اكتشاف النيوترون:
النيوترون
جسيم نووي تم اكتشافه من قبل العالم شادويك عام 1932م عندما قذف
البيريليوم بجسيمات ألفا الناتجة عن تحلل البولونيوم .. فكان الناتج
جسيمات جديدة متعادلة الشحنة لم تكن معروفة من قبل أطلق عليها ..
النيوترونات..
وحتى نتمكن من الإفادة من هذا الجسيم كان لا بد من دراسة
خصائصه وهذا ما تم فعلا .. حيث تم دراسة التفاعل بين هذه الجسيمات
والنيتروجين في غرفة السحاب , وقد نتج عن التصادم بينهما تشتت النيوترونات
وإرتداد جزيئات النيتروجين..
وتم التوصل للآتي:
1- بدراسة مسار هذه
الجسيمات وتطبيق ميكانيكا التصادم أمكن استنتاج كتلة النيوترون والتي
تقارب لحد كبير كتلة البروتون ,, إذ تساوي 1,0067 وحدة كتلة ذرية.
2-
بدراسة مسارات النيوترونات تم التأكد من كونها متعادلة الشحنة إذ لا قدرة
لها على إحداث التأيين المباشر ( أقصد لا يمكن إحداث تأين بواسطتها لا بد
من تفاعلها مع مواد أخرى كي تنتج جسيمات مشحونة قادرة على تأيين الوسط ..
هل تستطيعون توضيح ذلك,,)
خصــــــــائص النيوترون:
1-
دلت تجارب التشتت وتجارب أخرى في ميادين مختلفة أن كتلة النيوترون أكبر من
كتلة البروتون إذ تقدر ب 1,008667 وحدة كتلة ذرية. وهذه الكتلة تعادل طاقة
قدرها 939,55 مليون الكترون فولت.
2- يمكن للنيوترون (الحر) أن يتحلل منتجا بروتون وجسيمات بيتا السالبة وضديد النيوترينو ..
وقد دلت التجارب على أن عمر النصف للنيوترون تقدر ب 12 دقيقة.
هناك
تقنية معروفة لتقدير عمر النصف للنيوترون تتم من خلال توجيه شعاع نيوتروني
ينطلق من مفاعل نووي نحو حيز مفرغ من الهواء حيث تتحلل بعض الجسيمات ومن
ثم يمكن الكشف عن نواتج التفاعل (جسيمات بيتا) ومن ثم تقدير نصف العمر
للنيوترون.
- تصنف النيوترونات حسب طاقتها إلـــــــــــى:
أ_ نيوترونات حرارية..
عندما
تخترق النيوترونات مادة ما فإنها تأخذ بالتصادم مع أنوية المادة حيث ينتج
عن ذلك فقد في الطاقة .. وباستمرار التصادم يستمر فقد الطاقة حتى تصل هذه
النيوترونات إلى إتزان حراري مع جزيئات المادة ,, فإذا كانت درجة حرارة
المادة هي درجة حرارة الغرفة فإن هذه النيوترونات تسمى بالنيوترونات
الحرارية .. وستتبع طاقتها توزيع ماكسويل :
E = K T
حيث K ثابت بولتزمان = 8,61 × 10^ -11 Mev l K
T درجة حرارة الغرفة على افتراض أنها = 27 ْ
وعنها وجد أن طاقة النيوترونات في هذه الحالة = 0,025 الكترون فولت.
2- نيوترونات فوق حرارية تقدر طاقتها ب واحد الكتون فولت.
3-
نيوترونات الكادميوم تزداد طاقتها عن واحد الكترون فولت وسر التسمية يكمن
في أن الكادميوم يتميز بمعدل إمتصاص عال للنيوترونات ذات الطاقات الأقل من
0,4 الكترون فولت. بينما ينخفض هذا المعدل كثيرا عندما تفوق طاقات
النيوترونات واحد الكترون فولت .. ومن ثم يعتبر الكادميوم
منفذاللنيوترونات الأخيرة ولذلك تعرف هذه النيوترونات ب (نيوترونات
الكادميوم)
4- نيوترونات بطيئة تتراوح طاقتها من (0,03 _ 100) الكترون فولت.
