مسائل تدريبية ص 193
السؤال : الأعداد الكتلية لنظائر اليورانيوم هي 234 ، 235 ، 238 . والعدد الذري لليورانيوم هو 92 . ما عدد نيوترونات نواة كل نظير ؟
الجواب :
عدد النيوتورونات = A-Z
نيوترونا 234-92=142
نيوترونا 235-92=143
نيوترونا 238-92=146
السؤال : العدد الكلي لنظير الأوكسجين 15 . ما عدد نيوترونات نواة هذا النظير ؟
الجواب : نيوترونا A-Z=15-8=7
السؤال : ما عدد نيوترونات نظير الزئبق Hg 80 200 ؟
الجواب :نيوترونا A-Z = 200 -80 =120
السؤال : اكتب رموز نظائر الهيدروجين الثلاثة التي تحتوي على صفر ، وواحد ، واثنين من النيوترونات .
الجواب :
مسائل تدريبية ص197
السؤال : استخدم القيم المبينة لحل المسائل التالية :
كتلة الهيدروجين = 1.007825 u ، وكتلة النيوترون = 1.008665 u ، و lu= 931.49 MeV
السؤال : كتلة نظير الكربون 12 6 C 12.000 u . احسب :
a. فرق الكتلة .
b. طاقة الربط النووية بوحدة MeV .
الجواب :
a.
b. طاقة الربط النووية = ( نقص الكتلة ) ( طاقة الربط النووية لـ Iu ) =
( -0.098940u) ( 931.40MeV/u) =-92.161MeV
السؤال : نظير الهيدروجين الذي يحتوي على بروتون واحد ونيوترون واحد يسمى ديوتيريوم ، كتلة ذرته 2.014102 u . ما مقدار :
a. نقص كتلته .
b. طاقة الربط للديوتيريوم بوحدة MeV ؟
الجواب :
a.
b.
السؤال : يحتوي نظير النيوتروجين 15 7 N على سبعة بروتونات وثمانية نيوترونات ، زكتلته 15.010109 u . احسب :
a. فرق الكتلة لهذه النواة .
b. طاقة الربط النووية لهذه النواة .
الجواب :
a.
b.
السؤال : إذا كانت الكتلة النووية لنظير الأكسجين 16 8 O تساوي 15.994915 u . احسب :
a. فرق الكتلة لهذا النظير ؟
b. طاقة الربط النووية لهذا النظير ؟
الجواب :
a.
b.
مراجعة
السؤال : الأنوية لاحظ أزواج الأنوية التالية : 12 6 C ، 13 6 C ، 11 6 C ، 11 5 B . فيم يتشابه كل زوج منها ، وفيم يختلف ؟
الجواب : الزوج الأول له عدد البروتونات نفسه وعدد مختلف من النيوكليونات . الزوج الثاني له العدد نفسه من النيوكليونات و عدد مختلف من البروتونات .
السؤال : طاقة الربط النووية عندما يضمحل نظير التريتيوم 3 1 H فإنه يطلق جسيم بيتا ويصبح 3 2 He . أي نواة تتوقع أن يكون لها أكبر طاقة ربط نووية سالبة ؟
الجواب : نواة التريتيوم ، لأن التريتيوم يطلق جسما له كتلة وطاقة حركية نتيجة لاضمحلاله .
السؤال : الطاقة النووية القوية مدى الطاقة النووية القوية قصير جدا ، بحيث إن النيوكليونات القريبة جدا بعضها من بعض تتأثر بهذه القوة . استخدم هذه الحقيقة في تفسير سبب تغلب قوة التنافر الكهرومغناطيسية على قوة التجاذب القوية في الأنوية الثقيلة ، مما يجعل النواة غير مستقرة .
الجواب : للقوة الكهربائية مدى كبير ، لذلك فإن جميع البروتونات تتنافر معا حتى في الأنوية الثقيلة . أما القوة القوية فلها مدى قصير ، لذلك فإن البروتونات المتجاورة فقط تتجاذب . وتزداد قوة التنافر بزيادة حجم النواة ، وبمعدل أسرع من القوة القوية .
السؤال : فرق الكتلة أي النواتين في المسالة 10 لها نقص كتلة أكبر ؟
الجواب : نواة التريتيوم .
السؤال : فرق الكتلة وطاقة الربط إذا علمت أن كتلة نظير الكربون المشع 14 6 C تساوي 14.003074 u .
a. فما مقدار فرق الكتلة لهذا النظير ؟
b. وما مقدار طاقة الربط النووية لهذا النظير ؟
الجواب :
a.
b.
السؤال : التفكير الناقد في النجوم المتقدمة في العمر ، لاينتج فقط الهيليوم والكربون عن طريق اتحاد أنوية مترابطة معا بشدة ، ولكن ينتج أيضا الأكسجين (Z=8) والسيليكون (Z=14) . ما العدد الذري للنواة الثقيلة التي يمكن أن تتكون بهذه الطريقة ؟ فسر .
الجواب : العدد الذري للنواة الثقيلة هو 26 ، وهو الحديد ، لأن طاقة الربط النووية لها أكبر.
مسائل تدريبية ص201
السؤال : اكتب المعادلة النووية لتحول نظير اليورانيوم المشع ، 234 92 U إلى نظير الثوريوم 230 90 Th بانبعاث جسيم ألفا .
الجواب :
السؤال : اكتب المعادلة النووية لتحول نظير الثوريوم المشع 230 90 Th إلى نظير الراديوم المشع 226 88 Ra ، بانبعاث جسيم ألفا .
الجواب :
السؤال : اكتب المعادلة النووية لتحول نظير الراديوم المشع 226 88 Ra إلى نظير الرادون 222 86 Rn ، بانبعاث جسيم a .
الجواب :
السؤال : يمكن ان يتحول نظير الرصاص المشع 214 82 Pb إلى نظير البزموث المشع 214 83 Bi ، بانبعاث جسيم بيتا ونيوترينو . اكتب المعادلة النووية
الجواب :
السؤال : يحدث اضمحلال لنظير الكربون المشع 14 6 C عندما ينبعث منه جسيم بيتا فيتحول على نظير النيتروجين 14 7 N . اكتب المعادلة النووية التي توضح ذلك
الجواب :
مسائل تدريبية ص201
السؤال : استخدم الجدول الدوري لإكمال المعادلتين النوويتين التاليتين :
الجواب :
a.
b.
السؤال : اكتب المعادلة النووية لتحول نظير السيبورجيوم 263 106 Sg إلى نظير جديد وجسيم ألفا .
الجواب :
السؤال : اصطدم بروتون بنظير النيوتروجون 15 7 N ، فتكون نظيرجديد وجسيم ألفا . ما النظير الناتج ؟ اكتب معادلة نووية تبين ذلك .
الجواب :
السؤال : اكتب المعادلات النووية لاضمحلال بيتا للنظائر التالية :
الجواب :
مسائل تدريبية
ارجع إلى الشكل 7-4 والجدول 7-2 لحل المسائل التالية :
السؤال : تولدت عينة تريتيوم 3 1 H كتلتها 1.0 g . ما كتلة التريتيوم التي تتبقى بعد مرور24.6 سنة ؟
الجواب :
السؤال : عمر النصف لنظير النبتونيوم 238 93 Np هو 2.0 يوم . فإذا أنتجت عينة كتلتها 4.0 g من النبتونيوم يوم الإثنين ، فما الكتلة التي ستبقى منه يوم الثلاثاء من الأسبوع التالي ؟
الجواب :
السؤال : تم شراء عينة لإجراء من البولونيوم 210 بتاريخ 1/9 ، وكان نشاطها الإشعاعي 2x106 Bq. استخدمت العينة لإجراء تجربة في 1/6 من السنة التالية . ما النشاط الإشعاعي المتوقع للعينة ؟
الجواب :
السؤال : استخدم التريتيوم 3 1 H في البداية في بعض ساعات اليد لتوليد التوهج الفلوري ، لكي تستطيع قراءة الوقت في الظلام . إذا كان سطوع التوهج يتناسب طرديا مع النشاط الإشعاعي للتريتيوم ، فكيف يكون سطوع هذه الساعة ، بالمقارنة مع سطوعها الأصلي عندما يكون عمر الساعة ست سنين ؟
الجواب : ست سنوات تساوي نصف فترة عمر النصف للتريتيوم الذي عمر النصف له 12.3 سنة .لذلك فإن التوهج يساوي (½)½ أو 7/10 تقريبا من التوهج الاصلي
مراجعة
السؤال : اضمحلال بيتا كيف يمكن إطلاق إلكترون من النواة في اضمحلال بيتا إذا لم تحتو هذه النواة على الإلكترونات ؟
الجواب :يتحول النيوترون في النواة إلى بروتون ويطلق إلكترون ( بيتا ) و أنتينيوترينو .
السؤال : التفاعلات النووية يخضع نظير البولونيوم 210 84 Po لاضمحلال الفا . اكتب معادلة التفاعل .
الجواب :
السؤال :عمر النصف استخدم الشكل 7-4 و الجدول 7-2 لتقدير عدد الأيام اللازمة لانخفاض نشاطية نظير اليود 131 53 I إلى ثلاثة أثمان الكمية الأصلية .
الجواب : من خلال الرسم البياني ، يتبقى 3/8 بعد مرور 1.4 عمر نصف . ومن الجدول عنر النصف يساوي 8.07 أيام ، لذلك يحتاج إلى 11 يوما .
السؤال : المفاعل النووي يستخدم الرصاص واقيا من الإشعاع . لماذا لا يمكن اعتباره خيارا جيدا ليكون مهدئا في المفاعل النووي ؟
الجواب : يستخدم الرصاص درعا إشعاعيا ، لأنه يمتص الإشعاع متضمنا النيوترونات ، بينما المهدي يجب فقط أن يبطئ سرعة النيوترونات حتى يمكن أن تمتص بواسطة المواد الانشطارية .
السؤال : الاندماج النووي يحتوي تفاعل اندماجي واحد على نواتي ديوتيريوم 2 1 H ، ويحتوي جزيء الديوتيريوم على ذرتي ديوتيريوم . لماذا لا تتعرض الذرتان لعملية الاندماج ؟
الجواب : لأن الانوية يجب أن تتحرك داخل الجزئ بسرعة كبيرة جدا حتى تخضع للاندماج ، وهذا لا يمكن أن يحدث .
السؤال : طاقة احسب الطاقة المتحررة في أول تفاعل نووي اندماجي في الشمس .
1 1 H + 1 1H –> 2 1 H + 0 +1 e + 0 0 V
الجواب :
السؤال : التفكير الناقد تستخدم بواعث ألفا في كواشف التدخين . فيوضع باعث على أحد ألواح المكثف . وتصطدم جسيمات ألفا باللوح الآخر ، ونتيجة لذلك يتولد فوق في الجهد بين اللوحين . فسر وتوقع أي اللوحين يكون له جهد موجب أكبر .
الجواب : اللوح الذي يصتعرض للقذائف جسيمات ألفا يكون له جهد موجب كبير ، لأن جسيمات ألفا موجبة تحرك الشحنة الموجبة من لوح الباعث إلى لوح الذي يتعرض للقذف .
السؤال : كتلة البروتون 1.67x10-27 kg .
a. أوجد الطاقة المكافئة لكتلة البروتون بوحدة الجول .
b. حول هذه القيمة إلى وحدة eV.
c. أوجد الطاقة الكلية الأصغر لأشعة جاما التي يمكن أن تؤدي إلى تكون زوج من البروتون وضديد البروتون
الجواب :
a-
b-
c- الطاقة الكلية الصغرى لاشعة جاما تساوي ضعف طاقة البرتون
(2) (9.36×10ev ) =1.87×10ev
السؤال : يمكن لكل من البوزترون والإلكترون أن يفني أحدهما الآخر ، وينتج ثلاثة إشعاعات جاما . تم الكشف عن اثنين من إشعاعات جاما ، فكانت طاقة أحدهما 225 keV و طاقة الآخر 357 keV . ما طاقة إشعاع جاما الثالث ؟
الجواب : كما ظهر في الدرس فغن الطاقة المكافئة لكل من البوزترون تساوي 1.02evلذا فطاقة إشعاع جاما الثالث تساوي
1.02Mev-0.357Mev=0.438Mev
السؤال : كتلة النيوترون 1.008665 u .
a. أوجد الطاقة المكافئة لكتلة النيوترون بوحدة MeV .
b. أوجد الطاقة الكلية الصغرى لأشعة جاما التي يمكن أن تؤدي إلى تكون زوج من النيوترون وضديد النيوترون
الجواب :
السؤال : كتلة الميون 0.1135 u ، وهو يضمحل إلى إلكترون ونيوترينونين . ما مقدار الطاقة الناتجة عن هذا الاضمحلال ؟
الجواب :
السؤال : قذف النواة لماذا يحتاج البروتون إلى طاقة أكثر من النيوترون عندما يستخدم لقذف النواة ؟
الجواب : لأن كلا من البروتون والنواة له شحنة موجبة فهما يتنافران . ويجب أن يكون للبروتون طاقة حركية كافية للتغلب على طاقة الوضع الناتجة عن التنافر . في حين لا يتأثر النيوترون بقوة التنافر هذه .
السؤال : مسارع الجسيمات تتحرك البروتونات في مسارع نختبر فيرمي الشكل 7-11 في اتجاه عكس عقارب الساعة . ما اتجاه المجال المغناطيسي في مغانط الثني ؟
الجواب : يكون اتجاهها إلى أسفل ، في اتجاه داخل الأرض .
السؤال : إنتاج الزوج يوضح الشكل 7-18 إنتاج أزواج الإلكترون – البوزترون . لماذا تنثني مجموعة المسارات السفلية أقل من انثناء زوج من المسارات العلوية ؟
الجواب : لأن لزوج الإلكترون / البوزترون في الأسفل أكبر طاقة حركية , وبالتالي تكون لهما أكبر سرعة .
السؤال : النموذج المعياري ابحث في محددات النموذج المعياري والبدائل المحتملة .
الجواب : في النموذج المعياري العديد من المعطيات تم الحصول عليها فقط من خلال التجارب ، فجسيمات هيجز التي حددت مقياس الطاقة لمجموعة لم يتم الععثور عليها . وهذه النتائج لم تكون نظرية ولم تكتمل ، ويعد كل من التماثل الأقصى ونظرية الوتر هما البدائل الممكنة .
السؤال : التفكير الناقد تأمل المعادلتين التاليتين :
W+ à e+ + v , uà d+ W+
كيف يمكن استخدامها لتفسير الاضمحلال الإشعاعي للنيوكليون الذي ينتج عن انبعاث البوزترون والنيوترينو ؟ اكتب المعادلة التي تتضمن نيوكليونات بدلا من الكواركات .
الجواب : لأن البروتون له كوارك u واحد أكثر مما يحتويه النيوترون فإن المعادلة ستكون على النحو التالي : 1 1 P à 1 0 n + 0 +1 e + 0 0 V
التقويم
السؤال : نظم المصطلحات التالية في خريطة المفاهيم : النموذج المعياري ، أشعة جاما ، حاملات القوة ، البروتونات ، النيوترونات ، اللبتونات ، بوزونات W ، نيوترينات ، إلكترونات ، جلونات .
الجواب :
اتقان المفاهيم
السؤال : ما القوة التي تدفع النيوكليونات داخل النواة ليبتعد بعضها عن بعض ؟ وما القوة التي تعمل على ربط مكونات النواة معا داخل النواة ؟
الجواب : القوة التي تدفع النيوكليونات داخل النواة ليبتعد بعضها عن بعض هي قوة التنافر الكهربائية ، والقوة التي تعمل على ربط مكونات النواة معا داخل النواة هي القوة النووية القوية .
السؤال : عرف فرق كتلة النواة . ما سببها ؟
الجواب : فرق ( نقص ) الكتلة هو الفرق بين مجموعة كتل الجسيمات المنفردة للنواة وكتلة النواة . ويرتبط مع طاقة الربط النووية من خلال المعادلة : E = mc2 .
السؤال : أي الأنوية أكثر استقرارا عموما : الصغيرة أم الكبيرة ؟
الجواب : تكزن الأنوية الثقيلة غير مستقرة بصورة عامة ، لأن الأعداد الكبيرة من البروتونات يجعل قوة التنافر الكهربائية تتغلب على القوة النووية القوية .
السؤال : ما النظير الذي له عدد أكبر من البروتونات : اليورانيوم – 235 أم اليورانيوم – 238 ؟
الجواب : كلاهما له العدد نفسه من البروتونات .
السؤال : عرف مفهوم الاضمحلال ، كما يستخدم في الفيزياء ، واذكر مثالا عليه .
الجواب : الاضمحلال هو عملية تحول عنصر ما إلى عنصر آخر بواسطة التفاعل النووي . فمثلا ، يضمحل U-238 إلى Th -234 وجسيم ألفا .
السؤال : الجسيم المشع ما الأسماء الشائعة لكل من جسيم ألفا ، وجسيم بيتا ، وإشعاع جاما .؟
الجواب : يسمى جسيم a نواة الهيليوم ، ويسمى جسيم B إلكترون ، ويسمى r فوتون ذو طاقة عالية .
السؤال : ما الكميتان اللتان يجب أن تكونا محفوظتين دائما في أي تفاعل نووي ؟
الجواب :العدد الذري لحفظ الشحنة ، العدد الكتلي لحفظ عدد النيوكليونات .
السؤال : الطاقة النووية ما سلسلة العمليات التي يجب أن تحدث حتى التفاعل المتسلسل ؟
الجواب :يجب أن تتحرر كثير من النيوترونات بواسطة النواة المنشطرة وتمتص من قبل الأنوية المجاورة ، مما يجعلها تنشطر .
السؤال : الطاقة النووية ما الدور الذي يؤديه المهدئ في مفاعل الانشطار ؟
الجواب : يبطئ المهدئ النيوترونات السريعة ، مما يزيد من احتمالية امتصاصها .
السؤال : الانشطار النووي والاندماج النووي عمليتان متعاكستان . كيف يحرر كل منهما الطاقة ؟
الجواب : عندما تخضع ذرة كبيرة لانشطار نووي فإن كتلة النواتج تكون أقل من كتلة النواة الأصلية ، وكمية الطاقة المكافئة لفرق الكتلة تتحرر . عندما تندمج الأنوية الصغيرة مكونة أنوية أكبر تكون الكتلة الأكبر أكثر تماسكا من النواة الأقل كتلة ، والكتلة الزائدة تظهر على شكل طاقة .
السؤال : فيزياء الطاقة القوية لماذا لا يعمل المسارع الخطي بالنيوترونات ؟
الجواب : لأن المسارع الخطي يسرع الجسيمات المشحونة باستخدام القوة الكهربائية ، في حين النيوترونات لا تحمل شحنة كهربائية .
السؤال : القوى في أي التفاعلات الأربعة التالية ( القوية ، الضعيفة ، الكهرومغناطيسية ، التجاذب ) تشارك الجسيمات التالية ؟
a. إلكترون
b. بروتون
c. نيوترونو
الجواب :
a. الكهرومغناطيسية ، القوة الضعيفة ، الجاذبية .
b. القوة القوية ، الكهرومغناطيسية ، الجاذبية .
c. القوة الضعيفة .
