العنوان الحركة على خط مستقيم

خفالعنوانالحركةعلىخطمستقيم

الرحيم الرحمن الله بسم

الفيزياء عشر النووية الحادي الفصل


الفهرس

النواة( 1-11)

النووية( 2-11) والتفاعالت النووي االضمحالل

المادة( 3-11) بناء وحدات


النووية الفيزياء

(1-11)

النواة



المقدمة


وجود رذرفورد إرنست العالم ي:ثبت لمبعضالتجارب فقطالنواة إيضا< أجرى بل ،

تركيبها اكتشاف بهدف المبكرة

مقدمة

تفسير يمكن رذرفورد تجربة ومنكان إذا فراغ معظماالنحرافات الذرة حجم

على تحتوي الذرة ذي مركزوإن جدا< صغيرفيه وتتركز موجبة وشحنة كبيرة كثافة

الذرة كتلة< محاطةو تقريبا الكتلة مهمة بإلكترونات


عام بيكرل العالم اكتشف أن النشاط 1896بعد معن توجهاإلشعاعي الناتجة التأثيرات إلى البحث

الطبيعي اإلشعاعي التحلل نتيجة النواة إضمحالل

مقدمة

وبييركوري ماري من اكتشفكل ثم ) مما ) ، الراديوم جديدا< دراسة اثرىعنصرا<

اإلشعاعي النشاط

اإلشعاعي من هووالنشاط نوع تحويلآخر نوع إلى الذرات

رذرفورد إرنست من كل استخدم ثماإلشعاعي النشاط سودي وفريدرك

(مركزلدراسة النواة ) الذرة



النواة وصف


كتلة البدايةفي التعرفعلى تمموجبة شحنتها أن وحقيقة النواة

فقط

النواة وصف

أن موسلي هنري تجربة نتائج وأظهرت ) مسؤلة) وأنها الشحنة موجبة البروتونات

النواة نصفعن جيمسشادوك كتلة االنجليزي العالم واكتشفكتلة جسيموجود تساوي كتلته متعادل

) النيوترون ) النواة داخل تقريبا< البروتونعن هووالنيوترون المسؤول

دون للنواة المفقودة الكتلةشحنتها زيادة



النواة كتلةوشحنتها


الكلية النواة شحنة عدد تساويإناالساسية الشحنة في مضروبا< البروتونات

(Ze) النواة= شحنة

وشحنتها النواة كتلة

كتلة والنيوترون البروتون من تزيدولكلاإللكترون 1800حوالي كتلة على مرة

تساوي والنيوترون البروتون من كل وكتلةالذرية uحيث (1u )تقريبا< الكتلة وحدة

(1.66x10-27 kgوتعادل ) للنواة التقريبية الكتلة حاصل احسبولتحديدالعدد أو والبروتونات النيوترونات عدد ضرب

الذرية( Aالكتلي ) الكتلة uبوحدة

(u )A = النواة كتلة



حجم النواة


األولى القياسات رذرفورد نتائج أظهرتللنواة أن وجد فقد النواة قطرا<لحجم

<( m 14-10يساوي ) تقريبا

النواة حجم

نصفقطر المثالية للذرة يكون أكبروبذلكالنواة( 1000) حجم من مرة

الذرة كتلة كل على تحتوي النواة أن من الرغم وعلىالذرة في حيزا< تشغل النواة فإن الحيز أقلتقريبا< من

الشمسي النظام الشمسفي تشغله الذي

النواة ) <( 1.4x1018 kg/m3كثافة تقريبا

سنتميتر افترضنافإذا النواة حجم أنبليون كتلتها تكون فسوف واحد مكعب

> تقريبا طن



العناصر لجميع هلالكتلي العدد

نفسه؟


الدوري الجدول إلى أن ستالحظبالنظركتلي عدد لها األول االربعة Aالعناصر

الصحيح العدد من قريب

الكتلي العدد

> عددا تساوي ال التي الذرية الكتلة إنمطياف صحيحا< جهاز باستخدام حله تم

الواحد الكتلة العنصر لذرة إن > مختلفةكتال

نقية) عينة تحليل مثل) النيون من


أن كتلة )ذرةوجد لها واحدة ( 20uنيونالثاني ) النوع كتلة (22uبينما


النيون ذرة علىعشرة الطبيعيةإن تحتويالذرة في إلكترونات وعشرة بروتونات

نواتها آخرونوع تحتوي النيون ذرات من< 12على نيوترونا


الذرات من النوعان يسميانهذانالنيون نظائر


نواة (النظيرتسمى النويدة )لها العنصر نويدات من نفسوجميع العدد

من مختلفة أعدادا< لها ولكن البروتونات) والهيليوم ) الهيدروجين نويدات النيوترونات

> كهربائيا المتعادل العنصر نظائر جميع إنالنواة نفسلها حول اإللكترونات من العدد

الكيميائي نفسالسلوك ولها



متوسط الكتلة


هي ) النيون لغاز المقيسة ( u 20.183الكتلةالرقم نظائر يعرفوهذا كتلة بمتوسط

> طبيعيا الموجودة النيون

الكتلة متوسط

- كربون ) الكربون نظائر أحد كتلة وتستخدمالذرية بوصفها( 12 الكتلة وحدة

النظير -مثلولوصف 12}12الكربون )6C / }

- النيون 20 }10نظير10Ne{ - }22

10Ne)}

XA

z

رمز العنصر

الكتلي العدد + عدد البروتونات عدد

النيوتروناتالشحنة أو الذري العدد

= عدد اإللكترونات عددالبروتونات



يحافظ الذي مانيوكليونات على

؟ معا< النواة


والبروتونات كلتسمى النيوترونات منالنيوكليونات

النيوكليونات

بنواة المحيطة الشحنة السالبة اإللكتروناتالشحنة الموجبة نتيجة تبقىالذرة مكانها فيالكهرومغناطيسي التجاذب قوة تأثير

