النشاط الإشعاعي
09-02-2014, 09:02 PM
النشاط الإشعاعي Radioactivity :
يتميز العديد من النظائر سواء الطبيعية أو الاصطناعية ( أي المجهزة باستخدام المعجلات أو المفاعلات النووية ) بخاصية تعرف باسم النشاط الإشعاعي والنشاط الإشعاعي عبارة عن تفكك ( إضمحلال ) نواة النظيرة تلقائياً إلى نواة أصغر ( أو نواة ذات قيمة أقل للطاقة ) مع إصدار جسيمات نووية مثل جسيمات الفااوبيتا ( أو إشعاعت جاما ) .
وتعرف النظائر التي يحدث لها هذا التفكك بالنظائر المشعة
Radioactive isotopes تمييزاً لها عن تلك النظائر المستقرة
stable isotopes والتي لا تتعرض للتفكك .
وتحدث عملية التفكك في النظائر المشعة سواء كانت في صورة نقية أو تدخل ضن مركبات كيمائية ولا تعتمد عملية التفكك على أي من الظروف الطبيعية مثل الحرارة أو حالة النظير ... الخ .
تكك الفا decay :
تتميز أنوية العناصر الثقيلة ( الأثقل من الرصاص ) يانخفاض قيمة طاقة الترابط للنيوكلون ، لذا فإن هذه الانوية غير متسقرة عموماً ، وتتفكك إلى أنوية أ×ف وأكثر استقراراً وسينتج عن ذلك إصدار جسيمات الفااوبيتا مع إصدار إشعاعات جاما في العديد من الحالات . فمثلاً تتفكك نواة اليورانيوم 238 إلى نواة الثوريوم 234 الأخف وينطلق نتيجة لذلك جسيم الفاء الذي هو عبارة عن نواة الهليوم . وتمثل عملية التفكك هذه بالمعادلة التالية :
النواة الأم parent nucleus :
هي النواة الأصلية النشطة إشعاعياً والتي تتفكك مثل نواة اليورانيوم 238 أو البولونيوم 218 في المثالين السابقين .
ولحدوث تفكك الفا لنظير معين يجب أن تكون كتلة نواة هذا النظير Mp أكبر من مجموع كتل كل من النواة الوليدة Md وجسيم ألفا أي جيب أن يتحقق الشرط .
ويلاحظ أن هذا الشرط يتحقق بالنسبة للعديد من النظائر الأثقل من الرصاص . لذا يلاحظ أن معظم النظائر الأثقل من الرصاص نشطة إشعاعياً بالنسبة لإصدار جسيمات ألفا ، وتكون طاقة جسيمات ألفا الصادرة عن نفس النظير متساوية ومساوية تقريباً للمقدار .
جسيمات ألفا particles :
هي عبارة عن نواة الهليوم المكونة من بروتين ونويترونين ز وهي بذلك عبارة عن جسيمات مشحونة موجبة الشحنة تبلغ شحنتها ضعف شحنة البروتون . لذا فأنه يمكن التحكم في مسارها باستخدام مجالات كهربية أو مغناطيسية كما يمكن تعجلها باستخدام المعجلات النووية إلى قيم عالية للطاقة . وتنتمي هذه الجسيمات إلى مجموعة الجسيمات النووية الثقيلة .
تفكك بيتا decay :
لكي تكون نواة نظير معين مستقرة يجب أن تكون النسبة بين عدد النيوترونات وعدد البروتونات في هذه النواة نسبة معينة وتتراوح هذه النسبة بين 1 للنظائر الخفيفة .
جسيمات بيتا : particles :
تنقسم جسيمات بيتا إلى نوعين وهما الإلكترونات والبوزيترونات . والبوزيترون هو عبارة عن جسيم مساو في كتلته للإلكترون ، ولكن شحنته موجبة ، ولما كانت هذه الجسيمات مشحونة فإنه يمكن التحكم في مسارها باستخدام المجالات الكهربية ا, المغناطيسية كما يمكن تعجيلها إلى طاقات عالية وتعرف هذه الجسيمات باسم الجسيمات الخفيفة .
