**الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية** **وزارة التربية الوطنية — ديوان المفتشية العامة للبوليس / الإشراف البيداغوجي للتعليم الثانوي** **المستوى:** السنة الثالثة ثانوي (3AS) — شعب علوم تجريبية، رياضيات، وتدبير تقني رياضي. **المادة:** علوم الفيزيائية — التحولات النووية (برنامج Excellence BAC 2027). --- # الدرس 2 : الأنشطة الإشعاعية التلقائية ألفا وبيتا وغاما وقوانين الانحفاظ لسودي (Soddy) **الأهداف البيداغوجية للدرس:** 1. التعرف على طبيعة الإشعاعات الصادرة عن التفكك النووي التلقائي ($\alpha, \beta^-, \beta^+, \gamma$). 2. إتقان صيانة وكتابة معادلات التفكك الإشعاعي بدقة متناهية. 3. التطبيق الرياضي الصارم لقانوني انحفاظ الشحنة الكهربائية وانحفاظ عدد النكليونات لسودي (Soddy). --- ## 1. مدخل ومفاهيم أساسية أهلاً بك أيها التلميذ النجیب في صرح التميز لشهادة البكالوريا. يعلم جلياً كل مترشح يسعى لعلامة الامتياز (19-20/20) في مادة العلوم الفيزيائية أن النواة غير المستقرة (الأنوية المشعة) تسعى تلقائياً نحو الاستقرار باكتساب طاقة ارتباط أكبر، ويتم ذلك عبر إصدار جسيمات أو إشعاعات كهرومغناطيسية. نسمي هذا التحول بـ **النشاط الإشعاعي التلقائي (Radioactivité spontanée)**، وهو ظاهرة عشوائية، حتمية، مستقلة عن العوامل الخارجية (مثل الضغط ودرجة الحرارة والحالة الفيزيائية والكيميائية). نرمز للنواة المشعة (الأم - Noyau père) بالرمز: $$_\mathrm{Z}^\mathrm{A} \mathrm{X}$$ حيث: - $A$ : العدد الكتلي (Nombre de nucléons : مجموع عدد البروتونات والنيوترونات). - $Z$ : العدد الشحني أو عدد البروتونات (Nombre de charges ou de protons). - $N = A - Z$ : عدد النيوترونات. --- ## 2. الدراسة النظرية والقوانين الرياضية/العلمية ### أ. قوانين الانحفاظ لسودي (Lois de conservation de Soddy) أثناء أي تحول نووي (تفكك)، تخضع المعادلة المنبثقة لقانونين أساسيين وضعهما العالم "سودي" بالاشتراك مع "فاجانس"، وهما: 1. **قانون انحفاظ عدد النكليونات (العدد الكتلي $A$):** مجموع الأعداد الكتلة للمتفاعلات يساوي مجموع الأعداد الكتلة للنواتج. $$\sum A_{\text{المتفاعلات}} = \sum A_{\text{النواتج}}$$ 2. **قانون انحفاظ الشحنة الكهربائية (العدد الشحني $Z$):** مجموع الأعداد الشحنية للمتفاعلات يساوي مجموع الأعداد الشحنية للنواتج. $$\sum Z_{\text{المتفاعلات}} = \sum Z_{\text{النواتج}}$$ --- ### ب. أنواع الأنشطة الإشعاعية التلقائية وطبيعتها #### 1. النشاط الإشعاعي ألفا ( alpha) * **طبيعته:** هو عبارة عن انبعاث نواة هيليوم $_2^4 \mathrm{He}$ (تحتوي على بروتونين ونيوترونين). يحدث غالباً في الأنوية الثقيلة جداً والتي يكون فيها العدد الكتلي كبيراً جداً ($A > 200$). * **المعادلة العامة للتفكك:** $_\mathrm{Z}^\mathrm{A} \mathrm{X} -> _{\mathrm{Z}-2^{A-4} Y + _2^4 He}$ #### 2. النشاط الإشعاعي بيتا ناقص ( beta^-) * **طبيعته:** هو انبعاث إلكترون سريع $_{-1^{0} e}$ (سالب الشحنة). يحدث في الأنوية التي تعاني من **فائض في النيوترونات** ($N$ كبير). على المستوى المجهري، يتحول نيوترون داخل النواة إلى بروتون، مصحوباً بإلكترون وجسيم دقيق يدعى الإنتارينو المضاد ($\bar{\nu}$). $$_0^1 \mathrm{n} -> _1^1 \mathrm{p} +_{-1^{0} e + \bar{\nu}}$$ * **المعادلة العامة للتفكك:** $_\mathrm{Z}^\mathrm{A} \mathrm{X} -> _{\mathrm{Z}+1^{A} Y +_{-1}^{0} e}$ #### 3. النشاط الإشعاعي بيتا زائد ( beta^+) * **طبيعته:** هو انبعاث بوزيترون (أو إلكترون موجب) $_{+1^{0} e}$. يحدث حصرياً في الأنوية المفتعلة أو التي تعاني من **فائض في البروتونات** ($Z$ كبير بالنسبة لـ $N$). على المستوى المجهري، يتحول بروتون إلى نيوترون مع إصدار بوزيترون ونيوترينو ($\nu$). $$_1^1 \mathrm{p} -> _0^1 \mathrm{n} +_{+1^{0} e + \nu}$$ * **المعادلة العامة للتفكك:** $_\mathrm{Z}^\mathrm{A} \mathrm{X} -> _{\mathrm{Z}-1^{A} Y +_{+1}^{0} e}$ #### 4. الإشعاع غاما ( gamma) * **طبيعته:** هو عبارة عن موجة كهرومغناطيسية ذات طاقة عالية جداً، ناتجة عن انتقال النواة الابنة من حالة مثارة ($\mathrm{Y}^*$) إلى حالة أقل إثارة أو الحالة الأساسية. وغالباً ما يصاحب تفككات $\alpha$ أو $\beta$. * **المعادلة:** $_\mathrm{Z}^\mathrm{A} \mathrm{Y}^* -> _\mathrm{Z}^\mathrm{A} \mathrm{Y} + \\mathrm{gamma}$ --- ## 3. أمثلة تطبيقية محلولة خطوة بخطوة ### التطبيق 1 (تفكك الراديوم alpha): نواة الراديوم $_{88^{226} Ra}$ مشعة وتتفكك مصحبة بانبعاث إشعاع $\alpha$ لتُعطي نواة الرادون $\mathrm{Rn}$. 1. أكتب معادلة هذا التفكك مبيناً القوانين المطبقة. **الحل النموذجي المفصل:** نكتب المعادلة العامة للتفكك بدلالة النواة الناتجة المجهولة $_{\mathrm{Z}^{A} Rn}$: $$_{88^{226} Ra -> _{Z}^{A} Rn + _2^4 He}$$ بتطبيق قانوني سودي للانحفاظ: - **انحفاظ العدد الكتلي ($A$):** $226 = A + 4 \implies A = 226 - 4 = 222$ - **انحفاظ العدد الشحني ($Z$):** $88 = Z + 2 \implies Z = 88 - 2 = 86$ إذن المعادلة النهائية هي: $$_{88^{226} Ra -> _{86}^{222} Rn + _2^4 He}$$ > **💡 نصيحة الأستاذ المفتش:** احذر إغفال كتابة الشحنة السالبة للإلكترون ($_{-1^{0} e}$) أو إبدالها بالرمز الخطأ ($e^-$ عارياً)، يجب الالتزام بالترميز الرمزي النووي الكامل للجسيمات في أوراق الامتحانات الرسمية. --- ## 