقائيا ، بعدها تأكد كل من ماري كوري وزوجها بيار من سبب هذا النشاط إذ تبين أن صفائح بيكريل تحتوي على اليورانيوم هو سبب الحصول على هذه الإشعاعات نظرا للتناسب الطردي بين شدة هذا النشط وكمية اليرانيوم في هذه الأملاح.

[عدل] تاريخ
في عام 1896 م اكتشف بكريل أن أحد أملاح اليورانيوم يصدر اشعاع - لم تكن طبيعته واضحة في ذلك الوقت - واثبت بكريل أن الاشعاع الذي اكتشفه يصدر عن جميع مركبات اليورانيوم وعن اليورانيوم الفزي أيضا بما يعني أن مصدر الاشعاع هو ذرة اليورانيوم واتضح له ان هذا الاشعاع يحدث بصورة تلقائية مستمرة لا تؤثر عليه المؤثرات الخارجية من ضغط ودرجة حرارة ولهذا سمى اشعاع اليورانيوم اشعاع نشط Radioactive Radiation وتسمى هذه الظاهرة النشاطية الاشعاعية Radioactivity في عام 1898 م قام بيير كوري وزوجته ماريا سكلودوفسكايا- بولندية الاصل - ومشهورة باسم مدام كوري باكتشاف النشاط الاشعاعي للثوريوم وأيضا اكتشفا في نفس السنة عنصرين جديدين يوجدان في خامات اليورانيوم العنصر الأول أطلق عليه الراديوم وهو عنصر أقوى في نشاطه الاشعاعي من اليورانيوم بمليون مرة بينما العنصر الثاني أطلقا عليه اسم مسقط رأس م كوري وهو بولونيوم وبعد 10 سنوات اكتشف رذرفورد في عام 1908 م الغاز النشط اشعاعيا - الرادون - بواسطة التحليل الطيفي

• الانحلال الاشعاعي Radioctive Decay • عملية تلقائية يتحول فيها العنصر إلى عنصر اخر نتيجة فقد جسيمات الفا أو جسيمات بيتا وانطلاق أشعة جاما • ما الفرق بين الانحلال الاشعاعي والتحول الكيميائي ؟ • يختلف الانحلال الاشعاعي عن التحول الكيميائي في • 1- الانحلال الاشعاعي 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

وحدة قياس النشاطية الاشعاعية تقاس النشاطية الاشعاعية بوحدة البكريل البكريل هو عدد الاشعاعات التي تصدرها العينة المشعة في الثانية ما معنى أن النشاطية الاشعاعية لعينة واحد بكريل المعنى : نشاطية العينة تصدر اشعاعا واحدا في الثانية هل هناك وحدات أخرى لقياس النشاطية الاشعاعية ؟ نعم توجد وحدة انحلال / ثانية ووحدة الكوري Ci وفي بعض المراجع Cu وأيضا توجد وحدة ثالثة هي الرذرفورد Rd وهو نشاط يناظر مليون انحلال / ثانية عرف الكوري ؟ الكوري هو نشاط عينة تنحل فيها في الثانية الواحدة 3.7x1010 من الانوية المشعة

عمر النصف Half - Life عمر النصف هو الزمن الذي يحتاجه العنصر المشع لكي ينحل نصف عدد ذراته ما معنى أن عمر النصف لليورانيوم 238 ( 4.49x109 yr ) المعنى أنه لكي ينحل نصف عدد ذرات اليورانيوم يلزم 4.49x109 سنة




[عدل] معدل التحلل
تسير عملية التحلل بمعدل ثابت ، فإذا كان لدينا عينة من مادة مشعة ، يكون عدد التحللات dN التي تحدث في فترة زمنية مقارها dt متناسبا مع عدد الذرات الكلي .فإذا كان عدد الذرات الكلي N ، يكون احتمال التحلل (−dN/ dt ) متناسبا تناسبا طرديا مع dt ، أي أن:


وكل عنصر من العناصر المشعة يتميز بمعدل تحلل خاص به ويسمى(λ). وتعني الإشارة السالبة في المعادلة أن N تنقص مع كل حدث للتحلل . ويمكن حل تلك المعادلة التفاضلية من الدرجة الأولى ونحصل على:


حيث :

N0 هي العدد N عند الزمن (t = 0).

وتبين المعادلة الثانية أن ثابت التحلل λ له وحدة 1/الزمن ، وبالتالي يمكن صيغتها في صورة τ حيث تعطي τ نصف العمر أو عمر النصف لتحلل العنصر.

وعلاقة τ ب λ كالآتي :


وتمثل الدالة الأسية لأساس الثابت الطبيعي e معدل التحلل في المعادلة الثانية. وفي العادة يكون عدد ذرات العينة كبير جدا مقارب لعدد أفوجادرو بحيث يكون وصف تلك المعادة لمعدل التحلل وصفا جيدا.


نفترض الآن أن لدينا ثلاثة عناصر مختلفة مشعة :

الأخضر : عنصر مشع ، ذو نصف عمر 3 سنوات ،
الأزرق : عنصر مشع ، ذو نصف عمر 2 سنة،
الأحمر : عنصر مشع ، ذو نصف عمر 1 سنة.
يبين الرسم البياني المجاور معدل تحلل الذرات للثلاثة عناصر ، أي أنه يبين عدد الذرات التي لم تتحلل بعد كدالة للزمن . وكما نري يتناقص عدد الذرات التي لم تتحلل بعد بمعدل ثابت مميز لكل عنصر وذلك طبقا للمعادلة الثانية أعلاه . ونري أن العنصر ذو النصف عمر طويل (الأحمر) هو الذي يتميز بمعدل صغير للتحلل .

