نووية فيزياء

فيز 481•

النووية :) (2الخواصوفرة - – و كتلة النواة مكونات النووي القطر نصف

. - النووي- االستقرار النووي الترابط طاقة النوىالنووية : القوى

. التبادلية – – القوة نموذج النووية القوى خواص الديترون

النووي :) االشعاعي ( 2التحلل - االتزان و االبنة النواة نشاط نمو االشعاعي التحلل قانون - قياس – وحدات التسلسلي االشعاعي التحلل االشعاعي

. تطبيقات – االشعاعاالشعاعات:

االشعاعي – التحلل الطبيعية االشعاعية السالسللجسيمات – αلجسيمات االشعاعي واالسر βالتحللااللكتروني

االشعاعي الداخلي )γالتحلل (.1والتحولقطرة : – نموذج القشري النموذج النووية النماذج

فيرمي – غاز نموذج السائلالدورانية – – الحركة الشامل النموذج البصري النموذج

(1واالهتزازية.)

االنووية : ) (2التفاعالت – - التفاعل – طاقة الحفظ قوانين التفاعالت انواع

التفاعل – – – مقاطع الكولومي الحاجز التفاعل عتبةالمباشرة – – التفاعالت المركبة النواة تفاعالت

الرنينية . التفاعالت

( : النووي (1االنشطارو – – التلقائي االنشطار المحررة الطاقة االنشطار عملية

التفاعالت – – – االنشطار خواص التنشيط طاقة الحثيوالتفاعالت – النووي المفاعل التسلسلية االنشطارية

فيها . المتحكم االنشطارية

( : النووي (1االندماجاالندماج – – خواص االساسية االندماجية التفاعالت بعض

. النووي المفاعل الشمسوالنجوم في االندماجية التفاعالتالعملية متطلباته و االندماجي

التطبيقية : ) النووية (1الفيزياءمصادر ) (- وتعاريف وحدات االشعاع مصادر

المشحونة – الجسيمات مصادر السريعة االلكترونات - مصادر – الكهرومغناطيسي االشعاع مصادر الثقيلة

النيترونات.

( االشعاع المشحونة( 1تفاعالت الجسيمات تفاعالت ، ( طبيعة السريعة االلكترونات تفاعالت ، الثقيلة

الجسيم – – – مدى الطاقة فقد االيقاف قدرة التفاعل .) االمتصاص– و النقل منحنيات

( : جاما اشعة عالقة( ) – 2تفاعالت التفاعل ميكانيكيةللتشتت – التفاضلي العرضي للمقطع نيشينا كالين

الخواص ( ) النيترونات تفاعالت جاما اشعة توهينالمقاطع – – السريعة النيترونات تفاعالت العامة

للنيترونات ( العرضية

المقرر ) (1مراجعة

المراجع النووية )• 1الفيزياء 2، . الدغمة( شحادة محمد د

. جمعة محمد علي د

. الناغي احمد د النووية الفيزياء

التواصل طريقة

e-mail : fssaleh@pnu.edu.sa

النووية الخواص

ومكوناتها النواة كتلةبروتون – • االلكترون نموذجبين • تتراوح االلكترونات حركة ف 3-2طاقة ا م

تقريبا • λe= 3.57x10-13 m ›› النواة قطر نصف

البروتون • طاقة تكون ان 3عندما باعتبار و ف أ مالبروتون فان 1.672x10-27kgكتلة• λp=0.16 x10-15m

النووي . • القطر نصف مع يتفق وهذا

نيترون • البروتون نموذجعام • النيترون شادويك م 1932اكتشف

+ = + هايزنبرج العناصر 1932اقترح جمبع تحوي ان م

النيترونات A = Z+ N

mp= 1.00727 , mn = 1.008665 a.m.u1 a.m.u. =931.4 MeV

النيترون = = قطر نصف البروتون قطر 1نصف؟ = فيرمي

النواه تركيبشحنة - ذي صغير جسم في النواة تتركز

الذرة نواة تسمى Nucleusموجبة

بروتونات )- على النواة و( Pتحتويأو وتسمى( Nنيوترونات) البروتونات

بالنيوكلوناتالنيوترونات ب\ عناصرألي يرمز\ -ع Zحيث - ويساوي الذري العدد دد هو

يساوي بالنواة( Pالبروتونات) عدد وكذلككهربيا البالذرة (eاإللكترونات ) متعادلة

الكتلي Aو - العدد عدد ويساوي هو مجموعوالبروتونات ) (A=N+Zالنيوترونات

AZ X

النواة قطر نصف تعيين طرقالنووية :• الطريقةجسيمات • αتشتتلمشعات • النصف αاعماراالنوية • عن السريعة النيترونات تشتتالكهرومغناطيسية • الطريقةالكروي • الشكل تأخذ النواة أن بفرضالنيكليونات • عدد بزيادة حجمها يزداد

• Vα A

النواة- 2 :حجم

لقياس • راذرفورد لتجربة مشابهة عديدة تجارب أجريتعليها وتسقط هدفا النواة تكون حيث النواة حجم

مرن رأسى تصادم فى الفا . حسيمات

عند Dوتكون • الفا جسيمات تصلها مسافة اقصرالتالية : العالقة من تحسب النواة سطح

الساقط . • الفا جسيم طاقة TحيثZeD

22

T

يتناسب النواة حجم ان ثبت العديدة التجارب منمع أى للنواة المكونة الجسيمات عدد مع طرديا

الكتلة على Aعدد النواة قطر نصف يكون ومنهاالتالية : الصورة

R₀ . القطر نصف ثابت يسمى

3/10 ARR

cmxFermiR 130 104.14.1

: شحنتها و النواة كتلة

عام • رذرفورد أوضح كما \\ ً تماما الذرة مركز في يوجدال 1911 أنها من الرغم الشحنة،وعلى موجبة نواة \\ م

نحو إال بها تشكل أن إال الذرة حجم من بالمائةالذرة .99.9 كتلة من بالمائة

بروتونات • من النواة الشحنة [p] تتركب موجبةالشحنة [ n ] ونيوترونات هذه. متعادلة على أطلق وقد

النواة . داخل تسكن ألنها نيوكليوتيدات الجسيماتالجسيمين :• هذين كتلتي وتبلغ

1310

amuKgm

amuKgm

n

p

0087.110675.1

0072.110673.127

27

ذري عدد ذرة لكل أن بالذكر الجدير يحدد Zوالكتلي العدد و البروتونات عدد Aعدد ويحدد

ويشار } { Nالنيوترونات مجموعها البروتونات وكالتالي : العنصر رمز في والكتلي الذري للعدد

