يعود اكتشاف النشاط الإشعاعي الطبيعي أوالتحلل الإشعاعي إلى العالم أنتوني هنري بيكريل عام 1896، وذلك عندما كان يبحث في مختبره في معهد التقنيات العليا في باريس في كيفية تصوير الأشعة السينية وإظهارها على صفائح فوتوغرافية من صنعه. وكان يكسوتلك اللوحات من كبريتات مختلفة للتوتياء والكالسيوم وأملاح أخرى. ولاحظ خلال محاولاته تأثر الصفائح في الظلام رغم عدم قذفها بأشعة أخرى. وكان يفهم موادا فسفورية تتميز بأنها تضيء في الظلام بعد تعرضها للضوء، وظن حتى إسوداد لوحاته كان ناتجا عن المواد الفسفورية. فقام بتجربة في عام 1896: بأن قام بلف الشرائح الفوتوغرافية في ورق أسود ووضع عليها بعضا من المواد الفسفورية، فلم تسود اللوحات الفوتوغرافية. ولكن عندما وضع أملاحا من اليورانيوم على اللوحات الفسفورية المغطاة بورق أسود عثر أنها اسودت، مرشد على خروج أشعة من أملاح اليورانيوم تنفذ خلال الورق الاسود. وسماها في سنة 1896 إشعاعات يورانيومية.

وكانت ماري كوري وزوجها بيير يدرسان النشاط الإشعاعي للبولونيوم، ويعهدان حتى البولونيوم يصدر إشعاعات طبيعيا من تلقاء نفسه. وتأكد جميع من ماري كوري وزوجها بيار من سبب إسوداد شرائح بيكريل حيث أنها تسود عند تعرضها لأملاح اليورانيوم، وهوحتى اليورانيوم أيضا يصدر تلقائيًا أشعة نفاذة تعمل على إسوداد لوحات بيكريل؛ والإسوداد يزداد حدثا كان ملح اليورانيوم أكثر أوأكثر هجريزًا.

تاريخه

في عام 1896م اكتشف بكريل حتى أحد أملاح اليورانيوم يصدر اشعاع - لم تكن طبيعته واضحة في ذلك الوقت - وأثبت بكريل حتى الإشعاع الذي اكتشفه يصدر من جميع مركبات اليورانيوم وعن اليورانيوم الفلزي أيضًا بما يعني حتى مصدر الإشعاع هوذرةاليورانيوم. واتضح له حتى هذا الإشعاع يحدث بصورة تلقائية مستمرة لا تؤثر عليه المؤثرات الخارجية من ضغط ودرجة حرارة ولهذا سمى اشعاع اليورانيوم اشعاع نشط (بالإنجليزية: Radioactive Radiation)‏ وتسمى هذه الظاهرة النشاطية الاشعاعية (بالإنجليزية: Radioactivity)‏.

في عام 1898 م قام بيير كوري وزوجته ماريا سكلودوفسكايا- بولندية الاصل - ومشهورة باسم مدام كوري باكتشاف النشاط الإشعاعي للثوريوم. وأيضا اكتشفا في نفس السنة عنصرين جديدين يوجدان في خامات اليورانيوم :العنصر الأول أطلق عليه الراديوم وهوعنصر أقوى في نشاطه الإشعاعي من اليورانيوم بمليون مرة بينما العنصر الثاني أطلقا عليه اسم مسقط رأس مدام كوري وهوالبولونيوم. وبعدعشرة سنوات اكتشف رذرفورد في عام 1908 م الغاز النشط اشعاعيا - الرادون - بواسطة التحليل الطيفي

• الانحلال الإشعاعي (بالإنجليزية: Radioctive Decay)‏
• عملية تلقائية يتحول فيها العنصر إلى عنصر اخر نتيجة فقد جسيمات الفا أوجسيمات بيتا وانطلاق أشعة غاما
• ما الفرق بين الانحلال الإشعاعي والتحول الكيميائي ؟
• يختلف الانحلال الإشعاعي عن التحول الكيميائي في

