التحولات النووية. الاجابة عن أهم الأسئلة

التحولات النووية. الاجابة عن أهم الأسئلة

في هذا الدرس، نقدم التحولات النووية، وهي العمليات التي تحدث في نوى الذرات، حيث تتغير النواة سواء بتفاعل داخلي أو من خلال تأثيرات خارجية. ما هي التحولات النووية؟ التحولات النووية هي التغيرات التي تحدث في نواة الذرة نتيجة لتفاعلات مثل التحلل الإشعاعي، الانشطار النووي، والاندماج النووي. نشرح كيف يمكن للذرات أن تتحلل بشكل طبيعي أو صناعي لتصبح نظائر مشعة تُطلق إشعاعات، مثل الأشعة ألفا، بيتا، وجاما.

ملاحظة: توجد وثيقة التلميذ بصيغة الـ PDF في نهاية المقال

1/ البنية النووية:

أ ـ النموذج النووي:

نشاط ـ 1 ـ

1 ـ أذكر مكونات الذرة ؟
تتكون الذرة من نواة تطوف حولها الكترونات

تتكون النواة من بروتونات ونيترونات تسمى نوكليونات أو نويات  

2 ـ أذكر مكونات النواة ؟    

3 ـ أين تتموقع النواة بالنسبة للذرة ؟   

 تتموقع النواة في مركز الذرة  

4 ـ كم يساوي حجم النواة مقارنة بحجم الذرة ؟

حجم النواة صغير جدًا مقارنة بحجم الذرة. بشكل تقريبي، يمكن القول إن قطر النواة يتراوح بين 1 إلى 10 فيمتومتر (1 فيمتومتر = 10⁻¹⁵ متر)، في حين أن قطر الذرة يكون في حدود 0.1 إلى 0.5 نانومتر (1 نانومتر = 10⁻⁹ متر).

بالمقارنة، إذا كانت الذرة بحجم ملعب كرة قدم، فإن النواة ستكون بحجم حبة صغيرة داخل منتصف الملعب. بمعنى آخر، النواة تشغل جزءًا صغيرًا جدًا من حجم الذرة، حوالي 1 من 100,000 من حجم الذرة

5 ـ من هو العالم الذي توصل إلى العلاقة التي تربط بين حجم النواة وحجم الذرة وفي أي سنة حدث ذلك؟

العالم الذي توصل إلى العلاقة التي تربط بين حجم النواة وحجم الذرة هو العالم رذرفورد وذلك سنة 1911/1912

6 ـ ما هي رتبة قياس أبعاد كل من الذرة أو النواة ؟   

رتبة قياس أبعاد الذرة هي 10^-10(m) ورتبة قياس أبعاد النواة هي 10^-15(m)

7 ـ ماذا تساوي كتلة النواة مقارنة بكتلة الذرة ؟

 كتلة الذرة تساوي تقريبا كتلة نواتها

8 ـ ضع رسما تخطيطيا توضح من خلاله مكونات الذرة ؟   

رسم تخطيطي يوضح مكونات الذرة

9 ـ ما هو عدد الأنوية الطبيعية ؟ 

عدد الأنوية الطبيعية 286 نواة

10 ـ ما هو عدد الأنوية الاصطناعية ؟

عدد الأنوية الاصطناعية أكثر من 3000 نواة

نرمز للنواة بالرمز:

$${}_Z^{A}X$$

11 ـ ماذا يمثل كل من A وZ ؟

 يمثل A: ـ العدد الكتلي

             ـ عدد النوكليونات

             ـ مجموع البروتونات والنيترونات

 يمثل Z: ـ العدد الذري

             ـ العدد الشحني

             ـ عدد البروتونات

             ـ عدد الالكترونات في الذرة

ـ يحقق A العلاقة التالية: A = Z + N 

12 ـ ماذا يمثل العدد N ؟
 يمثل N عدد النيترونات
13 ـ أعط بعض الأمثلة عن الأنوية ؟
أمثلة عن بعض الأنوية:

ب ـ النظائر:

نشاط ـ 2 ـ

نظائر الكربون هي:

$${}_6^{12}\text{C},{}_6^{13}\text{C},{}_6^{14}\text{C}$$

من خلال نظائر الكربون:

1 ـ عرف النظائر بصفة عامة ؟

النظائر هي نوكليدات لنفس العنصر تتفق في العدد الذري Z وتختلف في العدد الكتلي A وعدد النيترونات N 

2 ـ هل النظائر تتفق في الخواص الكيميائية أم في الخواص الفيزيائية ؟

 تتفق النظائر في الخواص الكيميائية لأنها تنتمي الى نفس النوع

3 ـ أعط بعض الأمثلة عن النظائر؟

أمثلة عن بعض النظائر:

نظائر البوتاسيوم:

$${}_{19}^{39}\text{K}, \quad {}_{19}^{40}\text{K}, \quad {}_{19}^{41}\text{K}$$

نظائر اليورانيوم:

$${}_{92}^{234}\text{U}, \quad {}_{92}^{235}\text{U}, \quad {}_{92}^{238}\text{U}$$

نظائر الهيدروجين:

$${}_{1}^{1}\text{H}, \quad {}_{1}^{2}\text{H}, \quad {}_{1}^{3}\text{H}$$

جـ ـ القوة النووية القوية:

نشاط ـ 3 ـ

  * تحتوي النواة على مجموعة من البروتونات لكل منها شحنة موجبة
1 ـ هل يوجد تنافر بين البروتونات في النواة ؟  
 نعم يوجد تنافر بين البروتونات في النواة
2  ـ كيف تفسر استقرار النواة ؟
 نفسر استقرار النواة بوجود قوة تحافظ على تماسكها تكون شدتها أكبر من شدة قوة التنافر بين البروتونات
   * تكون النواة مستقرة تحت تأثير قوة
3 ـ ما هو اسم هذه القوة ؟   
 تسمى هذه القوة: القوة النووية القوية 
4  ـ أذكر بعض مميزات هذه القوة ؟
 تتميز القوة النووية القوية بأن شدتها كبيرة جدا ومدى تأثيرها قصير جدا لا يتعدى حدود النواة
5 ـ هل عدد النيترونات في النواة يساعد على استقرارها ؟ علل إجابتك ؟
    يمكن الاستعانة بالوثيقة التالية:

2/ النشاط الإشعاعي:

أ ـ الاستقرار النووي:

نشاط ـ 4 ـ

تنقسم الأنوية إلى قسمين: أنويه مستقرة، وأنويه غير مستقرة.
1 ـ عرف النواة المستقرة ؟    
النواة المستقرة: هي نواة تحافظ على تركيبها، ولا يحدث لها تفكك (نواة غير مشعة)
2  ـ عرف النواة الغير مستقرة ؟
النواة الغير مستقرة: هي نواة لا تحافظ على تركيبها، ويحدث لها تفكك (نواة مشعة)  
3 ـ هل يمكن للنواة الغير مستقرة أن تتحول إلى  نواة مستقرة ؟
نعم يمكن للنواة الغير مستقرة أن تتحول إلى نواة مستقرة
إذا كان الجواب نعم
4 ـ كيف نسمي آلية التحول وماذا يصاحبها ؟

يمكن للنواة الغير مستقرة أن تتحول إلى  نواة مستقرة عن طريق الية تدعى التفكك الاشعاعي، يحدث ذلك بانبعاث احد الاشعاعات الممكنة α ، β، γ

ب ـ نوع التفكك (α ) ،(β)  ، ((γ:

نشاط ـ 5 ـ

1 ـ عرف أشعة (α) ؟
أشعة α هي عبارة عن أنوية الهيليوم

$${}_2^4\text{He}$$

2 ـ أكتب معادلة التحول النووي الذي يؤدي إلى تحويل النواة الأب إلى النواة الابن بواسطة التحول (α) ؟
كتابة معادلة التحول النووي الذي يؤدي إلى تحويل النواة الأب إلى النواة الابن بواسطة التحول (α)

$${}_Z^A\text{X}\to {}_{Z-2}^{A-4}\text{Y}+{}_2^4\text{He}$$

مثال:

$${}_{95}^{241}\text{Am}\to {}_{93}^{237}\text{Np}+{}_2^4\text{He}$$

3 ـ عرف أشعة (^-β) ؟
هي عبارة عن الكترونات منبعثة من النواة ناتجة عن تحول النيترون الى بروتون 
4 ـ أكتب المعادلة التي توضح كيفية تحول النيترون إلى بروتون بواسطة التحول (^-β) ؟

$${}_0^1\text{n}\to {}_1^1\text{p}+{}_{-1}^0{\text{e}}^{-}+\bar{\nu }$$

5 ـ أكتب معادلة التحول النووي الذي يؤدي إلى تحويل النواة الأب إلى النواة الابن بواسطة التحول (^-β) ؟

$${}_{Z}^{A}\text{X} \rightarrow {}_{Z+1}^{A}\text{Y} + {}_{-1}^{0}\text{e}^- + \overline{\nu}$$

مثال:

$${}_{38}^{90}\text{Sr}\to {}_{39}^{90}\text{Y}+{}_{-1}^0{\text{e}}^{-}+\bar{\nu }$$

ملاحظة:

نسمي ($\overline{\nu}$) النيترينو المضاد، وهو دقيقة عنصرية عديمة الشحنة والكتلة، يمكن تجاهله عند كتابة معادلة التفاعل النووي

6 ـ عرف أشعة (⁺β) ؟

هي عبارة عن بوزيتونات تنطلق من النواة، وتتميز بان لها نفس كتلة الالكترون، ونفس الشحنة، ولكن بإشارة موجبة

7 ـ أكتب المعادلة التي توضح كيفية تحول البروتون إلى نيترون بواسطة التحول (⁺β) ؟

$${}_1^1\text{p}\to {}_0^1\text{n}+{}_{+1}^0{\text{e}}^{+}+\nu$$

8 ـ أكتب معادلة التحول النووي الذي يؤدي إلى تحويل النواة الأب إلى النواة الابن بواسطة التحول (⁺β) ؟

$${}_{Z}^{A}\text{X} \rightarrow {}_{Z-1}^{A}\text{Y} + {}_{+1}^{0}\text{e}^+ + V$$

مثال:

$${}_6^{11}\text{C}\to {}_5^{11}\text{B}+{}_{+1}^0{\text{e}}^{+}+V$$

ملاحظة: 

نسمي V نيترينو، وهو دقيقة عنصرية عديمة الشحنة، والكتلة، يمكن تجاهله عند كتابة معادلة التفاعل النووي

9 ـ عرف أشعة (γ) ؟

هي عبارة عن أمواج كهرومغناطيسية تطلقها النواة الابن اذا كانت مثارة لتتحول الى نواة أقل اثارة

$${}_Z^A{\text{X}}^{\ast }\to {}_Z^A\text{X}+{}_0^0\gamma$$

10 ـ إلى ماذا يؤدي التفكك (γ) ؟

 مثال:

لاحظ الوثيقة التالية:

3/ التناقص الإشعاعي:

أ ـ الطابع العشوائي للتناقص الإشعاعي:

نشاط ـ 1 ـ

  يحمل التناقص الإشعاعي طابعا عشوائيا لأننا لا نستطيع تحديد عدد الأنوية المشعة في كل لحظة
نفرض أنه في اللحظة t = 0 لدينا N₀ نواة سوف تبدأ بالإشعاع ، ونفرض أنه عند اللحظة t تصبح لدينا N  نواة سوف تبدأ بالإشعاع، أي أنه خلال المدة Δt كانت لدينا ΔN نواة سوف تبدأ بالإشعاع
1 ــ إذا علمت أن ΔN متناسبة طردا مع Δt و N مما سبق برهن أن dN/dt + λN = 0
حيث λ ثابت الإشعاع.
لدينا: ΔN متناسبة طرديا مع Δt  و N ومنه: ΔN = -λ.N.Δt