إشعاعات جاما : Gamma- Radiations :
في أغلب الحيان تكون الأنوية الوليدة الناتجة عن تفكك ألفا وتفكك بيتا في حالة مثاره Excited states . ويعني هذا أن طاقة النواة تكون أعلى من طاقتها في الحالة المستقرة ( الأرضية ) . ولا تستطيع النواة أن تعيش في هذه الحالة المثارة طويلاً ولكنها سرعان ما تنتقل إلى حالة أقل إثارة أو إلى الحالة الأرضية ، وتتخلص من الطاقة الزائدة عن طريق إصدار إشعاعات كهرومغناطيسية تعرف باسم إشعاعات جاما . كذلك يمكن إثارة الأنوية المستقرة بطرق مختلفة كالتفاعلات النووية مثلاً ثم تعود هذه الأنوية المثارة من جديد إلى حالتها الأرضية بعد إصداراها للطاقة الزائدة في شكل إشعاعات جاما .
وإشعاعات جاما عبارة عن فوتونات ( موجات كهرومغناطيسية ) كالفوتانات الضوئية .
قانون التفكك الإشعاعي Radioactive decay law :
يعتبر التفكك الإشعاعي مع إصدار جسيم ألفا أو بيتا أو فوتون عملية إحصائية بحتة ، ويرجع السبب في ذلك إلى أنه لا يمكن معرفة الوقت الذي تتفكك فيه نواة معينة فعند وجود نواة واحدة غير مستقرة يمكن أن تتفكك هذه النواة في الحال أو خلال ثانية أو بعد ساعة أو يوم أو عدة ملايين من السنوات ، ولكن عند وجود عدد كبير جداً من أنوية النظير النشط فإن يمكن معرفة عدد الأنوية التي تخضع للتفكك وعلاقة هذا العدد مع الزمن فعندوجود عدد معين من الأنوية النشطة وليكن No في لحظة معينة من الزمن فإنه يمكن تحديد عدد الأنوية المتبقية دون تفكك خلال زمن مقداره t وذلك من العلاقة التالية .
ثابت التفكك الإشعاعي decay constant :
يعرف المعامل في العلاقة (1-3) باسم ثابت التفكك الإشعاعي . وهو عبارة عن احتمال لفكك نواه معينة في ثانية واحدة .
الشدة الإشعاعية the activity :
في معظم الأحيان يكون المطلوب هو معرفة عدد النويات التي تتفكك في الثانية وليس عدد النويات الباقية دون تفكك والمحددة بالعلاقة ( 1-3) ويسمى عدد النويات التي تتفكك في الثانية الواحدة من عينة مشعة باسم الشدة الإشعاعية للعينة . ويرمز للشدة الإشعاعية في لحظة إعداد العينة بالرمز Ao . وبمرور الوقت تتناقص الشدة الإشعاعية A للعينة تبعاً للقانون
عمر النصف Half-life1/2 :
عمر النصف للنظير المعين هو عبارة عن الفترة الزمنية التي تنخفض خلالها الشدة الإشعاعية للعينة المجهزة من هذا النظير إلى النصف . وبمعنى آخر فإن عمر النصف هو الزمن اللازم لتفكك نصف عدد النويات الموجودة في العينة ويرتبط عم النصف بثابت التفكك بالعلاقة (1-5)
ويختلف العمر النصفي باختلاف النظير ، فهناك نظائر لا يتعدى عمرها النصفي جزء من الميكروثانية وأخرى يزيد عمرها النصفي على 10 سنة .
ولإيضاح معنى العمر النصفي نفرض أن لدينا مصدراً من الكوبالت 60 الذي يبلغ عمره النصفي 5.27 سنة . ونفرض أن الشدة الإشعاعية للمصدر عند التجهيز كانت 10 كوري . بعد مرور فترة زمنية مقدارها 5.27 سنة أخرى تتناقص شدته إلى النصف مرة أخرى وتصبح 2.5 كوري ، ثم بعد مرور 5.27 سنة أخرى تتناقص إلى النصف وتصبح 1.25 كوري وهكذا .
وحدات قياس الشدة الإشعاعية unit of radioactivity :
كانت الوحدة الأساسية لقياس الشدة الإشعاعية للعينة هي الكوري (ci) curie وأجزاؤه وهي الميللي كوري mCi والميكروكوري M Ci والكوري وحدة كبيرة ، حيث أن العينة التي تصل شدتها إلى 1 كوري هي تلك العينة التي يحدث فيها 3.7 × 10 تفكك وتستخدم الآن وحدة عيارية دولية لقياس الشدة الإشعاعية . وهذه الوحدة هي البيكريل bequerel وهي عبارة عن تفكك واحد في الثانية .
