وحدات بناء المادة - فيزياء3-3 - ثالث ثانوي

6-3 وحدات بناء المادة The Building Blocks of Matter عندما درس الفيزيائيون الأوائل النواة بواسطة الجسيمات ذات السرعات العالية، كان عليهم استخدام جسيمات ألفا من مصادر مشعة. وقد استخدم مجربون آخرون الأشعة الكونية التي تنتج عن عمليات لم تفهم بصورة كاملة حتى الآن في النجوم والمجرات. وفي الأهداف www.icn.edu.sa الجسيمات وكواشف بداية عام 1930م طورت أول أجهزة مختبرية استطاعت مسارعة البروتونات وجسيمات . تصف عمل مسارعات ألفا لتكسبها طاقة كبيرة كافية لاختراق نواة الهدف. وفي الوقت الحاضر يستخدم جهازان لهذا الغرض هما: المسارع الخطي، والمسارع الدائري التزامني (السنكروترون). المسارعات الخطية Linear Acceleration الجسيمات. • تصف النموذج المعياري للمادة، وتفسر دور حاملات القوة. المفردات يستخدم المسارع الخطي لمسارعة البروتونات أو الإلكترونات، ويتكون المسارع من سلسلة من الأنابيب المجوّفة داخل حجرة طويلة مفرغة، وهذه الأنابيب موصولة بمصدر جهد متناوب عالي التردد يولد مجالا كهربائيًا، كما في الشكل 610 وتنتج البروتونات في مصدر النموذج المعياري أيوني. وعندما يطبق جهد سالب على الأنبوب الأول تتسارع البروتونات الداخلة له. ولا يوجد مجال كهربائي داخل الأنبوب لكن المجال الكهربائي يوجد في الفجوات بين الأنابيب، لذلك تتحرك البروتونات داخله بسرعة ثابتة. ويعدل كل من طول الأنبوب وتردد الجهد، بحيث عندما تصل البروتونات إلى النهاية البعيدة للأنبوب الأول يصبح جهد الأنبوب الثاني إنتاج الزوج سالبا ويتحول جهد الأنبوب الأول ليصبح موجبا، فيعمل المجال الكهربائي المتكوّن في القوة النووية الضعيفة الفجوة بين الأنابيب على مسارعة البروتونات في الفجوات قبل دخولها إلى داخل الأنبوب الثاني. تستمر هذه العملية بحيث تبقى البروتونات تتسارع في الفجوات بين كل زوج من الأنابيب. تزداد طاقة البروتون بمقدار eV 10 بتأثير كل تسارع، وكأن البروتونات تركب على قمة موجة المجال الكهربائي، كما تركب الموجة في المحيط. وفي نهاية المسارع تكون البروتونات قد اكتسبت طاقة عالية تصل إلى تيرا إلكترون فولت وهناك طرائق أخرى مماثلة تستخدم لمسارعة الإلكترونات. لاحظ أن هذا النوع من المسارعات يعمل على تسارع الجسيمات المشحونة فقط. الكواركات الليبتونات حاملات القوة فرق. متناوب شعاع من الجسيمات الشكل 10-6 المسارع الخطي في جامعة ستانفورد طوله km 3.3 ويعمل على مسارعة الإلكترونات إلى طاقات GeV 20 (a). تتسارع بروتونات في مسارع خطي عن طريق تغيير الشحنة في الأنابيب في أثناء حركة البروتونات (b). (القياسيات لا تعتمد مقياسا). وزارة التعليم Minist 591ucation 2023-1445

إلى الهدف مناطق التسارع محقن مجال مغناطيسي السنكروترون The Synchrotron يمكن أن يصنع المسارع ليكون أصغر باستخدام المجال المغناطيسي لثني مسار الجسيمات فيصبح دائريا في جهاز السنكروترون تفصل مناطق الثني المغناطيسي بمناطق تسارع، كما في الشكل 116-6 في المناطق المستقيمة يسارع الجهد المتناوب العالي التردد الجسيمات، إن شدة المجال المغناطيسي وطول المسار يتم اختيارهما؛ بحيث تصل الجسيمات إلى موقع المجال الكهربائي المتناوب بالضبط عندما تعمل قطبية المجال على تسارعها . إن إحدى أجهزة السنكروترون الضخمة التي تعمل الآن موجودة في مختبر مسارع فيرمي الوطني بالقرب من شيكاجو الموضح في الشكل 611 حيث تصل طاقة البروتونات فيه إلى (1TV 102eV. ينتقل شعاع البروتون وشعاع ضديد البروتون في اتجاهات متعاكسة في المسار الدائري (ضديد البروتون جسيم له كتلة البروتون نفسها لكن شحنته معاكسة)، فتتصادم الأشعة في مناطق تفاعلات متعددة، وتدرس النتائج. يبين الشكل 11-6 منظرًا خارجيًا مسارع المنظمة الأوربية للأبحاث النووية (سيرن CERN) هو أكبر مختبر للفيزياء الحديثة في العالم أما باقي المسارع فهو موجود تحت الأرض وفي هذا المسارع أجريت تجربة تصادم البروتونات التي نتج عنها ضديد البروتون كواشف الجسيمات Particle Detectors عندما تنتج الجسيمات لا بد من الكشف عن نتائج التصادم؛ أي أنها تحتاج إلى التفاعل مع مادة بطريقة معينة بحيث نستطيع الإحساس بها بحواسنا الإنسانية المحدودة نسبيا. فيدك توقف جسيم ، رغم عدم إحساسك بأن الجسيم قد ارتطم بها. وفي اللحظة التي تقرأ فيها هذه العبارة، تعبر بلايين النيوترينوات neutrinos الشمسية خلال جسمك دون أن تشعر بها. لذلك ابتكر العلماء في القرن الماضي أدوات لكشف وتمييز نواتج التفاعلات النووية. درست أن عينات اليورانيوم كوّنت طبقة ضبابية على الصفائح الفوتوجرافية؛ فعندما الشكل 11-6 سنكروترون مختبر اصطدمت جسيمات أو جسيمات 3 أو أشعة جاما بالصفيحة الفوتوجرافية أصبح لون فيرمي نصف قطره a) 2 km) الصفيحة ضبابياً. لذلك يمكن استخدام تلك الصفائح للكشف عن الإشعاع. تستخدم السنكروترون عبارة عن مسارع دائري أجهزة أخرى عديدة للكشف عن الجسيمات المشحونة وأشعة جاما. ومعظم هذه الأجهزة تستخدم فيه المغانط لضبط المسار وتسارع تعمل على مبدأ الاستفادة من حقيقة أن تصادم الذرات مع جسيمات ذات سرعة عالية الجسيمات (b) مسارع سيرين في أوروبا تعمل على تحرير إلكترونات من الذرات، أي أن الجسيمات العالية السرعة تؤين المادة التي وهو أكبر مسارع في العالم (C) الشكل 12-6 يمكن الكشف عن الجسيمات عندما تتفاعل مع المادة أو تتعرض لفيلم كاشف، أو تشحن المادة أو تسبب انبعات فوتونات من المادة. يقذف بها بالإضافة إلى ذلك تتألق (تلمع ) بعض المواد، أو تبعث فوتونات عند تعرضها لأنواع معينة من الإشعاع. وهكذا فإن المواد الفلورية يمكن أن تستخدم أيضًا للكشف عن الإشعاع. وإليك الطرائق الثلاث للكشف عن الإشعاع موضحة في الشكل 612. فیلم کاشف وزارة التعليم Ministry of Education 2023-1445 592

