أسئلة الفيزياء الوزارية: الوحدة ٨: الفيزياء النووية

يمثّل الرمز ($^{14}_{\ 6}\text{C}$) نواة الكربون، والرمز ($^{14}_{\ 7}\text{N}$) نواة النيتروجين. العبارة التي تصف تركيب نواة النيتروجين مقارنة بتركيب نواة الكربون، هي:

العبارة التي تصف القوة النووية القوية هي أنها قوة تجاذب ذات مدى:

يبين الشكل المجاور أعداد النيوترونات وأعداد البروتونات لمجموعة من نوى بعض العناصر ممثلة بالرموز. اعتمادًا على ذلك، فإنّ النوى الثلاثة المتساوية في نصف القطر والكثافة من بين الآتية هي:

يوضح الشكل المجاور منحنى العلاقة بين طاقة الربط النووية لكل نيوكليون والعدد الكتلي، والرموز ⁦(Z, W, X, Y)⁩ تمثل نوى افتراضية تقع على هذا المنحنى. معتمدًا على الشكل وبياناته، أجب عن الفقرتين (44، 45) الآتيتين: النواة الأكثر استقرارًا من بين النوى الأربعة هي:

نواة شحنتها الكهربائية ⁦(8.0 × 10⁻¹⁸ C)⁩ وعدد نيوكليوناتها (120)، أجب عن الفقرتين (44، 45) الآتيتين: 44- عدد نيوترونات هذه النواة يساوي:

نواة شحنتها الكهربائية ⁦(8.0 × 10⁻¹⁸ C)⁩ وعدد نيوكليوناتها (120).

العلاقة التي تُعبّر بشكل صحيح عن حجم هذه النواة ⁦(V)⁩ بدلالة كل من ($\pi$ ) والثابت ⁦(r₀)⁩⁠، هي:

تمتاز القوّة النوويّة بأنّها قوّة:

الديوترون ($D \equiv {}^{2}_{1}H$) يتكوّن من بروتون ونيوترون. معتمدًا على البيانات المثبتة على الشكل الآتي، فإنّ طاقة الربط النووية لكل نيوكليون للديوترون بوحدة ⁦(MeV)⁩ تساوي:

نسبة كثافة النواة ($_{2}^{4}X$) إلى كثافة النواة ($_{1}^{3}Y$)، ($\frac{\rho_X}{\rho_Y}$) تساوي:

إذا كانت كُتلة النواة ($_{1}^{3}H$) تقلّ بمقدار ⁦(0.0095 amu)⁩ عن مجموع كُتل مُكوّناتها، فإنّ طاقة الرَّبْط النووية لكلّ نيوكليون بوحدة ⁦(MeV)⁩ لها تساوي:

إحدى الآتية يُمثّل أحد نظائر العنصر المُمثّل بالرمز (${}_{92}^{234}X$):

ثوابت فيزيائية: ⁦r₀ = 1.2 × 10⁻¹⁵ m⁩

إذا علمت أنّ العدد الذرّي لعنصر يساوي (31)، ونصف قُطر نواته ($4.8 \times 10^{-15} m$)، فإنّ عدد النيوترونات في نواة هذا العنصر يساوي:

عند انبعاث جُسيم ألفا ($\alpha$) من نواة عنصر مشع، فإنّ عدد البروتونات وعدد النيوترونات للنواة الناتجة يقلّ كلّ منهما مقارنة بالنواة الأم بمقدار:

يوضّح الرسم التخطيطي الآتي الجهاز المستخدم في تجربة تُوضع فيها حواجز من مواد مختلفة بالتناوب بين مصدر مشع وكاشف. ويوضّح الجدول المجاور له متوسط عدد الإشعاعات النافذة من كلّ من هذه الحواجز التي سجّلها العدّاد للمصدر المشعّ. إنّ نوع الإشعاع/الإشعاعات الصادرة من المصدر المشعّ:

إذا كان عمر النصف لمادة مشعة ($24$) عامًا، فإنّ نسبة النشاطية الإشعاعية لعيّنة من هذه المادة بعد ($72$) عامًا إلى النشاطية الإشعاعية الابتدائية للعيّنة ($\frac{A}{A_0}$) تساوي:

نوع الإشعاع النووي الذي يُمتصّ باستخدام حاجز رقيق من الورق، ونوع الإشعاع النووي الذي ليس له كتلة على الترتيب، هما:

سلسلة اضمحلال تبدأ بالعنصر المشع ($^{238}_{92}U$) وتنتهي بالرصاص المستقر ($^{206}_{82}Pb$)، من خلال اضمحلالات عدة لألفا ⁦(α)⁩ وبيتا السالبة ⁦(β⁻)⁩⁠. إنّ اسم السلسلة وعدد جسيمات ⁦(α)⁩ المنبعثة للوصول إلى الرصاص المستقر هما:

يمثل الشكل المجاور عيّنة من الكوبالت ($^{60}_{27}Co$) تُستخدم في المختبرات لدراسة طبيعة إشعاع غاما. بالاستعانة بالمعلومات المثبتة على الشكل، فإنّ النشاطية الإشعاعية بوحدة ⁦(μCi)⁩ لهذه العيّنة بعد مرور زمن مقداره ثلاثة أمثال عمر النصف تساوي:

الإشعاعات النووية التي ليس لها كتلة أو شحنة هي:

يمثّل الرسم البياني المجاور منحنى الاستقرار النووي، والنقاط (⁦A⁩⁠، ⁦B⁩⁠، ⁦X⁩⁠، ⁦Y)⁩ تمثّل نوى. النواة التي تُشعّ جُسيم بيتا السالب لكي تقترب من حالة الاستقرار هي:

ثلاث نوى لعناصر مختلفة ($_{45}^{106}Rh$ ، $_{46}^{106}Pd$ ، $_{47}^{106}Ag$) تتساوى في عددها الكُتلي، حيث نواة البلاديوم ($_{46}^{106}Pd$) مُستقرّة، بينما نواتي الفضة ($_{47}^{106}Ag$) والروديوم ($_{45}^{106}Rh$) من باعِثات بيتا. النواة التي تُشِعّ بيتا الموجبة وتتحوّل إلى نواة بلاديوم هي نواة:

تُمثّل المعادلة الآتية اضمحلال نظير الفلور ($_{9}^{18}F$) ليُعطي أحد نظائر الأكسجين وبوزيترون وجُسيم ($X$): $_{9}^{18}F \rightarrow _{Z}^{A}O + _{+1}^{0}e + X$ نظير الأكسجين ($_{Z}^{A}O$) واسم الجُسيم ($X$) على الترتيب، هما:

إذا كان ثابت الاضمحلال لنظير (الغاليوم - 67) يساوي ($2.4 \times 10^{-6} s^{-1}$)، وقِيست النشاطية الإشعاعية لعينة منه عند لحظة معيّنة فكانت ($4680 Bq$). فإنّ عدد النوى المشعة في العينة يساوي:

عندما تبعث نواة جُسيم ألفا، فإنّ عدد كلّ من البروتونات والنيوترونات، على الترتيب:

ثوابت: ($1\text{ amu} = 930\text{ MeV}$)

في تفاعل اندماج نووي، إذا كان مجموع كتل المواد الداخلة في التفاعل يزيد على مجموع كتل المواد الناتجة منه بمقدار ($0.02\text{ amu}$)، فإنّ الطاقة المتحرّرة ($Q$) بوحدة ($\text{MeV}$) تساوي:

الهدف من استخدام المهدّئات في المفاعلات النووية، هو:

يوضّح الشكل المجاور منحنى العلاقة بين طاقة الربط النووية لكل نيوكليون والعدد الكتلي، والرموز ($Z, W, X, Y$) تمثّل نوى افتراضية تقع على هذا المنحنى. معتمدًا على الشكل وبياناته:

المعادلة التي تعبّر عن عملية الانشطار التي تنتج عنها نواتان لكل منهما (طاقة ربط نووية لكل نيوكليون) أكبر منها للنواة المنشطرة هي:

ثوابت: ($1\text{ amu} = 930\text{ MeV}$)

يبين الجدول المجاور كتل الجسيمات والنوى في التفاعل النووي الذي تمثله المعادلة: ⁦(¹⁴N + ⁴He → ¹p + ¹⁷O)⁩ طاقة التفاعل ⁦(Q)⁩ بوحدة مليون إلكترون فولت ⁦(MeV)⁩ تساوي:

في المفاعل النووي، المادة التي تُستخدم في صُنع قضبان التحكم، والمادة التي تُستخدم في تهدئة النيوترونات على الترتيب هما:

معتمدًا على الشكل المجاور، حيث: (●) تمثل بروتونًا، و(○) تمثل نيوترونًا، فإنّ التفاعل النووي الذي يمثله الشكل هو:

في المعادلة النووية الآتية:

إنّ مقدار كل من العدد الذري ($Z$) والعدد الكتلي ($A$) للنواة الأم ($Cm$):

في المعادلة الآتية: (

) ، وإذا علمت أن كُتل النوى بوحدة ⁦(amu)⁩ كما هي موضحة في الجدول المجاور، فإن طاقة التفاعل ($Q$) بوحدة ⁦(MeV)⁩ تساوي:

لاستمرار حدوث التفاعل المتسلسل في المفاعل النووي، يجب توافر أمور عدّة، منها اليورانيوم المُخصّب. يُقصد بعملية تخصيب اليورانيوم زيادة نسبة أحد نظائر اليورانيوم الآتية:

المادة التي تُستخدم لإبطاء حركة النيوترونات في المفاعل النووي، هي:

في التفاعلات النووية؛ تتساوى النوى المتفاعلة مع النوى الناتجة في إحدى الكميات الآتية:

إذا كان مجموع كُتل النوى الداخلة في تفاعل نووي ⁦(20.00 amu)⁩ ومجموع كُتل النوى الناتجة من التفاعل ⁦(19.85 amu)⁩⁠، فإنّ طاقة التفاعل ⁦(Q)⁩ بوحدة ⁦(MeV)⁩ تساوي: