المحاضرة الرابعة لمادة الكيمياء الاشعاعية لطلبة الصف الثالث قسم الكيمياء

الفصل الثاني: البناء الذري والخصائص النووية:
ماهية القوى بين النويات وخصائصها:
القوى النووية على انواع هي القوى البروتونية البروتونية (p-p)، والنيوترونية النيوترونية (n-n)، والبروتونية النيوترونية (p-n) وماتماسك النويات وتراصها داخل النواة الا نتيجة للترابط بين تلك القوى (على الرغم من ان قوى (p-n) اضعف من سابقاتها لوجود ظاهرة التنافر الكولومي بين البروتونات نفسها). وذلك من خلال التجارب التي بينت بان النويات ترتبط فيما بينها بقوى التجاذب بالرغم من اختلاف طبيعة النويات وتنوع شحنتها، كالذي يحصل مابين البروتونات الموجبة الشحنة على غرار الترابط الذي يحصل للالكترونات المدارية اثناء حصول التفاعل الكيميائي بين ذرة واخرى. كما بينت التجارب بان قوى (n-n) اكبر من قوى (p-p) بوجه عام كما في المثال الاتي: تتالف نواة الديتريوم 21H من بروتون ونيوترون وطاقتها الرابطة 2.2 (م ا ف) ولو اضيف اليها بروتون واحد لتحولت الى الهليوم-3 وطاقته الرابطة 7.7 (م ا ف). اذا اضيف نيوترون واحد اليها لتحولت الى التريتيوم 31H وطاقته الرابطة 8.5 (م ا ف)، مما يشير الى ان الطاقة الرابطة ازدادت بمقدار اكبر 6.3 (م ا ف) في حالة اضافة النيوترون عن ماهي في البروتون.
واستنادا الى فرضية العالم الياباني يوكاوا 1932 فان التجاذب مابين الجسيمات المتماثلة (بروتونين او نيوترونين) يتطلب تنقل الباي ميزون المتعادل (??) عند تجاذب (p-p) و (n-n)، ويحصل التجاذب مابين بروتون ونيوترون بانتقال الباي ميزون الموجب (?+) عند تجاذب (n-p)، اما التجاذب مابين نيوترون وبروتون فيقتضي انتقال الباي ميزن السالب (?-) عند تجاذب (p-n).
الجسيمات النووية الاولية: Elementary nuclear particles
وهي الجسيمات التي تنبعث من المصادر المشعة، كذلك اصبح من الممكن مشاهدة تحول تلك الجسيمات ايضا الى صور اخرى مختلفة، مثلا كما في انحلال النيوترون، وهو جسيمة اولية، الى بروتون، والكترون بعمر نصف مقداره 13 دقيقة تقريبا. وفيمايلي عدد من تلك الجسيمات الاولية:
1. الالكترونات: Electrons
تنبعث من الاصناف المشعة اثناء الانحلال الاشعاعي وتدعى باشعة بيتا، وتتكون الالكترونات في انبوبة الاشعة المهبطية كماهو معروف.
2. البروتونات: Protons
اكتشفت من قبل العالم كولدشتاين في الاشعة القنالية (فعرفها بكونها ايونات الهيدروجين) بعد اكتشاف الالكترونات مباشرة كجسيمة اولية تحمل شحنة موجبة.
3. جسيمات الفا: ?-particles
تنطلق جسيمات الفا (نواة الهيليوم-4) من بعض العناصر المشعة المتوفرة في الطبيعة وتتميز بقدرتها الفائقة على تاين المواد التي تخترقها وذلك بانتزاع الالكترونات من جزيئاتها، وهي تحمل شحنتين موجبتين.
4. الفوتونات: photons
وهي نوع من انواع الاشعة الكهربائية المغناطيسية وهي تتصرف كجسيمات استنادا الى علاقة اينشتاين الكهربائية الضوئية: (h?=1/2 MV2+P)، حيث تظهر لنا السلوك الموجي لها (يسار العلاقة) والسلوك الجسيمي ايضا. فعند اصطدام الفوتونات بذرات المادة تنتزع منها بعض الالكترونات التي تنطلق بعيدا عن الذرات بطاقة حركية مقدارها (1/2 MV2)، حيث وجد ان الفوتون يختفي عند اصطدامه مولدا زوج الكتروني يتكون من الكترون موجب (بوزترون) واخر سالب (نيغاترون). يشير الرمز Pالى الطاقة اللازمة لانتزاع الالكترون من ذرته. واستنادا الى مقتضيات حفظ الزخم والطاقة: يمتلك الفوتون كتلة وطاقة عندما يسلك كجسيم. تحسب طاقة الفوتون (E=h ?=hc/?)، حيث ? تردد الفوتون و ? طوله االموجي، اما كتلته m فتحسب من خلال القانون الاتي: (m= h?/C2).
