طاقة الربط النووي Nuclear binding energy

[ابو سلمان]

طاقة الربط النووي  Nuclear binding energy

ان من بين الكميات المهمة جداً التي تتركز حولها الكثير من الدراسات هي الكتلة النووية (nuclear mass) . حيث وجد أن هناك فرق بين مقدارالكتلة النووية M(A,Z)  المقاسة معملياً وبين مقدارمجموع كتل مكونات النواة بصورة منفردة ( أي حسابياً ) ويعود هذا الفرق إلى تحول جزء من كتلة النواة إلى طاقة ( قانون آينشتاين ) تعمل على تماسك مكونات النواة مع بعضها البعض ويطلق على هذا الطاقة بطاقة الربط الكلية للنواة    (total binding energy)  ويرمز لها بـ





ويمكن تعريف طاقة الربط النووية بأنها الشغل اللازم بذله لتفكيك  النواة إلى مكوناتها  أو هي الطاقة المتحررة عند تجميع نويات منفردة مع بعضها .
إن العلاقة التي تربط طاقة الربط النووية وكتلة النواة ومكوناتها يمكن كتابتها بالمعادلة التالية :



حيث وجد ان طاقة الربط الكلية كمية تعتمد بصورة مباشرة على كل من (  A  و Z  ) وهذا يعني بان قيمتها تتغير من نواة إلى أخرى . أما معدل طاقة الربط النووية B(average) فيمكن أن نعرفها بأنها : الشغل اللازم بذله لفصل بروتون أو نيوترون واحد من النواة ويمكن تمثيلها كما يلي :



لقد وجد بأن معدل طاقة الربط النووية هي أقل تغيراً من طاقة الربط الكلية و تعتبر مقياساً لمدى استقرارية النواة وقد تم دراسة العلاقة بين معدل طاقة الربط النووية والعدد الكتلي (A) للنوىً لعدد من النوى ووجد أنها تتغير كما في المنحنى التالي (ما يسمى بمنحنى الاستقرارية ) :




وإذا تأملنا في هذا المنحى نلاحظ ما يلي  :

1 – من الواضح أن معدل طاقة الربط النووية لا يعتمد اعتماداً كبيراً على العدد الكتلي (A) بشكل عام فيما عدا النوى الخفيفة حيث أن معدل طاقة الربط النووية تكون واطئة ثم تزداد بصورة سريعة مع العدد الكتلي حتى نصل لـ A =20 تقريباً .
2 – من الواضح ان النوى ذات العدد الكتلي المتوسط (في حدود A = 50 ) أي التي تقع في وسط الجدول الدوري هي اكثر استقراراً من تلك التي تقع في جانبها حيث يمثل معدل طاقة الربط للنويات في هذا الموقع على أعلى قيمة له وهي حوالي 8.8 ( Mev)  وهي كما في الشكل تخص عنصر الحديد.
3 – يتميز التغير في المنحنى بنتوءات واضحة عندما تكون قيمة A اقل من  20  وهذا يعني أن النوى   تملك طاقة ربط لكل نوية بقدر اعلى من تلك التي تجاورها وبذا فهي اكثر استقراراً منهم . والمقصود بالاستقرارية هنا الاستقرار بالنسبة لخروج نوية واحدة من النواة وليس غير . أي ان هذا لا يعني  انها مستقرة ضد انبعاث إشعاع آخر كإشعاع ألفا مثلاً . وكمثال على ذلك نواة (  ) فهي أكثر استقراراً من نواة (  ) لان معدل طاقة الربط فيها اعلى ولكنها تنقسم تلقائياً باعثة جسيمين من جسيمات الفا في حين ان النواة (   ) مستقرة ولا تنقسم تلقائياً . ان النتوءات التي يتميز بها الشكل عند (A < 20) تدعونا إلى الاعتقاد بان هناك ميل داخل النوى لتكوين مجاميع من جسيمات ألفا . وبما أن طاقة ترابط النويات داخل جسيمة ألفا عالياً جداً ولكون طاقة ترابط جسيمات ألفا مع بعضها ضعيفاً في هذه النوى (A < 20 ) فإنه يصعب عليها اعطاء نوية إلا انه من الممكن انبعاث جسيم ألفا .
4 – نلاحظ ايضاً أن التغير يكون طفيفاً في معدل طاقة الربط للنويات في النطاق مابين (A=20   و A=140 ) حيث يبلغ المتوسط لقيمها حول 8.5 Mev
5 – يبدأ المنحى 1في الانخفاض بشكل بطيئ عندما يتجاوز العدد الكتلي 140

اعداد / اعضاء مجلس الفيزياء العلمي - شبكة العلوم العربية

للمزيد : قسم الفيزياء - شبكة العلوم العربية

ملحوظة : سلسلة مقالات المجلس العلمي قابلة للاضافة والتطوير

[ابو يوسف]

السلام عليكم

اخي الكريم ابو سلمان

جزاكم الله كل خير

هل يمكن توضيح معاني الحدود التي تضمها المعادلة التي توضح العلاقة التي تربط طاقة الربط النووية وكتلة النواة ومكوناتها ؟

وشكرا لكم

'>

[جنين]

السلام عليكم,,

(الحد الأول ) معناه,, العدد الذري × كتلة البروتون +( الحد الثاني) عدد النيترونات× كتلة النيوترونات - (الحد الثالث) معناه كتلة البروتونات والنيوترونات الموجودة في النوة تجريبيا"

فالحد الأول والثاني يعطيني كتلة النواة نظريا" ,,, والحد الثالث يعطيني كتلة النوة تجريبيا"
فعند طرحهما من بعضهما نحصل على فرق في الكتلة ,, هذا الفرق عند ضربه بمربع سرعة الضوء
نحصل على الطاقة الرابطة...( من قانون إنشتاين)

حيث أن الكتلة التجريبية تكون أقل من النظرية ,, وذلك لأن النوة في الطبيعة تكون بينها روابط   عندما تكسر تنتج عندنا طاقة ,, إذا تكوينها يستلزم طاقة هذه الطاقة حصلنا عليها من الفرق في
الكتلة..
                              
               هذا والله أعلم..

 لي عودة للموضوع لأن في معلومات أول مرة أسمعها بالنسبة لجسيمات ألفا,, رغم أني درست
هذا المنهج ,, لكن سوف أراجع معلوماتي أولا"..
            
                       شكرا" أستاذ أبوسلمان..

[ابو يوسف]

السلام عليكم

اختي الكريمة جنين

جزاك الله كل خير

'>

[E-Adrenaline]

قال تعالى ( وانزلنا الحديد فيه بأس شديد ومنافع للناس )

فسر لي اذا سمحت علميا لماذا الحديد في الأعلى ( أعلى طاقة ربط نووي ) ؟

[جنين]

السلام عليكم,,
على حسب معلوماتي(إذا كان خطأ بيمسكني أبو سلمان مع أذني  '>  بس ولله أحاول أخفف
عنه المجهود إذا كنت أقدر)

أولا",, أخوي أنت فاهم ليه العلاقة بين الطاقة الرابطة والعدد الكتلي في الرسمة في الجزء الأول
طردي وفي الجزء الثاني بدء تقريبا" يصير عكسي ؟؟؟
إذا كنت غير فاهم لازم ترجع لرابط اللي وضعه لك الأستاذ أبو سلمان,,وتقرء عن نموذج
قطرت السائل,,

ثانيا",, إذا كنت فاهم ,, راح تقدر تفهم هذي النقطة (التي هي الخلاصة)
تعلم أن الطاقة الرابطة تزيد بزيادة العددالكتلي وذلك لسببين::
1) تبعا" لنموذج قطرة السائل..
2) تأثير قوة كولوم صغير بالمقارنة مع القوة النووية , لذلك تكون مهملة
إلى أن يصل العدد الكتلي إلى50 وهنا تكون الطاقة الرابطة8.8Mev بعد ذلك يحدث تقريبا"
إستقرار في مستوى الطاقة الرابطة فيكون متوسط قيمة الطاقة 8.5Mev إلى أن يصل العدد
الكتلي إلى 120 ثم تبدء الطاقة الرابطة بالتناقص,, والسبب بذلك هو,,
1)أن تبعا" لزيادة العدد الكتلي سوف تزيد عدد البروتونات,, وبالتالي سوف ينتج تنافر بين البروتونات,, أي تزيد القوة الكولومية بين البروتونات,, وكلما زادت هذه القوة قلت الطاقة
الرابطة..

لذلك تجد أن أعلى قيمة لطاقة الرابطة هي القيمة المتوسطة للعدد الكتلي (50)..
      
                  وشكراااااا.. أرجو أن أكون أفدتك..

[جنين]

السلام عليكم,,
أستاذ أبو سلمان,, عندي سؤلين ,,, ياليت تجاوبني إذا كان عندك فكرة,,
1) بالنسبة لجسيمات ألفا لماذا طاقة الترابط داخل جسيمات ألفا عالية جدا" رغم أنها تدخل في
قسم الأنوية الخفيفة,,,بالتالي طاقة الإرتباط الداخلية لها قليلة ؟؟؟؟؟!!!!!!!!
2) نحن نعلم أنه عند كسر رابطة تنتج عندنا طاقة,,, فكيف إذا عند تحلل الذرة الأم إلى
الذرة البنت + جسيمات ألفا ,, فإن شرط حوث هذا التحلل أن تكون الطاقة النهائية أقل
من الطاقة البدائية,, رغم أننا كسرنا رابطة يعني راح تكون فيه زيادة في الطاقة ؟؟؟؟
( صراحة  كان ودي أسأل هذا السؤال لدكتورة ,, بس هي هندية ويبغى لي مشوار على
ما أفهمهااااا,,,, وتبون الصدق ما فتحت المادة إلا بالفاينل,, عشان كذا ما أمداني أسألهااا '> )
-------------------------
بسم الله,,,
نعطيكم ,كم معلومة مفيدة ( رغم والله المنهج المتعلق بالنوة,, موووو مرة مستوعبته,, لأنها
أشياء أول مرة تمر علي,, فمثلا" ما تتخيل أن لنوة مستويات طاقة نفس الذرة ولكن يختلف
ترتيبها وتدرجها وكيفية إمتلائها,, لكن إنشاء الله راح أفهمه أكثر بالنووية الترم الجاي)
 
1) حجم الذرة ثابت,, لكن حجم النوة غير ثابت يعتمد على العدد الكتلي ..
2)يوجد عزم مغناطيسي للبروتون في نفس إتجاه العزم المغناطيسي  لنواة  SPIN( موجب)
وأيضا" هناك عزم مغناطيسي للنيترون في عكس إتجاه  العزم المغناطيسي لنواة SPIN ( سالب)
3) العلماء لم يجدو نموذج معين لوصف جميع خصائص النوة المستقرة والغير مستقرة,,
لذلك إستخدمو عدة نماذج هي:: ( الترجمة غير دقيقة ,, لأنها ترجمة شخصية ,, لذلك كتبت لكم  بجورها بالأنجليزي)
- نموذج شيل..
- نموذج قطرة السائل..
-نموذج تركيب النوة..( compound nucleus model)
- النموذج البصري (optical model)
- نموذج التفاعل المباشر (direct interaction model)
-النموذج الجمعي(collective model)
-نموذج فيرمي غاز...
                         وشكرااا.. ومنكم السموحة على مستوى المعلومات '>

[جنين]

السلام عليكم,,
عرفت إيجابت السؤال الثاني ( ما يصلح أفكر بشي عز الله أبواصل,,لأني قمت من سريري عشان أكتب الإجابة '> )

 الخطأ في تفكيري هو أن الشرط ليس الطاقة النهائية أصغر من البدائية وإنما  كتلة الذرة البنت+ كتلة جسيم ألفا أصغر من الكتلة الأم...

وذلك يفسر بأن الطاقة البدائية ( الناتجة عن الكتلة مضروبة في مربع سرعة اضوء)=
الطاقة الناتجة عن كتلة الذرة البنت + الطاقة الناتجة عن كتلة جسيم ألفا + الطاقة الناتجة عن
كسر الرابطة..

لذلك نصل إلى أن كتلة البدائية أكبر من النهائية بتغاضي عن الطاقة الناتجة عن كسر الرابطة
فنحن نتكلم عن الكتل فقط  
    
               هذا الذي وصلت له والله أعلم....
 
                                وشكراااا....

[marwan]

السلام عليكم
الاعتراف فضيله والله انا مش كثير بالفيزياء وبصراحه اكثر مش بس مش كثير ومش شوي كمان يعني ولا حبه
لكن مع ذلك حاولت ولم افهم وبالرغم من ذلك قررت شكر الاخ ابو سليمان والاخت جنين على المعلومات القيمه التي لا بد سيستفيد منها الكثير من الاخوه الاعضاء والزوار

[ابو سلمان]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

'> '>

شكرا شكرا لكم اخوتي وخصوصاً للاخت الفيزيائية المبدعة جنين على هذا التفاعل الجميل

اعتقد أن جميع الاستفسارات تم الاجابة عليها ما عدا سؤال الاخت جنين حول جسيم ألفا

المتأمل في الرسم البياني وخصوصاً في الجزء الاول عند الانية الخفيفة يلاحظ وجود نتوئات تكون عندها معدل طاقة الربط قوي (نسبة للنوى التي بجوارها ) وهذه النتوئات موجودة عن الانوية المتكونة من مضاعفات لنواة ألفا واستشف العلماء منها أن هناك ميل داخل النوى لتكوين مجاميع من جسيمات ألفا ... وسر قوة الربط في نواة ألفا  يعود إلى وجود أزواج متماثلة من النويات الموجودة في نفس الحالة  راجعي موضوع نموذج قطرة السائل تحت فقرة ( طاقة الازدواج Coupling energy)

