Chapter 19: Radioactivity and Nuclear Chemistry

Back to chapter

19.2:

أنواع النشاط الإشعاعي

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Chemistry

Types of Radioactivity

Next Video
19.3: Nuclear Stability

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

النوكليدات المشعة تتفكك إلى نوكليدات وليدة،ويصحب ذلك انبعاث جسيمات أو إشعاع كهرومغناطيسي. من الانبعاثات النووية الرئيسية،انبعاث أشعة ألفا،وأشعة بيتا،والبوزيترونات،والنيترونات،وأشعة غاما،والأشعة السينية يتألف شعاع ألفا من بروتونين ونيترونين،تشبه نواة الهيليوم-4. كل من هذه الجزيئات يحمل شحنة 2+اضمحلال ألفا يخفّض العدد الذري بمقدار 2 والعدد الكتلي بمقدار 4،كما في تحويل البولونيوم-210 إلى رصاص-206.اضمحلال بيتا السالب هو انبعاث لإلكترونات تمتاز بطاقة مرتفعة من النواة عبر تحويل نيوترون إلى بروتون. تحتوي النوكليدة الوليدة على بروتون إضافي،وعددها الذري أكبر من العدد الذري من النوكليدة الام بمقدار 1. أثناء العملية،ينخفض عدد النيوترونات بمقدار 1،لكن عدد البروتونات يرتفع بمقدار واحد.وهكذا يبقى العدد الكتلي دون تغيير. اضمحلال بيتا الموجب هو تحوّل البروتون إلى نيوترون،مع انبعاث جزيئات ذات شحنات موجبة من النواة. يتساوى هذا الجسيم مع الإلكترون في الكتلة مما يجعله،جسيمًا مضادًا للإلكترون،ويسمى بوزيترون.البوزيترون المنبعث يخفّض العدد الذري للنوكليدة الوليدة بمقدار 1. لا يعيش البوزيترون طويلًا لأنه سرعان ما يتصادم مع إلكترون،فيُباد الاثنين. تنطلق طاقتهما على شكل شعاعي غاما قوة كل منهما 511 ألف إلكترون فولت.كما يحدث انبعاث أشعة غاما،عند تضمحل نوكليدة وليدة مُثارة وتعود إلى حالتهاالنووية القاعية. بالتالي فإن اضمحلال بيتا السالب في الكوبالت-60 يُنتج نيكل-60 في حالة الإثارة،والذي يُطلق شعاعي غاما أثناء انخفاضه إلى الحالة القاعية. لا يتغير العدد الكتلي ولا العدد الذري أثناء اضمحلال غاما.يحدث انبعاث أشعة غاما بالتزامن مع تفاعلات اضمحلال نووي أخرى. انبعاث النيوترون هو قذف نيترون من النواة. يمكن أن يحدث تلقائيًا،كاضمحلال بيريليوم-13 إلى بيريليوم-12،أو استجابة لقصف من أشعة غاما أو جسيمات غاما.لا يتغير العدد الذري أثناء هذه العملية،بينما ينخفض العدد الكتلي بمقدار 1. تحويل البوتاسيوم-40 إلى آرغون-40 هو مثال على انبعاث الطاقة نتيجة التقاط الإلكترون. تلتقط نواة البوتاسيوم إلكترونًا داخليًا في الذرة،ويتحول بروتون واحد إلى نيوترون.يسقط إلكترون خارجي إلى المستوى الداخلي ليملأ الفراغ،ويتخلل ذلك انبعاث أشعة إكس بطاقة مماثلة لعملية الانتقال. قوة اختراق أشعة ألفا،وهي أكبر الأشعة النووية،متدنية جدًا،بينما تخترق أشعة غاما معظم المواد. يمكن اعتراض أشعة بيتا و النيوترونات على نحو فعال،بواسطة مواد خفيفة الوزن نسبيًا.