1. الانحلال الإشعاعي عملية تلقائية مستمرة
2. يعتمد على العنصر المشع ولا يرتبط بالمركب الكيميائي
3. لا يتوقف على الظروف الفيزيائية (الضغط، درجة الحرارة)
4. تنطلق منه طاقة هائلة

وحدة قياس النشاطية الاشعاعية

تقاس النشاطية الاشعاعية بوحدة البكريل البكريل هوعدد الإشعاعات التي تصدرها العينة المشعة في الثانية ما معنى حتى النشاطية الاشعاعية لعينة واحد بكريل المعنى : نشاطية العينة تصدر اشعاعا واحدا في الثانية هل هناك وحدات أخرى لقياس النشاطية الاشعاعية ؟ نعم توجد وحدة انحلال / ثانية ووحدة الكوري Ci وفي بعض المراجع Cu وأيضا توجد وحدة ثالثة هي الرذرفورد Rd وهونشاط يناظر مليون انحلال / ثانية عهد الكوري ؟ الكوري هونشاط عينة تنحل فيها في الثانية الواحدة 3.7x10¹⁰ من الانوية المشعة.

معدل التحلل

تسير عملية التحلل بمعدل ثابت، فإذا كان لدينا عينة من مادة مشعة،قد يكون عدد التحللات dN التي تحدث في فترة زمنية dt متناسبا مع عدد الذرات الكلي. فإذا كان عدد الذرات الكلي N ،قد يكون احتمال التحلل (−dN/ dt) متناسبا تناسبا طرديا مع N، أي أن:

${\displaystyle \left(-{\frac {dN {N \right)=\lambda \cdot dt.$

وكل عنصر من العناصر المشعة يتميز بمعدل تحلل خاص به ويسمى(λ). وتعني الإشارة السالبة في المعادلة حتى N تنقص مع جميع وقع للتحلل. ويمكن حل تلك المعادلة التفاضلية من الدرجة الأولى ونحصل على:

${\displaystyle N(t)=N_{0 \,e^{-{\lambda t =N_{0 \,e^{-t/\tau .\,\!$

حيث :

N₀ هي العدد N عند الزمن (t = 0).

وتبين المعادلة الثانية حتى ثابت التحلل λ له وحدة 1/الزمن، وبالتالي يمكن صيغتها في صورة τ حيث تعطي τ نصف العمر أوعمر النصف لتحلل العنصر.

وعلاقة τ ب ${\displaystyle {\lambda$ كالآتي :

${\displaystyle \tau ={\frac {1 {\lambda .$

وتمثل الدالة الأسية لأساس الثابت الطبيعي e معدل التحلل في المعادلة الثانية. وفي العادةقد يكون عدد ذرات العينة كبير جدا مقارب لعدد أفوجادروبحيثقد يكون وصف تلك المعادة لمعدل التحلل وصفا جيدا.

نفترض الآن حتى لدينا ثلاثة عناصر مختلفة مشعة :

• الأحمر : عنصر مشع، ذوعمر النصف ثلاثة سنوات،
• الأزرق : عنصر مشع، ذوعمر النصف 2 سنة،
• الأخضر : عنصر مشع، ذوعمر النصف 1 سنة.

يبين الرسم البياني المجاور معدل تحلل الذرات للثلاثة عناصر، أي أنه يبين عدد الذرات التي لم تتحلل بعد كدالة للزمن. وكما نري يتناقص عدد الذرات التي لم تتحلل بمعدل ثابت مميز لكل عنصر وذلك طبقا للمعادلة الثانية أعلاه. ونري حتى العنصر ذوعمر نصف طويل (الأحمر) هوالذي يتميز بمعدل صغير للتحلل.