4. تمرين تدريبي نموذجي لـ شهادة البكالوريا (BAC) مع سلم التنقيط > **السياق:** يُعتبر عنصر الكوبالت $_{27^{60} Co}$ عنصراً أساسياً مستخدماً في الطب النووي (العلاج الإشعاعي للأورام). وهو نواة مشعة تتفكك بتدفق إشعاعي نوعي $\beta^-$. **السؤال:** 1. عرّف ظاهرة النشاط الإشعاعي $\beta^-$. (0,5 نقطة) 2. أكتب معادلة تفكك نواة الكوبالت $_{27^{60} Co}$ علماً أن النواة الناتجة هي النيكل $\mathrm{Ni}$. (1,0 نقطة) 3. غالباً ما تكون النواة الناتجة في حالة مثارة $\mathrm{Ni}^*$ وتتخلص من طاقتها الزائدة بإصدار إشعاع غاما $\gamma$. أكتب معادلة هذا الانتقال الطاقوي. (0,75 نقطة) --- ### **الإجابة النموذجية وسلم التنقيط (Corrigé type et barème officiel):** 1. **تعريف النشاط الإشعاعي $\beta^-$:** (0,5 ن) هو تحول نووي تلقائي تتحول خلاله نواة غير مستقرة نتيجة فائض في النيوترونات إلى نواة ابنة أكثر استقراراً مع إصدار إلكترون سريع $_{-1^{0} e}$ وجسيم إنتارينو مضاد. 2. **كتابة معادلة تفكك الكوبالت:** (1,0 ن) بتطبيق قانوني سودي للانحفاظ على المعادلة: $$_{27^{60} Co -> _{Z}^{A} Ni +_{-1}^{0} e}$$ - انحفاظ الكتلة: $60 = A + 0 \implies A = 60$ (0,25 ن) - انحفاظ الشحنة: $27 = Z - 1 \implies Z = 27 + 1 = 28$ (0,25 ن) إذن المعادلة الكاملة والموزونة: (0,5 ن) $$_{27^{60} Co -> _{28}^{60} Ni +_{-1}^{0} e}$$ 3. **معادلة انتقال إشعاع غاما ($\gamma$):** (0,75 ن) $$_{28^{60} Ni^* -> _{28}^{60} Ni + \gamma}$$ *(توزيع العلامات: 0,25 ن للنواة المثارة، 0,25 ن للنواة المستقرة، 0,25 ن لإصدار غاما دون تغير في $A$ أو $Z$)*. --- ## 5. ملخص الختام ونصائح المفتش لتفادي الأخطاء الشائعة * **الخلاصة الذهبية:** إن مفتاح النجاح في تمارين التحولات النووية يبدأ من الفهم الدقيق لحصيلة النكليونات والبروتونات. تذكر دائماً: $A$ لا يتغير إلا في تفكك ألفا ($\Delta A = -4$)، بينما $Z$ يتغير في كل التفكقات ما عدا غاما ($\gamma$). * **الأخطاء الشائعة التي يجب تجنبها تماماً في البكالوريا:** 1. الخلط بين إشارات بيتا: $\beta^-$ تزيد $Z$ بواحد ($\text{Z}+1$)، بينما $\beta^+$ تنقص $Z$ بواحد ($\text{Z}-1$). 2. نسيان كتابة الجسيمات المرافقة مثل الإنتارينو ($\bar{\nu}$) أو النيوترينو ($\nu$)؛ رغم أن بعض التصحيحات قد تتغاضى عنها جزئياً، إلا أن كتابتها تعكس تكوينًا علميًا رصينًا ومتميزًا يضمن لك العلامة الكاملة بامتياز. 3. الخطأ الحسابي البسيط في طرح أو جمع الأعداد الفردية والزوجية لـ $Z$ ؛ راجع حساباتك دائماً بالآلة الحاسبة ولو كانت بسيطة! *بالتوفيق والنجاح الدائم في طريقك نحو مرتبة الامتياز في شهادة البكالوريا 2027.*