النشاط الإشعاعي هو قدرة ذرات بعض النظائر على الانحلال تلقائيًا عن طريق انبعاث الإشعاع. لأول مرة ، اكتشف بيكريل مثل هذا الإشعاع المنبعث من اليورانيوم ، لذلك ، في البداية ، أطلق على الإشعاع المشع اسم أشعة بيكريل. النوع الرئيسي من الاضمحلال الإشعاعي هو طرد جسيمات ألفا من نواة الذرة - تحلل ألفا (انظر إشعاع ألفا) أو جسيمات بيتا - اضمحلال بيتا (انظر إشعاع بيتا).
أثناء التحلل الإشعاعي ، يتحول العنصر الأصلي إلى ذرة عنصر آخر. نتيجة لطرد جسيم ألفا من نواة ذرة ، وهو مزيج من بروتونين ونيوترونين ، يتناقص العدد الكتلي للذرة الناتجة (انظر) بمقدار أربع وحدات ، ويتضح أنه تم إزاحته في جدول مندليف من خليتين إلى اليسار ، لأن الرقم التسلسلي للعنصر في الجدول يساوي عدد البروتونات في نواة الذرة. عندما يتم إخراج جسيم بيتا (إلكترون) ، يتم تحويل نيوترون واحد إلى بروتون في النواة ، ونتيجة لذلك يتم إزاحة الذرة الناتجة خلية واحدة إلى اليمين في جدول مندليف. بقيت كتلته دون تغيير تقريبًا. عادة ما يرتبط طرد جسيم بيتا بـ (انظر).
يحدث تحلل أي نظير مشع وفقًا للقانون التالي: عدد الذرات المتحللة لكل وحدة زمنية (n) يتناسب مع عدد الذرات (N) المتوفرة في وقت معين ، أي n = λN ؛ المعامل λ يسمى ثابت الاضمحلال الإشعاعي ويرتبط بنصف عمر النظير (T) بنسبة λ = 0.693 / T. يؤدي قانون الانحلال المشار إليه إلى حقيقة أنه لكل فترة زمنية تساوي نصف العمر T ، فإن كمية النظير تنخفض إلى النصف. إذا كانت الذرات المتكونة نتيجة الاضمحلال الإشعاعي مشعة أيضًا ، يحدث تراكمها التدريجي حتى يتم إنشاء توازن إشعاعي بين النظائر الأم وابنتها ؛ في هذه الحالة ، يكون عدد ذرات النظير الابنة المتكون لكل وحدة زمنية مساويًا لعدد الذرات المتحللة في نفس الوقت.
من المعروف أن أكثر من 40 من النظائر المشعة الطبيعية. يقع معظمهم في ثلاثة صفوف مشعة (عائلات): اليورانيوم والراديوم والأكتينيوم. كل هذه النظائر المشعة موزعة على نطاق واسع في الطبيعة. يتسبب وجودها في الصخور والمياه والغلاف الجوي والنبات والكائنات الحية في نشاط إشعاعي طبيعي أو طبيعي.
بالإضافة إلى النظائر المشعة الطبيعية ، هناك حوالي ألف نظير مشع صناعي معروف الآن. يتم الحصول عليها عن طريق التفاعلات النووية ، وخاصة في المفاعلات النووية (انظر). تُستخدم العديد من النظائر المشعة الطبيعية والاصطناعية على نطاق واسع في الطب للعلاج (انظر العلاج الإشعاعي) وخاصة لتشخيص الأمراض (انظر). انظر أيضًا الإشعاع المؤين.
النشاط الإشعاعي (من نصف القطر اللاتيني - الحزمة والنشاط - الفعال) - قدرة النوى غير المستقرة للذرات على التحول تلقائيًا إلى نوى أخرى أكثر استقرارًا واستقرارًا. تسمى تحولات النوى هذه بالنشاط الإشعاعي ، وتسمى النواة نفسها أو الذرات المقابلة النوى المشعة (الذرات). أثناء التحولات الإشعاعية ، تصدر النوى طاقة إما في شكل جسيمات مشحونة ، أو في شكل كوانتا جاما للإشعاع الكهرومغناطيسي أو إشعاع جاما.
التحولات التي تتحول فيها نواة عنصر كيميائي إلى نواة عنصر آخر برقم ذري مختلف تسمى التحلل الإشعاعي. النظائر المشعة (انظر) ، المتكونة والموجودة في الظروف الطبيعية ، تستدعي النشاط الإشعاعي الطبيعي ؛ نفس النظائر التي تم الحصول عليها صناعيا من خلال التفاعلات النووية مشعة صناعيا. لا يوجد فرق جوهري بين النظائر المشعة بشكل طبيعي ومصطنع ، لأن خصائص نوى الذرات والذرات نفسها تحدد فقط من خلال تكوين وبنية النواة ولا تعتمد على طريقة تكوينها.
تم اكتشاف النشاط الإشعاعي في عام 1896 من قبل أ.ن.بيكريل ، الذي اكتشف إشعاع اليورانيوم (انظر) ، القادر على التسبب في اسوداد مستحلب التصوير وتأيين الهواء. كان كوري-سكلودوفسكا (M. Curie-Sklodowska) أول من قام بقياس كثافة إشعاع اليورانيوم وفي نفس الوقت اكتشف العالم الألماني شميت (G. S. Schmidt) النشاط الإشعاعي في الثوريوم (انظر). كانت خاصية النظائر في إصدار إشعاع غير مرئي تلقائيًا تسمى النشاط الإشعاعي بواسطة Curies. في يوليو 1898 ، أبلغوا عن اكتشافهم لعنصر إشعاعي جديد ، البولونيوم ، في خام راتنج اليورانيوم (انظر). في ديسمبر 1898 ، اكتشفوا مع G. Bemont الراديوم (انظر).
بعد اكتشاف العناصر المشعة ، وجد عدد من المؤلفين (بيكريل ، وكوري ، وروذرفورد ، وغيرهم) أن هذه العناصر يمكن أن تصدر ثلاثة أنواع من الأشعة التي تتصرف بشكل مختلف في المجال المغناطيسي. بناءً على اقتراح رذرفورد (إي. رذرفورد ، 1902) ، كانت تسمى هذه الأشعة ألفا (انظر إشعاع ألفا) ، وبيتا (انظر إشعاع بيتا) وأشعة جاما (انظر إشعاع جاما). تتكون أشعة ألفا من جسيمات ألفا موجبة الشحنة (ذرات الهيليوم المتأينة المزدوجة He4) ؛ أشعة بيتا - من الجسيمات سالبة الشحنة ذات الكتلة الصغيرة - الإلكترونات ؛ تتشابه أشعة جاما في طبيعتها مع الأشعة السينية وهي عبارة عن كميات من الإشعاع الكهرومغناطيسي.
في عام 1902 ، أوضح رذرفورد وف. أشعة غاما.