5_ نيوترونات متوسطة تتراوح طاقتها ( 100 _ 10 كيلو ) الكترون فولت.
6- نيوترونات سريعة تتراوح طاقتها ( 10 كيلو _ 10 ميغا) الكترون فولت.
7- نيوترونات الطاقة العالية وطاقتها أكبر من 10 ميغا أو مليون الكترون فولت.
تقنية لقياس طاقة النيوترون:
تختلف التقنية حسب الطاقة التي يمتلكها النيوترون ففي:
أ-
حدود ميغا الكترون فولت .. نستخدم تقنية زمن الطيران حيث يترك النيوترون
ليطير بين نقطتين تفصلهما مسافة وبتعيين زمن الطيران يمكن تقدير سرعة ومن
ثم طاقة النيوترون.
ب- الطاقة في حدود الإلكترون فولت .. نستخدم تقنية
حيود النيوترون وقانون براغ وعليه أمكن بناء مطياف بلوري لقياس طاقة
النيوترونات الحرارية.
أهم مصادر النيوترونات:
يمكن الحصول على النيوترونات الحرة عن طريق التفاعلات النووية وتنطلق النيوترونات بطاقة تعتمد على :
أ- قيمة طاقة التفاعل.
ب- الإتزان الطاقوي بين نواتج التفاعل.
وتجدر
الإشارة هنا إلى أن النيوترون المنطلق بطاقة معينة لا سبيل لتعجيله ولكن
يمكن أن تتناقص هذه الطاقة عندما تتصادم النيوترونات مع المادة.
ويمكن تقسيم مصادر النيوترونات إلى :
1- مصادر ينتج عنها فيض منخفض من النيوترونات:
وغالبا ما تعرف بمصادر ( ألفا ، نيوترون) وتنتج عند قذف مادة مناسبة بجسيمات ألفا.
2- مصادر ينتج عنها فيض عال من النيوترونات:
حيث
يستخدم لذلك المفاعلات النووية أو المعجلات وفي حالة الأخيرة يتم قذف مواد
ذات عدد ذري منخفض بلأيونات الموجبة المعجلة بواسطة معجلات مناسبة.
3- مصادر ينتج عنها نيوترونات بطاقات متماثلة :
تعرف هذه المصادر بالضوء نووية ففيها يتم تفاعل فوتون جاما المتماثلة مع مادة ما .. مع ملاحظة..
أ- أن تكون طاقة الترابط النووي لمادة الهدف صغيرة ( كما في حالة البريليوم إذ تساوي 1,66 م أ ف .. أو الديوترون 2,22 م أ ف)
ب- أن تكون طاقة أشعة جاما أكبر من طاقة الترابط النووي لمادة الهدف.
تفاعل النيوترون مع المادة:
هناك عدة نقاط ينبغي أن تؤخذ بعين الإعتبار:
1-
النيوترونات جسيمات غير مشحونة وبالتالي لن تواجه بأي حاجز كولومي لدى
إقترابها من النواة لذلك فلديها الإمكانية للتفاعل مع الأنوية .. وحيث أن
نصف قطر النواة صغير جدا في حدود الفيرمي فإننا نتوقع أن يكون إحتمال
تفاعل النيوترون مع المادة صغير جدا .
2- مدى النيوترونات في المادة كبيرا فيقدر بالأمتار ...لمـــــــــــــاذا؟؟
3- يمكن اعتبار التفاعل الأساسي بين النيوترون والمادة هو تصادم النيوترون بالنواة .
أهم تفاعلات النيوترون مع المادة:
1- التصادم المرن:
في
هذه الحالة يسقط النيوترون على النواة بحيث يعطيها جزءا من طاقته ويتشتت
هو بطاقة أقل من طاقته الإبتدائية بينما ترتد النواة بطاقة تساوي تلك
المنتقلة إليها بالتصادم.. ويسمى هذا التصادم بالمرن لأن كمية وطاقة
الحركة محفوظتين قبل وبعد التصادم.
قد يتم التصادم المرن بصورتين :
أ-
قد يحدث امتصاص أولا للنيوترون بواسطة النواة المقذوفة ويتم تكوين ما يعرف
بالنواة المركبة التي تقوم بإطلاق نيوترون آخر بعد ذلك وهو النيوترون
المتشتت.
