فيزياء نووية

فيزياء نووية
CNO Cycle.svg
المواضيع الرئيسية
انحلال مشع
انشطار نووي
اندماج نووي
انحلالات تقليدية
انحلال ألفا · انحلال بيتا · إشعاع گاما · Cluster decay
 ع  ن  ت

الفيزياء النووية بالإنگليزية: Nuclear physics: تعد الفيزياء النووية جزء من الفيزياء و الذي يهتم بدراسة نواة الذرة من حيث سبر الجسيمات الأولية في قلب النواة "البروتونات و النترونات " و تفاعلها فيما بينها بالإضافة إلى تفسير وتصنيف خصائص النواة.

  • إن ثلاثة قوى من القوى الرئيسية الأربعة في الطبيعة تلعب دوراً أساسياً في النواة ، هذه القوى هي : النووية الشديدة و الضعيفة بالإضافة إلى القوة الكهرطيسية. فالنواة تملك أسباب تماسكها بفضل القوة النووية الشديدة والتي تتم غالبا ً بتبادل بيونات ولكن التنافر الكهرطيسي بين الشحنات الموجبة في النواة " البروتونات " يعمل على ابعادها عن بعضها البعض وفقاً لقانون كولوم.

أكثر ما يعرف عن تطبيقات الفيزياء النووية هي الطاقة النووية والأسلحة النووية ، ولكن البحوث الميدانية أيضا الأساس لمجموعة أوسع بكثير من التطبيقات ، بما في ذلك في القطاع الطبي (الطب النووي ، الرنين المغناطيسي) ، والمواد الهندسية (الأيونات زرع) ، وعلم الآثار (الكربون المشع تعود).

مجال فيزياء الجزيئات تطورت من الفيزياء النووية ، ولهذا السبب ، فقد أدرجت في إطار نفس المصطلح في أوقات سابقة.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التاريخ

اكتشاف من الإلكترون بها ياء ياء طومسون كانت أول إشارة إلى أن الذرة قد الهيكل الداخلي. في مطلع القرن 20th من المقبول نموذج للذرة وكان ي ي طومسون "البرقوق بودنغ" نموذج الذرة الذي كان إيجابيا كبيرا اتهم الكرة الصغيرة سلبا تهمة الالكترونات تكمن في الداخل. قبل نهاية القرن كما اكتشف علماء الفيزياء ثلاثة أنواع من الإشعاع من الذرات ، التي يدعى ألفا ، بيتا ، غاما الإشعاع. تجارب في عام 1911 من قبل لايز مايتنر وأوتو هاهن ، وجيمس تشادويك في عام 1914 اكتشف أن بيتا الاضمحلال الطيف هو يست منفصلة أو متمايزة. وهي الإلكترونات اخرجتهم من الذرة مع مجموعة من الطاقات ، وليس من المبالغ المنفصلة الطاقات التي لوحظت في اضمحلال ألفا وغاما. وكانت هذه مشكلة بالنسبة للفيزياء النووية في ذلك الوقت ، لأنها تشير إلى أن الطاقة لا الحفظ في هذه اضمحلال.

في عام 1905 ، والبرت اينشتاين وضعت فكرة التكافؤ واسعة في مجال الطاقة. في حين أن العمل في النشاط الإشعاعي قبل Becquerel بيار وماري كوري يسبق ذلك شرح لمصدر الطاقة والنشاط الإشعاعي وسيتعين الانتظار لاكتشاف النواة نفسها التي كانت تتألف من مكونات أصغر ، والنوية بروتون s.


روثرفورد فريق يكتشف النواة

في عام 1907 ارنست روثرفورد نشر "الإشعاع من α الجزيئة من الراديوم في المواد التي تمر عبر" [1] غايغر على توسيع نطاق هذا العمل في رسالة إلى الجمعية الملكية [2] مع التجارب وروثرفورد انه فعل α الجسيمات تمر عبر الجو ، والالومنيوم احباط أوراق الذهب. لمزيد من العمل ونشر في 1909 من قبل غايغر ومارسدن [3] ، وتوسع كبير في مزيد من العمل ونشر في 1910 من قبل غايغر ، [4] وفي 1911-2 روثرفورد امام الجمعية الملكية لشرح التجارب الجديدة وإقترح نظرية الذرية نواة ونحن نفهم الآن.

