( ) (3).pdf
Document Details
Uploaded by LowRiskPointOfView
Centre Universitaire de Jijel
Tags
Full Transcript
5 التح ّول النّووي املفتعل عالقة آينشتاين ّ وحدة الكتل الذّرية 𝑎 𝑢. 𝑚. ال ّنقص الكتيل 𝑚Δ طاقة التّامسك 𝑙𝐸 𝑙𝐸 طاقة التّامسك لكل نكليون 𝐴 منحنى أستون Aston -...
5 التح ّول النّووي املفتعل عالقة آينشتاين ّ وحدة الكتل الذّرية 𝑎 𝑢. 𝑚. ال ّنقص الكتيل 𝑚Δ طاقة التّامسك 𝑙𝐸 𝑙𝐸 طاقة التّامسك لكل نكليون 𝐴 منحنى أستون Aston - التّفاعالت النّووية املفتعلة الطّاقة املح ّررة 𝑏𝑖𝑙𝐸 املفاعل النّووي ّة ميكن حساب الطّاقة بـ eVأو ،MeVحيث: )(05 تحويالت 1 MeV = 1,6 × 10-13 J 1 Mev = 106 eV املفتاح األ ّول: التّدريب ()1 '' التح ّول ال ّنووي املفتعل'' * ا ُحسب طاقة كتلة اإللكرتون 𝑒 −10بوحدة Jو ،MeV علام أ ّن.me= 9,11 × 10-31 Kg : التح ّول النووي املفتعل يصطن ُعه اإلنسان يف امل ُفاعالت يُعطى: النّووية عىل عكس التح ّول النّووي الطبيعي الذي يح ُدثُ 8 c=3×10 m/s تلقائ ّيا. أ ّول تح ّول مفتعل قام به العامل روذرفود سنة 1919حيث قذف أنوية اآلزوت 𝑁7 14 املفتاح الثّالث: بواسطة الجسيامت . α ''وحدة الكتل الذريّة '' u.m.a 14 𝑁7 → 𝑒𝐻+ 42 17 𝑂8 𝑝+ 11 باعتبار األنوية عنارص صغرية ج ّدا فالب ّد لنا أن نختار وحدة لقياسها ،فوحدة الكيلوغرام ) (Kgال ت ُناس ُبها. التح ّول ال ّنووي املفتعل خاضع أيضا لقانونا االنحفاظ: لهذا نختار وحدة جديدة ت ُس ّمى ''وحدة الكتل الذريّة'' ) u.m.a (unité de masse atomiqueو نرم ُز لها اختصارا بـ . u A1 A2 A3 A4 Z1 𝑋1 + Z2 𝑋2 ⟶ Z3 X 3 + Z4 X 4 1u = 1,66 × 10-27 Kg A1 + A2 = A3 + A4 انحفاظ قانونا 1u = 931,5 MeV/c 2 الكتلة )(A االنحفاظ Z1 + Z2 = Z3 + Z4 انحفاظ (قانونا 1 الشحنة )(Z صودي) من تعريف :u.m.aوحدة الكتل الذريّة ) (uهي 12 كتلة نوة الكربون 𝐶. 120 amine.zeddoun املفتاح الثّاين: ''عالقة آينشتاين (طاقة-كتلة)'' املفتاح ال ّرابع: هي الطّاقة التي ت ُصاحب الكتلة ،حيثُ : ''النّقص الكتيل 𝑚∆'' 𝐸 = 𝑚. 𝑐 2 :Eطاقة الكتلة بوحدة الجول ).(J :mكتلة الجسم بوحدة ).(Kg 8 :cرسعة الضّ وء يف الفراغ ).(c=3×10 m/s 𝑋𝑚 ∆𝑚 = 𝑍. 𝑚𝑝 + (𝐴 − 𝑍). 