الانحلال الاشعاعي

الانحلال الإشعاعي :- Radioactive Decay
نظرية الانحلال الإشعاعي :-

تقدم رذرفورد وسودي سنة 1905 بنظرية الانحلال لتفسير ظاهرة النشاط الإشعاعي الطبيعي . وتقضي النظرية بأن ذرات العناصر المشعة تنحل نتيجة لما ينبعث منها من جسيمات الفا أو بيتا التي هي في حد ذاتها جسيمات مادية ، أي أن جزءاً محدد من نواة الذرة ينطلق بسرعة فائقة تارك وراءه ذرات عنصر جديد يختلف تماماً في خواصه الطبيعية والكيميائية عن العنصر الأصلي . ويكون العنصر الجديد أو المولود مشعاً أيضاً فتنطلق من نوى ذراته جسيمات مادية ينتج عن انطلاقها أن تتحول ذرات هذا العنصر الجديد إلى ذرات عنصر ثالث جديد وهكذا نتابع عملية التحول من عنصر مشع إلى عنصر آخر مشع حتى ينتهي الانحلال عند عنصر مستقر وجدير بالذكر أنه فيما عدا حالات نادرة جداً فإن نوى عنصر معين تنحل بانبعاث نوع واحد من الجسيمات ، أما جسيمات ألفا أو جسيمات ( بيتا ) فلا تنبعث الجسيمات من نواة واحدة ، ومعنى هذا أن النواة التي يحدث انحلالها بجسيمات الفا لا ينبعث منها جسيمات بيتا ، ألا أن انبعاث جسيمات ألفا أو جسيمات بيتا قد يكون مصحوباً بانبعاث أشعة كاما .

تعريف الانحلال الإشعاعي :-
يعرف الانحلال الإشعاعي بأنه عملية تلقائية يتحول فيها العنصر إلى عنصر
آخر نتيجة إشعاع جسيمات ألفا أو جسيمات بيتا و أشعة كاما. .


س / ما الفرق بين الانحلال الإشعاعي والتحول او التفاعل الكيميائي ؟
يختلف الانحلال الإشعاعي عن التحول او التفاعل الكيميائي في النقاط الآتية :-
1- الانحلال الإشعاعي عملية تلقائية مستمرة .
2- يعتمد على نوع العنصر المشع ولا يرتبط بالمركب الكيميائي .
3- لا يتوقف على الظروف الفيزيائية ( الضغط ، درجة الحرارة ) .
4- تنطلق منه طاقة هائلة .
النواة غير المستقرة والتحلل الإشعاعي:

تعتبر اغلب العناصر هي عناصر مستقرة وتبقى كما هي إلى ما لا نهاية في حين أن بعضها غير مستقرة (مشعة) بسبب وجود طاقة داخلية زائدة.
تقوم النواة بعمل تغيرات تلقائية (التحلل الإشعاعي) حتى تصبح نواة مستقرة.
وذرات المادة المشعة تنحل بطريقة عشوائية ولكن بمعدل زمني ثابت ، وفترة نصف العمر هو الوقت اللازم لكي تنحل نصف ذرات المادة المشعة أو لكي ينخفض النشاط الإشعاعي إلى النصف وبعد مرور ضعفي فترة نصف العمر ينخفض النشاط للربع وبعد مرور ثلاثة أضعاف فترة نصف العمر ينخفض النشاط الإشعاعي للثمن وهكذا….

قانون الانحلال الإشعاعي :-
تعتبر ظاهر التفكك او الانحلال الإشعاعي ظاهرة إحصائية ، أي أنه لا يمكن التكهن بزمن انحلال نواة بعينها ، ولكن عند وجود عدد كبير جداً من أنويه النظير المشع ، فإنه بمتابعة معدل تغير كمية الأشعة المنبعثة يمكن معرفة الكثير عن نوعية التحول .
ينص قانون الانحلال الإشعاعي على أن " عدد الانوية المتبقية من انحلال أي مادة مشعة هو دالة آسية سالبة مع الزمن "
تسير عملية التحلل بمعدل ثابت وكل عنصر من العناصر المشعة يتميز بمعدل تحلل خاص به ويسمى(?). بثابت التحلل (decay constant) وهو يعد مقياساً لاحتمال تفكك نواة معينة ووحدة قياسه (1/sec)



اما متوسط العمر ( ? ) لعينة مشعة فهو عبارة عن مجموع اعمار جميع النويات للعنصر المشع مقسوما على عددها.
وعلاقة متوسط العمر ( ? ) بثابت التفكك ? ) ) كالآتي :

?=1/(0.693/t_(1/2) )
?=t_(1/2)/0.693
ولما كان نشاط عينة لمادة مشعة يساوي :-
? =-dN/dt= N
فان النشاط الإشعاعي يكون قانونه هو :-
?= N_° e^(- t) ………………….(1)
وعلية فان النشاط الإشعاعي يتناقص أسيا مع الزمن وكما موضح بالشكل الأتي :-











و يعرف معدل العمر (( z على انة معدل زمن التخلف للنوى المشعة ولذا فمن المعادلات أعلاه يكون :
Z = (??tdN)/(??dN)=(?_0^???tN0e^(-?t) ?dt?)/N0
او
Z = 1/? ………………………………… (5-1)




وعادة ما يفضل التعامل مع العمر النصفي (halfe- thickness) للمادة المشعة بدلا من ثابت الانحلال حيث يعرف العمر النصفي بانه
الزمن الذي يحتاجه العنصر المشع لكي ينحل نصف عدد ذراته
او هو عبارة عن الفترة الزمنية التي تنخفض خلالها الشدة الإشعاعية للعنصر المشع إلى النصف وبمعنى آخر فإن عمر النصف هو الزمن اللازم لتفكك نصف عدد نوى العينة ، ويرمز له عموماً بالرمز (t 1/2) .

أي ان :-
N=N_°/2
N_°/2=N_° e^(- t_(1/2) )

1/2= e^(- t_(1/2) )
ln??1/2?=ln??e^(- t_(1/2) ) ?
وبحذف الإشارة السالبة من الطرفين ينتج :-
0.693= t_(1/2)

t_(1/2)=0.693/( )
والمعادلة الأخيرة هي معادلة حساب نصف العمر للمواد المشعة .