ماهیت رادیواکتیویته

هنری بکرل (Henri Beequerel) در سال 1896 بطور اتفاقی کشف کرد که ترکیبات اورانیوم ، تشعشعاتی که ماهیت آن شبیه اشعه ایکس می‌باشد، منتشر می‌کنند. به عناصری از قبیل اورانیوم که بطور خود به خود بدون آنکه انرژی جذب نمایند، انرژی صادر می‌کنند، مواد رادیواکتیو طبیعی گفته می‌شود. آزمایشهایی که در آنها از میدانهای الکتریکی یا مغناطیسی استفاده می‌گردد، نشان داده‌اند که اشعه انتشار یافته از نوع متمایز تشکیل شده است. یک میدان الکتریکی که بر یک پرتو باریک اشعه موازی اشعه انتشار یافته از یک منبع رادیواکتیو طبیعی اعمال شده است، آنرا به سه دسته جدا می‌سازند که با آلفا (α) ، بتا (β) و گاما (γ) علامت گذاری شده است.

• پرتو α: این پرتو که به طرف منفی صفحه فلزی منحرف می‌شود، باید از ذرات با بار مثبت تشکیل شده باشد. ذره آلفا که به صورت ⁴₂He⁺² نیز شناخته می‌شود، دو واحد بار مثبت حل نموده و دارای جرم یک هسته هلیوم می‌باشد.
  
  
• پرتو β: این پرتو که دارای انحراف شدیدتری به طرف صفحه فلزی مثبت می‌باشد، باید از ذرات سبکتری با بار منفی تشکیل شده باشند. بار الکتریکی و جرم یک ذره بتا همانند بار یک الکترون بود.
  
  
• پرتو γ: خواص اشعه گاما مشابه خواص اشعه X می‌باشد ما با این تفاوت که طول موج آنها از طول موج اشعه X کوتاهترند. اشعه گاما فوتونهایی هستند که فرکانسهای آنها چندین میلیون برابر فرکانسهای نور مرئی می‌باشد.

علت رادیواکتیویته

همچنین کشف گردید که ایزوتوپهای رادیواکتیو (رادیو ایزوتوپها) به کرات عناصر دیگر را تولید می‌نمایند به عنوان مثال ، "رادرفورد" دریافت که رادیم ، ذرات α و رادون ، که یک گاز رادیواکتیو می‌باشد، را بطور خود به خود منتشر می‌نماید. برای توجیه این مشاهدات ، "رادرفورد" و "فردریک ساری" در سال 1902 فرض نمودند که رادیواکتیویته نتیجه یک تغییر خود به خود در اتمهای یک عنصر می‌باشد که به اتمهای عنصر دیگر تبدیل می‌گردند. این واکنشهای هسته‌ای (تغییرات و تبدیلات) مشمول یک تغییر در عدد اتمی یا عدد جرمی (یا هر دو) ، رادیو ایزوتوپها می‌باشد.

واکنشهای شیمیایی و واکنشهای هسته‌ای

در واکنشهای شیمیایی ، اتمها ، نظم جدید پیدا می‌کنند. آنها بوجود نمی‌آیند و از بین نمی‌روند و منهدم نمی‌گردند. از اینجاست که در واکنشهای هسته‌ای ، اعداد جرمی ثابت باقی می‌مانند. مجموع اعداد جرمی هسته‌ها و ذرات واکنش دهنده باید با مجموع اعداد جرمی هسته‌ها و ذرات واکنش دهنده باید با مجموع اعداد جرمی هسته‌ها و ذراتی که حاصل می‌گردند، برابر باشد. بقای بار ایجاب می‌کند که مجموع اعداد اتمی هسته‌ها و ذرات واکنش دهنده با مجموع اعداد اتمی هسته‌های محصولات برابر باشد.

نوترون

اگر چه نوترونها در خارج از هسته ، به پروتونها و نوترونها تجزیه می‌گردند، لیکن از پروتونها و الکترونها تشکیل نشده‌اند. آزمایشاتی که توسط رابرت هافزتادترRobert Hafstodter در مورد پخش الکترونی بوسیله پروتونها و نوترونها انجام پذیرفته ، مشابه آنچه که توسط رادرفورد در مورد پخش ذرات α بوسیله هسته انجام گرفت، چنین پیشنهاد می‌نماید که پروتون از یک هسته خنثی که توسط دو ابر با بار مثبت احاطه شده تشکیل گردیده است و یک نوترون دارای ساختمان مشابه می‌باشد، با این تفاوت که ابر داخلی منفی است.