الموجبة تتكونوالنواة البروتونات منالشحنة المتعادلة والنيوترونات الشحنة

قوة أن تجاذبفإن يجب وقوية متبادلةالنواة داخل توجد

) القوية) النووية القوة



النووية القوةالقوية


بين تؤثر التي وهي القوية القوة كذلك تسمىالنواة في الموجودة والنيوترونات البروتونات

الكهرومغناطيسية 100عن تزيدو القوة من مرة

القوية النووية القوة

وتساوي ، قصيرة القوية القوة مدى إنأي ) فقط البروتون 1.4x10-15نصفقطر

m )قوة وهي تجاذبتقريبا<النواة خارج ليصبح النيوكليون وإلخراج

التجاذب يجب قوة على للتغلب شغل بذلالمجمعة النواة طاقة مجموع أقلإن من

المنفردة والنيوترونات البروتونات طاقات) نووية) ربط طاقة

فإن أقل طاقة لها المجمعة النواة وألنسالبة الربططاقات تكون جميعها



الربط طاقةالنووية


الكتلة من كال أن أينشتاين بينمتكافئتان و الطاقة

النووية الربط طاقة

E = mc2

فإن النواة لتفتيت تضافطاقة أن يجبتكون المجمعة النواة مجموع أقلكتلة من

تحويها التي النيوكليونات كتل



على مثالالربط طاقة

النووي


4)الهيليوم نواةتحوي 2He ) بروتونينونيوترونين

مثال

البروتون ) (u 1.007276وكتلةالنيوترون ) (u 1.008665وكتلة

من الهيليوم نواة كتلة كتل مجموعفإن

(u 4.0318824)النيوكليوناتهي


القياس الكتلة الدقيقلكن أن يظهرهو الفعلية الهيليوم لنواة المجمعة

(4.002603 u )فقط

مثال

مجموع يسمى( u 0.029279والفرق ) بين الفرقللنواة المكونة المفردة النيوكليونات كتل

) نقصالكتلة ) لها الفعلية والكتلة

عادة لذا بوحدةتقاسالكتلة الذرية الكتلالطاقة مقدار تحديد المفيد من يكون

لِـ ) (1.6605x10-27 kg( )1 uالمكافئة


أن يجب الطاقة الكتلة تضربولتحديدالفراغ في الضوء سرعة مربع في

(2.9979x108 m/s )الناتج عن ويعبرمعنوية أرقام بخمسة

مثال

الوحدات أكثر في سهولةومنوحدة االستخدام

فولت ) (eVاإللكترون



البياني الرسمالربط لطاقة

النووية


تكافيء( )u 1ألن ) الكتلة ( MeV 931.49منفإن الطاقة )الرسممن كيف( 129ص يبين

األنوية من أكبر بقوة ربط طاقة تعتمدمنها القليل ماعدا الخفيفة

البياني الرسم

الثقيلة أكبر ترتبطاألنوية بقوةماعدا الخفيفة األنوية من

منها القليل


الكتلي العدد ازداد كلما سالبية أكثر وتصبح(A )الحديد( 56القيمة )حتى يمثل الذي

(Fe)

البياني الرسم

األنوية كلما أكثرتصبح استقرارا<العدد من الكلي عددها اقترب

للحديد الكتليمن أكبر الكتلية أعدادها التي واألنوية

لذا ترابطا< أقل تكون للحديد الكتلي العدد< أقلتكون استقرارا



تحوالت العناصر


الشمسوالنجوم في الهيدروجين يتحولوبعض إلىاألخرى وكربون هيليوم

تحرر تفاعالت في األخرى األثقل العناصر > كهرومغناطيسيا إشعاعا< مولدة طاقة

) مرئي) ضوء

العناصر تحوالت

من ) األكبر الكتلية األعداد ( 56عندنقص يحدث إذا طبيعيا< نوويا< تفاعال<



- اليورانيوم ) يضمحل إلى( 238وعندما- الناتج( 234الثوريوم) الثوريوم نواة فإن

اليورانيوم أكثرتكون من استقرارا<

العناصر تحوالت

لعدة تتكون قد الثقيلة العناصر فإن عموما<الثانية من إلى فقطأجزاء تضمحل أن قبل

> استقرارا وأكثر أصغر أنوية



قوانين


Nn = A - Zقوانين

عدد النيوترونات

النيوكليونات =كتلةالبروتونات) (Xعدد الهيدروجين عدد) +كتلة

(Xالنيوترونات النيوترون كتلة


الذري العدد

الفعلية =نقصالكتلة كتلة –الكتلةالنيوكليونات

لِـ) النووية الربط 1u )xطاقة ) E =نقصالكتلة)

طاقة الربط

النووية للنواة (u) (MeV/u)



