فيزيا نوويه

مجال الفيزيا اللى بيتعامل مع هيكل و سلوك النواه الذريه

الفيزيا النوويه فرع من فروع الفيزيا بيدرسو فيه النوايه بتاع الذره (النوايه الذريه) و المكونات و التفاعلات بتاعتها، و بيدرسو فيه بردو الفورَم التانيه بتاع المواد النوويه.

فيزيا نوويه
NuclearReaction.svg
جزء من دورة كربون-نيتروچين-اوكسيچين (CNO)، بتوضح التفاعلات النوويه بشكل عمومى.

جزء من فيزيا  تعديل قيمة خاصية جزء من (P361) في ويكي بيانات
بيمارسه عالم نووى  تعديل قيمة خاصية يمارسها (P3095) في ويكي بيانات
بيدرس نواة الذره  تعديل قيمة خاصية يدرس (P2578) في ويكي بيانات

الفيزيا النوويه بتركز بالتحديد علا دراسة النوايه بتاع الذره، و ده معناه ان هيه فرع لوحدو مفصول عن الفيزيا الذريه؛ الفيزيا الذريه بتدرس الذره كلها، يعنى ب الالكترونات بتاعتها ك سيستم من نوايه و حوالين منها الالكترونات.

الفيزيا النوويه فى تطبيقات كتير ليها، من ضمنهم: الطاقه النوويه، الاسلحه النوويه، ف الطب ف العلاج و التشخيص، اشعة الMRI، التأريخ الراديوكربونى، ف الچيولوچيه، ف الاركيولوچى، و غيرهم. التطبيقات دى بيدرسوها ف فرع اكاديمى م الهندسه اسمو الهندسه النوويه.

الفيزيا النوويه فى فرع منها اسمو فيزيا فلك نوويه، و الفرع ده علمات م لاتنين الفيزيا النوويه و الفيزيه الفلكيه و فروعهم بيدرسوه، و ده بيستعملو فيه الفيزيا النوويه عشان يدرسو التفاعلات النوويه بتاع البيئه الكوزميه (الكونيه)، و من ضمن ده ف انهم يدرسو "الاجسام" الفلكيه و التفاعلات النوويه بتاعتها، و دراسة الاصول بتاع العناصر الكيميائيه.

تاريختعديل

 
هنرى بيكريل
 
ارنست رذرفورد
 
مارى كورى
 
هانز جايجر
 
البرت اينشتاين

تاريخ الفيزيا النوويه كفرع لوحدو مفصول عن الفيزيا الذريه بدا من لما هنرى بيكريل اكتشف النشاط الاشعاعى (radioactivity) ف سنة 1896،[1] اللى هوا اكتشفو اما كان بيدرس الفسفوريه بتاع املاح اليورانيوم.[2] بعد كده، بعد ده بسنه، اما چوزيف چون تومسون اكتشف الالكترون،[3] بقا واضح ان الذره ليها تركيبه جوانيه. ف بداية القرن العشرين المودل بتاع الذره و تركيبتها اللى العلما كانو متفقين عليه كان هوا المودل بتاع تومسون، اللى الذره فيه كانو بيعتبروها كوره شحنتها بالموجب و جواها "الكترونات" شحنتها بالسالب، بس ده كان قبل اكتشاف الالكترون و قبل ما الالكترونات يبقا اسمها "الكترونات".

النشاط الاشعاعى درسوه بعد كده، و من ضمن اللى درسوه: مارى كورى، بيير كورى، ارنست رذرفورد، و غيرهم. علمات الفيزيا ف بداية القرن العشرين اكتشفو تلات انواع م الاشعاع بيطلع م الذرات، و سموهم اشعاعات الفا، بيتا، و جاما. التجارب اللى اوتو هان عملها ف سنة 1911 و اللى چيمس تشادويك عملها ف سنة 1914 وضحو ان مدا (spectrum) تحلل اشعاع بيتا متواصل (continuous) مش متقطع (discrete)، يعنى الالكترونات بتطلع م الذره ب طاقات المدا بتاعها متواصل، و ده عكس الفا و جاما اللى الطاقات بتاعتهم مداها متقطع. ده اعتبروه مشكله ساعتها ف دراسة الفيزيا النوويه، عشان ساعتها شافو ان ده معناه ان التحللات دى بتكسر قانون بقاء الطاقه (conservation of energy).