التجربة الرئيسية وراء هذا الاعلان كما حدث في 1909 ارنست روثرفورد فريق أداء رائعا التجربة التي هانس غيغر وإرنست مارسدن تحت اشرافه أطلقت جسيمات ألفا (نواة الهيليوم) في رقيقة من الذهب واحباط. فإن البرقوق بودنغ نموذج توقع أن جسيمات ألفا وينبغي الخروج من احباط مع المسارات التي تميل في معظمها طفيفة. وكان روثرفورد فكرة تعليمات فريقه الى البحث عن شيء منه في الواقع صدمت ملاحظة : عدد قليل من جزيئات كبيرة كانت متناثرة عبر الزوايا ، بل وإلى الوراء تماما ، في بعض الحالات. اكتشاف ، بدءا روثرفورد تحليل البيانات في عام 1911 ، وأدى في نهاية المطاف إلى روثرفورد نموذج للذرة ، والذي لديه ذرة صغيرة جدا وكثيفة جدا من نواة تحتوي على أكثر من الدمار ، والتي تتكون من الجسيمات المشحونة إيجابيا الثقيلة بداخلها الإلكترونات لموازنة الاتهام (منذ النيوترونات غير معروف). وكمثال على ذلك ، في هذا النموذج (وهي ليست حديثة واحدة (النيتروجين 14 يتألف من 14 نواة 7 البروتونات والالكترونات (21 مجموع الجسيمات) ، وكانت نواة تحيط بها أكثر مدارات الالكترونات 7.

روثرفورد فإن النموذج يعمل بشكل جيد حتى الدراسات النووية جانبية نفذها فرانكو رازيتي في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في عام 1929. قبل 1925 كان من المعروف أن البروتونات والالكترونات كانت تدور من 1 / 2 ، وروثرفورد في نموذج النيتروجين 14 و 20 من مجموع 21 الجسيمات النووية ينبغي أن يكون للأزواج حتى الغاء بعضها البعض وتدور ، والنهائي من الغريب أن الجسيمات وقد غادر نواة تدور مع صافية من 1 / 2. اكتشف رازيتي ، مع ذلك ، أن النيتروجين 14 ديها تدور من 1.

جيمس تشادويك يكتشف النيوترونية

في عام 1932 تشادويك أن الإشعاعات التي كانت قد لاحظ والتر بوث ، ل هربرت بيكر ، ايرين وفريديريك - Joliot كوري بالفعل بسبب وجود ما يقرب من الجسيمات المحايدة نفسها بوصفها كتلة البروتون ، وانه اتصل النيوترونية (بعد اقتراح عن الحاجة لمثل هذه الجسيمات ، وروثرفورد). في العام نفسه ديمتري ايفانيكو اقترح النيوترونات هي في الواقع تدور 1 / 2 والجزيئات التي تتضمن نواة النيوترونات لشرح الدمار لا يرجع إلى البروتونات ، وأنه لا توجد الالكترونات في نواة -- فقط البروتونات والنيوترونات. فإن النيوترونات تدور على الفور حل مشكلة دوران النيتروجين 14 ، بوصفها واحدة غير مزاوج بروتون ونيوترون واحد غير مزاوج في هذا النموذج ، والمساهمة في كل جانبية من 1 / 2 في نفس الاتجاه ، لجعل العدد النهائي للتدور 1.