في عام 1910 ، حصل M. Curie-Sklodowska مع A.Debierne على الراديوم المعدني النقي وقاموا بفحص خصائصه الإشعاعية ، على وجه الخصوص ، قاموا بقياس ثابت الانحلال للراديوم. وسرعان ما تم اكتشاف عدد من العناصر المشعة الأخرى. اكتشف Debjorn و F. Giesel شقائق النعمان البحرية. اكتشف Gan (O. Halm) إشعاع و mesothorium ، اكتشف Boltwood (VV Boltwood) الأيونيوم ، اكتشف Gan و L. Meitner البروتكتينيوم. جميع نظائر هذه العناصر مشعة. في عام 1903 ، أظهر كل من Pierre Curie و C. A. Laborde أن تحضير الراديوم دائمًا ما يكون له درجة حرارة مرتفعة وأن 1 جرام من الراديوم مع نواتج الاضمحلال يطلق حوالي 140 كيلو كالوري في ساعة واحدة. في نفس العام ، وجد دبليو رامزي وسودي أن أمبولة راديوم مختومة تحتوي على الهيليوم الغازي. أظهرت أعمال Rutherford و F. Dorn و Debierne و Gisel أنه من بين منتجات اضمحلال اليورانيوم والثوريوم هناك غازات مشعة سريعة التحلل ، تسمى انبعاث الراديوم والثوريوم والأكتينيوم (الرادون ، والثورون ، والأكتينون). وهكذا ، ثبت أنه خلال الاضمحلال ، تتحول ذرات الراديوم إلى ذرات هيليوم ورادون. صاغ Soddy و Fajans (K. Fajans) و Russell (W.J Russell) قوانين التحولات الإشعاعية لبعض العناصر إلى عناصر أخرى أثناء تحلل ألفا وبيتا (قوانين الإزاحة).
هذه القوانين هي على النحو التالي. في تحلل ألفا ، يتم الحصول دائمًا على عنصر آخر من العنصر الأصلي ، والذي يقع في النظام الدوري لـ D. I. Mendeleev خليتان على يسار العنصر الأصلي (الرقم التسلسلي أو الذري أقل بمقدار 2 من العنصر الأصلي) ؛ في اضمحلال بيتا ، يتم الحصول دائمًا على عنصر آخر من العنصر الأصلي ، والذي يقع في النظام الدوري خلية واحدة على يمين العنصر الأصلي (الرقم الذري هو واحد أكثر من العنصر الأصلي).
أدت دراسة تحولات العناصر المشعة إلى اكتشاف النظائر ، أي الذرات التي لها نفس الخصائص الكيميائية والأعداد الذرية ، ولكنها تختلف عن بعضها البعض في الكتلة والخصائص الفيزيائية ، على وجه الخصوص ، في الخواص المشعة (نوع الإشعاع ، معدل الاضمحلال). من بين العدد الكبير من المواد المشعة المكتشفة ، فقط الراديوم (Ra) والرادون (Rn) والبولونيوم (Po) والبروتكتينيوم (Ra) تبين أنها عناصر جديدة ، والباقي كانت نظائر اليورانيوم (U) والثوريوم المعروفة سابقًا (ث) ، الرصاص (الرصاص) ، الثاليوم (تل) والبزموت (بي).
بعد اكتشاف رذرفورد للتركيب النووي للذرات وإثبات أن النواة هي التي تحدد جميع خصائص الذرة ، ولا سيما بنية غلافها الإلكتروني وخصائصها الكيميائية (انظر الذرة ، النواة الذرية) ، أصبحت من الواضح أن التحولات الإشعاعية مرتبطة بتحول النوى الذرية. مكنت الدراسة الإضافية لبنية النوى الذرية من فك شفرة آلية التحولات المشعة بشكل كامل.
أول تحول اصطناعي للنواة - تفاعل نووي (انظر) - تم تنفيذه بواسطة رذرفورد في عام 1919 عن طريق قصف نوى ذرات النيتروجين بجزيئات البولونيوم ألفا. في الوقت نفسه ، أصدرت نوى النيتروجين بروتونات (انظر) وتحولت إلى نوى أكسجين O17. في عام 1934 ، كان F. Joliot-Curie و I. Joliot-Curie (F. Joliot-Curie، I. Joliot-Curie) أول من حصل بشكل مصطنع على نظير مشع للفوسفور عن طريق قصف ذرات Al بجزيئات ألفا. نوى P30 ، على عكس نوى النظائر المشعة بشكل طبيعي ، أثناء التحلل لم تصدر الإلكترونات ، ولكن البوزيترونات (انظر الإشعاع الكوني) وتحولت إلى نوى سيليكون مستقرة Si30. وهكذا ، في عام 1934 ، تم اكتشاف النشاط الإشعاعي الاصطناعي ونوع جديد من الاضمحلال الإشعاعي ، اضمحلال البوزيترون ، أو اضمحلال β + ، في وقت واحد.
اقترحت Joliot-Curies أن جميع الجسيمات السريعة (البروتونات والديوترونات والنيوترونات) تسبب تفاعلات نووية ويمكن استخدامها لإنتاج نظائر مشعة بشكل طبيعي. Fermi (E. Fermi) وآخرون ، عن طريق قصف عناصر مختلفة بالنيوترونات ، تلقى نظائر مشعة لجميع العناصر الكيميائية تقريبًا. في الوقت الحاضر ، بمساعدة الجسيمات المشحونة المتسارعة (انظر مسرعات الجسيمات المشحونة) والنيوترونات ، تم إجراء مجموعة متنوعة من التفاعلات النووية ، ونتيجة لذلك أصبح من الممكن الحصول على أي نظائر مشعة.
في عام 1937 ، اكتشف Alvarez (L. Alvarez) نوعًا جديدًا من التحول الإشعاعي - الالتقاط الإلكتروني. في التقاط الإلكترون ، تلتقط نواة الذرة إلكترونًا من غلاف الذرة وتتحول إلى نواة عنصر آخر. في عام 1939 ، اكتشف هان وف. ستراسمان انشطار نواة اليورانيوم إلى نوى أخف (شظايا انشطار) عندما تم قصفها بالنيوترونات. في نفس العام ، أظهر Flerov و Petrzhak أن عملية انشطار نوى اليورانيوم تتم بشكل تلقائي دون تأثير خارجي. وهكذا اكتشفوا نوعًا جديدًا من التحول الإشعاعي - الانشطار التلقائي للنواة الثقيلة.
في الوقت الحاضر ، تُعرف الأنواع التالية من التحولات المشعة التي تحدث بدون تأثيرات خارجية ، تلقائيًا ، بسبب أسباب داخلية فقط بسبب بنية النوى الذرية.
1. تسوس ألفا. نواة برقم ذري Z ورقم كتلي A تنبعث منها جسيم ألفا - نواة هيليوم He4 - وتتحول إلى نواة أخرى مع Z أقل من وحدتين وأقل من 4 وحدات من النواة الأصلية. بشكل عام ، يتم كتابة تسوس ألفا على النحو التالي:
حيث X هي النواة الأصلية ، Y هي نواة منتج الاضمحلال.
2. تسوس بيتاهناك نوعان: إلكتروني وبوزيترون ، أو β - - و β + -decay (انظر إشعاع بيتا). أثناء التحلل الإلكتروني ، يطير إلكترون ونيوترينو خارج النواة وتتشكل نواة جديدة بنفس العدد الكتلي A ، ولكن برقم ذري Z أكبر من النواة الأصلية:
أثناء اضمحلال البوزيترون ، تصدر النواة بوزيترونًا ونيوترينوًا وتتشكل نواة جديدة بنفس عدد الكتلة ، ولكن مع Z واحد أقل من النواة الأصلية:
أثناء تحلل بيتا ، في المتوسط ، يتم نقل ثلثي طاقة النواة بعيدًا عن طريق جسيمات النيوترينو (جسيمات نيوترينو ذات كتلة صغيرة جدًا ، تتفاعل بشكل ضعيف جدًا مع المادة).
3. الالتقاط الإلكتروني(الاسم السابق K- التقاط). تلتقط النواة إلكترونًا من إحدى قذائف الذرة ، غالبًا من القشرة K ، وتنبعث منها نيوترينو وتتحول إلى نواة جديدة لها نفس العدد الكتلي A ، ولكن برقم ذري Z أقل من 1 من النواة الأصلية.
إن تحول النوى أثناء التقاط الإلكترون وانحلال البوزيترون هو نفسه ؛ لذلك ، يتم ملاحظة هذين النوعين من الاضمحلال في وقت واحد لنفس النوى ، أي أنهما يتنافسان. نظرًا لأنه بعد التقاط إلكترون من الغلاف الداخلي للذرة ، يمر إلكترون من أحد المدارات الأبعد عن النواة إلى مكانه ، فإن التقاط الإلكترون يكون دائمًا مصحوبًا بانبعاث أشعة سينية مميزة.
4. انتقال isomeric. بعد انبعاث جسيم ألفا أو بيتا ، تكون بعض أنواع النوى في حالة مثارة (حالة بها طاقة زائدة) وتنبعث منها طاقة إثارة على شكل أشعة جاما (انظر إشعاع جاما). في هذه الحالة ، أثناء الاضمحلال الإشعاعي ، تصدر النواة أيضًا ، بالإضافة إلى جسيمات ألفا أو بيتا ، كوانتا جاما. وهكذا ، فإن نوى النظير Sr90 تنبعث منها جسيمات فقط ، ونواة Na24 تنبعث ، بالإضافة إلى جسيمات ، أيضًا جاما كوانتا. تكون معظم النوى في حالة من الإثارة لفترات زمنية قصيرة جدًا لا يمكن قياسها (أقل من 10 إلى 9 ثوانٍ). ومع ذلك ، يمكن أن يبقى عدد قليل نسبيًا من النوى في حالة الإثارة لفترات طويلة نسبيًا - تصل إلى عدة أشهر. تسمى هذه النوى أيزومرات ، والتحولات المقابلة لها من الحالة المثارة إلى الحالة الطبيعية ، مصحوبة بانبعاث أشعة جاما فقط ، تكون متزامنة. أثناء التحولات الأيزومرية A و Z ، لا تتغير النوى. تسمى النوى المشعة التي تنبعث منها جسيمات ألفا أو بيتا فقط بواعث ألفا أو بيتا النقية. تسمى النوى التي يصاحب فيها تسوس ألفا أو بيتا انبعاث أشعة جاما بواعث جاما. بواعث جاما النقية هي نوى فقط تكون في حالة الإثارة لفترة طويلة ، أي تخضع لتحولات أيزومرية.
5. الانشطار النووي العفوي. نتيجة للانشطار ، تتكون نواتان أخف من نواة واحدة - شظايا انشطار. نظرًا لأنه يمكن تقسيم النوى المتماثلة بطرق مختلفة إلى نواتين ، في عملية الانشطار ، يتم تكوين العديد من الأزواج المختلفة من النوى الأخف وزنا مختلفة Z و A. أثناء الانشطار ، يتم إطلاق النيوترونات ، بمعدل 2-3 نيوترون لكل حدث انشطار نووي ، وجاما كوانتا. جميع الشظايا المتكونة أثناء الانشطار غير مستقرة وتخضع للاضمحلال. إن احتمال الانشطار ضئيل للغاية بالنسبة لليورانيوم ، ولكنه يزداد مع زيادة Z. وهذا يفسر عدم وجود نوى أثقل من اليورانيوم على الأرض. في النوى المستقرة ، توجد نسبة معينة بين عدد البروتونات والنيوترونات ، حيث تتمتع النواة بأكبر قدر من الاستقرار ، أي أعلى طاقة ربط للجسيمات في النواة. بالنسبة إلى النوى الخفيفة والمتوسطة ، يتوافق أقصى استقرار لها مع محتوى متساوٍ تقريبًا من البروتونات والنيوترونات. بالنسبة للنواة الأثقل ، لوحظ زيادة نسبية في عدد النيوترونات في النوى المستقرة. مع وجود فائض من البروتونات أو النيوترونات في النواة ، تكون النوى ذات القيمة المتوسطة A غير مستقرة وتخضع لأيام β - - أو β + - يحدث خلالها التحول المتبادل بين النيوترون والبروتون. مع وجود فائض من النيوترونات (نظائر ثقيلة) ، يتم تحويل أحد النيوترونات إلى بروتون بانبعاث إلكترون ونيوترينو: 
مع وجود فائض من البروتونات (نظائر الضوء) ، يتم تحويل أحد البروتونات إلى نيوترون مع انبعاث إما بوزيترون ونيوترينو (β + اضمحلال) ، أو نيوترينو فقط (التقاط الإلكترون): 
جميع النوى الثقيلة ذات العدد الذري الأكبر من Pb82 غير مستقرة بسبب العدد الكبير من البروتونات التي تتنافر. تحدث سلاسل من اضمحلال ألفا وبيتا المتتالية في هذه النوى حتى يتم تكوين نوى مستقرة من نظائر الرصاص. مع تحسين التقنية التجريبية ، وجد أن المزيد والمزيد من النوى ، التي كانت تعتبر سابقًا مستقرة ، لديها تحلل إشعاعي بطيء جدًا. يوجد حاليًا 20 نظيرًا مشعًا معروفًا مع Z أقل من 82.
نتيجة لأي تحولات مشعة ، يتناقص عدد ذرات نظير معين باستمرار. إن قانون التناقص بمرور الوقت لعدد الذرات النشطة (قانون الاضمحلال الإشعاعي) شائع لجميع أنواع التحولات وجميع النظائر. إنها ذات طبيعة إحصائية (تنطبق فقط على عدد كبير من الذرات المشعة) وهي على النحو التالي. عدد الذرات النشطة لنظير معين يتحلل لكل وحدة زمنية ΔN / t يتناسب مع عدد الذرات النشطة N ، أي أن نفس الكسر k من الذرات النشطة لنظير معين يتحلل لكل وحدة زمنية ، بغض النظر عن عددها. تسمى قيمة k ثابت الاضمحلال الإشعاعي وتمثل جزء الذرات النشطة المتحللة لكل وحدة زمنية ، أو معدل الاضمحلال النسبي. يقاس k بوحدات زمنية متبادلة ، أي في ثانية -1 (1 / ثانية) ، يوم -1 ، عام -1 ، إلخ ، لكل نظير مشع قيمته الخاصة ، والتي تتغير على مدى واسع جدًا لنظائر مختلفة. تسمى القيمة التي تميز معدل الاضمحلال المطلق نشاط نظير أو عقار معين. يسمى نشاط 1 جرام من مادة النشاط المحدد للمادة.
