فيديو الدرس: النشاط الإشعاعي العلوم

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف الإشعاع الناتج عن اضمحلال النوى الذرية.

١٣:٠٠

‏نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف الإشعاع الناتج عن اضمحلال النوى الذرية. لنبدأ بفحص ذرة واحدة. تتكون الذرات من ثلاثة أنواع من الجسيمات: بروتونات موجبة الشحنة، وإلكترونات سالبة الشحنة، ونيوترونات عديمة الشحنة. داخل الذرة، تتجمع البروتونات والنيوترونات معًا في المركز الذي يسمى النواة. وكما سنرى، نواة الذرة هي التي تجعلها مشعة أو لا. ترتبط الجسيمات في النواة بعضها ببعض بواسطة قوى. فثمة قوى جذب بين الجسيمات، وكذلك قوى تنافر تدفعها بعيدًا بعضها عن بعض. وكلا هذين النوعين من القوى ضروري لتوازن النواة واستقرارها. دعونا نتناول الآن مثالًا سريعًا.

أي العبارات الآتية تصف القوى المؤثرة على جسيمات نواة الذرة وصفًا صحيحًا؟ (أ) لا توجد قوى بين الجسيمات. (ب) ثمة قوى تجاذب بين الجسيمات فقط. (ج) ثمة قوى تنافر بين الجسيمات فقط. (د) ثمة قوى تجاذب وتنافر بين الجسيمات.

تتكون نواة الذرة من بروتونات ونيوترونات. وهذه الجسيمات مجتمعة معًا بصورة محكمة بواسطة قوى. إذا أثرت قوى جديدة على هذه الجسيمات، فبمرور الوقت ستنفصل وتبتعد بعضها عن بعض. ولكن ليس هذا ما يحدث. فالنواة تظل متماسكة. بالنظر إلى خيار الإجابة التالي، إذا كانت هناك قوى جذب فقط تؤثر على النواة، فالجسيمات الموجودة فيها ستنسحق معًا. وأهم من ذلك أنها لن تقاوم. وبمرور الوقت، ستنهار النواة بأكملها لتصبح نقطة واحدة. ولكننا نعلم أن هذا ليس ما يحدث.

تتكون النواة من بروتونات ونيوترونات منفصلة. وهي تقاوم أن تنضغط معًا. هذا يعني أنه لا بد من وجود قوة تنافر ما تؤثر على الجسيمات. ولكن ماذا لو كانت هناك قوى تنافر فقط؟ عندئذ لن يكون هناك ما يحافظ على تماسك النواة. وستتطاير الجسيمات الموجودة فيها في جميع الاتجاهات. ومرة أخرى، ليس هذا ما يحدث. نعلم بذلك أن الخيار (ج) ليس هو الإجابة. يشير الخيار الأخير إلى وجود قوى تجاذب وتنافر تؤثر على الجسيمات حيث تدفع هذه القوى الجسيمات وتجذبها. وبذلك تتوازن جميع القوى المؤثرة على النواة. إذن ثمة قوى تجاذب وتنافر تؤثر على جسيمات النواة.

عندما يكون لدينا أكثر من نواة، نسميها نوى. لدينا هنا نواتان. ولاحظ أنهما مختلفتان. تحتوي النواة الأولى على واحد، اثنين، ثلاثة بروتونات؛ ونفس العدد من النيوترونات. وتحتوي النواة الثانية على واحد، اثنين، ثلاثة، أربعة بروتونات؛ بالإضافة إلى أربعة نيوترونات. عدد البروتونات في النواة هو ما يمنح الذرة هويتها. والأنواع المختلفة من الذرات تسمى عناصر. ونظرًا لأن هذه النواة تحتوي على عدد مختلف من البروتونات عن هذه النواة، فيمكننا القول إن هاتين النواتين تنتميان إلى ذرتين من عنصرين مختلفين.

والآن دعونا نفحص نواة ثالثة. عند عد البروتونات، نجد واحدًا، اثنين، ثلاثة، أربعة. إذن هذه النواة الموجودة على اليسار لا بد أن تكون جزءًا من ذرة نفس العنصر الذي تنتمي إليه النواة الموجودة في الوسط. والآن انظر إلى هذا. إذا أحصينا عدد النيوترونات في النواة على اليسار، فسنجد واحدًا، اثنين، ثلاثة، أربعة، خمسة. تحتوي هذه النواة على عدد من النيوترونات يختلف عن هذه النواة. قلنا إن عدد البروتونات في النواة يحدد نوع العنصر الذي تنتمي له الذرة. أما عدد النيوترونات، فيوضح لنا ما يسمى بنظير هذا العنصر. نوى ذرات العنصر نفسه التي تحتوي على عدد مختلف من النيوترونات هي نظائر مختلفة بعضها عن بعض. بمعرفة ذلك، لنعد لتناول نواة ذرية واحدة فقط.

