نموزج قطرة السائل
إعداد وتوضيح : رشوان محمود
هناك تشابه بين سلوك الجزيئات في السائل وسلوك النيكلونات ( بروتونات او نيترونات ) داخل النواة , وهذا التشابه يؤدي الى رؤية أوضح لفهم وتفسير التفاعلات النووية .
من خلال معرفتنا بنظرية الحركة للسوائل فإن الجزيئات تتحرك بسبب ارتفاع درجة الحرارة , بمعنى أن درجة الحرارة مقياس للطاقة الحركية للجزيئات , وهذا مشابه لحركة النيوكلونات - من وجهة نظر هذا النموزج - داخل النواة , فالنيوكلونات لها طاقة حركية يتراوح مداها من 20 MeV الي 25 Mev وهي مساوية تقريباً للطاقة الحركية لجزيئات السائل .
ومن وجهة نظر هذا النموزج أن القوى النووية متساوية لجميع النيوكلونات ولا تعتمد تلك المساواة على كون النيوكلون بروتون او نيوترون , و أن أي زيادة في طاقة النواة - بسبب تفاعلها مع جسم مقذوف مثلاً - سوف تتوزع على جميع النيوكلونات .
بهذا التشابه المنطقي يمكننا تسمية طاقة النيوكلونات في النواة بـ heating of nucleus , فأن كان زيادة طاقة السائل بسبب التسخين تؤدي الى زيادة حركة الجزيئات فانه بصفة منطقية عند زيادة طاقة النواة - بالإثارة - تؤدي الى تصادم النيوكلونات ببعضها وفي النهاية تتركز طاقة الإثارة على نيوكلون واحد فيتغلب على القوى النووية وينفصل عن النواة . وبهذا يمكن التشبيه منطقياً النواة بقطرة سائل ارتفعت درجة حرارتها فتبخر منها بعض الجزيئات . كذلك النواة عند اثارتها ( زيادة طاقتها ) يتبخر منها نويات , هذه النويات قد تكون بروتون أو نيترون أو ديترون ( بروتون مرتبط مع نيوترون ) أو قد تكون جسيم الفا أو .........
التفاعلات النووية
عند قذف هدف target بنوع معين من الجسيمات projectile يمكن الحصول على أكثر من نوع من التفاعلات النووية .
على سبيل المثال : عند قذف الجسم B لنواة A ( الحالة الابتدائية ) يمكن أن نحصل على نواة أخرى مثل D وانبعاث جسيم C ( الحالة النهائية ) , أو قد نحصل على نواة F وانبعاث جسيم E , وهكذا ...........
A+B ======> C+D
A+B ======> E+F
A+B ======> G+H
إن نواتج تفاعل الجسم B مع نواة الذرة A يمكن الحصول عليهم بتفاعل نواة ذرة اخرى غير A وجسم أخر غير B
بالطبع فإن كل التفاعلات لن تحدث بنفس الاحتمال , فالانتقال من الحالة الابتدائية initial state الى الحالة النهائية final state يعتمد على طاقة الجسم القاذف للنواة , فمدى طاقة الجسيم القاذف هو الذي يعين تفاعل محدد . فزيادة الطاقة تزيد احتمال حدوث تفاعل معين الى أن تصل قيمة عظمى , بعدها وبزيادة الطاقة تقل احتمالية حدوث هذا التفاعل . وبالطبع نقصان احتمال حدوث تفاعل سوف يزيد من احتمالية حدوث تفاعل اخر حيث بزيادة الطاقة سوف تزيد احتمالية حدوث التفاعل الجديد الى أن تصل قيمة عظمى وتقل بعدها عند زيادة الطاقة , وكل تفاعل له threshold energy أي طاقة العتبة مميزة له بمعنى ان أي تفاعل محتمل سوف يحدث عندما تصل طاقة الجسم المقذوف الى حد معين يسمى بطاقة العتبة
ومعنى الـ peak وهي قمة المنحنى ( المنحنى الذي يربط بين طاقة الجسم القاذف واحتمالية حدوث تفاعل cross secion ) هو أن احتمال حدوث التفاعل بات ممكنناً جداً وهو ما يسمى بالـ resonance
النواة المركبة compound nucleus
كثيراً من التفاعلات يمكن فهمها من خلال الـ Liqued drop model بمعرفتنا بمعنى النواة المركبة , فالتفاعلات النووية تحدث على مرحلتين :
1- مرحلة تكوين النواة المركبة
2- مرحلة تفتيت النواة المركبة
فلو اعتبرنا هدف مكون A نواة قذف بواسطة عدة جسيمات B سوف ينتج جسيمات جديدة C و D
A+B ======> C+D
ففي المرحلة الأولى سوف تتكون مرحلة وسطى intermediate state عند امتصاص النواة A للجسيم B
*A+B ======> X
وفي المرحلة الثانية يمكن أن تتحلل النواة بعدة طرق . إحدى هذه الطرق هو ظهور الجسيمات C و D
X* ======> C+D
إن النواة المركبة X* قد اكتسبت طاقة , وبالتالي فهي الحالة المثارة للنواة الأصلية A , وطاقة الإثارة تساوي الطاقة الحركية للجسيم القاذف B والتي تم امتصاصها خلال عملية تكوين النواة المركبة .
مستويات الطاقة للنواة Energy livel of nucleus
النواة المركبة لها مستويات طاقة تحدد بطاقة ربط النواة و طاقة الجسم القاذف , فعندما تثار النواة وتصل لمستوى اثارة اكبر من من طاقة الربط تكون النواة في حالة شبه مستقرة Quasi-stationary وتسمى مستوى طاقة تلك النواة بالمستوى الافتراضي virtual , ويحدث تفتت للنواة . أما النواة المستقرة تكون في الحالة الأرضية Ground state وتكون لها اقل قيم لطاقة المستويات . وعندما تكون طاقة الإثارة اقل من طاقة الربط يسمى مستوى الطاقة حينئذ بالحالة المقيدة bounded state وتظل النواة موجودة في الحالة المقيدة فترة قصيرة من الزمن ثم تعود لحالتها الارضية بعد ان تبعث باشعة جاما .
اذا كانت النواة في حالة شبه مستقرة فانها تتخلص من طاقتها الزائدة بانبعاث جسم او اشعة جاما , كما أن وجود النواة في مستويات عالية للطاقة يمكن أن يصاحب تفتتها بانبعاث جسيمين أو اكثر منها ونقول إن تلك الجسيما قد تبخرت من النواة
الجدير بالذكر إن المسافات الطاقية بين مستويات الطاقة تكون في حدود 10 MeV , وتتناقص المسافات الطاقية كلما زادت طاقة النواة , بمعنى أن المستويات البعيدة عن النواة تكون متقاربة .
اتساع المستوى livel width
عندما تكون النواة في حالة إثارة فإنها تظل في هذه الحالة لفترة زمنية تسمى mean life time أو فترة العمر وكلما كانت النواة لها فترة عمر طويلة كلما كان المستوى أكثر اتساعا ..........................
