الفصل الأول فيزياء PDF

# الفصـل الأول ## إكتشاف الإشعاع الذري وأنواعه ### 1-1 مقدمة ظاهرة النشاط الإشعاعي أو الأشعاع الذري موجودة على سطح الأرض قبل أن تظهر الحياة عليها بزمن طويل. وقد قام الأشعاع بالأشتراك في الدعوي الهائل الذي صاحب خلق الكون منذ نحو ٢٠ مليار عام مضت ، ومنذ ذلك اليوم والإشعاع يعم الكون وأصبحت المواد ا...

# الفصـل الأول ## إكتشاف الإشعاع الذري وأنواعه ### 1-1 مقدمة ظاهرة النشاط الإشعاعي أو الأشعاع الذري موجودة على سطح الأرض قبل أن تظهر الحياة عليها بزمن طويل. وقد قام الأشعاع بالأشتراك في الدعوي الهائل الذي صاحب خلق الكون منذ نحو ٢٠ مليار عام مضت ، ومنذ ذلك اليوم والإشعاع يعم الكون وأصبحت المواد الإشعاعية جزءًا من تكوين الأرض . ورغم وجود الاشعاع في الكون بشكل طبيعي غير أن الإنسان لم يكتشف هذة الظاهرة الكولية الطبيعية إلا منذ ما يقرب من القرن. ### 1-2 إكتشاف الأشعة السينية قام العالم الأماني ويلهام كونراد روتجين باكتشاف الأشعة السينية (X-ray) دون قصد منه وكان ذلك في عام ١٨٩٥م . ولد روتتجين في المانيا عام ١٨٤٥م ودرس الهندسة الميكانيكية ثم حول دراسته من العلوم التطبيقية إلى العلوم البحتة -خاصة في فروع الفيزياء - حيث كان يجري تجاربه على انتقال الكهرباء خلال الغازات تحت ضغط جوي منخفض ، وعندما كان يعمل روتنجن في أحد الأيام في غرفة مظلمة مرر تيارا كهربائيا خلال البوية أشعة المهبط التى كانت محاطة تماما بورق مقوى أسود اللون بحيث لم يكن يرى التفلور الحاصل داخل الأنبوية . غير أنه شاهد حزمة من الضوء تبعد عدة أقدام عن الأنبوبة وبإيقاف الجهاز وتشغيله تأكد له أن ظاهرة التفدور التي شاهدها مرتبطة بالبوية أشعة المهبط ونظرا لمعرفته بأن أشعة المهبط لا يمكنها قطع هذة المسافة وانتصر مد ها استنتج أنه قد اكتشف نوعا آخر من الأشعة السينية. ( ) اشد قدرة من أشعة المهبط وقد أسماها أشعة إكس (x-ray ولسميها نحن بالأشعة وقد قام روتجن باجراء عدد كبير من التجارب على ما أسماه باشعة إكس وأثناء عمله وقعت يده بين أنبوب أشعة المهبط وشاشة التفلور فشاهد صورة عظام يده على الشاشة ، لم نستعان بلوح فتوغرافي واخذ أول صورة بالأشعة السينية أظهرت التركيب عظام يد زوجته ، وبعد ذلك عرفت أهمية هذا الاكتشاف في مجال الطب التحديد أماكن الكسور والشظايا في العظام، وقد حصل وتتجن على جائزة نوبل الأولي في فيزياء عام ٩٠٢ بعد أن قدم للإرسالية واحدا من أعظم الاكتشافات الحديثة. ### 1-3 إكتشاف النشاط الأشعاعي الطبيعي: قام الفرنسي هنري بيكريل باكتشاف النشاط الإشعاعي الطبيعي وكان الله في عام ١٨٩٦م بعد عام واحد من اكتشاف روتجن للاشعة السينية. ولد هنري بيكريل في فرنسا عام ١٨٥٢م) وكان بيكريل مهتما بدراسة ظاهرة التفسير والتفاور وعدها سمع عن اكتشاف رولتجن للاشعة السينية عن بوجود علاقة بين التفسير والأشعة السينية فاجرى تجاربه الأولى في هذا المجال ولكن لم تثمر عنه أية علاقة بين الطاهرين فاجرى تجارب الاخري باستخدام ملح البور اليوم كبريت اليورائيل البوتاسيومي) ووضع بعض الواح التصوير وفوقها ملح لليور اليوم في درج مكتبه وبعد عدة أيام لخرج اللوح فوجد بقعة شديدة الاسودال على اللوح الفتوغرافي فتبون له أنه لا علاقة