يعود اكتشاف النشاط الإشعاعي الطبيعي أو التحلل الإشعاعي إلى العالم أنتوني هنري بيكريل عام 1896 ، وذلك عندما كان يبحث في مخبره في معهد التقنيات العليا في باريس عن كيفية تصوير الأشعة السينية إبرازهاعلى صفائح فوتوغرافية من صنعه، مصنوعة من كبريتات مختلفة للتوتياء والكالسيوم وأملاح أخرى غير معروفة كثيرا ونادرة، فخلال محاولاته لاحظ تأثر الصفائح في الظلام رغم عدم قذفها بأشعة مهبطية بحيث تصدر هذه الأملاح التي تحتوي على اليورانيوم إشعاعات مميزة سماها في سنة 1896 إشعاعات يورانيومية وهي ناتجة عن نشاط إشعاعي يحدث في الطبيعة تلقائيا ، بعدها تأكد كل من ماري كوري وزوجها بيار من سبب هذا النشاط إذ تبين أن صفائح بيكريل تحتوي على اليورانيوم هو سبب الحصول على هذه الإشعاعات نظرا للتناسب الطردي بين شدة هذا النشط وكمية اليورانيوم في هذه الأملاح.
في عام 1896 م اكتشف بكريل أن أحد أملاح اليورانيوم يصدر اشعاع - لم تكن طبيعته واضحة في ذلك الوقت - واثبت بكريل أن الإشعاع الذي اكتشفه يصدر من جميع مركبات اليورانيوم وعن اليورانيوم الفلزي أيضا بما يعني أن مصدر الإشعاع هو ذرة اليورانيوم. واتضح له ان هذا الإشعاع يحدث بصورة تلقائية مستمرة لا تؤثر عليه المؤثرات الخارجية من ضغط و درجة 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 وهو عنصر أقوى في نشاطه الإشعاعي من اليورانيوم بمليون مرة بينما العنصر الثاني أطلقا عليه اسم مسقط رأس مدام كوري وهو البولونيوم. وبعد 10 سنوات اكتشف رذرفورد في عام 1908 م الغاز النشط اشعاعيا - الرادون - بواسطة التحليل الطيفي.
يقصد بالانحلال الإشعاعي (بالإنجليزية: Radioctive Decay) • عملية تلقائية يتحول فيها العنصر إلى عنصر اخر نتيجة فقد جسيمات الفا أو جسيمات بيتا وانطلاق أشعة غاما.
ويكمن الفرق بين الانحلال الإشعاعي والتحول الكيميائي بأن الانحلال الإشعاعي عملية تلقائية مستمرة يمكن الإعتماد بها على العنصر المشع ولا يرتبط بالمركب الكيميائي ولا يتوقف على الظروف الفيزيائية (الضغط، درجة الحرارة) وتنطلق منه طاقة هائلة.
ويقاس النشاط الإشعاعي بوحدة البكريل والبكريل هو عدد الإشعاعات التي تصدرها العينة المشعة في الثانية ما معنى أن 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 وهو نشاط يناظر مليون انحلال / ثانية عرف الكوري؟ الكوري هو نشاط عينة تنحل فيها في الثانية الواحدة 3.7x1010 من الانوية المشعة.
تسير عملية التحلل بمعدل ثابت ، فإذا كان لدينا عينة من مادة مشعة، يكون عدد التحللات dN التي تحدث في فترة زمنية dt متناسبا مع عدد الذرات الكلي. فإذا كان عدد الذرات الكلي N ، يكون احتمال التحلل (−dN/ dt) متناسبا تناسبا طرديا مع N، أي أن:
{\displaystyle \left(-{\frac {dN}{N}}\right)=\lambda \cdot dt.} {\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 أن N تنقص مع كل حدث للتحلل. ويمكن حل تلك المعادلة التفاضلية من الدرجة الأولى ونحصل على:
{\displaystyle N(t)=N_{0}\,e^{-{\lambda }t}=N_{0}\,e^{-t/\tau }.\,\!} {\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 أن ثابت التحلل λ له وحدة 1/الزمن ، وبالتالي يمكن صيغتها في صورة τ حيث تعطي τ نصف العمر أو عمر النصف لتحلل العنصر.