مع اكتشاف النيوترونات من العلماء في الماضي ويمكن حساب أي من الطاقة ملزمة لكل نواة كان من الدمار النووي يقارن مع أن من البروتونات والنيوترونات التي تتألف منها. خلافات بين الكتل النووية المحسوب على هذا النحو ، وعندما تم قياس ردود الفعل النووي ، وتبين أن نتفق مع أينشتاين حساب معادلة الكتلة والطاقة لدرجة عالية من الدقة (في حدود 1 ٪ اعتبارا من عام 1934).

قال مسلمة يوكاوا الميزون إلزام النوى

في عام 1935 هيديكي يوكاوا اقترحت أول نظرية هامة للقوة قوية لشرح كيفية نواة تماسكت. في التفاعل يوكاوا أ الجسيمات الافتراضية ، في وقت لاحق دعا الميزون بوساطة القوة بين جميع النويات ، بما في البروتونات والنيوترونات. وهذا يفسر قوة نواة لا تتفكك تحت تأثير بروتون اشمئزاز ، كما أنه قدم تفسيرا لسبب جاذبية قوية القوة لديه أكثر من مجموعة محدودة الكهرمغنطيسي تنافر بين البروتونات. في وقت لاحق ، من اكتشاف الميزون بي قد أظهرت خصائص Yukawa 'sالجسيمات.

مع يوكاوا صحف النموذج الحديث للذرة كاملة. وسط الذرة يحتوي ضيقة الكرة من البروتونات والنيوترونات ، الذي يقوم على القوة النووية القوية ، ما لم تكن كبيرة جدا. نواة غير مستقرة يمكن أن تخضع لاضمحلال ألفا ، والتي تنبعث من نواة الهيليوم نشيط ، بيتا أو الاضمحلال ، والتي طرد إلكتروني (أو جزيء بشحنة موجبة). بعد واحدة من هذه النواة الناتجة عن اضمحلال يمكن ترك متحمس في الدولة ، وأنه في هذه الحالة إلى اضمحلال الدولة في الميدان من قبل انبعاث الطاقة العالية الفوتونات (اضمحلال جاما).

الدراسة من مواطن القوة والضعف لدى القوات النووية (الأخير تفسير انريكو فيرمي عبر تفاعل فيرمي في عام 1934 بقيادة علماء الفيزياء الى الاصطدام الالكترونات والنوى على الإطلاق أعلى الطاقات. وأصبحت هذه البحوث العلمية من فيزياء الجزيئات ، جوهرة التاج الذي هو معيار نموذج فيزياء الجزيئات التي توحد قوية وضعيفة ، والقوى الكهربائية.

الفيزياء النووية الحديثة

ونشرت أعداد كبيرة من نواة يمكن أن يحتوي على المئات من النوية بروتون ق الأمر الذي يعني أن بعض التقريب يمكن أن يعامل النظام التقليدي ، وليس الكم الميكانيكية. مما أدى في نموذج قطرة السائل ، ونواة للطاقة والتي قد تنشأ جزئيا من التوتر السطحي ، وجزئيا من اشمئزاز الكهربائية من البروتونات. انخفاض السائل نموذج قادر على استنساخ العديد من السمات النوى ، بما في التيار العام للالملزمة للطاقة بالنسبة لعدد الجماعي ، وكذلك ظاهرة الانشطار النووي.

ومقابل هذه الصورة التقليدية ، ومع ذلك ، فإن الكمية الميكانيكية والآثار ، التي يمكن وصفها باستخدام النووية قذيفة النموذجية ، التي وضعت في جزء كبير منه من قبل جويبارت ماريا ماير. نواة لبعض أعداد من البروتونات والنيوترونات (سحر عدد 2 ، 8 ، 20 ، 50 ، 82 ، 126 ،...) بشكل خاص مستقر ، لأن القذائف شغلها.

نماذج أخرى أكثر تعقيدا لنواة كما اقترح ، مثل نموذج التفاعل بوسون ، الذي زوج من البروتونات والنيوترونات bosons التفاعل ، وقياسا على ذلك كوبر زوج ق الالكترونات.