ب_ قد يحدث التفاعل مباشرة دون المرور بمرحلة النواة المركبة حيث يتشتت النيوترون مباشرة عن النواة.
- التصادم اللامرن:
وفيه
لا تكون طاقة الحركة محفوظة إذ أنه عند سقوط النيوترون على النواة فإنه
يعطيها جزءا من طاقته يستخدم لإثارتها أولا ثم تمتص جزءا آخر لتنطلق به
بطاقة حركة معينة .
3- تفاعلات الأسر:
حيث
تقوم النواة بإسر النيوترون الساقط عليها وامتصاص كل طاقته فتصبح لأجل ذلك
في حالة إثارة.. بإعتقادكم كيف يمكن لنواة كهذه أن تعود لوضع الإستقرار؟؟
ومن الجدير بالذكر أن مثل هذه التفاعلات تتمتع باحتمال تفاعل كبير ومن ثم يمكن استخدامها للكشف عن النيوترونات بكفاءة..
4- الإنشطار النووي:
عندما
تمتص بعض الأنوية النيوترونات فإن طاقة الإثارة تصبح كافية لإحداث
الإنشطار النووي وقد وجد أن ذلك يحدث للأنوية الثقيلة وبخاصة اليورانيوم
وما بعده حيث تنشطر النواة عند قذفها بنيوترون إلى نواتين أصغر منها
تعرفان بشظيتي الإنشطار وتنطلق من هذا التفاعل طاقة هائلة تقدر ب 200 م أ
ف ,,
5- تفاعل النيوترونات السريعة :
تتفاعل النيوترونات السريعة مع المادة حيث تمتص بواستطها وينتج عن ذلك جسيمات مشحونة كالبروتون..
أما
النيوترونات السريعة جدا ذات الطاقة الأكبرمن 100 م أ ف فإنه ينتج عن
تفاعلها مع المادة فيضا من الفوتونات أو الجسيمات الخفيفة ةالتي تضم
العديد من إحتمالات التفاعل .
النيوترون
جسيم نووي تم اكتشافه من قبل العالم شادويك عام 1932م عندما قذف
البيريليوم بجسيمات ألفا الناتجة عن تحلل البولونيوم .. فكان الناتج
جسيمات جديدة متعادلة الشحنة لم تكن معروفة من قبل أطلق عليها ..
النيوترونات..
وحتى نتمكن من الإفادة من هذا الجسيم كان لا بد من دراسة
خصائصه وهذا ما تم فعلا .. حيث تم دراسة التفاعل بين هذه الجسيمات
والنيتروجين في غرفة السحاب , وقد نتج عن التصادم بينهما تشتت النيوترونات
وإرتداد جزيئات النيتروجين..
وتم التوصل للآتي:
1- بدراسة مسار هذه
الجسيمات وتطبيق ميكانيكا التصادم أمكن استنتاج كتلة النيوترون والتي
تقارب لحد كبير كتلة البروتون ,, إذ تساوي 1,0067 وحدة كتلة ذرية.
2-
بدراسة مسارات النيوترونات تم التأكد من كونها متعادلة الشحنة إذ لا قدرة
لها على إحداث التأيين المباشر ( أقصد لا يمكن إحداث تأين بواسطتها لا بد
من تفاعلها مع مواد أخرى كي تنتج جسيمات مشحونة قادرة على تأيين الوسط ..
هل تستطيعون توضيح ذلك,,)
خصــــــــائص النيوترون:
1-
دلت تجارب التشتت وتجارب أخرى في ميادين مختلفة أن كتلة النيوترون أكبر من
كتلة البروتون إذ تقدر ب 1,008667 وحدة كتلة ذرية. وهذه الكتلة تعادل طاقة
قدرها 939,55 مليون الكترون فولت.
2- يمكن للنيوترون (الحر) أن يتحلل منتجا بروتون وجسيمات بيتا السالبة وضديد النيوترينو ..
وقد دلت التجارب على أن عمر النصف للنيوترون تقدر ب 12 دقيقة.