وعلاقة τ ب {\displaystyle {\lambda }} {\displaystyle {\lambda }} كالآتي :
{\displaystyle \tau ={\frac {1}{\lambda }}.} {\displaystyle \tau ={\frac {1}{\lambda }}.}
وتمثل الدالة الأسية لأساس الثابت الطبيعي e معدل التحلل في المعادلة الثانية. وفي العادة يكون عدد ذرات العينة كبير جدا مقارب لعدد أفوجادرو بحيث يكون وصف تلك المعادة لمعدل التحلل وصفا جيدا.
Exponential Decay of Nuclei Depending on Decay Constant-de.svg
إذا كان لدينا عينة مشعة تحتوي على 400.000 ذرة مشعة وتتميز بنصف عمر قدره 10 أيام ، فإنه بعد مرور 10 أيام يصبح عدد الذرات التي لا زالت مشعة 200.000 ذرة. وبعد مرور 10 أيام أخرى ثانية ينخفض عدد الذرات المشعة إلى 100.000 ذرة وبعد مرور 10 أيام تالية يصبح عدد الذرات التي لم تتحلل 50.000 وهكذا. لذلك نتحدث عن {\displaystyle t_{1/2}} {\displaystyle t_{1/2}} ونسميها عمر النصف.
أما عمر النصفى (بالإنجليزية: Half-Life) هو الزمن الذي يحتاجه العنصر المشع لكي ينحل نصف عدد ذراته. حيث تنخفض فيه الكمية المشعة إلى النصف. فمعنى أن 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}} {\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.} {\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}}.\,} {\displaystyle N(t)=N_{0}2^{-t/t_{1/2}}.\,}
أي أن جزء المادة التي لا زالت مشعة بعد مرور زمن {\displaystyle /t_{1/2}} {\displaystyle /t_{1/2}} :
{\displaystyle 2^{-1}={1/2}} {\displaystyle 2^{-1}={1/2}}
وهذا يعني أنه بعد مرور 3 فترات من فترات عمر النصف ، يبقي في العينة الكمية المشعة التالية :
{\displaystyle 1/2^{3}=1/8} {\displaystyle 1/2^{3}=1/8}
أي أن متوسط العمر {\displaystyle \tau } {\displaystyle \tau } يساوي عمر النصف مقسوما على اللوغاريتم الطبيعي (ln(2 :
{\displaystyle \tau ={\frac {t_{1/2}}{\ln 2}}=1.442\cdot t_{1/2}} {\displaystyle \tau ={\frac {t_{1/2}}{\ln 2}}=1.442\cdot t_{1/2}}.
ويبلغ عمر النصف = 138 يوم لمادة البولونيوم-210 ، في حين أن يكون متوسط عمرها 200 يوم.
يستخدم الكربون-14 في تقدير عمر الصخور والطبقات الأرضية ، وبالتالي هي طريقة لتقدير عمر نباتات أو أحياء 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 4 تحللات /دقيقة/جرام من الكربون فيها ، فما هو عمرها ؟
لحساب العمر نستخدم المعادلة المذكورة أعلاه :
{\displaystyle N=N_{0}\,e^{-t/\tau },} {\displaystyle N=N_{0}\,e^{-t/\tau },}
حيث:
{\displaystyle {\frac {N}{N_{0}}}=4/14\approx 0.286,} {\displaystyle {\frac {N}{N_{0}}}=4/14\approx 0.286,}
{\displaystyle \tau ={\frac {T_{1/2}}{\ln 2}}\approx 8267} {\displaystyle \tau ={\frac {T_{1/2}}{\ln 2}}\approx 8267} years,
{\displaystyle t=-\tau \,\ln {\frac {N}{N_{0}}}\approx 10360} {\displaystyle t=-\tau \,\ln {\frac {N}{N_{0}}}\approx 10360} years.
أي أن متوسط عمر العينة هو 10.360 سنة.
يمكنك التعليق على هذا الموضوع تحويل كودإخفاء محول الأكواد الإبتساماتإخفاء
ملحوظة: يمكن لأعضاء المدونة فقط إرسال تعليق.