يترتب على قانون الاضمحلال الإشعاعي أن الانخفاض في عدد الذرات النشطة N يحدث أولاً بسرعة ، ثم يحدث ببطء أكثر فأكثر. يُطلق على الوقت الذي يتم خلاله خفض عدد الذرات النشطة أو نشاط نظير معين إلى النصف ، فترة نصف العمر (T) للنظير المعطى. قانون تناقص N من الوقت t أسي وله التعبير التحليلي التالي: N = N0e-t ، حيث N0 هو عدد الذرات النشطة في وقت بدء العد التنازلي (r = 0) ، N هو الرقم من الذرات النشطة بعد الوقت t ، e هو أساس اللوغاريتمات الطبيعية (رقم يساوي 2.718 ...). بين ثابت الانحلال k ونصف العمر λ توجد العلاقة التالية: λT-0.693. من هنا 
يتم قياس نصف العمر بالثواني ، دقيقة. إلخ ، وبالنسبة للنظائر المختلفة تختلف على مدى واسع جدًا من أجزاء صغيرة من الثانية إلى 10 + 21 عامًا. النظائر ذات T الكبيرة والصغيرة تسمى قصيرة العمر ، والنظائر ذات T الصغيرة والكبيرة تسمى طويلة العمر. إذا كانت المادة الفعالة تتكون من عدة نظائر مشعة ذات فترات نصف عمر مختلفة ، غير مرتبطة وراثيًا ، فمع مرور الوقت سينخفض نشاط المادة أيضًا بشكل مستمر وسيتغير التركيب النظيري للعقار طوال الوقت: نسبة النظائر قصيرة العمر ستنخفض وستزداد نسبة النظائر طويلة العمر. بعد فترة زمنية طويلة بما فيه الكفاية ، من الناحية العملية ، سيبقى فقط النظير الأطول عمراً في التحضير. من منحنيات الاضمحلال للمواد المشعة التي تتكون من واحد أو مزيج من النظائر ، يمكن للمرء أن يحدد فترات نصف العمر للنظائر الفردية وأنشطتها النسبية في أي لحظة من الزمن.
قوانين التغيير في نشاط النظائر ذات الصلة وراثيا مختلفة نوعيا. يعتمدون على نسبة نصف عمرهم. بالنسبة إلى نظيرين مرتبطين وراثيًا مع الفترة T1 للنظير الأصلي و T2 لمنتج الاضمحلال ، فإن هذين القانونين لهما الشكل الأبسط. عند T1> T2 ، يتناقص نشاط النظير الأولي Q1 طوال الوقت وفقًا لقانون أسي بعمر نصف T1. بسبب اضمحلال نوى النظير الأولي ، سيتم تكوين نوى النظير النهائي وسيزداد نشاطه Q2. بعد فترة زمنية معينة ، معدل اضمحلال نوى النظير الثاني (سيصبح قريبًا من معدل تكوين نوى هذا النظير من الأصل (معدل اضمحلال النظير الأولي Q1) وستكون هذه المعدلات بنسبة معينة وثابتة لبقية الوقت - يتم ضبط التوازن الإشعاعي.
يتناقص نشاط النظير الأولي باستمرار مع الفترة T1 ، وبالتالي ، بعد الوصول إلى التوازن الإشعاعي ، فإن نشاط النظير النهائي Q2 والنشاط الكلي للنظيرين Q1 + Q2 سينخفض أيضًا مع عمر النصف للنظير الأولي T1. عند T1> T2 Q2 = Q1. إذا تم تكوين عدة نظائر قصيرة العمر على التوالي من النظير الأصلي طويل العمر ، كما هو الحال في السلسلة المشعة لليورانيوم والراديوم ، فعند الوصول إلى التوازن ، تصبح أنشطة كل نظير قصير العمر مساوية عمليًا لنشاط النظير الأصلي. في هذه الحالة ، يكون النشاط الإجمالي مساويًا لمجموع أنشطة جميع نواتج الاضمحلال قصيرة العمر ويتناقص مع فترة نصف العمر للنظير الأولي طويل العمر ، بالإضافة إلى نشاط جميع النظائر في حالة توازن.
يتم الوصول إلى التوازن الإشعاعي عمليًا في وقت يساوي 5-10 عمر نصفي لنظير منتجات الاضمحلال التي لها أطول عمر نصفي. إذا كان T1 تشتمل النظائر المشعة بشكل طبيعي على حوالي 40 نظيرًا من الجدول الدوري للعناصر ذات Z أكبر من 82 ، والتي تشكل ثلاث سلاسل متتالية من التحولات الإشعاعية: سلسلة اليورانيوم (الشكل 1) وسلسلة الثوريوم (الشكل 2) وسلسلة الأكتينيوم ( تين. 3). من خلال اضمحلال ألفا وبيتا المتتالية ، يتم الحصول على النظائر المستقرة النهائية للرصاص من النظائر الأولية للسلسلة. تشير الأسهم في الأشكال إلى تحويلات إشعاعية متتالية ، تشير إلى نوع الاضمحلال ونسبة الذرات التي تتعرض للانحلال من هذا النوع. تشير الأسهم الأفقية إلى التحولات التي تحدث في حوالي 100٪ من الحالات ، والأسهم المائلة - في جزء صغير من الحالات. عند تعيين النظائر ، يشار إلى أنصاف عمرها. توجد بين قوسين الأسماء السابقة لأعضاء السلسلة ، مما يشير إلى علاقة وراثية ، بدون أقواس - التسميات المقبولة حاليًا للنظائر ، والتي تتوافق مع طبيعتها الكيميائية والفيزيائية. يتم وضع النظائر طويلة العمر في إطارات ، ويتم وضع النظائر المستقرة النهائية في إطارات مزدوجة. عادة ما يكون تسوس ألفا مصحوبًا بإشعاع غاما منخفض الكثافة للغاية ، وبعض بواعث بيتا تنبعث منها أشعة جاما الشديدة. تعود الخلفية الطبيعية إلى النشاط الإشعاعي الطبيعي - الإشعاع والتعرض للنظائر المشعة بشكل طبيعي الموجودة على سطح الأرض ، في المحيط الحيوي والهواء ، والإشعاع الكوني (انظر). بالإضافة إلى هذه النظائر ، تحتوي المواد المختلفة أيضًا على نظير K40 وحوالي 20 نظيرًا مشعًا آخر بنصف عمر طويل جدًا (من 109 إلى 1021 عامًا) ، ونتيجة لذلك يكون نشاطها النسبي منخفضًا جدًا مقارنة بنشاط نظائر أخرى النظائر. لعبت النظائر المشعة الموجودة في قشرة الأرض دورًا استثنائيًا في تطوير كوكبنا ، ولا سيما في تطوير الحياة والحفاظ عليها ، لأنها تعوض عن فقدان الحرارة الذي يحدث على الأرض وتضمن درجة الحرارة على الكوكب كان ثابتًا من الناحية العملية لعدة ملايين من السنين. توجد النظائر المشعة ، مثل جميع النظائر الأخرى ، في الطبيعة بشكل رئيسي في حالة منتشرة وموجودة في جميع المواد ، والكائنات الحية النباتية والحيوانية. نظرًا للاختلاف في الخصائص الفيزيائية والكيميائية للنظائر ، فإن محتواها النسبي في التربة والمياه ليس هو نفسه. نواتج الاضمحلال الغازية لليورانيوم والثوريوم والأكتينيوم - الثورون والرادون