يتميز العديد من النظائر سواء الطبيعية أو الاصطناعية ( أي المجهزة باستخدام المعجلات أو المفاعلات النووية ) بخاصية تعرف باسم النشاط الإشعاعي والنشاط الإشعاعي عبارة عن تفكك ( إضمحلال ) نواة النظيرة تلقائياً إلى نواة أصغر ( أو نواة ذات قيمة أقل للطاقة ) مع إصدار جسيمات نووية مثل جسيمات الفااوبيتا ( أو إشعاعت جاما ) .
وتعرف النظائر التي يحدث لها هذا التفكك بالنظائر المشعة
Radioactive isotopes تمييزاً لها عن تلك النظائر المستقرة
stable isotopes والتي لا تتعرض للتفكك .
وتحدث عملية التفكك في النظائر المشعة سواء كانت في صورة نقية أو تدخل ضن مركبات كيمائية ولا تعتمد عملية التفكك على أي من الظروف الطبيعية مثل الحرارة أو حالة النظير ... الخ .
تكك الفا decay :
تتميز أنوية العناصر الثقيلة ( الأثقل من الرصاص ) يانخفاض قيمة طاقة الترابط للنيوكلون ، لذا فإن هذه الانوية غير متسقرة عموماً ، وتتفكك إلى أنوية أ×ف وأكثر استقراراً وسينتج عن ذلك إصدار جسيمات الفااوبيتا مع إصدار إشعاعات جاما في العديد من الحالات . فمثلاً تتفكك نواة اليورانيوم 238 إلى نواة الثوريوم 234 الأخف وينطلق نتيجة لذلك جسيم الفاء الذي هو عبارة عن نواة الهليوم . وتمثل عملية التفكك هذه بالمعادلة التالية :
النواة الأم parent nucleus :
هي النواة الأصلية النشطة إشعاعياً والتي تتفكك مثل نواة اليورانيوم 238 أو البولونيوم 218 في المثالين السابقين .
ولحدوث تفكك الفا لنظير معين يجب أن تكون كتلة نواة هذا النظير Mp أكبر من مجموع كتل كل من النواة الوليدة Md وجسيم ألفا أي جيب أن يتحقق الشرط .
ويلاحظ أن هذا الشرط يتحقق بالنسبة للعديد من النظائر الأثقل من الرصاص . لذا يلاحظ أن معظم النظائر الأثقل من الرصاص نشطة إشعاعياً بالنسبة لإصدار جسيمات ألفا ، وتكون طاقة جسيمات ألفا الصادرة عن نفس النظير متساوية ومساوية تقريباً للمقدار .
جسيمات ألفا particles :
هي عبارة عن نواة الهليوم المكونة من بروتين ونويترونين ز وهي بذلك عبارة عن جسيمات مشحونة موجبة الشحنة تبلغ شحنتها ضعف شحنة البروتون . لذا فأنه يمكن التحكم في مسارها باستخدام مجالات كهربية أو مغناطيسية كما يمكن تعجلها باستخدام المعجلات النووية إلى قيم عالية للطاقة . وتنتمي هذه الجسيمات إلى مجموعة الجسيمات النووية الثقيلة .
تفكك بيتا decay :
لكي تكون نواة نظير معين مستقرة يجب أن تكون النسبة بين عدد النيوترونات وعدد البروتونات في هذه النواة نسبة معينة وتتراوح هذه النسبة بين 1 للنظائر الخفيفة .
جسيمات بيتا : particles :
تنقسم جسيمات بيتا إلى نوعين وهما الإلكترونات والبوزيترونات . والبوزيترون هو عبارة عن جسيم مساو في كتلته للإلكترون ، ولكن شحنته موجبة ، ولما كانت هذه الجسيمات مشحونة فإنه يمكن التحكم في مسارها باستخدام المجالات الكهربية ا, المغناطيسية كما يمكن تعجيلها إلى طاقات عالية وتعرف هذه الجسيمات باسم الجسيمات الخفيفة .