𝑚𝑛 − لدينا نواة الليثيوم 𝑖𝐿 63التي تحتوي عىل 3بروتونات 𝑝𝑚 كتلة الربوتون (ت ُعطى). و 3نرتونات. 𝑛𝑚 كتلة ال ّنرتون (ت ُعطى). 𝑋𝑚 كتلة ال ّنواة (ت ُعطى). **النقص الكتيل صالح لجميع األنوية. التّدريب ()3 نواة الليثيوم 𝑖𝐿ُ 63مجتمعة. * ا ُحسب الّنقص يف الكتلة 𝑚∆ لنواة الكلور 𝑙𝐶17 36 بوحدة uثم جدها بوحدة ،MeV/c2علام أ ّن: تخ ّيل لو قمنا بتفكيك النّواة ستصبح الربوتونات mp= 1,673 × 10-27 Kg - و النرتونات ح ّرة. mn= 1,675 × 10-27 Kg - mCl= 59,711× 10-27 Kg - نواة الليثيوم 𝑖𝐿ُ 63مفكّكة. املفتاح الخامس: ''طاقة التّامسك (ال ّربط) 𝑙𝐸'' اآلن نأيت مبيزان و نضع ال ّنواة ُمجتمعة يف كفّة و ال ّنواة املفككّة إىل نكليونات ح ّرة يف كفّة أخرى. لقد قُلنا سابقا ،أنّه عندما نجمع النّكليونات يف النّواة ُص الكتلة (النّقص الكتيل 𝑚∆) لتتح ّول إىل طاقة تنق ُ نُسميها ''طاقة التامسك النووي 𝑙𝐸''. تعريف طاقة ال ّربط النّووي 𝑙𝐸 :هي الطّاقة الالّزم 𝑖𝐿𝑚 إعطاؤها للنّواة و هي ساكنة لتفكيكها إىل نكليوناتها معزولة و ساكنة ،أي هي طاقة متاسك ال ّنواة يرمز لها بـ 𝑙𝐸 𝑚∆ 𝑛𝑚 𝑍. 𝑚𝑝 + (𝐴 − 𝑍). نكليونات𝐸 2p + 2n نكليونات𝑚 نالح ُ ظ أ ّن كتلة ال ّنكليونات < كتلة ال ّنواة !! ملاذا؟ الس ّبب هو عند التحام ال ّنكليونات يف النّواة ،تنقُص الكتلة لتتح ّول إىل طاقة تجعل ال ّنكليونات ُمتامسكة مع بعضها البعض. 𝑙𝐸 𝑚∆ طاقة كتلة 4 نواة𝐸 𝑒𝐻2 نواة𝑚 amine.zeddoun و من هنا نستنتج قانون ال ّنقص الكتيل 𝑚∆ : طاقة ال ّربط لكل نكل نكليون متكّننا من معرفة 𝐸𝑙 = ∆𝑚. 𝑐 2 كبرية 𝑙𝐸 األنوية األكرث استقرارا حيث كلّام كانت حيث: 𝐴 𝐸𝑙 = (𝑍. 𝑚𝑝 + (𝐴 − 𝑍). 𝑚𝑛 − 𝑚𝑋 ). 𝑐 2 كانت ال ّنواة أكرث استقرار. 𝑝𝑚 كتلة الربوتون (ت ُعطى). التّدريب ()5 𝑛𝑚 كتلة ال ّنرتون (ت ُعطى). األقل إىل األكرث استقرارا: * رت ّب األنوية التّالية من ّ 𝑋𝑚 كتلة النّواة (ت ُعطى). 8 النّواة 56 𝑒𝐹26 238 𝑈92 140 𝐻54𝑋𝑒 1 3 𝑐 رسعة الضّ وء يف الفراغ ).