پرتو زایی

[یاسمین5454]

به نام یکتای جهان آفرین
پرتو زایی

در سال 1896 هانری بکرل طی آزمایش هایی به پدیده فسفر سانس مواد روبه رو شد.
کشف پرتو xتوسط رونتگن، بکرل را به این فکر فرو برد که شاید مواد دارای خاصیت فلوئورسانت نیز هنگام نور افشانی چنین پرتو مرموزی از خود تابش می کنند. سپس تحقیقات خود در این زمینه را آغاز کرد.

او برای این کار بلور های ماده ای را مدتی در برابر نور خورشید قرار می داد وبی درنگ در محیطی تاریک روی یک فیلم خام عکاسی می گذاشت که درون یک پاکت کاغذی تیره بود. بعداز چند دقیقه فیلم ها را بر داشته، ظاهر می کرد واز روی میزان وضوح تصویر، شدت تابش آن ماده را اندازه می گرفت.

26 فوریه سال 1896 بکرل در ادامه ی آزمایش هایش روی فسفر سانس طبیعی ترکیبات اورانیم دار پدرش، دو قطعه از بلورهای یکی از این ترکیبات را بر داشت وهمه ی وسایل خود را آماده کرد. اما از آنجا که هوای شهر پاریس
ابری بود، از انجام آزمایش خود داری کرد. عصر نیز زود تر از همیشه آزمایشگاه را ترک کرد. وضعیت هوا چند روزی به همین منوال گذشت وتعطیلات آخر هفته هم کار را بیشتر به تعویق انداخت .
بامداد روز دوشنبه اول مارس هنگامی که بکرل به آزمایشگاه پا نهاد به سراغ بلورهای خود رفت فیلم را به تاریک خانه برد وآن ها را در محلول ظهور عکس قرار داد پس از آن نتایج آزمایشات خود را چنین نوشت
نتیجه آزمایش روی نمونه ی شماره 13: با این که آزمایشاتم روی مواد فسفر سانس نشان داده بود که همواره وضوح تصویر پس از چند ثانیه به شدت کاهش می یابد، اما در این آزمایش بر خلاف انتظارم پس از این مدت حضور در تاریکی ایجاد تصویری با این وضوح شگفت انگیز است نمی دانم چرا اما فکر می کنم پدیده تازه ای را کشف کردم.

بکرل به طور تصادفی به خاصیت مهمی پی برد که ماری کوری آنرا پرتو زایی نامید و مواد دارای این خاصیت را پرتوزا نام نهاد.

[reza-1369]

پرتوزا














در مواد پرتوزا یا رادیو اکتیو فرایند پرتوزایی رخ می‌دهد.
پرتوزایی (رادیواکتیویته) به فرآیندی گفته می‌شود که به وسیله آن هسته‌های ناپایدار اتمی دچار واپاشی هسته‌ای می‌شوند. چنین فرایندی معمولاً یک پرتو یون ساز با مقدار بالایی انرژی (کار مایه) پدید می‌آورد.
گاهی این انرژی را می‌توان به صورت نیروی هسته‌ای مهار کرد یا می‌تواند به‌وسیله آلودگی پرتوزایی در زیست بوم رها شود که بسیار مخاطره آمیز خواهد بود.
هسته‌هایی که ترکیب نوترونها و پروتونهایشان پایدار نیست دست خوش واپاشی می‌شوند. این گونه هسته‌ها به طور ذاتی ناپایدار بوده و با گذشت زمان تغییر نموده و به هسته‌های جدیدی تبدیل می‌شوند. به این فرآیند شکافت هسته‌ای می‌گویند که ضمن تبدیل به هسته یا هسته‌هایی کوچک تر و پایدارتر پرتوهای پرانرژی به اطراف پراکنده می‌شود. چنین هسته‌ای را پرتوزا یا رادیواکتیو می‌گویند. ناپایداری هسته می‌تواند به دلیل فزونی نوترون‌ها، پروتون‌ها و یا هر دو باشد.


پایداری و ناپایداری ایزوتوپ‌ها

اگر ۱۳ پروتون را با ۱۴ نوترون ترکیب کنیم هسته‌ای خواهیم داشت که اگر ۱۳ الکترون در اطراف آن گردش کنند یک اتم آلومینیوم را می‌سازند. حال اگر میلیاردها از این اتم‌ها را در کنار هم قرار دهیم فلز آلومینیوم () را داریم که با آن انواع وسایل نظیر قوطی نوشابه و در و پنجره و غیره... را می‌توان ساخت.





