ملخص الفصل ٩: الفيزياء النووية

9-1 النواة

• تتكون النواة من بروتونات ونيوترونات تُسمّى معًا النيوكليونات، والعدد الذري Z هو عدد البروتونات، والعدد الكتلي A هو مجموع البروتونات والنيوترونات، وكتلة النواة تقارب A بوحدة الكتل الذرية u.
• النظائر أنوية للعنصر نفسه لها عدد البروتونات نفسه وأعداد مختلفة من النيوترونات، ويُرمز لها بالرمز الكيميائي مع العددين الذري والكتلي.
• تربط القوة النووية القوية النيوكليونات معًا رغم تنافر البروتونات، وهي قوية جدًّا لكنها قصيرة المدى، وكتلة النواة أقل من مجموع كتل مكوناتها، ويُسمّى هذا النقص فرق الكتلة، وتساوي طاقة الربط النووية E = Δmc².

راجع صفحة ٢٥٣ في الكتاب

9-2 الاضمحلال النووي والتفاعلات النووية

• المواد المشعة تُطلق إشعاعات تلقائيًّا: في اضمحلال ألفا تنبعث نواة هيليوم فيقل العدد الكتلي بمقدار ٤ والعدد الذري بمقدار ٢، وفي اضمحلال بيتا يتحول نيوترون إلى بروتون وينبعث إلكترون وضديد نيوترينو فيزيد العدد الذري بمقدار ١، أما إشعاع جاما فطاقة فقط لا تغير العددين.
• عمر النصف هو الزمن اللازم لاضمحلال نصف أنوية أي كمية من نظير مشع، ولكل نظير عمر نصف خاص به، ويُقاس النشاط الإشعاعي بعدد الاضمحلالات في الثانية بوحدة البيكرل Bq.
• الانشطار النووي هو انقسام نواة ثقيلة كاليورانيوم إلى نواتين متوسطتين مع طاقة ونيوترونات قد تُحدث تفاعلًا متسلسلًا يُستغل في المفاعل النووي، والاندماج النووي هو اتحاد أنوية خفيفة لتكوين نواة أثقل كما يحدث في الشمس.

راجع صفحة ٢٦٠ في الكتاب

9-3 وحدات بناء المادة

• تُستخدم المسارعات الخطية والسنكروترون لإكساب الجسيمات المشحونة طاقات عالية جدًّا، وتُستخدم كواشف الجسيمات لرصد نواتج التصادمات لأن الجسيمات لا يمكن الإحساس بها مباشرة.
• وفق النموذج المعياري تتكون المادة من كواركات ولبتونات، فالبروتون والنيوترون يتكونان من كواركات، أما الإلكترون والنيوترينو فمن اللبتونات، وتنتقل القوى بواسطة جسيمات تُسمّى حاملات القوة.
• لكل جسيم ضديد له الكتلة نفسها وشحنة معاكسة، وفي إنتاج الزوج يتحول فوتون عالي الطاقة إلى إلكترون وبوزيترون، والقوة النووية الضعيفة هي المسؤولة عن اضمحلال بيتا.

راجع صفحة ٢٦٩ في الكتاب

مثال محلول

عينة من اليود المشع كتلتها 80 g، وعمر النصف لهذا النظير ٨ أيام. ما الكتلة المتبقية دون اضمحلال بعد ٢٤ يومًا؟

1. نحسب عدد أعمار النصف: 24 ÷ 8 = 3، أي ثلاثة أعمار نصف.
2. بعد كل عمر نصف تقل الكتلة إلى النصف: 80 g ثم 40 g ثم 20 g ثم 10 g.
3. أي أن الكتلة المتبقية = 80 × (1/2)³ = 80/8 = 10 g.
4. تحقق: بمضاعفة 10 g ثلاث مرات نحصل على 20 g ثم 40 g ثم 80 g، وهي الكتلة الابتدائية.

الإجابة: تتبقى 10 g من اليود دون اضمحلال.