فهي كتلتها أما الموجبة الشحنة تحمل النواة والنيوترونات و البروتونات كتل مجموع عن عبارة

التالية : المعادلة في مبين هو كما

np NmZmM

AZ X

كروية النواة ان باعتبارV = Π R3

A α R3

R α A⅓

R =r₀ A⅓

V α Aللنواة = التقريبية A ∕ N₀الكتلة

N₀ افوجادرو عدد

وكثافتها النواة حجم• ) حجمها ) النواة تشغله الذي الحيز تقدير يمكن

قطرها نصف بتقدير وذلكالنواة الذرة

حدود في النواة حدود cm 12-10حجم في الذرة cm 8-10حجم

النويات لعدد تبعا يتغير النواة حجمفيه الموجودة

ثابت الذرة حجم

المسافة مع النووية الكثافة تغير النووية الكثافة

تعريفاتالعدد : النيوكاليد• ذي النووي العنصر على Zتطلق

الكتلة .Aوعدد(:النظائر• بأنها :ايزوتوب ) النظائر تعرف

الذري العدد نفس تحمل التي وتختلف Zالعناصرالكتلي العدد حوالي . Aفي اآلن حتى أكتشف وقد

الجدول 1000 لعناصر مشع غ\ير و مشع نظيرالدوري .

نفس األيزونات : • تمتلك التي العناصر تلك هيالنيوترونات . من العدد

الكتلي .األيزوبارات : • العدد نفس تمتلك التي العناصر تلك هي

نصف األيزومر : • وتمتلك مثارة حالة في التي العناصر تلك هي. ً نسبيا طويل عمر

عن النيوكلونات : • عبارة البروتونات } + هي النووية الدقائقالنيوترونات { .

بين الميزونات : • كتلتها وتقع فيزيائية خواص لها جسيمات هيميزونات , أنواعها ومن البروتون و اإللكترون ميزونات μكتلة و

π.

نفسخواص البوزيترون : • ويحمل لإللكترون مضاد جسيم هوالشحنة . موجب ولكنه اإللكترون

يظهر الفوتون : • و الكهرومغناطيسي اإلشعاع في كمية وحدة هوأشعة أو ضوء شكل أشعة Xعلى .γأو

المرآتية :• النوى• A1 =A2

• Z1=N2

• N1=Z2

النووي الترابط طاقةقدره • الكتلة في فرق كتلة ( Δm )هناك بين

كتلة وبين الحرة حالتها في وهي النواة مكوناتنفسها النواة

•M(Z,A) النواة

•Δm Zmp+(A-Z)mn

؟ • الكتلة فرق ذهب اين

نووية • قوة وجود على دليل النوى من الكثير استقرارالتنافرية . الكهربية القوى تعاكس

كوحدة • النواة على المحافظة على القوة هذه تعملمستقرة .

نقصت • التي ترابط ( Δm)الكتلة طاقة الى تحولت قدنووي .

النووي • الترايط طاقةمكوناتها • من النواة تكوين عند تفقد التي الطاقة

نيوترونات ) ( و بروتونات االساسيةاالساسية .• مكوناتها الى النواة لتفكيك الالزمة الطاقة

•ΔE= Δm C2

•Δm = [(Z mp +N mn )-M(Z,A)]

•B = [(Z mp +N mn )-M(Z,A)] c2

كتل تستخدم االنوية كتل استخدام من وبدالالذرات

•B = [(Z mH +N mn )-] c2

•B = [(Z mH +N mn )-] x 931.5 MeV سالبة قيم تأخذ الترابط طاقة

نيوكليون لكل النووي الترابط طاقةاقليم

الديوتيريوماليورانيو ماقليم

قيمة الر اتزيد نيوكلون ةبطالطاقة لكلالكتلي العدد لها( A)بزيادة قيمة اكبر ،

الكتلي العدد عند بزيادة 60تكون تقل ثم ،A البروتونات عدد زيادة بسبب وذلك

التنافر قوى زيادة أي والنيوتروناتالترابط تعاكسقوى التي الكهربية

. ) النووية) الجذب

النوى اس\تقرار

النيوترونات • عدد

البروتونات • عدد

النووية القوىاالنوية – • باستثناء االستقرار حالة في االنوية توجد

- المشعة الثقيلةربط • على تعمل نووي ترايط قوى هناك

بض\عة تبلغ ، البعض بعضها مع النواة مكوناتمن .MeVماليين

ان • R = 5 Fermiبفرض

بروجلي • دي مبدأ باستعمالان R= λباعتبار

T=30 MeV

النووية القوى خصائصالتالية بالخصائص تتميز

النيوكليونات 1. بين p-p , p-n ,p-n تجاذبية

الكهربية 2. القوى من اكبر

قصير 3. مدى ذات

المتقارية 4. النيوكليونات بين تعمل

بينما 5. مستقرة التشبع خاصية لهامستقرة غير

و • مغلقة قشور تكوين الى النيوكليونات تميلوجود : عدم ضعيفة القشور هذه بين التفاعالت

نواتي من تتكون والتي

على • تحتوي التي مشبعة 4االنوية انوية نيوكليوناتأن • اي الكهربية الشحنة على النووية القوى التعتمد

Fn-n =Fn-p =Fp-p

خاص طابع ذات النووية القوى

صفاتها بافضل 1. يزودنا الذي وهو كروي بشكل النواة تتميز

االستغالل السطح ومساحة الحجم بين نسبةالقصير . المدى ذات النووي التجاذب لقو\ة االمثل

النووية 2. الكثافة ان اي النو\وية المادة ضغط يمكن الثابت مقدار ⅓R =r₀ Aلها

بانتظام 3. التوزع الى النو\اة في الكهربية الشحنة تميلخاللها تقريبا

غلى 4. النووية القوى اعتماد عدم دراسة يمكنالمرأتية النوى دراسة خالل من الشحنة

مرأتية نوى pالتريتيوم

n-p n-p

n n

n-n

الهيليوم •n

n-p n-p

p p

الترابط طاقة•8.48 . . ف\ ا م

•7.72. ف . ا م

الكهر\بي = • الجهد ف\ . . 0.72طاقة ا م

على • نحصل الهيليوم ترابط طاقة طاقة الى ياضافتها• 7.72 +0.72= 8.44 . . \≈ ف\ ا . 8.48م . طاقة ف\ ا م

