تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

شارح الدرس: تطبيقات النشاط الإشعاعي العلوم

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نُحدِّد تطبيقات الإشعاع النووي.

تحتوي الذرات على نوى. بعض النوى غير مستقر، وهو ما يعني أنها يمكن أن تتغيَّر تلقائيًّا. نُسمِّي هذا الاضمحلال النووي. وعندما تمر النواة باضمحلال نووي، فإنها تُطلِق إشعاعًا نوويًّا في صورة جسيمات وموجات كهرومغناطيسية.

تُسمَّى صورة الطاقة الناتجة عن النوى غير المستقرة بالطاقة النووية. وعندما تَبعث النواة إشعاعًا نوويًّا، يمكن تحويل جزء من طاقتها النووية إلى صور أخرى من الطاقة. ويمكن استخدام هذه الطاقة بطرق مختلفة.

يُعَد توليد الكهرباء أهم الطرق التي نستخدم فيها هذه الطاقة. تُستخدَم محطات الطاقة النووية في تحويل الطاقة من الوقود النووي إلى طاقة كهربية. والوقود النووي مادة مشعة تنبعث منها كميات كبيرة من الإشعاع النووي؛ ومن ثَمَّ، تنقل الكثير من الطاقة في فترة زمنية قصيرة.

في محطات الطاقة النووية، تتحوَّل الطاقة التي يُطلِقها الوقود النووي إلى طاقة حرارية للماء، ما يتسبَّب في غليان الماء.

عندما يغلي الماء يتبخَّر. ويمكن استخدام البخار في تدوير التوربينات وتشغيل المولدات الكهربية. في هذه العملية، تتحوَّل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربية.

مثال ١: الإشعاع وتوليد الكهرباء

أيُّ العبارات الآتية تَصِف وصفًا صحيحًا كيف تُستخدَم طاقة الإشعاع النووي في توليد الكهرباء؟

  1. تُستخدَم طاقة الإشعاع النووي في إنتاج موجات كهرومغناطيسية.
  2. تُستخدَم طاقة الإشعاع النووي في غلي الماء.

الحل

الإجابة هي الخيار (ب). تُستخدَم طاقة الإشعاع النووي في غلي الماء.

عندما يضمحل عنصر مشع، ينبعث منه إشعاع نووي. هذا الإشعاع النووي يمكن أن يكون على صورة جسيمات أو موجات كهرومغناطيسية.

عندما تَبعث النواة إشعاعًا نوويًّا، يمكن تحويل جزء من طاقتها النووية إلى طاقة حرارية للماء. وهذا يؤدي إلى غليان الماء.

وعندما يغلي الماء، يُنتج بخارًا يتسبَّب في دوران التوربينات. وهو ما يُشغِّل المولِّدات الكهربية.

مثال ٢: الإشعاع النووي وتوليد الكهرباء

أيُّ العبارات الآتية تَصِف وصفًا صحيحًا كيف يُمكِن استخدام انبعاث الإشعاع النووي الناتج عن اضمحلال النوى الذرية في توليد الكهرباء؟

  1. يُمكِن تحويل طاقة الجُسيمات والموجات المنبعثة على صورة إشعاع نووي إلى طاقة حرارية.
  2. يُمكِن صُنْع بطاريات تُحوِّل الطاقة الكيميائية للإشعاع المنبعث إلى طاقة كهربية.

الحل

الإجابة هي الخيار (أ). يُمكِن تحويل طاقة الجُسيمات والموجات المنبعثة على صورة إشعاع نووي إلى طاقة حرارية.

عندما يضمحل عنصر مشع، ينبعث منه إشعاع نووي. يَسمح هذا الإشعاع النووي بتحويل الطاقة من طاقة نووية إلى طاقة حرارية للماء. وهذا يؤدي إلى غليان الماء.

وعندما يغلي الماء يتبخَّر. ويمكن استخدام البخار في تدوير التوربينات. وهذه التوربينات تُشغِّل مولِّدًا كهربيًّا يحوِّل الطاقة إلى طاقة كهربية.

يمكن استخدام البطاريات لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربية. لكن هذا النوع من البطاريات لا يستخدم الإشعاع لإنتاج الكهرباء.

لا تَستخدم محطات الطاقة النووية البطاريات لتوليد الكهرباء.

تُنتج عملية توليد الكهرباء في معامل الطاقة النووية أيضًا نفايات نووية. عندما تمر ذرة باضمحلال نووي وينبعث منها إشعاع نووي تتغيَّر نواة الذرة. وعندما يبعث الوقود النووي إشعاعًا نوويًّا، فإنه يضمحل إلى نفايات نووية.

تنبعث من النفايات النووية كمية إشعاع نووي أقل كثيرًا من كمية الإشعاع النووي التي تنبعث من الوقود النووي؛ لذا، لا يمكنها تحويل كمية كبيرة من الطاقة. ومن ثَمَّ، فالنفايات النووية غير مفيدة في توليد الكهرباء، ويُتخلَّص منها.