(2-11)االضمحالل

النووي والتفاعالت النووية



مقدمة


عام عمل 1896في بمركبات بيكرلماليورانيوم عنصر على تحتوي

مقدمة

الصفائح فوجئوقد لون أن وجد عندمااليورانيوم تغطي كانت التي الفوتوغرافية

> ضبابيا أصبحت عنه الضوء تحجبمن المنبعثة األشعة من نوعا< إن

قد من نفذتاليورانيومتغطيه التي الصفيحة


من النوع هذا مثل تطلق التي والمواد(تسمىاإلشعاع المشعة ) المواد

مقدمة

المواد هذه من إنبعاثجسيمات وبسببأقل تضمحل حالة من تنتقل عندما النواة

> تلقائيا استقرار أكثر حالة إلى استقرار



االضمحالل اإلشعاعي


أن ورفاقه رذرفورد العالم اكتشفثالثة تنتج اليورانيوم مختلفة أنواعمركبات

على اعتمادا< بينها فصل ، اإلشعاع منالمواد اختراق على قدرتها

اإلشعاعي االضمحالل

238فاليورانيوم )92U ) > إلى )مثال ( 14يخضع

الرصاص نظير ينتج أن قبل اضمحالل(206

82U )المستقرعليها أطلقوقد رذرفورد

إشعاعات ) ( αأسم وألفا-(β ) (γ )وبيتا- جاما-



(1)اضمحالل

(αألفا)


عند إيقافيمكن ألفا جسيماتمن رقيقة بصفيحة اصطدامها

الورق

الفا اضمحالل

عن عبارة ألفا 4هيليوم )نواةجسيم2He )النواة من الفا انبعاثجسيم وعملية

الفا اضمحالل تسمى

238اليورانيوم )يتحولمثل 92U )ثوريوم إلى

(23490Th )الفا اضمحالل نتيجة



(2)بيتا اضمحالل

(β)


إليقاف( mm 6 )سمكيلزم األلمينيوم منبيتا جسيمات معظم

بيتا اضمحالل

بيتا تنبعث عبارةجسيمات إلكترونات عنالنواة من

الشحنة أن عملية محفوظةبما تحدثإلى النيوترون بتحول بيتا اضمحالل

إلكترون أيضا< وينتج بروتون

نيوتروناتها تتحولو عدد جديدة نواة إلى(N-1( )بروتوناتها (Z+1وعدد

ظهور النيوتروينو جسيممع يدعى آخر

(00ν )بيتا الضمحالل مرفقا<



(3)جاما اضمحالل

(γ)


الرصاص سمكيلزم من سنتمترات عدةجاما إشعاع إليقاف

جاما اضمحالل

جاما اضمحالل توزيع نتيجةينتج إعادةالنواة داخل الطاقة

جاما طاقة عبارةوأشعة ذات فوتونات عنعالية

لذلك الذري الونتيجة العدد أو الكتلي العدد يتغيرالمضمحلة للنواة

جاما إشعاع أو عادةويرافق ألفا إضمحاللبيتا



التفاعاالت والمعادالتالنووية


عندما النووي التفاعل تتغيريحدثأو النيوترونات عدد أو النواة طاقة

فيها البروتونات عدد

والمعادالت التفاعالت

هو أنواعأحد النووي التفاعلالنشاط بواسطة انبعاثجسيمات

المشعة للنواة اإلشعاعي


النووي : التفاعل عن التعبير يمكنوالمعادالت التفاعالت

23892U ---> 234

90Th + 42He

بيتا : بانبعاثجسيم الثوريوم ذرات تحول 234وعملية90Th ---> 234

91Pa + 0-1e

+ 00ν

انبعاث غالبا< عنه ينتج نواة مع جسيم يصطدم وعندماأخرى : جسمات

126C + 1

1H ---> 137N



النصف عمر


نصف الضمحالل الالزمة الزمنية الفترةالمشع العنصر نظير من كمية أي ذرات

العنصر تسمى لذلك النصف عمر

النصف عمر

النصف ( 22688Raالراديوم )لنظيرفعمر( > عنصر( 1600مثال إلى ليضمحل سنة

الرادون-عينةتضمحل البولونيوم ) ربع( 210من إلى

خالل ) األصلية فقط( 276الكمية يوم

المتبقية ) األصلية )=( الكمية (× الكميةt(1/2)

أعمار عددالتي النصف

انقضت



أعمار استخداماتللنظائر النصف

المشعة


لتحديد إيجاد عمرتستخدم فيمكن األجسامبقياسكمية عضوية مادة من عينة عمر

- المتبقية( 14الكربون)

النصف عمر استخدامات

عمر حساب على األرضويمكن اعتمادا<الرصاص إلى اليورانيوم اضمحالل



هية ماالنشاطية


أو معدليسمى االضمحاللثانية كل المشعة المادة انحالالت

النشاطية

النشاطية

النشاطية < وتتناسب الذرات طرديا عدد معالموجودة المشعة

لعينة اإلشعاعية النشاطية فإن لذلكنصف تقل عمر النصفخالل بمقدار

واحد


131النظير )مثلف53I )له النصف عمر الذيأيام( 8.07)

النشاطية

كانت من النشاطيةفإذا معينة لعينة- ( 4x105تساوي( )131اليود)