التريتيوم ترابط

آخر مثال هناك

والبريليوم الليثيوم

التبادلية القوى نموذج منشأها

+Π - Π

لب •صلب

النيترون تركيب البروتون تركيب

•Πo

•

•Πo

بايون • ويمتص يطلق انه على النيكليون وهمي Πتصورالوقت . طول

البايون • هذا اعتبار والتي يمكن التأكد عدم فترة خالل حقيقيالتأكد عدم قانون بداللة تعطي

Π

+Π

- Π

p n + Π+ pالبروتونn p+ Π- nالنيترون

+Π -Π

عند • النيكليونات تصادم عند الشحنات تبادلالعالية الطاقات

التاكد • مبدأعدم نستخدم البايون كتلة لحساب Δp ΔX=ħΔX=1.5 fermi النواة قطر نصف

Δp=mΠCr≈ ħ mΠC.mΠ≈ ħ/C.r MeV 132 =

. 139عمليا ف . ا م

النووي االشعاعي التحلل•: االشعاعات انواع αاشعة •βاشعة •γاشعة ••

االشعاعي االنحالل قوانيناالنوية • من عدد لدينا ان Nنفرضزمن • مرور قدره\ dtبعد االنوية من عدد dNفان

تحلل قدdN α –N dt

- λ N dt= dN•λ االنحالل ثابت•A االشعاعية الفاعلية• | A=|

λN= -

A=λNقدرها المادة من كتلة لدينا كان ووزنها mاذا

بها Mالجزيئي االنوية عدد يعطى Nفانبالعالقة :

   NA = N

 A = λ m NA / M 

 التكامل  وبأخذ

الزمن Noحيث  عند االنوية t=0عددN الزمن عند االنوية tعدد

A= Ao

A االشعاعية الفاعلية

النصف ) • ½t)عمرقيمتها • نصف الى الفاعلية تقل كي الالزم الزمنعندما  • انه فان ½t= tاي•

A = Ao

العمر ) ( متوسط•: االشعاعية الفاعلية قياس وحدات الكوري ••1 Ci=3.7x1010 dis/s •1m Ci=3.7x107 dis/s •1μ Ci=3.7x104 dis/s بيكريل•• 1Bq=1 dis/s

• 1Ci=3.7x1010 Bq

االشعاعي االتزاناالتزان τ2 τ1<<عندما • يحدث

الوراثي او الدائماالتزان τ2 τ1<عندما • يحدث

العابر بين) • الفرق لدراسة الطالبات على واجب

الحالتين (• 

• An archeologist finds a piece of wood in an excavated house which he knows to be of great antiquity . He brings the wood to to examine. It weights 50 grams and shows C-14 activity of 320 disintegration per minute. Estimate the length of time which has elapsed since this wood was part of a living tree, assuming that living plants show a C-14 activity of 12 disintegrations per minute per gram . The half-life of C-14 is 5730 year.

• Assuming that the living tree , just before it died , had No radioactive atom . Hence its activity Ao was

• Ao =λNo (1)• After the tree died, its radioactivity decreased exponentially with time . That is

• (2)

• Dividing Eq.(2) by Eq.(1), we get• • (3)

• Ao =12 disintegrations / min./gram

• A= disintegrations / min./gram,

• From Eq. (3) we obtain

• t = 5170 year • This means that the wood has been dead for

5170 year .

الطبيعية االشعاعية السالسلالثوريوم • A=4nمجموعةاليورانيوم • A=4n+2 مجموعةاالكتينيوم • A= 4n+3 مجموعةالنبتونيوم • A= 4n+1مجموعة•

الثوريوم A=4nمجموعة

اليورانيوم A=4n+2 مجموعة

االكتينيوم مجموعة A= 4n+3

النبتونيوم مجموعةA= 4n+1

الفا ) (: تحلل

الفا تحلل•1.6x10y

•0.449 0.635

•

•(α3)0.001 0.600 0.414 0600 1+

•0.262 0.448( α2)0.0065•

• • 0.186 0.186( α1)5.55 2+

• •(α0)94.45 0 0+

Jπ α (%)α0 = 4.784 MeV α1=4.601 MeV α2=4.343 MeV α3=

4.194 MeV α4= 4.163 MeV

(α4)2.7 10x -4

التفاعل X Y + α +Qآلية

الوليدة ) ( • النواة مرتدة نواة• ( )mt ,vt

الوالدة ), m X )0النواة

جسيم جاما αاشع\ة

Eγ (mα ,vα )

التحلل - - قبل أ التحلل بعد ب

Y

X

Q التفاعل طاقة X Y + α+ Qهيالتفاعل لنواتج حركة طاقة شكل على Q =T + Eγتظهر

T=Tα+Tt المرتدة Ttحيث النواة حركة Yطاقة

Tα جسيمات حركة αطاقة

الزخم و الط1اقة حفظ قوانين بتطب1يق

جسيم • من كال ان يعني الحركة كمية و αحفظلالخر مضاد باتجاه يتحرك سوف المرتدة النواة

= mt vtmα vα

جسيم mα , vαحيث كتلة و αسرعةmt , vt المرتدة النواة كتلة و سرعة

الطاقة • حفظT = Tα + Tt

T( ( جسيم و المرتدة للنواة الكلية الحركة αطاقة

•Tα =T

من • كال لتعيين تعيين Tt ,Tαو يجب Tفانهلتعيين • تعيين Tو فرق Qيجب من تعيينها يمكن التي و

ان اي النواتج و المكونات بين الكتل•Q = [mX –(mY+mα ) ]C2

الكتلة • بزيادة الكتل استبدال يمكن•Q = [ΔmX - (ΔmY +Δmα) ]

خاصة :حاالت

جسيمات • كانت مستوى αاذا الى مباشرة تنطلق . فان الوليدة للنواة االرضي EY =0االستقرار

•Q =EY +T•Q =T (Eγ=0)

الحاالت • معظم المرتدة ) ( << mtفي النواة كتلةmα

Tα = T Tα = T

جسيمات ستحملها الجركة طاقة معظم ان αاي

الفا اشعة طيف

العد مع\دل

ΔE (FWHM)

القناة رقم

اضمحالل مخطط•0 +228Th

• 299 keV 0.03 % 5.137

• 253 keV 0.2% 5.173

• 217 keV 0.4% 5.208

• 84.41 keV 28% 5.338

• 0 71 % 5.421• 224Ra

جسيمات • بين αطاقات تتراوح م 10-4المنبعثةف أ

عالقة • جسيمات عكسيةهناك طافة وعمر αبينالمنحلة للنواة النصف

طاقة طرديةعالقة • و المجموعة شدة بينالمجموعة .