الكثير من البحوث الجارية في الفيزياء النووية ويتصل دراسة النواة تحت الظروف القاسية ، مثل ارتفاع تدور الاثارة والطاقة. كما قد يكون نواة الأشكال المتطرفة) مماثلة لتلك الكرة الرجبي) أو النيوترونات القصوى لنسب بروتون. مثل هذه التجارب يمكن أن تخلق نواة باستخدام الانصهار اصطناعي أو النوية بروتون نقل ردود الفعل ، واستخدام الحزم الأيونية من معجل. الحزم مع أعلى طاقات يمكن استخدامها لخلق نواة في درجات حرارة عالية جدا ، وهناك دلائل على أن هذه التجارب قد أنتجت مرحلة انتقالية طبيعية من المسألة النووية لدولة جديدة ، كوارك - gluon البلازما ، الذي كوارك ق الاختلاط بعضهم البعض ، بدلا من الفصل بين الجنسين في ثلاثة توائم كما هو الحال في البروتونات والنيوترونات.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

المواضيع الحديثة في الفيزياء النووية

التغييرات التلقائية من نوية إلى أخرى : الاضمحلال النووي

هناك 80 عناصر واحدة على الأقل استقرارا النظائر (يعرف أبدا النظائر لاحظ الانحلال) ، وهناك ما مجموعه حوالي 256 هذه النظائر المستقرة s. ومع ذلك ، هناك آلاف آخرون جيدا والتي تتميز النظائر غير مستقرة. هذه النظائر المشعة قد تكون غير مستقرة والاضمحلال في جميع زمنية تتراوح بين كسور ثانية لأسابيع الأخيرة ، أو العديد من المليارات من السنين.

على سبيل المثال ، إذا نواة أو عددا قليلا جدا من عدد كبير جدا من النيوترونات قد يكون غير مستقر ، والاضمحلال بعد فترة من الزمن. على سبيل المثال ، في عملية تسمى بيتا الاضمحلال أ النيتروجين -16 ذرة (7 البروتونات والنيوترونات 9) إلى وجود الأكسجين -16 ذرة (8 البروتونات والنيوترونات 8) في غضون ثوان قليلة من خلق. وهو في هذا الاضمحلال النيوترونات في نواة النيتروجين هو تحولت البروتون والإلكترون وantineutrino ، من جانب القوة النووية الضعيفة. محول هو عنصر آخر من عناصر هذه العملية ، لأنه في الوقت الذي كانت سبعة البروتونات (مما يجعل من النيتروجين) لديها الآن ثمانية (مما يجعل من الأوكسجين).

في اضمحلال ألفا اضمحلال العناصر المشعة بإطلاقها وهو نواة الهليوم (2 البروتونات والنيوترونات 2) ، مع إيلاء عنصر آخر ، بالإضافة إلى الهليوم - 4. في كثير من الحالات تستمر هذه العملية من خلال عدة خطوات من هذا النوع ، بما في أنواع أخرى من التلف والانحلال ، حتى يتم تشكيل عنصر استقرار.

في اضمحلال جاما ، نواة من اضمحلال الدولة متحمس الى انخفاض انبعاث الدولة عن طريق وجود أشعة غاما. العنصر هو لم يتغير في هذه العملية.

أخرى أكثر غرابة اضمحلال ممكنة (انظر المادة الرئيسية). على سبيل المثال ، في التحويل الداخلي الاضمحلال ، والطاقة من متحمس نواة يمكن أن تستخدم لطرد واحد من داخل المدار الإلكترونات من الذرة ، وهي العملية التي تنتج الإلكترونات بسرعة عالية ، لكنها ليست بيتا الاضمحلال ، و (على عكس اضمحلال بيتا) لا transmute عنصر واحد إلى آخر.

