محاضرات النشاط الإشعاعي الثالثة

جامعة بابل - كلية التربية الأساسية – قسم العلوم – محاضرات النشاط الإشعاعي - للمرحلة الثالثة- فرع الفيزياء – للعام الدراسي 2016_2017 م . م سفير عبد الكريم الساعاتي
المحاضرة الثالثة من ( 1_ 9 )
2-جسيمات (دقائق) بيتا:
تتميز جسيمات بيتا بالاتي :-
تمتلك هذه الجسيمات قابلية اختراق اكبر من جسيمات ألفا بحدود (100) مرة .
يمكن أن تقطع عدة سنتمترات في الهواء قبل امتصاصها وبضع مليمترات داخل مادة الألمنيوم .
إنها تأين الوسط الذي تمر فيه بدرجه اقل مما تسببه جسيمات ألفا .
انحراف جسيمات بيتا بوجود المجال المغناطيسي اكبر من انحراف جسيمات ألفا وبالاتجاه الذي يشير إلى أنها تحمل شحنه سالبه ( عبارة عن الكترونات ) ، وبما أن جسيمات بيتا مشحونة فهي تتفاعل مع الوسط الذري تمر فيه وتحدث تأينا بذراته ولهذا السبب أن مداها في الهواء اكبر من مدى جسيمات ألفا في الظروف القياسية بحوالي (280 ) مره .
يعتمد مدى جسيمات بيتا على سرعتها التي قد تصل أحيانا قريبا من سرعه الضوء وهي تنبعث من معظم المصادر الطبيعية والصناعية. ،
لا يمكن إيقاف دقائق بيتا بواسطة قطعة الورق ويمكن إيقاف سريان هذه الاشعه بواسطة قطعه من الخشب وقد تسبب أذى أذا اخترقت الجسم.
عندما تنبعث جسيمات بيتا من نواة عنصر مشع فان العدد الكتلي لا يتغير ولكن عدده الذري يزداد بواحد مع انبعاث إلكترون ( جسيمة بيتا ) كما في المعادلة أدناه .





انواع انحلال بيتا
أ – الانحلال الالكتروني :
يلاحظ ان اصدار الكترون من النواة ناتج عن تحول نيوترون من نيوترونات النواة الى بروتون , وذلك كي تصبح النسبة بين النيوترونات و البروتونات هي نسبة الاستقرار . ويعبر عن هذا الانحلال كالاتي :
(_0^1)n -?(_1^1)p+ ?^-
ومن الامثلة على الانحلال الالكتروني انحلال الكوبلت ?60?_Co الى النيكل ?60?_Ni و تحلل السيزيوم ?137?_Cs الى الباريوم ?137?_Ba .
ب – الانحلال البوزيتروني :
في بعض الاحيان تكون نسبة النيوترونات الى البروتونات في النظير المعين اقل من النسبة التي تحقق الاستقرار . وفي هذه الحالة يتحول احد بروتونات النواة الى نيوترون , و ينطلق نتيجة لذلك التحول بوزيترون يحمل شحنة البروتون الموجبة. و يعرف تفكك بيتا في هذه الحالة بالانحلال البوزيتروني , ويعبر عنه كالاتي

(_1^1)p -?(_0^1)n+ ?^+
ومن امثلة الانحلال البوزيتروني انحلال الصوديوم ?22?_Na الى النيون ?22?_Ne .


ج – الاسر الالكتروني
يمكن ان يحدث تحول احد بروتونات النواة الى نيوترون بطريقة اخرى بخلاف المذكور في الانحلال البوزتروني , و يتم ذلك بان تاسر النواة إلكترونا من الالكترونات المدارية القريبة من النواة ( أي من المدار K وفي احيان قليلة من المدار L ) ويتحد هذا الالكترون الماسور مع احد بروتونات النواة فيتكون النيوترون دون اصدار جسيم بيتا , و يعرف انحلال بيتا في هذه الحالة بالاسر الالكتروني و يعبر عنه كالآتي :
(_-1^0)e+ (_1^1)p-?(_0^1)n
وهكذا فانه يوجد ثلاث انواع لانحلال بيتا هي اللانحلال الالكتروني ( ?^- ) و البوزيتروني (?^+ ) و الاسر الالكتروني ( electron capture ) . وفي حالة الاسر الالكتروني لاتصدر النواة ايا من جسيمات بيتا .
ولقد ثبت فيما بعد انه عند حدوث اي نوع من تحلل بيتا ينطلق من النواة جسيمات تعرف باسم النيوترونيو (neutrino) ويرمز لها بالرمز v (نيو) . النيوترونيو هو عبارة عن جسيم متعادل الشحنة و كتلة السكون له مساوية للصفر . وعلى هذا يمكن التعبير عن الانواع الثلاث كالاتي :
الانحلال الالكتروني (_0^1)n -?(_1^1)p+ ?^- +v^,
الانحلال البوزيتروني (_1^1)p -?(_0^1)n+ ?^+ +v
الاسر الالكتروني (_-1^0)e+ (_1^1)p-?(_0^1)n+v
يعرف v^, باسم النيوترونيو المضاد . يعرف الجسيم المضاد على انه هو الذي اذا التقى مع جسيم عند تحركهما بسرعة محدودة نسبيا فانهما يفنيان معا ككتلة مادية و ينتج عن هذا الفناء طاقة في شكل اشعاعات كهرومغناطيسية (كاما او أشعة سينية) .
3- أشعة كاما Rays Gamma
تتميز أشعة كاما بالاتي :-
إن طاقة أشعة كاما تكون عاليه وبذلك فان قابلية اختراقها للمادة تكون كبيره حيث تزيد على عده سنتمترات لمادة الرصاص .
إن أشعة كاما تؤين الغاز الذي تمر خلاله بصوره ضعيفة .
لا تتأثر بوجود المجال المغناطيسي وهذا يدل على أنها موجات كهرومغناطيسية .
لا يصحب انبعاث أشعة كاما أي تتغير في عدد ألكتله أو العدد الذري وبالتالي لا يتغير العنصر ولكنها تنتج عندما تكون النواة في حالة أثاره أي تملك من الطاقة أكثر من الحد الطبيعي لها وحيث ان هناك اتجاه لأي جسيم كان يكون في اقل مستوى من الطاقة فان النواة المثارة تعطي الطاقة الزائدة على شكل موجات كهرومغناطيسية تسمى أشعة كاما .
تعد أشعة كاما من اخطر أنواع الإشعاعات ولها قوة اختراق عاليه جدا, اكبر بكثير من جسيمات ألفا وبيتا ويمكن إيقاف سريانها بواسطة حاجز من الكونكريت (الخرسانة المسلحة) وتقع أشعة اكس من ضمن تقسيمات أشعة كاما ولكنها اقل قدره على الاختراق من أشعة كاما .
والمعادلة الآتية توضح تفكك أشعة كاما .