بين إسوداد اللوح وتعريض ملح البور اليوم الأشعة الشمس، وهكذا اكتشف هنري بيكريل النشاط الطبيعي لليور اليوم ووجد أن هذا النشاط لا يعتمد على الصفات الفيزيائية أو الكيميائية للمادة وانما هو من الصفات الذرية التلقائية لهذا العنصر كما استطاع بيكريل أن يثبت أن لهذة الأشعة القدرة على تا بين الغازات ( ) وقد قامت العالمة البولندية الأصل الفرنسية المنشأ ماوي سكلونسكا وزوجها بيركوري بتعميق البحث في دراسية لنتائج العالم الفرنسي يكرين وفي عام ۱۸۹۸م اكتشفت ماريا كوري وزوجها بيركوري أن اليور اليوم بعد إصدار الإشعاع قد تحول بطريقة غامضة إلى عناصر أخرى إسميا أحد هذه العناصر البوتوليوم نسبة إلى موطنها بولندا وأسميا عنصرا آخر باسم الراديوم هى العنصر اللامع وكالت ماريا هي أول من اشتق تعبير النشاط الإشعاعي الطبيعي) وقد حصل هنري بيكريل بالاشتراك مع عائلة كوري على جائزة لويل في الفزياء عام ١٩٠٣م نظير اكتشافهم النشاط الإشعاعي الطبيعي ) ( )، والنشاط الاشعاعي الطبيعي هو عملية تحويل للقالي للادوية غير التاجة لعنصر ما إلى الوية ذرات عناصر أخرى مستقرة من طريق البحاث نوع معين من الأشعاع للت البحوث على أن الأشعاع المنبعث هو أحد ثلاثة أنواع إما أن يكون الفا ( a ) أو بيتا ( B ) أو جاما ) ٢ ( ) ويستغرق هذا التحول التلقائي فترة زمنية تسمى متوسط العمر وهى الفترة التى يستغرقها نصف أي كمية من العنصر وقد تابع العلماء دراسات بيكريل وعائلة كوري لاكتشاف المزيد من عناصر النشاط الاشعاعي الطبيعي حتى وصلت إلى حوالي ستون نواة مشعة معظمها قصير العصر ينتج عن تحللها عناصر مشعة أخرى وأصبح من المعلوم أن العناصر التي تزيد أعدادها الذرية عن 82 أى تزيد عدد البروتونات عن (82) هي عناصر مشعة. ويوضح الجدول (1-1) أسماء بعض النويدات المشعة وفترة نصف العمر لها ونوع الأشعاع المنبعث عن كل عملية تحلل. ### ٤١ أنواع الإشعاع الذري: كما سبق أن قلنا أن الأشعاع ناتج عن عملية التحلل أو التحول التلقائي للانوية غير التابه لعنصر ما إلى ألوية ذرات عناصر أخرى مستقرة ويعرف الإشعاع على أنه نوع معين من الأشعة يملك القدرة على تأيين الذرات والجزيئات التى تتكون عادة منها المادة وللإشعاع الذري أنواع هي كما يلي :- ### ١-٤-١ الأشعاع المؤين الأشعة المزينة هي نوع خاص من الإشعاع وذلك لان لها القابلية على فلق الجزيئات الكيميائية الكبيرة التي تتكون منها الأشياء الحية وهذا ما يسبب التحولات المهمة حيويا ، وصيغة أرق يمكننا أن نعرف الإشعاعات المؤجمة على أنها الطاقة الإشعاعية التي لها المقدرة على إحداث تأين في الجزيئات الكيميائية الكبيرة عن طريق فك الروابط الفيزو كيميائية في الجزيئات بعد امتصاص للطاقة الإشعاعية في تلك الروابط ). ( ) وخلال القرن الحالي تطورت علوم الاشعاعات المؤينة وانتشرت وكثر استخدامها في جميع المجالات الأنسانية وأصبحت مصادر هذه الإشعاعات تدخل في حياة الألمان اليومية لكثرة استخدامها وتطبيقاتها وطرق تداولها وحيث أن استخدام هذة الأشعاعات يؤدي إلى حدوث أضرار بيولوجية داخل الخلايا وأنسجة الجسم نتيجة تأين للجزء المركب، فإن الاستخدام المتكرر والكثير لهذه الأشعاعات يؤدى إلى زيادة احتمالات إصابة الجزئ المركب داخل الجسم البشري وتنقسم