[عدل] مثال عن التحلل
إذا كان لدينا عينة مشعة تحتوي على 400.000 ذرة مشعة وتتميز بنصف عمر قدره 10 أيام ، فإنه بعد مرور 10 أيام يصبح عدد الذرات التي لازالت مشعة 200.000 ذرة . وبعد مرور 10 أيام أخرى ثانية ينخفض عدد الذرات المشعة إلى 100.000ذرة وبعد مرور 10 أيام تالية يصبح عدد الذرات التي لم تتحلل 50.000 وهكذا . لذلك نتحدث عن t1 / 2 ونسميها عمر النصف.

[عدل] عمر النصف
عمر النصف للمادة مشعة هو الزمن الذي تنخفض فيه الكمية المشعة إلى النصف . ويسمى هذا الزمن الثابت المميز للعنصر عمر النصف ، ويرمز له بالرمز t1 / 2. ويمكن كتابة عمر النصف كدالة لثابت التحلل أو (متوسط العمر) كالآتي:





وبالتعويض عنها في المعادلة الأسية أعلاه نحصل على:


أي أن جزء المادة التي لا زالت مشعة :

2 − 1 = 1 / 2

وهذا يعني أنه بعد مرور 3 فترات من فترات نصف العمر ، يبقي في العينة الكمية المشعة التالية :

1 / 23 = 1 / 8

أي أن متوسط العمر τ يساوي عمر النصف مقسوما على اللوغاريتم الطبيعي ( ln( 2 :


.

ويبلغ عمر النصف = 138 يوم لمادة البولونيوم-210 ، فحين أن يكون متوسط عمرها 200 يوم

[مني حكايات]

فترة عمر النصف لمادة نشيطة إشعاعيا هو الزمن اللازم لنصف العينة المأخوذة من المادة ليحدث له تحلل إشعاعي .

وللتعميم ، فإنه في الدراسة الكمية للتحلل الأسي ، فإن فترة عمر النصف هو الزمن اللازم لكمية المادة لتصبح نصف قيمتها الأصلية

لن يتم مناقشة هذه النقطة بالتفصيل هنا ويمكن مراجعة موضوعات متعلقة بالأسفل )

بعد # من
عمر النصف نسبة الكمية
المتبقية
0 100%
1 50
2 25
3 12.5
4 6.25
5 3.125
6 1.5625
7 0.78125%
الجدول الموجود على اليسار يوضح نسبة الباقى من المادة مبنية على فترات عمر النصف التي تحدث للمادة .

الكميات التي يتم تعريفها بواسطة التحلل الأسي غالبا ما يتم تمييزها بالرمز N ( المعادلة القادمة تقترح رقم تحلل لعناصر منفصلة . ولكن هذا ليس صالحل لكل حالات التحلل الأسي ) لو أن الكمية يرمز لها بالرمز N ، فإن قيمة N في زمن قدره t يتم حسابه بالمعادلة :


حيث

N0 هي القيمة الأصلية للN (عند t=0)
λ ثابت موجب(ثابت التحلل).
عندما تكون t=0, يكون الوغاريتم قيمته تساوى 1, ويكون Nt مساوية لـN0. حيث t تقترب من اللانهاية, يقترب اللوغاريتم من الصفر.

وبالتحديد ، فإنه يوجد وقت تصبح :


ووبالتعويض في المعادلة السابقة نحصل على :





وعلى هذا فإن فترة عمر النصف تكون 69.3% من متوسط عمر النصف.

[مني حكايات]

التحلل بطريقتان أو أكثر
العنصر النشيط إشعاعيا يمكن أن يتحلل بطريقتين أو أكثر . وهذه الطرق لها إمكنيات مختلفة لحدوثها ، ولذا فإن لكل منها فترة عمر نصف خاصة بها .

فمثلا لنظامين من أنظمة التحلل ، فإن كمية المادة المتبقية بعد زمن قدره t يتم حسابها من المعادلة :


وبنفس النظام المتبع في القسم السابق ، يمكن حساب عمر النصف النهائي الجديد كالتالى :


أو بالتعبير عنه بواسطة فترتي عمر النصف :


حيث فترة عمر النصف بالطريقة الأولى فترة عمر النصف بالطريقة الثانية .

[مني حكايات]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
بسم الله الرحمن الرحيم
شـكــ وبارك الله فيك ـــرا لك ... لك مني أجمل تحية . موفق بإذن الله ... لك مني أجمل تحية .
بارك الله فيك أستاذنا الفاضل

وبارك لك في علمك

ونفع بك أمة الإسلام

[معلمه طموحه]

بارك الله فيك

[منى العلوي]

لو سمحت يا دكتور ماهو النظام الابتدائي والنهائي للنواه؟
وشكرا على مجهودك الرائع
الله يجزيك الخير

[Aysha alhssani]

جزيت الله خيرا

[الخادمه لدين ربها]

وفقك الله
بوركت الجهود