ومنه:  ΔN + λNΔt = 0 

ومنه:

$$\frac{\Delta N}{\Delta t} + \lambda N = 0$$

  Δt → 0 من أجل

نجد:

$$\frac{dN}{dt} + \lambda N = 0 \quad \text{(1)}$$

2 ـ بين أن N(t) = N₀e^-λt حل للمعادلة التفاضلية  dN/dt + λN = 0 ؟

لدينا: N(t) = N₀e^-λt  

ومنه:

$$\frac{dN}{dt} = - \lambda N_0 e^{-\lambda t}$$

بالتعويض في المعادلة التفاضلية (1) نجد: 
-λ .N₀e^{- λt} + λ .N₀e^-t  = 0
ومنه: 0 = 0 (محققة)

ومنه: N(t) = N₀e^-λt  حل للمعادلة التفاضلية dN/dt + λN = 0 
3 ـ استنتج وحدة ثابت الإشعاع λ ؟

لدينا المقدار e^-λt ليس له وحدة ومنه المقدارλt ليس له وحدة، وحيث أن وحدة t هي الثانية (s) فان وحدة λ هي s ^-1
يتميز التناقص الإشعاعي بمقدارين زمنيين مهمين هما: ثابت الزمن τ وزمن نصف العمر T = t_1/2 حيث τ = 1/λ و t_1/2 يمثل الزمن اللازم لتفكك أو إشعاع نصف عدد الأنوية الابتدائية

4 ـ أوجد N(τ) بدلالة N₀ ؟

لدينا:

$$N(t)=N_0{e}^{-\lambda t}$$

ولدينا:

$$\lambda =\frac{1}{\tau }$$

ومنه:

$$N(t)=N_0{e}^{-\frac{t}{\tau }}$$

من أجل $t = \tau$نجد:

$$N(\tau) = N_0 e^{-\frac{\tau}{\tau}} = N_0 e^{-1}$$

ومنه:

$$N(\tau) = \frac{N_0}{e} \approx 0.37 N_0$$

5 ـ أوجد العلاقة بين t_1/2 وτ ؟

لدينا:

$$N(t)=N_0{e}^{-\frac{t}{\tau }}$$

عند زمن نصف العمر $t_{1/2}$، يصبح عدد الأنوية نصف العدد الأصلي، أي:

$$N(t_{1/2}) = \frac{N_0}{2}$$

بالتعويض في المعادلة نجد:

$$\frac{N_0}{2} = N_0 e^{-\frac{t_{1/2}}{\tau}}$$

ومنه:

$$\frac{1}{2}=e^{-\frac{t_{1\mathrm{/}2}}{\tau }}$$

لنأخذ اللوغاريتم الطبيعي (ln) للطرفين:

$$\ln \left( e^{-\frac{t_{1/2}}{\tau}} \right) = \ln \left( \frac{1}{2} \right)$$

ومنه:

$$-\frac{t_{1\mathrm{/}2}}{\tau }=\ln \left(\frac{1}{2}\right)$$

نحن نعلم أن:

$$\ln \left( \frac{1}{2} \right) = -\ln 2$$

ومنه نجد:

$$-\frac{t_{1/2}}{\tau} = -\ln 2$$

ومنه:

$$\frac{t_{1/2}}{\tau} = \ln 2$$

ومنه:

$$t_{1/2} = \tau \ln 2$$

وكذلك:

$$\tau = \frac{t_{1/2}}{\ln 2}$$

6 ـ أرسم بيان الدالة N(t) = N₀e^-λt ؟

رسم بيان الدالة N(t) = N₀e^-λt 

7 ـ بين كيف يمكن استنتاج كل من τ وt_1/2 بيانيا ؟
أنظر البيان السابق 

ب ـ مفهوم النشاط الإشعاعي:

نشاط ـ 2 ـ

1 ـ عرف النشاط الإشعاعي ؟
هو عدد التفككات التي تحدث في الثانية الواحدة، ونرمز له بالرمز A
2 ـ نرمز للنشاط الإشعاعي بالرمز A عبر عن A بدلالة  dNو dt ؟

العلاقة هي:

$$A=-\frac{dN}{dt}$$

3 ـ كيف يمكن حساب  A وما هي وحدة قياسه ؟
لدينا : N(t) = N₀e^-λt 

ولدينا:

$$A=-\frac{dN}{dt}$$

ومنه: A(t) = λ.N₀e^-λt نضع:  A₀ = λN₀
ومنه: A(t) = A₀e^-λt

ويقاس بالبكريل  (Bq)
4 ـ أرسم البيان الموضح للنشاط الإشعاعي ؟ 
رسم البيان:

5 ـ كيف يمكن تطبيق النشاط الإشعاعي للتأريخ ؟

لدينا:

$$A(t)=A_0{e}^{-\lambda t}$$

حيث:

• $A(t)$: النشاط الإشعاعي عند الزمن $t$.
• $A_0$: النشاط الإشعاعي الابتدائي عند $t = 0$.
• $\lambda$: ثابت النشاط الإشعاعي.
• $t$: الزمن.

بأخذ اللوغاريتم الطبيعي للطرفين نجد:

$$\ln \left(\frac{A(t)}{A_0}\right)=-\lambda t$$

ومنه:

$$t=\frac{1}{\lambda }\ln \left(\frac{A_0}{A(t)}\right)$$

ولدينا:

$$\tau =\frac{1}{\mathrm{\lambda }}$$

ومنه:

$$t=\tau \ln \left(\frac{A_0}{A(t)}\right)$$

باستخدام عدد الأنوية $N(t)$:
نظرًا لأن النشاط الإشعاعي يتناسب طرديًا مع عدد الأنوية المشعة المتبقية $N(t)$، فإن نفس العلاقة تنطبق على عدد الأنوية:

$$t=\frac{1}{\lambda }\ln \left(\frac{N_0}{N(t)}\right)$$

أو:

$$t=\tau \ln \left(\frac{N_0}{N(t)}\right)$$

وباستخدام كتلة العينة $m(t)$:
بما أن عدد الأنوية يتناسب مع الكتلة، فإن نفس العلاقة تنطبق على الكتلة:

$$t=\frac{1}{\lambda }\ln \left(\frac{m_0}{m(t)}\right)$$

أو:

$$t=\tau \ln \left(\frac{m_0}{m(t)}\right)$$

4/ التفاعلات النووية:

أ ـ التفاعلات التلقائية والتفاعلات المفتعلة:

نشاط ـ 1 ـ

1 ـ متى نقول عن تفاعل انه تلقائي ؟ 
 نقول عن التفاعل أنه تلقائي، اذا أصدر الجسم المتفاعل اشعاعات نووية مختلفة α، β، γ تلقائيا دون تدخل الانسان  
2 ـ متى نقول عن تفاعل انه مفتعل ؟
نقول عن التفاعل أنه مفتعل، اذا تدخل فيه الانسان بتهيئة ظروف، وشروط معينة         
3 ـ كيف نقوم بالتفاعلات المفتعلة ؟    
 نقوم بالتفاعلات المفتعلة، بقذف النواة بجسيم α أو أي نواة أخرى، فيتم التقاط القذيفة من طرف النواة المستهدفة في مرحلة أولى لتتشكل نواة مركبة غير مستقرة، ويرافق ذلك اصدار جسيم اخر           
4 ـ ماذا تسمى التفاعلات المفتعلة ؟
تسمى التفاعلات المفتعلة، التحولات النووية الاصطناعية
5 ـ من هو أول عالم قام بأول تفاعل نووي مفتعل وفي أي سنة حدث ذلك وما هو التفاعل الذي قام به
أول عالم قام بأول تحول نووي اصطناعي هو رذرفورد سنة 1919 حيث قام بالتفاعل التالي:

$${}_7^{14}N+{}_2^{4}He\to {}_8^{17}O+{}_1^{1}p$$

ب ـ المظهر الطاقوي للتفاعلات النووية:

وحدة الكتلة الموحدة:

نشاط ـ 2 ـ

1 ـ عرف وحدة الكتلة الموحدة ؟     
 هي كتلة جزء من اثنى عشرة جزء من ذرة الكربون 12      
 2 ـ ما هو رمز وحدة الكتلة الموحدة ؟
رمز وحدة الكتلة الموحدة هو: u
3 ـ أوجد قيمة وحدة الكتلة الموحدة بالكيلوغرام ؟

لدينا:

$$1u = \frac{1}{12} \times \frac{12}{N_A} = 1.66 \times 10^{-24} \, g$$

ومنه:

$$1u = 1.66 \times 10^{-27} \, kg$$

حيث: N_A = 6,02 ×10²³

علاقة الكتلة بالطاقة:(طاقة الكتلة)

نشاط ـ 3 ـ

بالاعتماد على الوثيقتين 1 ، 2:

مخطط يوضح تغير الطاقة بدلالة تغير الكتلة

1 ـ ما هي العلاقة بين مجموع كتل النويات منعزلة وكتلة النواة ؟
من الوثيقة (1) نستنتج ان مجموع كتل النويات منعزلة أكبر من كتلة النواة
2 ـ ما هي العلاقة بين طاقة النوكليونات وطاقة النواة وكيف نسمي الطاقة التي تمثل الفرق بينهما وما هو رمزها وكيف يمكن حسابها ؟
العلاقة بين طاقة النوكليونات وطاقة النواة هي علاقة تكافؤ بين الكتلة والطاقة 
E_{نوكليونات}  = E_نواة  + E_ℓ
حيث نسمي E_ℓ: طاقة الربط ومنه:

 E_ℓ = E_{نوكليونات} – E_نواة

ومنه: 

E_ℓ = (Zm_p+ (A – Z)m_n – m)C²
حيث:              C: سرعة الضوء
        N = A - Z: عدد النيترونات
                     Z: عدد البروتونات

5/الانشطار والاندماج:

أ ـ طاقة الربط لكل نوية:

نشاط ـ 4 ـ

1 ـ كيف يمكن حساب طاقة الربط لكل نوية  وما هو رمزها ؟
يمكن حساب طاقة الربط لكل نوية بقسمة طاقة الربط للنواة على عدد النويات (A) ونرمز لها بالرمز:

$$E_l\left(\frac{{(}_Z^A)X}{A}\right)$$

2 ـ كيف نحدد النواة الأكثر استقرارا ؟
النواة الأكثر استقرارا هي النواة التي تكون طاقة الربط لكل نوية من نوياتها أكبر
3 ـ بالاعتماد على الوثيقة التالية:

ـ اشرح منحنى أستون باختصار ؟
يمثل منحنى أستون سالب طاقة الربط لكل نوية (-E_ℓ/A) بدلالة العدد الكتلي A
ـ حسب أستون تكون الأنوية ذات عدد كتلي أقل من 20 غير مستقرة ويمكن أن تحدث لها تفاعلات اندماج من أجل دخولها الى منطقة الاستقرار
ـ أما الأنوية ذات عدد كتلي أكبر من 20 وأقل من 50 فهي تكون أقل استقرارا
ـ و الأنوية ذات عدد كتلي أكبر من 50 وأقل من 75 تكون أكثر استقرارا
ـ وفي المجال حيث العدد الكتلي أكبر من 75 وأقل من 100 نلاحظ نقصان في نسبة الاستقرار
ـ وفي المجال حيث العدد الكتلي أكبر من 100 وأقل من 190 تكون الأنوية أقل استقرارا 
ـ ومن أجل عدد كتلي أكبر من 190 تكون الأنوية غير مستقرة ويمكن أن تحدث لها  تفاعلات انشطار

ب ـ الانشطار:

مبدأ الانشطار:

نشاط ـ 1 ـ

1 ـ وضح آلية انشطار نواة اليورانيوم 235    
عند قذف نواة اليورانيوم 235 بنيترونات تتحرك ببطء تمتص نواة اليورانيوم 235 نيترون وتتحول الى نواة مثارة تحتوي على 236 نوية، تنشطر خلال مدة زمنية لا تتجاوز 10^-12 ثانية وتعطي نواتين بنصف حجم نواة اليورانيوم تقريبا وتنطلق نيترونات، تكون 2 أو 3 عموما وفق المعادلة النووية التالية:

$${}_0^{1}n+{}_{92}^{235}U\to {}_{92}^{236}{U}^{\ast }\to N_1+N_2+\text{neutrons}$$

 2 ـ بالاعتماد على الوثيقة التالية:

3 ـ أوجد مقدار الطاقة المحررة عند انشطار نواة اليورانيوم 235 إلى نواتي السيزيوم Cs و الروبيديوم Rb
بالاعتماد على البيان نلاحظ ان طاقة الربط لكل نوية بالنسبة لنواة الروبيديوم هي 8,6 MeV/n وبالنسبة للسيزيوم هي 8,3 MeV/n ومنه متوسط طاقة الربط لكل نوية هو 8,45 MeV/n 

ولدينا:

$$E_l\left(\frac{{(}_{92}^{235}U)}{A}\right)=7.6\text{MeV/n}$$

ومنه:

E_ℓ = (8,45 – 7,6)× 236 = 200,6 MeV

حصيلة الطاقة لتفاعل انشطار:

نشاط ـ 2 ـ

اليورانيوم 235 نواة انشطارية يستعمل أحيانا كوقود في المراكز النووية، عندما نقذف نواة اليورانيوم 235 بنيترونات بطيئة تنشطر إلى نواتين ونيترونات ، إحدى التفاعلات الممكنة التفاعل التالي:

$${}_{92}^{235}U+{}_0^{1}n\to {}_{38}^{94}Sr+{}_{54}^{139}Xe+3{}_0^{1}n$$

نعطي:

$$m({}_{92}^{235}U)=234.9942\text{u}$$$$m({}_{38}^{94}Sr)=93.8945\text{u}$$$$m({}_{54}^{139}Xe)=138.8892\text{u}$$$$m(n)=1.008665\text{u}$$

1 ـ أحسب الضياع في الكتلة خلال هذا التحول ؟

2 ـ أحسب قيمة الطاقة المحررة خلال هذا التحول ؟

3 ـ استنتج قيمة الطاقة التي يمكن الحصول عليها عند استعمال1kg من اليورانيوم 235

الحل:

1 ـ حساب الضياع في الكتلة خلال هذا التحول:

  لدينا:
  Δm = m_f - m_i
ومنه:
  Δm = m_f - m_i
ومنه:

$$\mathrm{\Delta }m=m{(}_{38}^{94}Sr)+m{(}_{54}^{139}Xe)+2m{(}_0^{1}n)-m{(}_{92}^{235}U)$$