ثانية/ اضمحالل

بعد نشاطيتها تكون ( 8.07 )انقضاءفسوفأخرى ) /2x105أيام ثانية( اضمحالل

النظام وحدةو في ثانية لكل اضمحاللللوحدات ) البيكرل( )Siالعالمي (Bqهي



النشاطاإلشعاعي االصطناعي


النظائر إنتاجيمكن من مشعة نظائرأو الفا بجسيمات بقذفها المستقرة

جاما أشعة أو إلكترونات أو ببروتونات

االصطناعي النشاط

أن المشعة لألنوية تبعثويمكنوأشعة بيتا وجسيمات ألفا جسيمات

جاماواألنتينيوترينو االضافةب النيوتروينو إلى

الشحنة ) موجبة الكترونات والبوزترونات(0

+1e))



على تطبيقاتالنشاط

اإلشعاعي االصطناعي


(1)

تطبيقات

> اصطنايا المنتجة المشعة تستخدمالنظائروالطبية الدوائية البحوث في غالبا<

يحدثفي البوزوترون تطبيقكما انبعاثالمقطعي اإلشعاعي التصوير عملية في

) للدماغ) الطبقي التصوير


(2)تطبيقات

اإلشعاع يستخدم ما الخاليا لتدميروكثيرحساسية أكثر الخاليا فهذه السرطانية

اإلشعاع التدمير لتأثيرات

نظير من المنبعثة جاما أشعة وتستخدم- 60الكوبلت)

27C )السرطان لمعالجة مرضى

المشع اليود نظير الغدة فيويحقنبالسرطان المصابة الدرقية


(3)

تطبيقات

في الناتجة الجسيمات توجهعلىشكل الجسيمات مسارعبحيث النسيج داخل إلى شعاعالمصاب النسيج في تضمحل

خالياه فتدمربالسرطان



االنشطار النووي


أنريكوفيرمي العالمين من كل انتجالمشعة النظائر من العديد وأميليوسيرجي

وذلك اليورانيوم بقذفالجديدةبالنيوترونات

النووي االنشطار

بالنيوترونات اليورانيوم نواة قذف إنوإنتاج تسبب أصغر نواتين إلى انقسامها

> جدا كبيرة طاقة

االنقسام هذا مثل للنواةيسمىاالنشطار أكثر أو نواتين إلى الثقيلة

النووي


لليورانيوم النووي االنشطار عندما يحدثمحررة أكثر أو نواتين إلى النواة تنشطر

وطاقة نيوترونات


اليورانيوم نظير نواتي تنشطرفنواة إلىقذفها عند والكربتون الباريوم عنصري

بالنيوترونات :10n+235

92U--->92

36Kr+14156Ba+31

0n+200MeVكل نتيجة المحررة الطاقة إيجاد ويمكن

من بحسابانشطار كل في الذرة كتلةالمعادلة طرفي


األيمن الطرف في الكلية الكتلة تكونالكتلة( u 0.215بمقدار )أقلللمعادلة من

األيسر الطرف في الكلية


الواحد النيوترون ي:حدث عندمااإلنشطار ذلك فإن نوويا< انشطارا<

نيوترونات يحرر ثالثةمنها ي:حدث يستطيعكل أن

التفاعل ) وهكذا جديدا< انشطارا<المتسلسل(

( 2x102 MeV )أو( 3.21x10-11 jوتساوي )حركية طاقة



المفاعالت النووية


متسلسل تفاعل تستخدم مسيطرإلحداث بحيث عليهاليورانيوم مع للتفاعل النيوترونات تحتاج الناتجة الطاقة

) السريعة ) النيوترونات مناسب بمعدل المنشطر

النووي المفاعل

يوجد الذي < اليورانيوم 235%( )1)طبيعيا92U )من وأكثر

(99( )%23892U)

كال في نوعيوأن يستخدمان اليورانيومالنووية المفاعالت

تمتصنواة ) 238فعندما92U )> سريعا نيوترونا<

تنشطر فإنها < ال جديدا نظيرا< تصبح ولكنها(239

92U)فإن انشطار معظملذلك نتيجة المحررة النيوترونات

(23592U )من أخرى لذرة انشطار إحداث على قادرة غير

(23592U)


التفاعل على إلىقطع يتفتتللسيطرة اليورانيومتبطئ أن يمكن مادة وهي مهدئ في توضع صغيرة

السريعة النيوترونات


المهدئ النيوترونات )يبطئإن من 235الكثير92U )

مع ) 238مقارنة92U)

يمكن لألنشطار القابل اليورانيوم نظير ولزيادةمن )تخصيب أكبر كمية بإضافة وذلك 235اليورانيوم

92U)

المضغوط الماء المفاعالت هومفاعل أنواع أحداالمريكية المتحدة الواليات في المستخدمة النووية

على مغلفة 200ويحتوي اليورانيوم من متري طنيتم ، الفلزية القضبان بمئات في غمرباحكام القضبان

الماء


> مهدئا الماء يعمل < فقطال أيضا ينقل بلانشطار عن بعيدا< الحرارية الطاقة

اليورانيوم


اليورانيوم قضبان بين الكادميوم فلز من قضبان توضع< فيمتص مهدئا فيعمل بسهولة النيوترونات الكادميوم

) التحكم ) قضبان أيضا<المحيط الماء االنشطار من المتحررة الطاقة تسخن

نفسه الماء لكن اليورانيوم يغلي بقضبان تحت ال ألنهغليانه درجة من يزيد جدا< كبير ضغط

