باختصار
- أقسام كامبريدج
- 0625 الموضوعان 5.1 و5.2
- قسم إدكسل
- 4PH1 البنود 7.1 إلى 7.26 (لا بنود P)
- تحلل ألفا
- العدد الكتلي −٤، العدد الذري −٢
- تحلل بيتا
- العدد الذري +١، العدد الكتلي دون تغيير
- عمر النصف
- زمن تحلل نصف الأنوية أو انخفاض النشاط إلى النصف
- الوحدات
- النشاط بالبكريل، ومعدل العد بالعدات في الثانية أو الدقيقة
مقارنة ألفا وبيتا وجاما
| الخاصية | ألفا | بيتا (السالبة) | جاما |
|---|---|---|---|
| الطبيعة | بروتونان ونيوترونان (نواة هيليوم) | إلكترون سريع من النواة | إشعاع كهرومغناطيسي |
| الشحنة | +٢ | −١ | صفر |
| التأيين | شديد | متوسط | ضعيف |
| النفاذ | توقفه ورقة أو سنتيمترات من الهواء | توقفه ملليمترات من الألومنيوم | يخففه الرصاص السميك أو الخرسانة |
| أثره على النواة | A ينقص ٤ وZ ينقص ٢ | A ثابت وZ يزيد ١ | لا تغير |
| الانحراف في المجالات (موسع كامبريدج) | ينحرف عكس بيتا وأقل منها | ينحرف بشدة | لا ينحرف |
A العدد الكتلي وZ العدد الذري. ويسأل إدكسل أيضًا عن انبعاث النيوترون: A ينقص ١ وZ ثابت.
الأفكار الأساسية في كل منهج
للذرة نواة صغيرة موجبة من البروتونات والنيوترونات تحيط بها الإلكترونات. النظائر ذرات للعنصر نفسه بأعداد نيوترونات مختلفة. الكربون-١٤ مثلًا عدده الكتلي ١٤ والذري ٦، ففيه ٨ نيوترونات. ويضيف الموسع في كامبريدج دليل تشتت ألفا: معظم الجسيمات تعبر رقاقة الذهب مباشرة لأن الذرة معظمها فراغ، وقليل منها ينحرف بزوايا كبيرة بسبب نواة صغيرة كثيفة موجبة.
يغطي المستوى الأساسي في كامبريدج الإشعاع الخلفي ومصادره (غاز الرادون، والصخور والمباني، والطعام والشراب، والأشعة الكونية)، والكشف بالعداد، وطبيعة الإشعاعات الثلاثة وتأيينها ونفاذها، وعشوائية التحلل، وحسابات عمر النصف البسيطة، وآثار الإشعاع والتعامل الآمن. ويضيف الموسع تصحيح معدل العد بطرح الخلفية، والانحراف في المجالات، والمعادلات النووية، واختيار النظائر للاستخدامات، والسلامة بالزمن والمسافة والتدريع، والانشطار والاندماج.
لا يحتوي القسم ٧ في إدكسل على بنود P، فكله قد يأتي في أي ورقة. ويشمل أربعة أنواع إشعاع (ألفا وبيتا وجاما والنيوترون)، وموازنة المعادلات النووية، والكشف بالفيلم أو عداد جايجر، والنشاط بالبكريل، وعمر النصف بالحساب والرسم، والاستخدامات الصناعية والطبية، والفرق بين التلوث والتشعيع، والمخاطر والنفايات، والانشطار والاندماج: انشطار اليورانيوم-٢٣٥ والتفاعل المتسلسل وقضبان التحكم والمهدئ والتدريع.
مثال محلول ١: عمر النصف
عينة نشاطها ٨٠٠ بكريل وعمر النصف ٦ ساعات. بعد ٢٤ ساعة يمر ٢٤ ÷ ٦ = ٤ أعمار نصف: ٨٠٠ ← ٤٠٠ ← ٢٠٠ ← ١٠٠ ← ٥٠ بكريل.
بالعكس: انخفض معدل العد من ٦٤٠ إلى ٤٠ عدة في الدقيقة خلال ٢٠ دقيقة، أي ٤ مرات تنصيف، فعمر النصف = ٢٠ ÷ ٤ = ٥ دقائق. ومن الرسم اقرأ الزمن اللازم لانخفاض أي قيمة إلى نصفها وتحقق بزوج ثانٍ من النقاط.
مثال محلول ٢: تصحيح الخلفية والمعادلات النووية
تصحيح معدل العد (موسع كامبريدج): يقرأ الكاشف ٧٥ عدة في الدقيقة قرب المصدر و٢٥ عدة دون المصدر، فالمعدل المصحح = ٥٠ عدة في الدقيقة.
تحلل ألفا: الراديوم-٢٢٦ (A = ٢٢٦، Z = ٨٨) يطلق جسيم ألفا (A = ٤، Z = ٢)، فتنتج نواة A = ٢٢٢ وZ = ٨٦، وهي الرادون-٢٢٢.
تحلل بيتا: الكربون-١٤ (Z = ٦) يطلق جسيم بيتا (A = ٠، Z = −١) فتنتج نواة A = ١٤ وZ = ٧، وهي النيتروجين-١٤، إذ تحول نيوترون في النواة إلى بروتون وإلكترون.
