الفيزياء النووية أصبحت في هذه الأيام
ضرورة للعالم المتطور ، فقد أصبحت إحدى الأسس الكبرى لبناء المستقبل ،
نظراً لما توفره من امكانيات جبارة وطرق سهلة للتحكم بالطاقة الكامنة ..
ولكن
للأسف اشتهر عند العامة أن الفيزياء النووية ليست سوى قنابل وتدمير ، ومن
المواقف الطريفة أنه عندما سألني أحد اليابانيين عن تخصصي فقلت له (فيزياء
نووية) فعندها ولى هارباً وكأنني قنبلة تمشي على قدمين ، فعندما يسمعون
العامة عن كلمة (نووي) ، يعرض في أذهانهم لقطة انفجار قنبلتي هيروشيما
وناجازاكي ،وصور الأطفال المشوهين في حادثة تشرنوبل ،والمصابين بالسرطان
في العراق وغيرها من مآسي القوة النووية ، وهدفنا نحن الطلاب أن نصحح هذه
النظرة في عقول الناس ، فالفيزياء النووية الآن أصبحت تستعمل في الكثير من
حقول المعرفة ، كالطب ،والصناعات، وفي الجيولوجيا ، وفي الكمبيوتر ، وفي
الإلكترونيات ، وفي الفضاء ، وفي الآثار ، وفي التعقيم ، وفي الصناعات
الكيماوية ، وغيرها الكثير الكثير من الإستخدامات التي سنناقشها في
المحاضرة التاسعة إن شاء الله ..
يظن الكثير أن فكرة الفيزياء النووية
بدأت مع بداية الفيزياء الحديثة ، وهي في الحقيقة بدأت منذ أن تم اكتشاف
الذرة ، ولكنها بدأت تتضح أكثر مع بداية ظهور عصر الفيزياء الحديثة ، التي
أنجبت لنا ما يسمى بالفيزياء النووية، التي هي بدورها أنجبت طفلاً صغيراً
أسميناه فيما بعد بـ(فيزياء الجسيمات الأولية) ، ونحن الآن لن ندخلكم في
النقاشات العائلية ، ولذلك سأختصر كما طلب مني الأستاذ أبو سلمان، وسأبدأ
في النقاط الأساسية ..
ولكن هناك سؤال في بداية تعلمنا للفيزياء النووية وهو :
ماذا تعرف عن النواة nucleus؟
النواة
وهي المحور الذي تدور حوله الفيزياء النووية ،هذا الجسيم المنتاهي بالصغر
، يشكل عالم متكامل منظم من القوى عجزت عن وصفه اعظم النظريات العريقة ،
لذلك يجب علينا أن نعرف خواص هذا الجسيم قبل البدء في الكلام عن النشاط
الإشعاعي والتطبيقات النووية ، دلت التجارب و الأبحاث على أن النواة هي
عبارة عن جسيم مشحون كتلته أكبر بكثير من كتلة الإلكترونات التي هي عبارة
جسيمات صغيرة تدور حول النواة بسرعة كبيرة ، وقد أثبتت التجارب على أن
النواة تتكون من نوعين من الجسيمات هما : البروتونات والنيوترونات ، ولأن
هذين النوعين من الجسيمات يتشابهان بشكل كبير فيطلق عليهما لفظ
(النيوكلونات) ، ولنبدأ باسم الله في خواص النواة :
1- رقم الكتلة (A) MASS NUMBER
وهو
عدد النيوكلونات في النواة ، أي عدد النيوترونات + عدد البروتونات ، ومن
الجدير بالذكر أن عدد الكتلة يبقى ثابتاً في أي عملية نووية من النوع
العادي (أي بدون تكون أضداد الجسيمات) ويسمىذلك بـ(قانون حفظ رقم الكتلة
Conservation of mass number) ، ويكون رقم الكتلة مقدراً بوحدة الكتلة
الذرية العالمية ..
2- رقم شحنة النواة (Z) nucleus charge number
يتحدد
رقم شحنة النواة بعدد البروتونات في النواة ، كما أن رقم الشحنة يحدد عدد
الإلكترونات ، الذي يحدد ترتيب العنصر في جدول العناصر ، كما أن رقم
الشحنة يحدد الخصائص الكيميائية للعنصر ، وإذا علمنا رقم الكتلة لنواة
عنصر معين ورقم الشحنة فإننا نستطيع أن نستنتج عدد النيوترونات (N) عن
طريق المعادلة التالية :
N=A-Z
ويطلق على العناصر التي أنويتها
متساوية في عدد الشحنة(Z) بالنظائر أو الأيزوتوبات ، كما يطلق على العناصر
التي أنويتها متساوية في عدد الكتلة(A) بالمتكاتلات أو الأيزوبارات ، كما
يطلق على العناصر التي أنويتها متساوية في عدد النيوترونات(N)
بالأيزوتونات ..
مسائل :
إذا علمت أن نواة النيتروجين تحتوي على 7 بروتونات و7 نيوترونات ، فأوجد عدد الشحنة وعدد الكتلة.
الجواب:
عدد الكتلة = عد البرتونات + عدد النيوترونات = 14
عدد الشحنة = عدد البروتونات = 7
3- الطاقة النسبية للنواة
قد
علمنا من النظرية النسبية أن أي جسم له كتلة ثابتة فطاقته تساوي كتلته
مضروبة في تربيع سرعة الضوء ، فالطاقة النسبية للنواة هي كتلتها
بالكيلوجرامات في تربيع سرعة الضوء .
مسائل :
أوجد الطاقة النسبية لنواة ، إذا علمت أن كتلتها تساوي 1جرام .
الحل :
من معادلة النظرية النسبية : {الطاقة=الكتلة × مربع سرعة الضوء}
= 9×10^20
4- نصف قطر النواة Nuclear radius
أثبت
العالم رذرفورد أن النواة ليست نقطية ، وكان أول من أعطى نتائج مبدئية عن
نصف قطر نواة الذهب ، وذلك بدراسة تشتت جسيمات ألفا عند اصطدامها برقائق
الذهب ، وقد أثبتت التجارب الحديثة أن نصف قطر النواة يعطى من خلال
العلاقة التالية :
R = r0 X A^1/3
حيث أن :
A= عدد الكتلة
r0= هو عدد ثابت ويساوي تقريباً (1.37×10^-15 متر)
5-اللف المغزلي SPIN
كما
عرفنا أن النواة تحتوي على بروتونات ونيوترونات بداخلها ، ويوجد فراغات
صغيرة فيما بين هذه الجسيمات ، لذلك فإن هذه الجسيمات تكون في حركة دائمة
داخل النواة ، وحيث أن البروتونات والنيترونات تمتلك عزماً ميكانيكياً
يقدر بـ2/1h ، ويكون هذا العزم الميكانيكي على شكل لف مغزلي ، وهو دوران
الجسيمات بطريقة مغزلية حول نفسها ويجمع هذا اللف المغزلي ليكون اللف
المغزلي للنواة ، ولكن نريد أن ننبه أن اللف المغزلي للنواة يتم جمعه
بطريقة خاصة حيث أنه قد تكون النواة يوجد به أكثر من 100 بروتون ونيوترون
، ويكون لفها المغزلي لا يتجاوز 1h !! فكيف يحدث هذا ؟!! ، عندما يكون
بالنواة بروتونان ، فإنهما يتزاوجان ويلغي كل منهما عزم الآخر ، فإذا كان
بالنواة 50 نيوترون و60 بروتون ، فإن عزم النواة يكون صفر ، فالأعداد
الزوجية من البروتونات أو النيوترونات يلغي بعضهم بعضاً، أما إذا كانت
الأعداد فردية فهي تجمع مع عزمها الدائري ، وهو عزم ميكانيكي تدور فيه
جسيمات في مدارات في الذرة ، ويكون الناتج هو عزم النواة ..
6- العزم المغناطيسي
إذا
كان هناك جسم يحمل شحنة معينة فمن الطبيعي أنه إذا فإنه بدورانه حول نفسه
(العزم المغزلي) ، أو بدورانه في مدار في داخل الذرة ( العزم الدوراني)
يكوّن مجال مغناطيسي ، يسمى بالعزم المغناطيسي ، وهذا العزم المغناطيسي
يقاس بوحدة تسمى بمغناطيس بوهر (Mb)أو بوحدة عامة أخرى تسمى بالمغناطيس
النووي(Mn) ، فالعزم المغناطيسي النابع من العزم الدوراني للإلكترون في
أقل مستوى دوران في الذرة يساوي 1Mb ، والعزم المغناطيسي النابع من عزمه
المغزلي يساوي 2mb ، وكذلك البروتونات والنيترونات لها عزم مغناطيسي ،
ويجمع العزم المغناطيسي كما يجمع العزم الميكانيكي ، فالبروتونان يستبعد
عزمهما بالتزاوج ، والنيوترونان كذلك ..
7- الزخم الزاوي
لنفترض
أن هناك جسم يسير بسرعة v في مدار معين ، وهو في نفس الوقت يدور حول نفسه
، كدوران كوكب الأرض حول محوره ودورانه في مدار حول الشمس ، فإنه بدورانه
في مدار حول الشمس ، ينتج زخم خطي أي كمية حركة خطية تحسب بالمعادلة
التالية:
p = v x m
حيث أن :
p= الزخم الخطي
v= السرعة الخطية
m= الكتلة الثابتة
كما
أنه بدورانه حول نفسه ينتج زخم مغزلي يحسب بالمعادلة السابقة ، وسنتناول
هذا المفهوم والمفاهيم الأخرى بشيء من التفصيل في المحاضرات القادمة بإذن
الله ..
____
)..
ضرورة للعالم المتطور ، فقد أصبحت إحدى الأسس الكبرى لبناء المستقبل ،
نظراً لما توفره من امكانيات جبارة وطرق سهلة للتحكم بالطاقة الكامنة ..
ولكن
للأسف اشتهر عند العامة أن الفيزياء النووية ليست سوى قنابل وتدمير ، ومن
المواقف الطريفة أنه عندما سألني أحد اليابانيين عن تخصصي فقلت له (فيزياء
نووية) فعندها ولى هارباً وكأنني قنبلة تمشي على قدمين ، فعندما يسمعون
العامة عن كلمة (نووي) ، يعرض في أذهانهم لقطة انفجار قنبلتي هيروشيما
وناجازاكي ،وصور الأطفال المشوهين في حادثة تشرنوبل ،والمصابين بالسرطان
في العراق وغيرها من مآسي القوة النووية ، وهدفنا نحن الطلاب أن نصحح هذه
النظرة في عقول الناس ، فالفيزياء النووية الآن أصبحت تستعمل في الكثير من
حقول المعرفة ، كالطب ،والصناعات، وفي الجيولوجيا ، وفي الكمبيوتر ، وفي
الإلكترونيات ، وفي الفضاء ، وفي الآثار ، وفي التعقيم ، وفي الصناعات
الكيماوية ، وغيرها الكثير الكثير من الإستخدامات التي سنناقشها في
المحاضرة التاسعة إن شاء الله ..
يظن الكثير أن فكرة الفيزياء النووية
بدأت مع بداية الفيزياء الحديثة ، وهي في الحقيقة بدأت منذ أن تم اكتشاف
الذرة ، ولكنها بدأت تتضح أكثر مع بداية ظهور عصر الفيزياء الحديثة ، التي
أنجبت لنا ما يسمى بالفيزياء النووية، التي هي بدورها أنجبت طفلاً صغيراً
أسميناه فيما بعد بـ(فيزياء الجسيمات الأولية) ، ونحن الآن لن ندخلكم في
النقاشات العائلية ، ولذلك سأختصر كما طلب مني الأستاذ أبو سلمان، وسأبدأ
في النقاط الأساسية ..
ولكن هناك سؤال في بداية تعلمنا للفيزياء النووية وهو :
ماذا تعرف عن النواة nucleus؟
النواة
وهي المحور الذي تدور حوله الفيزياء النووية ،هذا الجسيم المنتاهي بالصغر
، يشكل عالم متكامل منظم من القوى عجزت عن وصفه اعظم النظريات العريقة ،
لذلك يجب علينا أن نعرف خواص هذا الجسيم قبل البدء في الكلام عن النشاط
الإشعاعي والتطبيقات النووية ، دلت التجارب و الأبحاث على أن النواة هي
عبارة عن جسيم مشحون كتلته أكبر بكثير من كتلة الإلكترونات التي هي عبارة
جسيمات صغيرة تدور حول النواة بسرعة كبيرة ، وقد أثبتت التجارب على أن
النواة تتكون من نوعين من الجسيمات هما : البروتونات والنيوترونات ، ولأن
هذين النوعين من الجسيمات يتشابهان بشكل كبير فيطلق عليهما لفظ
(النيوكلونات) ، ولنبدأ باسم الله في خواص النواة :
1- رقم الكتلة (A) MASS NUMBER
وهو
عدد النيوكلونات في النواة ، أي عدد النيوترونات + عدد البروتونات ، ومن
الجدير بالذكر أن عدد الكتلة يبقى ثابتاً في أي عملية نووية من النوع
العادي (أي بدون تكون أضداد الجسيمات) ويسمىذلك بـ(قانون حفظ رقم الكتلة
Conservation of mass number) ، ويكون رقم الكتلة مقدراً بوحدة الكتلة
الذرية العالمية ..
2- رقم شحنة النواة (Z) nucleus charge number
يتحدد
رقم شحنة النواة بعدد البروتونات في النواة ، كما أن رقم الشحنة يحدد عدد
الإلكترونات ، الذي يحدد ترتيب العنصر في جدول العناصر ، كما أن رقم
الشحنة يحدد الخصائص الكيميائية للعنصر ، وإذا علمنا رقم الكتلة لنواة
عنصر معين ورقم الشحنة فإننا نستطيع أن نستنتج عدد النيوترونات (N) عن
طريق المعادلة التالية :
N=A-Z
ويطلق على العناصر التي أنويتها
متساوية في عدد الشحنة(Z) بالنظائر أو الأيزوتوبات ، كما يطلق على العناصر
التي أنويتها متساوية في عدد الكتلة(A) بالمتكاتلات أو الأيزوبارات ، كما
يطلق على العناصر التي أنويتها متساوية في عدد النيوترونات(N)
بالأيزوتونات ..
مسائل :
إذا علمت أن نواة النيتروجين تحتوي على 7 بروتونات و7 نيوترونات ، فأوجد عدد الشحنة وعدد الكتلة.
الجواب:
عدد الكتلة = عد البرتونات + عدد النيوترونات = 14
عدد الشحنة = عدد البروتونات = 7
3- الطاقة النسبية للنواة
قد
علمنا من النظرية النسبية أن أي جسم له كتلة ثابتة فطاقته تساوي كتلته
مضروبة في تربيع سرعة الضوء ، فالطاقة النسبية للنواة هي كتلتها
بالكيلوجرامات في تربيع سرعة الضوء .
مسائل :
أوجد الطاقة النسبية لنواة ، إذا علمت أن كتلتها تساوي 1جرام .
الحل :
من معادلة النظرية النسبية : {الطاقة=الكتلة × مربع سرعة الضوء}
= 9×10^20
4- نصف قطر النواة Nuclear radius
أثبت
العالم رذرفورد أن النواة ليست نقطية ، وكان أول من أعطى نتائج مبدئية عن
نصف قطر نواة الذهب ، وذلك بدراسة تشتت جسيمات ألفا عند اصطدامها برقائق
الذهب ، وقد أثبتت التجارب الحديثة أن نصف قطر النواة يعطى من خلال
العلاقة التالية :
R = r0 X A^1/3
حيث أن :
A= عدد الكتلة
r0= هو عدد ثابت ويساوي تقريباً (1.37×10^-15 متر)
5-اللف المغزلي SPIN
كما
عرفنا أن النواة تحتوي على بروتونات ونيوترونات بداخلها ، ويوجد فراغات
صغيرة فيما بين هذه الجسيمات ، لذلك فإن هذه الجسيمات تكون في حركة دائمة
داخل النواة ، وحيث أن البروتونات والنيترونات تمتلك عزماً ميكانيكياً
يقدر بـ2/1h ، ويكون هذا العزم الميكانيكي على شكل لف مغزلي ، وهو دوران
الجسيمات بطريقة مغزلية حول نفسها ويجمع هذا اللف المغزلي ليكون اللف
المغزلي للنواة ، ولكن نريد أن ننبه أن اللف المغزلي للنواة يتم جمعه
بطريقة خاصة حيث أنه قد تكون النواة يوجد به أكثر من 100 بروتون ونيوترون
، ويكون لفها المغزلي لا يتجاوز 1h !! فكيف يحدث هذا ؟!! ، عندما يكون
بالنواة بروتونان ، فإنهما يتزاوجان ويلغي كل منهما عزم الآخر ، فإذا كان
بالنواة 50 نيوترون و60 بروتون ، فإن عزم النواة يكون صفر ، فالأعداد
الزوجية من البروتونات أو النيوترونات يلغي بعضهم بعضاً، أما إذا كانت
الأعداد فردية فهي تجمع مع عزمها الدائري ، وهو عزم ميكانيكي تدور فيه
جسيمات في مدارات في الذرة ، ويكون الناتج هو عزم النواة ..
6- العزم المغناطيسي
إذا
كان هناك جسم يحمل شحنة معينة فمن الطبيعي أنه إذا فإنه بدورانه حول نفسه
(العزم المغزلي) ، أو بدورانه في مدار في داخل الذرة ( العزم الدوراني)
يكوّن مجال مغناطيسي ، يسمى بالعزم المغناطيسي ، وهذا العزم المغناطيسي
يقاس بوحدة تسمى بمغناطيس بوهر (Mb)أو بوحدة عامة أخرى تسمى بالمغناطيس
النووي(Mn) ، فالعزم المغناطيسي النابع من العزم الدوراني للإلكترون في
أقل مستوى دوران في الذرة يساوي 1Mb ، والعزم المغناطيسي النابع من عزمه
المغزلي يساوي 2mb ، وكذلك البروتونات والنيترونات لها عزم مغناطيسي ،
ويجمع العزم المغناطيسي كما يجمع العزم الميكانيكي ، فالبروتونان يستبعد
عزمهما بالتزاوج ، والنيوترونان كذلك ..
7- الزخم الزاوي
لنفترض
أن هناك جسم يسير بسرعة v في مدار معين ، وهو في نفس الوقت يدور حول نفسه
، كدوران كوكب الأرض حول محوره ودورانه في مدار حول الشمس ، فإنه بدورانه
في مدار حول الشمس ، ينتج زخم خطي أي كمية حركة خطية تحسب بالمعادلة
التالية:
p = v x m
حيث أن :
p= الزخم الخطي
v= السرعة الخطية
m= الكتلة الثابتة
كما
أنه بدورانه حول نفسه ينتج زخم مغزلي يحسب بالمعادلة السابقة ، وسنتناول
هذا المفهوم والمفاهيم الأخرى بشيء من التفصيل في المحاضرات القادمة بإذن
الله ..
____
)..
الأربعاء 13 أبريل 2022 - 17:01 من طرف Admin
» مشاهير اعتنقوا الاسلام تعرفوا عليهم Celebrities who converted to Islam recognized them
الأربعاء 13 أبريل 2022 - 16:48 من طرف Admin
» رسام وشوم في اليابان يزلزل العالم ويعلن إسلامه بعد أن اكتشف سرا خطيرا في ورقة صغيرة
الأربعاء 13 أبريل 2022 - 16:47 من طرف Admin
» من الالحاد الى الاسلام
الأربعاء 13 أبريل 2022 - 16:45 من طرف Admin
» غرداية
الإثنين 1 نوفمبر 2021 - 14:36 من طرف Admin
» مشاهير دخلوا الاسلام حديثا 13 من مشاهير العالم اعتنقوا الإسلام عام 2020
الثلاثاء 20 أبريل 2021 - 19:09 من طرف Admin
» مشاهير اعتنقوا الاسلام تعرفوا عليهم Celebrities who converted to Islam recognized them
الثلاثاء 20 أبريل 2021 - 18:52 من طرف Admin
» الطريقة الصحيحة للمراجعة لشهادة التعليم المتوسط || الطريق إلى معدل 18 BEM DZ
الثلاثاء 20 أبريل 2021 - 15:51 من طرف Admin
» طرق المذاكرة للاطفال
الثلاثاء 20 أبريل 2021 - 15:48 من طرف Admin
» طرق المذاكرة الصحيحة مع الأبناء - 6 طرق ذكية للمذاكرة الصحيحة مع الأطفال
الثلاثاء 20 أبريل 2021 - 15:45 من طرف Admin
» فيديو نادر: الجزائر قبل 90 سنة
الأربعاء 20 مايو 2020 - 18:34 من طرف Admin
» حقائق حول مقتل محمد شعباني أصغر عقيد في الجزائر-30 يوم تحقيق
الأربعاء 20 مايو 2020 - 18:32 من طرف Admin
» المؤرخ محمد لمين بلغيث يكشف أمور خطيرة عن الحراك و غديري و توفيق
الأربعاء 20 مايو 2020 - 18:26 من طرف Admin
» الجريمة السياسية.. اغتيال الملك فيصل بن عبد العزيز
الأربعاء 20 مايو 2020 - 17:46 من طرف Admin
» ذكرى مؤتمر الصومام و جدلية السياسي و العسكري
الأربعاء 20 مايو 2020 - 17:39 من طرف Admin