النوى-الكتلة والطاقة Noyaux-masse et énergie

Præsentationer af emnet: "النوى-الكتلة والطاقة Noyaux-masse et énergie"— Præsentationens transcript:

1 النوى-الكتلة والطاقة Noyaux-masse et énergie
التكافؤ "كتلة-طاقة" علاقة أينشتاين تمتلك كل مجموعة كتلتها m, في حالة سكون, طاقة E تسمى طاقة الكتلة. تعبيرها هو: E = m.c2 (J) (m.s-1) (Kg) حيث: c ≈ 3 108m/s: ثابتة فيزيائية توافق سرعة الضوء في الفراغ. عندما تتغير كتلة المجموعة ب: ∆m خلال تحول ما, يكون تغير الطاقة الكتلية لهذه المجموعة هو: ∆E = ∆m.c2 وحدات الكتلة والطاقة وحدة الكتلة الذرية وحدة الكتلة الذرية u تساوي من كتلة ذرة الكربون . 1u = Kg مثال: كتلة البروتون: mp = Kg = u وحدة الطاقة في الفيزياء النووية نستعمل الإلكترون-فولط eV كوحدة للطاقة: 1eV = 1 , J ; 1MeV = 106eV

2 النوى-الكتلة والطاقة الطاقة المكافئة لوحدة الكتلة الذرية طاقة الربط
انطلاقا من علاقة أينشتاين لدينا: 1u = 931.5MeV/c2 تمرين تطبيقي: أحسب طاقة الإلكترون علما أن me- = Kg, ثم استنتج كتلة الإلكترون بوحدة الطاقة الكتلية. لدينا: E = m.c إذن طاقة الإلكترون هي: E = J أي: E = 0.511MeV وبالتالي: m = 0.511MeV/c2 طاقة الربط النقص الكتلي نسمي النقص الكتلي ∆m لنواة الفرق بين مجموع كتل النويات وكتلة النواة. ∆m = Z.mp + (A-Z)mn –m( ) تمرين تطبيقي: كتلة نواة الدوتريوم هي: m( ) = u أحسب النقص الكتلي علما أن: mp = u و mn = u لدينا: ∆m = mp + mn – m( ) ت.ع: ∆m = u بصفة عامة النقص الكتلي دائما موجب.

3 النوى-الكتلة والطاقة طاقة الربط طاقة الربط بالنسبة لنوية
تماسك النواة لا يفسر بالقوى الكهرساكنة, توجد إذن تأثيرات بينية جديدة تسمى التأثيرات البينية القوية هي التي تفسر استقرار النواة. لفصل نويات نواة في سكون بحيث تبقى النويات في حالة سكون, يجب إعطاؤها طاقة تسمى طاقة الربط El. El = ∆mc2 = [Z.mp + (A-Z)mn – m( )]c2 طاقة الربط بالنسبة لنوية نعرف طاقة الربط بالنسبة لنوية بالعلاقة: (eV/nucléon) ملحوظة: تكون نويدة أكثر استقرارا كلما كانت طاقة الربط بالنسبة لنوية كبيرة. تمرين تطبيقي: احسب طاقة الربط بالنسبة لنويدة الرادوم, واستنتج طاقة الربط لكل نوية. نعطي: m( ) = u ; ; mp = u mn = u ; u = Kg  ; c = 3 108m.s-1 لدينا: El = ∆mc2 = [88mp + 138mn – m( )]c ت.ع: El = MeV وبالتالي:

4 النوى-الكتلة والطاقة منحنى أسطون Aston
النوى الأكثر استقرارا. A<20: صغيرة جدا تضم النوى الخفيفة التي تتحد فيما بينها لتعطي نواة أكثر استقرارا, وتسمى هذه الظاهرة الاندماج النووي. A>195: صغيرة تضم النوى الثقيلة التي تنشطر إلى نواتين خفيفتين أكثر استقرارا, وتسمى هذه الظاهرة الانشطار النووي. ملحوظة: الاندماج والانشطار تفاعلان محرضان. الحصيلة الكتلية والطاقية لتحول نووي الحالة العامة نعتبر تفاعلا نوويا معبرا عنه بالمعادلة التالية: حيث: Xi تدل على نواة أو دقيقة. الحصيلة الطاقية المقرونة بهذا التفاعل هي: El(X1) + El(X2) = El(X3) + El(X4) + ∆E حيث: El(Xi): طاقة الربط ل Xi.

5 النوى-الكتلة والطاقة تطبيقات على التحولات النووية التلقائية
∆E: طاقة التفاعل وهي تكون إما: ∆E<0: يكون التفاعل ناشرا للطاقة. أو: ∆E>0: يكون التفاعل ماصا للطاقة. أو: ∆E=0: لا تتغير طاقة المجموعة خلال التفاعل. إذن: ∆E = [m(X3) + m(X4)]c2 - [m(X1) + m(X2)]c2 ∆E = [m(X3) + m(X4) - m(X1) - m(X2)]c2 ∆E = ∆mc2 = = [m(produits) - m(réactifs)]c2 ملحوظة: بالنسبة للتحولات النووية التلقائية تكون ∆E دائما سالبة, ونرمز لها بالحرف E وتسمى الطاقة المتحررة. تطبيقات على التحولات النووية التلقائية النشاط الإشعاعي α معادلة التفتت α هي: طاقة هذا التحول هي: النشاط الإشعاعي β- معادلة التفتت β- هي: طاقة هذا التحول هي: النشاط الإشعاعي β+ معادلة التفتت β+هي: طاقة هذا التحول هي:

6 النوى-الكتلة والطاقة التأثيرات البيولوجية للنشاط الإشعاعي
ملحوظة: تظهر الطاقة المحررة على شكل طاقة حركية تكتسبها بالخصوص الدقائق الناتجة. تمرين تطبيقي: نواة الكوبالط إشعاعية النشاط β-, نعطي: me = u  ; m(Ni) = u ; m( ) = u ; NA = mol -1 أحسب بالجول J وبالوحدة MeV الطاقة المحررة خلال هذا التحول النووي. استنتج بالجول J وبالوحدة MeV الطاقة المحررة خلال تفتت مول واحد من نوى الكوبالط 60. ثم قارنها مع الطاقة الناتجة عن احتراق مول واحد من الميثان والتي تساوي J. نواة الكوبالط إشعاعية النشاط β-, إذن طاقة هذا التحول هي: ت.ع: E = J = MeV خلال تفتت مول واحد من نوى الكوبالط 60, تتحرر طاقة: Emol = J = MeV نلاحظ أنها طاقة كبيرة جدا (مليون مرة) بالمقارنة مع احتراق مول واحد من الميثان. التأثيرات البيولوجية للنشاط الإشعاعي للإشعاعات النووية تأثير على جسم الإنسان, وذلك حسب الكمية التي يمتصها الجسم وطبيعة الأشعة: الإشعاعات α تخترق المادة بصعوبة, إذ تكفي ورقة لإيقافها, وتحدث حروقا سطحية على الجلد. الإشعاعات β أكثر نفاذية من α, ويلزم عدة ميليمترات من الألمونيوم لإيقافها. تستعمل لمعالجة الخلايا السرطانية.

7 النوى-الكتلة والطاقة الإشعاعات ϒ نافذة بشكل كبير, ولإيقافها يلزم عدة سنتمترات من الرصاص. وتستعمل في تشخيص الأمراض بالصور. تتفاعل الإشعاعات النووية ذات الطاقة العالية مع المادة المكونة لجسم الإنسان,إذ يمكنها انتزاع إلكترونات ذرات الخلايا محدثة بعض التشوهات.