19.2:

أنواع النشاط الإشعاعي

أكثر أنواع النشاط الإشعاعي شيوعاً هي اضمحلال α، واضمحلال β، واضمحلال &#947، وانبعاث النيوترونات، والتقاط الإلكترون.

اضمحلال ألفا (α) هو انبعاث α جسيم من النواة. على سبيل المثال، يخضع البولونيوم-210 لاضمحلال α:

يحدث اضمحلال ألفا بشكل أساسي في النوى الثقيلة (A > 200, Z > 83). فقدان جزيئة &#945؛ يعطي نواة ابنة بكتلة أصغر بأربع وحدات وعدد ذري أصغر بوحدتين من تلك الخاصة بالنواة الأم.

اضمحلال بيتا (&#946؛) هو انبعاث إلكترون أو بوزيترون من نواة. يعتبر اليود-131 مثالاً على نواة تخضع لاضمحلال β⁻ decay:

يأتي الإلكترون المنبعث من نواة الذرة وليس من الإلكترونات المحيطة بالنواة. لا يغير انبعاث الإلكترون عدد كتلة النيوترونات ولكنه يزيد من عدد البروتونات ويقلل من عدد النيوترونات. يتم أيضًا إنبعاث مضاد نيترينو () بسبب الحفاظ على الطاقة.

يعتبر الأكسجين-15 مثالاً على نواة تخضع لانبعاث البوزيترون، أو β⁺ اضمحلال:

اضمحلال البوزيترون هو تحويل البروتون إلى نيوترون من خلال انبعاث البوزيترون. ينبعث نيوترينو (ν_e) أيضاً بسبب الحفاظ على الطاقة.

يُلاحظ

انبعاث جاما (γ انبعاث) عندما يتكون نوكليد في حالة مثارة ثم يتحلل إلى حالته الأساسية مع انبعاث شعاع γ، كمية من الإشعاع الكهرومغناطيسي عالي الطاقة. غالباً ما يُشار إلى وجود نواة في حالة الإثارة بعلامة النجمة (*). ينبعث من الكوبالت-60 إشعاع γ ويستخدم في العديد من التطبيقات بما في ذلك علاج السرطان:

لا يوجد تغيير في العدد الكتلي أو العدد الذري أثناء انبعاث شعاع γ. ومع ذلك، فإن انبعاث γ قد يصاحب أحد أنماط الاضمحلال الأخرى التي قد تؤدي إلى تغيير في العدد الكتلي أو العدد الذري.

انبعاث النيوترونات هو طرد نيوترون من النواة. يمكن أن يحدث بشكل عفوي، مثل اضمحلال البريليوم-13 إلى البريليوم-12، أو استجابة للقصف بأشعة جاما أو الجزيئات. يبقى العدد الذري دون تغيير خلال هذه العملية، في حين أن العدد الكتلي ينخفض بمقدار 1.

يحدث

التقاط الإلكترون عندما يتم التقاط أحد الإلكترونات الداخلية في الذرة بواسطة نواة الذرة’. على سبيل المثال، يخضع البوتاسيوم-40 لالتقاط الإلكترون:

يحدث التقاط الإلكترون عندما يتحد إلكترون الغلاف الداخلي مع بروتون ويتحول إلى نيوترون. يترك فقدان الإلكترون ذو الغلاف الداخلي مكاناً شاغراً سيملأه أحد الإلكترونات الخارجية. عندما يسقط الإلكترون الخارجي في الفراغ، فإنه سيصدر طاقة. في معظم الحالات، ستكون الطاقة المنبعثة على شكل أشعة سينية. التقاط الإلكترون له نفس التأثير على النواة مثل انبعاث البوزيترون: ينخفض العدد الذري بمقدار واحد ولا يتغير الرقم الكتلي.

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 21.3: Radioactive Decay.

Suggested Reading

Cottingham, W. N., Greenwood, D. A. (2001). An Introduction to Nuclear Physics. Cambridge, U.K. Cambridge University Press.