(c=3×10 m/s )𝑉𝑒𝑀( 𝑙𝐸 492,24 1801,66 1164,75 8,57 𝑉𝑒𝑀 𝑙𝐸 ( )نكليون⁄ 𝐴 مالحظة ُمه ّمة ج ّدا 𝐸𝑙 (𝐽) = ∆𝑚(𝐾𝑔) × 𝑐 2 لسابع: املفتاح ا ّ 𝐸𝑙 (𝑀𝑒𝑉 ) = ∆𝑚(𝑢) × 931,5 '' ُمنحنى أستون ''Aston - عرب عن ُمنحنى أستون Aston -يُ ّ 𝑙𝐸 التّدريب ()4 لكل نكليون بقيمة سالبة طاقة ال ّربط ّ * ا ُحسب طاقة ال ّربط 𝑙𝐸 لنواة اليورانيوم 𝑈92 235 𝐴 بداللة عددها الكتيل ،Aو منُ يّ ُز فيه ()3 بوحدة MeVثم جدها بوحدة ،Jعلام أنّ : مناطق(:منحنى أستون مرفق) mp= 1,00728 u - mn= 1,00866 u - املنطقة(40 < 𝐴 < 190 :)1 mU= 234,99332 u - منطقة خاصة باألنوية األكرث استقرارا (األكرث متاسكا) املتوسطة ّ لكل نكليون كبرية قيمتها و لها طاقة ربط ّ لسادس: املفتاح ا ّ 8 MeV/nucléonمن بينها 𝑢𝐶 630و 𝑒𝐹. 560 𝑙𝐸 املنطقة(𝐴 < 40 :)2 لكل نكليون (نويّة)'' ''طاقة التّامسك (ال ّربط) 𝐴 أقل استقرارا (أنوية خفيفة) تستق ّر األنوية يف هذا املجال ّ تعريف :هي الطّاقة الالّزمة لنزع نكليون واحد من النّواة بآلية االندماج (ات ّحاد نواتني خفيفتني لتتشكّل نواة و لحسابها من ُّر عىل مرحلتني: 𝑙𝐸 و يرم ُز لها 𝐴 أكرث متاسكا). حساب طاقة ال ّربط 𝑙𝐸. املنطقة(𝐴 > 190 :)3 𝑙𝐸 األنوية يف هذا املجال غري مستق ّرة (أنوية ثقيلة) تستق ّر (𝑀𝑒𝑉⁄ نقسم طاقة ال ّربط 𝑙𝐸 عىل ،Aفنجد) : 𝐴 نكليون بآلية االنشطار(تنشطر نواة ثقيلة بقذفها بنرتون إىل نواتني أكرث متاسكا). 𝑙𝐸 الهدف منه :نُقارن به استقرار األنوية (تقع أسفل نكليونات 𝑙𝐸 البيان) ،و ي َوضّ ح لنا آلية اإلنشطار و آلية االندماج. 𝐴 amine.zeddoun نكليون 𝐸𝑙 − )نكليون(𝑀𝑒𝑉⁄ 𝐴 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 𝐴 −1 −2 −3 −4 −5 −6 −7 −8 −9 −10 للح ّد من تفاعل االنشطار نستعمل قضبان الكادميوم ) (Cdالمتصاص النّرتونات. املفتاح الثّامن: تعريف االنشطار ال ّنووي :هو تفاعل نووي ُمفتعل ''التّفاعالت ال ّنووية املفتعلة'' تندمج فيه نواتني خفيفتني لتُعطي نواة أكرث استقرارا تعريف االنشطار النّووي :هو تفاعل نووي مفتعل مع تحرير طاقة. تنشطر فيه نواة ثقيلة لتُعطي نواتني أكرث استقرارا و نرتونات 2 مع تحرير طاقة. 𝐻1 → 𝐻+ 31 4 𝑒𝐻2 𝑛+ 10 235 140 94 𝑈95 → 𝑛+ 10 𝑒𝑋54 + 𝑟𝑆38 𝑛+ 2 10 طاقة عالية 1 2 3 𝑛0 طاقة 𝐻1 𝐻1 4 𝑒𝐻2 140 إ ّن تفاعل اإلندماج هو األكرث احتامال يف مفاعالت 𝑒𝑋54 االندماج مستقبال عكس تفاعل االنشطار. طاقة 𝑛2 10 ميك ُننا أن نستنتج اآلن أ ّن األنوية الغري مستق ّرة 1 𝑛0 تتح ّول بـ( )3طرق: 235 𝑈95 94 𝑟𝑆38 تفكّكية (إصدار إشعاعات .)