الاندماج النووي

عندما اثنين نواة حيز الضوء على اتصال وثيق مع بعضها البعض انه من الممكن بالنسبة للقوة لالصمامات الاثنين معا. يستغرق قدرا كبيرا من الطاقة لدفع ما يكفي من النوى وثيق معا من أجل قوية أو القوة النووية ق ليكون لها تأثير ، ولذلك فإن عملية الاندماج النووي لا يمكن أن تتم إلا في درجات حرارة عالية أو عالية الكثافة. بمجرد أن تقترب من نواة قوية بما فيه الكفاية إلى جانب القوة ويتغلب على الكهرومغناطيسي اشمئزاز ويسحق الى نواة جديدة. وهناك كمية كبيرة جدا من الطاقة نواة خفيفة عندما تلتحم مع بعضها ، لأن لكل ملزمة الطاقة النوية بروتون مع زيادة عدد الدمار حتى النيكل -62. نجم مثل شمسنا ق هي القوة عن طريق إدماج أربعة البروتونات في نواة الهليوم ، وهما positrons ، واثنين من النيوترونات. المنفلت من الانصهار في الهليوم والهيدروجين وتعرف حرارية هارب. البحث لإيجاد وسائل مجدية اقتصاديا باستخدام الطاقة من الانصهار التي تسيطر حاليا على ردود الفعل التي تقوم بها مختلف المؤسسات البحثية (انظر جيت ، والمفاعل التجريبي).

الانشطار النووي

لنواة أثقل من النيكل - 62 الملزمة لكل الطاقة النوية بروتون مع انخفاض عدد الدمار. ولذا ، فمن الممكن أن تكون الطاقة اذا ثقيلة نواة انهيار قسمين أخف منها. تقسيم هذه الذرات يعرف باسم الانشطار النووي.

عملية اضمحلال ألفا قد يكون على أنها نوع خاص من العفوية الانشطار النووي. وتنتج هذه العملية على درجة عالية من الانشطار غير متماثلة ، لأن أربعة الجزيئات التي تشكل جسيمات ألفا بشكل خاص وثيق مع بعضها البعض ، مما يجعل انتاج هذه النواة في الانشطار وخاصة على الأرجح.

بالنسبة لبعض من أعنف نواة النيوترونات التي تنتج عن الانشطار النووي ، والتي تمتص النيوترونات بسهولة لبدء الانشطار ، ذاتية الاشتعال النوع من النيوترونات بدأتها الانشطار يمكن الحصول عليها ، في ما يسمى سلسلة من ردود الفعل. (سلسلة من ردود الفعل كانت معروفة في الكيمياء قبل الفيزياء ، والمألوفة في الواقع العديد من العمليات الكيميائية مثل الحرائق والانفجارات هي سلسلة من ردود الفعل الكيميائية.) الانشطارية أو "النواة" سلسلة رد الفعل ، وذلك باستخدام الانشطار التي تنتجها النيوترونات ، هي مصدر للطاقة ، طاقة النووية والمحطات النووية من نوع القنابل الانشطارية مثل اثنان على أن الولايات المتحدة استخدمت ضد هيروشيما وناغازاكي في نهاية الحرب العالمية الثانية . النوى الثقيلة مثل اليورانيوم والثوريوم ويجوز أن تخضع الانشطار عفوية ، ولكن من المحتمل جدا ان تجرى قبل اضمحلال ألفا الاضمحلال.

لنيوترونات بدأت سلسلة رد فعل يحدث ، لا بد من وجود كتلة حرجة من العناصر الموجودة في الفضاء معينة في ظروف معينة (في هذه الظروف والحفاظ على النيوترونات البطيئة لردود الفعل). وهناك مثال واحد من الانشطار النووي لمفاعل الطبيعية التي كانت ناشطة في هاتين المنطقتين من أوكلو ، الجابون ، أفريقيا ، أكثر من 1.5 بليون سنة مضت. قياسات الانبعاثات الطبيعية الجزيئة المحايدة أظهرت أن ما يقرب من نصف الحرارة المنبثقة عن النتائج الأساسية للأرض من الاضمحلال الإشعاعي. ومع ذلك ، فمن غير المعروف ما إذا كان أي من هذه النتائج الانشطار سلسلة من ردود الفعل.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

