التحلل الإشعاعي

الموسوعة الحرة

الاضمحلال الإشعاعي (المعروف أيضًا بالاضمحلال النووي ، أو النشاط الإشعاعي ، أو التفكك الإشعاعي ، أو التفكك النووي ) هو العملية التي تفقد من خلالها نواة ذرية غير مستقرة طاقتها عن طريق الإشعاع . وتُعتبر المادة التي تحتوي على نوى غير مستقرة مادة مشعة . ومن أكثر أنواع الاضمحلال شيوعًا اضمحلال ألفا ، واضمحلال بيتا ، واضمحلال غاما . القوة الضعيفة هي الآلية المسؤولة عن اضمحلال بيتا، بينما يخضع النوعان الآخران للقوى الكهرومغناطيسية والنووية . [ 1 ]

يُعدّ التحلل الإشعاعي عملية عشوائية على مستوى الذرات المفردة. ووفقًا لنظرية الكم ، يستحيل التنبؤ بموعد تحلل ذرة معينة، بغض النظر عن مدة وجودها. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] مع ذلك، بالنسبة لعدد كبير من الذرات المتطابقة، يمكن التعبير عن معدل التحلل الإجمالي بثابت تحلل أو بنصف عمر . وتتراوح أنصاف أعمار الذرات المشعة على نطاق واسع جدًا: من شبه فوري إلى أطول بكثير من عمر الكون .

تُسمى النواة المتحللة بالنواة المشعة الأم (أو النظير المشع الأم )، وتُنتج هذه العملية نواة ابنة واحدة على الأقل . باستثناء تحلل غاما أو التحول الداخلي من حالة إثارة نووية ، يُعد التحلل تحولًا نوويًا ينتج عنه نواة ابنة تحتوي على عدد مختلف من البروتونات أو النيوترونات (أو كليهما). عندما يتغير عدد البروتونات، تتكون ذرة من عنصر كيميائي مختلف.

يوجد على الأرض 28 عنصرًا كيميائيًا مشعًا موجودًا بشكل طبيعي، تتكون من 35 نظيرًا مشعًا (لكل عنصر من العناصر السبعة نظيران مشعان مختلفان) يعود تاريخها إلى ما قبل نشأة النظام الشمسي . تُعرف هذه النظائر الـ 35 بالنظائر المشعة البدائية . من الأمثلة المعروفة اليورانيوم والثوريوم ، ولكن تشمل أيضًا نظائر مشعة طويلة العمر موجودة بشكل طبيعي، مثل البوتاسيوم-40 . يشارك كل نظير من النظائر المشعة البدائية الثقيلة في إحدى سلاسل التحلل الأربع .

تاريخ الاكتشاف

بيير وماري كوري في مختبرهما في باريس، قبل عام 1907

وضع هنري بوانكاريه بذور اكتشاف النشاط الإشعاعي من خلال اهتمامه ودراسته للأشعة السينية ، الأمر الذي أثر بشكل كبير على الفيزيائي هنري بيكريل . [ 5 ] اكتُشف النشاط الإشعاعي عام 1896 على يد بيكريل، وبشكل مستقل على يد ماري كوري ، أثناء عملهما على المواد الفسفورية . [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] تتوهج هذه المواد في الظلام بعد تعرضها للضوء، واشتبه بيكريل في أن التوهج الناتج في أنابيب أشعة الكاثود بفعل الأشعة السينية قد يكون مرتبطًا بالفسفرة. قام بلف لوحة فوتوغرافية بورق أسود ووضع عليها أملاحًا فسفورية مختلفة . كانت جميع النتائج سلبية حتى استخدم أملاح اليورانيوم . تسببت أملاح اليورانيوم في اسوداد اللوحة على الرغم من لفها بورق أسود. [ 11 ] : 48 أطلق كوري على الإشعاع اسم أشعة بيكريل ، وأثبت أن هذه الأشعة هي خاصية من خواص الذرات. [ 11 ] : 54

بينما كانت الأشعة السينية تُنتَج باستخدام الطاقة الكهربائية، ظلّ مصدر طاقة الإشعاع لغزًا محيرًا. في عام ١٨٩٩، أجرى يوليوس إلستر وهانز غايتل تجارب حاسمة للعثور على مصدر طاقة النشاط الإشعاعي، مستبعدين استخلاص الطاقة من الهواء عن طريق القياسات في الفراغ، واستخلاصها من الفضاء الخارجي عن طريق القياسات على عمق ٣٠٠ متر في منجم بجبال هارتس . [ ١١ ] : ١٠٠ إذا كانت الذرات نفسها هي مصدر الطاقة، فهذا يعني أن الذرات التي تبدو ثابتة لا بد أن تتغير عند انبعاث الأشعة. في عام ١٩٠٠، لخص كوري لغز النشاط الإشعاعي بأنه خيار بين احتمالين متساويين في استبعادهما: إما أن الطاقة غير محفوظة، أو أن العناصر الكيميائية قابلة للتحول. [ ١١ ] : ١١٢

كان رذرفورد أول من أدرك أن جميع هذه العناصر تتحلل وفقًا لنفس الصيغة الرياضية الأسية. وكان رذرفورد وطالبه فريدريك سودي أول من أدرك أن العديد من عمليات التحلل تؤدي إلى تحول عنصر إلى آخر. لاحقًا، صِيغ قانون الإزاحة الإشعاعية لفايانز وسودي لوصف نواتج تحلل ألفا وبيتا . [ 12 ] [ 13 ]

اكتشف الباحثون الأوائل أيضًا أن العديد من العناصر الكيميائية الأخرى ، إلى جانب اليورانيوم، لها نظائر مشعة. كما قاد البحث المنهجي عن النشاط الإشعاعي الكلي في خامات اليورانيوم بيير وماري كوري إلى عزل عنصرين جديدين: البولونيوم والراديوم . وباستثناء النشاط الإشعاعي للراديوم، فإن التشابه الكيميائي بين الراديوم والباريوم جعل التمييز بين هذين العنصرين صعبًا.

صاغ ماري وبيير كوري مصطلح "النشاط الإشعاعي" [ 14 ] لوصف انبعاث الإشعاع المؤين من بعض العناصر الثقيلة. [ 15 ] (لاحقًا، عُمم المصطلح ليشمل جميع العناصر). أدى بحثهما حول الأشعة النافذة في اليورانيوم واكتشاف الراديوم إلى إطلاق عصر استخدام الراديوم في علاج السرطان. ويمكن اعتبار استكشافهما للراديوم أول استخدام سلمي للطاقة النووية وبداية الطب النووي الحديث . [ 14 ]

المخاطر الصحية المبكرة

صورة بالأشعة السينية التُقطت باستخدام جهاز أنبوب كروكس القديم عام ١٨٩٦. يظهر أنبوب كروكس في المنتصف. الرجل الواقف يفحص يده باستخدام شاشة التنظير الفلوري ؛ كانت هذه طريقة شائعة لتركيب الأنبوب. لم تُتخذ أي احتياطات ضد التعرض للإشعاع؛ إذ لم تكن مخاطره معروفة آنذاك.

لم يتم التعرف على مخاطر الإشعاع المؤين الناتج عن النشاط الإشعاعي والأشعة السينية على الفور.

الأشعة السينية

أدى اكتشاف الأشعة السينية على يد فيلهلم رونتجن عام 1895 إلى تجارب واسعة النطاق أجراها العلماء والأطباء والمخترعون. وبدأ العديد من الناس في سرد ​​قصص عن الحروق وتساقط الشعر وأمور أسوأ في المجلات التقنية منذ عام 1896. في فبراير من ذلك العام، أجرى البروفيسور دانيال والدكتور دادلي من جامعة فاندربيلت تجربة تضمنت تصوير رأس دادلي بالأشعة السينية، مما أدى إلى تساقط شعره. وكان تقرير الدكتور إتش دي هوكس، عن معاناته من حروق شديدة في اليد والصدر أثناء عرض توضيحي بالأشعة السينية، أول تقرير من بين العديد من التقارير الأخرى في مجلة "إلكتريكال ريفيو" . [ 16 ]

أبلغ مجرّبون آخرون، بمن فيهم إيليهو طومسون ونيكولا تيسلا ، عن حروق. عرّض طومسون إصبعه عمدًا لأنبوب الأشعة السينية لفترة من الزمن، وعانى من ألم وتورم وتقرحات. [ 17 ] أحيانًا تُعزى الأضرار إلى عوامل أخرى، بما في ذلك الأشعة فوق البنفسجية والأوزون، [ 18 ] ولا يزال العديد من الأطباء يدّعون عدم وجود أي آثار للتعرض للأشعة السينية على الإطلاق. [ 17 ]

على الرغم من ذلك، أُجريت بعض التحقيقات المنهجية المبكرة حول المخاطر، وفي عام ١٩٠٢، كتب ويليام هربرت رولينز بيأسٍ شديد أن تحذيراته بشأن مخاطر الاستخدام غير المسؤول للأشعة السينية لم تلقَ آذانًا صاغية، لا من قِبل الصناعة ولا من قِبل زملائه. في ذلك الوقت، كان رولينز قد أثبت أن الأشعة السينية قادرة على قتل حيوانات التجارب، والتسبب في إجهاض خنزيرة غينيا حامل، وقتل الجنين. كما أكد على أن "الحيوانات تختلف في مدى تأثرها بالضوء الخارجي للأشعة السينية"، وحذر من ضرورة مراعاة هذه الاختلافات عند علاج المرضى بالأشعة السينية.