𝛼, 𝛽 − , 𝛽 + انشطارية. سبب اختيار ال ّنرتون 𝑛 10ألنّه متعادل كهربائيا يك ال اندماج ّية. يحدث تنافر مع ال ّنواة موجبة الشّ حنة عند قذفها به. التّدريب ()7 جعل بطيئا يك ال يخرتق النّواة. * أوجد قيم A ، y ، xو Zيف التفاعالت التّالية: يعرف تفاعل االنشطار أنّه تفاعل تسلسيل مغذّى ذاتيا ّ 235 131 حيث يفتعل ال ّنرتون االبتدايئ انشطار ال ّنواة األوىل 𝑈92 → 𝑛+ 10 𝐼53 + 102 𝑌𝑧 𝑛+ 𝑥 10 و ال ّنرتونات امل ُنبعثة من هذا االنشطار تفتعل انشطارات 2 𝐻1 → 𝐻+ 31 𝑍 𝑒𝐻2 𝑛+ 𝑦 10 أخرى و هكذا تتضاعف اآللية بشكل متسلسل. ُ 140 137 137 𝐴 ُ 𝑒𝑋54 𝑠𝐶55 → 𝑎𝐵56 + 𝑦𝑍 140 𝑒𝑋54 94 235 𝑟𝑆38 𝑈95 ُ 140 𝑒𝑋54 1 املفتاح التّاسع: 𝑛0 235 𝑈95 94 𝑟𝑆38 ''الطّاقة املح ّررة 𝑏𝑖𝑙𝐸'' 235 𝑈95 94 𝑟𝑆38 قلنا سابقا أنّ يف تفاعيل االنشطار و االندماج تتح ّرر طاقة ،نُس ّميها الطّاقة امل ُح ّررة 𝑏𝑖𝑙𝐸. amine.zeddoun طاقة حرك ّية التّدريب ()8 * ت ُعطى معادلة انشطار نظري اليورانيوم :235 235 1 140 94 𝑛2 10 ↝ 𝑏𝑖𝑙𝐸 𝑈95 + 𝑛0 → 𝑒𝑋54 + 𝑟𝑆38 + طاقة حرارية -1ا ُحسب الطّاقة املح ّررة من نواة اليورانيوم .235 (إشعاعية) بـ MeVث ّم بـ.J تفاعل االنشطار يُح ّرر طاقة ) 𝑏𝑖𝑙𝐸( -2استنتج الطاقة املح ّررة لكل نكليون. . 38 94 -3ا ُحسب النّقص الكتيل 𝑚∆ لنواة 𝑟𝑆 طاقة حركيّة تــُعطى: m(U)= 234,9935 u 𝑏𝑖𝑙𝐸 m(Xe)= 139,8920 u ↝ m(Sr)= 93,8945 u طاقة حرارية m(n)= 1,00866 u (إشعاعية) m(p)= 1,00728 u ------------------------------------ تفاعل االندماج يُح ّرر طاقة ) 𝑏𝑖𝑙𝐸( 𝑙𝐸 𝑐𝑢𝑛(𝑆𝑟) = 8,593 𝑀𝑒𝑉/ ُحسب كامييل: وت 𝐴 ُ 𝐸𝑙𝑖𝑏 = ∆𝑚. 𝑐 2 amine.zeddoun حيث: ). 𝑐 2نواتج𝑚 −متفاعالت𝑚( = 𝑏𝑖𝑙𝐸 متفاعالت𝑚 كتلة املتفاعالت (ت ُعطى). التّدريب ()9 نواتج𝑚 كتلة النّواتج (ت ُعطى). 8 * ت ُعطى معادلة اندماج الديترييوم 𝐻 21و الرثيثيوم 𝐻: 31 رسعة الضّ وء يف الفراغ ).(c=3×10 m/s 𝑐 2 𝐻1 → 𝐻+ 31 4 𝑒𝐻2 𝑛+ 10 مالحظة ُمه ّمة ج ّدا -1ا ُحسب الطّاقة املح ّررة لتفاعل االندماج. بـ MeVث ّم بـ.J 𝐸𝑙𝑖𝑏 (𝐽) = ∆𝑚(𝐾𝑔) × 𝑐 2 -2استنتج الطاقة املح ّررة لكل نكليون. ؟برر. -3من األفضل تفاعل االندماج أم االنشطار ّ 𝐸𝑙𝑖𝑏 (𝑀𝑒𝑉 ) = ∆𝑚(𝑢) × 931,5 تــعطى: ُ m( )= 2,01355 u 2 𝐻1 و ميكننا حسابُها أيضا كامييل: m( )= 3,0155 u 3 𝐻1 m( )= 4,0015 u 4 𝑒𝐻2 متفاعالت 𝑙𝐸 −نواتج 𝑙𝐸 = 𝑏𝑖𝑙𝐸 m(n)= 1,00866 u m(p)= 1,00728 u متفاعالت 𝑙𝐸 طاقة ربط املتفاعالت(ت ُعطى). نواتج 𝑙𝐸 طاقة ربط ال ّنواتج (ت ُعطى). **أحيانا ستجد يف معطيات التّمرين طاقة ال ّربط لكل نكليون تظهر 𝑏𝑖𝑙𝐸 يف شكل طاقة حرارية و طاقة حرك ّية. 𝑙𝐸 يجب أ ّوال االنتقال إىل 𝑙𝐸 بالرضب × Aثم حساب 𝑏𝑖𝑙𝐸 𝐴 يُعطى مردود املفاعل النّووي rكامييل: املفتاح العارش: كهربائية𝐸 𝑡 𝑃. ''امل ُفاعل النّووي'' =𝑟 = × 100 × 100 نوويّة𝐸 𝑏𝑖𝑙𝐸 𝑁. تعري ُف ُه :جهاز إلنتاج طاقة نووية كبرية باستخدام كميّة 𝑟 املردود(.)% 𝑃 االستطاعة ) (Wبالواط. قليلة من الوقود (مثل اليورانيوم .)U 𝑡 ال ّزمن ).(s 𝑁 عدد األنوية (نواة). 𝑏𝑖𝑙𝐸 الطّاقة املح ّررة بـ).(J ال تنىس: 𝑁 𝑚 = 𝑀 𝐴𝑁 يعتمد املفاعل ال ّنووي عىل مبدأ االنشطار ،حيث نعلم أ ّن سلبيات و إيجابيات املفاعل النّووي هذا التّفاعل تسلسيل ُمغذّى ذات ّيا.نرتون ح ّر واحد و كم ّية سلبيات املفاعل إيجابيات املفاعل هائلة من أنوية اليورانيوم Uت ُنتج لنا طاقة حرارية عالية ج ّدا و كتلة كبرية من ال ّنرتونات التي سنتعملُها يف تفاعالت أخرى استعاملُه يف صناعة األسلحة. الحصول عىل الطّاقة يف م ّدة زمن ّية قصرية. يتس ّبب يف أمراض وراث ّية بسبب الطب و اإلشعاع ّ استعامل ُه يف اإلشعاعات (ماري كوري) طاقة حرارية التّدريب ()10 عالية استخالصه عن طريق الطّرد ُ * نظري اليورانيوم 235ميكن املركزي و يُستخدم كوقود ذ ّري يف مح ّركات الغّواصات النّووية إلنتاج طاقة هائلة ناتجة عن تفاعل انشطاري ميكن منذجته باملعادلة ال ّتالية: 235 1 140 94 1 140 𝑒𝑋54 𝑛95𝑈 + 0𝑛 → 54𝑋𝑒 + 38𝑆𝑟 + 2 0 ت ُعطى الطّاقة امل ُح ّررة من هذا التّفاعل Elib=184,7 MeV 235 𝑈95 ينتج مح ّرك الغ ّواصة استطاعة تحويل P=25 MWحيث ُ - 1 املخصب 𝑈95 235 ّ يستهلك كتلة صافية mمن اليورانيوم 𝑛0 235 خالل .30 jours 𝑈95 94 𝑟𝑆38 أ -ماهي الطّاقة ال ّنووية املح ّررة من انشطار الكتلة m 235 𝑈95 السابقة التّي تستهلكها الخواصة خالل م ّدة ،30 j ّ علام أ ّن مردود هذا التّحويل r=85 %؟ مبدأ املفاعل النّووي ب -احسب قيمة الكتلة .m amine.zeddoun **تفاعل االنشطار (تفاعل تسلسيل ُمغذّى ذات ّيا).