الحرارة مبدل إلى الماء هذا غليان فيسببيضخالتوربينات إدارة على يعمل بخارا< منتجا< آخر ماء

التوربينات الطاقة موصلةوهذه لتوليد بمولداتالكهربائية


نواة ) انشطار 235إن92U )قضبان في

مشعة ينتجالوقود معظمها ذرات


> تقريبا سنة بعض يجبوبعد استبدالاليورانيوم قضبان

أن يجب لذا كبير بمقدار مشعة تبقى لكنهاآمن تخزن موقع في

يتم دائمة تطويروحاليا< أساليبالمخلفات هذة لتخزين

الناتجة اإلشعاعية



االندماج النووي


النووي االندماج عملية صغيرة تندمجفي كتلتها أنويةنتيجة طاقة تتحرر حيث كبيرة كتلة ذات نواة لتكوين

العملية هذة

النووي االندماج

( الشمسفي بروتونات ) هيدروجين أنوية أربع تندمجواحدة هيليوم نواة لتكوين مراحل عدة خالل

بروتونات اربعة كتلة نواة أكبرإن كتلة منالناتجة الهيليوم

هذه الكتلة لفرق المكافئة على تظهروالطاقةالناتجة للجسيمات حركية طاقة شكر

يكون الذي االندماج نتيجة المتحررة والطاقة- الهيليوم ) (MeV 25 )تساوي( 4نواة


الديناميت تفاعلأما من واحد لجزيء كيميائيتعادل ) <( eV 20والتي تقريبا مرة بمليون أقل أي

النووي االندماج طاقة من


النوويفي عملياتال االندماج في تحدث التي1الشمس :

1H + 11H ---> 2

1H + 0+1e

+ 00ν

11H + 2

1H ---> 32He + γ

32He + 3

2He ---> 42He

+2 11H


بروتونات اربعة هي النهائية تنتجوالنتيجةوبوزوترونين واحدة هيليوم ذرة

ونيوترونين


يكون عندما إال االندماج تفاعالت تحدث الكميات الحرارية هائلةللنوية الطاقة من

) - إلى ) بروتون بروتون سلسلة درجة تحتاجالقنبلة( ) 2x107 k)حرارة الشمس مركز في

) النووية الحرارية القنبلة أو الهيدروجينية



(3-11)المادة بناء وحدات



مقدمة


السرعات ذات الجسيمات د:رست عندماعلى كان استخدام العلماءالعالية

مشعة مصادر من ألفا جسيمات

مقدمة

عام بداية أجهزة ط:ورتم 1930في أولالبروتونات مسارعة استطاعة مختبرية

كافية كبيرة طاقة لتكسبها ألفا وجسيماتمثل : ، الهدف نواة الختراق

الخطي( 1) المسارعالسنكروترون( 2)



المسارعات الخطية


الخطي المسارع لمسارعةيستخدمالجسيمات ) اإللكترونات أو البروتونات

) فقط المشحونة

الخطية المسرعات

من المسارع االنابيب سلسلةويتكون منمفرغة طويلة حجرة داخل المجوفة

جهد بمصدر موصلة واالنابيبالتردد متناوب عالي


الخطيهي :عملوطريقة السرعالخطية المسرعات البروتوناتمن أيوني مصدرت:نتج

األنبوب على سالب جهد فإن األوليطبقتتسارع له الداخلة البروتونات

بسرعة داخله تتحرك ويعدل ثابتةوالبروتوناتالجهد وتردد االنبوب طول من كل

االنبوب بالنسبة الثانيوجهد سالبا< يصبحاالول لألنبوب

الفجوة في المتكون الكهربائي المجال فيعملاألنابيبعلى داخل مسارعةبين إلى البروتونات

الثاني االنبوب البروتونات تبقى بحيث العملية هذه تستمر

االنابيب )تتسارع من زوج كل (eV 105بين قد البروتونات تكون المسارع نهاية وفي

فولت اكتسبت إإللكترون باليين أو ماليين عدةالطاقة من



السنكروترون


أصغر ليكون المسارع يصنع أن يمكنالمغناطيسي المجال لثنيباستخدام

> دائريا فيصبح الجسيمات مسار


الثني مناطق تفصل السنكروترون جهاز فيبمناطق المتناوب تسارعالمغناطيسي فالجهد

الجسيمات يسارع التردد العالي

في الضخمة السنكروترون أجهزة مثلمسارع بالقرب فيرميمختبر الوطني

شيكاجو من


إلى )طاقةتصل فيه 1012البروتوناتeV( )1 TeV)


ضديد وشعاع البروتون شعاع نقل ويمكناتجاهات في المسار متعاكسةالبروتون في

وتدرسالنتائج االشعة فتتصادم الدائري

جسيم البروتون لهضديدلكن نفسها البروتون كتلة

معاكسة شحنته



كواشف الجسيمات


نتائج الكشفعن من البد الجسيمات تنتج عندمااإلحساسبها لنستطيع بحواسناالتصادم

مثل : ، نسبيا< المحدودة االنسانية

الجسيمات كواشف

كاشف ( 1) أو: فيلم ألفا جسيمات اصطدامبالصفيحة جاما أشعة أو بيتا جسيمات

> ضبابيا الصفيحة لون جعلت التي الفوتوجرافيةمن : تأين( 2) االستفادة مبدأ على تعمل االجهزة معظم