عداد جايجر يحتوي أنبوب عدّاد جايجر - مولر على أسطوانة نحاسية ذات شحنة سالبة. يوضع أسفل مركز هذه الأسطوانة سلك شبك موجب الشحنة، بحيث يبقى فرق الجهد المطبق على السلك والأسطوانة دون النقطة التي يحدث عندها التفريغ التلقائي للشحنات أو الومضة. عندما يدخل جسيم مشحون أو أشعة جاما إلى الأنبوب، يؤين ذرة غاز بين أسطوانة النحاس والسلك، فيتسارع الأيون الموجب الناتج في اتجاه الأسطوانة تحت تأثير فرق الجهد، فيتسارع إلكترون في اتجاه السلك الموجب. وتولد حركة الجسيمات المشحونة في اتجاه الأقطاب سيلاً من الجسيمات المشحونة، فتولّد نبضة التيار خلال الأنبوب مسارات التكاثف أول جهاز استخدم للكشف عن الجسيمات كان حجرة غيمة ولسون. تحتوي هذه الحجرة على منطقة مشبعة ببخار الماء أو بخار الإيثانول، وعندما تنتقل الجسيمات المشحونة خلال الحجرة تترك أثرًا من الأيونات في مسارها، فيتكاثف البخار على شكل قطرات صغيرة على تلك الأيونات. وبهذه الطريقة تتكون مسارات مرئية من القطرات، أو الضباب وفي الكشاف المماثل الذي لا يزال يستخدم حتى الآن، والمسمى بحجرة الفقاعة تعبر الجسيمات المشحونة خلال سائل تبقى درجة حرارته فوق درجة الغليان. في هذه الحالة فإن مسار الأيونات يسبب تكون فقاعات بخار تحدد مسارات الجسيمات، كما في الشكل 13-6 أنتجت التقنية الحديثة حجرات كشف تسمى حجرات سلك تشبه أنابيب جايجر - مولر العملاقة. وتفصل الصفائح الكبيرة بفجوة صغيرة مملوءة بغاز ذي ضغط منخفض. يحدث التفريغ الكهربائي في مسار الجسيم الذي يعبر خلال الحجرة فيكشف الحاسوب عن التفريغ، ويسجل موقعه للتحليل التالي. الشكل 13-6 تظهر صورة حجرة الجسيمات المتعادلة كهربائيا لا تغادر المسارات؛ لأنها لا تُحدث تفريغا. ويمكن استخدام فقاعة اللون الوهمية مسار الجسيمات قوانين حفظ الطاقة وحفظ الزخم في التصادمات لتبين ما إذا أنتجت جسيمات متعادلة. وتستخدم كواشف أخرى لتقيس طاقة الجسيمات تستخدم مجموعة متكاملة من أجهزة الكشف في تجارب المسارعات العالية الطاقة، ومنها الكاشف التصادمي في مختبر فيرمي؛ الشكل 14-6 في مختبر فيرمي الذي يصل ارتفاعه إلى ارتفاع بناء من ثلاث طوابق، كما هو موضح في الشكل 144-6. يسجل الكاشف التصادمي المسارات الناتجة صمم الكاشف التصادمي في مختبر فيرمي لرصد ربع مليون تصادم للجسيم في الثانية. عن بلايين التصادمات (a). صورة المشحونة. يعمل الكاشف كآلة تصوير كتلتها 5000 طن لتكوين صورة حاسوبية لحالات التصادم حاسوبية للكاشف التصادمي في مختبر كما هو موضح في الشكل 14-6 فيرمي لحالة الكوارك العلوي (b) وزارة التعليم Minist 593 fucation 2023-1445

De أشعة جاما +⁹e ضديد المادة Antimatter في بداية عام 1920م توقع باول ديراك وجود ضديد جسيم خاص بكل نوع من الجسيمات. والإلكترون الموجب الذي يسمى بوزترون مثال على صديد الجسيم. وللإلكترون والبوزترون نفس الكتلة ومقدار الشحنة، ومع ذلك فإن إشارتي شحنتيهما متعاكستان. وعندما يصطدم إلكترون وبوزترون معًا فإن كلا منهما يُفني الآخر، وينتج عن ذلك طاقة على شكل أشعة جاما، كما هو موضح في الشكل 15-6. الشكل 15-6 نتائج تصادم البوزترون الجسيمات Particles والإلكترون في عملية إنتاج أشعة جاما لقد كان نموذج الذرة الذي اكتشف عام 1930م بسيطًا للغاية؛ فالذرة فيه مكونة من بروتونات ونيوترونات محاطة بالإلكترونات. ثم عملت الدراسات العميقة للاضمحلال الإشعاعي على تطوير هذه الصورة المبسطة. فبينها جسيمات ألفا وأشعة جاما التي تنبعث من النواة المشعة لها طاقات أحادية تعتمد على النواة المضمحلة، فإن جسيمات بيتا تنبعث بمدى واسع من الطاقات. وقد يظن البعض أن طاقة جسيمات بيتا تساوي الفرق بين طاقة النواة قبل الاضمحلال وطاقة النواة الناتجة عن الاضمحلال والحقيقة أن المدى الواسع فاز الياباني تاكاكي كاجيتا والكندي أرثر بي لطاقات الإلكترونات المنبعثة خلال اضمحلال بيتا نبهت العالم نيلز بور إلى وجود جسيم بجائزة نوبل للفيزياء لعام 2015 لاكتشافهما آخر يمكن أن يشارك في التفاعل النووي؛ حيث يحمل جزءًا من الطاقة. توقع العالمان باولي أن جسيمات النيوترينو لها كتلة. عام 1931م وفيرمي عام 1934م وجود جسيم متعادل غير مرئي ينبعث مع جسيم بيتا. وقد أطلق عليه فيرمي اسم النيوترينو، ويعني في الإيطالية جسيم صغير متعادل"، فهو عديم الشكل 16-6 بالرغم من أن للكواركات الشحنة ويصعب الكشف عنه، لذلك يطلق عليه الجسيم الشبحي. ولكن في الواقع فإن شحنات جزئية فإن جميع الجسيمات التي هذا الجسيم كان ضديد النيوترينو، ولم يلاحظ مباشرة حتى عام 1956م. أظهرت دراسات تكونها لها عدد صحيح من الشحنات. أخرى وجود جسيمات أخرى، منها الميون الذي يبدو كإلكترون ثقيل، وقد اكتشف عام 1937م. ففي عام 1935م شجعت فرضية الفيزيائي الياباني هيدكي يوكاوا الجديرة بالاهتمام على إجراء بحوث كثيرة في السنوات التالية؛ حيث افترض يوكاوا وجود جسيم جديد يستطيع حمل القوة النووية خلال الفراغ، تماما كما يحمل الفوتون القوة الكهرومغناطيسية. وفي عام 1947م اكتشف الجسيم المفترض وهو البيون. وعلى الرغم من أنه لم يكن يحمل القوة النووية القوية، لكنه كان نوعًا جديدًا من المادة. u + 3e u e بروتون u d d d نيوترون u d e لقد نتج عن التجارب التي أجريت على مسارعات الجسيم معرفة المزيد عن جسيمات أخرى جديدة، بعضها ذو كتلة متوسطة، وبعضها الآخر ذو كتلة أكبر من كتلة البروتون. وتحمل شحنات موجبة أو سالبة، أو لا تحمل شحنة، وبعضها له فترة حياة 1025، ولبعضها الآخر فترة حياة غير محددة. من جهة أخرى سئل العالم فيرمي أن يحدد مسار جسيم ما عند نقطة معينة فأجاب "لو أستطيع أن أتذكر أسماء جميع هذه الجسيمات فعندئذ سأكون عالم نبات". النموذج المعياري The Standard Model لقد أصبح واضحا في أواخر عام 1960م أن البروتونات والنيوترونات والبيونات ليست جسيمات أولية، بل مكونة من مجموعة من جسيمات تسمى الكواركات (quarks). ويعتقد العلماء الآن وجود ثلاث عائلات من الجسيمات الأولية وفقا للنموذج المعياري هي: الكواركات واللبتونات وحاملات القوى (البوزونات). وزارة التعليم Ministry of Education 2023-1445 بيون 594

H هيجز 126 GeV/c حاملات القوى الجلونات و الفوتونات بوزونات ضعيفة الفوقي الجاذب العلوي 2,3 Mevic 1,275 Gavi 173,07 Gevic التحتي 4,18 Gevic تاو الغريب 95 MeV/c میون السفلي 4,8 MeVic إلكترون 0,511 Mevic 105,7 MeV/c 1,777 Gevic -1 91,2 Gevi Z بوزونات ضعيفة نيوترينو تاو نيوترينو ميون نيو ترينو إلكترون <0,17 Mevic <15,5 Mevic 80,4 Ge W ل 220 0 - الكتلة الشحنة - الدوران الكواركات اللبتونات الجدول 3-6 يبين كيف تقسم الكواركات واللبتونات المعروفة إلى ثلاث عائلات ويتكون عالم اليوم من جسيمات من عائلة اليد اليسرى u de) والجسيمات في المجموعة الوسطى (CS) موجودة في الأشعة الكونية وتنتج بطريقة روتينية في مسارعات الجسيم. ويعتقد أن عائلة اليد اليمني (bat.T) مستثارة قليلا خلال اللحظات المبكرة للانفجار العظيم وتوجد نتيجة التصادمات العالية الطاقة ويحمل مقياس البوزونات القوى الكهرومغناطيسية الضعيفة والقوية وقوى التجاذب الكتلي، ويعبر عن الكتل بمكافئات الطاقة المعطاة عائلة الكواركات (quarks) تتحد الكواركات لتشكل الهادرونات التي تنقسم إلى مجموعتين بمعادلة أينشتاين. E=mc2 فرعيتين، هما مجموعة الباريونات مثل: البروتونات والنيوترونات ومجموعة الميوزونات مثل البيونات المكونة من كوارك وضديده كما في الشكل 16-6. عائلة اللبنونات (leptons) مثل: الإلكترون، والميون، والتاو. عائلة حاملات القوى (force carriers) وتسمى كذلك البوزونات وهي جسيمات تنقل القوى الأساسية، فمثلا تحمل الفوتونات القوة الكهرومغناطيسية، وتحمل الجلونات الثمانية القوى النووية القوية، أما البوزونات الثلاثة الضعيفة فهي التي تحمل القوة النووية الضعيفة، والجرافيتون حامل قوة الجاذبية الأرضية والذي لم يكتشف حتى الآن ويعتبر من نظريات ما بعد النموذج المعياري. تشكل الكواركات واللبتونات المادة، بينما حاملات القوة جسيمات تنقل القوى، وقد تم تلخيص خصائص الجسيمات الأولية التي تمثل أساس النموذج المعياري في الجدول 3-6 البروتونات والنيوترونات Protons and Neutrons نموذج الكوارك يصف النيوكليونات (البروتونات والنيوترونات)، بوصفه المجمعا من الكواركات. وكل نيوكليون مكوّن من ثلاثة كواركات فيتكون البروتون من اثنين من الكواركات العلوية (up quanks) (شحنة ). وكوارك سفلي واحد (doun quarks) (شحنة)، ويعير عن البروتون بالرمز pund فشحنة البروتون عبارة عن مجموع شحنات ثلاثة كواركات e=te(++). بينما يتكون النيوترون من كوارك واحد علوي واثنين من الكواركات السفلية n = udd فشحنة النيوترون صفر. 0=e( - + - ) . لا يمكن مشاهدة الكواركات الحرة المنفردة؛ لأن القوة القوية التي تبقيها مجتمعة معا تصبح أكبر كلما اندفعت الكوراكات ليبتعد بعضها عن بعض. في مثل هذه الحالة، تعمل القوة القوية كقوة النابض، فهي ! لا تشبه القوة الكهربائية التي تصبح أضعف كلما تحركت الجسيمات مبتعدة بعضها عن بعض. وتنتقل القوة القوية في نموذج الكوارك بواسطة الجلونات. وزارة | سليم Minist595ducation 2023-1445

التحولات بين الكتلة والطاقة Conversions Between Mass and Energy يمكن حساب كمية الطاقة التي تتولّد نتيجة فناء جسيم باستخدام معادلة أينشتاين لتكافؤ الطاقة والكتلة E=mc2 . إن كتلة الإلكترون kg 10 9.11 وتساوي كتلة البوزترون. لذلك فإن الطاقة المكافئة للبوزترون والإلكترون معا يمكن حسابها كما يلي: E=2 (9.11 x 103 kg) (3.00 × 108 m/s)² E (1.64 × 10 13 J) (1 eV/1.60 × 10-19 J) والبوزترون. Me 1.02 أو E = 1.02 × 10 eV عندما يكون كل من البوزترون والإلكترون في حالة سكون فإن كلا منهما يفنى الآخر. و مجموع طاقات أشعة جاما المنبعثة هو 102 ويمكن أن يحدث أيضًا معكوس الفناء، أي أن الطاقة يمكن أن تتحول مباشرةً إلى مادة. فإذا عبر شعاع جاما بطاقة Me 1.02 على الأقل بالقرب من نواة فقد ينتج زوج من البوزترون والإلكترون. Ye+e+ يسمى تحوّل الطاقة إلى زوج الجسيمات "مادة وضديد المادة" إنتاج الزوج. ولا يمكن أن تحدث التفاعلات منفردة مثل تفاعل e و et ؛ لأن مثل هذه التفاعلات لا تحقق قانون حفظ الشحنة، وكذلك تفاعلات ye + p لا تحدث أيضًا. فالزوج يجب أن يكون الجسيم وضديد الجسيم الخاص به. جسيمات المادة وضديد المادة توجد في أزواج. ويوضح الشكل 17-6 إنتاج زوج بوزترون الشكل 17-6 عندما ينتج الجسيم - إلكترون؛ حيث يعمل المجال المغناطيسي حول حجرة الفقاعة على ثني مسارات الجسيمات فإن ضديد هذا الجسيم ينتج أيضا، هنا المتعاكسة الشحنة لتتحرك في اتجاهات متعاكسة. و لا تتبع أشعة جاما المنتجة المسار. وإذا تضمحل أشعة جاما إلى زوج من الإلكترون كانت طاقة أشعة جاما أكبر من 1.02eV فإن الفائض في الطاقة يظهر على شكل طاقة حركية للبوزترون والإلكترون، فيتصادم البوزترون في الحال مع إلكترون آخر، ويفني كل منهما الآخر، وينتج إشعاعان أو ثلاثة إشعاعات جاما لا تقل طاقتها الكلية عن MeV 102. حفظ الجسيم ، كل كوارك وكل لبتون أيضًا له ضديد جسيم. يتماثل ضديد الجسيمات مع الجسيمات إلا في نوع الشحنة؛ حيث تكون الشحنتان متعاكستين. فالكوارك العلوي مثلاً شحنته + ، بينما ضديد الكوارك العلوي شحنته ، وشحنة البروتون uud هي 1 + ، وشحنة ضديد البروتون uud 1-=+ -- . وعندما يصطدم الجسيم وضديده فإن كلا منهما يفنى الآخر، ويتحولان إلى فوتونات أو إلى زوج من جسيم وضديد جسيم أخف وإلى طاقة. العدد الكلي للكواركات والعدد الكلي للبتونات في الكون ثابتة؛ حيث إن الكواركات واللبتونات توجد أو تفنى فقط بوصفهما زوج جسیم وضديد الجسيم. ومن جهة أخرى فإن حاملات القوى ومنها الجرافيتونات والفوتونات والجلونات والبوزونات الضعيفة قد توجد أو تفنى إذا كان هناك طاقة كافية. يمكن أن يوجد ضديد للبروتونات أيضًا فلضديد البروتون كتلة تساوي كتلة البروتون، ولكن شحنته سالبة وكتلة البروتون تساوي كتلة 1836 إلكترونا. وهكذا فإن الطاقة اللازمة لتكوين زوج من البروتون وضديد البروتون كبيرة نسبياً. وقد ثم إنتاج وملاحظة زوج البروتون وضديد البروتون أول مرة في باركلي في كاليفورنيا عام 1955 وزارة التعليم Ministry of Education 2023-1445 596