السؤال : ماذا يحدث للعدد الذري والعدد الكتلي للنواة التي تشع بوزترونا ؟
الجواب : يقل العدد الذري بمقدار 1 ، ولا تغيير على العدد الكتلي . ZàZ-1 , Aà A .
السؤال : . ضديد المادة ماذا يحدث إذا سقط حجر نيزكي يتكون من ضديد بروتونات ، وضديد نيوترينو وبوزترونات على الأرض ؟
الجواب : تفنى وكمية مكافئة من المادة ينتج كمية كبيرة من الطاقة .
تطبيق المفاهيم
السؤال : الانشطار يدعى أحد المواقع الإلكترونية أن العلماء سيكونون قادرين على إخضاع الحديد للانشطار النووي . هل يمكن أن يكون هذا الادعاء صحيحا ؟ فسر .
الجواب :هذا الادعاء ليس صحيحا ، فالحديد من أكثر المعادن ترابطا . لذا فإن نواته أكثر استقرارا ، ولا تتمكن من الاضمحلال سواء عن طريق الانشطار أو الاندماج .
السؤال : استخدم الرسم البياني لطاقة الربط لكل نوية في الشكل 7-2 لتحديد ما إذا كان التفاعل 2 1 H + 1 1 H à 3 2 H ممكنا من حيث الطاقة ؟
الجواب : طاقة الربط الابتدائية أقل من طاقة الربط النهائية ، لذلك فإن التفاعل ممكن بفاعلية كبيرة .
السؤال : النظائر وضح الفرق بين النظائر المشعة التي تنتج اصطناعيا وتلك التي تنتج طبيعيا .
الجواب : المادة المشعة الطبيعية هي تلك المادة التي توجد في الخدمات الطبيعية وهي مشعة طبيعيا . في حين تشع النظائر المشعة الاصطناعية بعد خضوعها للاضمحلال الإشعاعي الناتج عن قذفها بواسطة الجسيمات .
السؤال : المفاعل النووي في المفاعل النووي ، يتدفق الماء الذي يعبر من قلب المفاعل خلال حلقة واحدة ، بينما يتدفق الماء الذي يولد البخار لتحريك التوربينات خلال الحلقة الثانية . لماذا توجد حلقتان ؟
الجواب :في الحلقة الأولى فإن الماء الذي يتدفق من خلال القلب يكون عند ضغط عال ، لذلك فإنه لا يغلي . في حين تحمل الحلقة الثانية المادة عند ضغط منخفض منتجة البخار .
السؤال : انشطار نواة اليورانيوم واندماج أنوية الهيدروجين الأربعة لإنتاج نواة الهيليوم كلاهما ينتجاه طاقة .
a. أيهما ينتج طاقة أكبر ؟
b. في أي الحالتين التاليتين تكون الطاقة الناتجة اكبر : انشطار كيلوجرام واحد من أنوية اليورانيوم ، أم اندماج كيلوجرام من الهيدروجين ؟
c. لماذا تختلف إجابة الجزأين a ، b ؟
الجواب :
a. كما ظهر في الدرس فإن الطاقة الناتجة من عملية انشطار نواة اليورانيوم هي 200 MeV . في حين الطاقة الناتجة من عملية اندماج اربع ذرات هيدروجين هي 24 MeV .
b. العدد الكتلي لليورانيوم القابل للانشطار هو 235 ، في حين العدد الكتلي للهيدروجين هو 1 . فلكتلة متساوية من العنصرين يجب أن تكون نوى الهيدروجين 235 مرة قدر نوى اليورانيوم وفي حالة الانشطار فإن كل نواة يورانيوم تنتج 200 eV من الطاقة . في حين ينتج اندماج 238 من نوى الهيدروجين لإنتاج نوى الهليوم طاقة تساوي (238/4)(24 eV) ، أو حوالي 1440 إلكترون فولت من الطاقة . أي أن اندماج كيلوجرام من الهيدروجين يعطي طاقة أكبر .
c. لأنه على الرغم من أن انشطار نواة يورانيوم واحدة تنتج طاقة أكبر من اندماج أربعة أنوية هيدروجين لإنتاج الهيليوم ، فهناك عدد من أنوية الهيدروجين في الكيلوجرام الواحد أكثر 200 مرة من عدد أنوية اليورانيوم الموجودة في الكيلوجرام .
اتقان حل المسائل
7-1 النواة
السؤال : ما الجسيمات التي تكون ذرة 109 47 Ag ؟ و ما عدد كل منه ؟
الجواب : 47 إلكترونا ، 47 بروتونا ، 62 نيوترونا .