عالية ذاتسرعة جسيمات مع الذرات تصادم أن حقيقةأن ) أو الذرة من الكترونات تحرير على تعمل

) المقذوفة المادة تؤين السرعة عالية الجسيماتفوتون ( 3) ( تألق بعضالمواد: ) تلمع تتألق ذلك

من معينة ألنواع تعرضها عند فوتونات تبعث أو) الفلورية ) المواد االشعة



عداد جايجر


( أنبوبيحتوي - على ) مولر جايجر عدادسالبة ذاتشحنة نحاسية اسطوانة

جايجر عداد

في االسطوانة مركزويوضع هذهالشحنة موجب سلك

جسيم يدخل فعندما جهد فرق تطبيق وعنداالنبوب إلى جاما أشعة أو ذرات يؤينمشحون

النحاسوالسلك اسطوانة بين غازاتجاه في المشحونة الجسيمات حركة

تولد < االقطاب الجسيمات سيال مناالنبوب خالل التيار نبضة مولدة المشحونة



مسارات التكاثف


كان الجسيمات للكشفعن استخدم جهاز أولولسون حجرة غيمة

التكاثف مسارات

المشحونة الجسيمات تنتقل وعندماتترك الحجرة األيونات أثرا<خالل من

مسارها فيعلىشكل البخار صغيرة قطراتفيتكاثف

األيونات تلك على

منطقة على الحجرة هذه ببخار مشبعةتحتوياإليثانول بخار أو الماء


من مرئية مسارات تتكون الطريقة وبهذهمثل : ، الضباب أو القطرات

التكاثف مسارات

والمسمى( 1) الفقاعات بحجرةالكشافخالل المشحونة الجسيمات تعبر حيث

الغليان درجة فوق حرارته درجة سائل عمالق يشبهوحجراتسلك( 2) جايجر عدادفجوة بواسطة الكبيرة الصفائح وتفصلمنخفض، ذيضغط بغاز مملوءة صغيرةويسجل التفريغ عن الحاسوب فيكشف

التالي للتحليل موقعه يستخدم( 3) الجسيمات ولقياسطاقةمختبر في التصادمي وقد فيرميالكاشف

للجسيمات تصادم ملون ربع لرصد صممحاسوبية صورة لتكوين الثانية في



ضديد المادة


عام وجود توقعم 1920بداية ديراك باولالجسيمات من نوع خاصبكل جسيم ضديد

المادة ضديد

) البوزترون ) الموجب اإللكترون مثل< يصطدمفعندما معا وبوزترون إلكترون

طاقة وينتج اآلخر يفني منهما كال< فإنجاما أشعة علىشكل



الجسيمات


الذرة نموذج من بسيطإن مكونة فالذرة للغايةباإللكترونات محاطة ونيوترونات بروتونات

الجسيمات

الدراسات عملت لإلضمحالل العميقةثمالصورة تشويشهذه على اإلشعاعي

التي المبسطة جاما وأشعة ألفا من تبعثلجسيماتعلى تعتمد أحادية طاقات المشعة النواة

بمدى تنبعث بيتا أما المضمحلة النواةالطاقات من واسع

إلى بور العالم نبه آخر وجودوهذا جسم) النيوترينو ) الطاقة من جزءا< يحمل


و صغير ) يعنيالنيوترينو جسيم اإلطالية في) نوترينو( ) ضديد متعادل

الجسيمات

جسيم ( آخرويوجد الذي ) الميون يسمىثقيل كإلكترون يبدو

وجود يوكاوا هيدكي الياباني افترضالفيزيائيخالل جسيم النووية القوة حمل يستطيع جديد

القوة الفوتون تحمل كما تماما< الفراغ ) تم ) وقد البيون وهو الكهرومغناطيسية

اكتشافه


أجريتعلى التي التجارب عن نتج لقدمعرفة الجسيم عن المزيدمسارعات

فبعضها : جديدة أخرى جسيمات

الجسيمات

متوسطة( 1) كتلة ذات

البروتون( 2) كتلة من أكبر كتلة ذاتأو( 3) سالبة أو موجبة شحنات تحمل

شحنة تحمل الحياة( )4) فترة (s 23-10لها

محددة( 5) غير حياة فترة لها



النموذج المعياري


عائالتمن يعتقد ثالث وجود اآلن العلماءاألولية : الجسيمات

المعياري النموذج

البروتونات) الكواركات ( 1) مكونات

) والبيونات والنيوترونات

(البتونات( 2) والنيوتريونات ) اإللكترونات مكونات

القوة ( 3) (حامالت مقياسالبوزونات)

المادة بناء مكونات من النموذج يسمىهذاالمعياري النموذج



(1 )الكواركات


الكوارك ) وضديد الكوارك من (زوج > ميزونا ويسمى البيون مثل

الكواركات

كواركات ) (ثالثوالنيوترونات البروتونات مثل الجسيمات

الباريونات وتسمىكوارك ) وضديد كواركات (أربعة

كوارك نبتا يسمى

لبتونات ) وستة كواركات (ستةبعضالجسمات



حامالت( 3)القوة


، المادة تشكل واللبتونات الكواركاتجسيمات القوة حامالت تنقلبينما

القوة

القوة حامالت

> القوة تحملفمثال الفوتوناتالكهرومغناطيسية النووية الجلوناتوتحمل القوة الثمانية

الكواركاتفي تربط التي القويةوالميزونات الباريونات

الضعيفة الثالثة البوزونات جالونات أمابيتا متضمنةفهي إشعاع في

أسم قوة يطلقالجرافيت حامل علىيكتشفحتى لم الذي األرضية الجاذبية

اآلن



البروتونات والنيوترونات


الكواركات البروتونيتكون من اثنين منوكواركسفلي( 2/3e+شحنة( )uالعلوية )