مسائل تدريبية 35 كتلة البروتون kg 10 × 1.67 a. أوجد الطاقة المكافئة لكتلة البروتون بوحدة الجول. b. حول هذه القيمة إلى وحدة eV. أوجد الطاقة الكلية الأصغر لأشعة جاما التي يمكن أن تؤدي إلى تكون زوج من البروتون وضديد البروتون. 36. يمكن لكل من البوزترون والإلكترون أن يفني أحدهما الآخر، وينتج ثلاثة إشعاعات جاما، تم الكشف عن اثنين من إشعاعات جاما، فكانت طاقة أحدها ke 225 وطاقة الآخر keV 357. ما طاقة إشعاع جاما الثالث؟ 37 كتلة النيوترون 1.0086654 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. 38 كتلة الميون 0.1135u ، وهو يضمحل إلى إلكترون ونيوترينونين. ما مقدار الطاقة الناتجة عن هذا الاضمحلال؟ اضمحلال بيتا والتفاعل الضعيف Beta Decay and the weak interaction لا توجد إلكترونات عالية الطاقة منبعثة من اضمحلال بيتا للنواة المشعة داخل النواة. إذن من أين جاءت هذه الإلكترونات؟ في عملية اضمحلال النيوترون يتحول النيوترون إلى بروتون، في حين لا يضمحل النيوترون داخل النواة المستقرة. بل الذي يمكن أن يضمحل إلى بروتون وينبعث جسيم بيتا هو النيوترون الحر في النواة غير المستقرة. ويشارك ضديد النيوترينو في الطاقة الناتجة مع البروتون وجسيم بيتا، وضديد النيوترينو جسيم كتلته صغيرة جدا، وهو عديم الشحنة، ولكنه كالفوتون؛ له زخم وطاقة. وتكتب معادلة Inp+e+ اضمحلال النيوترون كما يلي: وعندما يضمحل النظير بإطلاق بوزترون تحدث عملية شبيهة باضمحلال بيتا. وعلى الرغم من أنه لم يشاهد اضمحلال البروتون الحر فإنه يمكن للبروتون داخل النواة أن يتحول إلى نيوترون مع إطلاق بوزترون + ونيوترينو . P➡n+e+v إن انحلال النيوترونات إلى بروتونات، وانحلال البروتونات إلى نيوترونات لا يمكن تفسيره بواسطة القوة القوية. إن وجود انحلال بيتا يشير إلى أنه يجب أن يكون هناك تفاعل آخر، وهو القوة النووية الضعيفة التي تؤثر في النواة. وهذه القوة أضعف كثيرا من القوة النووية القوية. . مسألة تحفيز يضمحل U بانبعاث a وبانبعاثين متتاليين الجسيم 3 ويتحول ثانية إلى نظير لليورانيوم. 1. وضّح معادلات الاضمحلال النووي الثلاث. 2. احسب العدد الكتلي لليورانيوم المتكوّن وزارة التعليم Minist597ucation 2023-1445

مسائل تدريبية 35 كتلة البروتون kg 10 × 1.67 a. أوجد الطاقة المكافئة لكتلة البروتون بوحدة الجول. b. حول هذه القيمة إلى وحدة eV. أوجد الطاقة الكلية الأصغر لأشعة جاما التي يمكن أن تؤدي إلى تكون زوج من البروتون وضديد البروتون. 36. يمكن لكل من البوزترون والإلكترون أن يفني أحدهما الآخر، وينتج ثلاثة إشعاعات جاما، تم الكشف عن اثنين من إشعاعات جاما، فكانت طاقة أحدها ke 225 وطاقة الآخر keV 357. ما طاقة إشعاع جاما الثالث؟ 37 كتلة النيوترون 1.0086654 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. 38 كتلة الميون 0.1135u ، وهو يضمحل إلى إلكترون ونيوترينونين. ما مقدار الطاقة الناتجة عن هذا الاضمحلال؟ اضمحلال بيتا والتفاعل الضعيف Beta Decay and the weak interaction لا توجد إلكترونات عالية الطاقة منبعثة من اضمحلال بيتا للنواة المشعة داخل النواة. إذن من أين جاءت هذه الإلكترونات؟ في عملية اضمحلال النيوترون يتحول النيوترون إلى بروتون، في حين لا يضمحل النيوترون داخل النواة المستقرة. بل الذي يمكن أن يضمحل إلى بروتون وينبعث جسيم بيتا هو النيوترون الحر في النواة غير المستقرة. ويشارك ضديد النيوترينو في الطاقة الناتجة مع البروتون وجسيم بيتا، وضديد النيوترينو جسيم كتلته صغيرة جدا، وهو عديم الشحنة، ولكنه كالفوتون؛ له زخم وطاقة. وتكتب معادلة Inp+e+ اضمحلال النيوترون كما يلي: وعندما يضمحل النظير بإطلاق بوزترون تحدث عملية شبيهة باضمحلال بيتا. وعلى الرغم من أنه لم يشاهد اضمحلال البروتون الحر فإنه يمكن للبروتون داخل النواة أن يتحول إلى نيوترون مع إطلاق بوزترون + ونيوترينو . P➡n+e+v إن انحلال النيوترونات إلى بروتونات، وانحلال البروتونات إلى نيوترونات لا يمكن تفسيره بواسطة القوة القوية. إن وجود انحلال بيتا يشير إلى أنه يجب أن يكون هناك تفاعل آخر، وهو القوة النووية الضعيفة التي تؤثر في النواة. وهذه القوة أضعف كثيرا من القوة النووية القوية. . مسألة تحفيز يضمحل U بانبعاث a وبانبعاثين متتاليين الجسيم 3 ويتحول ثانية إلى نظير لليورانيوم. 1. وضّح معادلات الاضمحلال النووي الثلاث. 2. احسب العدد الكتلي لليورانيوم المتكوّن وزارة التعليم Minist597ucation 2023-1445