المواد المشعة

تُعدّ النشاطية الإشعاعية سمة مميزة للعناصر ذات الأعداد الذرية الكبيرة. العناصر التي لها نظير مستقر واحد على الأقل مُوضّحة باللون الأزرق الفاتح. يُشير اللون الأخضر إلى العناصر التي يبلغ عمر النصف لنظيرها الأكثر استقرارًا ملايين السنين. أما اللونان الأصفر والبرتقالي فيُشيران إلى عناصر أقل استقرارًا تدريجيًا، حيث يتراوح عمر النصف لها بين آلاف ومئات السنين، وصولًا إلى يوم واحد. بينما يُشير اللونان الأحمر والبنفسجي إلى عناصر شديدة الإشعاع، حيث يبلغ عمر النصف لنظائرها الأكثر استقرارًا يومًا واحدًا أو أقل بكثير.

مع ذلك، كان من الصعب قياس الآثار البيولوجية للإشعاع الناتج عن المواد المشعة. وقد أتاح هذا الفرصة للعديد من الأطباء والشركات لتسويق المواد المشعة كأدوية مسجلة ببراءات اختراع . ومن الأمثلة على ذلك حقن الراديوم الشرجية ، والمياه المحتوية على الراديوم التي تُشرب كمنشطات. وقد احتجت ماري كوري على هذا النوع من العلاج، محذرةً من أن "الراديوم خطير في أيدي غير المدربين". [ 19 ] توفيت كوري لاحقًا بسبب فقر الدم اللاتنسجي ، الذي يُرجح أنه ناجم عن التعرض للإشعاع المؤين. وبحلول ثلاثينيات القرن العشرين، وبعد عدد من حالات نخر العظام ووفاة المتحمسين لعلاج الراديوم، تم سحب المنتجات الطبية المحتوية على الراديوم إلى حد كبير من السوق ( الشعوذة الإشعاعية ).

الحماية من الإشعاع

بعد عام واحد فقط من اكتشاف رونتجن للأشعة السينية، قدّم المهندس الأمريكي وولفرام فوكس (1896) ما يُرجّح أنه أول نصيحة وقائية، ولكن لم يُعقد المؤتمر الدولي الأول للأشعة (ICR) إلا في عام 1925، حيث نُظِر في وضع معايير دولية للحماية. أما آثار الإشعاع على الجينات، بما في ذلك تأثيره على خطر الإصابة بالسرطان، فقد تمّ التعرّف عليها لاحقاً. في عام 1927، نشر هيرمان جوزيف مولر بحثاً يُظهر التأثيرات الجينية، وفي عام 1946، مُنح جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء تقديراً لاكتشافاته.

عُقد المؤتمر الدولي الثاني للراديوم في ستوكهولم عام 1928، واقترح اعتماد وحدة الرنتجن ، وشُكّلت اللجنة الدولية للحماية من الأشعة السينية والراديوم (IXRPC). عُيّن رولف سيفرت رئيسًا لها، لكنّ جورج كاي من المختبر الفيزيائي الوطني البريطاني كان له دورٌ محوريٌّ في تأسيسها . اجتمعت اللجنة في أعوام 1931 و1934 و1937.

بعد الحرب العالمية الثانية ، أدى ازدياد نطاق وكمية المواد المشعة المتداولة نتيجةً للبرامج النووية العسكرية والمدنية إلى تعريض أعداد كبيرة من العاملين وعامة الناس لمستويات ضارة من الإشعاع المؤين. وقد نُظر في هذا الأمر خلال أول اجتماع للجنة الدولية للحماية من الإشعاع (ICRP) بعد الحرب، والذي عُقد في لندن عام 1950، حيث تأسست اللجنة الدولية الحالية للحماية من الإشعاع (ICRP). [ 20 ] ومنذ ذلك الحين، طورت اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع النظام الدولي الحالي للحماية من الإشعاع، والذي يغطي جميع جوانب مخاطر الإشعاع.

الوحدات

رسم بياني يوضح العلاقة بين النشاط الإشعاعي والإشعاع المؤين المكتشف

وحدة قياس النشاط الإشعاعي في النظام الدولي للوحدات (SI) هي البيكريل (Bq)، وقد سُميت تكريماً للعالم هنري بيكريل . يُعرَّف البيكريل الواحد بأنه تحول واحد (أو تحلل أو تفكك) في الثانية الواحدة.

وحدة قياس النشاط الإشعاعي القديمة هي الكوري (Ci)، والتي عُرِّفت في الأصل بأنها "كمية أو كتلة انبعاث الراديوم في حالة توازن مع غرام واحد من الراديوم (العنصر)". [ 21 ] أما اليوم، فيُعرَّف الكوري على النحو التالي:3.7 × 10^ 10 تفككًا في الثانية، بحيث يكون 1 كوري (Ci) = 3.7 × 10 10  بيكريل . لأغراض الحماية الإشعاعية، على الرغم من أن هيئة التنظيم النووي الأمريكية تسمح باستخدام وحدة الكوري إلى جانب وحدات النظام الدولي للوحدات، [ 22 ] إلا أن توجيهات الاتحاد الأوروبي بشأن وحدات القياس الأوروبية اشترطت التخلص التدريجي من استخدامها لأغراض "الصحة العامة ..." بحلول 31 ديسمبر 1985. [ 23 ]

غالباً ما يتم قياس آثار الإشعاع المؤين بوحدات غراي للضرر الميكانيكي أو سيفرت للضرر الذي يلحق بالأنسجة.

الأنواع

يؤدي التحلل الإشعاعي إلى انخفاض في مجموع كتلة السكون ، بمجرد أن تتسرب الطاقة المنبعثة ( طاقة التفكك ) بطريقة ما. على الرغم من أن طاقة التحلل تُعرَّف أحيانًا بأنها مرتبطة بالفرق بين كتلة نواتج التحلل الأصلية وكتلة نواتج التحلل، إلا أن هذا التعريف ينطبق فقط على قياسات كتلة السكون، حيث تُزال بعض الطاقة من نظام النواتج. هذا صحيح لأن طاقة التحلل يجب أن تحمل معها كتلة دائمًا، أينما وُجدت (انظر الكتلة في النسبية الخاصة ) وفقًا للمعادلة E  = mc² .  تُطلق طاقة التحلل في البداية على شكل طاقة الفوتونات المنبعثة بالإضافة إلى الطاقة الحركية للجسيمات المنبعثة ذات الكتلة (أي الجسيمات التي لها كتلة سكون). إذا وصلت هذه الجسيمات إلى حالة توازن حراري مع محيطها، وتم امتصاص الفوتونات، فإن طاقة التحلل تتحول إلى طاقة حرارية، والتي تحتفظ بكتلتها.

لذا، تبقى طاقة الاضمحلال مرتبطةً بمقدارٍ معينٍ من كتلة نظام الاضمحلال، يُسمى الكتلة الثابتة ، والتي لا تتغير أثناء الاضمحلال، على الرغم من توزيع طاقة الاضمحلال بين جسيمات الاضمحلال. تُساهم طاقة الفوتونات، والطاقة الحركية للجسيمات المنبعثة، ولاحقًا الطاقة الحرارية للمادة المحيطة، جميعها في الكتلة الثابتة للنظام. وبالتالي، فبينما لا يُحفظ مجموع كتل السكون للجسيمات في الاضمحلال الإشعاعي، فإن كتلة النظام وكتلته الثابتة (وكذلك طاقة النظام الكلية) تُحفظ خلال أي عملية اضمحلال. هذا إعادة صياغة لقوانين حفظ الطاقة وحفظ الكتلة المكافئة .

اضمحلال ألفا وبيتا وجاما

يمكن إيقاف جسيمات ألفا تمامًا بواسطة ورقة، وجسيمات بيتا بواسطة درع من الألومنيوم. أما أشعة غاما فلا يمكن تقليلها إلا بواسطة كتلة أكبر بكثير، مثل طبقة سميكة جدًا من الرصاص .

وجد الباحثون الأوائل أن المجال الكهربائي أو المغناطيسي قادر على تقسيم الانبعاثات الإشعاعية إلى ثلاثة أنواع من الحزم. أطلق إرنست رذرفورد على هذه الأنواع الثلاثة أسماء ألفا وبيتا وجاما ، مرتبةً تصاعديًا حسب قدرتها على اختراق المادة. [ 24 ] : 632 يُلاحظ تحلل ألفا فقط في العناصر الأثقل ذات العدد الذري 52 ( التيلوريوم ) وما فوق، باستثناء البريليوم-8 (الذي يتحلل إلى جسيمين ألفا). تنبعث أشعة جاما من حالات الإثارة في النوى كأثر جانبي لتحلل ألفا أو بيتا. [ 25 ] يُعد تحلل بيتا النوع الوحيد الذي يُلاحظ في جميع العناصر. الرصاص، ذو العدد الذري 82، هو أثقل عنصر له نظائر مستقرة (في حدود القياس) ضد التحلل الإشعاعي. يُلاحظ التحلل الإشعاعي في جميع نظائر جميع العناصر ذات العدد الذري 83 ( البزموت ) وما فوق. ومع ذلك، فإن البزموت-209 مشع بشكل طفيف للغاية، حيث يبلغ عمر النصف له أكثر من عمر الكون بعشرة مراتب من حيث الحجم؛ وتعتبر النظائر المشعة ذات أعمار النصف الطويلة للغاية مستقرة بشكل فعال للأغراض العملية.

مخطط انتقالي لأنماط اضمحلال النظير المشع، مع عدد النيوترون N والعدد الذري Z (يظهر انبعاثات α و β ± و p + و n 0 ، EC تشير إلى التقاط الإلكترون ).