در یکی ، هر دو ابر الکترونی با یکدیگر جمع شده یک واحد بار مثبت را تشکیل می‌دهند، در دیگری دو برابر از یونها ذرات فرعی فرضی با خواصی که به آنها نسبت داده شده‌اند می‌باشند. این مدل پیش بینی می‌کند که پروتون ترکیبی است از یک دیون با بار و دو دیون ، هر یک با بار که بار خالص را ایجاد می‌نماید. نوترون باید از دو دیون هر یک با بار و یک دیون با بار
تشکیل شده باشد که باهم یک بار خالص را ایجاد نماید.

انرژی هسته‌ای

انرژی واکنشها هسته‌ای ، E∆ که از اختلاف بین جرم محصولات و واکنش دهندگان طبق قانون "انیشتین" محاسبه شده است، با مقادیر اندازه گیری شده مطابقت دارد. در تبدیل Ra به Rn جرم اتمها عبارتند از:


Ra = 226.0254 و پس He + Rn = 4.0026 + 22.0176 = 226.0202 بطوریکه m∆ اختلاف جرم بین محصولات و واکنش دهندگان اولیه عبارتست از مول/گرم m = -0.0052∆ و E = ∆mC² , ∆E = -1.1x10⁸ kcal/mol
انرژیی که از هسته‌های رادیواکتیو صادر می‌گردد، حین عبور از ماده ، صرف یونیزاسیون یا تحریک اتمها یا مولکولها یا یونها شده و یا بوسیله شکستن پیوندهای شیمیایی مصرف می‌گردد. ذرات α معمولا نمی‌توانند به ضخامتی بیش از چند ورق کاغذ نفوذ نمایند. جدارهای یک ظرف شیشه‌ای معمولی می‌توانند معمولا ذرات β را متوقف سازند. پرتوهای ایکس و گاما قابلیت نفوذپذیری زیادی داشته و تنها بوسیله لایه‌های ضخیم سربی یا بتونی متوقف می‌شوند. فاصله از منبع نیز در به مینیمم رساندن اثر تشعشع مهم است. چون تغییرات شدت با عکس مربع فاصله متناسب می‌باشد.

ساختمان هسته

ساختمان هسته از نقطه نظرهای معینی مشابه ساختمان الکترونی اتمها است. مکانیک کوانتومی نشان می‌دهد که انرژی حالات (سطوح) یک ذره موجود در هسته کوانتیده بوده و بوسیله چهار عدد کوانتومی مشخص شده است. اصل طرد پاولی نیز در مورد ذرات موجود در هسته صادق است: دو پروتون و دو نوترون نمی‌تواند دارای چهار عدد کوانتومی یکسان باشند.

هسته‌ای که بعد از نشر یک ذره α یا β باقی می‌ماند، غالبا یک پرتو گاما (فوتون) منتشر می‌کند. بر حسب مدل سطح انرژی هسته ، هسته در یک حالت تحریک شده قرار داشته و یک فوتون به صورتی مشابه با نشر یک فوتون بوسیله یک اتم هیدروژن تحریک شده ، انتشار می‌یابد.

پایداری هسته

انرژی لازم جهت تجزیه یک مولکول در حالت گازی به اتمهای تشکیل دهنده آن برابر است با انرژی که در هنگام ترکیب مجدد این اتمها در همان درجه حرارت ایجاد می‌گردد. بطور مشابه ، انرژی پیوند یک هسته مقدار انرژی است که برای تجزیه هسته به ذرات تشکیل دهنده آن لازم است یا انرژی که در هنگام ترکیب مجدد نوکلئونها برای تشکیل هسته ایجاد می‌گردد. به هر حال ، گرمای واکنشهای هسته‌ای تقریبا یک میلیون برابر حرارتی است که از واکنشهای شیمیایی حاصل می‌گردند. ماهیت نیرویی که نوکلئونها را به یکدیگر نگه می‌دارد باید از نظر اصولی با نیروی الکتروستاتیکی که در پیوند اتمی (پیوند شیمیایی) دخالت دارد متفاوت باشد.

همانند پیوند شیمیایی ، جاذبه ثقل و نیروهای مغناطیسی ضعیف تر از آنند که قابل ملاحظه باشند. به علاوه، نیرو نمی تواند الکتریکی باشد. برای مثال ، دو ترون که از ک نوع ذره باردار (پروتون) و یک ذره خنثی تشکیل شده است، نمی‌تواند بوسیله نیروهای الکتریکی به یکدیگر نگهداری گردد. نمایش حتی بارزتر از آن پایداری زیاد هسته sup>4₂He> می‌باشد که در آن ، برخورد الکتروستاتیکی دو پروتون دفع کننده است. در 1935 ، "هیدکی یوکاوا" Hideki Yukava پیشنهاد کرد که یک ذره به خصوص که عملا با سرعت نور بین نوکلئونها در حال نوسان است، نیرویی است که نوکلئونها را به یکدیگر نگه می‌دارد.