5. البوزترونات: positrons
تم اكتشاف البوزترونات من قبل العالم اندرسن في الاشعة الكونية بعد ان تنبا به العالم ديراك عام 1932، كما انها تنبعث من بعض الاصناف المشعة اثناء انحلالها. عند اتحاده مع النيغاترون سيفنى مباشرة ويتحول الى الفوتونات ومطلقين طاقة قدرها (1/2 MV2).
6. النيوترونات: neutrons
هو صنف مشع ينحل الى بروتون ونيغاترون بعمر نصف 13 دقيقة. النيوترونات جسيمات متعادلة تخلو من اية شحنة كهربائية لذا فهي تخترق الغلاف الالكتروني بسرعة وبسهولة وهي لا تنفر من النواة الموجبة بل تخترقها من غير عائق وحينما تتجه نحو النواة فهي اما ان ترتد بعيدا عنها عند اصطدامها اصطداما مرنا او تمتصها النواة محدثة مايسمى بالتفاعل النووي.
7. النيوترينو: neutrino
هي جسيمات متعادلة 00? تساوي كتلتها السكونية قرابة الصفر ناجمة عن تحول البروتون الى النيوترون في النواة كما في المعادلة: (11p ? 10m+ 0+1e+00?+ E max)، كما وجد بان هنالك حالة ممائلة لخلق النيوترينو دعيت بمضاد النيوترينو، حيث ان انحلال الاصناف المشعة بالنيغاترون مرده الى تحول النيوترون داخل النواة الى بروتون، كما في المعادلة: (10m ?11p + 0-1e+00?+ E max)، حيث ان الانحلال ببيتا يرافقه انبعاث مضاد النيوترينو 00?، اما طاقة الانحلال بالنيغاترون E max فتتوزع مابين النيغاترون ومضاد النيوترينو.
8. مضاد البروتون: antiproton
وهو جسيم يحمل شحنة سالبة مضاد للبروتون الذي يماثله في بعض الصفات ويختلف عنه في عدد من الفروق الفيزيائية الاخرى (كما في الشحنة)، حيث لم تقتصر نظرية ديراك على النيغاترون ومضاده البوزترون بل شملت انظمة فيزيائية اخرى مماثلة لذلك تتطلب عملية خلق الزوج من البروتون ومضاده طاقة كبيرة تناسب كتلة البروتون الكبيرة او كتلة مضاده بالمقارنة مع زوج الالكترون والبوزترون. كذلك البروتون ومضاده يفني احدهما الاخر مكونين طاقة كبيرة هي طاقة التفاني المعروفة، وكما حصل مع تفاني الالكترون والبوزترون.
9. الميزونات والهايبرونات: Mesons and hyperons
تم اقتراح الميزون العالم يوكاوا واكتشفه عمليا العالم اندرسن واول من انتج اصناف مختلفة من الميزونات الصناعية العالمان كاردنر ولاتيس وذلك من خلال قصف حجر الكتابة (الغرافيت) بجسيمات الفا المعجلة الى طاقة 400 (م ا ف). تقسم الميزونات وفقا لكتلتها الى ثلاثة اصناف:
1. ميزونات-ايل (L-Mesons): وهي تضم ميزونات-ميو (او الميوونات) (?-Mesons) وميزونات-باي (او البايونات) (?-Mesons).
2. ميزونات-كي (K-Mesons): وهي وسط في كتلتها بين البايونات والبروتونات.
3. ميزونات-اج (H-Mesons) (او الهايبرونات hyperons): وهي التي لها كتل تقع وسطا بين كتلة البروتون وكتلة الديوترون. ويرمز لها بالحرف اللاتيني (?)، حيث يوجد في الوقت الراهن اكثر من ستو انواع منها.
ملاحظة: عزيزي الطالب يمكنك ملاحظة جدول رقم 2-2 صفحة 77 من الكتاب المقرر لديكم، والذي يمثل بعض الجسيمات الاولية او الاساسية وصفاتها المشهورة.