السؤال : ما رمز النظير ( الذي يستخدم في التفاعلات النووية ) لذرة زنك مكونة من 30 بروتونا و 34 نيوترونا ؟
الجواب : 64 30 Zn
السؤال : نظير الكبريت 32 10 S له كتلة نووية مقدارها 31.97207 u ما مقدار :
a. فرق الكتلة للنظير ؟
b. طاقة الربط النووية لنواة الكبريت ؟
c. طاقة الربط لكل نيوكليون ؟
الجواب :
السؤال : لنظير النيتروجين 12 7 N كتلة نووية مقدارها 12.0188 u ما مقدار :
a. طاقة الربط لكل نيوكليون ؟
b. أيهما يحتاج إلى طاقة أكبر : فصل النيوكليون من نواة 12 7 N ، أو من نواة 14 7 N ؟ علما لأن كتلة 14 7 N تساوي 14.00307 u .
الجواب :
السؤال : يبتعد بروتونان موجبا الشحنة في نواة الهيليوم أحدهما عن الآخر مسافة 2.0x10-15 m تقريبا . استخدم قانون كولوم لإيجاد القوة الكهربائية للتنافر بين البروتونين . سوف تعطيك الإجابة مؤشرا عن مقدار القوة النووية القوية .
الجواب :
السؤال : إذا كانت طاقة الربط النووية لنواة الهيليوم 42 He - 28 .3 MeV فاحسب كتلة نظير الهيليوم بوحدة الكتلة الذرية .
الجواب :
7-2 الاضمحلال النووي والتفاعلات النووية
السؤال : اكتب المعادلة النووية الكاملة لاضمحلال ألفا للنظير 222 86 Rn .
الجواب :
السؤال : اكتب المعادلة الكاملة لاضمحلال بيتا للنظير 89 36 Kr .
الجواب :
السؤال : أكمل المعادلات النووية التالية :
الجواب :
السؤال : عمر النصف لنظير معين 3.0 أيام . ما النسبة المئوية للمادة الأصلية التي ستبقى بعد :
a. 6.0 أيام ؟
b. 9.0 أيام ؟
c. 12 يوما ؟
الجواب :
السؤال : في إحدى حوادث مختبر أبحاث ، انسكب نظير مشع عمر النصف له ثلاثة أيام . وكان الإشعاع ثمانية أضعاف الكمية العظمى المسموح بها . كم يجب أن ينتظر العاملون قبل أن يستطيعوا الدخول إلى المختبر ؟
الجواب : لكي تنخفض النشاطية الإشعاعية على 1/8 الكمية الأصلية ، يجب أن ينتظروا ثلاثة أعمار نصف ، أي 9 أيام .
السؤال : عندما يقذف نظير البورون 11 5 B ببروتونات فإنه يمتص بروتونا ويطلق نيوترونا .
a. ما العنصر المتكون ؟
b. اكتب المعادلة النووية لهذا التفاعل .
c. النظير المتكون مشع ويضمحل بانبعاث بوزترون . اكتب المعادلة النووية الكاملة لهذا التفاعل
الجواب :
a. الكربون 11 6 C
السؤال : حررت القنبلة الذرية الأولى طاقة تعادل
2.0x101 كيلو طن من مادة TNT يكافئ 5.0 x1012 j . وكان اليورانيوم – 235 يحرر ذرة / 3.21x10-11 j ، فكم كانت كتلة اليورانيوم 235 التي خضعت للانشطار لتوليد طاقة القنبلة ؟
الجواب :
السؤال : خلال تفاعل الاندماج يتحدد ديوترونان 2 1 H لتكوين نظير الهيليوم 3 2 He . ما الجسم الآخر الذي تكون ؟
الجواب :
السؤال : عمر النصف لنظير البولونيوم 209 84 Po 103 سنة . كم تستغرق عينة 100 g حتى تضمحل ليبقى منها 3.1 g ؟
الجواب :
7-3 وحدات بناء المادة
السؤال : ما شحنة الجسيم الذي يتكون من ثلاثة كواركات علوية ؟
الجواب :
السؤال : شحنة ضديد الكوارك معاكسة لشحنة الكوارك . يتكون البيون من كوارك علوي ومن ضديد الكوارك السفلي ud. ما شحنة هذا البيون ؟
الجواب :
السؤال : تتكون البيونات من كوارك وضديد الكوارك . أوجد شحنة البيون الذي يتكون من :
a. UU
b. dU
c. dd
الجواب :
السؤال : الباريونات جسيمات تتكون من ثلاثة كواركات . أوجد الشحنة على كل من الباريونات التالية :
a. نيوترون ddu .
b. ضديد بروتون uud .