جايزة نوبل ف الفيزيا بتاع 1903 ادوها ل بيكريل و مارى كورى و بيير كورى مع بعض، بيكريل عشان اكتشاف النشاط الاشعاعى، و مارى كورى و بيير كورى عشان ابحاثهم ف النشاط الاشعاعى بعد لاكتشاف. جايزة نوبل ف الكيميا بتاع 1908 ادوها ل رذرفورد عشان دراستو ل العناصر و الكيميا بتاع المواد اللى فيها نشاط اشعاعى.

ف سنة 1905، اينشتاين اكتشف معادلتو المشهوره E=mc2.

مصدر الطاقه بتاع النشاط الاشعاعى متفهمش كويس غير بعد اكتشاف النوايه و المكونات بتاعتها.

رذرفورد اكتشف النوايهتعديل

ف سنة 1906، رذرفورد نشر الورقه بتاعتهو اللى عنوانها "Retardation of the α Particle from Radium in passing through matter".[4] هانز جايجر عمل ابحاث هوا التانى بشكل اوسع علا شغل رذرفورد،[5] و عمل تجارب هوا و رذرفورد مع بعض. جايجر عمل بردو ابحاث تانى مع ارنست مارسدن و نشرو ف سنة 1909،[6] و عمل شغل تانى بشكل اوسع بردو ف سنة 1910.[7]

ف سنة 1911–1912، رذرفورد شرح التجارب قدام الجمعيه الملكيه و قدم نظريتو بتاع النوايه الذريه اللى علمات الفيزيا لسه بيستعملوها النهارده.[8][9][10][11]

ادينجتون و لاندماج النووى بتاع النجومتعديل

حوالى سنة 1920، ارثر ادينجتون اتوقع لاكتشاف و الميكانيزم بتاع لاندماج النووى ف النجوم، و ده ف الورقه بتاعتو اللى اسمها "The Internal Constitution of the Stars".[12][13] ساعتها، مصدر الطاقه بتاع النجوم مكانش معروف؛ ادينجتون استعمل معادلة اينشتاين E=mc2 عشان يخمن تخمين ف محلو ان اندماج الهيدروچين ف الهيليوم هوه مصدر الطاقه دى.

اللفه\لاسبن (Spin) النووىتعديل

المودل بتاع رذرفورد فضل شغال كويس لحد ما فرانكو راسيتى درس اللفه\لاسبن (spin) النووى ف سنة 1929. قبلها، ف سنة 1925، كانو عارفين ان لاسبن بتاع البروتونات و الالكترونات كات ±1⁄2. ف المودل بتاع رذرفورد ل النيتروچين-14، 20 من 21 جسيمات نوويه المفروض يكنسلو مع بعض، و اخر جسيم نووى اللى مفيش حاجه هتكنسلو يدى ل النوايه اسبن 1⁄2. بس راسيتى اكتشف ان النيتروچين-14 لاسبن بتاعتو 1.

چيمس تشادويك اكتشف النيوترونتعديل

ف سنة 1932، تشادويك خد بالو ان الاشعاع اللى فالتر بوته، ايرين چوليو كورى، و فريدريك چوليو كورى درسوه كان سببو جسيم مش-مشحون كتلتو بالتقريب اد كتلة البروتون، و سماه نيوترون.[14] ف نفس السنه، ديمترى ايفانينكو خمن ان مفيش الكترونات ف النوايه، يعنى فيها بروتونات و نيوترونات بس، و ان لاسبن بتاع النيوترون 1⁄2، ده شرح لاسبن بتاع النيتروچين-14، عشان النيوترون اللى متكنسلش مع البروتون اللى متكنسلش كل واحد فيهم اده اسبن 1⁄2 ف نفس لاتجاه، و ده اده اسبن 1 ككل.

بعد اكتشاف النيوترون، علمات الفيزيا قدرو يحسبو طاقة الربط بتاع النوايه، ب انهم يقارنو الكتله النوويه مع الكتله بتاع البروتونات و النيوترونات بتاعتها. الفرق بين الكتل النوويه اتحسب ب الطريقه دى. اما التفاعلات النوويه اتقاست، الفرق ده كان مطابق ل الحسابات بتاع معادلة اينشتاين E=mc2 بنسبة انحراف يادوب 1% ف سنة 1934.

ميزون يوكاواتعديل

ف سنة 1935، يوكاوا هيديكى قدم اول نظريه عن القوه الشديده شرحت ازاى النوايه ماسكه نفسها.[15] ف نظريتو فى جسيم افتراضى، سموه بعد كده "ميزون"، هوا اللى بيعمل قوه بين النيوكليونات (النويه)، و من ضمنهم البروتونات و النيوترونات. القوه دى شرحت ليه النوايه مبتتفتتش بسبب تأثير التنافر بتاع البروتونات، و شرحت بردو ليه القوه الشديده (الجاذبه) المدا بتاعها محدود عن التنافر الكهرومغناطيسى بين البروتونات.