اگر همین آلومینیوم را در شیشه‌ای قرار دهیم و چند میلیون سال دیگر به سراغ آن بیائیم این آلومینیوم هیچ تغییری نخواهد داشت. یعنی آلومینیوم عنصری پایدار است. تا حدود یک قرن پیش تصور بر این بود که تمام عناصر پایدار هستند.
بسیاری از اتم‌ها در اشکال متفاوتی دیده می‌شوند. برای مثال مس دو شکل پایدار دارد: مس ۶۳ ومس ۶۵. به این دو نوع ایزوتوپ گفته می‌شود. هر دوی آنها ۲۹ پروتون دارند اما چون در جرم اتمی ۲ واحد فرق دارند به سادگی می‌توان فهمید که تعداد نوترون‌های اولی ۳۴ ودیگری ۳۶ است. هر دوی آنها پایدار هستند. در حدود یک قرن پیش دانشمندان متوجه شدند که بعضی عناصر ایزوتوپ‌هایی دارند که رادیواکتیو (پرتوزا) هستند. مثلاً هیدروژن را در نظر بگیرید، در مورد این عنصر سه ایزوتوپ شناخته شده‌است:
۱ - هیدروژن معمولی () در هسته اتم حود یک پروتون دارد وبدون هیچ نوترونی. البته واضح است چون نیازی نیست تا خاصیت چسبانندگی خود را نشان دهد چرا که پروتون دیگری وجود ندارد.
۲ - هیدروژن دوتریم(D)که یک پروتون ویک نوترون دارد و در طبیعت بسیار نادر است. اگرچه عمل آن بسیار شبیه هیدروژن نوع اول است برای مثال می‌توان از آن آب ساخت اما میزان بالای آن سمی است.
هر دو ایزوتوپ یاد شده پایدار هستند اما ایزوتوپ دیگری از هیدروژن وجود دارد که ناپایدار است!
۳ - ایزوتوپ سوم هیدروژن(تریتیوم و رادیو اکتیو)(T)که شامل دو نوترون و یک پروتون است. همان طور که قبلا گفته شد این نوع هیدروژن ناپایدار است. یعنی اگر بازهم ظرفی برداریم واین بار درون آن را با این نوع از هیدروژن پر کنیم و یک میلیون سال دیگر به سراغ آن بیائیم متوجه می‌شویم که دیگر هیدروژنی نداریم و همه آن به هلیم ۳ تبدیل شده‌است (۲ پروتون و یک نوترون).
می‌توان گفت که هر چه هسته اتم سنگین‌تر شود تعداد ایزوتوپ‌ها بیشتر می‌شود و هر چه تعداد ایزوتوپ‌ها بیشتر شود امکان بوجود آمدن هسته‌های ناپایدار نیز بیشتر خواهد شد و در نتیجه احتمال وجود نوع رادیواکتیو نیز بیشتر می‌شود.
در طبیعت عناصر خاصی را می‌توان یافت که همه ایزوتوپ‌هایشان رادیواکتیو باشند. برای مثال دو عنصر سنگین طبیعت که در بمب‌ها ونیروگاه‌های هسته‌ای از آنها استفاده می‌شود را نام می‌بریم: اورانیوم و پلوتونیوم.

[یاسمین5454]

رادرفورد هم که به این موضوع علاقه مند بود بعد از سالها تحقیق فهمید تابشی که بکرل نخستین بار به وجود آن پی برده بود، ترکیبی از سه نوع تابش مختلف است.




نکاتی در مورد پرتو های مواد پرتوزا

1 پرتو گاما
پرتو گاما از جنس نور یا پرتو xیا امواج الکترو مغناطیس است پس سرعت نور را دارد. یعنی سرعت آن از پرتو ها ی آلفا وبتا بیشتر است .
پرتو گاما نه جرم دارد و نه بار پس با خارج شدن یک پرتو گاما از یک عنصر تغییری در تعداد الکترون ها و پروتون هاو نوترون ها ، عدد جرمی یا اتمی ایجاد نمی شود.
پشت یک قطعه ضخیم سربی گیر می کند.

2.پرتو آلفا
انرژی کمتری نسبت به بتاو گاما دارد پس طول موج بیشتری دارد از جنس هلیم 2بار مثبت است ⁺H² با خارج شدن پرتو آلفا از یک اتم دو واحد از عدد اتمی و چهار واحد از عدد جرمی آن کم می شود .
پشت یک ورقه ی کاغذی گیر می کند.

3پرتو بتا
بار منفی دارد و از جنس الکترون است با خارج شدن پرتو بتا از یک اتم عدد جرمی آن تغییر نمی کند ولی یک واحد به عدد اتمی اضافه می شود زیرا هنگام خارج شدن پرتو بتا یک نوترون به یک پروتون و یک الکترون تجزیه می شود N→P+e الکترون به صورت پرتو بتا خارج می شود وپروتون با قی می ماند
پس تعداد پروتون ها ی موجود در هسته که همان عدد اتمی است یک واحد افزایش می یابد.
پشت یک ورقه ی آلو مینیمی گیر می کند.

[یاسمین5454]

رادرفورد نتوانست تشکیل تابش های حاصل از مواد پرتو زا را به کمک مدل اتمی تامسون توجیه کند.
از این رو در درستی مدل تردید کرد. او در سال 1910 برای شناسایی دقیق تر ساختار اتم آزمایش جالبی را طراحی و اجرا کرد. اودر این آزمایش ورقه ی نازکی از طلا رو را با ذره های آلفا بمباران کرد، به امید آنکه همه ی ذره های پر انرژی و سنگین آلفا که دارای بار مثبت نیز هستند با کمترین میزان انحراف از این ورقه نازک عبور کنند.
اما آزمایش نتیجه ی دیگری داشت.

1بیشتر ذره های آلفا بدون انحراف ودر مسیری مستقیم از ورقه ی نازک طلا عبور کردند.
بیشتر حجم اتم را فضای خالی تشکیل میدهد

2تعداد زیادی از ذره های آلفا با زاویه ی اندکی از مسیر اولیه منحرف شدند.
یک میدان الکتریکی قوی در اتم وجود دارد

3 تعداد بسیار اندکی از ذره های آلفا ( حدود یک از بیست هزار )با زاویه ای بیش از 90 درجه از مسیر اولیه منحرف شدند
اتم طلا هسته ای بسیار کوچک با جرم بسیار زیاد است.

[یاسمین5454]

تمرین
در هر یک از واکنش های زیر c چه پرتویی است؟

a²²⁷₈₉→b²²³₈₇+c (الف

a²²³₈₇→c+a²²³₈₇(ب

a²²²_​86→c+b ²²²₈₇ (ج

[مهندس نوجوان]

تمرین
در هر یک از واکنش های زیر c چه پرتویی است؟

a²²⁷₈₉→b²²³₈₇+c (الف

a²²³₈₇→c+a²²³₈₇(ب

a²²²_​86→c+b ²²²₈₇ (ج

الف)در این واکنش عدد اتمی کمتر شده پس یعنی C دارای بار 2- است تا مجموعش با 87- بشه 89- الکترون پس C باید از جنس پرتوهای بتا باشه که منفی هستند
(البته در این جا مشاهده می کنیم که با اضافه کردن 2- باز هم عدد جرمی 2 تا نوترون کم دارد که شاید در نگارش اشتباه شده باشد)

ب)چون در عدد جرمی و اتمی هیچ یک تغییری مشاهده نمی شود پس C باید از جنس گاما باشه (چون پرتوهای گاما خنثی هستند)

ج)در این بخش تغییر در عدد اتمی است و چون به عدد اتمی اضافه شده پس C باید 1+ باشد تا مجموعش با 87- بشود 86- . حال چون C مثبت است پس از جنس پرتو های آلفا است

[یاسمین5454]

الف)در این واکنش عدد اتمی کمتر شده پس یعنی C دارای بار 2- است تا مجموعش با 87- بشه 89- الکترون پس C باید از جنس پرتوهای بتا باشه که منفی هستند
(البته در این جا مشاهده می کنیم که با اضافه کردن 2- باز هم عدد جرمی 2 تا نوترون کم دارد که شاید در نگارش اشتباه شده باشد)

ب)چون در عدد جرمی و اتمی هیچ یک تغییری مشاهده نمی شود پس C باید از جنس گاما باشه (چون پرتوهای گاما خنثی هستند)

ج)در این بخش تغییر در عدد اتمی است و چون به عدد اتمی اضافه شده پس C باید 1+ باشد تا مجموعش با 87- بشود 86- . حال چون C مثبت است پس از جنس پرتو های آلفا است

ممنون از پاسختون مورد ب رو درست گفتید
ولی بقیه رو اشتباه پاسخ دادید

[مهندس نوجوان]

به نظر من که جواب ها درستن
ولی خب اگه غیر از اینه پس باید جای الف و ج رو باهم عوض کرد دیگه

[یاسمین5454]

به نظر من که جواب ها درستن
ولی خب اگه غیر از اینه پس باید جای الف و ج رو باهم عوض کرد دیگه

در اینجا مثبت ومنفی بودن مد نظر نیست

در مورد الف
a²²⁷₈₉→b²²³₈₇+c (الف

چون گفتیم پرتو آلفا از جنس هلیم دو بار مثبته وبا خروج اون از اتم 4تا از عدد جرمی دو تا هم از از عدد اتمی کم میشه
پس C پرتو آلفا هستش چون عدد جرمی از227 رسیده به 223 و همچنین عدد اتمی از 89 رسیده به87

در مورد ج

a²²²_​86→c+b ²²²₈₇ (ج
چون با خروج پرتو بتا یک عدد به عدد اتمی اضافه میشه
پس پرتو C پرتو بتا هستش چون عدد اتمی از86 به 87 رسیده

[یاسمین5454]

اتم a پرتو آلفا از دست داده و به b تبدیل شده مشخصات b را بنویسید( این â رو پرتو آلفا در نظر بگیرید)
a²⁶¹_​104→â+b