مثال قدره • نصف بعمر مجموعتين 6760ينحل باعثا سنة

جسيمات بطاقات αمن ماهي 5.12، 5.17و ف أ مجاما اشعة طاقة وكذلك مجموعة لكل االنحالل طاقة

• Tα1 = 5.12 • γ• Tα1 = 5.17 • hυ = γ = 5.17-5.12= 0.05 MeV

hυ=Qα1- Qα2

•hυ = 5.25-5.20= 0.05 MeV تساوي • MeV 0.045عمليا

بيتا تحللااللكترونات • عن عبارة هي بيتا البوزيترونات( )-e)اشعة (+eاو -βاضمحالل( )•

•( ) +βاضمحالل •

؟ • النواة داخل االلكترون يوجد هل ؟ • التفاعل هذا تفسير يمكن كيف

بيتا تحلل

β + p + e- n- اضمحالل •

+β+اضمحالل •

االلكتروني • - n + p + eاألسر

+

β-تحلل

+β-

+ + β-

5+ 5. 271 Y

99.88% β- 4+

2.505 1.173

0.12% β- 2+ 1.332

1.332

0+ 0 Jπ E (MeV)

االنحالل طاقة حساب : Qيمكن

التحلل • بدء قبل ساكنة الوالدة النواةصفر = • حركتها طاقةلها = = • السكون كتلة طاقة االبتدائية mc2الطاقة

جسيمات • من كل ستنطلق التحول بطاقة β-بعد ، β Tحركة

الطاقة حفظ قانون : منmpc2 = mdc2 +Td + Te +

Q = Td - - Tβ التعريف من

= ( mp – md – me ) c2

فان • وبالتالي النو\وية وليس الذرية الكتل تعطى وعادةmp = M(Z) - Z me

md = M(Z+1) - (Z+1)me

ومنها• Q = { M(Z )- M ( Z+1) } c2

المولودة و الوالدة النواة من كل ذرات M(Z ), M ( Z+1) كتلفان • ف أ م بوحدة مقدرة الكتلة بزيادة معطاة الكتل كانت اذا

• Q = ΔM(Z )- ΔM ( Z+1) MeVان • كتلة Qاي منها مطروحا الوالدة الذرة كتلة تساوي

المولودة الذرة

β+تحلل

υ ++β

++ +β

•3 +2.603 Y

•EC ++β

• (3.7Ps ) 1.274 β+90.4%+EC 9.5 % 2+

0.06%+β 0 0 +

E (MeV) Jπ

• Q = Td -Tυ - Tβ+

• = ( mp – md – m e ) c2

النووية • من بدال الذرية الكتل بداللة• mp = M(Z) - Z me

• md = M(Z-1) - (Z-1)me

ومنها• Q = { M(Z )- M ( Z-1)-2me } c2

الكتلة ) زيادة بداللة الكتل اعطيت حساب ( Δاذا يمكن فانه ف أ م الكتل Qبوحدة فرق من

• Q = ΔM(Z )- ΔM ( Z-1) -1.02 MeV• mec2 = 0.51 MeV 2mec2 = 1.02 MeV

•

األلكتروني ( EC )األسرو طاقة الى كتلته تتحول و النواة بواسطة مداره من االلكترون يؤسر

مع متالزم وهو البروتون مع شحنته +βتتعادل

+ e- +

تفاعل يشبه انه +β يالحظ

+

تختلفعن Qالقيمة التفاعل حالة Qلهذا +βفي

Q = { M(Z )- M ( Z-1) } c2

Q = ΔM(Z )- ΔM ( Z-1) MeV

المرتدة النواة

التالية : المميزات له جسيمالشحنة. .1 متعادل

مهملة 2 أو جدا صغيرة كتلة ذوااللكترون ) البوزترون)

( انحالل نظرية النيوترينو (βافتراضانحالل • عملية باالضافة βفي جسيمان ينبعث

) هما ) الوليدة المرتدة للنواة

الزخم حفظ مبدألجسيم = اللف ½ نيوكليون لكل β اللف

=½

لالضمحالل قبل االضمحالل بعد

االم ) (Aعدد النواة نيوكليون عدد هناك النواة ) Aاليزال نيوكليونجسيم (+ βالوليدة

للمجموعة الزاوي عدد = Aالزخمصحيح

صحيح) ( عدد

للمجموعة الزاوي عدد = Aالزخم+ ½ صحيح

) صحيح) عدد نصف

للمجموعة الزاوي نصف = Aالزخمصحيح عدد

) صحيح) عدد نصف

للمجموعة الزاوي نصف = Aالزخم+ ½ صحيح عدد

صحيح) ( عدد

جسيمات βطيف

عدد جسيمات

β

E max

الحركية Tβالطاقة

النيوترينو υافتراضلجسيم\ات • المستم\ر الطيف\ وتفسير الطاقة βحفظالزاوي • الزخم قانون تحقيقصفاته•اشع\ة • مع الطاقة يتقاسم βجسيممشحون • غيرصفر = • سكونه كتلةالمادة • مع\ بضعف يتفاعل• = ½ الزاوي زخمهمضاد • جسيم له يوجدبرمهم\ا • خالل من\ بينهما باتجاه υيفرق نفسه حول يدور

الساعة عقارب

υ β االم النواة

الوليدة D النواة PD Pυ

Pβ

مساويا • و بمثلث ممثال الخطية الزخوم مجموعللصفر

اشعة بانبعاث γالتحلل:مميزاتها •كهرومغناطيسية • اشعةاو • المغناطيسي بالمجال تنحرف ال وبالتالي ، شحنة لها ليس

الكهربي.•) ( جاما فوتون الفوتون وحدتهاموجتها )• طول منها ( λيعتمد تنطلق التي النواة اثارة طاقة على

الفيرمي) (. . حدود في هي و االم النواةللمواد .• كبيرة اختراق قابلية لهاالنواة • اليه تنتقل الذي المستوى على جاما اشعة طاقة تعتمد

لبعثها نتيجة .βأو αالمنحلةالعالقة :• من تحدد معينة طاقة فوتون لكل

• E=hυ ، Eحيث • ، hطاقتها بالنك ترددها υثابت

اشعة انبعاث γطرق

جاما 1. اشعة انبعاث

المثارة ) ( 2. الثقيلة النوى الداخلي التحول

جاما اشعة طيف

• λ=λ1+λ2+λ3

β1 E3

β2

λ1γ1 E2 اثارة مستويات

β3 λ4γ4 λ2γ2

E1

λ5γ5 λ3γ3

λ6γ6 E0 االستقرار مستوى

االرضي

الداخلي التحولتعطي • ان النواة تستطيع الداخلي التحول عملية في

المجال يتفاعل حيث ، مداري الكترون الى مباشرة طاقتهاعنه ينتج مما الذرية االلكترونات مع للنواة المغناطيسيالمداري . االلكترون الى المجال هذا من الطاقة انتقال

االلكترون • الى تعطى التي طاقتها النواة تفقد وبالتاليااللكترون ) انطالق ذلك عن الخارج,.. ( K,Lوينتج الى

حركة تساوي Tبطاقة• T = Eexc – EB.E

حيث•• Eexc ( اشعاع طاقة النواة اثارة (γطاقة•EB.E مداره في االلكترون ترابط طاقة

المدار • من االلكترون خرج تحول Kاذا الكترون يسمى فانهK المدار من خرج واذا ،L تحول الكترون وهكذا .. Lيسمى

الداخلية • المدارات من االلكترونات انطالق احتمال يزدادالنواة . من لقربها للخارجية عنها

اشعة • انطالق الداخلي التحول النواة .γينافس منعن • مستقل منهما كل ولكن معا التفاعالن يترافق ما غالبا

اآلخر .الكلي )• االنحالل ( λTotثابت

• λTot= λ + λe

•λ اشعاع اطالق طريق عن االنحالل γثابت• λe الداخلي التحول طريق عن االنحالل ثابت

• λ e = λK + λ L+ λM+ ….

الداخلي التحول

وثابت • الداخلي التحول انحالل ثابت بين النسبة هو التحول معامل γانحالل

او ) • الداخلي التحول الكترونات انطالق معدل بين النسبة انه اياشعة ( Neعددها انطالق الفوتونات ) γ ومعدل عدد ( Nγاو

•

• α=αk + α L+ α M + …….

• ) x( الصادرة اشعة hυk = Ik -IL طاقة

جسيمات التحول βطيف الكترونات عليه موضحاالداخلي

K1 العد معدلالداخلي التحول الكترونات

L1

K2

L2

مستمر طيف

Emax

الطاقة ) ( القناة رقم

جاما اشعة امتصاص• d I α –I dx • d I = - μ I d x

•μ الخطي االمتصاص معامل

الشروط • x=oعندما I=IOبوضع• ln I – ln IO = - μ x

• I =IO e- μx

النووية النماذجالسائل قطرة لنموذج التجريبية الصيغة

للنموذج :• االساسية الفرضياتلالنضغاط • قابلة غ\ير مادة من النواة تتكون

اي • الكهربية الشحنة على النووية القوى تعتمد الالنيوكليونات لجميع متساوية النووية القوى ان

p-p=p-n=n-nتتشبع • النووية القوى

النموذج :اهمية

االنشطار • عملية يفسر ان النموذج هذا يستطيعالنووي

النواة • كتلة حساب

النواة • قطر نصف تقدير

النووية النماذجالسائل قطرة نموذج التجريبية الصيغة

• B(A,Z)=aA –b - - +

الحجم • يمثل االول الحدمساحة • مع يتناسب و الخارجية النيوكليونات يمثل الثاني الحد

4πR2السطح

كولوم • طاقة يمثل الثالث الحدالالتناظر • طاقة الرابع الحداالزدواج • طاقة يمثل الخامس الحدالقشرة • تأثير يمثل السادس الحدانقاصطاقة • على تعمل انها تعني للحدود السالبة االشارات

الترابط

الحجم حد االول (( aAالحد

تتشبع . • النووية القوىحوله التي النيوكليونات مع النيوكليون يتفاعل

فقط مع تتناسب الترابط Aطاقة

بزيادة تزداد Aايطاقة يمثل بالتالي و موجبة الحد هذا اشارة

للنواة . الكلية النووي الترابط

الثاني السطحي b -الحد التوتر حد

ب • السطحي التوتر غشاء Es =sk

=4πR2kأ

= 4π k(roA1/3)2 = (4 π k ) A2 /3

=b A2 /3

b=17.8MeV , k =1.5x1017 N/mللنواة / عدد عند نيوكليون النووي الترابط طاقة في\ الكبير النقص\ تفسير يم\كن هل

الص\غير؟ الكتلة

كولوم - تأثير الثالث الحد

R

التنافري • التأثيرالكهروستاتيكي يمثل الحد هذاالبروتونات . بين

المدى • طويلة الكهربية dr rالقوىجميع مع يتنافر بروتون qاي

النواة داخل ’ q. البروتوناتبزيادة • الكولومي التنافر قوة Zتزداد

بزيادة بالتالي و ، Aللنواةزادت كلم\ا النووي التراب\ط تنخف\ضطاق\ة ث\م شك\ل ) Aوم\ن

) الترابط طاقة

البروتونات :• بين حسابها يمكنقدرها 1. بشحنة بانتظام مشحونة كرة النواة ان Zeبفرضالشحنة 2. كثافة σتعطى

سمكها 3. شريحة بعد drهناك على النواة rتقع مركز منقطرها نصف كرية خارج rوتقع

النواة 4. مركز عند قدرها شحنة الكرية هذه تحوي

قدرها 5. شحنة تحمل الشريحة

الناتجة =6. الكهربية الطاقة

قيمة • σبالتعويضعن

بروتون • كل ان اعتبرنا اذ ، زائدة كمية يحوي التعبير\ هذاغير وهذا ؛ للنواة الكلي السطح على شحنته وزعت قد

