ملخص درس وحدات بناء المادة – الفيزياء النووية

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

ملخص درس وحدات بناء المادة – الفيزياء النووية

نبدأ على بركة الله ...

    -       المسار الخطي :

+ استخداماته : مسارعة الجسيمات المشحونة " البروتونات " ، الإلكترونات " لتكسبها طاقة كبيرة .

+ مكوناته :

      ·      سلسة من الأنابيب المجوفة داخل حجرة طويلة مفرغة .

      ·      الأنابيب موصولة بمصدر جهد متناوب عالي التردد كي يتكون مجال كهربائي في الفجوة بين الأنابيب ولا يكون هناك مجال كهربائي داخل الأنبوب نفسه .

+ علل : البروتونات تتحرك بسرعة ثابتة داخل أنبوب المسارع الخطي .

لعدم وجود مجال كهربائي داخل الأنبوب .

    -       السنكروترون : مسار دائري تستخدم فيه المغانط لضبط المسار وتسارع الجسيمات .

     -       علل : يصنع السنكروترون ليكون أصغر باستخدام المجال المغناطيسي .

لأن المجال المغناطيسي يعمل على ثني مسار الجسيمات فيصبح دائريا .

    -       مناطق التسارع :

+ المناطق المستقيمة : يعمل الجهد المتناوب عالي التردد على مسارعة الجسيمات .

+ مناطق الثني المغناطيسي : تفصل بينها مناطق تسارع .

+ يتم اختيار شدة المجال المغناطيسي وطول المسار بحيث تصل الجسيمات إلى موقع المجال الكهربائي المتناوب بالضبط عندما تعمل قطبية المجال على تسارعها .

    -       ضديد البروتون :

+ المقصود به : جسيم له كتلة البروتون نفسها لكن شحنة معاكسة .

+ شعاع البروتون وضديد البروتون ينتقل في اتجاهات متعاكسة في المسار الدائري في السنكروترون .

    -       الكشف عن الإشعاع :

+ طرائقه :

       ·      باستخدام الفيلم الفوتوغرافي الكاشف .

       ·      باستخدام المواد الفلورية .

       ·      عن طريق تأيين المادة .

+ الأجهزة المستخدمة :

       ·      عداد جايجر – مولر .

       ·      حجرو غيمة ولسون .

       ·      الكاشف التصادمي .

       ·      حجرة الفقاعة .

       ·      حجرات سلك .

    -       عداد جايجر :

+ استخداماته : الكشف عن الجسيمات المشحونة وأشعة جاما .

+ محتوياته : يحتوي أنبوب عداد جايجر – مولر على ..

      ·      أسطوانة نحاسية ذات شحنة سالبة .

      ·      سلك شبك موجب الشحنة يوضع أسف الأسطوانة .

    -       علل : في عداد جايجر يوضع سلك شبك موجب الشحنة أسفل الأسطوانة ذات الشحنة السالبة .

حتى يبقى فرق الجهد المطبق على السلك والأسطوانة دون النقطة التي يحدث عندها التفريغ التلقائي للشحنات .

    -       حجرة غيمة ولسون :

+ المقصود بها : عبارة عن حجرة تحتوي منطقة مشبعة ببخار الماء أو بخار الإيثانول .

+ استخداماتها : الكشف عن جسيمات المشحونة .

    -       حجرة الفقاعة :

+ عملها :

·      تعبر الجسيمات المشحونة خلال سائل تبقى درجة حرارته فوق درجة الغليان .

·      مسار الأيونات يسبب تكون فقاعات بخار تحدد مسارات الجسيمات .

    -       حجرات سلك :

+ وصفها :

·      حجرة تشبه أنابيب جايجر – مولر العملاقة .

·      تفصل الصفائح الكبيرة بواسطة فجوة صغيرة مملوءة بغاز ذي ضغط منخفض .

+ عملها : عند عبور جسيم خلال الحجرة يحدث التفريغ الكهربائي في مسار الجسيم فيكشف الحاسوب عن التفريغ ويسجل موقعه .

    -       الكاشف التصادمي :

+ استخداماته : الكشف عن الجسيمات المتعادلة كهربائيا .

+ مبدأ عمله : الكشف عن الجسيمات المتعادلة باستخدام قوانين حفظ الطاقة وحفظ الزخم في التصادمات .

+ عمله : الكاشف التصادمي يعمل كآلة تصوير لتكوين صورة حاسوبية لحلات التصادم .

    -       ضديد الجسيم :

+ من أمثلتها :

·      البوزترون " الإلكترون الموجب " ضديد الإلكترون .

·      للإلكترونات والبوزترون الكتلة نفسها ، ولهما مقدار الشحنة نفسها .

·      عند تصادمهما يفني كل منهما الآخر وتنتج طاقة على شكل أشعة جاما .

    -       الجسيمات النووية :

+ جسيمات ألفا : تنبعث من النواة المشعة أحادية تعتمد على النواة المضمحلة .

+ أشجة جاما تنبعث من النواة المشعة بطاقات أحادية تعتمد على النواة المضمحلة .

+ جسيمات بيتا :

      ·      تنبعث بمدى واسع من الطاقات .

      ·      توقع العالمان باولي وفيرمي وجود جسيم متعادل غير مرئي ينبعث مع جسيم بيتا سمي ضديد النيوترينو تمت ملاحظته مباشرة عام 1956 .

+ الميون : جسيم في النواة يبدو كإلكترون ثقيل .

    -       النموذج المعياري : نموذج بناء وحدات تتوزع فيه الجزيئات على ثلاث مجموعات هي الكواركات واللبتونات وحاملات القوة .

    -       الكواركات : حسيمات صغيرة تكون البروتونات والنيوترونات والبيونات .

    -       اللبتونات : مجموعة من الجسيمات تكون الإلكترونات والنيوترونات .

    -       حاملات القوة : جسيمات تنقل أو تحمل القوى في المادة .

    -       الباريونات : جسيمات تتكون من ثلاثة كواركات ، من أمثلتها : البروتونات والنيوترونات

    -       الميزونات : جسيمات تتكون من زوج من الكوارم وضديد الكوارك ، من أمثلتها : البيون

 .

    -       نموذج الكوارك :

+ وصفه :

     ·      كل نيوكليون مكون من  3كواركات .

     ·      البيون مكون من 2 من الكواركات .

    -       علل : لا يمكن مشاهدة الكواركات الحرة المنفردة .

لأن القوة القوية التي تبقيها مجتمعة معا تصبح أكبر كلما اندفعت الكواركات ليبتعد بعضها عن بعض .

   -       مقارنة :

القوة القوية بين الكواركات	تصبح أقوى كلما اندفعت الكواركات ليبتعد بعضها عن بعض .
القوة الكهربائية	تصبح أضعف كلما تحركت الجسيمات ليبتعد بعضها عن بعض .

    -       البروتون :

+ مكوناته : اثنين من الكواركات العلوية u و كوارك واحد سفلي d .

+ رمزه : p=uud .

+ شحناته :

(+2/3e)+(+2/3e)+(-1/3e ) = +e

    -        النيوترون :

     ·      مكوناته : كرارك واحد علوي u و اثنين من الكواركات السفلية d .

     ·      رمزه : p=udd

     ·      شحنته : (2/3 e) + (-1/3e)+(-1/3e) = 0

    -       معادلة أينشتين لتكافؤ الطاقة والكتلة :

E=mc²

    -       إنتاج الزوج : تحول الطاقة إلى الجسيمات الزوج " مادة وضديد المادة " .

+ من أمثلته :

     ·      الإلكترون e ⁰_-1 والبوزترن e ⁰₊₁  .

     ·      النيوترينو ⁰₀V وضديد النيوتينو ⁰₀V .

+ مقارنة :

     ·      الجسيم وضديده متماثلان تماما .

     ·      شحنة ضديد الجسيم معاكسة لشحنة الجسيم .

+ اصطدام الجسيم وضديده : عندما اصطدمهما يفني كل منهما الآخر ويتحولان إلى فوتونات أو إلى جسيم وضديد جسيم أخف وطاقة .

    -       زوج الإلكترون – البزترون :

+ إنتاجه : عبور شعاع جاما طاقته 1.02 MeV قرب نواة قد ينتج زوج البوزترون – الإلكترون وفائض الطاقة يظهر على شكل طاقة حركية للبوزترون والإلكترون .

       + اتجاه حركته : الجسيم وضديد الجسيم يتحركان في اتجاهين متعاكسين بفعل المجال المغناطيسي حول حجيرة الفقاعة .

    -       البروزترون يصادم مع الإلكترون ويغني كل منهما الآخر وينتج إشعاعان أو ثلاثة من جاما طاقتها الكلية لا تقل عن 1.02 MeV .

    -       القوى النووية الضعيفة : قوة ضعيفة تؤثر في انبعاث بيتا داخل النواة .

    -       اضمحلال النيوترون :

+ علل : انطلاق إلكترونات من النواة بالرغم من عدم احتوائها على إلكترونات .

لأن النيوترون في النواة يضمحل إلى بروتون وينبعث جسيم بيتا .

    -       اختبار النموذج المعياري :

+ عائلات الكواركات واللبنونات :

     ·      عائلة اليد اليسرى : تتكون من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات .

     ·      المجموعة الوسطى : توجد في الأشعة الكونية وتنتج في مسارعات الجسيمات .

     ·      عائلة اليد اليمنى : نتجت عن تصادمات عالية الطاقة .

     -       النموذج المعياري ليس نظرية لأنه لا يفسر ..

+ كتل الجسيمات .

+ لماذا توجد ثلاثة عائلات من الكواركات واللبتونات .

    -       التفاعلات الرئيسية الأربعة :

+ أنواعها :

     ·      التفاعلات الضعيفة .

     ·      التفاعلات القوية .

     ·      تفاعلات التجاذب .

     ·      التفاعلات الكهرومغناطيسية .

    -       مقارنة :

القوى الكهربائية والتفاعلات الكهرومغناطيسية	التفاعل الضعيف
تحمل بواسطة الفوتونات	تحمل بواسطة البوزونات
تؤثر في مدى واسع لأن كتلة الفوتونات صفرا .	تؤثر في مدى قصير لأن كتلة البوزونات كبيرة نسبيا .
التركيب الرياضي لنظريات التفاعل الضعيف والتفاعل الكهرومغناطيسي متماثلان .

تم بحمد الله

نستقبل أسئلتكم واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات

" نرد على جميع التعليقات "

بالتوفيق للجميع ...^_^