رأينا أن عدد البروتونات والنيوترونات في النواة يخبرنا بماهية العنصر الذي تنتمي إليه الذرة، بالإضافة إلى نظير هذا العنصر. عندما تكون النواة مستقرة، أي عندما تتوازن جميع القوى المؤثرة عليها، فهذا يعني أن عدد البروتونات والنيوترونات في النواة لا يتغير. من الأمثلة على العناصر المستقرة للغاية القصدير والحديد والأكسجين. ولكن إذا لم تتوازن القوى المؤثرة على الجسيمات في النواة، تكون هذه النواة غير مستقرة. والنواة غير المستقرة هي النواة التي يمكن أن يتغير فيها عدد البروتونات والنيوترونات. تشمل العناصر غير المستقرة اليورانيوم والبلوتونيوم. والنواة غير المستقرة قد تتفكك في مرحلة ما. وعندما يحدث ذلك، يمكن للنواة أن تطلق ما يسمى بالإشعاع.

تسمى عملية إطلاق النواة للإشعاع الاضمحلال الإشعاعي. ويوصف أي عنصر يتعرض للاضمحلال الإشعاعي بأنه عنصر مشع. تخيل أن لدينا نواة غير مستقرة. من خلال الاضمحلال الإشعاعي، قد تطلق النواة جسيمًا. ولكن ثمة أمرًا مثيرًا للاهتمام هنا. فلا توجد طريقة للتنبؤ بوقت حدوث ذلك بالتحديد. حتى لو كانت لدينا نواة غير مستقرة ونعتقد أنها ستضمحل في مرحلة ما، فمن المستحيل التنبؤ بموعد حدوث هذا الاضمحلال. يوصف الاضمحلال الإشعاعي بأنه عملية تلقائية. فلا نعرف متى سيحدث، لكننا نعرف أنه يحدث بالفعل. لنتناول الآن مثالين.

أي الاختيارات الآتية يمثل ما ستصبح عليه نواة ذرية إذا لم تفقد إلا نيوترونات عندما تخضع لاضمحلال إشعاعي؟ (أ) ستصبح عنصرًا مختلفًا عن العنصر الذي كان موجودًا قبل الاضمحلال. (ب) ستصبح نظيرًا مختلفًا للعنصر الذي كان موجودًا قبل الاضمحلال.

نتناول في هذا السؤال نواة تتعرض للاضمحلال الإشعاعي وتفقد نيوترونات فقط خلال هذه العملية. تتكون النوى الذرية من نوعين من الجسيمات، البروتونات والنيوترونات. يخبرنا عدد البروتونات في النواة بهوية العنصر الذي تشكل هذه النواة جزءًا منه. ويخبرنا عدد النيوترونات بنظير العنصر الذي تشكل النواة جزءًا منه. لذلك، فإن الاضمحلال الإشعاعي الذي تفقد فيه النيوترونات فقط لا يغير العنصر الذي تشكل هذه النواة جزءًا منه. ما يتغير هو نظير العنصر الذي كانت هذه النواة جزءًا منه قبل الاضمحلال. إذن نختار خيار الإجابة (ب).

لنتناول مثالًا آخر.

أي العبارات الآتية عن تنبؤ حدوث الاضمحلال الإشعاعي لنواة ذرية غير مستقرة صواب؟ (أ) يمكن التنبؤ بالزمن الذي تضمحل فيه نواة ذرية غير مستقرة. (ب) لا يمكن التنبؤ بالزمن الذي تضمحل فيه نواة ذرية غير مستقرة.

نرى أن الاختلاف الوحيد بين هاتين الإجابتين هو إذا ما كان يمكن توقع توقيت الاضمحلال النووي أو لا. عندما تمر نواة الذرة باضمحلال إشعاعي، فإنها تبعث أو تطلق جسيمات أو طاقة. توصف هذه العملية بأنها تلقائية. وذلك لأنه لا يمكننا تحديد متى ستحدث بالضبط. بوجه عام، الاضمحلال الإشعاعي عملية تلقائية. إذن لا يمكن التنبؤ بالوقت الذي تضمحل فيه نواة غير مستقرة.