أخطاء شائعة
- القول إن أشعة جاما جسيمات أو إنها تحول النواة إلى عنصر آخر.
- القول إن ألفا الأكثر نفاذًا لأنها الأكبر، والصحيح أنها الأقل نفاذًا لأنها الأشد تأيينًا فتفقد طاقتها بسرعة.
- القول إن جسيم بيتا إلكترون من مستويات الطاقة، وهو في الحقيقة من النواة.
- الظن أن العينة آمنة بعد عمري نصف، فما زال ربع الأنوية دون تحلل.
- نسيان طرح الإشعاع الخلفي قبل حساب عمر النصف.
- الخلط بين التلوث والتشعيع، فالطعام المشعَّع لا يصبح مشعًا.
- الخلط بين الانشطار (انقسام نواة كبيرة) والاندماج (اتحاد نوى صغيرة).
أسلوب الإجابة ولغة سلم التصحيح
استخدم كلمة عشوائي بدقة: لا يمكن التنبؤ بأي نواة ستتحلل أو متى. وعند اختيار نظير لاستخدام ما اربط نوع الإشعاع وعمر النصف بالمهمة: جهاز إنذار الدخان يستخدم مصدر ألفا لأن الدخان يوقفها، وعمر نصفه طويل ليعمل سنوات، والمتتبع الطبي يستخدم مصدر جاما بعمر نصف قصير ليُكشف خارج الجسم ولا يبقى نشطًا طويلًا.
في السلامة يتوقع الموسع في كامبريدج ثلاث أفكار: تقليل زمن التعرض، وزيادة المسافة، والتدريع. وفي الانشطار يتوقع إدكسل التسلسل: تمتص نواة اليورانيوم-٢٣٥ نيوترونًا فتصبح غير مستقرة وتنقسم إلى نواتين وتطلق نيوترونين أو ثلاثة وطاقة، وتسبب النيوترونات انشطارات أخرى، وتتحكم القضبان بامتصاص النيوترونات، ويبطئ المهدئ النيوترونات.
كيف تساعد الدروس الفردية في هذا الموضوع
النشاط الإشعاعي موضوع قصير مليء بمصطلحات دقيقة، والزلات الصغيرة مثل الخلط بين التأيين والنفاذ أو بين التلوث والتشعيع تكلف درجات. يستخدم المدرس جولات استرجاع سريعة ثم أسئلة شرح بأسلوب الامتحان، ويتدرب الطالب على منحنيات عمر النصف والمعادلات النووية على السبورة المشتركة حتى يوازن A وZ دون تردد.
قائمة التحقق الذاتي
- أصف تركيب الذرة وأعرّف النظير والعدد الذري والكتلي.
- أقارن ألفا وبيتا وجاما في الطبيعة والشحنة والتأيين والنفاذ.
- أذكر أربعة مصادر للإشعاع الخلفي.
- أكتب معادلات تحلل ألفا وبيتا وأتحقق من توازن A وZ.
- أحسب النشاط المتبقي بعد عدد صحيح من أعمار النصف.
- أجد عمر النصف من منحنى التحلل.
- أشرح الفرق بين التلوث والتشعيع.
- أصف الانشطار والتفاعل المتسلسل ودور قضبان التحكم والمهدئ.
أسئلة شائعة
هل يحتاج طلاب المستوى الأساسي في كامبريدج المعادلات النووية؟
لا، يكفيهم ذكر أن تحلل ألفا وبيتا يحول النواة إلى عنصر آخر. أما كتابة المعادلات فمن الموسع (5.2.3.5)، ويحتاجها كل طلاب إدكسل.
هل الانشطار في منهج كامبريدج؟
نعم في المستوى الموسع (5.1.2.6) بوصف الانشطار والاندماج ومعادلاتهما ووصف وصفي لتغير الكتلة والطاقة، ويتوسع إدكسل في المفاعلات (7.17 إلى 7.26).
لماذا ألفا الأخطر داخل الجسم؟
لأنها الأشد تأيينًا. خارج الجسم يوقفها الجلد أو الهواء، لكن مصدر ألفا داخل الجسم يفرغ طاقته كلها في الخلايا القريبة.
كم تكلفة دروس الفيزياء في LiveTutor؟
١٥ $ للدرس لكل المواد والمستويات، ضمن خطة أسبوعية من درس إلى خمسة دروس تُدفع شهريًا. الدرس فردي ٦٠ دقيقة عبر الإنترنت، والأول تجريبي مجاني.
ما الفرق بين النشاط ومعدل العد؟
النشاط عدد الأنوية المتحللة في الثانية ويقاس بالبكريل، ومعدل العد ما يسجله الكاشف، وهو أقل من النشاط لأن الكاشف لا يلتقط كل الانبعاثات ويلتقط أيضًا الإشعاع الخلفي.
المصادر
التواريخ والأرقام في هذه الصفحة مأخوذة من هذه المصادر الرسمية والمنشورة. تأكد دائماً من المواعيد النهائية في الصفحة الرسمية قبل الاعتماد عليها.