عند تحليل طبيعة نواتج الاضمحلال، اتضح من اتجاه القوى الكهرومغناطيسية المؤثرة على الإشعاعات بواسطة المجالات المغناطيسية والكهربائية الخارجية أن جسيمات ألفا تحمل شحنة موجبة، وجسيمات بيتا تحمل شحنة سالبة، بينما أشعة غاما متعادلة. ومن مقدار الانحراف، كان جليًا أن جسيمات ألفا أثقل بكثير من جسيمات بيتا . وقد مكّن تمرير جسيمات ألفا عبر نافذة زجاجية رقيقة جدًا وحصرها في أنبوب تفريغ الباحثين من دراسة طيف انبعاث الجسيمات المحصورة، وأثبتوا في نهاية المطاف أن جسيمات ألفا هي نوى الهيليوم . وأظهرت تجارب أخرى أن إشعاع بيتا، الناتج عن الاضمحلال وأشعة الكاثود ، عبارة عن إلكترونات عالية السرعة . وبالمثل، وُجد أن إشعاع غاما والأشعة السينية عبارة عن إشعاع كهرومغناطيسي عالي الطاقة .

بدأ أيضًا دراسة العلاقة بين أنواع الاضمحلال: فعلى سبيل المثال، وُجد أن اضمحلال غاما يرتبط دائمًا تقريبًا بأنواع أخرى من الاضمحلال، ويحدث في نفس الوقت تقريبًا أو بعده. وقد وُجد أن اضمحلال غاما، كظاهرة منفصلة ذات عمر نصف خاص بها (يُسمى الآن الانتقال المتماثل )، في النشاط الإشعاعي الطبيعي ناتج عن اضمحلال غاما لنظائر نووية شبه مستقرة مثارة ، والتي بدورها تتكون من أنواع أخرى من الاضمحلال. وعلى الرغم من أن إشعاعات ألفا وبيتا وغاما كانت الأكثر شيوعًا، فقد تم اكتشاف أنواع أخرى من الانبعاثات لاحقًا. بعد فترة وجيزة من اكتشاف البوزيترون في نواتج الأشعة الكونية، أُدرك أن نفس العملية التي تحدث في اضمحلال بيتا الكلاسيكي يمكن أن تُنتج أيضًا بوزيترونات ( انبعاث البوزيترون )، إلى جانب النيوترينوات (يُنتج اضمحلال بيتا الكلاسيكي مضادات النيوترينوات).

التقاط الإلكترون

في عملية أسر الإلكترون، وُجد أن بعض النوى الغنية بالبروتونات تأسر إلكتروناتها الذرية بدلاً من إطلاق البوزيترونات، وبالتالي، تُطلق هذه النوى نيوترينو وأشعة غاما فقط من النواة المُثارة (وأحيانًا أيضًا إلكترونات أوجيه وأشعة سينية مميزة ، نتيجة لإعادة ترتيب الإلكترونات لملء مكان الإلكترون المفقود). تتضمن هذه الأنواع من الاضمحلال أسر النواة للإلكترونات أو إطلاقها أو إطلاق البوزيترونات، وبالتالي تعمل على تحريك النواة نحو نسبة النيوترونات إلى البروتونات التي تُعطي أقل طاقة لعدد إجمالي مُحدد من النيوكليونات . ينتج عن ذلك نواة أكثر استقرارًا (أقل طاقة).

إن عملية التقاط البوزيترون، المشابهة لالتقاط الإلكترون، ممكنة نظريًا في ذرات المادة المضادة، لكنها لم تُرصد، نظرًا لعدم توفر ذرات المادة المضادة المعقدة، التي تتجاوز الهيليوم المضاد، تجريبيًا. [ 26 ] ويتطلب هذا التحلل ذرات مادة مضادة لا تقل تعقيدًا عن البريليوم-7 ، وهو أخف نظير معروف للمادة العادية يخضع للتحلل عن طريق التقاط الإلكترون. [ 27 ]

انبعاث النيوكليون

بعد فترة وجيزة من اكتشاف النيوترون عام 1932، أدرك إنريكو فيرمي أن بعض تفاعلات تحلل بيتا النادرة تُنتج نيوترونات فورًا كجسيم تحلل إضافي، فيما يُعرف بانبعاث النيوترونات المتأخر بيتا . يحدث انبعاث النيوترونات عادةً من النوى في حالة إثارة، مثل نظير الأكسجين -17 المُثار الناتج عن تحلل بيتا لنظير النيتروجين-17 . وتتحكم القوة النووية في عملية انبعاث النيوترونات ، ولذلك فهي سريعة للغاية، ويُشار إليها أحيانًا بأنها "شبه فورية". وقد لوحظ لاحقًا انبعاث بروتونات منفردة في بعض العناصر. كما وُجد أن بعض العناصر الثقيلة قد تخضع لانشطار تلقائي إلى نواتج تختلف في تركيبها. وفي ظاهرة تُسمى تحلل التجمعات ، وُجد أن تركيبات محددة من النيوترونات والبروتونات، بخلاف جسيمات ألفا (نوى الهيليوم)، تنبعث تلقائيًا من الذرات.

أنواع أكثر غرابة من التحلل

وُجد أن أنواعًا أخرى من الاضمحلال الإشعاعي تُصدر جسيمات سبق رصدها، ولكن عبر آليات مختلفة. ومن الأمثلة على ذلك التحول الداخلي ، الذي ينتج عنه انبعاث إلكتروني أولي، ثم غالبًا ما يتبعه انبعاث أشعة سينية مميزة وإلكترونات أوجيه ، على الرغم من أن عملية التحول الداخلي لا تتضمن اضمحلال بيتا أو جاما. لا ينبعث نيوترينو، ولا ينشأ أي من الإلكترونات أو الفوتونات المنبعثة من النواة، مع أن الطاقة اللازمة لانبعاثها جميعًا تنشأ منها. يتضمن اضمحلال التحول الداخلي، مثل اضمحلال جاما الناتج عن الانتقال المتساوي وانبعاث النيوترونات، إطلاق طاقة من نواة مثارة، دون تحول عنصر إلى آخر.

تُعرف أحداث نادرة تتضمن حدوث نوعين من اضمحلال بيتا في آنٍ واحد (انظر أدناه). يُسمح بحدوث أي عملية اضمحلال لا تُخالف قوانين حفظ الطاقة أو الزخم (وربما قوانين حفظ الجسيمات الأخرى)، مع العلم أنه لم يتم رصد جميعها. ومن الأمثلة المثيرة للاهتمام، والتي نناقشها في القسم الأخير، اضمحلال بيتا لحالة الارتباط في الرينيوم-187 . في هذه العملية، لا يصاحب اضمحلال إلكترون بيتا للنواة الأم انبعاث إلكترون بيتا، لأن جسيم بيتا قد تم احتجازه في الغلاف K للذرة المُصدرة. وينبعث نيوترينو مضاد، كما هو الحال في جميع اضمحلالات بيتا السالبة.

إذا كانت ظروف الطاقة مواتية، فقد يخضع نظير مشع معين لأنواع عديدة من الاضمحلال المتنافس، حيث تتحلل بعض الذرات عبر مسار معين، بينما تتحلل ذرات أخرى عبر مسار آخر. ومن الأمثلة على ذلك النحاس-64 ، الذي يحتوي على 29 بروتونًا و35 نيوترونًا، والذي يتحلل بنصف عمر يبلغ12.7004(13) ساعة. [ 28 ] يحتوي هذا النظير على بروتون واحد غير مزدوج ونيوترون واحد غير مزدوج، لذا يمكن أن يتحلل إما البروتون أو النيوترون إلى الجسيم الآخر، الذي له عزم نظائري معاكس . من المرجح أن يتحلل هذا النظير تحديدًا (وليس كل النظائر في هذه الحالة) من خلال تحلل بيتا بلس (61.52(26) % [ 28 ] ) من خلال التقاط الإلكترون (38.48(26) % [ 28 ] ). كما أن حالات الطاقة المثارة الناتجة عن هذه الاضمحلالات التي تفشل في الانتهاء في حالة طاقة أرضية، تنتج أيضًا تحويلًا داخليًا لاحقًا واضمحلال جاما في حوالي 0.5٪ من الوقت.

قائمة أنماط الاضمحلال

أنماط التحلل في NUBASE2020 [ 28 ]
وضعاسمفعلتغيرات النواة
  • α
انبعاث ألفاجسيم ألفا ( A = 4، Z = 2) ينبعث من النواة( A − 4, Z − 2)
  • ص
انبعاث البروتونبروتون منبعث من النواة( A − 1, Z − 1)
  • 2 بنس
انبعاث بروتونينبروتونان ينبعثان من النواة في وقت واحد( A − 2, Z − 2)
  • ن
انبعاث النيوتروناتنيوترون ينطلق من النواة( أ - 1، ع )
  • 2ن
انبعاث نيوترونيننيوترونان ينبعثان من النواة في وقت واحد( A − 2, Z )
  • ε
التقاط الإلكترونتلتقط النواة إلكترونًا يدور حولها وتُصدر نيوترينو؛ وتبقى النواة الناتجة في حالة إثارة غير مستقرة( أ ، ز - 1)
  • e+
انبعاث البوزيترونيتحول البروتون النووي إلى نيوترون عن طريق انبعاث بوزيترون ونيوترينو إلكتروني( أ ، ز - 1)
  • β +
  • ε  +  e +
انبعاث البوزيترونفي قاعدة بيانات NUBASE2020، يشير β + إلى المعدل المشترك لالتقاط الإلكترون (ε) وانبعاث البوزيترون (e + ): β + = ε + e +( أ ، ز - 1)
  • β −
تحلل بيتا​تنبعث من النواة إلكترون ومضاد نيوترينو إلكتروني( أ ، ز + 1)
  • β − β −
  • 2β −
اضمحلال بيتا المزدوجتنبعث من النواة إلكترونان ونيوترينوان مضادان.( أ ، ز + 2)
  • β + β +
  • 2β +
تحلل بيتا المزدوجتنبعث من النواة جسيمان بوزيترونيان وجسيمان نيوترينو.( أ ، ز - 2)
  • β − n
انبعاث النيوترونات المتأخرة β −تتحلل النواة عن طريق انبعاث جسيمات بيتا إلى حالة مثارة، والتي بدورها تُصدر نيوترونًا( A − 1, Z + 1)
  • β − 2n
انبعاث نيوترونين متأخر β −تتحلل النواة عن طريق انبعاث جسيمات بيتا إلى حالة مثارة، والتي بدورها تُصدر نيوترونين.( A − 2, Z + 1)
  • β − 3n
انبعاث 3 نيوترونات متأخرة β −تتحلل النواة عن طريق انبعاث جسيمات بيتا إلى حالة مثارة، والتي بدورها تُصدر ثلاثة نيوترونات.( A − 3, Z + 1)
  • β + p
انبعاث البروتون المتأخر β +تتحلل النواة عن طريق انبعاث جسيمات بيتا الموجبة إلى حالة مثارة، والتي بدورها تُصدر بروتونًا.( A − 1, Z − 2)
  • β + 2p
انبعاث بروتونين متأخر β +تتحلل النواة عن طريق انبعاث جسيمات بيتا الموجبة إلى حالة مثارة، والتي بدورها تُصدر بروتونين.( A − 2, Z − 3)
  • β + 3p
انبعاث 3 بروتونات متأخرة β +تتحلل النواة عن طريق انبعاث جسيمات بيتا الموجبة إلى حالة مثارة، والتي بدورها تنبعث منها ثلاثة بروتونات.( A − 3, Z − 4)
  • β − α
انبعاث ألفا المتأخر β −تتحلل النواة عن طريق انبعاث جسيم بيتا إلى حالة مثارة، والتي بدورها تنبعث منها جسيمات ألفا.( A − 4, Z − 1)
  • β + α
انبعاث ألفا المتأخر β +تتحلل النواة عن طريق انبعاث جسيم بيتا إلى حالة مثارة، والتي بدورها تنبعث منها جسيم ألفا.( A − 4, Z − 3)
  • β − d
انبعاث الديوتريوم المتأخر β −تتحلل النواة عن طريق انبعاث جسيمات بيتا إلى حالة مثارة، والتي بدورها تُصدر ديوترونًا( A − 2, Z )
  • β − t
انبعاث تريتون متأخر من نوع بيتاتتحلل النواة عن طريق انبعاث جسيمات بيتا إلى حالة مثارة، والتي بدورها تُصدر جسيم تريتون.( A − 3, Z )
  • قرص مضغوط
اضمحلال التجمعاتتنبعث من النواة نوع محدد من النوى الأصغر ( A1 ، Z1 ) وهي أكبر من جسيم ألفا (مثل 14C ، 24Ne ) .( أ − أ 1 , ض − ض 1 ) & ( أ 1 , ض 1 )   
  • هو - هي
الانتقال الداخلي (المتماثل)تنتقل النواة الموجودة في حالة شبه مستقرة إلى حالة طاقة أقل عن طريق انبعاث فوتون أو قذف إلكترون( أ ، ي )
  • سان فرانسيسكو
الانشطار التلقائيتتفكك النواة إلى نواتين أو أكثر أصغر حجماً وجسيمات أخرى، وكلها قد تختلف مع كل عملية تحلل.عامل
  • β + SF
β + الانشطار المتأخرتتحلل النواة عن طريق انبعاث جسيمات بيتا الموجبة إلى حالة مثارة، والتي تخضع بعد ذلك للانشطار التلقائيβ+ ومتغير
  • β − SF
الانشطار المتأخر β −تتحلل النواة عن طريق انبعاث جسيمات بيتا إلى حالة مثارة، والتي تخضع بعد ذلك للانشطار التلقائيβ − & متغير

سلاسل التحلل وأنماط متعددة

سلسلة تحلل النبتونيوم -237

قد تكون النواة الناتجة عن عملية التحلل غير مستقرة (مشعة). في هذه الحالة، ستتحلل هي الأخرى، منتجةً إشعاعًا. وقد تكون النواة الناتجة الثانية مشعة أيضًا. وهذا قد يؤدي إلى سلسلة من عمليات التحلل تُسمى سلسلة التحلل (راجع هذه المقالة للاطلاع على تفاصيل محددة حول سلاسل التحلل الطبيعية المهمة). في النهاية، تُنتج نواة مستقرة. أي نواة ناتجة عن تحلل ألفا ستؤدي أيضًا إلى تكوين ذرات هيليوم.

قد يكون لبعض النويدات المشعة عدة مسارات اضمحلال مختلفة. على سبيل المثال،يتحلل 35.94(6) % [ 28 ] من البزموت-212 ، من خلال انبعاث جسيمات ألفا، إلى الثاليوم-208 بينمايتحلل 64.06(6) % من البزموت -212 ، عبر انبعاث جسيمات بيتا، إلى بولونيوم-212 . يُعد كل من الثاليوم-208 والبولونيوم -212 نواتج تحلل مشعة للبزموت-212، ويتحلل كلاهما مباشرةً إلى رصاص-208 مستقر .

التواجد والتطبيقات

وفقًا لنظرية الانفجار العظيم ، تم إنتاج النظائر المستقرة لأخف ثلاثة عناصر ( الهيدروجين ، والهيليوم، وآثار من الليثيوم ) بعد فترة وجيزة من نشأة الكون، في عملية تُعرف باسم التخليق النووي للانفجار العظيم . لا تزال هذه النوى المستقرة الأخف (بما في ذلك الديوتيريوم ) موجودة حتى اليوم، بينما تحللت النظائر المشعة للعناصر الخفيفة التي تم إنتاجها في الانفجار العظيم (مثل التريتيوم ) منذ زمن بعيد. لم يتم إنتاج نظائر العناصر الأثقل من البورون على الإطلاق في الانفجار العظيم، ولا تمتلك هذه العناصر الخمسة الأولى أي نظائر مشعة طويلة العمر. وبالتالي، فإن جميع النوى المشعة حديثة نسبيًا مقارنةً بنشأة الكون، إذ تشكلت لاحقًا في أنواع أخرى من التخليق النووي في النجوم (وخاصةً المستعرات العظمى )، وأيضًا خلال التفاعلات المستمرة بين النظائر المستقرة والجسيمات عالية الطاقة. على سبيل المثال، الكربون-14 ، وهو نظير مشع يبلغ عمر النصف له 1400 ميكرومتر فقط .5700(30) سنة، [ 28 ] يتم إنتاجها باستمرار في الغلاف الجوي العلوي للأرض بسبب التفاعلات بين الأشعة الكونية والنيتروجين.

تُسمى النوى الناتجة عن التحلل الإشعاعي بالنوى المشعة ، سواء كانت مستقرة أم لا. توجد نوى مشعة مستقرة تشكلت من نوى مشعة منقرضة قصيرة العمر في النظام الشمسي المبكر. [ 29 ] [ 30 ] ويمكن الاستدلال على وجود هذه النوى المشعة المستقرة (مثل الزينون-129 الناتج عن اليود-129 المنقرض ) في مقابل النوى المستقرة البدائية بوسائل مختلفة.

استُخدم التحلل الإشعاعي في تقنية الوسم بالنظائر المشعة ، والتي تُستخدم لتتبع مسار مادة كيميائية عبر نظام معقد (مثل كائن حي ). تُصنّع عينة من المادة بتركيز عالٍ من الذرات غير المستقرة. ويُحدد وجود المادة في جزء من النظام عن طريق رصد مواقع أحداث التحلل.

انطلاقًا من فرضية أن التحلل الإشعاعي عشوائي تمامًا (وليس مجرد فوضوي )، فقد استُخدم في مولدات الأرقام العشوائية في الأجهزة . ولأن هذه العملية لا يُعتقد أنها تتغير بشكل كبير في آليتها مع مرور الوقت، فهي أيضًا أداة قيّمة في تقدير الأعمار المطلقة لبعض المواد. بالنسبة للمواد الجيولوجية، تُحتبس النظائر المشعة وبعض نواتج تحللها عند تصلب الصخور، ويمكن استخدامها لاحقًا (مع مراعاة العديد من الشروط المعروفة) لتقدير تاريخ التصلب. وتشمل هذه الشروط التحقق من نتائج عدة عمليات متزامنة ونواتجها مقابل بعضها البعض، ضمن العينة نفسها. وبطريقة مماثلة، ومع مراعاة الشروط أيضًا، يمكن تقدير معدل تكوّن الكربون-14 في عصور مختلفة، وتاريخ تكوّن المادة العضوية خلال فترة زمنية معينة مرتبطة بنصف عمر النظير، لأن الكربون-14 يُحتبس عندما تنمو المادة العضوية وتدمج الكربون-14 الجديد من الهواء. بعد ذلك، تنخفض كمية الكربون-14 في المادة العضوية وفقًا لعمليات التحلل التي يمكن أيضًا التحقق منها بشكل مستقل بوسائل أخرى (مثل فحص الكربون-14 في حلقات الأشجار الفردية، على سبيل المثال).

تأثير زيلارد-تشالمرز

تأثير زيلارد-تشالمرز هو كسر الرابطة الكيميائية نتيجةً للطاقة الحركية المكتسبة من التحلل الإشعاعي. ويحدث هذا التأثير بامتصاص الذرة للنيوترونات، وما يتبعه من انبعاث لأشعة غاما، مصحوبة غالبًا بكميات كبيرة من الطاقة الحركية. وبحسب قانون نيوتن الثالث ، تدفع هذه الطاقة الحركية الذرة المتحللة، مما يجعلها تتحرك بسرعة كافية لكسر الرابطة الكيميائية. [ 31 ] ويمكن استخدام هذا التأثير لفصل النظائر بالوسائل الكيميائية.