؛ تصحيح الى نحتاج ممكنالواحد • للبروتون الذاتية الطاقة قيمة تطرح•

البروتونات • جميع من الناتج التصحيح

المصححة • كولوم طاقة وبالتالي

•-

•r0 = (1.2-1.4) F , C (0.72-0.62) MeV سالبة • الحد اشارة

التماثل حد الرابع الحدالبروتونات • عدد بين العالقة الحد هذا النيوترونات Zيمثل في Nوعدد

النواةعددالبروتونات • عندها يتساوى المستقرة االنوية

( الخفيفة النيترونات عدد (.A<40مع•40<A البروتونات عدد عن النيترونات عدد يزداد(1.6)• ) مستقرة ) - زوجي زوجي االنويةتطلق • بالبروتونات غنية الخط يمين β+علىتطلق • بالنيترونات غنية الخط يسار β-علىالتماثل =• Z=Nعندما 0حدسالبة • الحد اشارة•A بزيادة الحد قيمة تنقص المقام Aفيعدد • مع عكسيا يتناسب النووي الترابط طاقة على الحد هذا تأثير

Aالكتلة

النيوترونات • عدد

البروتونات • عدد

التزاوج الخامسحد الحد

من • زوجي عدد على تحتوي التي استقرار االنوية اكثرالنيترونات أو البروتونات

النيوكليونات • من المتشابهة االزواج تقترنكانت 0 = فردية Aاذا

e + = كانت ) Aاذا زوجي – زوجي ، طاقة زوجية زيادة (الترايط

كانت = - فردي – Aاذا فردي ، زوجية

النواة نوع االنوية عددزوجي – زوجي 201فردي – زوجي 69زوجي – فردي 61

فردي – فردي 5

القشرة حد االخير الحدالسحرية • باالعداد خاص تصحيحي حد

االعداد • من النيترونات او البروتونات عدد تقترب عندماموجبة تصبح فان السحرية

اهمالها . • بمكن صغيرة قيمتها

الحجم B/A (MeV/N)طاقة

السطح طاقة

كولوم طاقة

التماثل طاقة

الترابط طاقة محصلة

A

فيرمي غاز نموذج

من • كنظام ، احصائية نظر وجهة من النواة النموذج هذا يعالجنظرية ) فروض وفق الغاز حالة في كما بحرية تتحرك جسيمات

الغازات ( في الحركةالنووي .• الجهد نطاق في النيوكليونات تتحركالجهد • شكل في فرق هناكللبروتونات • بالنسبة

والنيترونات يحرسها : الجهد حافة البروتون

) كولوم) حاجز مرتفعمستوية : الحافة النيترون

~ 5 MeV

عالية • اثارة مستويات عند\ االنوية عن مفيدة معلومات يعطيلالنوية • واالنعكاسية الدورانية الخصائص يغفلمعد\ومة • النيوكليونات بين القوىحتى • االسفل من البئر في الطاقة مستويات ملء في النيوكليونات تبدأ

وفق .. ) المستويات في فراغات توجد ال وهكذا االعلى الى ثم يمتليءباولي ( مبدأ

فيرمي • بمستوى يدعى مستوى Efاعلى

في • ، النواة من الطاقة مستويات جميع استقرارها امتالء حالةالمطلق الدنيا الصفر درجة عند غازا الحالة هذه في النواة تمثل و

اثارتها :• حالة اعلى في طاقة مستويات احتالل في تبدأ النيوكليوناتالمطلق الصفر من اكبر النواة حرارة درجة ان اي ، فيرمي مستوى من

المتواجدة • النيوكليونات مقياسلعدد هي النواة حرارة درجةفيرمي مستوى اعلىمن

الطاقة • تزداد عندما يليه والذي مستوى كل بين الفاصلة المسافة تقل

القشري النموذجتفسير • في السائل قطرة نموذج :فشلالنوى • استقرار\ في السببالنواة • داخل النيوكليونات بين تربط التي النووية القوة ماهية الذرة•حسب • المدارات في االلكترو\نات , ….n =1,2حيث 2n2توزعالذرية • السحرية Z = 2, 10, 18, 36 , 54االعداد• He ,Ne ,Ar ,Kr ,Ze النواة•عندما • مستقرة النواة تكون

• N=2,8,20,28,50,82,126• Z=2,8,20,28,50,82

•: النووية السحرية االعدادالمستويات :• تركيب او القشري التركيبالبروتونات • عدد يكون عندما االستقرار عالية االنوية فيها عدد أو تكون

السحرية االعداد من النيترونات

للنواة • الكلي الزاوي من :jالزخم يتكونللبروتونات • النووي s =½ħالبرمللنيترونات • النووي s =½ħالبرمفي • حركتها نتيجة للنويات المداري الزاوي الزخم

.lالنواة

النووية القشور فكرة اقترحتالتجريبية : الحقائق

بروتونية . 1 نظائر لها سحرية اعداد على المحتوية العناصر ) ( ) العناصر) الى نسبة كثيرة ايزوتون نيترونية و ايزوتوب

الدوري الجدول في لها المجاورةSn Z=50 مستقرة 10له نظائرIn Z=49 ايزتون 2له مستقر نظير

Sb Z=51 مستقر 2له نظير•N=20 مستقرة 5له نظائر

•N=19 مستقر نظير له يوجد ال•N=21 مستقر واحد نظير له

عدد . 2 فيها التي للنوى عالية النيتروني االنفصال طاقةسحري( N)النيترونات

اي . 3 من الستثارتها اكبر طاقة الى تحتاج السحرية النوىعادية . نواة

4 . ) ( لالسر نووي تفاعل حدوث احتمالية العرضي المقطع . الن السحرية لالنوية بالنسبة صغير االلكتروني

فراغات . وجود عدم اي مغلقة المستويات

القشرة نموذج نظريةعلى • النموذج اساسيتين يعتمد الجهد) فرضيتين شكل كان مهما

) ) قصير ) مداها وتأثيرها قوية جذب قوة فهي ، النووية القوة أوبالجهد 1. عنه المعبر القوة مجال في حرية و بطالقة تتحرك نوية كل.2 ) ( لباولي االنتقاء االستبعاد مبدأ تطبيق

V(r) V(r)