مثال ٣: مسائل تتضمَّن استخدام الطاقة النووية في توليد الكهرباء

أيُّ العبارات الآتية تَصِف بطريقة صحيحة المشكلة المُتعلِّقة باستخدام الطاقة النووية في توليد الكهرباء؟

  1. إمكان انفجار المُفاعِل النووي كالقنبلة النووية.
  2. إنتاج النفايات المُشِعَّة.

الحل

الإجابة هي الخيار (ب). إنتاج النفايات المُشِعَّة.

عندما يضمحل الوقود النووي، ينبعث منه إشعاع نووي. ويعمل الإشعاع النووي على تحويل بعض الطاقة النووية المنبعثة من النواة إلى طاقة حرارية للماء. يؤدي هذا إلى غليان الماء وإنتاج بخار يُستخدَم في توليد الكهرباء.

عندما تضمحل مادة، تتغيَّر نوى ذراتها. كذلك عندما يضمحل الوقود النووي، يتحوَّل إلى نفايات نووية. إن النفايات النووية مشعة، لكنها لا تنقل كمية الطاقة التي ينقلها الوقود النووي؛ لذا، فهي غير مفيدة في توليد الكهرباء. ومن ثَمَّ، يجب التخلُّص منها.

تخضع المفاعلات في محطات الطاقة النووية لمراقبة دقيقة للغاية. تُضبط كمية الإشعاع النووية الناتجة ضبطًا صارمًا لضمان أمان المفاعلات النووية وعدم انفجارها.

بالإضافة إلى توليد الكهرباء، يوجد العديد من التطبيقات الأخرى للنشاط الإشعاعي.

للنشاط الإشعاعي العديد من الاستخدامات الطبية. على سبيل المثال، يُستخدم الإشعاع النووي عادةً في التصوير الطبي. يمكن تكوين صور للأجزاء الداخلية من الجسم لتشخيص الأمراض والعلل. ويمكن استخدام المواد المشعة باعتبارها «متتبعات» للمساعدة في توضيح هذه الصور. وتمتص أجزاء مختلفة من الجسم متتبعات مختلفة. ومن خلال رصد الإشعاع المنبعث من المتتبعات، يمكن تكوين صورة لجزء معيَّن من الجسم.

للنشاط الإشعاعي استخدامات طبية أخرى. يمكن أن يُلحِق الإشعاع النووي الضرر بخلايا الجسم. هذا يعني أن الإشعاع النووي مفيد جدًّا في علاج السرطان. يمكن توجيه الإشعاع النووي إلى الجسم فيقتل خلايا السرطان دون أن يضر عددًا كبيرًا من الخلايا السليمة. ويُسمَّى هذا العلاج الإشعاعي.

الإشعاع النووي مفيد أيضًا في الزراعة.

عادةً ما تأكل الآفات، كالحشرات، المحاصيل. وهذا يؤدي إلى إتلاف المحاصيل وتقليل الكمية التي يبيعها المزارعون. كثيرًا ما تضع الحشرات بيضها على المحاصيل. وعندما يفقس البيض، ينتج عن ذلك مزيد من الحشرات التي تتسبَّب في مزيد من التلف.

يمكن استخدام الإشعاع النووي في مكافحة الآفات. يستطيع الإشعاع النووي قتل البيض الذي تضعه الحشرات. وهذا يتيح للمزارعين تقليل أعداد الحشرات والحد من تلف محاصيلهم.

يمكن أن يَستخدم المزارع أيضًا الإشعاع في تغيير خواص المحاصيل. يمكن أن يتسبَّب الإشعاع النووي في تغيُّرات في الحمض النووي للنباتات. وهذه التغيُّرات تُسمَّى الطفرات. يمكن أن تمنح الطفرات خواص مفيدة للمحصول. على سبيل المثال، يمكن أن تسهِّل نموها أو تزيد قيمتها الغذائية.

مثال ٤: الإشعاع النووي في الزراعة

أيُّ الاختيارات الآتية يُمثِّل استخدامًا زراعيًّا مُعاصِرًا للإشعاع النووي؟

  1. إحداث طفرات مفيدة في النباتات
  2. نَقْل الطاقة إلى النباتات والحيوانات لجَعْلها تنمو أسرع

الحل

الإجابة هي الخيار (أ): إحداث طفرات مفيدة في النباتات.

يمكن أن يتسبَّب الإشعاع النووي في تغيُّرات في الحمض النووي للنبات، تُسمَّى الطفرات. ويمكن لهذه الطفرات أن تغيِّر خواص النبات بطرق مفيدة. على سبيل المثال، يمكن أن تسهِّل نمو النباتات.

ينقل الإشعاع النووي الطاقة إلى النباتات، لكنه لا يجعلها تنمو أسرع. وتتسبَّب الطاقة التي تنتقل إلى النبات في حدوث طفرات في الحمض النووي للنباتات.

للإشعاع النووي استخدامات صناعية أيضًا. هذا يعني أن الإشعاع النووي يمكن أن يكون مفيدًا في صُنع المنتجات وتطويرها.

على سبيل المثال، يمكن استخدام الإشعاع النووي في الكشف عن العيوب الصغيرة جدًّا في المنتجات. يمكن استخدام الإشعاع في إنتاج صور مفصلة للمنتجات تكشف عيوبًا ضئيلة جدًّا لا يمكن للعين رؤيتها بسهولة.

تحتاج بعض المجالات الصناعية إلى درجات حرارة مرتفعة جدًّا لصنع المنتجات. ويمكن استخدام الإشعاع النووي للوصول إلى درجة حرارة مرتفعة؛ حيث يحوِّل الإشعاع الطاقة النووية إلى طاقة حرارية.

يُعَد الإشعاع النووي مفيدًا أيضًا في مجال التعدين.

في كثير من الأحيان، يُنقَّب عن النفط والغاز الطبيعي لاستخدامهما في توليد الطاقة. ولكن قد يكون من الصعب العثور على النفط والغاز؛ لأنهما يتكوَّنان تحت الأرض.

يمكن استخدام أساليب قائمة على الإشعاع النووي في تحديد مواقع النفط والغاز تحت الأرض. إن الصخور التي تحتوي على النفط والغاز تحتوي أيضًا على عناصر مشعة. هذا يعني أن الصخور التي ينبعث منها الإشعاع تحتوي على نفط وغاز على الأرجح. ويمكن استخدام كواشف الإشعاع للعثور على هذه الصخور وتحديد مواقع النفط والغاز.

يُستخدم الإشعاع النووي أيضًا في استكشاف الفضاء.

يمكن استخدام النشاط الإشعاعي في توليد الكهرباء في مركبة فضائية. يحوِّل الإشعاع النووي طاقة النواة إلى طاقة حرارية تُستخدَم في توليد الكهرباء.

وهذا يشبه إلى حدٍّ كبير العملية التي تحدث في مُفاعلات الطاقة النووية التي تناولناها في بداية هذا الشارح. لكن بين هاتين العمليتين اختلاف بالغ الأهمية.

في مُفاعلات الطاقة النووية، تتسبَّب طاقة النوى في غلي الماء وتوليد البخار. لكن، في المركبة الفضائية، لا تولَّد الكهرباء عن طريق غلي الماء. ونستخدم بدلًا من ذلك بطارية نووية. وهذا يعني أن الكهرباء يمكن أن تولَّد دون غلي الماء.

مثال ٥: استخدام الإشعاع النووي في استكشاف الفضاء

أيُّ الاستخدامات الآتية يُمثِّل استخدامًا مُعاصِرًا للإشعاع النووي في استكشاف الفضاء؟

  1. دَفْع الصواريخ
  2. حماية روَّاد الفضاء من الأشعة الكونية
  3. تحويل طاقة الإشعاع النووي إلى طاقة حرارية

الحل

الإجابة هي الخيار (ج): تحويل طاقة الإشعاع النووي إلى طاقة حرارية.

يحوِّل الإشعاع النووي طاقة النواة إلى طاقة حرارية. في المركبة الفضائية، تَستخدم البطارية النووية هذه الطاقة الحرارية لتوليد الكهرباء.

تُدفَع الصواريخ بواسطة الوقود الموجود في محرِّكاتها. وهذا الوقود ليس مشعًا؛ لذا، لا يَنتج عنه إشعاع.

تُصمَّم المركبات الفضائية لتحمي رواد الفضاء من الأشعة الكونية. فالمركبات الفضائية مصنوعة من مواد لا تسمح للأشعة الكونية بالمرور من خلالها. وذلك يحمي رواد الفضاء من التعرُّض للأشعة الكونية.

بعد أن تناولنا بعض التطبيقات المفيدة للنشاط الإشعاعي، نلخِّص ما تعلَّمناه في هذا الشارح.

النقاط الرئيسية

  • في مفاعلات الطاقة النووية، يحوِّل الإشعاع النووي الطاقة النووية إلى طاقة حرارية للماء. وهذا يؤدي إلى غليان الماء، وهو ما يَنتج عنه بخار يمكنه تشغيل المولدات الكهربية.
  • في مفاعلات الطاقة النووية، يضمحل الوقود النووي إلى نفايات نووية يجب التخلُّص منها.
  • يُستخدم النشاط الإشعاعي في الطب لتشخيص الأمراض وعلاجها.
  • يُستخدم الإشعاع النووي في الزراعة لقتل الحشرات وإنتاج الطفرات المفيدة للمحاصيل.
  • للإشعاع النووي استخدامات صناعية؛ مثل اكتشاف العيوب في المنتجات وخلق درجات حرارة عالية.
  • يمكننا استخدام الإشعاع النووي في تحديد مواقع النفط والغاز تحت الأرض.
  • يُستخدم الإشعاع النووي لتوليد الكهرباء في المركبات الفضائية.
  • في المركبات الفضائية، يحوِّل الإشعاع النووي الطاقة النووية إلى طاقة حرارية. بعد ذلك تَستخدم البطاريات النووية هذه الطاقة الحرارية لتوليد الكهرباء.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.