او مضافا پیشنهاد نمود که این ذره باید دارای جرمی تقریبا 25±275 مرتبه بزرگتر از جرم الکترون بوده و می‌تواند از نظر الکتریکی خنثی ، مثبت یا منفی باشد. این ذرات که بعدا کشف گردیدند "پای- مزونها" یا "پیونها" نامیده می‌شوند. در نتیجه انتقال دائمی پیون ، پروتونها به نوترونها به پروتونها تغییر می‌یابند.

 

فهرست مطالب:

فصل اول: رادیوشیمی و علوم وابسته با آن

پیدایش رادیوشیمی

دامنه کاربرد و گستره رادیوشیمی

رابطه بین شیمی هسته ای و رادیوشیمی

شیمی تابش

عوامل مشترک بین رادیوشیمی و شیمی تابش

حوزه عمل شیمی هسته ای

فصل دوم: اتم و اجزای تشکیل دهنده آن

ساختمان اتم

اجزای تشکیل دهنده هسته اتم

فرق بین عنصر و نوکلئید

رابطه بین نوکلئیدها

حالت ایزوباری

حالت ایزوتوپی

حالت ایزوتونی

حالت ایزومری هسته ای (ایزوباری ایزوتوپی)

حالت ایزودیافری

مانع پتانسیلی (دیوار پتانسیل)

پدیده تونل

سطح انرژی هسته

واحد جرم اتمی

واحد الکترون ولت

دلیل متلاشی نشدن هسته اتم

چرا چند مدل اتم وجود دارد ؟

مبنای مدل قطره ای و سطحی هسته اتم

پلکان جرمی و انرژی پیوند هسته

بستگی انرژی متوسط پیوند با ثابت هسته اتم

تابش هسته ای

چگونگی کسب انرژی هسته ای

تفاوت های انرژی هسته ای و انرژی شیمیایی

پدیده ایزوتوپ

ایزوتوپ مولکولی

کاربرد عملی پدیده ایزوتوپ

فصل سوم: رادیواکتیویته - تغییرات رادیواکتیو

کشف رادیواکتیویته

رادیواکتیویته و انواع پرتوهای خارج شده از مواد رادیواکتیو

رابطه پایداری هسته اتم با نسبت تعداد پروتون و نوترون

قوانین فروپاشی مواد رادیواکتیویته، ثابت فروپاشی

نیم زمان فروپاشی T (نیم عمر و میانگین طول عمر)

واحد اکتیویته

قانون جابجایی

طرح واره تغییرات رادیواکتیو

پرتوی آلفا

مشخصه فروپاشی بتا رادیواکتیویته

چرا الکترونها از هسته اتم در حال فروپاشی با سرعت و انرژی متفاوت خارج می شوند ؟

شناسایی فروپاشی بتا

اصول فروپاشی گاما

آیا پرتوی گاما تنها راه خروج انرژی از هسته است ؟

بر اثر واکنشهای هسته ای چند نوع پرتوی الکترومغناطیسی بوجود می آید ؟

آیا هسته اتم براثر برخورد با ذرات یا پرتوها فروپاشیده می شود ؟

شکافت خود بخود اورانیم

تغییرات رادیواکتیویته با خروج نوکلئون

تعادل رادیواکتیو و ردپای فروپاشی

مشخصه های آماری تغییرات رادیواکتیویته

فصل چهارم: منابع تابش پر انرژی پرتوشیمی

رادیونوکلئیدهایی که بعنوان منبع پرتو در شیمی بکار می روند

ردپاهای فروپاشی، ردپاهای فروپاشی طبیعی

چرا ردپای نپتونیم در طبیعت وجود ندارد ؟

استفاده از رادیواکتیویته برای تولید انرژی الکتریکی

ساختمان سیستم های تابش دهنده رادیونوکلئیدی

راکتور شیمی هسته ای

منابع صنعتی پرتو در شیمی

جلوگیری از فعال شدن سیستم هنگام تابش در راکتورهای هسته ای

واحد تابش

واحد دوز

فصل پنجم: مکانیسم عبور پرتوهای پر انرژی از ماده

تغییرات به وجود آمده بر اثر عبور پرتو هسته ای از اجسام

یونیزه شدن بر اثر تابش

تشدید اجسام بر اثر تابش

چرا تابش هسته ای را پرتو یونیزه کننده می گویند ؟

واکنش بین ذرات سنگین باردار و اجسام

واکنش بین پرتوی بتا و اجسام

چگونگی عمل پرتوی گاما هنگام عبور از اجسام

قواعد جذب پرتوی بتا و پرتوی گاما

واکنش متقابل نوترونهای سریع و اجسام

تفاوت های بین شیمی تابش و فتوشیمی

فصل ششم: دوز سنجی

دوزسنجهای مورد استفاده برای دوزسنجی شخصی

واکنشهای مورد استفاده در دوزسنجی شخصی

دوزیمتری فریک

فصل هفتم: واکنش های هسته ای و راکتورهای هسته ای

واکنش هسته ای

انرژی مفید واکنش هسته ای

قوانین واکنشهای هسته ای

مدلهایی که از آنها برای بیان واکنش هسته ای استفاده می شود.