0 r 0 r -V0 R≥ r V(r) =- V0 R

R<r = 0 V(r) =-V0+½kr2

K=m0w2

m0 كتلتها جسيمة Wتردد ) التوافقي ) المتذبذب جهد كروية نواة المربع البئر جهد

و • القطري الجزء اخذ و شرودنجر معادلة بحل وذلكبالجهد يتعلق الذي

الذرية •ب • الحالة j , s, l , nتعرف النووية•الحالة • l , nتعرف

•l=0,1,2,3,4,5• s,p,d,f,g,h

•2p•n=2 l=1

االزدواجي – المداري البرم نموذج

بين • الشديد التعامل او القوي االزدواجالزاوي • البرم الزاوي و Lزخم نوية Sالزخم لكل المداري

lħ lħ

sħ sħ

j=l+½ j=l-½

½ 2p1 -= 2p ½ 2pالحالة

2p3/2=2p1+½

nlj

فرعيين مستويين الى المستوى انقسام يحدث انه ايالسحرية االعداد استنتاج امكن ومنه

قيمة • تقدير الحالة ( p , j ( يمكن في نواة لكل الندية: الفرضين باعتبار وذلك االرضية

المملوءة. 1• المستوياتبحيث الزاوي العزم وبرم الزاوي المداري العزم يجمع

صفر يساوي الكلي الزاوي العزمΣ =0

المملوءة. :2• غير المستوياتازواجا • المتماثلة النويات تشكلالقاعدتين : • على نحصل ذلك من

االولى :• القاعدةاالرضية • الحالة في نواة الي الكلي الزاوي العزمزوجي. – 1• زوجي النواةصفر = • الكلي الزاوي العزم فان

Σjn=0 Σjp=0 Jn ،jp على البروتونات و للنيترونات الكلي الزاوي العزم

الترتيب

الثانية القاعدةزوجية. نيترونات أفردية بروتونات

Σjn=0فردي بروتون آخر على يعتمد للنواة الكلي الزاوي العزم

jp

زوجية . • بروتونات بفردية • نيترونات

•Σjn=0فيها نيترون آخر على يعتمد النواة برم\ ان Jnاي

فردية . بروتونات جفردية نيترونات

Σjn ≠ 0 Σjp≠0Іjn-jpІ→jn+jp

من ) ( التماثل الندية P=(-1)lتحسب

حسب • مستوى كل في النيوكليونات عدد(2j+1القاعدة )

و • الكالسيوم عنصر لنواة الطاقة مستويات شكل وضحيالحالة في وتماثلها النواة وبرم فيها النويات توزيع

) االرضية) االستقراراالثارة • حالة وفيالحل •على • الكالسيوم نواة (20تحتوي زوجي ) بروتون(23 =20-43وعلى • فردي ) نيترونالمعادلة • حسب النيترونات و بالبروتونات المستويات (2j+1)تمأليلي • كما البرم فيمة تكون المملوؤة المستويات في

•Σjn=0 Σjp=0او • بروتون اخر برم من تحسب الكالسيوم لنواة االرضية الحالة

فيها منفرد نيترون

• 1f j=

• 1d• 2s

• 1p• • 1s• (n,l) (j)

j=

P=J=

الشامل النموذج• ، السحرية االعداد استنتاج القشري النموذج استطاع

الزاوية . والعزوم

بالعزوم • المتعلقة النووية الظواهر تفسير في فشلالرباعية الكهربية

كهربي • بعزم تتمتع المقفلة القشرة عن البعيدة االنوية

. كروية غير االنوية هذه ان يعني وهذا كبير رباعي

النووية التفاعالت

•: مشحونة الجسيمات كانت اذاالنواة 1. حول االلكترونات سحابة مع تتفاعل

مشتتة جسيمات

نواة االلكترونية السحابة

الجسيمات شعاع

ناتج اشعاعمرتدة ( -e)الكترونات

عدة • وينتج النواة مجال الى الجسيمات بعض تصل قد: منها امور

) رذرفورد ) كولوم تشتت

جسيم النواة مجال

كهرومغناطيسي اشعاع

+

النواة مع الجسيمات شعاع تفاعل

النووية التفاعالت آليةالسائل. 1• قطرة نموذج ضوء في

هدف مركبة نواة المركبة النواة تحللجسيم

ساقط

+ +

+

++

السائل. 2• قطرة نموذج ضوء فيالموحدة. 3• النظرية

) ( النواة يغادر نيوكليون مباشر تفاعل

ساقط جسيم

انعكاسه بعد الجسيمالنووي الجهد عن

اثارة

x

x

التفاعل طاقة وتعيين الحفظ قوانينالتفاعالت • جمبع في تتغير ال ثابتة حفظ قوانين هناك

الطاقة1.

التصادم 2. بعد و قبل الزاوية التحرك كمية

الخطية 3. التحرك كمية

الكهربية 4. الشحنةالتفاعالت بعض في محفوظة قوانين

.5) االنعكاسية ) التماثل

.6. المنخفضة الطاقات في ثابتا النيوكليونات عددالعالية الطاقات عند حيث قدأما ثابتا العدد هذا يظل ال

عدد بمبدأ االخالل على ميزوناتتعمل تخرجالنيوكليونات

•: العامة الصورة على النووي التفاعل كتابة يمكن a + X b + Y + Q

القذيفة الهدف النواة التفاعل نواتج التفاعل عن الناتجة الطاقة

X( a, b)Yالتفاعل ) جسيمات( b, Yنواتج اي تكون قد

نووي ) (1. انشطار الكتلة في متقاربتان

.2b اشعةγ) ( الشعاعي االسر تفاعل

a+ X b + Y b’ + Y’ b’’+Y’’

قيمة :Qلتعيينأن مالحظة يجب

كانت 1. للطاقة ) (Qاذا طارد تفاعل موجبة

كانت 2. للطاقة ) (Qاذا ماص تفاعل سالبة

المعمل نظام في التفاعل اوال Y

b(vb,Tb)( هدفX )جسيم(aساقط)

X θ (va,Ta)