بعد يوكاوا ما نشر الورقه بتاعتو، المودل الحديث بتاع الذره بقا كامل. المركز بتاع الذره، اللى هوه النوايه، فيه البروتونات و النيوترونات، ماسكه نفسها بسبب القوه النوويه الشديده، إلا ف حالة ان كات كبيره بزياده. النوايه اللى مش-مستقره بتخش ف حالة تحلل الفا اللى هيه بتطلع فيه نواية هيليوم، ي بتخش ف حالة تحلل بيتا اللى هيه بتطلع فيه الكترون (ي بوزيترون). بعد التحلل ده، النوايه ممكن تفضل ف حالة اثاره، و بتطلع م الحاله دى ب انها تخش ف تحلل جاما اللى هيه بتطلع فيه فوتونات طاقتها عاليه.

الدراسه بتاع القوه النوويه الشديده و الضعيفه (الضعيفه انريكو فيرمى هوه اللى درسها ف سنة 1934) خلو علمات الفيزيا يقدرو يصادمو النوايات و الالكترونات عند طاقات عاليه. البحوثات دى بقت بعد كده الفرع م الفيزيا اللى اسمو فيزيا الجسيمات (particle physics)، اللى من النظريات المهمه اوى فيه المودل القياسى بتاع فيزيا الجسيمات (the standard model of particle physics)، اللى بيشرح القوه الشديده و الضعيفه و الكهرومغناطيسيه.

الفيزيا النوويه الحديثهتعديل

النوايه التقيله ممكن يكون فى ميات النيوكليونات فيها. ده معناه ان ينفع نتعامل معاها بالتقريب ك سيستم كلاسيكى، بدل ما نتعامل معاها ك سيستم كوانتم-ميكانيكى. ده بيدينا مودل اسمو "liquid-drop model".[16] بس بيبقا لسه فى بردو تأثير كوانتم-ميكانيكى، و ده بنقدر نوصفو ب مودل اسمو مودل قشرة النوايه (nuclear shell model)، اللى ماريا جوبرت ماير و هانز ينسن طوروه.[17][18]

فى مودلات تانى متعقده اكتر ل النوايه قدموها، زى مودل interacting boson model.

غالبية الابحاث الحاليه ف الفيزيا النوويه بتدرس النوايه تحت ظروف استثنائيه، زى لفه\اسبن (spin) عاليه و طاقه عاليه.

التحلل النووىتعديل

فى تمانين عنصر ليهم ع الاقل واحد ايزوتوب مستقر مبيخشش ف حالة تحلل، ده معناه ان فى حوالى 252 نيوكليد مستقر. بس فى الافات م الايزوتوبات متصنفين ك مش-مستقرين. الايزوتوبات المشعه دى بتتحلل ف فترات زمنيه ممكن تبقا اجزاء م الثانيه و ممكن تبقا تريليونات السنين. ان رسمنا طاقة الربط بتاع النيوكليدات ك داله م العدد الذرى و العدد النيوترونى، بتعمل اللى بيسموه وادى لاستقرار (valley of stability). النيوكليدات المستقره بتبقا تحت ف وادى الطاقه ده، و النيوكليدات المش-مستقره بتبقا فوق، يعنى طاقة الربط بتاعتها بتبقا ضعيفه.

اكتر نوايات مستقره بتبقا ف مدا م التوازن ف تركيبها بين النيوترونات و البروتونات: نيوترونات اقل ولّا نيوترونات بزياده (بالنسبه لعدد البروتونات) هيخليها تتحلل.

لاندماج النووىتعديل

ف لاندماج النووى (nuclear fusion)، اتنين نوايات كتلتهم زغيره بيقربو اوى من بعض و القوة الشديده بتخليهم يندمجو مع بعض. العمليه دى بتحتاج كمية طاقه كبيره اوى عشان القوة الشديده تغلب التنافر بين النوايات عشان يندمجو مع بعض؛ عشان كده لاندماج بيحصل ي عند درجات حراره عاليه ي عند ضغط عالى. اما النوايات بيندمجو، فى كميه كبيره م الطاقه بتتطلع و النوايه اللى بتتعمل بعد لاندماج بتبقا ف مستوى طاقه اقل. طاقة الربط ل النيوكليون بتزيد مع زيادة العدد الكتلى لحد عند العدد الكتلى بتاع النيكل-62.

لانشطار النووىتعديل

لانشطار النووى (nuclear fission) عكس لاندماج النووى. ف النوايات التقيله عن النيكل-62 طاقة الربط ل النيوكليون بتقل مع زيادة العدد الكتلى. عشان كده، ممكن طاقه تطلع ان توايه تقيله اتكسرت ل اتنين خفاف عنها.

تحلل الفا ف طبيعتو نوع خصوصى م لانشطار النووى.

ف حالة النوايات التقيله اللى لانشطار بتاعها بيدى نيوترونات حره، و اللى بردو بتمص النيوترونات عشان تبدا تعمل انشطار، فى انشطار بيعمل نفسو بنفسو و بيبدا ب النيوترونات ممكن يحصل ف سلسلة تفاعلات. لانشطار ي زى ما بيسموه "سلسلة التفاعلات النوويه"، اللى بتستعمل نيوترونات ناتجه م لانشطار، هوه\هيه مصدر الطاقه بتاع مفاعلات الطاقه النوويه و القنابل النوويه لانشطاريه، زى ف القنابل اللى فجروها ف هيروشيما و ناجازاكى، ف اليابان، ف الحرب العالميه التانيه.

عميل العناصر التقيلهتعديل

نظرية البيج بانج (لانفجار الكبير) بتقول ان بعد البيج بانج الكون بدا يبرد لحد ما ممكن ان الجسيمات التحت-ذريه (النيوترونات و البروتونات و الالكترونات) يبقو موجودين. اكتر جسيمات اتعملو ف البيج بانج، و اللى احنا لسه بنقدر نلاحظهم لحد النهارده، هما البروتونات و الالكترونات (بكميات متساويه). البروتونات عملو ذرات الهيدروچين. حوالى كل النيوترونات اللى اتعملو ف البيج بانج اتمصو ف الهيليوم-4 ف اول تلات دقايق بعد البيج بانج و الهيليوم ده، هيليوم-4، بيمثل غالبية الهيليوم اللى ف الكون النهارده.

فى كميات قليله م العناصر غير الهيليوم اتعملو ف البيج بانج، اما البروتونات و التيوترونات اتصادمو مع بعض، بس العناصر التقيله اللى بنشوفها النهارده اتعملو جوا النجوم ف سلسله من مراحل لاندماج، زى سلسلة البروتون-بروتون، دورة كربون-نيتروچين-اوكسيچين (CNO)، و عملية الفا التلاتيه (triple-alpha process). و ف تطور النجوم عناصر اتقل و اتقل بدت تتعمل.

الطاقه بتطلع ف لاندماج اما الذره تبقا اصغر م الحديد (iron) بس، عشان طاقة الربط ل النيوكليون بتبقا اعلا حاجه عند الحديد (56 نيوكليون). عميل نوايات اتقل ب لاندماج بيعوز طاقه، عشان كده الطبيعه بتلجأ ل عملية لقط النيوترونات (neutron capture). النيوترونات، عشان مش-مشحونين، النوايه بتمصهم بسرعه. العناصر التقيله بيتعملو ي ب عملية لقط النيوترونات البطيئه (s-process) ي ب عملية لقط النيوترونات السريعه (r-process). العمليه البطيئه بتحصل ف النجوم اللى بنبض-حرارى، و بتاخد من ميات ل الافات السنين عشان توصل ل اتقل عناصر من الرصاص و البزموت. العمليه السريعه بتحصل ف انفجارات السوبرنوڤا (supernova)، اللى بتدى الظروف الضروريه زى الحراره العاليه و الكميات العاليه م النيوترونات. الظروف دى بتخلى لقط النيوترونات سريع اوى، و بتعمل نوع فيه نيوترونات كتير بيحصلو بعد كده تحلل بيتا و بيعمل عنصر تقيل، خصوصى عند اللى بيسموها نقط لانتظار، اللى مرتبطه ب نيوكليدات مستقره اكتر، ب قشرة نيوترونات مقفوله (closed neutron shells)،اللى هيه النمر السحريه (magic numbers).