اكتُشف تأثير زيلارد-تشالمرز عام 1934 على يد ليو زيلارد وتوماس أ. تشالمرز. [ 32 ] لاحظا أنه بعد قصف يوديد الإيثيل السائل بالنيوترونات، يؤدي كسر الرابطة فيه إلى إزالة اليود المشع. [ 33 ]

أصول النويدات المشعة

تُعدّ النظائر المشعة البدائية الموجودة في الأرض بقايا انفجارات مستعرات عظمى قديمة حدثت قبل تكوّن النظام الشمسي . وهي تمثل جزءًا من النظائر المشعة التي نجت منذ ذلك الوقت، مرورًا بتكوّن السديم الشمسي البدائي ، وتراكم الكواكب ، وصولًا إلى الوقت الحاضر. أما النظائر المشعة قصيرة العمر الموجودة بشكل طبيعي في صخور اليوم ، فهي نتاج تلك النظائر المشعة البدائية. ومن المصادر الثانوية الأخرى للنظائر المشعة الطبيعية النظائر الكونية ، التي تتشكل نتيجة قصف الأشعة الكونية للمواد في الغلاف الجوي أو القشرة الأرضية . ويساهم تحلل النظائر المشعة في صخور وشاح الأرض وقشرتها بشكل كبير في ميزانية الحرارة الداخلية للأرض .

العمليات التجميعية

على الرغم من أن عملية التحلل الإشعاعي الأساسية تتم على مستوى الجسيمات دون الذرية، إلا أنها تاريخياً وفي معظم الحالات العملية تُلاحظ في المواد الصلبة ذات الأعداد الهائلة من الذرات. يناقش هذا القسم نماذج تربط الأحداث على المستوى الذري بالملاحظات الإجمالية.

مصطلحات

يتميز معدل اضمحلال المادة المشعة ، أو نشاطها ، بالمعايير التالية التي لا تعتمد على الزمن:

  • نصف العمر ، t 1/2 ، هو الوقت اللازم لانخفاض نشاط كمية معينة من مادة مشعة إلى نصف قيمتها الأولية.
  • ثابت الاضمحلال ، λ " لامدا " ، وهو مقلوب متوسط ​​العمر (في s −1 )، ويشار إليه أحيانًا ببساطة باسم معدل الاضمحلال .
  • متوسط ​​العمر ، τ " tau "، متوسط ​​العمر (1/ e عمر) الجسيم المشع قبل التحلل.

على الرغم من كونها ثوابت، إلا أنها مرتبطة بالسلوك الإحصائي لمجموعات الذرات. ونتيجة لذلك، تكون التنبؤات التي تستخدم هذه الثوابت أقل دقة بالنسبة لعينات الذرات متناهية الصغر.

من حيث المبدأ، يمكن استخدام نصف العمر، أو ثلث العمر، أو حتى (1/√2) العمر، بنفس طريقة استخدام نصف العمر تمامًا؛ ولكن تم اعتماد متوسط ​​العمر ونصف العمر t 1/2 كأوقات قياسية مرتبطة بالانحلال الأسي.

يمكن ربط هذه المعايير بالمعايير التالية التي تعتمد على الوقت:

  • النشاط الكلي (أو النشاط فقط )، A ، هو عدد الاضمحلالات لكل وحدة زمنية لعينة مشعة.
  • عدد الجسيمات ، N ، في العينة.
  • النشاط النوعي ، a ، هو عدد مرات التحلل لكل وحدة زمنية لكل كمية من المادة في العينة عند الزمن t = 0. ويمكن أن تكون "كمية المادة" هي كتلة العينة الأولية أو حجمها أو عدد مولاتها.

وترتبط هذه الأمور ببعضها البعض على النحو التالي:

ت1/2=ln⁡(2)λ=τln⁡(2)أ=-دشمالدت=λشمال=ln⁡(2)ت1/2شمالSأأ0=-دشمالدت|ت=0=λشمال0{\displaystyle {\begin{align}t_{1/2}&={\frac {\ln(2)}{\lambda }}=\tau \ln(2)\\[2pt]A&=-{\frac {\mathrm {d} N}{\mathrm {d} t}}=\lambda N={\frac {\ln(2)}{t_{1/2}}}N\\[2pt]S_{A}a_{0}&=-{\frac {\mathrm {d} N}{\mathrm {d} t}}{\bigg |}_{t=0}=\lambda N_{0}\end{محاذاة}}}

حيث N 0 هي الكمية الأولية للمادة الفعالة  - وهي مادة تحتوي على نفس النسبة المئوية من الجسيمات غير المستقرة كما كانت عند تكوين المادة.

الافتراضات

تعتمد الرياضيات الخاصة بالتحلل الإشعاعي على افتراض أساسي مفاده أن نواة النظير المشع لا تملك "ذاكرة" أو أي وسيلة لترجمة تاريخها إلى سلوكها الحالي. فالنواة لا "تشيخ" بمرور الزمن. وبالتالي، فإن احتمال تحللها لا يزداد مع مرور الوقت، بل يبقى ثابتًا، بغض النظر عن مدة وجودها. قد يختلف هذا الاحتمال الثابت اختلافًا كبيرًا بين أنواع النوى المختلفة، مما يؤدي إلى تعدد معدلات التحلل الملحوظة. ومع ذلك، مهما كان الاحتمال، فإنه لا يتغير بمرور الوقت. وهذا يتناقض بشكل ملحوظ مع الأجسام المعقدة التي تظهر عليها علامات الشيخوخة، مثل السيارات والبشر. فهذه الأنظمة المتقادمة لديها فرصة للتحلل في وحدة الزمن تزداد منذ لحظة نشأتها.

تُنمذج العمليات التجميعية، مثل الاضمحلال الإشعاعي لمجموعة من الذرات، والتي يكون فيها احتمال حدوث حدث واحد ضئيلاً للغاية، ولكن عدد الفترات الزمنية كبير جدًا بحيث يكون معدل الأحداث معقولًا، باستخدام توزيع بواسون المتقطع. يُعد الاضمحلال الإشعاعي وتفاعلات الجسيمات النووية مثالين على هذه العمليات التجميعية. [ 34 ] تُختزل رياضيات عمليات بواسون إلى قانون الاضمحلال الأسي ، الذي يصف السلوك الإحصائي لعدد كبير من النوى، بدلاً من نواة واحدة. في الصيغة التالية، يكون عدد النوى، أو عدد النوى N ، متغيرًا متقطعًا ( عددًا طبيعيًا )، ولكن بالنسبة لأي عينة فيزيائية، يكون N كبيرًا جدًا بحيث يمكن التعامل معه كمتغير مستمر. يُستخدم حساب التفاضل والتكامل لنمذجة سلوك الاضمحلال النووي.

عملية اضمحلال واحدة

لنفترض حالة نواة A تتحلل إلى نواة أخرى B من خلال عملية ما A → B (انبعاث جسيمات أخرى، مثل نيوترينوات الإلكترون νلا علاقة لالإلكترونات (e وe−كما فيتحلل بيتا) بما يلي. تحلل النواة غير المستقرة عشوائي تمامًا مع مرور الوقت، لذا يستحيل التنبؤ بموعد تحلل ذرة معينة. ومع ذلك، فإن احتمالية تحللها متساوية في أي لحظة زمنية. لذلك، عند إعطاء عينة من نظير مشع معين، فإن عدد أحداث التحلل(−dN)المتوقع حدوثها في فترة زمنية قصيرة(dt)يتناسب مع عدد الذرات الموجودة(N)، أي [ 35 ].

-دشمالدت∝شمال{\displaystyle -{\frac {\mathrm {d} N} {\mathrm {d} t}}\propto N}

تتحلل النويدات المشعة بمعدلات مختلفة، لذا فإن لكل منها ثابت تحلل خاص بها λ . ويتناسب معدل التحلل المتوقع −dN / N طرديًا مع الزيادة الزمنية dt .

-دشمالشمال=λدت{\displaystyle -{\frac {\mathrm {d} N}{N}}=\lambda \mathrm {d} t}

تشير الإشارة السالبة إلى أن قيمة N تتناقص مع مرور الوقت، حيث تتوالى أحداث التحلل تباعًا. حل هذه المعادلة التفاضلية من الدرجة الأولى هو الدالة :

شمال(ت)=شمال0هـ-λت{\displaystyle N(t)=N_{0}\,e^{-{\lambda }t}}

حيث N 0 هي قيمة N عند الزمن t = 0، مع ثابت الاضمحلال المعبر عنه بـ λ [ 35 ]

لدينا لكل وقت t :

شمالأ+شمالب=شمالالمجموع=شمالأ0،{\displaystyle N_{A}+N_{B}=N_{\text{total}}=N_{A0},}

حيث N الإجمالي هو العدد الثابت للجسيمات طوال عملية التحلل، وهو يساوي العدد الأولي لنوى A لأن هذه هي المادة الأولية.

إذا كان عدد نوى A غير المتحللة هو:

شمالأ=شمالأ0هـ-λت{\displaystyle N_{A}=N_{A0}e^{-\lambda t}}

ثم يكون عدد نوى B (أي عدد نوى A المتحللة ) هو

شمالب=شمالأ0-شمالأ=شمالأ0-شمالأ0هـ-λت=شمالأ0(1-هـ-λت).{\displaystyle N_{B}=N_{A0}-N_{A}=N_{A0}-N_{A0}e^{-\lambda t}=N_{A0}\left(1-e^{-\lambda t}\right).}

يخضع عدد حالات الاضمحلال المرصودة خلال فترة زمنية محددة لإحصاءات بواسون . إذا كان متوسط ​​عدد حالات الاضمحلال هو ⟨N⟩ ، فإن احتمال حدوث عدد معين من حالات الاضمحلال N هو [ 35 ]

P(شمال)=⟨شمال⟩شمالخبرة⁡(-⟨شمال⟩)شمال!.{\displaystyle P(N)={\frac {\langle N\rangle ^{N}\exp(-\langle N\rangle )}{N!}}.}

عمليات التحلل المتسلسل

سلسلة من اضمحلالين

لنفترض الآن حالة سلسلة من تحللين: تحلل نظير A إلى نظير B بعملية معينة، ثم تحلل B إلى نظير C بعملية أخرى، أي A → B → C. لا يمكن تطبيق المعادلة السابقة على سلسلة التحلل، ولكن يمكن تعميمها كما يلي: بما أن A يتحلل إلى B ، ثم يتحلل B إلى C ، فإن نشاط A يُضاف إلى العدد الإجمالي لنظائر B في العينة الحالية، قبل أن تتحلل نظائر B هذه وتُقلل عدد النظائر المؤدية إلى العينة اللاحقة. بعبارة أخرى، يزداد عدد نوى الجيل الثاني B نتيجة لتحلل نوى الجيل الأول A ، وينقص نتيجة لتحلله هو نفسه إلى نوى الجيل الثالث C. [ 36 ] مجموع هذين الحدين يُعطي قانون سلسلة تحلل لنظيرين :

دشمالبدت=-λبشمالب+λأشمالأ.{\displaystyle {\frac {\mathrm {d} N_{B}}{\mathrm {d} t}}=-\lambda _{B}N_{B}+\lambda _{A}N_{A}.}

يرتبط معدل تغير N B ، أي d N B /d t ، بالتغيرات في كميات A و B ، ويمكن أن يزداد N B عندما يتم إنتاج B من A وينخفض ​​عندما ينتج B C.

إعادة الكتابة باستخدام النتائج السابقة:

دشمالبدت=-λبشمالب+λأشمالأ0هـ-λأت{\displaystyle {\frac {\mathrm {d} N_{B}}{\mathrm {d} t}}=-\lambda _{B}N_{B}+\lambda _{A}N_{A0}e^{-\lambda _{A}t}}

تشير الرموز السفلية ببساطة إلى النوى المعنية، أي أن N<sub> A </sub> هو عدد النوى من النوع A ؛ وNA <sub> 0</sub> هو العدد الأولي للنوى من النوع A ؛ وλ<sub> A</sub> هو ثابت الاضمحلال للنواة A ، وبالمثل بالنسبة للنواة B. حل هذه المعادلة لإيجاد N<sub> B </sub> يعطي:

شمالب=شمالأ0λأλب-λأ(هـ-λأت-هـ-λبت).{\displaystyle N_{B}={\frac {N_{A0}\lambda _{A}}{\lambda _{B}-\lambda _{A}}}\left(e^{-\lambda _{A}t}-e^{-\lambda _{B}t}\right).}

في حالة كون B نويدة مستقرة ( λB = 0)، فإن هذه المعادلة تختزل إلى الحل السابق:

ليمλب→0[شمالأ0λأλب-λأ(هـ-λأت-هـ-λبت)]=شمالأ0λأ0-λأ(هـ-λأت-1)=شمالأ0(1-هـ-λأت)،{\displaystyle \lim _{\lambda _{B}\rightarrow 0}\left[{\frac {N_{A0}\lambda _{A}}{\lambda _{B}-\lambda _{A}}}\left(e^{-\lambda _{A}t}-e^{-\lambda _{B}t}\right)\right]={\frac {N_{A0}\lambda _{A}}{0-\lambda _{A}}}\left(e^{-\lambda _{A}t}-1\right)=N_{A0}\left(1-e^{-\lambda _{A}t}\right),}

كما هو موضح أعلاه لحالة اضمحلال واحد. يمكن إيجاد الحل باستخدام طريقة عامل التكامل ، حيث يكون عامل التكامل هو e λ B t . ولعل هذه الحالة هي الأكثر فائدة، إذ يمكن من خلالها اشتقاق كل من معادلة الاضمحلال الواحد (أعلاه) ومعادلة سلاسل الاضمحلال المتعددة (أدناه) بشكل مباشر.

سلسلة من أي عدد من التحللات

في الحالة العامة لأي عدد من الاضمحلالات المتتالية في سلسلة اضمحلال، أي A₁ → A₂ → Aᵢ → AᵢD ، حيث D هو عدد الاضمحلالات و i هو فهرس وهمي ( i = 1 ، 2، 3، ...، D )، يمكن إيجاد عدد كل نويدة بدلالة عدد النظائر السابقة. في هذه الحالة ، N₂ = 0 ، N₃ = 0 ، ...، NᵢD = 0. باستخدام النتيجة السابقة في صيغة تكرارية :

دشمالجدت=-λجشمالج+λج-1شمال(ج-1)0هـ-λج-1ت.{\displaystyle {\frac {\mathrm {d} N_{j}}{\mathrm {d} t}}=-\lambda _{j}N_{j}+\lambda _{j-1}N_{(j-1)0}e^{-\lambda _{j-1}t}.}

الحل العام للمسألة المتكررة يتم إعطاؤه بواسطة معادلات باتمان : [ 37 ]

معادلات باتمان

شمالد=شمال1(0)λد∑أنا=1دλأناجأناهـ-λأناتجأنا=∏ج=1،أنا≠جدλجλج-λأنا{\displaystyle {\begin{aligned}N_{D}&={\frac {N_{1}(0)}{\lambda _{D}}}\sum _{i=1}^{D}\lambda _{i}c_{i}e^{-\lambda _{i}t}\\[3pt]c_{i}&=\prod _{j=1,i\neq j}^{D}{\frac {\lambda _{j}}{\lambda _{j}-\lambda _{i}}}\end{aligned}}}

منتجات متعددة

في جميع الأمثلة السابقة، يتحلل النظير الأولي إلى ناتج واحد فقط. [ 38 ] لنفترض وجود نظير أولي واحد يمكن أن يتحلل إلى أحد ناتجين، وهما A → B و A → C بالتوازي. على سبيل المثال، في عينة من البوتاسيوم-40 ، يتحلل 89.3% من النوى إلى كالسيوم-40 و10.7% إلى أرجون-40 . لدينا لجميع الأزمنة t :

شمال=شمالأ+شمالب+شمالج{\displaystyle N=N_{A}+N_{B}+N_{C}}

وهو ثابت، لأن العدد الإجمالي للنوى يظل ثابتًا. وبالتفاضل بالنسبة للزمن:

دشمالأدت=-(دشمالبدت+دشمالجدت)-λشمالأ=-شمالأ(λب+λج){\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {\mathrm {d} N_{A}}{\mathrm {d} t}}&=-\left({\frac {\mathrm {d} N_{B}}{\mathrm {d} t}}+{\frac {\mathrm {d} N_{C}}{\mathrm {d} t}}\right)\\-\lambda N_{A}&=-N_{A}\left(\lambda _{B}+\lambda _{C}\right)\\\end{aligned}}}

تعريف ثابت الاضمحلال الكلي λ بدلالة مجموع ثوابت الاضمحلال الجزئي λ B و λ C :

λ=λب+λج.{\displaystyle \lambda =\lambda _{B}+\lambda _{C}.}

حل هذه المعادلة لإيجاد قيمة N A :

شمالأ=شمالأ0هـ-λت.{\displaystyle N_{A}=N_{A0}e^{-\lambda t}.}

حيث N A 0 هو العدد الأولي للنواة A. عند قياس إنتاج نوية واحدة، لا يمكن ملاحظة سوى ثابت الاضمحلال الكلي λ . يحدد ثابتا الاضمحلال λ B و λ C احتمالية أن ينتج عن الاضمحلال النواتج B أو C كما يلي:

شمالب=λبλشمالأ0(1-هـ-λت)،{\displaystyle N_{B}={\frac {\lambda _{B}}{\lambda }}N_{A0}\left(1-e^{-\lambda t}\right),}
شمالج=λجλشمالأ0(1-هـ-λت).{\displaystyle N_{C}={\frac {\lambda _{C}}{\lambda }}N_{A0}\left(1-e^{-\lambda t}\right).}

لأن نسبة λ B / λ من النوى تتحلل إلى B بينما نسبة λ C / λ من النوى تتحلل إلى C.

نتائج القوانين

يمكن أيضًا كتابة المعادلات المذكورة أعلاه باستخدام كميات تتعلق بعدد جسيمات النظائر N في العينة؛

  • النشاط: A = λN .
  • كمية المادة : ن = ن / ن أ .
  • الكتلة : m = Mn = MN / N A .​

حيث N A =6.022 140 76 × 10 23  mol −1 ‍ [39 ] هو ثابت أفوجادرو ، و M هي الكتلة المولية للمادة بالكيلوجرام/مول، وكمية المادة n بالمولات .

توقيت الاضمحلال: التعريفات والعلاقات

الثابت الزمني ومتوسط ​​العمر

بالنسبة لحل الاضمحلال الأحادي A → B :

شمال=شمال0هـ-λت=شمال0هـ-ت/τ،{\displaystyle N=N_{0}\,e^{-{\lambda }t}=N_{0}\,e^{-t/\tau },\,\!}

تشير المعادلة إلى أن ثابت الاضمحلال λ له وحدات t −1 ، وبالتالي يمكن تمثيله أيضًا على أنه 1/ τ ، حيث τ هو وقت مميز للعملية يسمى ثابت الزمن .

في عملية التحلل الإشعاعي، يمثل هذا الثابت الزمني أيضًا متوسط ​​عمر الذرات المتحللة. تعيش كل ذرة لفترة زمنية محددة قبل أن تتحلل، ويمكن إثبات أن متوسط ​​العمر هذا هو المتوسط ​​الحسابي لأعمار جميع الذرات، وأنه τ ، والذي يرتبط بدوره بثابت التحلل كما يلي:

τ=1λ.{\displaystyle \tau ={\frac {1}{\lambda }}.}

ينطبق هذا الشكل أيضًا على عمليات التحلل المزدوج في وقت واحد A → B + C ، مع إدخال القيم المكافئة لثوابت التحلل (كما هو موضح أعلاه).