مثال عن التحلل

إذا كان لدينا عينة مشعة تحتوي على 400.000 ذرة مشعة وتتميز بنصف عمر قدرهعشرة أيام، فإنه بعد مرورعشرة أيام يصبح عدد الذرات التي لا زالت مشعة 200.000 ذرة. وبعد مرورعشرة أيام أخرى ثانية ينخفض عدد الذرات المشعة إلى 100.000 ذرة وبعد مرورعشرة أيام تالية يصبح عدد الذرات التي لم تتحلل 50.000 إلى غير ذلك. لذلك نتحدث عن ${\displaystyle t_{1/2}}$

عمر النصف

عمر النصف (بالإنجليزية: Half-Life)‏ هوالزمن الذي يحتاجه العنصر المشع لكي ينحل نصف عدد ذراته. حيث تنخفض فيه الكمية المشعة إلى النصف. فمعنى حتى عمر النصف لليورانيوم 238 (4.49x10⁹ yr) أي أنه لكي ينحل نصف عدد ذرات اليورانيوم يلزم 4.49x10⁹ سنة.

ويسمى هذا الزمن الثابت المميز للعنصر عمر النصف ، ويرمز له بالرمز ${\displaystyle t_{1/2$. ويمكن كتابة عمر النصف كدالة لثابت التحلل أو(متوسط العمر) كالآتي:

${\displaystyle t_{1/2 ={\frac {\ln 2 {\lambda =\tau \ln 2.$

وبالتعويض عنها في المعادلة الأسية أعلاه نحصل على:

${\displaystyle N(t)=N_{0 2^{-t/t_{1/2 .\,$

أي حتى جزء المادة التي لا زالت مشعة بعد مرور زمن ${\displaystyle /t_{1/2$ :

${\displaystyle 2^{-1 ={1/2$

وهذا يعني أنه بعد مرور ثلاثة فترات من فترات عمر النصف، يبقي في العينة الكمية المشعة التالية :

${\displaystyle 1/2^{3 =1/8$

أي أن متوسط العمر ${\displaystyle \mathrm{\tau <!--\; \tau \; -->}}$

${\displaystyle \tau ={\frac {t_{1/2 {\ln 2 =1.442\cdot t_{1/2$.

ويبلغ عمر النصف = 138 يوم لمادة البولونيوم-210 ، في حين حتىقد يكون متوسط عمرها 200 يوم.

مثال حسابي

يستخدم الكربون-14 في تقدير عمر الصخور والطبقات الأرضية، وبالتالي هي طريقة لتقدير عمر نباتات أوأحياء عاشت في الماضي واختزنت في تلك الطبقات الأرضية. يتميز النظير كربون-14 بعمر نصف مقداره 5730 سنة، ويتحلل بمعدل 14 تحللا في الدقيقة الواحدة لكل جرام من الكربون الطبيعي (الكربون الطبيعي يحتوي على أغلبية من الكربون-12 ونسبة معينة من الكربون-14).

فإذا عثرنا على عينة (أحفورة) ووجدناها تصدر أربعة تحللات /دقيقة/جرام من الكربون فيها، فما هوعمرها ؟

لحساب العمر نستخدم المعادلة المذكورة أعلاه :

${\displaystyle N=N_{0 \,e^{-t/\tau ,$

حيث:

${\displaystyle {\frac {N {N_{0 =4/14\approx 0.286,$

${\displaystyle \tau ={\frac {T_{1/2 {\ln 2 \approx 8267$ years,

${\displaystyle t=-\tau \,\ln {\frac {N {N_{0 \approx 10360$ years.

أي حتى متوسط عمر العينة هو10.360 سنة.

معرض صور

انظر أيضاً

• سيرة الوقاية من الإشعاع
• طاقة الارتباط
• نقص الكتلة
• تحلل بيتا
• نواة الذرة
• كربون-14
• إشعاع طبيعي
• عدد سحري
• فيزياء نووية
• سلسلة اضمحلال
• اضمحلال عنقودي

المراجع

• الفيزياء النووية من قبل ايرفينغ كابلان الطبعة 2، 1962 أديسون ويسلي
• كيمياء عام 1970 من قبل لينوس بولينغ دوفر حانة. ردمك 0-486-65622-5
• الاستهلالي الفيزياء النووية من قبل كينيث كرين حانة. وايلي
• نماذج من النواة الذرية من قبل نون كوك، سبرينغر فيرلاغ (2006)، ردمك 3540285695