الجواب :
السؤال : نصف قطر السنكروترون في مختبر فيرمي 2.0 km ، وتتحرك البروتونات التي سرعة الضوء في الفراغ تقريبا .
a. ما الفترة الزمنية التي يحتاج إليها البروتون حتى يكمل دورة كاملة .
b. تدخل البروتونات الحلقة بطاقة 8.0 GeV فتكتسب طاقة 2.5 MeV في كل دورة . ما عدد الدورات التي يجب أن يكملها قبل أن تصل طاقتها إلى 400.0 GeV ؟
c. ما الفترة الزمنية التي تحتاج إليها البروتونات حتى تتسارع إلى 400.0 GeV ؟
d. ما المسافة التي تقطعها البروتونات التي تنقل خلال هذا التسارع ؟
الجواب :
السؤال : الشكل 7-20 يبين مسارات في حجرة الفقاعة . ما بعض الأسباب التي تسبب انحراف أحد المسارات أكثر من المسارات الأخرى ؟
الجواب : تنحني مسارات الجسيمات الأسرع بشكل أقل .
مراجعة تراكمية
السؤال : كل الأنوية التالية تستطيع أن تمتص جسيم a . افترض أنه لا تنبعث جسيمات ثانوية من النواة ، أكمل المعادلات التالية :
a. 14 7 N + 4 2 He à
b. 27 13 Al + 4 2 He à
الجواب :
السؤال : عمر النصف للرادون 211 86 Rn 15 h . ما الكمية المتبقية من العينة بعد مرور 60 h ؟
الجواب :
السؤال : إحدى تفاعلات الاندماج البسيطة تتضمن إنتاج الديوتيريوم 2 1 H ( 2.014102 u ) من نيوترون وبروتون . اكتب تفاعل الاندماج الكامل ، و أوجد مقدار الطاقة المتحررة .
الجواب :
السؤال : كتلة اليورانيوم 232.0372 u = 232 92 U ، ويضمحل إلى الثوريوم 228 90 Th ، الذي كتلته = 228.0287 u ، بانبعاث جسيم a الذي كتلته = 4.0026 u ، وطاقته الحركية 5.3 MeV ، كم يجب أن تكون الطاقة الحركية لنواة الثوريوم المتكونة ؟
الجواب :
التفكير الناقد
السؤال : استنتج لأشعة جاما زخم . وزخم شعاع جاما ذي الطاقة E يساوي E/c ، حيث c سرعة الضوء . عندما يضمحل زوج إلكترون – بوزترون إلى إشعاعي جاما فإن كلا من الزخم والطاقة يجب أن يكونا محفوظين . إذا كان مجموع طاقات أشعة جاما تساوي 1.02 MeV ، وكان كل من البوزترون والإلكترون مبدئيا في حالة سكون ، فكم يجب أن يكون مقدار واتجاه زخم إشعاعين من أشعة جاما ؟
الجواب : لان الزخم الابتدائي صفرا لذلك يجب ان يكون الزخم النهائي صفرا و بما ان شعاعي جاما يجب ان يكون لهما زخمان متساويان في المقدار و متعاكسان في الاتجاه و لذا يكون مقدار كل من الزخمين
السؤال : استنتج إذا كان زوج إلكترون – بوزترون مبدئيا في حالة سكون ، ويستطيع أن يضمحل إلى ثلاثة إشعاعات جاما ، وكانت إشعاعات جاما الثلاثة لها طاقات متساوية ، فكيف يجب أن تكون اتجاهاتها النسبية ؟ وضح بالرسم .
الجواب : سيكون السؤال بالشكل التالي :كيف يكون الزخم الكلي صفرا لثلاث من إشعاعات جاما ذات الزخم المتساوي ؟ حتى يتحقق ذلك يجب أن تكون الزاوية بين كل شعاع والآخر 120 o ، وتكون الأشعة في مستوى واحد .
السؤال : قدر يطلق تفاعل اندماجي واحد في الشمس طاقة 25 MeV تقريبا . قدر عدد التفاعلات التي تحدث في ثانية من سطوع الشمس الذي يكون عنده معدل الطاقة المنبعثة 4 x1026 W .
الجواب :
السؤال : تفسير البيانات يراقب نظير يخضع لاضمحلال إشعاعي بواسطة كاشف إشعاعي بواسطة كاشف إشعاعي ، فيسجل عدد العدات كل خمس دقائق . وبحسب النتائج الموضحة في الجدول 7-4 أزيلت العينة بعد ذلك ، وسجل الكاشف الإشعاعي 20 عدة ناتجة عن الأشعة الكونية خلال 5 دقائق . أوجد عمر نصف النظير . لاحظ أنه يجب أن تطرح 20 عدة أولية من كل نتيجة . ثم عين العدات كدالة رياضية مع الزمن برسم بياني ، وحدد عمر النصف .
الجواب : 4 دقائق تقريبا .
الكتابة في الفيزياء
السؤال : ابحث في الفهم الحالية للمادة المعتمة في الكون ، وما أهمية هذه المادة لعلماء الكونيات ؟ وما مكونات هذه المادة ؟
الجواب : يتكون الكون من مادة معتمة بنسبة 25% تقريبا ، وهناك حاجة لتفسير دوران المجرات وتمدد الكون . وبناء على إحدى النظريات فإن المادة المعتمة ليست مكونة من المواد العادية التي يشملها النموذج المعياري ، وقد تتفاعل مع المواد العادية فقط من خلال الجاذبية والقوى النووية الضعيفة .