λ=λب+λج{\displaystyle \lambda =\lambda _{B}+\lambda _{C}\,}

يؤدي دخول محلول التحلل إلى:

1τ=λ=λب+λج=1τب+1τج{\displaystyle {\frac {1}{\tau }}=\lambda =\lambda _{B}+\lambda _{C}={\frac {1}{\tau _{B}}}+{\frac {1}{\tau _{C}}}\,}
محاكاة لعدد كبير من الذرات المتطابقة التي تخضع للتحلل الإشعاعي، بدءًا إما بأربع ذرات (يسارًا) أو بأربعمائة ذرة (يمينًا). يشير الرقم في الأعلى إلى عدد فترات نصف العمر التي انقضت.

نصف العمر

يُعدّ نصف العمر (T 1/2 ) أحد المعايير الأكثر شيوعًا . فعند إعطاء عينة من نظير مشع معين، يُعرّف نصف العمر بأنه الزمن اللازم لتحلل نصف ذرات هذا النظير. في حالة التفاعلات النووية أحادية التحلل:

شمال=شمال0هـ-λت=شمال0هـ-ت/τ،{\displaystyle N=N_{0}\,e^{-{\lambda }t}=N_{0}\,e^{-t/\tau },\,\!}

يرتبط عمر النصف بثابت الاضمحلال كما يلي: ضع N = N₀ / 2 و t = T₁ /2 لتحصل على

ت1/2=ln⁡2λ=τln⁡2.{\displaystyle t_{1/2}={\frac {\ln 2}{\lambda }}=\tau \ln 2.}

تُظهر هذه العلاقة بين عمر النصف وثابت الاضمحلال أن المواد شديدة الإشعاع تُستهلك بسرعة، بينما تدوم المواد ذات الإشعاع الضعيف لفترة أطول. وتختلف أعمار النصف للنويدات المشعة المعروفة بما يقارب 54 رتبة مقدارية، من أكثر من2.25(9) × 10 24 سنة (6.9 × 10 31 ثانية) للنظير شبه المستقر 128 Te ، إلى8.6(6) × 10 −23 ثانية للنظير غير المستقر للغاية 5H . [ 28 ]

ينتج عامل ln(2) في العلاقات المذكورة أعلاه من كون مفهوم "نصف العمر" مجرد طريقة لاختيار أساس مختلف عن الأساس الطبيعي e لتعبير العمر. الثابت الزمني τ هو عمر e⁻¹   ، أي الزمن اللازم لبقاء 1/e فقط ، أي حوالي 36.8%، بدلاً من 50% في نصف عمر النظير المشع. وبالتالي، فإن τ أطول من t¹ /² . ويمكن إثبات صحة المعادلة التالية:

شمال(ت)=شمال0هـ-ت/τ=شمال02-ت/ت1/2.{\displaystyle N(t)=N_{0}\,e^{-t/\tau }=N_{0}\,2^{-t/t_{1/2}}.\,\!}

بما أن التحلل الإشعاعي عملية أسية ذات احتمالية ثابتة، فإنه يمكن وصف كل عملية بسهولة بفترة زمنية ثابتة مختلفة، تُعرف (على سبيل المثال) بـ "عمر الثلث" (المدة اللازمة حتى يتبقى ثلث المادة المشعة فقط) أو "عمر العشر" (المدة اللازمة حتى يتبقى 10% فقط)، وهكذا. لذا، فإن اختيار τ و t 1/2 كأوقات مرجعية هو مجرد إجراء تسهيلي وعرفي. ولا يعكس هذا الاختيار مبدأً أساسياً إلا بقدر ما يُظهر أن النسبة نفسها من مادة مشعة معينة ستتحلل خلال أي فترة زمنية يتم اختيارها.

رياضيًا، يمكن إيجاد العمر النوني للحالة المذكورة أعلاه بنفس الطريقة المذكورة أعلاه - وذلك بوضع N = N₀ / n و t = T₁ / n والتعويض في حل الاضمحلال للحصول على

ت1/ن=ln⁡نλ=τln⁡ن.{\displaystyle t_{1/n}={\frac {\ln n}{\lambda }}=\tau \ln n.}

مثال للكربون-14

يبلغ عمر النصف للكربون-145700(30) سنة [ 28 ] ومعدل تحلل يبلغ 14 تفككًا في الدقيقة (dpm) لكل غرام من الكربون الطبيعي.

إذا تم العثور على قطعة أثرية تحتوي على نشاط إشعاعي قدره 4 ديسيبل لكل غرام من الكربون الموجود فيها، فيمكننا إيجاد العمر التقريبي للقطعة باستخدام المعادلة أعلاه:

شمال=شمال0هـ-ت/τ،{\displaystyle N=N_{0}\,e^{-t/\tau },}

أين:

شمالشمال0=4/14≈0.286،τ=تي1/2ln⁡2≈8267 سنين،ت=-τln⁡شمالشمال0≈10356 سنين.{\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {N}{N_{0}}}&=4/14\approx 0.286,\\\tau &={\frac {T_{1/2}}{\ln 2}}\approx 8267{\text{ years}},\\t&=-\tau \,\ln {\frac {N}{N_{0}}}\approx 10356{\text{ years}}.\end{aligned}}}

أسعار الصرف المتغيرة

من المعروف أن أنماط الاضمحلال الإشعاعي، المتمثلة في التقاط الإلكترون والتحويل الداخلي، تتأثر بشكل طفيف بالعوامل الكيميائية والبيئية التي تُغير البنية الإلكترونية للذرة، مما يؤثر بدوره على وجود إلكترونات 1s و2s المشاركة في عملية الاضمحلال. ويتأثر عدد قليل من النوى. [ 40 ] على سبيل المثال، يمكن للروابط الكيميائية أن تؤثر على معدل التقاط الإلكترون بدرجة طفيفة (أقل من 1% عمومًا) اعتمادًا على قرب الإلكترونات من النواة. في نظير البريليوم-7 ، لوحظ فرق بنسبة 0.9% بين عمر النصف في البيئات المعدنية والعازلة. [ 41 ] ويعود هذا التأثير الكبير نسبيًا إلى أن البريليوم ذرة صغيرة تقع إلكترونات تكافؤها في مدارات ذرية 2s ، والتي تخضع لالتقاط الإلكترون في نظير البريليوم-7 لأنها (مثل جميع المدارات الذرية s في جميع الذرات) تخترق النواة بشكل طبيعي.

في عام 1992، لاحظ يونغ وزملاؤه من مجموعة أبحاث الأيونات الثقيلة في دارمشتات تسارعًا في اضمحلال بيتا السالب لنظير الديسبيروزيوم -163 ( 163Dy 66+) . على الرغم من أن الديسبيروزيوم -163 المتعادل نظير مستقر، إلا أن الديسبيروزيوم -163 المتأين بالكامل ( 163Dy 66+ ) يخضع لاضمحلال بيتا السالب إلى الغلافين K وL ليتحول إلى الهولميوم-163 ( 163Ho 66+ ) بنصف عمر يبلغ 47 يومًا. [ 42 ]   

يُعدّ الرينيوم-187 مثالًا رائعًا آخر. يخضع الرينيوم -187 عادةً لتحلل بيتا إلى الأوزميوم -187 بنصف عمر يبلغ 41.6 مليار  سنة، [ 43 ] لكن الدراسات التي أُجريت باستخدام ذرات الرينيوم -187 المتأينة كليًا (النوى المجردة) وجدت أن هذا العمر قد ينخفض ​​إلى 32.9 سنة فقط. [ 44 ] يُعزى ذلك إلى " تحلل بيتا السالب في الحالة المرتبطة " للذرة المتأينة كليًا - حيث ينبعث الإلكترون إلى "الغلاف K" (المدار الذري 1s)، وهو ما لا يمكن أن يحدث للذرات المتعادلة التي تكون فيها جميع حالات الارتباط ذات الطاقة المنخفضة مشغولة. [ 45 ] 

مثال على التغيرات اليومية والموسمية في استجابة كاشف أشعة جاما.

أظهرت العديد من التجارب أن معدلات اضمحلال أنماط أخرى من النظائر المشعة الاصطناعية والطبيعية لا تتأثر، بدرجة عالية من الدقة، بالظروف الخارجية كدرجة الحرارة والضغط والبيئة الكيميائية والمجالات الكهربائية والمغناطيسية والجاذبية. [ 46 ] وتشير مقارنة التجارب المخبرية على مدى القرن الماضي، ودراسات مفاعل أوكلو النووي الطبيعي (الذي أوضح تأثير النيوترونات الحرارية على الاضمحلال النووي)، والملاحظات الفيزيائية الفلكية لاضمحلال لمعان المستعرات العظمى البعيدة (التي حدثت على مسافة بعيدة، لذا استغرق الضوء وقتًا طويلاً للوصول إلينا)، على سبيل المثال، بقوة إلى أن معدلات الاضمحلال غير المتأثرة ظلت ثابتة (على الأقل في حدود الأخطاء التجريبية الصغيرة) كدالة للزمن أيضًا.