شوف بردوتعديل

لينكاتتعديل

مصادرتعديل

  1. B. R. Martin (2006). Nuclear and Particle Physics. John Wiley & Sons, Ltd. ISBN 978-0-470-01999-3
  2. Henri Becquerel (1896). "Sur les radiations émises par phosphorescence". Comptes Rendus. 122: 420–421
  3. Thomson, Joseph John (1897). "Cathode Rays". Proceedings of the Royal Institution of Great Britain. XV: 419–432
  4. Rutherford, Ernest (1906). "On the retardation of the α particle from radium in passing through matter". Philosophical Magazine. 12 (68): 134–146. doi:10.1080/14786440609463525
  5. Geiger, Hans (1908). "On the scattering of α-particles by matter". Proceedings of the Royal Society A. 81 (546): 174–177. Bibcode:1908RSPSA..81..174G. doi:10.1098/rspa.1908.0067
  6. Geiger, Hans; Marsden, Ernest (1909). "On the diffuse reflection of the α-particles". Proceedings of the Royal Society A. 82 (557): 495. Bibcode:1909RSPSA..82..495G. doi:10.1098/rspa.1909.0054
  7. Geiger, Hans (1910). "The scattering of the α-particles by matter". Proceedings of the Royal Society A. 83 (565): 492–504. Bibcode:1910RSPSA..83..492G. doi:10.1098/rspa.1910.0038
  8. Rutherford F.R.S., E. (May 1911). "The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom". Philosophical Magazine (www.chemteam.info/Chem-History/Rutherford-1911). 6. pp. 669–688
  9. Jariskog, Cecilia (December 2008). "ANNIVERSARY The nucleus and more" (PDF). CERN Document Server Accelerating Science CERN Switzerland. p. 21. Retrieved 13 June 2021. ".. in 1911, Rutherford writes: “I have been working recently on scattering of alpha and beta particles and have devised a new atom to explain the results.."
  10. Godenko, Lyudmila. The Making of the Atomic Bomb (E-Book). cuny.manifoldapp.org CUNY's Manifold (City University of New York). Retrieved 13 June 2021 – via Microsoft Bing. "The discovery for which Rutherford is most famous is that atoms have nuclei; ...had its beginnings in 1909...Geiger and Marsden published their anomalous result in July, 1909...The first public announcement of this new model of atomic structure seems to have been made on March 7, 1911, when Rutherford addressed the Manchester Literary and Philosophical Society;..."
  11. Rutherford model, https://www.lumitos.com/en/media-and-portals/chemeurope-com/, LUMITOS AG, "..Rutherford directed the famous Geiger-Marsden experiment in (1909), which suggested to Rutherford's analysis (1911).."
  12. Eddington, A. S. (1920). "The Internal Constitution of the Stars". The Scientific Monthly. 11 (4): 297–303. Bibcode:1920SciMo..11..297E. JSTOR 6491
  13. Eddington, A. S. (1916). "On the radiative equilibrium of the stars". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 77: 16–35. Bibcode:1916MNRAS..77...16E. doi:10.1093/mnras/77.1.16
  14. Chadwick, James (1932). "The existence of a neutron". Proceedings of the Royal Society A. 136 (830): 692–708. Bibcode:1932RSPSA.136..692C. doi:10.1098/rspa.1932.0112
  15. Yukawa, Hideki (1935). "On the Interaction of Elementary Particles. I". Proceedings of the Physico-Mathematical Society of Japan. 3rd Series. 17: 48–57. doi:10.11429/ppmsj1919.17.0_48
  16. J.M.Blatt and V.F.Weisskopf, Theoretical Nuclear Physics, Springer, 1979, VII.5
  17. Mayer, Maria Goeppert (1949). "On Closed Shells in Nuclei. II". Physical Review. 75 (12): 1969–1970. Bibcode:1949PhRv...75.1969M. doi:10.1103/PhysRev.75.1969
  18. Haxel, Otto; Jensen, J. Hans D; Suess, Hans E (1949). "On the "Magic Numbers" in Nuclear Structure". Physical Review. 75 (11): 1766. Bibcode:1949PhRv...75R1766H. doi:10.1103/PhysRev.75.1766.2
  • Introductory Nuclear Physics by Kenneth S. Krane (3rd edition, 1987) (ISBN 978-0471805533) [Undergraduate textbook]
  • Theoretical Nuclear And Subnuclear Physics by John D. Walecka (2nd edition, 2004) (ISBN 9812388982) [Graduate textbook]
  • Nuclear Physics in a Nutshell by Carlos A. Bertulani (Princeton Press 2007) (ISBN 978-0-691-12505-3)
  • General Chemistry by Linus Pauling (Dover 1970) (ISBN 0-486-65622-5)


 
فيزيا نوويه على مواقع التواصل الاجتماعى