السؤال : ابحث في تعقب الكوارك العلوي . لماذا افترض الفيزيائيون وجوده ؟
الجواب : اقترح العلماء النظريون وجود صفحة مميزة للكواركات ، وادركوا أن الكواركات توجد على شكل أزواج . وعندما وجد الكوارك السفلي تجريبيا عام 1977 م ، أدرك العلماء أنه يجب أن يكون هناك شريك له وهو الكوارك العلوي ، ولقصر عمر النصف للكوارك العلوي وكتلته الكبيرة ، فتم العثور عليه أخيرا في نختبر فيرمي عام 1995 م .
مراجعة تراكمية
السؤال : إلكترون طول موجة دي برولي له 400.0 nm ( الطول الموجي الأقصر في الضوء المرئي ) .
a. أوجد سرعة الإلكترون .
b. احسب طاقة الإلكترون بوحدة eV .
الجواب :
السؤال : يدخل فوتون طاقته 14.0 eV ذرة هيدروجين في حالة استقرار و يؤينها . ما مقدار الطاقة الحركية التي ينطلق بها الإلكترون من الذرة ؟
الجواب :
اختبار مقنن
السؤال : ما عدد البروتونات ، النيوترونات ، و الإلكترونات في نظير النيكل 60 (6028Ni) ؟
الجواب : الاختيار الصحيح هو : A
السؤال : ما الذي يحدث في التفاعلات التالية ؟
a. اضمحلال ألفا
b. اضمحلال بيتا
c. اضمحلال جاما
d. فقد بروتون
الجواب : الاختيار الصحيح هو : B
السؤال : ما الناتج عندما يخضع البولونيوم – 210 84 po 210 لاضمحلال ألفا ؟
a. 206 82 Pb
b. 208 82 Pb
c. 210 85 Pb
d. 210 80 Pb
الجواب : الاختيار الصحيح هو : A
السؤال : تبعث عينة من اليود – 131 المشع جسيمات بيتا بمعدل 2.5x108 Bq . إذا كان عمر النصف لليود 8 أيام . فما النشاطية بعد مرور 16 يوما ؟
a. 1.6x107 Bq
b. 6.3x107 Bq
c. 1.3x108 Bq
d. 2.5x108 Bq
الجواب : الاختيار الصحيح هو : B
السؤال : حدد النظير المجهول في هذا التفاعل :
a. 1 1 H
b. 2 1 H
c. 3 1 H
d. 4 2 H
الجواب :الاختيار الصحيح هو : A
السؤال : أي نوع من الاضمحلال لا يغير عدد البروتونات أو النيوترونات في النواة ؟
a. البوزترون
b. ألفا
c. بيتا
d. جاما
الجواب :الاختيار الصحيح هو : D
السؤال : نظير البولونيوم – 210 له عمر نصف 138 يوما . ما مقدار الكمية المتبقية من عينة 2.34 kg بعد مرور أربعة أعوام ؟
a. 0.644 mg
b. 1.50 mg
c. 1.51 g
d. 10.6 g
الجواب :الاختيار الصحيح هو : C
السؤال : يتصادم إلكترون وبوزترن فيفني كل منهما الآخر ، ويطلقان طاقتهما على شكل أشعة جاما . ما أقل طاقة لأشعة جاما ؟ ( الطاقة المكافئة لكتلة الإلكترون 0.51 Mev ) .
a. 0.51 MeV
b. 1.02 MeV
c. 921.49 MeV
d. 1863 MeV
الجواب :الاختيار الصحيح هو : B
السؤال : يبين الرسم التوضيحب أدناه المسارات في حجرة الفقاعة التي تنتج عندما تضمحل أشعة جاما إلى بوزترون و إلكترون . لماذا لا تغادر أشعة جاما المسار ؟
a. تنتقل أشعة جاما بسرعة عالية جدا خلال مساراتها لكي يتم اكتشافها .
b. أزواج من الجسيمات فقط يمكن أن تغادر المسارات في حجرة الفقاعة .
c. يجب أن يكون للجسيم كتلة حتى يتفاعل مع السائل ويغادر المسار ، وأشعة جاما عديمة الكتلة فعليا .
d. أشعة جاما متعادلة كهربائيا ، لذلك فلا تؤين السائل .
الجواب : الاختيار الصحيح هو : D
الأسئلة الممتدة
السؤال : يطلق انشطار نواة يورانيوم – 235 طاقة 3.2x10-11 J تقريبا . ويحرر طن واحد من مادة TNT طاقة 4x108 J تقريبا . ما عدد أنوية اليورانيوم – 235 في قنبلة الانشطار النووي الذي يطلق طاقة تكافئ 20000 طن من مادة TNT ؟
الجواب :
.