مدل هسته ترکیبی

تفاوت بین مدل واکنش مستقیم و مدل هسته ترکیبی

واکنشهای متقابل

احتمال نفوذ ذره پرتاب شده به هسته اتم و تغییرات بوجود آمده

راندمان واکنش هسته ای

سطح مفید واکنشهای هسته ای مختلف و عوامل موثر بر آن

واحد سطح مفید 

واکنش رزونانسی هسته ای

طبقه بندی واکنشهای هسته ای

بررسی واکنشهای هسته ای از دیدگاه شیمیایی ونوع محصول واکنش

تغییر عدد پروتونی، نوکلئونی و نوترونی نوکلئیدهای جسم هدف در اثر واکنش هسته ای با نوترونها

واکنش هسته ای تعویضی

جذب رایوشیمیایی

واکنش شکافت هسته

خواص واکنش های هسته ای و استفاده از آنها

باپرتاب نوترون به چه نوع عناصری می توان واکنش شکافتی انجام داد ؟

چه نوع نوکلئیدی را محصول شکافت می نامیم ؟

واکنش هسته ای خردشدنی

واکنش زنجیره ای

مشخصه واکنش هسته ای:

ایجاد واکنش هسته ای در اورانیم طبیعی

تغییرات بوجود آمده دراورانیم طبیعی در اثر برخورد با نوترونها

به چه علت کره زمین منفجر نمی شود ولی بمب اتمی منفجر می شود وزن حد (کافی) مواد قابل شکافت کدام است ؟

پایه بمب اتمی

فصل هشتم: شیمی پرتو

واکنشهای اولیه ساده

واکنشهای مولکول تشدید شده

واکنش رادیکالی آزاد

واکنش یونهای مثبت

واکنش الکترونی

سرعت واکنش اولیه

بهره عمل واکنشهای شیمی تابشی

روشهای شیمی تابشی

روش گیرنده ها

رادیولیز ضربه ای

روشهای حرارتی پایین

روش الکترونی پارامغناطیسی (اسپین) رزونانسی

اندازه گیر لومینسانس

شیمی تابش گازها

شیمی تابشی آب و محلول های آبی

شیمی تابش ترکیبات آلی

شیمی تابشی پلیمر

فصل نهم: کاربرد پرتوها

زمان سنجی با استفاده از پدیده رادیواکتیویته

اساس کار ساعت رادیوکربنی

دگرگونی های رادیواکتیو که برای تعیین طول عمر مواد ژئولوژیکی بیش از 60000 سال بکار می رود .

حفظ آثار باستانی با پلیمریزاسیون تابشی

استفاده از تابش با انرژی بالا برای سنتز مواد شیمیایی در سطح صنعتی

فصل دهم: حفاظت در برابر رادیواکتیویته

حفاظت هنگام کار با مواد رادیواکتیویته

خطراتی که هنگام کار با مواد رادیواکتیو پیش می آید .

حفاظت در مقابل پرتو دیدن از خارج

حفاظت در مقابل پرتو دیدن از داخل

دستگاه های محافظ برای کار با مواد رادیواکتیو

تقسیمات رادیوشیمی از نظرامکان کار مستقیم با مواد رادیواکتیو

فصل یازدهم: کار در شیمی تابش

مراحل مختلف کار در شیمی تابش

مکانیسم تغییرات در شیمی تابش

چگونگی بیان واکنشها در شیمی تابش

رادیولیز

اثر پرتوهایی با انرژی بالا بر آب

اثر پرتوهایی با انرژی بالا بر اجسام حل شده در آب

واکنشهای شیمیایی به وجود آمده بر اثر تابش بر مواد آلی

مکانیسم پلیمریزاسیون و کوپلیمریزاسیون بر اثر تابش

برتری پلیمریزاسیون با تابش

اثر پرتوهایی با انرژی بالا بر ماکرومولکولها

تغییر خواص مواد پلاستیکی با پرتو

اثر پرتو بر مواد جامد معدنی

اثر پرتو بر موادی که از آنها راکتورهای هسته ای ساخته شده اند