دسته‌ها
ساختار هسته فیزیک پیش دانشگاهی فیزیک دوازدهم فیزیک هسته ای

واپاشی پرتوزای طبیعی

وقتی یک هسته اتم ناپایدار یا پرتوزا به طور طبیعی یا خود به خودی واپاشی کند،  به هسته های کوچکتر و پایدارتر تبدیل می شود. طی این فرایند جرم مجموع هسته ها پس از فرآیند، اندکی کمتر از جرم هسته قبل از واپاشی است. این اختلاف جرم به صورت ذرات یا فوتون های پر انرژی آزاد می شود.  این فرایند واپاشی پرتوزا ، پرتوزایی طبیعی نامیده می‌شود.

انواع پرتوزایی طبیعی

در پرتو زایی طبیعی سه نوع پرتو ایجاد می‌شود : پرتوهای آلفا، پرتوهای بتا و پرتوهای گاما.

پرتوهای آلفا کمترین نفوذ را دارند و با ورقه نازک سربی با ضخامت ناچیز (تقریبا ۰٫۰۱ نانومتر) متوقف می شوند در حالی که پرتوهای بتا مسافت خیلی بیشتری (تقریبا ۰٫۱ نانومتر) را در سرب نفوذ می‌کنند. پرتوهای گاما بیشترین نفوذ را دارند و می‌توانند از ورق های سربی به ضخامت قابل ملاحظه (تقریبا ۱۰۰ نانومتر) بگذرند.

 در تمام فرایندهای واپاشی پرتوزا مشاهده شده است که تعداد نوکلئون ها در طی فرایند واپاشی هسته ای پایسته است. یعنی تعداد نوکلئون های قبل  از واپاشی با تعداد نوکلئون ها بعد از واپاشی مساوی است.

ph3 s6 Decay 01 واپاشی پرتوزای طبیعی

 واپاشی آلفا

در این نوع واپاشی که در هسته های سنگین اتفاق می افتد، هسته با گسیل ذره α واپاشی می کند. ذرات آلفا پایدار هستند و جنس هسته اتم هلیوم (He : Z=2, A=4)   هستند که دارای دو پروتون و دو نوترون است و دو بار الکتریکی مثبت دارد.  واپاشی آلفا به صورت زیر است:

ph3 s6 Decay 02 واپاشی پرتوزای طبیعی

در این رابطه ‏ X هسته مادر و Y هسته دختر نامیده می شود. عدد اتمی هسته دختر ۲ عدد و عدد جرمی هسته دختر ۴ عدد از عدد اتمی و جرمی هسته مادر کمتر است.

شکل زیر مثالی از واپاشی آلفا برای اورانیوم ۲۳۸ را نشان می دهد که به طور طبیعی رخ می دهد.

ph3 s6 Decay 03 واپاشی پرتوزای طبیعی

معادله این واپاشی به صورت زیر است:

ph3 s6 Decay 04 واپاشی پرتوزای طبیعی

ذره های آلفا سنگین هستند و بار مثبت دارند.  برد این ذره ها کوتاه است. این ذرات پس از طی مسافت کوتاهی در هوا و یا با عبور از لایه ای نازک از مواد جذب می شوند.

ph3 s6 Decay 05 واپاشی پرتوزای طبیعی

اگر این ذره ها از راه تنفس یا دستگاه گوارش وارد بدن شوند باعث آسیب جدی به بافت‌های بدن می‌شود. بنابراین باید مراقب بود که مواد آلفازا وارد بدن نشود.

از واپاشی آلفا در آشکارساز های دود و اعلام خطر در منازل و ساختمان ها استفاده می شود.

واپاشی بتا (الکترون)

متداول‌ترین نوع واپاشی در هسته ها است و ذرات گسیل شده در این واپاشی را ذرات β می نامند. این ذرات الکترون اند و به همین دلیل این واپاشی را واپاشی (β) نامیدند.

الکترونی که در این واپاشی گسیل می شود، در هسته مادر وجود ندارد و همچنین یکی از الکترون های مداری اتم هم نیست. این الکترون وقتی به وجود می‌آید که نوترونی درون هسته به پروتون و الکترون تبدیل شود.  فرایند واپاشی به صورت زیر بیان می شود.

ph3 s6 Decay 06 واپاشی پرتوزای طبیعی

البته در این واپاشی ذره ای به نام پادنوترینو نیز بوجود می آید که از نوشتن آن صرف نظر کردیم.

