فیزیک هسته ای

فیزیک هسته ای

زمان مطالعه: ۳ دقیقه

عناصر پرتوزا با واپاشی های سه گانه α، β و γ به عناصر دیگری تبدیل می شوند. مدت زمانی که طول می کشد تا نیمی از هسته های یک ماده پرتوزا از بین رفته و به مواد دیگری تبدیل شوند، نیمه عمر T۱/۲ نامیده می شود.

یعنی بعد از گذشت مدت زمان یک نیمه عمر، نیمی از ماده باقی خواهد ماند. به همین ترتیب با گذشت دو نیمه عمر، ۴/۱ و با گذشت سه نیمه عمر ۸/۱ ماده باقی خواهد ماند. پس می توان نتیجه گرفت بعد از گذشت n نیمه عمر، جرم باقی مانده از ماده برابر با m۰n خواهد بود. یا به بیان دیگر، کسر باقی مانده از ماده ۱/۲n خواهد بود.

با گذشت یک نیمه عمر، جرمی برابر با m۰/۲ از ماده از بین رفته است. با گذشت دو نیمه عمر، ۳m۰/۴  و با گذشت سه نیمه عمر جرمی برابر با ۷m۰/۸ در ماده از بین خواهد رفت. پس با گذشت n نیمه عمر، جرم از بین رفته از ماده برابر با ( m۰ (۱-۱/۲n و کسر از بین رفته نیز برابر با  (1-1/2n)خواهد بود.

نمودار هسته های مادر پرتوزا برحسب نیمه عمر در شکل زیر قابل مشاهده است که در این نمودار مقادیر هسته های باقی مانده بعد از گذشت زمان برحسب نیمه عمر، قابل مشاهده است.

مثال: اگر نیمه عمر ماده رادیواکتیوی برابر یک ساعت باشد، بعد از ۲ ساعت …. .

  1. ۱/۴ آن تجزیه نشده باقی می ماند.
  2. ۲)۳/۴ آن تجزیه نشده باقی می ماند.
  3. ۳) 1/8 آن تجزیه می شود.
  4. فقط نصف آن تجزیه می شود.

پاسخ: طبق اطلاعات داده شده در صورت سوال، نیمه عمر ماده یک ساعت است. که به معنای آنست که بعد از گذشت مدت زمان یک ساعت مقدار ماده موجود به نصف کاهش خواهد یافت. حال با گذشت مدت زمان ۲ ساعت، یعنی دو نیمه عمر، ۱/۴ ماده باقی و ۳/۴ آن از بین خواهد رفت. پس گزینه یک صحیح است.

مثال: از ۱۲ گرم یک ماده رادیواکتیو پس از ۱۸ روز، ۱.۵ گرم تجزیه نشده باقی مانده است. نیمه عمر این ماده چند روز است؟

  1. ۹
  2. ۶
  3. ۴
  4. ۳

پاسخ: اگر m جرم باقی مانده و m۰ جرم اولیه باشد، برای کسر باقی مانده خواهیم داشت:

۱.۵/۱۲ = ۱/۳ = ۱/۲۳ = ۱/۲n

n = 3 →

که n تعداد نیمه عمر ها است. مدت زمان نیمه عمر نیز برابر است با مدت زمان کل بر تعداد نیمه عمرها:

T1/2 = t/n = 18/3 = 6 day

پس نیمه عمر این ماده ۶ روز است.

مثال: تعداد هسته های اولیه یک ماده رادیواکتیو N۰ = ۱۶۰۰ است. اگر نیمه عمر این ماده ۶ ساعت باشد، بعد از چند ساعت ۲۰۰ هسته آن فعال باقی می ماند؟

پاسخ: باز هم  برای کسر باقی مانده داریم:

N/N۰ = ۱/۲n

→ ۲۰۰/۱۶۰۰ = ۱/۸ = ۱/ ۲۳ = ۱/۲n

n = 3

پس تعداد نیمه عمرها برابر با ۳ است.

T۱/۲ = t/n

  t = 3 ˟ ۶ = ۱۸h →

مثال: از یک ماده رادیواکتیو پس از گذشت ۵ نیمه عمر، تقریبا چند درصد از هسته های آن متلاشی شده است؟

  1. ۳
  2. ۲۵
  3. ۸۵
  4. ۹۷

با محاسبه کسر از بین رفته خواهیم داشت:

۱-۱/۲n = ۱-۱/۲۵ = ۱-۱/۳۲ ˷ ۰.۰۹۷

پس ۹۷% هسته های آن متلاشی شده و ۳%  آن باقی خواهد ماند.

شکافت هسته ای

شکافت هسته ای فرآیند تبدیل یک اتم سنگین به دو اتم سبک تر است. با شکافت هسته اتم، مقداری از جرم آن نیز به انرژی تبدیل و آزاد خواهد شد. که این انرژی در تولید برق در نیروگاه های هسته ای و یا تخریب سلاح های هسته ای و … مورد استفاده خواهد بود.

برای استفاده از نیروی هسته ای باید شکافت هسته صورت گیرد که فرآیند شکافت هسته ای با بمباران نوترونی صورت می گیرد. در واقع شکافت هسته ای زمانی رخ می دهد که نوترون با هسته اتم های سنگین (با عدد اتمی بالا) برخورد کند. در نتیجه این برخورد هسته اصلی (هسته مادر) به عناصر نامساوی و کوچک تر تبدیل می شود.

تنها عنصر شکافت پذیر طبیعی که تنها سوخت هسته ای طبیعی محسوب می شود، اورانیوم ۲۳۵  است. با برخورد یک نوترون کند به اورانیوم ۲۳۵ به عنصر ناپایدار اورانیوم ۲۳۶ تبدیل و شکافته می شود. محصولات شکافت نیز که پاره های شکافت نامیده می شوند، دو هسته دختر و تعدادی نوترون خواهند بود.  

بیشتر انرژی آزاد شده به انرژی جنبشی پاره های شکافت تبدیل می شود.

1 یک نظر

  1. sara پاسخ

    اگر نیمه عمر یک عنصر فرضی x برابر ۲ ساعت باشد پس از گذشت ۱۶ ساعت جرم هسته های باقی مانده از عنصر xبرابر با جرم هسته های تجزیه شده عنصر y باشد ، نیمه عمر عنصر فرضی y چند ساعت است ؟(جرم اولیه هسته عنصر x، صد و نود و دو برابر جرم اولیه هر هسته عنصر y است)

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *