ملخص وأوراق عمل الدرس الأول The Nucleus من وحدة Nuclear and particle physics منهج انسباير 

ملخص الوحدة الأولى: النواة والجسيمات

المفاهيم الأساسية

· العدد الذري (Z): عدد البروتونات في النواة، وهو الذي يحدد نوع العنصر.
· عدد النيوترونات (N): الفرق بين العدد الكتلي والعدد الذري.
· العدد الكتلي (A): مجموع البروتونات والنيوترونات في النواة.

النظائر (Isotopes)

· ذرات لها نفس عدد البروتونات (نفس العنصر) ولكن تختلف في عدد النيوترونات والعدد الكتلي.
· بعض النظائر طبيعية (مثل اليورانيوم) وبعضها صناعي (مثل نظائر الهيدروجين).

الكتلة الذرية المتوسطة

· الكتلة الذرية في الجدول الدوري ليست عددًا صحيحًا لأن معظم العناصر تتكون من خليط من النظائر.
· تمثل متوسطًا وزنيًا لكتل جميع النظائر الموجودة طبيعيًا.
· يُستخدم الكربون-12 كمعيار للكتل الذرية.

القوة النووية الشديدة

· قوة تجاذب تعمل بين النيوكليونات (بروتونات ونيوترونات) داخل النواة.
· أقوى بأكثر من 100 مرة من القوة الكهرومغناطيسية.
· تعمل فقط على مسافة قصيرة جدًا.
· بدونها، كانت البروتونات موجبة الشحنة تتنافر وتفكك النواة.

نقص الكتلة (Mass Defect)

· كتلة النواة أقل دائمًا من مجموع كتل النيوكليونات المكونة لها.
· الفرق بين كتلة النيوكليونات المنفصلة وكتلة النواة يسمى نقص الكتلة.

طاقة الربط (Binding Energy)

· الطاقة اللازمة لفصل النواة تمامًا إلى نيوكليوناتها المنفردة.
· طاقة النواة المجمعة أقل من طاقة النيوكليونات المنفصلة، لذا فإن طاقة الربط تكون سالبة.
· تحسب باستخدام معادلة أينشتاين التي تربط الكتلة بالطاقة.

متوسط طاقة الربط لكل نيوكليون

· هو طاقة الربط الكلية مقسومة على العدد الكتلي.
· المقياس الحقيقي لاستقرار النواة.
· كلما زادت هذه القيمة، زاد استقرار النواة.

النوى الأكثر استقرارًا

· تصل طاقة الربط لكل نيوكليون إلى قيمتها العظمى عند الحديد-56.
· النوى القريبة من الحديد-56 هي الأكثر استقرارًا.

علاقة النيوترونات بالبروتونات والاستقرار

· النوى الخفيفة: تكون مستقرة عندما يتساوى عدد النيوترونات مع عدد البروتونات تقريبًا.
· النوى المتوسطة والثقيلة: تحتاج إلى نيوترونات أكثر من البروتونات لتقليل التنافر الكهربائي بين البروتونات.
· النوى الثقيلة جدًا: دائمًا غير مستقرة بغض النظر عن عدد النيوترونات.

أسباب عدم استقرار النواة

· زيادة عدد البروتونات يزيد التنافر الكهربائي.
· الحاجة إلى زيادة النيوترونات بشكل أسرع من البروتونات للحفاظ على الاستقرار.
· عند عدد ذري معين، تصبح القوة النووية غير قادرة على التغلب على التنافر بين البروتونات.

التفاعلات النووية

· الاندماج النووي: اندماج نوى خفيفة لتكوين نواة أثقل، ويحدث في النوى الخفيفة.
· الانشطار النووي: انشطار نواة ثقيلة إلى نوى أصغر، ويحدث في النوى الثقيلة.
· أي تفاعل يقرب النواة من قمة منحنى الاستقرار (الحديد-56) يطلق طاقة.