التحولات النووية: النشاط الإشعاعي والانشطار والاندماج النووي مع تمارين محلولة — العلوم الفيزيائية — الثانية ثانوي — المنهاج الجزائري

التحولات النووية: النشاط الإشعاعي والتفاعلات النووية – العلوم الفيزيائية – الثانية ثانوي

الاهداف التعليمية:

• التعرف على مفهوم النشاط الإشعاعي وأنواعه
• فهم قوانين الانحفاظ في التفاعلات النووية
• التمييز بين الانشطار والاندماج النوويين
• تطبيقات النشاط الإشعاعي في المجالات المختلفة

الشرح المبسط:

1- مفهوم النشاط الإشعاعي (Radioactivite)

النشاط الإشعاعي: ظاهرة تحول نواة ذرة غير مستقرة (نواة مشعة) تلقائيا إلى نواة أكثر استقرارا مع انبعاث إشعاعات (جسيمات أو طاقة).

مكتشفه: هنري بيكريل (1896) ثم ماري وبيار كوري.

2- أنواع الإشعاعات النووية

النوع	الرمز	الطبيعة	الشحنة	قدرة الاختراق
ألفا (Alpha)	α	نواة هيليوم (2 بروتون + 2 نيوترون)	2+	ضعيفة (ورقة)
بيتا (Beta)	β-	إلكترون	1-	متوسطة (ألمنيوم)
جاما (Gamma)	γ	موجة كهرومغناطيسية (فوتون)	0	عالية جدا (رصاص)

3- قانون الانحفاظ في التحولات النووية

في أي تحول نووي، ينحفظ كل من:

• العدد الكتلي A (عدد النكليونات): مجموع A قبل التحول = مجموع A بعد التحول
• العدد الذري Z (عدد البروتونات): مجموع Z قبل التحول = مجموع Z بعد التحول

مثال تحول ألفا:

238    4     234
U  →  He +  Th
92    2     90

مثال تحول بيتا:

234     0     234
Th  →  e +  Pa
90     -1    91

4- التفاعلات النووية: الانشطار والاندماج

أ. الانشطار النووي (Fission nucleaire):

• انشطار نواة ثقيلة (مثل اليورانيوم 235) إلى نواتين خفيفتين عند امتصاص نيوترون
• يحرر كمية هائلة من الطاقة + نيوترونات إضافية
• يستخدم في المفاعلات النووية والمحطات الكهرذرية
• أساس القنبلة الذرية

مثال:

235    1     144     89     1
U  +  n  →  Ba  +  Kr  +  3 n
92    0     56      36     0

ب. الاندماج النووي (Fusion nucleaire):

• اندماج نواتين خفيفتين لتكوين نواة أثقل
• يحرر طاقة هائلة أكبر من الانشطار
• يتطلب درجات حرارة عالية جدا (ملايين الدرجات)
• يحدث في الشمس والنجوم
• أساس القنبلة الهيدروجينية (H)
• محاولات التحكم فيه (مفاعل إيتر ITER) لتوليد طاقة نظيفة غير محدودة

5- تطبيقات النشاط الإشعاعي

• الطب: العلاج الإشعاعي للسرطان، التصوير الطبي (PET Scan)
• توليد الطاقة: المحطات النووية
• الزراعة: تعقيم الأغذية، تحسين المحاصيل
• التأريخ: تقدير عمر الآثار باستخدام الكربون 14
• الصناعة: الكشف عن العيوب في المواد

تمارين محلولة

التمرين 1: أكمل معادلة التحول النووي التالي

226 ?
Ra → Rn + α
88 86

الحل:

226     222     4
Ra  →  Rn  +  He
88      86     2

التمرين 2: فرق بين الانشطار والاندماج النوويين

الحل:
الانشطار: انقسام نواة ثقيلة إلى نواتين خفيفتين + نيوترونات + طاقة. يستخدم في محطات الطاقة النووية حاليا.
الاندماج: اتحاد نواتين خفيفتين لتكوين نواة أثقل + طاقة أكبر. لا يزال قيد البحث (مشروع ITER). يحدث طبيعيا في الشمس.

التمرين 3: أحسب طاقة التحول النووي

إذا علمت أن النقص الكتلي (Δm) في تفاعل نووي يساوي 0.002 كغ. احسب الطاقة المحررة. (علما أن c = 3×10⁸ m/s)

الحل:
حسب معادلة أينشتاين: E = m × c²
E = 0.002 × (3×10⁸)² = 0.002 × 9×10¹⁶ = 1.8×10¹⁴ جول

وهذه كمية هائلة من الطاقة تعادل حرق آلاف الأطنان من الفحم.

خلاصة

التحولات النووية (النشاط الإشعاعي، الانشطار، الاندماج) تمثل مصدرا هائلا للطاقة. استخداماتها متعددة (طاقة، طب، زراعة) لكنها تحمل مخاطر (إشعاعات، أسلحة دمار شامل، نفايات نووية). التوازن بين الفوائد والمخاطر هو التحدي الأكبر.