والأكتينون - من مياه التربة تدخل الهواء باستمرار. بالإضافة إلى هذه المنتجات الغازية ، يحتوي الهواء أيضًا على منتجات اضمحلال ألفا وبيتا النشطة من الراديوم والثوريوم والأكتينيوم (في شكل رذاذ). تدخل العناصر المشعة ، وكذلك العناصر المستقرة من التربة ، النباتات مع مياه التربة ، لذلك تحتوي سيقان وأوراق النباتات دائمًا على اليورانيوم والراديوم والثوريوم مع نواتج الاضمحلال والبوتاسيوم وعدد من النظائر الأخرى ، على الرغم من نسبياً تركيزات منخفضة. تحتوي النباتات والحيوانات أيضًا على نظائر C14 و H3 و Be7 وغيرها ، والتي تتشكل في الهواء تحت تأثير نيوترونات الإشعاع الكوني. نظرًا لوجود تبادل مستمر بين جسم الإنسان والبيئة ، فإن جميع النظائر المشعة الموجودة في الطعام والماء والهواء موجودة في الجسم. توجد النظائر في الجسم بالجرعات التالية: في الأنسجة الرخوة - 31 مريم / سنة ، في العظام - 44 مريم / سنة. تبلغ جرعة الإشعاع الكوني 80-90 ميريم / سنة ، والجرعة من أشعة جاما الخارجية 60-80 ميريم / سنة. الجرعة الكلية 140-200 مريم / سنة. الجرعة المتساقطة على الرئتين هي 600-800 مريم / سنة. يتم الحصول على النظائر المشعة صناعياً عن طريق قصف النظائر المستقرة بالنيوترونات أو الجسيمات المشحونة نتيجة تفاعلات نووية مختلفة ، وتستخدم أنواع مختلفة من المسرعات كمصادر للجسيمات المشحونة. لقياسات التدفقات والجرعات لأنواع مختلفة من الإشعاع المؤين ، انظر قياس الجرعات ، جرعات الإشعاع المؤين ، النيوترون. نظرًا لحقيقة أن الجرعات الكبيرة من الإشعاع تؤثر سلبًا على صحة الإنسان ، يتم تطبيق تدابير وقائية خاصة عند العمل مع مصادر الإشعاع والنظائر المشعة (انظر). في الطب وعلم الأحياء ، تستخدم النظائر لدراسة التمثيل الغذائي ، لأغراض التشخيص والعلاج (انظر). يتم تحديد محتوى النظائر المشعة في الجسم وديناميات التمثيل الغذائي باستخدام عدادات الإشعاع الخارجي من الشخص. أسئلة. 1. ما هو الاكتشاف الذي قام به بيكريل عام 1896؟ اكتشف بيكريل في عام 1896 أن العنصر الكيميائي اليورانيوم U يصدر تلقائيًا أشعة غير مرئية. 2. كيف بدأوا في استدعاء قدرة ذرات بعض العناصر الكيميائية على الإشعاع العفوي؟ أصبحت هذه القدرة تسمى النشاط الإشعاعي. 3. أخبرنا كيف أجريت التجربة ، مخططها موضح في الأشكال 167 ، أ ، ب. ما الذي ظهر من هذه التجربة؟ في التجربة في الشكل. تم وضع 167 حبة من الراديوم رع في إناء سميك الجدران. منه ، من خلال الشق ، يخرج شعاع من الإشعاع المشع ، والذي يضيء لوحة التصوير. ثم تأثرت الحزمة بمجال مغناطيسي ، مما أدى إلى انقسام الشعاع إلى ثلاثة تيارات: موجبة الشحنة ، سالبة الشحنة ومحايدة ، والتي تم تسجيلها من خلال تكوين ثلاث نقاط على لوحة التصوير. 4. ما هي أسماء الجسيمات التي يتكون منها الانبعاث الإشعاعي؟ ما هذه الجسيمات؟ وجد أن الإشعاع المشع يتكون من ثلاثة أنواع من الجسيمات: جسيمات ألفا - ذرات الهيليوم المتأينة هي ، جسيمات بيتا - الإلكترونات وجسيمات بيتا - الفوتونات. كان الافتراض القائل بأن جميع الأجسام مكونة من جزيئات صغيرة قد افترضه الفلاسفة اليونانيون القدماء ليوكيبوس وديموقريطس منذ حوالي 2500 عام. كانت تسمى هذه الجسيمات بالذرات ، والتي تعني "غير قابلة للتجزئة". الذرة هي أصغر الجسيمات وأبسطها وغير المكونة وبالتالي فهي غير قابلة للتجزئة. ولكن من حوالي منتصف القرن التاسع عشر. بدأت الحقائق التجريبية في الظهور والتي ألقت بظلال من الشك على فكرة عدم قابلية الذرات للتجزئة. تشير نتائج هذه التجارب إلى أن الذرات لها بنية معقدة وأنها تحتوي على جسيمات مشحونة كهربائيًا. كان الدليل الأكثر وضوحا على التركيب المعقد للذرة هو اكتشاف ظاهرة النشاط الإشعاعي ، التي قام بها الفيزيائي الفرنسي هنري بيكريل في عام 1896. هنري بيكريل (1852-1908) اكتشف بيكريل أن عنصر اليورانيوم الكيميائي بشكل تلقائي (أي بدون تأثيرات خارجية) يصدر أشعة غير مرئية لم تكن معروفة من قبل ، والتي سميت فيما بعد بالإشعاع المشع. نظرًا لأن الإشعاع المشع له خصائص غير عادية ، بدأ العديد من العلماء في دراسته. اتضح أنه ليس اليورانيوم فقط ، ولكن أيضًا بعض العناصر الكيميائية الأخرى (على سبيل المثال ، الراديوم) تنبعث منها أيضًا أشعة مشعة بشكل تلقائي. بدأت قدرة ذرات بعض العناصر الكيميائية على الإشعاع العفوي تسمى النشاط الإشعاعي (من الراديو اللاتيني - أنا يشع وينشط - فعال). إرنست رذرفورد (1871-1935) في عام 1899 ، نتيجة لتجربة أجريت بتوجيه من الفيزيائي الإنجليزي إرنست رذرفورد ، تم اكتشاف أن الإشعاع المشع للراديوم غير متجانس ، أي أنه يحتوي على تركيبة معقدة. دعونا نرى كيف أجريت هذه التجربة. يوضح الشكل 156 أ وعاء رصاص سميك الجدران به حبة من الراديوم في الأسفل. يخرج شعاع من الإشعاع المشع من الراديوم عبر ثقب ضيق ويصطدم بلوحة فوتوغرافية (يحدث إشعاع الراديوم في جميع الاتجاهات ، لكنه لا يمكن أن يمر عبر طبقة سميكة من الرصاص). بعد تطوير اللوحة الفوتوغرافية ، تم العثور على بقعة مظلمة واحدة عليها - فقط في المكان الذي اصطدمت فيه الشعاع. أرز. 156. مخطط تجربة رذرفورد لتحديد تركيبة الإشعاع المشع ثم تم تغيير التجربة (الشكل 156 ، ب): تم إنشاء مجال مغناطيسي قوي ، والذي يعمل على الحزمة. في هذه الحالة ، ظهرت ثلاث نقاط على اللوحة المطورة: واحدة ، المركزية ، كانت في نفس المكان كما كان من قبل ، والاثنتان الأخريان على جانبي اللوحة المركزية. إذا انحرف تياران عن الاتجاه السابق في مجال مغناطيسي ، فهما تدفقات من الجسيمات المشحونة. يشير الانحراف في اتجاهات مختلفة إلى علامات مختلفة للشحنات الكهربائية للجسيمات. في أحد الدفقين ، كانت الجسيمات المشحونة موجبة فقط موجودة ، وفي الآخر ، الجسيمات سالبة الشحنة. وكان التدفق المركزي عبارة عن إشعاع لا يحتوي على شحنة كهربائية. تسمى الجسيمات المشحونة إيجابياً جسيمات ألفا ، وتسمى الجسيمات سالبة الشحنة جسيمات بيتا ، والجسيمات المحايدة تسمى جسيمات جاما أو جاما كوانتا. جوزيف جون طومسون (1856-1940) بعد مرور بعض الوقت ، نتيجة لدراسة الخصائص والخصائص الفيزيائية المختلفة لهذه الجسيمات (الشحنة الكهربائية والكتلة وما إلى ذلك) ، كان من الممكن إثبات أن الجسيم β عبارة عن إلكترون ، وأن جسيم α هو جسيم كامل. ذرة متأينة لعنصر الهيليوم الكيميائي (أي ذرة هيليوم فقدت كلا الإلكترونين). واتضح أيضًا أن إشعاع جاما هو أحد أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي ، أو بالأحرى نطاقاته (انظر الشكل 136). كانت ظاهرة النشاط الإشعاعي ، أي الانبعاث التلقائي لجسيمات α- و-و α حسب المادة ، جنبًا إلى جنب مع الحقائق التجريبية الأخرى ، بمثابة الأساس لافتراض أن ذرات المادة لها تركيبة معقدة. نظرًا لأنه كان معروفًا أن الذرة ككل محايدة ، فقد أدت هذه الظاهرة إلى افتراض أن تكوين الذرة يتضمن جسيمات سالبة وإيجابية الشحنة. بناءً على هذه الحقائق وبعض الحقائق الأخرى ، اقترح الفيزيائي الإنجليزي جوزيف جون طومسون في عام 1903 أحد النماذج الأولى لبنية الذرة. وفقًا لتومسون ، الذرة عبارة عن كرة ، يتم توزيع شحنة موجبة في جميع أنحاء حجمها بالتساوي. داخل هذا المجال توجد إلكترونات. يمكن أن يتأرجح كل إلكترون حول موضع توازنه. الشحنة الموجبة للكرة تساوي في القيمة المطلقة إجمالي الشحنة السالبة للإلكترونات ، وبالتالي فإن الشحنة الكهربائية للذرة ككل تساوي صفرًا. احتاج نموذج بنية الذرة الذي اقترحه طومسون إلى التحقق التجريبي. على وجه الخصوص ، كان من المهم التحقق مما إذا كانت الشحنة الموجبة موزعة بالفعل على كامل حجم الذرة بكثافة ثابتة. لذلك ، في عام 1911 ، أجرى رذرفورد مع زملائه سلسلة من التجارب لدراسة تكوين وبنية الذرات. لفهم كيفية إجراء هذه التجارب ، ضع في اعتبارك الشكل 157. في التجارب ، تم استخدام وعاء رئيسي C مع مادة مشعة P تنبعث منها جسيمات ألفا. من هذه السفينة ، تطير جسيمات الفا عبر قناة ضيقة بسرعة تصل إلى 15000 كم / ثانية. أرز. 157. مخطط تركيب تجربة رذرفورد على دراسة بنية الذرة نظرًا لعدم إمكانية رؤية جسيمات α بشكل مباشر ، يتم استخدام شاشة زجاجية E للكشف عنها ، وتغطي الشاشة طبقة رقيقة من مادة خاصة ، بسبب حدوث وميض في النقاط التي تصطدم فيها جسيمات ألفا بالشاشة ، وهي لوحظ باستخدام مجهر M. تسمى هذه الطريقة في تسجيل الجسيمات طريقة التلألؤ (أي الومضات). يتم وضع هذا الإعداد بالكامل في وعاء تم إخلاء الهواء منه (من أجل القضاء على تشتت جسيمات ألفا بسبب اصطدامها بجزيئات الهواء). إذا لم تكن هناك عوائق في طريق جسيمات ألفا ، فإنها تسقط على الشاشة في حزمة ضيقة ومتمددة قليلاً (الشكل 157 ، أ). في هذه الحالة ، تندمج جميع الومضات التي تظهر على الشاشة في بقعة ضوء واحدة صغيرة. إذا تم ، على طريق جسيمات ألفا ، وضع رقاقة رقيقة F من المعدن قيد الدراسة (الشكل 157 ، ب) ، فعند التفاعل مع المادة ، تنتشر جسيمات ألفا في جميع الاتجاهات بزوايا مختلفة φ (فقط ثلاث زوايا موضحة في الشكل: 1 و 2 و 3). عندما تكون الشاشة في الموضع 1 ، توجد معظم الومضات في منتصف الشاشة. هذا يعني أن الجزء الرئيسي من كل جسيمات ألفا يمر عبر الرقاقة ، تقريبًا دون تغيير الاتجاه الأصلي (مبعثر بزوايا صغيرة). عندما تبتعد عن وسط الشاشة ، يقل عدد الومضات. وبالتالي ، مع زيادة زاوية التشتت φ ، يتناقص عدد الجسيمات المنتشرة في هذه الزوايا انخفاضًا حادًا. من خلال تحريك الشاشة مع المجهر حول الرقاقة ، يمكن للمرء أن يجد أن عددًا معينًا (صغيرًا جدًا) من الجسيمات مبعثر بزوايا قريبة من 90 درجة (يُشار إلى موضع الشاشة بالرقم 2) ، وبعضها فردي تنتشر الجسيمات بزوايا تصل إلى 180 درجة ، أي نتيجة للتفاعل مع الرقاقة تم إرجاعها (الموضع 3). كانت حالات تشتت جسيمات الفا بزاوية كبيرة هي التي أعطت رذرفورد أهم المعلومات لفهم كيفية ترتيب ذرات المادة. بعد تحليل نتائج التجارب ، توصل رذرفورد إلى استنتاج مفاده أن مثل هذا الانحراف القوي لجسيمات ألفا ممكن فقط إذا كان هناك مجال كهربائي قوي للغاية داخل الذرة. يمكن إنشاء مثل هذا المجال بواسطة شحنة مركزة في حجم صغير جدًا (مقارنة بحجم الذرة). أحد الأمثلة على التمثيل التخطيطي للنموذج النووي للذرة الذي اقترحه E.Rutherford أرز. 158. مسارات طيران جسيمات ألفا عند مرورها عبر ذرات المادة نظرًا لأن كتلة الإلكترون أقل بحوالي 8000 مرة من كتلة جسيم ألفا ، فإن الإلكترونات التي تتكون منها الذرة لا يمكنها تغيير اتجاه حركة جسيمات ألفا بشكل كبير. لذلك ، في هذه الحالة ، لا يمكننا التحدث إلا عن قوى التنافر الكهربائي بين جسيمات الفا والجزء الموجب الشحنة من الذرة ، وكتلته أكبر بكثير من كتلة جسيم ألفا. دفعت هذه الاعتبارات رذرفورد إلى إنشاء نموذج نووي (كوكبي) للذرة (والذي تعرفه بالفعل من دورة الفيزياء للصف الثامن). تذكر أنه وفقًا لهذا النموذج ، توجد نواة موجبة الشحنة في وسط الذرة ، وتحتل حجمًا صغيرًا جدًا من الذرة. تتحرك الإلكترونات حول النواة ، وكتلتها أقل بكثير من كتلة النواة. تكون الذرة متعادلة