تشير النظريات الفلكية الفيزيائية للنجم فوق المستعر إلى حدوث تفاعلين متماثلين خلال الشكل 19-6 في النجم فوق المستعر الانفجارات النجمية الهائلة، كتلك الموضحة في الشكل 19-6. أما النظريات الحالية ليست القوى الكهرومغناطيسية والقوى المتعلقة بأصل الكون فتتوقع أن القوتين كانتا متماثلتين خلال اللحظات المبكرة للكون الضعيفة متمايزة والضوء المتزايد كذلك. لهذا السبب، كانت القوى الكهرومغناطيسية والقوى الضعيفة متحدتين في قوة والنيوترونات الصادرة من النجم فوق المستعر 1987A تصل الأرض في اللحظة نفسها وهذا يظهر أن النيوترينات تنتقل بسرعة واحدة تسمى قوة كهربائية ضعيفة بالطريقة نفسها تبين أن القوى الكهرومغناطيسية والقوة الضعيفة متحدتان في قوة قريبة من سرعة الضوء وتنتج في النجم كهربائية ضعيفة خلال عام 1970م. كذلك توصل الفيزيائيون الآن إلى تطوير نظريات الأعظم، وكما هو متوقع، ظهر النجـم فـوق تتضمن القوة القوية أيضًا، ولا يزال العمل غير مكتمل. وما زالت النظريات تتطور، ويتم المستعر قبل الانفجار (a)، خلال الانفجار (b)، وبالقرب من هابل (C). التخطيط لاختبار هذه النظريات الآن. ونظرية الاتحاد التام التي تتضمن التجاذب تحتاج إلى المزيد من العمل. وقد ظهر ارتباك كبير نتيجة الدراسات التي أجريت على المجرات والتي تتوقع أن المادة التي تم وصفها بالنموذج المعياري تكوّن فقط جزءًا صغيرًا من كتلة الكون. والجزء الأكبر من المادة شكلت المادة المعتمة؛ وقد سميت بذلك لأنها لا تتفاعل مع الفوتونات أو المادة العادية، لكنها قوة التجاذب، والتي تبدو كطاقة معتمة، وقوة غير معروفة تعمل على تسارع تمدد الكون. لذلك فإن الدراسات المتعلقة بالجسيمات المتناهية في الصغر التي تكوّن الأنوية تتصل مباشرة مع البحوث المتعلقة بالأنظمة الكبيرة والمجرات التي تكون الكون. وقد اعتاد فيزيائيو الجسيمات الأولية وعلماء الكون أن يكونوا في النهايتين المتعاكستين لمقياس الطول والآن يتساءلون معا: "ما وحدات البناء الأساسية التي يتكون منها العالم؟". قد يستطيعون الإجابة عن هذا السؤال في المستقبل. 6-3 مراجعة 39. قذف النواة لماذا يحتاج البروتون إلى طاقة أكثر من 42. النموذج المعياري ابحث في محددات النموذج المعياري والبدائل المحتملة. النيوترون عندما يستخدم لقذف النواة؟ 40. مسارع الجسيمات تتحرك البروتونات في مسارع 43. التفكير الناقد تأمل المعادلتين التاليتين: مختبر فيرمي الشكل 11-6 في اتجاه عكس عقارب الساعة. ما اتجاه المجال المغناطيسي في مغانط الثني؟ 41. إنتاج الزوج يوضح الشكل 18-6 إنتاج أزواج الإلكترون-البوزترون لماذا تنثنى مجموعة المسارات السفلية أقل من انثناء زوج المسارات العلوية؟ wt + et tugu → d w كيف يمكن استخدامهما لتفسير الاضمحلال الإشعاعي للنيوكليون الذي ينتج عن انبعاث البوزترون والنيوترينو ؟ اكتب المعادلة التي تتضمن نيوكليونات بدلاً من الكواركات.. وزارة التعليم Minist 599 2023-1445 ducation

صمم تجربتك مختبر الفيزياء . سؤال التجربة. استكشاف الإشعاع تستخدم كاشفات الإشعاع طرائق مختلفة للكشف عن وجود الإشعاع من الأنواع الشائعة للكواشف المستخدمة أنبوب جايجر - مولر. وهو يتكون من أنبوب فلزي مملوء بغاز عند ضغط منخفض وسلك شبك طويل على طول محور الأنبوب يخضع السلك لفرق جهد عال 400-800V بالنسبة إلى الأنبوب الفلزي. ويوجد عند إحدى نهايتي الأنبوب نافذة رقيقة وهشة. عندما يدخل فوتون أو جسيم مشحون بطاقة عالية إلى الأنبوب من خلال النافذة فإن جزءًا من الغاز يصبح مؤينًا، فتنجذب إلكترونات التأين في اتجاه السلك وتزداد سرعتها، ومن ثم تؤين ذرات إضافية مكوّنة نبضة من الشحنات تصطدم بالسلك. وتتحول نبضة الشحنة هذه إلى نبضة جهد، ثم تُضخّم وتُعدّ أو ترسل إلى مكبر الصوت. تعلمت سابقاً أن الضوء والإشعاع الكهرومغناطيسي ينتشر في جميع الاتجاهات، ويسير في خطوط مستقيمة من المصدر، كالشمس مثلاً. في هذه التجربة سوف تستكشف العلاقة بين المسافة من مصدر جاما وبيتا المشع، وشدة الإشعاع المقيس. ما العلاقة بين المسافة من مصدر إشعاع جاما وبيتا وشدة الإشعاع ؟ الأهداف تقيس الإشعاع. تستخدم المتغيرات والثوابت والضوابط لتصميم تجربتك. تجمع وتنظم البيانات عن النشاطية الإشعاعية لأشعة جاما وجسيمات بيتا بدلالة البعد عن المصدر. تقارنة وتستنتج نشاطية بيتا وجاما الإشعاعية. احتياطات السلامة إذا استخدمت عداد جايجر فحافظ على بقاء الأيدي والأقلام وغيرها من الأشياء بعيدة عن نهاية أنبوب جايجر؛ فنافذة الأنبوب رقيقة وهشة جدا. صل الأجهزة في المقابس المحمية فقط تجنبا لخطر الصدمة الكهربائية. لا تأكل أو تشرب في أثناء العمل بالمواد المشعة. كن حذرا من تمزق فتحة الحافظة البلاستيكية الحامية للمادة المشعة. فإذا حدث ذلك فأبلغ معلمك فورا. المواد والأدوات مصادر بيتا وجاما. عداد إشعاعي أو كاشف إشعاعي. مسطرة مترية. شريط لاصق. ساعة وقف. وزارة التعليم Ministry of Education 2023-1445 600 A

جدول البيانات الإشعاع الخلفي عدات لكل دقيقة = cpm) المسافة (cm) 2 4 6 8 10 12 14 cpm بيتا المقيسة بيتا- المصححة جاما المقيسة جاما- المصححة معدل الإشعاع (cpm) معدل الإشعاع (cpm) معدل الإشعاع (cpm) معدل الإشعاع (cpm) الخطوات 1. يختلف نوع عداد الإشعاع أو أنبوب جايجر - مولر، والأنابيب المتوافرة في المدارس بعضها عن بعض كثيرًا. يجب أن تأخذ هذا في الحسبان في خطواتك، وكذلك 3 مثل بيانيًا واستخدم الرسوم البيانية عين نقاطا على الرسم البياني تمثل معدل الإشعاع المصحح لكل من بيتا وجاما مقابل 1/4. الاستنتاج والتطبيق الاهتمام بكيفية تجميع وحمل الجهاز المتوافر وكل من 1 وضح فيم يتشابه المنحنيان؟ وما العلاقة بين البعد ومعدلات الكاشف والمادة المشعة. العد ؟ 2. عندما يكون الكاشف على بعد 1m على الأقل بعيدًا عن 2 وضح كيف يتغير معدل العد الأولي لشخص عندما ينتقل المواد المشعة، قم بتشغيل الكاشف، وقس الإشعاع. وهذا من الساحل في مستوى سطح البحر مقارنة بمستوى قمة يسمى الإشعاع الأولي. سجّل المقدار في جدول البيانات. جبل ؟ 3 قس إشعاع بيتا وجاما الصادرين عن المصادر المشعة لديك 3 صف ما يحدث لمعدل عد بيتا عندما يتحرك أنبوب جايجر - ميلر إلى الخلف ثلاثة أمثال المسافة الأولية. على سبيل المثال وعلى مسافات مختلفة. cm 18 مقارنة بـ cm 6. 4. اطرح معدل الإشعاع الأولي من معدل الإشعاع المسجل للحصول على النشاطية المصححة. 5. تأكد أن تفحص - بمساعدة معلمك - وتتأكد من تصميمك قبل أن تواصل تجربتك. التحليل التوسع في البحث ما الظواهر الفيزيائية الأخرى التي تتبع أنماطاً مماثلة؟ الفيزياء في الحياة 1. لاحظ واستنتج ما مقدار الإشعاع الأولي في هذه التجربة؟ اشرح كيف يشكل قربك من المواد المشعة خطرًا محتملاً لك 2 مثل بيانيا واستخدم الرسوم البيانية عين نقاطا على الرسم البياني تمثل معدل إشعاع جاما مقابل بعد، ثم عيّن البعد على المحور الأفقى ومعدل العد المصحح للعينة على المحور الرأسي. إذا كانت معدلات العد متماثلة فعين معدل عد بيتا على الرسم البياني نفسه، وميّز الرسم البياني لكل مجموعة بيانات. أو للآخرين؟ وزارة التعليم Minist 60cation 2023-1445

تقنية المستقبل الاندماج النووي الحراري Thermonuclear Fusion لعدة عقود مضت بحث الفيزيائيون في إيجاد ودعم تفاعل الخارجية للكرية فتنفجر سريعا. وبصورة متزامنة يُضغط الإندماج الذي يولد طاقة أكبر من تلك الطاقة التي يستهلكها المتبقي من الكرية ويسخّن إلى درجة كبيرة يبدأ عندها الاندماج يولد المفاعل الحراري النووي حرارة هائلة جدا من كميات النووي. صغيرة من الديوتيريوم ، والتريتيوم H ، والذي يمكن تعمل الطاقة الناتجة عن اندماج الكرية على زيادة الطاقة التي استخلاصه من مياه البحر. تُستخدم لتسخين الكرية، فيندمج سيل من الكريات الواحدة لبدء تفاعل الاندماج يجب أن يسخن خليط من الديوتيريوم تلو الأخرى للحصول على تحفيز مستمر، ويتم تجميع الحرارة والتريتيوم ويضغط تحت ظروف معيارية مشابهة لتلك الموجودة الناتجة لإنتاج بخار لتشغيل التوربينات. في الشمس. وسوف تحطم الحرارة المتوافرة محتويات العبوات المستخدمة في محطات الانشطار النووي. ويعد احتجاز البلازما من مشكلات التصميم الرئيسة للمفاعلات الاندماجية. العزل المغناطيسي في مفاعلات العزل المغناطيسي، يعبر تيار قوي خلال وعاء يحوي غاز الديوتيريوم والتريتيوم، فتنضغط البلازما داخل الجزء الدائري. وتحدد المجالات المغناطيسية في العزل بالقصور الذاتي يسخن الضوء أو الأشعة السينية الناتجة الإضافية شكل سيل البلازما لتعزله بعيدا عن جوانب الوعاء عن الليزر سطح الكريات بسرعة مكونة غلافا يحيط بالبلازما. أما كما في الشكل. يحافظ أحد التركيبات الإلكترونية الفضلى على الوقود المتبقي فيضغط بنفخ المواد السطحية الساخنة. بقاء البلازما على شكل حلقي، مما يعطي فائدة عظيمة بعدم المستقبل في الوقت الذي لا يزال الاندماج الحراري النووي وجود نهايات تتطلب أن تختم. CC تيار كهربائي العزل المغناطيسي: تنضغط البلازما وتعزل بواسطة المجال المغناطيسي. مستمرا في كلا النوعين من المفاعلات النووية، يواجه الباحثون صعوبة في تحقيق التفاعل المتعادل (أي أن الطاقة الناتجة عن التفاعل تزيد على الطاقة اللازمة للمحافظة على استمرار التفاعل). والتقدم الذي يتم إنجازه في تصميم المفاعل الحراري النووي العملي يعد مكلفا وبطيئًا، إلا أن الأمل في تحقيق ذلك كبير. ولا يخلو مفاعل الاندماج تماما من المخلفات المشعة الخطرة؛ لأن النيوترونات تنتج في مفاعلات الاندماج، لكن لأن الوقود غير مشع بنفسه فإنه يمكن تجاهل المخلفات النووية. التوسع العزل بالقصور الذاتي إذا نظرت إلى قوس كهربائي (تفريغ كهربائي مستمر في صورة شرر متكرر)، يتحرك سريعا بحركة 1. التحليل لماذا يبدو المفاعل النووي الحراري مصدر شبيهة بحركة وتر فستلاحظ أن هناك صعوبة كبيرة في أن طاقة مفضل؟ تحافظ على البلازما في شكل ثابت 2. المقارنة درست ثلاثة أنواع من محطات توليد - الطاقة الحرارية الكهربائية، ما الميزات العامة في مفاعل العزل بالقصور الذاتي فإن كُريّة صغيرة الحجم التي تمتاز بها كل من هذه المحطات؟ من الديوتيريوم- التريتيوم المتجمد تضاء من كل الجوانب بواسطة حزم ليزر قوية جدًّا. تُسخّن حزم الليزر هذه الطبقة 602 وزارة التعليم Ministry of Education 2023-1445

الفصل 6 دليل مراجعة الفصل 6-1 النواة The Nucleus المفردات . العدد الذري المفاهيم الرئيسة . إن عدد البروتونات في النواة يمثل بالعدد الذري Z. . وحدة الكتلة الذرية . إن مجموع عدد البروتونات والنيوترونات في النواة يساوي العدد الكتلي A. . العدد الكتلي الذرات التي لها العدد نفسه من البروتونات وعدد نيوترونات مختلف تسمى النظائر . (النويدة) نواة النظير . تربط القوة النووية القوية مكوّنات النواة معا. . القوة النووية القوية . تحس الطاقة المتحررة في التفاعل النووي بحساب فرق الكتلة، وهو الفرق بين كتلة الجسيمات قبل التفاعل وبعده من العلاقة . النيوكليونات . طاقة الربط النووية . فرق الكتلة E=mc² . طاقة الربط النووية هي الطاقة المكافئة لفرق الكتلة. 6-2 الاضمحلال النووي والتفاعلات النووية Nuclear Decay and Reactions المفردات . المواد المشعة . اضمحلال ألفا . اضمحلال بيتا . اضمحلال جاما . التفاعل النووي عمرا ر النصف . النشاط الإشعاعي . الانشطار النووي . تفاعل متسلسل المفاهيم الرئيسة . تضمحل النواة غير المستقرة متحولة إلى عنصر آخر. يُنتج الاضمحلال الإشعاعي ثلاثة أنواع من الجسيمات هي: جسيمات ألفا (a) وهي أنوية هيليوم، وجسيمات بيتا (3) ، وهي إلكترونات عالية السرعة، وأشعة جاما (٦)، وهي أشعة مكونة من فوتونات عالية الطاقة. في التفاعلات النووية، لا يتغير مجموع العدد الكتلي ،A، ولا الشحنة الكلية 2. عمر النصف للنظير المشع هو الزمن اللازم لتحول نصف عدد أنويته. وبعد t من أعمار النصف تحسب بالعلاقة N=N, (1/2)" . إن عدد اضمحلالات العينة المشعة لكل ثانية تمثل النشاطية الإشعاعية. في الانشطار النووي تنقسم نواة اليورانيوم إلى نواتين أصغر وينبعث نيوترونات وطاقة. . . الاندماج النووي . تستخدم المفاعلات النووية الطاقة المتحررة من الانشطار النووي لتوليد طاقة كهربائية. 3- وحدات بناء المادة The Building Blocks of Matter المفردات . الكواركات . اللبتونات المفاهيم الرئيسة - المسارعات الخطية والمسارعات الدائرية التزامنية تنتج جسيمات عالية الطاقة. . يستخدم عداد جايجر - مولر ، وحجرة السحابة، وكواشف الجسيمات الأخرى، التأين . النموذج المعياري الناتج عن شحن الجسيمات عند عبورها خلال المادة. حاملات القوة . تبدو المادة كلها أنها تتكون من الكواركات واللبتونات. . إنتاج الزوج . القوة النووية الضعيفة . ... . تتفاعل المادة مع مادة أخرى عن طريق جسيمات تسمى حاملات القوة. النموذج المعياري يتضمن الكواركات واللبتونات وحاملات الطاقة. . عندما تتحد جسيمات ضديد المادة المماثلة مع جسيمات المادة تتحول كتلتها طاقة أو إلى مادة أخف زوج من ضديد الجسيم. زارت ا ـليم Minist 603 2023-1445 fucation

الفصل 6 التقويم خريطة المفاهيم 53. الطاقة النووية ما الدور الذي يؤديه المهدئ في مفاعل الانشطار (62) 44 نظم المصطلحات التالية في خريطة المفاهيم النموذج المعياري، أشعة جاما، حاملات 54. الانشطار النووي والاندماج النووي عمليتان القوة البروتونات النيوترونات اللبتونات بوزونات ،W نيوترينوات إلكترونات، جلونات. 55 فيزياء الطاقة القوية لماذا لا يعمل المسارع الخطي إتقان المفاهيم تضمن أمثلة التي تتضمن متعاكستان كيف يحرر كل منهما الطاقة (2-6) بالنيوترونات (3-6) 56. القوى في أي التفاعلات الأربعة التالية (القوية، الضعيفة، الكهرومغناطيسية، التجاذب) تشارك الجسيمات التالية؟ (3-6) a إلكترون b. بروتون نيوترينو 57. ماذا يحدث للعدد الذري والعدد الكتلي للنواة التي تشع بوزترونا؟ (3-6) 58. ضديد المادة ماذا يحدث إذا سقط حجر نيزكي يتكون من ضديد بروتونات وضديد نيوترينو وضديد إلكترونات على الأرض؟ (3-6) 45. ما القوة التي تدفع النيوكليونات داخل النواة ليبتعد بعضها عن بعض؟ وما القوة التي تعمل على ربط تطبيق المفاهيم مكوّنات النواة معا داخل النواة؟ (1-6) 46. عرف فرق كتلة النواة. ما سببها ؟ (1-6) 47. أي الأنوية أكثر استقرارًا عموما : الصغيرة أم الكبيرة؟ (1-6) 48. ما النظير الذي له عدد أكبر من البروتونات اليورانيوم 235 أم اليورانيوم - 238 (1-6) 59. الانشطار يدعى أحد المواقع الإلكترونية أن العلماء سيكونون قادرين على إخضاع الحديد للانشطار النووي. هل يمكن أن يكون هذا الادعاء صحيحًا؟ فسّر. 60. استخدم الرسم البياني لطاقة الربط لكل نوية في الشكل 2- لتحديد ما إذا كان التفاعل H+ H H ممكنا من حيث الطاقة؟ 49. عرّف مفهوم الاضمحلال، كما يستخدم في الفيزياء، 61. النظائر وضح الفرق بين النظائر المشعة التي تنتج واذكر مثالاً عليه (62) اصطناعيا وتلك التي تنتج طبيعيًّا. 50. الجسيم المشع ما الأسماء الشائعة لكل من جسيم ، 62. المفاعل النووي في المفاعل النووي، يتدفق الماء الذي وجسيم ، وإشعاع ؟ (62) 51. ما الكميتان اللتان يجب أن تكونا محفوظتين دائما في أي تفاعل نووي؟ (62) 52. الطاقة النووية ما سلسلة العمليات التي يجب أن تحدث حتى يحدث التفاعل المتسلسل ؟ (2-6) يعبر من قلب المفاعل خلال حلقة واحدة، بينما يتدفق الماء الذي يولد البخار لتحريك التوربينات خلال الحلقة الثانية. لماذا توجد حلقتان؟ 604 وزارة التعليم Ministry of Education 2023-1445

تقويم الفصل 6 63 انشطار نواة اليورانيوم واندماج أنوية الهيدروجين 6-2 الاضمحلال النووي والتفاعلات النووية الأربعة لإنتاج نواة الهيليوم كلاهما ينتجان طاقة. 70. اكتب المعادلة النووية الكاملة لاضمحلال ألفا a. أيهما ينتج طاقة أكبر ؟ . في أي الحالتين التاليتين تكون الطاقة الناتجة أكبر : 71. اكتب المعادلة النووية الكاملة لاضمحلال بينا للنظير Kr انشطار كيلوجرام واحد من أنوية اليورانيوم، 72. أكمل المعادلات النووية التالية: أم اندماج كيلوجرام من الهيدروجين؟ . لماذا تختلف إجابة الجزأين a و fb إتقان حل المسائل للنظير Rn . →e++ 225 Ac→ He+ .a 227 Ra .b Cu+n→ p+. C 25U+nZr+3(n)+. .d 6-1 النواة 64. ما الجسيمات التي تكون ذرة Ag ؟ و ما عدد كل منه؟ 65. ما رمز النظير (الذي يستخدم في التفاعلات النووية) 73. عمر النصف لنظير معين 3.0 أيام. ما النسبة المئوية للمادة الأصلية التي ستبقى بعد: a.6.0 أيام؟ 9.0.6 أيام؟ .12 يوما؟ لذرة زنك مكونة من 30 بروتونا و 34 نيوترونا؟ 74. في إحدى حوادث مختبر أبحاث، انسكب نظير مشع 66. نظير الكبريت S له كتلة نووية مقدارها 4 31.97207 ما مقدار a. فرق الكتلة للنظير؟ b. طاقة الربط النووية لنواة الكبريت ؟ طاقة الربط لكل نيوكليون؟ 67. لنظير النيتروجين N كتلة نووية مقدارها u 12.0188 ما مقدار a. طاقة الربط لكل نيوكليون؟ b. أيهما يحتاج إلى طاقة أكبر : فصل النيوكليون عمر النصف له ثلاثة أيام. وكان الإشعاع ثمانية أضعاف الكمية العظمى المسموح بها، كم يجب أن ينتظر العاملون قبل أن يستطيعوا الدخول إلى المختبر؟ 75. عندما يُقذف نظير البورون B ببروتونات فإنه يمتص بروتونا ويطلق نيوترونا. a. ما العنصر المتكون؟ b. اكتب المعادلة النووية لهذا التفاعل. ع النظير المتكون مشع ويضمحل بانبعاث بوزترون. اكتب المعادلة النووية الكاملة لهذا التفاعل. من نواة N ، أو من نواة N؟ علما بأن 76 حررت القنبلة الذرية الأولى طاقة تعادل كتلة N تساوي 14.003074. 68. يبتعد بروتونان موجبا الشحنة في نواة الهيليوم أحدهما عن الآخر مسافة m 10 × 2.0 تقريباً. استخدم قانون كولوم لإيجاد القوة الكهربائية للتنافر بين البروتونين سوف تعطيك الإجابة مؤشرا عن مقدار القوة النووية القوية. 69. إذا كانت طاقة الربط النووية لنواة الهيليوم He 10 2.0 كيلو طن من مادة TNT. فإذا كان كل كيلو طن واحد من TNT يكافئ 10 × 5.0. وكان اليورانيوم 235 يحرر ذرة/ 10j × 3.21، فكم كانت كتلة اليورانيوم 235 التي خضعت للانشطار لتوليد طاقة القنبلة؟ 77 خلال تفاعل الاندماج يتحد ديوترونان H لتكوين نظير الهيليوم He . ما الجسيم الآخر الذي تكون؟ Me 28.3 فاحسب كتلة نظير الهيليوم بوحدة 78. عمر النصف لنظير البولونيوم 0 103 سنة. كم تستغرق عينة 100g حتى تضمحل فيبقى منها ؟ الكتلة الذرية. وزارة التعليم Minist 605ucation 2023-1445

