نواة الذرة: الفرق بين النسختين

'''<big>النواة''' هي الجزء المركزي من الذرة الذي تتكثف فيه كتلة الذرة وتتكون معظم كتلتها من [[بروتون|البروتونات]] موجبة [[الشحنة الكهربائية|الشحنة]] و[[نيوترون|النيوترونات]] المتعادلة الشحنة لتكون النواة بالمحصلة موجبة الشحنة،وشحنة البروتونات الموجبةعددياً تساوي شحنة الألكترونات السالبة لذلك تكون الذرة متعادلة كهربياً. وكانت أطروحة تفسير بنية الذرة على شكل نواة موجبة الشحنة تدور حولها إلكترونات سالبة الشحنة تعود لنتائج [[تجربة رذرفورد]] في عام 1911، وهو التفسير الذي هدم التصور السابق لبنية الذرة على أنها توزيع متوازن نسبيا للكلتة. تجمع مكونات النواة طاقة كبيرة جدا وهي [[طاقة ارتباط|قوى الترابط النووى]] وهي أكبر قوى نعرفها بين [[جسيم أولي|الجسيمات الأولية]] ولكن تأثيرها يكون على مسافة صغيرة جدا في حدود قطر النواة.</big>'''

'''<big>يتراوح قطر النواة بين 1.75 fm (فيمتومتر) (1.75×10⁻¹⁵ م) للهيدروجين (أي نصف قطر بروتون وحيد) إلى حوالي 15 فيمتومتر للذرات الأكبر كتلة كاليورانيوم. هذه الأبعاد أصغر بكثير جدا من قطر الذرة نفسها (النواة والإلكترونات) فهي أصغر بحوالي 23 ألف مرة لليورانيوم و145 ألف مرة للهيدروجين.</big>'''

'''<big>يسمى الفرع من الفيزياء المهتم بدراسة وفهم نواة الذرة بما فيه تركيبها والقوى العاملة فيها ب[[الفيزياء الذرية]].</big>'''

== '''<big>بنية نواة الذرة</big>''' ==

'''<big>عند حساب مجموع [[كتلة|كتل]] البروتونات وكتل النيوترونات المنفردة الحرة، ومجموع [[كتلة|كتلتها]] مترابطة داخل النواة نجد أنها تكون أكبر من كتلة النواة ذاتها ؛وهذا يعزى إلى أن جزء من الكتلة تحول إلى [[طاقة]] تساعد في ربط مكونات النواة وهي طاقة الترابط النووى. ويسمى الفرق بين مجموع كتل البروتونات والنيوترونات منفردة وكتلتها في النواة ب [[نقص الكتلة]]. ونقص الكتلة هذا يعادل طاقة الارتباط طبقا لمعادلة [[أينشتاين]] [[تكافؤ الكتلة والطاقة|لتكافؤ الكتلة والطاقة]].</big>'''

'''<big>النواة هي مركز [[ذرة|الذرة]]. تتكون النويات من [[بروتون|بروتونات]]، و[[نيوترون|نيوترونات]]. عدد البورتونات في نواة الذرة يطلق عليه [[عدد ذري|العدد الذري]]، ويحدد أي [[عنصر كيميائي|عنصر]] له هذه الذرة. فمثلاً النواة التي بها بروتون واحد (أي النواة الوحيدة التي يمكن أن لا يكون بها نيوترونات) من مكونات ذرة [[هيدروجين|الهيدروجين]]، والتي بها 6 بروتونات، ترجع للعنصر [[كربون]]، أو التي بها 8 بروتونات [[أكسجين]]. يحدد عدد النيورتونات [[نظير|نظائر]] العنصر. عدد النيوترونات والبروتونات متناسب، وفى النويات الصغيرة يكونا تقريبا متساويين، بينما يكون في النويات الثقيلة عدد كبير من النيوترونات. والرقمان معا يحددا النيوكليد (أحد أنواع النويات). البروتونات والنيوترونات لهما تقريبا نفس الكتلة، ويكون [[عدد كتلة|عدد الكتلة]] مساويا لمجموعهما معا، والذي يساوي تقريبا [[كتلة ذرية|الكتلة الذرية]]. وكتلة الإلكترونات صغيرة بالمقارنة بكتلة النواة.</big>'''

'''<big>نصف قطر [[نوكليون|النوكليون]] (نيترون أو بروتون) يساوي 1 fm ([[فيمتو متر]] = 10⁻¹⁵ m). بينما نصف قطر النواة، والذي يمكن أن يكون تقريبا الجذر التربيعي لعدد الكتلة مضروبا في 1.2 fm، أقل من 0.01% من قطر الذرة. وعلى هذا تكون كثافة النواة أكثر من [[تريليون]] (10¹²) مرة من الذرة ككل. ويكون لواحد [[متر مكعب|مللي متر مكعب]] من مادة النواة، لو تم ضغطه، كتلة تبلغ 200،000 طن. [[نجم نيتروني|النجم النيتروني]] يتكون من مثل هذا التصور.</big>'''

'''<big>وبالرغم من أن البروتونات الموجبة الشحنة يحدث بينها وبين بعضها تضاد [[قوة كهرمغناطيسية|كهرمغناطيسي]]، فإن المسافة بين [[نيوكلون|النيوكلونات]] تكون صغيرة بدرجة كافية لأن يكون [[تجاذب قوي|التجاذب القوي]] (والذي تكون أقوى من القوى الكهرمغناطيسية ولكن تقل بشدة مع بعد المسافة) غالب عليها. (وتكون قوى [[جاذبية|الجاذبية]] مهملة، لكونها أضعف {{أس|10|36}} من التضاد الكهرمغناطيسي).</big>'''

'''<big>كان اكتشاف الإلكترون أول إشارة على أن الذرة لها بناء داخلي. وهذا البناء كان تصوره المبدئي طبقا "لكعك الزبيب" أو [[نظرية بودينج|سكل بودنج الخوخ]]، والذي فيه تكون الإلكترونات الصغيرة، السالبة الشحنة مغمورة في كرة كبيرة تحتوى على الشحنات الموجبة. وقد اكتشف [[إيرنست رذرفورد]] وماردسون، في عام [[1911]] عند إجراء تجربتهم الشهيرة [[تجربة رقاقة الذهب]]، أن [[جسيم ألفا|جسيمات ألفا]] من [[راديوم|الراديوم]] كمصدر كانت تتشتت للخلف عند توجيهها على رقاقة الذهب، والذي أدى إلى تقبل [[نموذج بور]]، الشكل الكوكبي الذي تدور فيه الإلكترونات حول النواة بنفس الطريقة التي تدور فيها الكواكب حول الشمس.</big>'''

'''<big>يمكن للنويات الثقيلة أن تحتوى على مئات من [[نيوكلون|النيوكلونات]] (النيوترونات والبروتونات)، والذي يعنى أنه ببعض التقريب يمكن معاملتها على أنها [[ميكانيكا تقليدية]]، أكثر من كونها [[ميكانيكا كم|ميكانيكا كمية]]. وفى [[نموذج القطرة]] الناتج، تكون النويات لها طاقة ناتجة جزئيا من [[توتر سطحي|التوتر السطحي]]، وجزئيا من التضاد الكهربي للبروتونات. ويستطيع نموذج نقطة السائل إعادة إنتاج ظواهر عديدة للنواة، متضمنة الاتجاه العام [[طاقة ترابط|لطاقة الترابط]] بالنسبة إلى [[عدد كتلة|عدد الكتلة]]، وأيضا ظاهرة [[انشطار نووي|الانشطار النووي]].</big>'''

'''<big>وعموما، بالنظر لتركيب هذه الصورة التقليدية، فإن تأثيرات ميكانيكا الكم، والتي يمكن أن توصف باستخدام [[نموذج غلاف نووي|نموذج الغلاف النووي]]، تم تطويرها كثيرا بمعرفة [[ماريا جيوبريت-ماير]]. النواة التي لها عدد معين من النيوترونات والبروتونات (الرقم السحري 2، 8، 20، 50، 82، 126،......) تكون بالتحديد ثابتة، لأن أغلفتها تكون ممتلئة.</big>'''

'''<big>وحيث أن بعض النويات تكون ثابتة أكثر من الأخرى، فإنه يتبع ذلك أن الطاقة يمكن أن تنطلق من التفاعلات النووية. مصدر طاقة الشمس [[انصهار نووي|الانصهار النووي]]، والذي فيه تصطدم نويتين ويتحدا لإنتاج نواة أكبر. العملية العكسية هي [[انشطار نووي|الانشطار النووي]]، والتي تمد [[مفاعل نووي|المفاعلات النووية]] بالطاقة. وحيث أن [[طاقة ترابط|طاقة الترابط]] لكل نيوكلون هي كحد أقصى للنواة المتوسطة (تقريبا [[حديد|الحديد]])، فإن الطاقة تنطلق إما باندماج النويات الخفيفة، أو بانشطار النويات الثقيلة.</big>'''

'''<big>العناصر حتى الحديد تتكون في النجوم خلال تسلسل مراحل الانشطار، مثل [[سلسلة تفاعل بروتون-بروتون]] ، و[[دورة CNO]]، و[[تفاعل ألفا-الثلاثي]]. وارتقاء العناصر الأثقل يتكون خلال [[نشوء نجم|نشوء النجوم]]. وحيث أن ذروة طاقة الترابط لكل نيوكلون تكون تقريبا حول الحديد، فإن الطاقة تنتج فقط للعمليات الانشطار تحت هذه النقطة. وتكوين النويات الأثقل يتطلب طاقة، وعلى ذلك فإن غمكانية حدويها خلال انفجارات [[سوبرنوفا|السوبرنوفا]]، والتي يتم إطلاق كميا هائلة من الطاقة فيها.</big>'''

'''<big>التفاعلات النووية تحدث بطريقة طبيعية على الأرض، وفى الواقع هي شائعة الحدوث. وتتضمن [[إضمحلال ألفا]]، و[[إضمحلال بيتا]]، كما أن النويات الثقيلة مثل [[يورانيوم|اليورانيوم]] يمكن أن يحدث لها أيضا [[انشطار نووي|انشطار]]. كما أن هناك مثل معروف لانشطار نووي طبيعي، والذي حدث في [[أوكلو]]، الجابون، أفريقيا منذ 1.5 مليار سنة.</big>'''

'''<big>وكثير من الأبحاث في [[فيزياء نووية|الفيزياء النووية]] تتضمن دراسة النواة تحت الظروف القصوى مثل [[دوران (فيزياء)|الدوران]] وطاقة الإثارة. كما أن النواة يمكن أن يكون لها أشكال غريبة (تشبه [[كرة قدم أمريكية]])، أو نسبة نيوترن إلى بروتون عجيبة. ويمكن للتجارب تصنيع مثل هذه النويات باستخدام الاندماج النووي أو تفعاعلات اصتدام [[نوكليون|النوكليونات]] باستخدام شعاع أيوني من [[معجل جسيمات]].</big>'''

'''<big>الشعاع الذي يكون له طاقة أكبر يمكن أن يستخدم لعمل نواة في درجات الحرارة العالية، وهناك علامات أن هذه التجارب قد انتجت [[انتقال حالة]] من حالة النواة العادية إلى حالة جديدة، [[بلازما كوارك-جلوين]]، وفيها تمتزج [[كوارك|كواركات]] مع بعضها البعض. وطبقا [[نظرية النموذج العياري|لنظرية النموذج العياري]] ترتبط الكواركات في ثلاثيات لتكوين [[بروتون|البروتون]] و[[نيوترون|النيوترون]].</big>'''

== '''<big>قوى الارتباط</big>''' ==

'''<big>تتشكل قوى الترابط بين مكونات النواة كجزء من [[تآثر قوي|التآثر القوي]]. يربط التآثر القوي [[كوارك|الكواركات]] التي تكوّن [[البروتونات]] و[[النيوترونات]]. فالقوى النووية التي تربط بين البروتونات والنيوترونات أضعف بكثير من قوة التآثر القوي.</big>'''

'''<big>وتعمل القوة النووية خلال مسافات صغيرة بين البروتونات والنيوترونات ولذلك نسمي ذلك الجسيمين في النواة [[نوكليون]]. وتتغلب القوة النووية على التنافر بين البروتونات الحادث داخل النواة بتأثير [[قانون كولوم|القوة الكهرومغناطيسية]] فتبقى النواة متماسكة. ونظرا للقصر الشديد لقوة الارتباط النووية فإنها تتخاذل سريعا مع زيادة المسافة (أنظر [[جهد يوكاوا]])، ولذلك تكون النواة الذرية مستقرة إذا لم يتعد حجمها حجما معينا.</big>'''

'''<big>وتعتبر نواة [[الرصاص]]-208 هي أثقل نواة مستقرة نعرفها (فهي لا تُبدي [[تحلل ألفا]] ولا [[تحلل بيتا]]) ويأتي مجموع [[نوكليون|النوكليونات]] في نواة الرصاص 208 من مجموع [[البروتونات]] 82، و[[النيوترونات]] 126. أما الأنوية الأكبر من الرصاص-208 فتكون غير مستقرة وتبدي ظاهرة [[نشاط إشعاعي|النشاط الإشعاعي]] أي تتحلل مصدرة [[أشعة ألفا]] أو [[اشعة بيتا]]. وكلما زادت [[كتلة]] النواة وفاقت الرصاص-208 كلما قصر [[عمر النصف]] لها لزيادة بعدها عن حالة الاستقرار. ونجد أن [[البزموت]]-209 مستقر بالنسبة إلى [[تحلل بيتا]] ولكنه يتحلل [[تحلل ألفا]] بعمر النصف فائق الطول، يقدر بعمر الكون.</big>'''

'''<big>وقد بدأ العلماء عام 1934 في التفكير في طبيعة قوى الارتباط النووية بعد اكتشافهم [[نيوترون|للنيوترونات]] واتضاح أن نواة الذرة تتكون من بروتونات ونيوترونات. فقد اعتقد آنذاك أن قوة الارتباط النووية تنتقل عن طريق [[جسيم أولي]] يسمى [[ميزون]] (مثلما تترابط الذرات بعضها البعض بواسطة [[الإلكترونات]] مكونة [[جزيئ|جزيئات]]). ثم تعمق العلماء في البحث وأصبح اعتقادنا منذ عام 1970 بأن تلك الميزونات عبارة عن [[كوارك|كواركات]] و[[جلوون|جلوونات]] تنتقل بين النوكليونات التي هي أصلا مكونة من [[كواركات]] وجلوونات. وقد أدى هذا النمودج إلى تفسير قوة الارتباط النووية التي تربط النوكليونات بعضها البعض في النواة الذرية، وما هي إلا جزء من [[تآثر قوي|التآثر القوي]]، أشد قوة نعرفها تعمل على الربط بين الكواركات في النوكليونات.</big>'''

== '''<big>مواضيع ذات صلة</big>''' ==

* [[قائمة جسيمات|'''<big>قائمة جسيمات</big>''']]

* [[نشاط إشعاعي|'''<big>نشاط إشعاعي</big>''']]

* [[اندماج نووي|'''<big>اندماج نووي</big>''']]

* [[انشطار نووي|'''<big>انشطار نووي</big>''']]

* [[فيزياء نووية|'''<big>فيزياء نووية</big>''']]

* [[عدد ذري|'''<big>عدد ذري</big>''']]

* [[كتلة ذرية|'''<big>كتلة ذرية</big>''']]

* [[نظير|'''<big>نظير</big>''']]

== '''<big>وصلة خارجية</big>''' ==

* [http://www.sckcen.be/ '''<big>SCK.CEN مركز الأبحاث النووية البلجيكي Mol، Belgium</big>''']