كهربائيًا لأن شحنة النواة تساوي معامل الشحنة الكلية للإلكترونات. كان رذرفورد قادرًا على تقدير حجم النوى الذرية. اتضح أنه ، اعتمادًا على كتلة الذرة ، يبلغ قطر نواتها 10 -14-10-15 مترًا ، أي أنها أصغر بعشرات بل ومئات الآلاف من المرات من الذرة (الذرة يبلغ قطرها حوالي 10-10 م). يوضح الشكل 158 مرور جسيمات الفا عبر ذرات المادة من وجهة نظر النموذج النووي. يوضح هذا الشكل كيف يتغير مسار طيران جسيمات ألفا اعتمادًا على المسافة التي تطير بها من النواة. تتناقص قوة المجال الكهربائي الناتج عن النواة ، وبالتالي قوة التأثير على جسيم ألفا ، بسرعة إلى حد ما مع زيادة المسافة من النواة. لذلك ، يتغير اتجاه طيران الجسيم بشكل كبير فقط إذا مر بالقرب من النواة. نظرًا لأن قطر النواة أصغر بكثير من قطر الذرة ، فإن معظم جسيمات ألفا تمر عبر الذرة على مسافات كهذه من النواة ، حيث تكون القوة الطاردة للحقل الناتج عنها صغيرة جدًا بحيث لا يمكن تغييرها بشكل كبير. اتجاه جسيمات الفا. وهناك عدد قليل جدًا من الجسيمات تطير بالقرب من النواة ، أي في منطقة مجال قوي ، وتنحرف بزوايا كبيرة. هذه هي النتائج التي تم الحصول عليها في تجربة رذرفورد. وهكذا ، نتيجة للتجارب التي أجريت على تشتت جسيمات ألفا ، تم إثبات عدم تناسق نموذج طومسون للذرة ، وتم طرح النموذج النووي لبنية الذرة ، وتم تقدير أقطار النوى الذرية. أهداف الدرس:
التعليمية: التطوير: الاستمرار في تنمية التفكير والقدرة على التحليل والمقارنة واستخلاص استنتاجات منطقية. التعليمية: نوع الدرس: تعلم مادة جديدة. شكل الدرس: درس مدمج. طرق الدرس: لفظي ، بصري ، عملي. معدات: النشرة: جدول "النظام الدوري للعناصر الكيميائية D.I. منديليف ". خلال الفصول 1. تنظيم العمل. الإعلان عن موضوع الدرس والغرض منه ، ترتيب العمل في الدرس. 2. تكرار ما تم تعلمه. مرحلة التحضير للاستيعاب النشط والواعي للمادة (تحقيق المعرفة). العالم معقد من هو هذا العبقري ، هذا غريب الأطوار الذي حقق أعظم اكتشاف في القرن الماضي؟ النزوات تزين الحياة. هؤلاء أناس قلقون ، فضوليون بشكل غير عادي وفضوليون بلا حدود ، يبحثون بعناد عن مشاكل غامضة. بعناد ، يتم اكتشاف شيء ما ، واختراعه ، وتجربته ، وتصنيعه. تشكل الحياة لنا مشاكل كثيرة. بعضها سهل الحل. عدة أجيال من العلماء يتشاجرون على الآخرين. يبدو أن السؤال الطفولي تقريبًا هو "كيف تعمل الذرة؟". وقد ظل الناس يبحثون عن إجابة لها منذ حوالي 2500 عام. تحدثنا في الدرس السابق عن وجود حقائق تؤكد التركيب المعقد للذرة. 3. تعلم مواد جديدة. المعلم: الفرضية القائلة بأن جميع المواد تتكون من عدد كبير من الذرات نشأت منذ أكثر من ألفي عام. اعتبر مؤيدو النظرية الذرية أن الذرة هي أصغر جسيم واعتقدوا أن التنوع الكامل للعالم ليس سوى مزيج من الجسيمات الثابتة - الذرات. المعلم: تم تطوير أفكار محددة حول بنية الذرة حيث جمعت الفيزياء حقائق حول خصائص المادة. أدرك الناس أن الذرة قابلة للقسمة وأن هناك جسيمات في الطبيعة أصغر من الذرة. سؤال. ما الجسيمات التي تعرف أنها أصغر من الذرة؟ الطلاب: إلكترون ، بروتون ، نيوترون. المعلم: بعد كل هذه الاكتشافات ، عندما أصبح من الواضح أن الذرة يمكن أن يكون لها بنية معقدة ، اقترح العديد من العلماء نماذج نظرية مختلفة لبنية الذرة. كان أكثرها شهرة هو النموذج الذي اقترحه JJ Thomson. المعلم: أظهر جوزيف جون طومسون على أساس النظرية الكهرومغناطيسية الكلاسيكية أن حجم الإلكترون يجب أن يكون في حدود 10 - 15 م ، بالإضافة إلى ذلك ، كان من المعروف أن حجم الذرات هو عدة أنجستروم (أنجستروم واحد هو 10 - 10 م). على هذا الأساس ، اقترح طومسون في عام 1903 نموذجًا للذرة ، تكون الذرات بموجبه كرات متجانسة من مادة موجبة الشحنة توجد بها الإلكترونات. إجمالي الشحنة (السالبة) للإلكترونات يساوي الشحنة الموجبة للذرة. لذلك ، فإن الذرة ككل محايدة. سمي هذا النموذج "باللبن" لأن الإلكترونات كانت مغروسة في الوسط الموجب ، مثل الزبيب في الحلوى. يؤدي انحراف الإلكترون في الذرة عن موقع توازنها إلى ظهور قوة دوارة. لذلك ، فإن الإلكترون ، الذي يتم إزالته بأي شكل من الأشكال من وضع التوازن ، يتأرجح ، وبالتالي فهو مصدر للإشعاع الكهرومغناطيسي. بدا نموذج طومسون جذابًا من وجهة نظر أنه افترض وجود إلكترون في الذرة. ومع ذلك ، فقد استمرت حتى عام 1911. تجربة رذرفورد. إذن ، نموذج الذرة مبني. الآن نحن بحاجة إلى اختباره من خلال تجربة. ما الذي يجب التحقق منه؟ بالطبع ، كيف يتم توزيع الشحنة الموجبة داخل الذرة وكيف توجد الإلكترونات فيها. لكن لهذا يجب أن تخترق داخل الذرة! هل هو ممكن؟ لاختراق داخل الذرة ، هناك حاجة إلى جسيمات من نفس الحجم أو أصغر. تم اكتشاف هذه الجسيمات في دراسة ظاهرة النشاط الإشعاعي. المهمة 1. احسب عدد المرات التي يكون فيها الجسيم أثقل من الإلكترون. الطلاب: (يحلوا بأنفسهم) 7350 مرة. لذلك ، كقذائف ، عليك أن تختار - جسيم. معلم. أنت على حق. كانت التجربة التي قدمت مساهمة حاسمة في إنشاء النظرية الحديثة لبنية الذرة هي تجربة أجراها في عام 1911 إرنست رذرفورد ، مع مساعديه جي جيجر وإي مارسدن. المعلم: دعنا نلقي نظرة فاحصة على مخطط تجربة رذرفورد. تم وضع حبة مادة مشعة ، الراديوم (Rn) ، في حاوية من الرصاص. خرج شعاع ضيق من الجسيمات من الحاوية عبر ثقب صغير. مقابل الفتحة كانت هناك شاشة مطلية بكبريتيد الزنك. عند الحصول عليها ، تسببت الجزيئات في حدوث وميض في جزء صغير من الشاشة ، مقابل فتحة الخروج مباشرة. عندما تم وضع رقاقة رقيقة من الذهب على المسار ، زادت مساحة الشاشة التي لوحظ فيها التلألؤ بشكل كبير. هذا يعني أن - الجسيمات غيرت اتجاهها الأصلي - من ذوي الخبرة التشتت. سؤال. ما رأيك يمكن أن يكون سبب الانحراف - الجسيمات؟ الطلاب. لم تستطع الإلكترونات تغيير اتجاه الحركة - الجسيمات ، لأن كتلتها أقل بعدة مرات من الكتلة - الجسيمات. إنه يعني شيئًا آخر. المهمة 2: بالنظر إلى أن الذرات معبأة بإحكام في المادة الصلبة ، والمسافة بين مراكزها حوالي 2.5 10-10 م (وفقًا لتحليل حيود الأشعة السينية) ، احسب عدد طبقات الذرات في السماكة التي تحتوي على رقائق ذهبية مع سمك 0 ، 4 ميكرومتر. الطلاب: (حل ذاتي) حوالي 1600 طبقة. المعلم: إذن: حقيقة أن العديد من الجسيمات تمر عبر آلاف ذرات الذهب دون أن تتفاعل معها تعني أن الذرة ليست صلبة. (لم يتم تأكيد نموذج ذرة طومسون). إذا - لا يختبر الجسيم عمل الشحنة الموجبة للذرة ، فإن اتجاه حركته لا يتغير. إذا كان هناك مثل هذا الإجراء ، فإن اتجاه الحركة يتغير ، وكلما زاد انحرافه ، كان الإجراء أقوى. لاكتشاف جميع الانحرافات الممكنة للجسيمات ، تم صنع الشاشة كروية. سؤال. عند إجراء التجارب ، عادة ما يتم أخذ القياسات. ما هي ، في رأيك ، القياسات التي أجريت في تجارب رذرفورد؟ الطلاب: تم حساب عدد الجسيمات التي لم تتعرض للتفاعل مع ذرات الذهب والتي انحرفت في زوايا مختلفة. المدرس: عد الجسيمات المتناثرة أعطى النتائج التالية: لم يتوقع أحد النتيجة الأخيرة ، حيث كان الجميع في ذلك الوقت قد التزموا بنموذج طومسون ، والذي بموجبه بدت الذرات "فضفاضة" لدرجة أنها لم تكن قادرة على إحداث مثل هذه الانحرافات الجسيمية الكبيرة. بعد ذلك بوقت طويل ، أخبر رذرفورد كيف "جاء جيجر متحمسًا للغاية وقال:" تمكنا من ملاحظة - عودة الجسيمات ". لقد كان الحدث الأكثر روعة الذي اضطررت إلى خوضه. كان الأمر لا يُصدق تقريبًا كما لو أنك أطلقت مقذوفًا مقاس 15 بوصة على قطعة مناديل ورقية وستعود وتضربك. عند التفكير ، أدركت أن هذا التشتت الخلفي يجب أن يكون نتيجة تصادم واحد ، وعندما أجريت الحسابات ، رأيت أنه من المستحيل الحصول على قيمة من نفس الترتيب ، ما لم تفكر في نظام يكون فيه معظم الكتلة تتركز الذرة في نواة صغيرة. للتحليل النظري للبيانات التي تم الحصول عليها ، كان من الضروري معرفة نظرية الاحتمالية. من أجل سد الثغرات في معرفة هذا القسم من الرياضيات ، لم يتردد رذرفورد في الجلوس على مقعد الطالب مرة أخرى ، مما تسبب في دهشة طلابه ، الذين رأوا أستاذهم بجواره فجأة. بعد تحليل نتائج التجارب ، توصل رذرفورد إلى الاستنتاج التالي: أن مثل هذا الانحراف القوي للجسيمات ممكن فقط إذا كان هناك مجال كهربائي قوي للغاية داخل الذرة. تم حساب أنه يمكن إنشاء مثل هذا المجال بواسطة شحنة مركزة في حجم صغير جدًا (مقارنة بحجم الذرة) ؛ نظرًا لأن m> m e يبلغ حوالي 8000 مرة ، فإن الإلكترونات التي تتكون منها الذرة لا يمكنها تغيير اتجاه الحركة - الجسيمات. بناءً على هذه الاعتبارات ، اقترح رذرفورد نموذجًا نوويًا (كوكبيًا) لبنية الذرة. الذرة تشبه النظام الشمسي ، ولكن بدلاً من الشمس ، لديها نواة ، وبدلاً من الكواكب ، لديها إلكترونات. اتضح أن النموذج النووي أنيق للغاية وأبسط بكثير من نموذج طومسون للذرة. كان رذرفورد سعيدًا. لا يزال! بعد كل شيء ، كان أول شخص كشف له سر بنية الذرة. يمكن تمثيل مقياس الذرة "حسب رذرفورد" على النحو التالي: النواة أصغر بعدة مرات من الذرة حيث أن بذور الخشخاش أصغر من مبنى جامعة موسكو على تلال سبارو. إذا قمت بزيادة الذرة حوالي 10 15 مرة ، فستصبح بحجم مدينة موسكو ؛ إذا كانت نواة ذرة بحجم حبة كرز تقع في وسط المربع الأحمر ، فإن إلكترونًا بحجم ذرة من الغبار سوف يطير على طول محيط الطريق الدائري. كل شيء آخر في الذرة هو فراغ 4. ترسيخ المعرفة الجديدة. المعلم: الآن افتح الجدول الدوري وانظر إليه بعناية. ضع في اعتبارك بنية ذرة العناصر الكيميائية للهيدروجين والهيليوم والليثيوم والبريليوم (H ، He ، Li ، Be). مثال:تحتل ذرة الهيدروجين الخلية الأولى في الجدول الدوري. الشحنة الكهربائية لنواة ذرة الهيدروجين موجبة وتساوي حاصل ضرب الشحنة الكهربية الأولية e والرقم التسلسلي Z للعنصر الكيميائي في الجدول الدوري. q \ u003d زي ، إذن ، شحنة النواة هي 1. يمكننا أيضًا تحديد عدد الإلكترونات في ذرة الهيدروجين. بما أن الذرة متعادلة ، فإن عدد الإلكترونات في ذرة الهيدروجين سيكون 1. للإلكترون شحنة سالبة. 5. عرض مادة ذات طبيعة متطورة. اتصالات الطلاب: "صفحات من سيرة إرنست رذرفورد". 6. تلخيص. الطلاب الذين يجيبون على الأسئلة ويفكرون بشكل مستقل أثناء الدرس يحصلون على علامات. عند الإجابة ، لا يتم تقييم صحة الإجابة فحسب ، بل يتم أيضًا تقييم مسار التفكير وعدد الأخطاء وجودتها. الواجب المنزلي §56. ارسم مخططًا لنموذج ذرة الليثيوم والنيتروجين والأكسجين والفلور. حدد الشحنة النووية لكل ذرة. المؤلفات
أرز. 1. سلسلة اليورانيوم. 
أرز. 2. سلسلة الثوريوم. 
أرز. 3. سلسلة شقائق النعمان البحرية.
عالم فيزياء فرنسي. أحد مكتشفات النشاط الإشعاعي
عالم فيزياء إنجليزي. اكتشف التركيب المعقد للإشعاع المشع للراديوم ، واقترح نموذجًا نوويًا لبنية الذرة. اكتشف البروتون
عالم فيزياء إنجليزي. فتح الإلكترون. اقترح أحد النماذج الأولى لبنية الذرة
أسئلة
إنه مليء بالأحداث والشكوك
وألغاز لا نهاية لها
وتخمينات جريئة.
مثل عجائب الطبيعة
هو عبقري
وفي هذه الفوضى
يجد النظام.