شاكراً للجميع حسن تفاعلهم

أخوكم / ابو سلمان

[جنين]

السلام عليكم,,
أخوي مروان ترى والله الفيزياء حلووووو ولذيذ وسهل الفهم ,, بس أنت عاد صار حضك
تقرء عن النووية ( الفيزياء الحديثة),, ترى حتى أنا ما أميل لهاااااا '>
أقرء عن الميكانيكا , والمقذوفات و..و.. صدقني راح تقول والله أنه شي
وين كنت عنه كل هل المدة !!!!
على العموم تشكرااات لتشريفك لناا..
--------
أستاذ أبو سلمان,,
شكرا" على الإجابة,,,
فعلا" سبق وقرأت عن طاقة الإزدواج,,, بس ما أدري ليه فهمتها على أساس ,,,
(أن الفكرة القائلة بأن الأزواج المتماثلة تكون الطاقة الرابطة بينها قوية) ,, فهمتها أنهم إستنتجوها
بعد مقارنوو الطاقة الرابطة لكل ذرة عنصر على حدة,, ولم أعتقد أنها هي السبب,,
أي بإختصار (توقعت أنها النتيجة, أوالخاصية مشتركة لذرات ذات الطاقة الرابطة العالية وليست هي السبب)...
                      وشكرااااا..

[E-Adrenaline]

شكرا للأخ ابو سلمان و والأخت جنين على  هذه المعلومات الرائعة ,,, ارجوا ان نتعلم منكم المزيد '>

[E-Adrenaline]

سؤال هل هناك علاقة بين طاقة الربط النووي لعنصر ما وخواصه الفيزيائية ...
او بصيغة اخرى هل طاقة الربط النووي تبقى ضمن حدود النواة ام لها آثار اخرى ..
__

بالنسبة لعمر النصف لعنصر ما , لم أفهم لماذا تنحل نصف نوياته فقط ... وكيف له ان يعرف انه تم انحلال النصف ...
 اليس من المفترض ان يكون الانحلال كتابع للزمن فقط وليس له علاقة بعدد الانوية ....

[جنين]

السلام عليكم,,
أخي أي أدرينالين..
(سوف أحاول ان أجاوب على أسئلتك إلى أن يطلع عليها المشرف,, ويصحح لي أن كنت أخطأت)
بالنسبة لطاقة الربط النووية,,
فهي كما تعلم قوية ولكن مداها قصير,, أي لا يتجاوز نصف قطر النواة ..
( الذي سوف أذكره الآن ربط شخصي , لا يؤخذ كمعلومة موثقة)
(وأضن أنك قرأت أن من خصائص القوى النووية أنها مشبعة,, أي عندما تجمع أنوية مع بعضها
فإن  الطاقة الرابطة الكلية تزداد , ولكن الطاقة الرابطة لنواة الواحدة لا تتغير,, فهذا يدل أن تأثير القوة النووية ينحصر داخل النواة.. والله أعلم )
----
أما السؤال الثاني,,
أخي أكيد أنك إطلعت على ماذكر في التحلل الإشعاعي,, وإطلعت على خطوات الإستنتاج..
ولكن أعذرني لم أفهم اللبس الذي لديك لأن عرض المعلومات كان واضح جداً,,
ولكني سوف أحاول ,,
أعتقد أنك لم تنتبه إلى أن ثابت الإضمحلال( والذي يعبرعن إحتمال تفكك وإضمحلال الأنوية العنصر
في الثانية الواحدة)
ومن القانون ,, نستطيع معرفة عدد الأنوية التي سوف تضمحل..( وأنتبه أنه لإستنتاج القانون
إستخدمو تكامل لأنه إعتبر إضمحلا الأنوية في الثانية الواحدة تقريباً هو نفسه)
فعندما تعبر في القانون عن الأنوية المضمحلة بأنها نصف عدد الأنوية في الحالة الإبتدائية,,
فذلك سوف يؤدي إلى إعتبار الزمن الناتج هو الزمن النصفي...
أرجع وأقولك ,, ذلك لأن  إحتمال  عدد الأ نوية المضمحلة في الثانية ثابت...

        وشكراااااا.. أرجو أن أكون حققت الفائدة لك....

                       والسلام عليكم...

[ابو سلمان]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

الشكر الكبير للاخت الكريمة جنين على ما تبذله من جهد ونشاط ملموس وأسأل الله أن يبارك فيها وفي علمها

اعتذر إليكم اخوتي الكرام ولي عودة لمداخلاتكم باذن الله

اخوكم / ابو سلمان