هناك
تقنية معروفة لتقدير عمر النصف للنيوترون تتم من خلال توجيه شعاع نيوتروني
ينطلق من مفاعل نووي نحو حيز مفرغ من الهواء حيث تتحلل بعض الجسيمات ومن
ثم يمكن الكشف عن نواتج التفاعل (جسيمات بيتا) ومن ثم تقدير نصف العمر
للنيوترون.
- تصنف النيوترونات حسب طاقتها إلـــــــــــى:
أ_ نيوترونات حرارية..
عندما
تخترق النيوترونات مادة ما فإنها تأخذ بالتصادم مع أنوية المادة حيث ينتج
عن ذلك فقد في الطاقة .. وباستمرار التصادم يستمر فقد الطاقة حتى تصل هذه
النيوترونات إلى إتزان حراري مع جزيئات المادة ,, فإذا كانت درجة حرارة
المادة هي درجة حرارة الغرفة فإن هذه النيوترونات تسمى بالنيوترونات
الحرارية .. وستتبع طاقتها توزيع ماكسويل :
E = K T
حيث K ثابت بولتزمان = 8,61 × 10^ -11 Mev l K
T درجة حرارة الغرفة على افتراض أنها = 27 ْ
وعنها وجد أن طاقة النيوترونات في هذه الحالة = 0,025 الكترون فولت.
2- نيوترونات فوق حرارية تقدر طاقتها ب واحد الكتون فولت.
3-
نيوترونات الكادميوم تزداد طاقتها عن واحد الكترون فولت وسر التسمية يكمن
في أن الكادميوم يتميز بمعدل إمتصاص عال للنيوترونات ذات الطاقات الأقل من
0,4 الكترون فولت. بينما ينخفض هذا المعدل كثيرا عندما تفوق طاقات
النيوترونات واحد الكترون فولت .. ومن ثم يعتبر الكادميوم
منفذاللنيوترونات الأخيرة ولذلك تعرف هذه النيوترونات ب (نيوترونات
الكادميوم)
4- نيوترونات بطيئة تتراوح طاقتها من (0,03 _ 100) الكترون فولت.
5_ نيوترونات متوسطة تتراوح طاقتها ( 100 _ 10 كيلو ) الكترون فولت.
6- نيوترونات سريعة تتراوح طاقتها ( 10 كيلو _ 10 ميغا) الكترون فولت.
7- نيوترونات الطاقة العالية وطاقتها أكبر من 10 ميغا أو مليون الكترون فولت.
تقنية لقياس طاقة النيوترون:
تختلف التقنية حسب الطاقة التي يمتلكها النيوترون ففي:
أ-
حدود ميغا الكترون فولت .. نستخدم تقنية زمن الطيران حيث يترك النيوترون
ليطير بين نقطتين تفصلهما مسافة وبتعيين زمن الطيران يمكن تقدير سرعة ومن
ثم طاقة النيوترون.
ب- الطاقة في حدود الإلكترون فولت .. نستخدم تقنية
حيود النيوترون وقانون براغ وعليه أمكن بناء مطياف بلوري لقياس طاقة
النيوترونات الحرارية.
أهم مصادر النيوترونات:
يمكن الحصول على النيوترونات الحرة عن طريق التفاعلات النووية وتنطلق النيوترونات بطاقة تعتمد على :
أ- قيمة طاقة التفاعل.
ب- الإتزان الطاقوي بين نواتج التفاعل.
وتجدر
الإشارة هنا إلى أن النيوترون المنطلق بطاقة معينة لا سبيل لتعجيله ولكن
يمكن أن تتناقص هذه الطاقة عندما تتصادم النيوترونات مع المادة.
ويمكن تقسيم مصادر النيوترونات إلى :
1- مصادر ينتج عنها فيض منخفض من النيوترونات:
وغالبا ما تعرف بمصادر ( ألفا ، نيوترون) وتنتج عند قذف مادة مناسبة بجسيمات ألفا.
2- مصادر ينتج عنها فيض عال من النيوترونات:
حيث
يستخدم لذلك المفاعلات النووية أو المعجلات وفي حالة الأخيرة يتم قذف مواد
ذات عدد ذري منخفض بلأيونات الموجبة المعجلة بواسطة معجلات مناسبة.
3- مصادر ينتج عنها نيوترونات بطاقات متماثلة :
تعرف هذه المصادر بالضوء نووية ففيها يتم تفاعل فوتون جاما المتماثلة مع مادة ما .. مع ملاحظة..
أ- أن تكون طاقة الترابط النووي لمادة الهدف صغيرة ( كما في حالة البريليوم إذ تساوي 1,66 م أ ف .. أو الديوترون 2,22 م أ ف)
ب- أن تكون طاقة أشعة جاما أكبر من طاقة الترابط النووي لمادة الهدف.
تفاعل النيوترون مع المادة:
هناك عدة نقاط ينبغي أن تؤخذ بعين الإعتبار:
1-
النيوترونات جسيمات غير مشحونة وبالتالي لن تواجه بأي حاجز كولومي لدى
إقترابها من النواة لذلك فلديها الإمكانية للتفاعل مع الأنوية .. وحيث أن
نصف قطر النواة صغير جدا في حدود الفيرمي فإننا نتوقع أن يكون إحتمال
تفاعل النيوترون مع المادة صغير جدا .
2- مدى النيوترونات في المادة كبيرا فيقدر بالأمتار ...لمـــــــــــــاذا؟؟
3- يمكن اعتبار التفاعل الأساسي بين النيوترون والمادة هو تصادم النيوترون بالنواة .
أهم تفاعلات النيوترون مع المادة:
1- التصادم المرن:
في
هذه الحالة يسقط النيوترون على النواة بحيث يعطيها جزءا من طاقته ويتشتت
هو بطاقة أقل من طاقته الإبتدائية بينما ترتد النواة بطاقة تساوي تلك
المنتقلة إليها بالتصادم.. ويسمى هذا التصادم بالمرن لأن كمية وطاقة
الحركة محفوظتين قبل وبعد التصادم.
قد يتم التصادم المرن بصورتين :
أ-
قد يحدث امتصاص أولا للنيوترون بواسطة النواة المقذوفة ويتم تكوين ما يعرف
بالنواة المركبة التي تقوم بإطلاق نيوترون آخر بعد ذلك وهو النيوترون
المتشتت.
ب_ قد يحدث التفاعل مباشرة دون المرور بمرحلة النواة المركبة حيث يتشتت النيوترون مباشرة عن النواة.
- التصادم اللامرن:
وفيه
لا تكون طاقة الحركة محفوظة إذ أنه عند سقوط النيوترون على النواة فإنه
يعطيها جزءا من طاقته يستخدم لإثارتها أولا ثم تمتص جزءا آخر لتنطلق به
بطاقة حركة معينة .
3- تفاعلات الأسر:
حيث
تقوم النواة بإسر النيوترون الساقط عليها وامتصاص كل طاقته فتصبح لأجل ذلك
في حالة إثارة.. بإعتقادكم كيف يمكن لنواة كهذه أن تعود لوضع الإستقرار؟؟
ومن الجدير بالذكر أن مثل هذه التفاعلات تتمتع باحتمال تفاعل كبير ومن ثم يمكن استخدامها للكشف عن النيوترونات بكفاءة..
4- الإنشطار النووي:
عندما
تمتص بعض الأنوية النيوترونات فإن طاقة الإثارة تصبح كافية لإحداث
الإنشطار النووي وقد وجد أن ذلك يحدث للأنوية الثقيلة وبخاصة اليورانيوم
وما بعده حيث تنشطر النواة عند قذفها بنيوترون إلى نواتين أصغر منها
تعرفان بشظيتي الإنشطار وتنطلق من هذا التفاعل طاقة هائلة تقدر ب 200 م أ
ف ,,
5- تفاعل النيوترونات السريعة :
تتفاعل النيوترونات السريعة مع المادة حيث تمتص بواستطها وينتج عن ذلك جسيمات مشحونة كالبروتون..
أما
النيوترونات السريعة جدا ذات الطاقة الأكبرمن 100 م أ ف فإنه ينتج عن
تفاعلها مع المادة فيضا من الفوتونات أو الجسيمات الخفيفة ةالتي تضم
العديد من إحتمالات التفاعل .