تقويم الفصل 6 6-3 وحدات بناء المادة 79. ما شحنة الجسيم الذي يتكون من ثلاثة كواركات علوية؟ 80. شحنة ضديد الكوارك معاكسة لشحنة الكوارك. يتكون البيون من كوارك علوي ومن ضديد الكوارك السفلي ud. ما شحنة هذا البيون؟ 81. تتكون البيونات من كوارك وضديد الكوارك. أوجد شحنة البيون الذي يتكون من: uu.a dū .b dd .c الشكل 20-6 82. الباريونات جسيمات تتكون من ثلاثة كواركات. 85 كل الأنوية التالية تستطيع أن تمتص جسيم .. افترض أنه لا تنبعث جسيمات ثانوية من النواة، أكمل المعادلات أوجد الشحنة على كل من الباريونات التالية: a نيوترون ddu التالية: N+He Al + He .a .b . ضديد بروتون aud. 83. نصف قطر السنكروترون في مختبر فيرمي km 2.0 وتتحرك البروتونات التي تدور داخله بسرعة 86. عمر النصف للرادون 15hn. ما الكمية المتبقية من العينة بعد مرور 60 تساوي سرعة الضوء في الفراغ تقريبًا. a. ما الفترة الزمنية التي يحتاج إليها البروتون حتى 87. إحدى تفاعلات الاندماج البسيطة تتضمن إنتاج الديوتيريوم ( 2.014102) من نيوترون يكمل دورة كاملة. . تدخل البروتونات الحلقة بطاقة GeV 8.0 فتكتسب طاقة Me 2.5 في كل دورة. ما عدد وبروتون. اكتب تفاعل الاندماج الكامل، وأوجد مقدار الطاقة المتحررة. الدورات التي يجب أن يكملها قبل أن تصل 88. كتلة نواة اليورانيوم =u 232.0372، ويضمحل طاقتها إلى GeV 400.0 . ما الفترة الزمنية التي تحتاج إليها البروتونات حتى تتسارع إلى GeV 400.0؟ d ما المسافة التي تقطعها البروتونات التي تنقل خلال هذا التسارع؟ إلى الثوريوم ، الذي كتلته = 228.02871 بانبعاث جسيم الذي كتلته = 4.0026u، وطاقته الحركية MeV 5.3 ، كم يجب أن تكون الطاقة الحركية لنواة الثوريوم المتكونة ؟ التفكير الناقد 84. الشكل 200- يبيّن مسارات في حجرة الفقاعة ما 89. استنتج لأشعة جاما زخم وزخم شعاع جاما ذي بعض الأسباب التي تسبب انحراف أحد المسارات أكثر من المسارات الأخرى؟ الطاقة E يساوي ، حيث C سرعة الضوء. عندما يضمحل زوج إلكترون-بوزتـرون إلى إشعاعي جاما فإن كلا من الزخم والطاقة يجب . أن يكونا محفوظين. إذا كان مجموع طاقات أشععة : جاما تساوي 1.02، وكان كل من البوزترون وزارة التعليم Ministry of Education 2023-1445 606

تقويم الفصل 6 والإلكترون مبدئيا في حالة سكون، فكم يجب أن الكتابة في الفيزياء يكون مقدار واتجاه زخم إشعاعين من أشعة جاما ؟ 93. ابحث في الفهم الحالي للمادة المعتمة في الكون، وما أهمية 90. استنتج إذا كان زوج إلكترون-بوزترون مبدئيا هذه المادة لعلماء الكونيات؟ وما مكونات هذه المادة؟ في حالة سكون، ويستطيع أن يضمحل إلى ثلاثة 94. ابحث في تعقب الكوارك العلوي. لماذا افترض إشعاعات جاما، وكانت إشعاعات جاما الثلاثة لها طاقات متساوية، فكيف يجب أن تكون اتجاهاتها النسبية؟ وضح بالرسم. الفيزيائيون وجوده؟ مراجعة تراكمية 91. قدر يُطلق تفاعل اندماجي واحد في الشمس طاقة 95 إلكترون طول موجة دي برولي له nm 400.0. الطول الموجي الأقصر في الضوء المرئي) الفصل (3) Me 25 تقريبا. قدر عدد التفاعلات التي تحدث في ثانية من سطوع الشمس الذي يكون عنده معدل الطاقة المنبعثة 102W × 4. a. أوجد سرعة الإلكترون. b. احسب طاقة الإلكترون بوحدة eV. 92. تفسير البيانات يُراقب نظير يخضع لاضمحلال 96. يدخل فوتون طاقته 14.0eV ذرة هيدروجين في إشعاعي بواسطة كاشف إشعاعي، فيسجل عدد العدات كل خمس دقائق. وبحسب النتائج الموضحة في الجدول 4-6 أزيلت العينة بعد ذلك، وسجّل 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. الجدول 4-6 قياسات الاضمحلال الإشعاعي حالة استقرار ويؤينها. ما مقدار الطاقة الحركية التي ينطلق بها الإلكترون من الذرة؟ (الفصل (4) الزمن (دقيقة) العدات ( لكل 5 دقائق) 987 0 375 5 150 10 70 15 40 20 25 25 18 30 وزارة التعليم Minist6ucation 2023-1445

اختبار مقنن أسئلة الاختيار من متعدد اختر رمز الإجابة الصحيحة فيما يلي: 1. ما عدد البروتونات النيوترونات، والإلكترونات في نظير النيكل 60 (Ni) البروتونات 6. أي نوع من الاضمحلال لا يغير عدد البروتونات أو النيوترونات في النواة؟ البوزترون ألفا بينا جاما النيوترونات الإلكترونات 7. نظير البولونيوم - 210 له عمر نصف 138 يوما . ما مقدار الكمية المتبقية من عينة kg 2.34 بعد مرور أربعة أعوام؟ 28 32 28 CA 32 28 28 BO 28 32 32 (C 0.644 mg A 28 28 32 CD 2. ما الذي يحدث في التفاعلات التالية؟ 212Bi+e+ اضمحلال ألفا 212Pb اضمحلال جاما 1.50 mg B 1.51 g 10.6 g D 8. يتصادم إلكترون وبوزترون فيفني كل منهما الآخر، ويطلقان طاقتهما على شكل أشعة جاما. ما أقل طاقة لأشعة جاما ؟ (الطاقة المكافئة لكتلة الإلكترون B اضمحلال بيتا D فقد بروتون 3. ما الناتج عندما يخضع البولونيوم - 210 Po لاضمحلال ألفا ؟ pb 20Pb B pb 210Pb D 4. تبعث عينة من اليود - 131 المشع جسيمات بيتا بمعدل Bq 10 × 2.5. إذا كان عمر النصف لليود 8 أيام. فما النشاطية بعد مرور 16 يوما؟ .(0.51 Mev 0.51 MeVA 1.02 MeV B 931.49 MeV Ⓒ 1863 MeV D 9. يبين الرسم التوضيحي أدناه المسارات في حجرة الفقاعة التي تنتج عندما تضمحل أشعة جاما إلى بوزترون وإلكترون. لماذا لا تغادر أشعة جاما المسار ؟ تنتقل أشعة جاما بسرعة عالية جدا خلال مساراتها لكي يتم اكتشافها. B أزواج من الجسيمات فقط يمكن أن تغادر المسارات في حجرة الفقاعة. يجب أن يكون للجسيم كتلة حتى يتفاعل مع السائل ويغادر المسار، وأشعة جاما عديمة الكتلة فعليا. أشعة جاما متعادلة كهربائيا ، لذلك فلا تؤين المعامل وزارة التعليم Ministry of Education 2023-1445 1.3 x 10" Bq 2.5 x 10 Bq D 1.6 X 10 Bq 6.3 X 10 Bq B 5. حدد النظير المجهول في هذا التفاعل: +N C + نيوترون HO HD HA 2H B 608

الأسئلة الممتدة 10. يطلق انشطار نواة يورانيوم - 235 طاقة [ 10 × 3.2 تقريبًا . ويحرر طن واحد من مادة TNT طاقة ( 10 × 4 تقريبا. ما عدد أنوية اليورانيوم - 235 في قنبلة الانشطار النووي الذي يطلق طاقة تكافئ 20000 طن من مادة TNT؟ إرشاد استطلع ابحث في الظروف التي ستقدم فيها الامتحان. هل حدد موعده أم لا؟ هل يسمح لك باستخدام الآلة الحاسبة أو أي أدوات أخرى؟ هل الثوابت الفيزيائية ستكون مرفقة مع ورقة الامتحان؟ إن معرفة هذه الأشياء مسبقا قد تمكنك من تجريب تقديم الامتحان تحت ظروف مشابهة. اختبار مقنن وزارة التعليم Minist60ucation 2023-1445