بِـ( )1/3eشحنة( )-dواحد ) (p=uudويرمز

والنيوترونات البروتونات

(2/3 + 2/3-( + 1/3))e = +e


علوي النيوترونيتكون واحد كوارك منبِـ ويرمز السفلية الكواركات من واثنين

(n=udd)


(2/3-( + 1/3-( + )1/3))e = 0


الكواركات مشاهدة يمكن الحرةالتبقيها التي القوية القوة ألن المنفردة

اندفعت كلما أكبر تصبح معا< مجتمعةبعض عن بعضها ليبتعد الكواركات


الكواركات نموذج في القوية القوة وتنقلالجالونات بواسطة



بين التحوالتوالطاقة الكتلة


حالة في واإللكترون البوزترون من كل يكون عندماطاقات سكون ومجموع اآلخر يفني منهما كال فإن

هو ) المنبعثة جاما (MeV 1.02أشعة

والطاقة الكتلة

جسيم حسابيمكن فناء نتيجة تتولد التي الطاقة كميةاينشتاين ) قانون اإللكترون( E=mc2باستخدام وكتلة

البوزترون ) كتلة ( :9.11x10-13 kgتساوي

E = m c2

= 2(9.11x10-13)x(3x108)

=( 1.64x10-13 j(/)1.6 10x -19 j)

= 1.02x106 eV = 1.02 Mev


> أيضا يحدث أن أي معكوسويمكن الفناءمادة إلى مباشرة تتحول أن يمكن الطاقة

والطاقة الكتلة

بطاقة ) جاما شعاع عبر ( MeV 1.02فإذااألقل زوج بالقربعلى ينتج فقد نواة من

واإللكترون البوزترون من(γ->e-+e+)

الزوج تحوليسمى الجسيمات إلى الطاقة “ الزوج” انتاج المادة وضديد مادة

وضديد يجبفالزوج الجسيم يكون أنحفظ ) قانون تحقيق الخاصبه الجسيم

الشحنة(



المادة جسيماتالمادة وضديدكازواج تتواجد


( إلنتاج يعمل ) – حيث إلكترون بوزترون زوجالفقاعة حجيرة حول المغناطيسي المجالالمتعاكسة الجسيمات مسارات ثني على

متعاكسة اتجاهات في لتتحرك الشحنة


جاما ال المنتجةوأشعةالمسار تتبع

من ) اكبر جاما أشعة كانتطاقة ( MeV 1.02وإذاطاقة الفائضفإن علىشكل يظهر الطاقة في

واإللكترون للبوزترون حركية


الحال في البوزترون فيتصادمو ، آخر إلكترون كل يفنىمع

اآلخر منهما


ثالثة ينتجو أو إشعاعانالكلية طاقتها جاما إشعاعات

عن ) (MeV 1.02التقل



حفظ الجسيم


له أيضا< لبتون وكل كوارك كلجسيم ضديد

الجسيم حفظ

ما الجسيمات مع الجسيمات ضديد يتماثلمثل :عدا متعاكسة، شحنتاهما

العلوي( )1) شحنته( uفالكوارك مثال<(+2/3)

العلوي ) الكوارك ضديد شحنته ( )-uبينما2/3) البروتون( )2) -uud+( )2/3+2/3شحنة1/3=+1)

البروتون ) ضديد -uud-( ) 2/3وشحنة2/3+1/3=-1)


منهما يصطدموعندما كال< فإن وضديده الجسيمزوج إلى أو فوتونات إلى ويتحوالن اآلخر يفنى

أخفوإلىطاقة جسيم وضديد جسيم من

الجسيم حفظ

الكلي والعدد للكواركات الكلي العددثابتة الكونللبتوناتفي

الجرافيتونات ومنها القوى حامالت أماقد الضعيفة والبوزونات والجلونات والفوتونات

كافية أوتوجد طاقة هناك كانت إذا تفنىالبروتون اإللكترون 1836كتلة كتلة من أكبر مرة

من زوج لتكوين الالزمة الطاقة فإن لذلكالبروتون وضديد < كبيرالبروتون نسبيا تم البروتون إنتاجوقد زوج ومالحظة

باركليفي في مرة أو البروتون وضديدعام م1955كليفورنيا



بيتا اضمحاللوالتفاعل الضعيف


الطاقة العالية اإللكترونات توجد الالمشعة للنواة بيتا اضمحالل من المنبعثة

النواة داخل


غير النواة في الموجود أو حر نيوترون إنأن يمكن الذي هو إلى يضمحلالمستقرة

بيتا وانبعاثجسيم بروتون

في النيوترينو الطاقةويشاركبيتا وجسيم البروتون مع الناتجة


وهو جسيموالنيوترينو جدا< صغيرة كتلتهزخم له كالفوتون ولكنه الشحنة عديم

بالمعادلة : ، وطاقة


10n --> 1

1p + 0-1e +

00ν بوزترون بإطالق النظير يضمحل وعندما

عملية ، شبيهةتحدث بيتا باضمحالل1بالمعادلة :