الاشعاعات المزينة إلى قسمان هما : ** أ ) الإشعاعات الكهرو مغناطيسية :-** وهذة الإشعاعات تمثل طاقة منتقلة على شكل أمواج بدون انتقال أية موال تماما مثل الضوء والحرارة القادمة من الشمس إلى الأرض ومن أمثلة هذة الاشعاعات الأشعة السينية وأشعة جاما وهما متشابهتين في الماهية والخصائص مختلفة في المصدر حيث أن الأشعة السينية صادرة عن المادة عند إمتصاصها أشعة مهبطية كما هو موضح في شكل (1-1) وأشعة جاما صادرة عن النظائر المشعة والتناسب طاقة هذه الموجات مع ذبذبة الموجات تناسبا طرديا كلما زادت الطاقة الإشعاعية زادت الذبذبة الموجية كما (1-1) ينص القانون التالي : ```latex Energy = hv. ``` حيث ثابت بلانك ، ٧ تردد ذبذبة الموجة . **ب ) الجسيمات الدقيقة - ( ) ** هي جسيمات دقيقة سريعة الحركة يحمل بعضها شحنة كهربائية وبعضها لا يحمل إي شحنة ومن الأمثلة هذه الجسيمات ما يلي : 1. النيترونات : وهى جسيمات غير مشحونة وهي مهمة جدا في تطبيقات الإشعاع المؤين للدخولها في تصنيع القنابل والمفاعلات النووية . والتيترون مشابه للبروتون كتنيا مختلف عنه شحنيا حيث التعادل الكهربي له يمكنه من اختراق جميع الموال 2. الألكترونات : وهي جسيمات صغيرة سالبة الشحنة وتتطلق عادة عند تنفلق المواد المشعة 3. البروتونات : وهى جسيمات موجبة الشحنة وتوجد في الفضاء الخارجي بغزارة . 4. جسيمات ألفا وهى عبارة عن لوى ذرة الهليوم عندما تفصل عنها الكتروناتها تقدرية وتحمل شحنة موجهة وتنبعث من النظائر المشعة كما هو مبين في (1-2) وصفه عامة فإن طاقة هذه الجسيمات الدقيقة لتتناسب مع مربع سرعة الجسيمات طرنيا حسب تعلاقة :- ```latex Energy = 1/2 m² (1-2) ``` حيث الكتلة ، ٧ السرعة ### ٢٠١ الإشعاع غير المؤين :- وهي إشعاعات ليس لها القدرة على متأين أو فلق الجزيئات الكبيرة الكيميائية وهي للتجة عن مصادر تبعث منها أشعة الموجات القصيرة وكذلك تنتج من مصادر الأشعة تحت الحمراء وفوق البنفسجية وكذلك المرية ومن استخدامات الإشعاعات الغير مدينة ما يلي:- ** أن الموجات القصيرة الميكروويف) ** للموجات القصيرة استخدامات عدة منها استخدامها في الطهي وإعداد الطعام بسرعة كبيرة وذلك خلال توزيع الحرارة يتظام من خلال الطعام وتستخدم في العلاج الطبيعي وذلك بالتسخين تخفيف آلام العضلات والمفاصل. **به الأشعة المرئية:** للاشعة المرئية استخدامات علة منها الاستخدام من أجل الرؤيا في الظلام وكذلك في العمليات الجراحية وعمليات النحام وعملية قطع المعالف . **جـ) الأشعة غير المرئية الأخرى:** * **جدول 1-1** | نوع الاشعاعات | العُمر النصف | اسم النُويدة | |---|---|---| | R | ٢٣٨ مليار سنة | بورانيوم | | | ٢٤.١ يوم | توربوم | | | ١.٧ را دقيقة | برو تاكتينيوم | | | ٢٤.٥ سنة | بورانيوم | | | ۸ ... يوم | توربوم | | | ٢٢٦ سنة | راديوم | | | ١٦٠,٠٠٠ سنة | راديوم | | | ٣.٨٢ يوم | رادون | | | ٣٠ دقيقة | بولونيوم | | | ٢.٨ دقيقة | بولونيوم | | | ١١ دقيقة | نسرت | | | ١٦٤ .... ثانية | بولونيوم | | | ٢٢٣ سنة | رصاص | | | ١٩.١ يوم | بولونيوم | | | ٣.٨ يوم | رصاص | | | مستقر | رصاص | * **سلسلة تفكك اليورانيوم ٢٣٨ بدءًا من اليورانيوم وحتى الرصاص ٢٠٦ مع بيان نوع الاشماعات والعمر النصفي**