إشعاعات جاما : Gamma- Radiations :
في أغلب الحيان تكون الأنوية الوليدة الناتجة عن تفكك ألفا وتفكك بيتا في حالة مثاره Excited states . ويعني هذا أن طاقة النواة تكون أعلى من طاقتها في الحالة المستقرة ( الأرضية ) . ولا تستطيع النواة أن تعيش في هذه الحالة المثارة طويلاً ولكنها سرعان ما تنتقل إلى حالة أقل إثارة أو إلى الحالة الأرضية ، وتتخلص من الطاقة الزائدة عن طريق إصدار إشعاعات كهرومغناطيسية تعرف باسم إشعاعات جاما . كذلك يمكن إثارة الأنوية المستقرة بطرق مختلفة كالتفاعلات النووية مثلاً ثم تعود هذه الأنوية المثارة من جديد إلى حالتها الأرضية بعد إصداراها للطاقة الزائدة في شكل إشعاعات جاما .
وإشعاعات جاما عبارة عن فوتونات ( موجات كهرومغناطيسية ) كالفوتانات الضوئية .
قانون التفكك الإشعاعي Radioactive decay law :
يعتبر التفكك الإشعاعي مع إصدار جسيم ألفا أو بيتا أو فوتون عملية إحصائية بحتة ، ويرجع السبب في ذلك إلى أنه لا يمكن معرفة الوقت الذي تتفكك فيه نواة معينة فعند وجود نواة واحدة غير مستقرة يمكن أن تتفكك هذه النواة في الحال أو خلال ثانية أو بعد ساعة أو يوم أو عدة ملايين من السنوات ، ولكن عند وجود عدد كبير جداً من أنوية النظير النشط فإن يمكن معرفة عدد الأنوية التي تخضع للتفكك وعلاقة هذا العدد مع الزمن فعندوجود عدد معين من الأنوية النشطة وليكن No في لحظة معينة من الزمن فإنه يمكن تحديد عدد الأنوية المتبقية دون تفكك خلال زمن مقداره t وذلك من العلاقة التالية .
ثابت التفكك الإشعاعي decay constant :
يعرف المعامل في العلاقة (1-3) باسم ثابت التفكك الإشعاعي . وهو عبارة عن احتمال لفكك نواه معينة في ثانية واحدة .
الشدة الإشعاعية the activity :
في معظم الأحيان يكون المطلوب هو معرفة عدد النويات التي تتفكك في الثانية وليس عدد النويات الباقية دون تفكك والمحددة بالعلاقة ( 1-3) ويسمى عدد النويات التي تتفكك في الثانية الواحدة من عينة مشعة باسم الشدة الإشعاعية للعينة . ويرمز للشدة الإشعاعية في لحظة إعداد العينة بالرمز Ao . وبمرور الوقت تتناقص الشدة الإشعاعية A للعينة تبعاً للقانون
عمر النصف Half-life1/2 :
عمر النصف للنظير المعين هو عبارة عن الفترة الزمنية التي تنخفض خلالها الشدة الإشعاعية للعينة المجهزة من هذا النظير إلى النصف . وبمعنى آخر فإن عمر النصف هو الزمن اللازم لتفكك نصف عدد النويات الموجودة في العينة ويرتبط عم النصف بثابت التفكك بالعلاقة (1-5)
ويختلف العمر النصفي باختلاف النظير ، فهناك نظائر لا يتعدى عمرها النصفي جزء من الميكروثانية وأخرى يزيد عمرها النصفي على 10 سنة .
ولإيضاح معنى العمر النصفي نفرض أن لدينا مصدراً من الكوبالت 60 الذي يبلغ عمره النصفي 5.27 سنة . ونفرض أن الشدة الإشعاعية للمصدر عند التجهيز كانت 10 كوري . بعد مرور فترة زمنية مقدارها 5.27 سنة أخرى تتناقص شدته إلى النصف مرة أخرى وتصبح 2.5 كوري ، ثم بعد مرور 5.27 سنة أخرى تتناقص إلى النصف وتصبح 1.25 كوري وهكذا .
وحدات قياس الشدة الإشعاعية unit of radioactivity :
كانت الوحدة الأساسية لقياس الشدة الإشعاعية للعينة هي الكوري (ci) curie وأجزاؤه وهي الميللي كوري mCi والميكروكوري M Ci والكوري وحدة كبيرة ، حيث أن العينة التي تصل شدتها إلى 1 كوري هي تلك العينة التي يحدث فيها 3.7 × 10 تفكك وتستخدم الآن وحدة عيارية دولية لقياس الشدة الإشعاعية . وهذه الوحدة هي البيكريل bequerel وهي عبارة عن تفكك واحد في الثانية .
[IMG]
[/IMG]
[/IMG]