والجدول الأتي يوضح قوة التأين النسبية وقوة النفاذية النسبية للإشعاعات النووية .
قوة النفاذية النسبية قوة التأين النسبية الإشعاعات النووية
1
100
10000 10000
100
1 جسيمات ألفـا
جسيمات بيتــا
أشعة كامـــا


والشكل الأتي يوضح علاقة الأشعة النووية مع المجال المغناطيسي .


والشكل أدناه يبين قابلية اختراق الإشعاعات النووية .
جسيمات ألفا أوقفت بصفيحه ورقيه بينما جسيمات بيتا أوقفت بصفيحه من الرصاص سمكها 1/16 أنج ، بينما أشعة كاما- تستطيع النفاذ خلال عدة انجات من الرصاص

شكل يوضح قابلية اختراق الأشعة النووية لحاجز من الرصاص.

شكل يوضح قابلية اختراق الإشعاعات النووية.
النيوترونات
هي الجسيمات الوحيدة غير المشحونة التي لها أهميه وهي نوع مهم للإشعاع المؤين لعلاقتها بالقنابل الذرية و المفاعلات النووية.
والنيوترون عبارة عن جسيم ذي كتله1,67 × 10-34 غم ومتشابهه لكتلة البروتون، ولكنه لا يحمل أية شحنه كهربائية ولأنه متعادل كهربائياً فانه يخترق بعمق للمواد من جميع الأنواع ومن ضمنها الانسجه الحية،
أن النيوترونات تشكل إحدى الجسيمات الاساسيه التي تبنى منها نوى كل الذرات وهي تنبعث كناتج جانبي عندما تعاني الذرات الثقيلة المشعة- كاليورانيوم-انشطارا(أي تنغلق لتكوين ذرتين صغيرتين) وقد تنتج- أيضا صناعيا بواسطة المعجلات الضخمة في مختبرات بحوث الفيزياء.
5- البروتونات:
هي جسيمات موجبة الشحنة وتوجد في نوى جميع الذرات وكتلة البروتون مساوية لكتلة النيوترون تقريبا, وعادة لا تنبعث من النظائر المشعة على الأرض ولكنها توجد بغزاره هائلة في الفضاء الخارجي وتشكل خطرا على رواد الفضاء.
6- الاشعه الكونية ( Cosmic Rays ):
المصدر الرئيسي لهذه الاشعه ناتج عن الحوادث ألنجميه في الفضاء الكوني البعيد ومنها ما يصدر عن الشمس خاصة خلال التوهجات الشمسية التي تحدث مره او مرتين كل 11 سنه.مولده جرعة أشعاعيه كبيره إلى الغلاف الغازي للأرض وتتكون هذه الاشعه الكونية من 87 %من البروتونات و11 من جسيمات الفا وحوالي1% من النوى ذات العدد الذري ما بين 4 و26 وحوالي 1% من الالكترونات ذات طاقه عاليه جدا وهذا ما تمتاز به الأشعة الكونية، لذلك فان لها ألقدره الكبيره على الاختراق. كما انها تتفاعل مع نوى ذرات الغلاف الجوي مولده بذلك الكترونات سريعة وأشعة كاما ونيوترونات ولا يستطيع احد تجنب الاشعه الكونية ولكن شدتها على سطح الأرض تتباين من مكان إلى أخر.
7- الأشعة السينية :X- Rays
أشعة اكس في الاساس مثل الاشعة المرئية من حيث انها جزء من الطيف الكهرومغناطيسي . ولكن الاشعة السينية تحمل طاقة كبيرة جدا , اكبر من طاقة الاشعة المرئية بكثير