شاه کلید نکات
شاه کلید سوال
![[شاه کلید مای درس] | پرتوزايی](https://dl.my-dars.com/upload/image/03 (7)1726219677.jpg)
وقتی يک هسته ی ناپايدار يا پرتوزا به طور طبيعی (خود به خود) واپاشی می كند، نوع معينی از ذرات يا فوتون های پر انرژی آزاد می شوند. اين فرايند واپاشی، پرتوزايی طبيعی ناميده می شود.
در پرتوزايی طبيعی سه نوع پرتو ايجاد می شود:
1) پرتو های آلفا (\(\alpha \))
كم ترين نفوذ را دارند و با ورقه ی نازک سربی با ضخامت ناچيز متوقف می شوند. (حدود \(0/01mm\) در سرب نفوذ دارند)
2) پرتو های بتا (\(\beta \))
اين پرتوها مسافت خيلی بيش تری در سرب نفوذ می كنند. (حدود \(0/1mm\) )
3) پرتو های گاما (\(\gamma \))
اين پرتوها بيش ترين نفوذ را در سرب دارند (حدود \(100mm\) )
تعداد نوكلئون ها در تمام فرايندهای واپاشی هسته ای پايسته است. يعنی تعداد نوكلئون ها، پيش از فرايند با تعداد نوكلئون ها پس از فرآيند مساوی است .
برای انجام اين آزمايش نمونه ی ماده ی پرتوزا داخل استوانه ای سربی قرار می گيرد و پرتوهای آن عمود بر يک ميدان مغناطيسی عبور می كنند كه با توجه به قاعده ی دست راست می توان نوع بارالكتريكی هر ذره را تعيين كرد:
واكنش هسته ای مربوط به واپاشی آلفا (\(\alpha \))
اين نوع پرتوها ذرات با بار مثبت از جنس هسته ی هليم (\({}_2^4He\) ) است، يعنی از دو پروتون و دو نوترون تشكيل شده است. معادله ی اين واپاشی به اين صورت زير است:
\({}_Z^AX \to {}_{Z - 2}^{A - 4}Y + {}_4^2He\)
در اين رابطه X هسته ي مادر و Y هسته ی دختر ناميده می شود.
واكنش هسته ای مربوط به واپاشی بتا (\(\beta \)) اين واپاشی به دوشكل صورت می گيرد.
اين پرتوها از نوع الكترون هستند. الكترون واپاشی شده در هسته ی مادر وجود ندارد و همچنين يكی از الكترون های مداری اتم نيست. اين الكترون وقتی به وجود می آيد كه نوترونی درون هسته، به پروتون و الكترون تبديل شود. معادله ی اين واپاشی به صورت زير است.
\({}_Z^AX \to {}_{Z + 1}^AY + {}_{ - 1}^0{e^ - }\)
در اين رابطه X هسته ی مادر و Y هسته ی دختر ناميده می شود.
اين پرتوها جرم يكسان با الكترون دارند اما به جای بار \( - e\) حامل بار \( + e\) هستند. به اين الكترون مثبت پوزيترون گفته می شود. در اين فرايند يكی از پروتون های درون هسته به يک نوترون و پوزيترون تبديل می شود سپس اين پوزيترون از هسته گسيل می شود. معادله ی اين واپاشی به صورت زير است:
\({}_Z^AX \to {}_{Z - 1}^AY + {}_1^0{e^ + }\)
در اين رابطه X هسته ی مادر و Y هسته ی دختر ناميده می شود.
پرتوی گاما يک فوتون پر انرژی است. اغلب هسته ها پس از واپاشی آلفا يا بتا، در حالت برانگيخته قرار می گيرند و با گسيل فوتون های پرانرژی گاما به حالت پايه می رسند. در اين فرايند A و Z تغيير نمی كنند. معادله ی اين واپاشی به صورت زير است:
\({}_Z^A{X^ + } \to {}_Z^AX + \gamma \)
در اين رابطه \({X^ + }\) هسته ی مادر و X هسته ی دختر ناميده می شود.
ذره های آلفا سنگين اند و برد كوتاهی دارند. اين ذرات پس از طی مسافت كوتاهی در هوا ( 1 تا 2 سانتی متر) و يا با عبور از لايه ای نازک از مواد جذب می شوند. اگر اين ذره ها از راه تنفس يا دستگاه گوارش وارد بدن شوند، باعث آسيب شديد به بافت های بدن می شوند.
نيمه عمر مدت زمانی است كه طول می كشد تا تعداد هسته های مادر موجود در يک نمونه به نصف برسند.
\(\begin{array}{l}n = \frac{t}{{{T_{\frac{1}{2}}}}}\\m = \frac{{{m_0}}}{{{2^n}}}\\{m_0} - m = {m_0}(1 - \frac{1}{{{2^n}}})\end{array}\)
\({T_{1/2}}\) نیمه عمر
(t) كل زمان لازم برای واپاشی ( مدت تجزيه)
(n) تعداد نيمه عمرهای سپری شده
\({m_0}\) مقدار اوليه ی ماده ی پرتوزا
(m) مقدار باقی مانده ی ماده ی پرتوزا (مقدار فعال)
\({m_0} - m\) مقدار واپاشی شده يا تجزيه شده (غير فعال)
به جای جرم در كليه ی روابط بالا می توان تعداد هسته های ماده پرتوزا (N) را قرار داد.
تمرین
عنصر (\({}_{92}^{238}U\) ) با گسیل دو ذره الکترون واپاشی می کند. معادله این واکنش را بنویسید.
\({}_{92}^{238}U \to {}_{94}^{238}Y + 2({}_{ - 1}^0{e^ - })\)
از یک ماده رادیواکتیو پس از گذشت 135 روز، \(\frac{7}{8}\) ماده فعال اولیه، واپاشیده شده است. نیمه عمر این ماده چند روز است؟
\(\begin{array}{l}N = \frac{{{N_0}}}{{{2^n}}} \to \frac{1}{8}{N_0} = \frac{1}{{{2^3}}}{N_0} \to n = 3\\n = \frac{t}{T} \to 3 = \frac{{135}}{T} \to T = 45Day\end{array}\)
نیمه عمر یک ماده رادیو اکتیو 14 ساعت است. پس از گذشت 56 ساعت، چه کسری از هسته های فعال آن، باقی مانده اند؟
\(\begin{array}{l}n = \frac{t}{T} \to n = \frac{{56}}{{14}} \to n = 4\\N = \frac{{{N_0}}}{{{2^n}}} \to N = \frac{{{N_0}}}{{{2^4}}} \to \frac{1}{{16}}{N_0}\end{array}\)