تطبيق عددي:
Δm = 93,8945 + 138,8892 + 2×1,008665 – 234,9942
ومنه: Δm = - 0,19317 u
اشارة (-) دلالة على أن الكتلة تتناقص
2 ـ حساب قيمة الطاقة المحررة خلال هذا التحول:
E_lib = Δm.C² ومنه: E_lib = -0,19317×931,5  
ومنه: E_lib = -179,94 MeV
اشارة (-) دلالة على أن الطاقة محررة
3 ـ استنتاج قيمة الطاقة التي يمكن الحصول عليها عند استعمال1kg 
من اليورانيوم 235
* حساب عدد أنوية اليورانيوم الموجودة في 1 kg منه:
ـ حساب عدد المولات: n = m/M = 1000/235 
ومنه: n = 4,25 mol
ـ حساب عدد الأنوية:
N = n.NA = 4,25×6,023×10²³   
ومنه: N = 2,56×10²⁴ noyaux
ـ استنتاج قيمة الطاقة:
E_T = E_lib.N = 179,94×2,56×10²⁴ = 4,60×10²⁶ MeV
ولدينا: 1 MeV = 1,6×10^-13 J
ومنه: E_T = 4,60×10²⁶×1,6×10^-13 = 7,36×10¹³ J

عموما: E_T = n.E_lib.N_A

جـ ـ الاندماج:

مبدأ الاندماج:

مبدأ الاندماج (أو الاندماج النووي) هو عملية فيزيائية تُدمج فيها نواتان خفيفتان (مثل نظائر الهيدروجين) لتكوين نواة أثقل، وينتج عن هذه العملية كمية هائلة من الطاقة. ويحدث في الشمس والنجوم

نشاط ـ 3 ـ
1 ـ ما هو التفاعل الأكثر توقعا في مفاعلات الاندماج ؟  
التفاعل الأكثر توقعا في مفاعلات الاندماج هو:

$${}_1^{2}H+{}_1^{3}H\to {}_2^{4}He+{}_0^{1}n$$

2 ـ هل تفاعلات الاندماج تحرر طاقة أم تمتص طاقة ؟ علل ؟
تفاعلات الاندماج تحرر طاقة وذلك لأن طاقة الربط لكل نوية في النواتج أكبر من طاقة الربط لكل نوية في المتفاعلات 
3 ـ ما هي الشروط الواجب توفرها  لحدوث تفاعلات الاندماج ؟
أ ـ درجة حرارة عالية جدا
ب ـ أن تكون الأنوية بكثافة كبيرة
جـ ـ توفر مبدأ الاحتواء العطالي أو مبدأ الاحتواء المغناطيسي 

حصيلة الطاقة لتفاعل الاندماج:

نشاط ـ 4 ـ

لتكن معادلة الاندماج التالية:

$${}_1^{2}H+{}_1^{3}H\to {}_2^{4}He+{}_0^{1}n$$

1 ـ أحسب النقصان في الكتلة خلال هذا التفاعل ؟
2 ـ أحسب الطاقة المحررة عن هذا التفاعل ؟
3 ـ أحسب الطاقة المحررة عن تشكل 1 مول من الهليوم ؟

نعطي: m_T = 3,01550 u  ،m_D = 2,01355 u  ،m_n = 1,00866 u ،

$$m({}_2^{4}He)=4.00150\text{u}$$

الحل:

1 ـ حساب النقصان في الكتلة خلال هذا التفاعل:

 Δm = m_f  - m_i   

تطبيق عددي:

Δm = 4,00150 + 1,00866 - 2,01355 – 3,01550

ومنه: Δm = - 0,01889 u

اشارة (-) دلالة على أن الكتلة تتناقص
2 ـ حساب الطاقة المحررة عن هذا التفاعل:

لدينا: E_lib = Δm.C ²

ومنه:

 E_lib  = - 0,01889×931,5 = -17,596 MeV

اشارة (-) دلالة على أن الطاقة محررة

3 ـ حساب الطاقة المحررة عن تشكل 1 مول من الهليوم:

E_T  = E_lib.N_A  

E_T  = 17,596×6,023 ×10²³  

^ومنه:  E_T = 1,695 ×10¹² J

وثيقة التلميذ لدرس التحولات النووية بصيغة الـ PDF