1p --> 11n + 0

+1e + 00ν


بروتونات إلى النيوترونات النحالل إناليمكن نيوترونات إلى البروتونات وانحالل

القوة تفسيره القوة بواسطة

الضعيف التفاعل

أن يجب أنه إلى يشير بيتا انحالل وجود إنهناك النووية تفاعليكون القوة وهو آخر

النواة في تؤثر الضعيفة

القوة القوة أضعفوهذه من كثيرا<القوية النووية



الكوارك نموذجبيتا الضمحالل


البروتون )الفرقإن والنيوترون( uudبين(udd )فقط واحد كوارك

للبيتا الكوارك نموذج

نموذج في بيتا اضمحالل يحدث حيثعلى :مرحلتينالكوارك

يتحول( dكوارك( )1) النيوترون في واحدكوارك ) بوزون( )uإلى انبعاث أحد( ) -wمع

) ضعيفة قوة حامالت ثالث

البوزون( )2) إلكترون( -wيتحول إلى) والعكسصحيح ) النيوترينو وضديد


القوة أضعف( Z0البوزون ) من كثيرا<الذرة على تحافظ التي الكهرومغناطيسية

متماسكة

للبيتا الكوارك نموذج

تم عام الكشفوقد مرة أول وتم 1979عنه معام مرة أول البوزونات م1983مشاهدة

ساد النيوترينات االعتقادلقد من كال< أن طويال<الكتلة عديمة النيوترينات التجارب وضديد أن التقطت األخيرةالى التي

الشمسومن من المنبعث النيوترويونأن أظهرت الطويلة المسارعات

كتلة من للنيوترونات كثيرا< أقل الكتلة هذه أن من الرغم علىمعروف أيكتلة جسم



النموذج اختبارالمعياري


تنفصل واللبتونات الكواركات إنعائالت :ثالثةإلى

المعياري النموذج اختبار

جسيمات( 1) من يتكون المحيط فالعالماليد عائلة البروتونات ) اليسرىفي

) وإلكترونات والنيوتروناتالمجموعة( 2) في الوسطىوجسيمات

بطريقة وتنتج الكونية األشعة في توجدالجسيمات مسارعات في روتينية

اليد( 3) عائلة التي اليمنىوجسيماتخالل قليال< كانتمستثارة أنها يعتقد

ونتجت العظيم لإلنفجار األولى اللحظاتالطاقة عالة تصادمات عن


) جسيم ) يفترضأنه الذي هيج بوزون إنيتم يحدد لم والكواركات اللبتونات كتل

اآلن حتى الكشفعنه

المعياري النموذج اختبار

المعياري ألنه ليسفانموذج نظريةلماذا واليفسر الجسيمات كتل اليفسر

الكواركات من عائالت ثالث توجدواللبتونات



أربعة توجد لماذاقوى؟


الرئيسية التفاعالت بين االختالفات إنواضحة األربعة

لماذا؟

بعض التفاعالت التماثلهناك بينالتركيب التفاعل الرياضيإن لنظريات

الكهرومغناطيسي والتفاعل الضعيفمتماثالن

للنجم الفيزيائية الفلكية النظريات تشير ) تفاعلين) حدوث إلى المستعر فوق

الهائلة متماثلين النجمية االنفجارات خاللبأصل المتعلقة الحالية النظريات أما

متماثلتين الكون كانتا القوتين أن فتتوقعكذلك للكون المبكرة اللحظات خالل


القوى كانت السبب لهذاالضعيفة والقوى الكهرومغناطيسية

قوة متحدتين تسمى واحدة قوة فيضعيفة كهربائية

لماذا؟

إلى اآلن الفيزيائيون توصل تطويركذلكوال أيضا< القوية القوة تتضمن نظريات

مكتمل غير العمل ظهر يزال الدراسات ارتباكوقد نتيجة كبيرأن تتوقع التي المجرات على أجريت التيالمعياري بالنموذج وصفها تم التي المادة

الكون كتلة من صغيرا< جزءا< فقط تكونالمادة شكلت المادة من األكبر المعتمةوالجزء

مع تتفاعل ال ألنها كذلك والتيسميتالتجاذب قوة عدا ما العادية المادة أو الفوتونات


معتمة كطاقة تبدو فإنها ذلك إلى باإلضافةتمدد غيروقوية تسارع على تعمل معروفة

الكون

لماذا؟

بالجسيمات المتعلقة الدراسات فإن لذلكاألنوية تكو�ن التي الصغر في المتناهية

المتعلقة تتصل البحوث مع مباشرةتكو�ن التي والمجرات الكبيرة بالنظمة

األولية الكون الجسيمات فيزيائيو اعتاد وقدفي يكونوا أن الكون النهايتينوعلماء

لمقياسالطول المتعاكستين


> معا يتساءلون :واآلن

لماذا؟

التي” األساسية البناء وحدات مامنها ؟ ”العالميتكون

في السؤال هذا عن اإلجابة يستطيعو قدالله المستقبل شاء إن


الله بحمد تم

بابنجي. علي رائد أ

العنوان الحركة على خط مستقيم

Documents

Transcript of العنوان الحركة على خط مستقيم