لنلق نظرة الآن على بعض تفاصيل ما يحدث عندما تضمحل النواة. عندما تكون النواة غير مستقرة، فقد تتعرض لاضمحلال إشعاعي. عندما يحدث ذلك، تبعث النواة إشعاعًا. أحد أنواع هذا الإشعاع يسمى إشعاع ألفا. هذا الرمز الموضح هنا هو الحرف اليوناني ‪𝛼‬‏. والنوع الثاني يسمى إشعاع بيتا. ويرمز له بالحرف اليوناني ‪𝛽‬‏. وأخيرًا، يوجد نوع ثالث من الإشعاع، وهو إشعاع جاما. يتكون كل من إشعاعي ألفا وبيتا من جسيمات. أما إشعاع جاما، فمختلف. فهو يتكون من موجات كهرومغناطيسية. لنتناول الآن مثالًا أخيرًا.

أي العبارات الآتية تصف وصفًا صحيحًا المكونات الممكنة للإشعاع المنبعث من اضمحلال نوى ذرية غير مستقرة؟ (أ) يتضمن الإشعاع المنبعث من اضمحلال النوى الذرية غير المستقرة جسيمات وموجات كهرومغناطيسية. (ب) يتضمن الإشعاع المنبعث من اضمحلال النوى الذرية غير المستقرة جسيمات فقط. (ج) يتضمن الإشعاع المنبعث من اضمحلال النوى الذرية غير المستقرة موجات كهرومغناطيسية فقط.

نتناول في هذا السؤال الإشعاع المنبعث من النوى المضمحلة. دعونا نتذكر الأنواع الثلاثة المختلفة للإشعاع التي يمكن أن تطلقها النواة المضمحلة. أولًا، يوجد ما يسمى بإشعاع ألفا. يتكون إشعاع ألفا من جسيم. ثم يوجد إشعاع بيتا. إشعاع بيتا جسيم أيضًا ينبعث من نواة مضمحلة. ثم يوجد إشعاع جاما. على عكس إشعاعي ألفا وبيتا، يتكون إشعاع جاما من موجات كهرومغناطيسية. بالنظر إلى جميع أنواع الإشعاع الثلاثة، نرى أنها تتضمن جسيمات بالإضافة إلى موجات كهرومغناطيسية. إذن نختار الإجابة (أ)، يتضمن الإشعاع المنبعث من اضمحلال النوى الذرية غير المستقرة جسيمات وموجات كهرومغناطيسية.

قد نتساءل ما الذي يجعل نواة معينة مستقرة أو غير مستقرة؟ يتعلق الأمر بعدد النيوترونات في النواة مقارنة بعدد البروتونات. في حالة النوى الصغيرة، عندما يكون عدد البروتونات مماثلًا لعدد النيوترونات، تميل النواة إلى الاستقرار أكثر من عدم الاستقرار. ولكن كلما زاد عدد النيوترونات عن عدد البروتونات في نواة نظير ما، زاد احتمال أن تكون جميع نوى هذا النظير غير مستقرة، ومن المرجح أن تضمحل.

لنختتم هذا الدرس بمراجعة بعض النقاط الأساسية. في هذا الفيديو، تعلمنا أن النوى الذرية مكونة من بروتونات ونيوترونات مجتمعة معًا بواسطة قوة. يخبرنا عدد البروتونات بهوية العنصر الذي تشكل النواة جزءًا منه. أما عدد النيوترونات، فيخبرنا بنظير هذا العنصر. يمكن أن تكون النوى مستقرة أو غير مستقرة. تتحلل النوى غير المستقرة تلقائيًّا من خلال عملية تسمى الاضمحلال الإشعاعي. يتسبب الاضمحلال الإشعاعي في انبعاث إشعاع. وتوجد ثلاثة أنواع من الإشعاع: ألفا وبيتا وجاما. وأخيرًا، تكون النواة مستقرة أو غير مستقرة بناء على عدد البروتونات مقارنة بعدد النيوترونات بها. بوجه عام، كلما زاد عدد النيوترونات عن عدد البروتونات، زاد احتمال أن يكون هذا النظير غير مستقر. وهذا هو ملخص النشاط الإشعاعي.

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