إنتاج العناصر الثقيلة

وفقا للنظرية ، والكون تبريد بعد الانفجار الكبير لأنها في النهاية أصبح من الممكن للالجسيمات كما نعرفها في الوجود. الأكثر شيوعا الجزيئات التي نشأت في الانفجار الكبير الذي لا يزال من السهل ملاحظتها لنا اليوم هي البروتونات (الهيدروجين) ، والالكترونات) بأعداد متساوية). بعض العناصر الثقيلة كما تم إنشاء البروتونات اصطدمت مع بعضها البعض ، إلا أن معظم العناصر الثقيلة التي نراها اليوم أنشئت داخل النجوم من خلال سلسلة من المراحل الانصهار ، مثل سلسلة بروتون - بروتون ، ومكتب المخدرات التشيكوسلوفاكي دورة والثلاثي ألفا عملية. تدريجيا أثقل العناصر التي نشأت خلال تطور للنجمة. منذ ملزمة لكل الطاقة النوية بروتون قمم حول الحديد والطاقة ليست سوى الانصهار الافراج عن العمليات التي تحدث في أقل من هذه النقطة. منذ إنشاء نواة أثقل تكاليف الطاقة عن طريق الاندماج ، وتلجأ إلى طبيعة عملية القبض على النيوترونات. النيوترونات (نظرا لعدم وجود تهمة) بسهولة استيعاب نواة. العناصر الثقيلة التي يتم إنشاؤها من قبل أي من بطء عملية القبض على النيوترونات (ما يسمى عملية ق) أو سرعة ، أو ص. وقد تحدث في هذه العملية ل ينبض بالحرارة النجوم (AGB ودعا ، أو مقارب النجوم العملاقة فرع) ، ويأخذ لمئات الآلاف من السنوات للوصول إلى عناصر أثقل من الرصاص والبزموت. ص فإن عملية يعتقد أن تحدث في انفجارات السوبر بسبب ظروف درجات الحرارة العالية ، وارتفاع تدفق النيوترونات وقفز هذا الموضوع. هذه الأوضاع تجعل ممتاز المتعاقبة النيوترونية تصور سريع جدا جدا النيوترونية التي تشمل الأنواع الغنية التي بيتا ثم الى الاضمحلال أثقل العناصر ، وخصوصا في ما يسمى انتظار النقاط التي تتوافق مع أكثر استقرارا النويدات مغلقة قذائف النيوترون (سحر الأرقام). ص فإن العملية عادة في مدة تتراوح بين بضع ثوان.

انظر أيضا

المراجع

  1. ^ مجلة فلسفية (12 ، ص 134-46)
  2. ^ إجراءات. روي. شركة نفط الجنوب. 17 يوليو 1908
  3. ^ إجراءات. روي. شركة نفط الجنوب. A82 ع 495-500
  4. ^ إجراءات. روي. شركة نفط الجنوب. فبراير 1 ، 1910
  • الفيزياء النووية من جانب ايرفينغ كابلان 2nd طبعة ، 1962 - اديسون ويسلي
  • الكيمياء عام 1970 من قبل لينوس بولينغ دوفر حانة. ردمك 0-486-65622-5
  • استهلاليين الفيزياء النووية من قبل كينيث س. Krane حانة. وايلي
  • نماذج الذرية نيوكليوس ن كوك ، سبرينغر فيرلاغ (2006) ، ردمك 3540285695

الروابط الخارجية

يمكنك أن تجد معلومات أكثر عن الطاقة النووية عن طريق البحث في مشاريع المعرفة:

Wiktionary-logo-en.png تعريفات قاموسية في ويكاموس
Wikibooks-logo1.svg كتب من معرفة الكتب
Wikiquote-logo.svg اقتباسات من معرفة الاقتباس
Wikisource-logo.svg نصوص مصدرية من معرفة المصادر
Commons-logo.svg صور و ملفات صوتية من كومونز
Wikinews-logo.png أخبار من معرفة الأخبار.