شکل زیر واپاشی (β) برای توریم ۲۳۴ را نشان می دهد که به طور طبیعی رخ می دهد.

ph3 s6 Decay 07 واپاشی پرتوزای طبیعی

واپاشی بتا (پوزیترون)

در نوعی دیگر از فرایند واپاشی بتا ذره گسیل شده توسط هسته جرم یکسان با الکترون دارد ولی به جای بار-e بار+e دارد. به این الکترون مثبت، پوزیترون میگویند و با (β+)  یا (e+)  نمایش می دهند.

در واقع آنچه از واپاشی رخ می دهد این است که یکی از پروتون های درون هسته به یک نوترون و یک پوزیترون تبدیل می‌شود و سپس این پوزیترون از هسته گسیل می شود. فرایند واپاشی به صورت زیر است:

ph3 s6 Decay 08 واپاشی پرتوزای طبیعی

البته در این واپاشی ذره ای به نام نوترینو نیز بوجود می آید که از نوشتن آن صرف نظر کردیم.

در شکل زیر می توانید تفاوت این دو واپاشی را مشاهده کنید.

ph3 s6 Decay 09 واپاشی پرتوزای طبیعی

واپاشی گاما

اغلب هسته‌ها پس از واپاشی آلفا یا بتا در حالت برانگیخته قرار می گیرند و با گسیل فوتون های پر انرژی یعنی پرتوهای گاما به حالت پایه میرسند.

در این فرایند A و Z  تغییر نمی کنند بلکه هسته برانگیخته که با علامت * مشخص شده است با گسیل پرتو گاما به حالت پایه می‌رسد. واپاشی گاما به صورت زیر بیان می شود.

ph3 s6 Decay 10 واپاشی پرتوزای طبیعی

در شکل زیر هسته برانگیخته توریم با واپاشی گاما به حالت پایه می رود.

ph3 s6 Decay 11 واپاشی پرتوزای طبیعی

از پرتوهای گاما در جراحی غده های خوشخیم و سرطانی و همچنین رفع نقص ها در رگ های خونی استفاده می شود.


ویدیو آموزشی

ویدیو آموزشی زیر را در مورد انواع واپاشی ها که توسط استاد مصطفی کبیری اماده شده است، را مشاهده کنید.

مشاهده در یوتیوب | مشاهده در آپارات


تمرین های زیر را با این نکته که تعداد پروتون ها و نوترون ها در دو طرف واکنش پایسته می ماند، حل کنید.

تمرین های واپاشی پرتوزا

تمرین ۱: یک هسته آمرسیم (۲۴۱) ، با تابش یک ذره آلفا واپاشیده شده و به یک ایزوتوپ نپتونیم طبق رابطه زیر تبدیل می شود. تعدا نوترونهای این ایزوتوپ نپتونیم چقدر است؟

ph3 s6 Decay 12 واپاشی پرتوزای طبیعی

تمرین ۲: اگر هسته عنصر لیتیم (Z=3, A=8) یک پرتو آلفا و همزمان یک ذره بتا (الکترون) گسیل کند،  به چه عنصری تبدیل می شود.

تمرین ۳: جاهای خالی در فرایندهای واپاشی زیر پر کنید.

ph3 s6 Decay 13 واپاشی پرتوزای طبیعی

تمرین ۴: در واکنش هسته ای زیر مقدار N و M را بدست آورید.

ph3 s6 Decay 16 واپاشی پرتوزای طبیعی

تمرین ۵: در واکنش زیر تعداد نوکلئون های Y چقدر است؟

ph3 s6 Decay 15 واپاشی پرتوزای طبیعی

دانلود جزوه واپاشی پرتوزا به همراه حل تمرین ها

دانلود پاورپوینت تدریس

به سبد خرید شما اضافه شد.

به سبد خرید شما اضافه شد.

تعداد اسلاید: ۱۴

حجم فایل: ۱٫۲ مگابایت

فونت: B Koodak

قابل ویرایش می باشد.


از کبیری

مصطفی کبیری کناری متولد سال ۱۳۶۷ در شهرستان فریدونکنار (استان مازندران) ، دبیر فیزیک دبیرستان های شهرستان کلاردشت با سوابق تحصیلی کارشناسی رشته دبیری فیزیک در دانشگاه مازندران و کارشناسی ارشد فیزیک حالت جامد در دانشگاه تربیت مدرس تهران (نا تمام) هستم . هدف از ایجاد این سایت برای من ، ایجاد یک محیطی آموزشی کارآمد است که در آن دانش آموزان بتوانند فیزیک را به صورت پایه ای و مفهومی بیاموزند .

دیدگاهتان را بنویسید

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