طاقة التحلل

طاقة الاضمحلال هي التغير في طاقة نواة ذرة خضعت لاضمحلال إشعاعي . والاضمحلال الإشعاعي هو العملية التي تفقد فيها نواة ذرية غير مستقرة طاقتها عن طريق انبعاث جسيمات مؤينة وإشعاع . ويؤدي هذا الاضمحلال، أو فقدان الطاقة، إلى تحول ذرة من نوع معين (تسمى النواة الأم ) إلى ذرة من نوع مختلف (تسمى النواة الابنة ).

غالباً ما يُكتب فرق الطاقة بين المواد المتفاعلة على النحو التالي: Q :

${\displaystyle Q=\left({\text{الطاقة الحركية}}\right)_{\text{بعد}}-\left({\text{الطاقة الحركية}}\right)_{\text{قبل}},}$

${\displaystyle Q=\left({\text{كتلة السكون}}\right)_{\text{قبل}}c^{2}-\left({\text{كتلة السكون}}\right)_{\text{بعد}}c^{2}.}$^{[ 1 ]}

عادة ما يتم التعبير عن طاقة الاضمحلال بوحدات الطاقة MeV (مليون إلكترون فولت ) أو keV (ألف إلكترون فولت):

${\displaystyle Q{\text{ [MeV]}}=-931.5\Delta M{\text{ [Da]}},~~({\text{حيث ​​}}\Delta M=\Sigma M_{\text{النواتج}}-\Sigma M_{\text{المتفاعلات}}).}$^{[ 2 ]}

تشمل أنواع التحلل الإشعاعي ما يلي:

• أشعة جاما
• اضمحلال بيتا (تنقسم طاقة الاضمحلال بين الإلكترون المنبعث والنيوترينو الذي ينبعث في نفس الوقت)
• اضمحلال ألفا

طاقة الاضمحلال هي فرق الكتلة Δm بين الذرة الأصلية والذرة الناتجة والجسيمات. وهي تساوي طاقة الإشعاع E. إذا كانت A هي النشاط الإشعاعي ، أي عدد الذرات المتحولة في وحدة الزمن، و M هي الكتلة المولية، فإن قدرة الإشعاع P هي:

${\displaystyle P=\Delta {m}\left({\frac {A}{M}}\right).}$

أو

${\displaystyle P=E\left({\frac {A}{M}}\right).}$

أو

${\displaystyle P=QA.}$

مثال: يتحلل الكوبالت ^-60 إلى نيكل ^-60 . فرق الكتلة Δm هو0.003 دالتون  . الطاقة المشعة تقارب 2.8  ميغا إلكترون فولت. الوزن المولي هو59.93  غ/مول . عمر النصف T البالغ 5.27 سنة يتوافق مع النشاط A = N [ ln(2) / T ] ، حيث N هو عدد الذرات لكل مول، وT هو عمر النصف. قدرة الإشعاع للكوبالت ^-60 هي 17.9  واط/غرام

أدنى طاقة اضمحلال نووي معروفة هي اضمحلال الإنديوم-115 إلى القصدير-115 عند 147±10 إلكترون فولت. ^{[ 3 ]}

القدرة الإشعاعية لعدة نظائر:

⁶⁰ Co: 17.9  واط/غرام

²³⁸ Pu: 0.57  واط/غرام

¹³⁷ Cs: 0.6  واط/غرام

²⁴¹ صباحًا: 0.1  واط/غرام

²¹⁰ Po: 140  واط/غرام ( T = 136  يومًا)

⁹⁰ Sr: 0.9  واط/غرام

²²⁶ Ra: 0.02  واط/غرام

للاستخدام في مولدات الطاقة الكهروحرارية بالنظائر المشعة (RTGs)، يُفضل استخدام طاقة اضمحلال عالية مع عمر نصف طويل. ولتقليل تكلفة ووزن التدريع الإشعاعي ، تُفضل المصادر التي لا تُصدر إشعاع غاما قويًا. يوضح هذا الجدول سبب كون ^{238 - على الرغم من تكلفتها الباهظة -}أصبح البلوتونيوم ، بنصف عمره الذي يبلغ حوالي ثمانين عاماً وانبعاثاته المنخفضة من أشعة غاما، النظير المفضل في المفاعلات النووية الحرارية. ⁹⁰أداء السترونتيوم أسوأ من ²³⁸البلوتونيوم ، في جميع المقاييس تقريبًا، كونه قصير العمر، باعثًا لجسيمات بيتا بدلاً من كونه باعثًا لجسيمات ألفا يمكن حجبه بسهولة، ويطلق إشعاع جاما كبيرًا عندما يتحول إلى نويدة ^90.يتحلل اليتريوم-60 ، ولكن نظرًا لكونه ناتجًا عاليًا للانشطار النووي وسهولة استخلاصه كيميائيًا من نواتج الانشطار الأخرى،فقد شاع استخدام مولدات الطاقة الكهروحرارية القائمة على تيتانات السترونتيوم في المواقع النائية خلال معظم القرن العشرين. أما الكوبالت-60، فرغم استخدامه الواسع لأغراض مثل تشعيع الأغذية، إلا أنه ليس نظيرًا عمليًا لمولدات الطاقة الكهروحرارية، إذ أن معظم طاقة تحلله تُطلق على شكل أشعة غاما، مما يتطلب حماية كبيرة. علاوة على ذلك، فإن عمر النصف له الذي يبلغ خمس سنوات قصير جدًا بالنسبة للعديد من التطبيقات.

• قيمة Q (العلوم النووية)

• النشاط الإشعاعي، النويدات المشعة، الإشعاع، بقلم جوزيف ماجيل وجين جالي، دار نشر سبرينغر، 2005