φ

Y )vy,TY(

التصادم قبل التصادم بعد

الطاقة حفظبعد = • الكلية الطاقة التصادم قبل الكلية الطاقة

التصادم سكون = + • كتلة طاقة حر\كة طاقة الكلية الطاقة

Ta + maC2 + mxC2 = Tb + mbC2 +TY + mYC2

الحركية الطاقة في الفرقQ = Tb + TY – Ta

السكون كتل في الفرقQ = [(ma + mx ) – mb + mY )]C2

الجسيمان ) يخرج ان فالبد النووي التفاعل يحدث , bلكيY. )موجبة حركة بطاقة

Tb + TY ≥ 0Ta + Q ≥ 0

التحرك كمية حفظاتجاه • Xفي

• Mava = mbvb cosθ + mYvY cosφاتجاه • Yفي

• 0 = mb vb sin θ – mY vY sin φوحذف • االختصار و الجمع و المعادلتين TYبتربيع

خاصة :• حاالتالساقط 1. الجسيم طاقة كانت ذلك) Ta = 0اذا يكون كيف

؟(

فان∞ =mYعندما •

فان θ =90°عندما •

الكالسيكية .Qاستنتجت • الحالة فيان • يالحظ

.1Q( الهدف النواة كتلة على تعتمد ( mXال

.2Q( الناتجة النواة حركة طاقة على تعتمد ( .TYال

التفاعل QطاقةQ موجبةQ> 0 Q سالبةQ< 0

من متحررة نووية طاقةالتفاعل

أو ممتصة نووية طاقةالتفاعل من مستهلكة

أو لطاقة محرر تفاعلحرارة

أو لطاقة ماص تفاعلحرارة

الكلية الحركية الطاقةالتفاعل بعد الطاقة< النهائية

قبل االبتدائية الكلية الحركيةالتفاعل

للجسيم الحركية الطاقة|Q|الساقط <

التفاعل Qطاقة

العتبة :• و طاقة الساقط للجسيم حركية طاقة اقل هيالماصللطاقة النوع من تفاعال يبدأ الذي

Q موجبةQ > 0 Q سالبةQ < 0

التفاعل طاقة من متحررة نووية مستهلكة طاقة أو ممتصة نوويةالتفاعل من

حرارة محررتفاعل أو لطاقة حرارة ماصتفاعل أو لطاقة

بعد النهائية الكلية الحركية الطاقةالكلية <التفاعل الحركية الطاقة

التفاعل قبل االبتدائية

الساقط للجسيم الحركية الطاقة >|Q|

التفاعل مقطع مساحةغيرها • عن مستقلة معينة نواة مع النووي التفاعل يحدثهدف • نواة مع يحدث التفاعلهدف • تمثل النواةالنواة • قطر نصف ان فرضنا ( R) لو• = ) النواة ) الهدف πR2مساحة

• S= πR2 =π)R0A⅓(½

A=200عندما •• S= π)1.2*10-15*200⅓(½

• = 1.24* 10-28 m2

• 1b =10-28 m2

• ( ) مساحة ) المساحة مع يتناسب التفاعل التصادم احتمال ) مركزها عند النواة لتفاعل مقطع الهندسي المقطع مساحة

معين الحرارية • النيترونات حالة فييورانيوم • نواة على وسقوطهاللنيترون • المصاحب احتمال( λn=h/p)الطول يحدد الذي هو

التفاعلنصف • من بكثير اكبر للنيترون المصاحب الموجي الطول الن

النواة قطرنواة • نووي σمساحة قطر نصف نيترون Rذات المتصاص

الموجي هي :λطوله• Σ=π)R+ λ/2π(

πR2>>σفان R>>λعندما••σ ~ λ2/4π

حراري • نيترون حالة σ = 105bفي

السمك • ذات ) )Δx)الشريحة عدد( على م /Nتحتوي 2نواة

على )• يحتوي م( /N.Δxالهدف هدف 3نواة مادة من كتلة

مشتتة • جسيمات

•( نافذ شعاع شع\اع( Iكاشف(I0ساقط)

• •

Aالمساحة ••( مساحتها σ )Δxنواةتخيلية •الهدف • المادة انويةالمساحة( NΔxعددها)• وحدة

A

الهدف • الساقط الشعاع يصدم عندما التفاعل يحدثتمثل • الهدف النواة ان الساقط للشعاع بالنسبة نتصور ان يمكننا

معينة التفاعل تخيلية) ( ( σ )مساحة مقطع مساحةهذه • الساقط الشعاع صدم اذا اال التفاعل اليحدث

المساحة•(σ. معينه ( نواة مع معين تفاعل حدوث احتمال

الشعاع ستغادر التي الجسيمات dIعدد dI α –I

الهدف سمك كان dxاذاdI α - N dx=- σ I N dx

حساب ذات Iيمكن الشريحة من النافذة الجسيمات عدد وهوxالسمك

الشريحة سمك

الحجوم وحدة في االنوية عددالشعاع التفاعل مقطع مساحة

النافذ

الساقط الشعاعΣ = Nσ المشاهد المقطع مساحة

μ االمتصاص (m-1)معامل

σtot =σela+σinel+σab+…. =Σiσi

الجزئي المقطع مساحة

التفاضلي المقطع مساحةdIsكاشف •

• dΩ

• θ( ساقط I0)شعاع

مشتتة • جسيمات dx

وحدة لكل المقطع مساحة تساوي التفاضلي المقطع مساحةمجسمة زاوية

dIs المجسمة الزاوية في الواقعة الجسيمات عدد dΩهو

dΩ = sinθ dθ dφ

•Ω=4π

الحر المسار λمتوسط

التصادمات • بين المقطوعة المسافة متوسط هواالنوية مع الجسيم يعملها التي المتتالية

الشريحة • سمك كان التي dxاذا الجسيمات عددالشريحة ( Iاخترقت النافذة )

جميع • اخترقتها التي الكلية المسافة اذن )(I.dxالجسيمات

الجسيمات = • عدد للتصادمات الكلي العدد ان بفرضالشعاع ) غادرت ( dIالتي

• dI =-σ I N dx

(λوحدة • مسافة )

التفاعل معدلالزمن • وحدة في تحدث التي التفاعالت عدد هو•I0 ) الثانية ) / في المساحات وحدة جسيم الساقط الشعاع شدةعدد / = ) • المساحات وحدة تحدث التي التفاعالت عدد

التفاعل / (* احتمال المساحات وحدة الجسيماتالتفاعل = • Δx σ Nاحتمال•N / الحجوم وحدة نواة•σ التفاعل مقطع مساحة•Δx الشريحة سمك•A الشريحة سمك•*) / المساحات = ) وحدة الجسيمات عدد الكلي التفاعالت Aعدد

Δx σ N

S = φ N σ A Δx •A Δx=V الهدف المادة حجم

S = φ N σ Vn=NV مادة في الموجودة الكلية االنوية عدد

الهدف S=φ n σ μ=Nσ

S=φ μV, s=φΣV

المركبة النواة وتحلل تكون