تشير نتائج حديثة إلى احتمال وجود اعتماد ضعيف لمعدلات الاضمحلال على العوامل البيئية. وقد أشارت بعض الدراسات إلى أن قياسات معدلات اضمحلال السيليكون-32 ، والمنغنيز-54 ، والراديوم-226 تُظهر تغيرات موسمية طفيفة (في حدود 0.1%). [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] ومع ذلك، فإن هذه القياسات عرضة بشدة للأخطاء المنهجية، وقد خلصت دراسة لاحقة [ 50 ] إلى عدم وجود دليل على وجود مثل هذه الارتباطات في سبعة نظائر أخرى ( الصوديوم -22 ، والتيتانيوم -44 ، والفضة -108 ، والقصدير -121 ، والباريوم -133 ، والأمريسيوم -241 ، والبلوتونيوم -238 )، وحددت حدودًا عليا لحجم أي تأثيرات من هذا القبيل. أُفيد سابقًا أن اضمحلال الرادون-222 يُظهر تباينات موسمية كبيرة تصل إلى 4% من الذروة إلى الذروة (انظر الرسم البياني)، [ 51 ] وقد اقتُرح أن تكون هذه التباينات مرتبطة إما بنشاط التوهجات الشمسية أو بالمسافة من الشمس، إلا أن التحليل المفصل لعيوب تصميم التجربة، إلى جانب مقارنتها بتجارب أخرى أكثر صرامة وتحكمًا منهجيًا، يدحض هذا الادعاء. [ 52 ]

شذوذ GSI

أثارت سلسلة غير متوقعة من النتائج التجريبية لمعدل اضمحلال الأيونات المشعة الثقيلة عالية الشحنة المتداولة في حلقة تخزين نشاطًا نظريًا في محاولة لإيجاد تفسير مقنع. وُجد أن معدلات الاضمحلال الضعيف لنوعين من المواد المشعة، بنصف عمر يبلغ حوالي 40 ثانية و200 ثانية، تُظهر تذبذبًا ملحوظًا ، بدورة تبلغ حوالي 7 ثوانٍ. [ 53 ] تُعرف هذه الظاهرة المرصودة باسم شذوذ GSI ، حيث أن حلقة التخزين هي منشأة تابعة لمركز GSI هيلمهولتز لأبحاث الأيونات الثقيلة في دارمشتات ، ألمانيا . ولأن عملية الاضمحلال تُنتج نيوترينو إلكتروني ، فإن بعض التفسيرات المقترحة لتذبذب المعدل المرصود تستند إلى خصائص النيوترينو. قوبلت الأفكار الأولية المتعلقة بتذبذب النكهة بالتشكيك. [ 54 ] ويتضمن اقتراح أحدث اختلافات الكتلة بين حالات الطاقة الذاتية لكتلة النيوترينو . [ 55 ]

العمليات النووية

يُعتبر النظير "موجودًا" إذا كان عمر النصف له أكبر من 2 × 10⁻¹⁴ ثانية. هذا حدٌّ اعتباطي؛ أما أعمار النصف الأقصر فتُعتبر رنينًا، مثل نظام يخضع لتفاعل نووي. هذا النطاق الزمني مميز للتفاعل القوي الذي يُولّد القوة النووية . النظائر فقط هي التي تُعتبر قابلة للتحلل وإنتاج النشاط الإشعاعي. [ 56 ] : 568

يمكن أن تكون النوى مستقرة أو غير مستقرة. تتحلل النوى غير المستقرة، ربما على عدة مراحل، حتى تصبح مستقرة. يوجد 251 نواة مستقرة معروفة . وقد ازداد عدد النوى غير المستقرة المكتشفة، حيث بلغ عددها حوالي 3000 نواة في عام 2006. [ 56 ]

تتضمن أكثر أشكال التحلل الإشعاعي الطبيعي شيوعًا، وبالتالي أهمها تاريخيًا، انبعاث جسيمات ألفا، وجسيمات بيتا، وأشعة غاما. ويرتبط كل منها بتفاعل أساسي مسؤول بشكل رئيسي عن النشاط الإشعاعي: [ 57 ] : 142

في تحلل ألفا، ينفصل جسيم يحتوي على بروتونين ونيوترونين، أي ما يعادل نواة هيليوم، عن النواة الأم. تمثل هذه العملية تنافسًا بين التنافر الكهرومغناطيسي بين البروتونات في النواة وقوة الجذب النووي ، وهي بقايا التفاعل القوي. جسيم ألفا هو نواة ذات ترابط قوي للغاية، مما يساعده على الفوز في هذا التنافس في أغلب الأحيان. [ 58 ] : 872 ومع ذلك، تتفكك بعض النوى أو تنشطر إلى جسيمات أكبر، وتتحلل النوى الاصطناعية بانبعاث بروتونات مفردة، أو بروتونات مزدوجة، أو تركيبات أخرى. [ 56 ]

يحوّل تحلل بيتا النيوترون إلى بروتون أو العكس. فعندما يتحلل نيوترون داخل نواة أصلية إلى بروتون، ينتج إلكترون، ونيوترينو مضاد ، ونواة ذات عدد ذري ​​أعلى. وعندما يتحلل بروتون في نواة أصلية إلى نيوترون، ينتج بوزيترون ، ونيوترينو ، ونواة ذات عدد ذري ​​أقل. هذه التغيرات هي مظهر مباشر للتفاعل الضعيف. [ 58 ] : 874

يشبه اضمحلال غاما أنواعًا أخرى من الانبعاث الكهرومغناطيسي: فهو يتوافق مع الانتقالات بين حالة كمومية مثارة وحالة طاقة أدنى. غالبًا ما تترك أي من آليات اضمحلال الجسيمات الجسيم الناتج في حالة مثارة، والتي تضمحل بعد ذلك عبر انبعاث غاما. [ 58 ] : 876

وتشمل أشكال الاضمحلال الأخرى انبعاث النيوترونات ، والتقاط الإلكترونات ، والتحويل الداخلي ، واضمحلال التجمعات . [ 59 ]

علامات التحذير من المخاطر

انظر أيضاً

بوابة التكنولوجيا النووية، بوابة الفيزياءرمز

ملحوظات

مراجع

  1. ↑ "النشاط الإشعاعي: القوى الضعيفة" . النشاط الإشعاعي . دار نشر EDP Sciences. مؤرشف من الأصل في 12 أغسطس 2021. تم الاطلاع عليه في 4 مارس 2020 .
  2. ↑ ستابين، مايكل ج. (2007). "3" . في ستابين، مايكل ج. (محرر). الحماية من الإشعاع وقياس الجرعات: مقدمة في الفيزياء الصحية . سبرينغر . doi : 10.1007/978-0-387-49983-3 . ISBN 978-0-387-49982-6.
  3. ↑ بيست، لارا؛ رودريغز، جورج؛ فيلكر، فيكرام (2013). "1.3". مقدمة ومراجعة في علم الأورام الإشعاعي . دار ديموس للنشر الطبي . ISBN 978-1-62070-004-4.
  4. ↑ لوفلاند، دبليو؛ موريسي، دي؛ سيبورغ، جي تي (2006). الكيمياء النووية الحديثة . وايلي-إنترساينس. ص 57. رمز Bibcode : 2005mnc..book.....L . ISBN  978-0-471-11532-8.
  5. ^ رادفاني، بيير. الشرير جاك (نوفمبر 2017). “اكتشاف النشاط الإشعاعي”. كومتيس ريندوس. اللياقة البدنية . 18 ( 9 – 10): 544 – 550. بيب كود : 2017CRPhy..18..544R . دوى : 10.1016/j.crhy.2017.10.008 .
  6. ↑ مولد، ريتشارد ف. (1995). قرن من الأشعة السينية والنشاط الإشعاعي في الطب : مع التركيز على السجلات الفوتوغرافية للسنوات الأولى (طبعة مع تصحيحات طفيفة ). بريستول: منشورات معهد الفيزياء. ص 12. ISBN    978-0-7503-0224-1.
  7. ^ هنري بيكريل (1896). "Sur les Radis émises par phosphorescent" . كومتيس ريندوس . 122 : 420 – 421.
  8. ↑ Comptes Rendus 122 : 420 (1896)، ترجمة كارمن جونتا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 أبريل 2021.
  9. ^ هنري بيكريل (1896). "Sur les Radis Invisibles émises par les Corps Phosphorescents" . كومتيس ريندوس . 122 : 501 – 503.
  10. ↑ Comptes Rendus 122 : 501–503 (1896)، ترجمة كارمن جونتا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 أبريل 2021.
  11. 1 2 3 4 بايس، أبراهام (2002). القيد الداخلي: المادة والقوى في العالم المادي (طبعة معاد طباعتها ). أكسفورد: مطبعة كلارندون [ua] ISBN  978-0-19-851997-3.
  12. ↑ كاسيمير فاجانس، "التحولات الإشعاعية والنظام الدوري للعناصر". Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft , Nr. 46، 1913، ص 422-439
  13. ↑ فريدريك سودي، "العناصر المشعة والقانون الدوري"، أخبار الكيمياء، العدد 107، 1913، الصفحات 97-99
  14. 1 2 لانونزياتا، مايكل ف. (2007). النشاط الإشعاعي: مقدمة وتاريخ . أمستردام، هولندا: إلسيفير ساينس. ص 2. ISBN  9780080548883.
  15. ↑ بيتروتشي، رالف هـ.؛ هاروود، ويليام س.؛ هيرينغ، ف. جيفري (2002). الكيمياء العامة ( الطبعة الثامنة). برنتيس هول. ص 1025. ISBN   0-13-014329-4.
  16. ↑ سانساري، ك.؛ خانا، ف.؛ كارجودكار، ف. (2011). "ضحايا الأشعة السينية الأوائل: تكريم وتصور حالي" . مجلة طب الأسنان والوجه والفكين الإشعاعي . 40 (2): 123-125 . doi : 10.1259/dmfr/73488299 . ISSN 0250-832X . PMC 3520298. PMID 21239576 .   
  17. 1 2 "رونالد ل. كاثرن وبول ل. زيمر، الخمسون عامًا الأولى من الحماية من الإشعاع، physics.isu.edu" . مؤرشف من الأصل في 12 سبتمبر 2017. تم الاطلاع عليه في 25 نوفمبر 2013 .
  18. ↑ هراباك، م.؛ بادوفان، ر.س.؛ كراليك، م.؛ أوزريتيتش، د.؛ بوتوكي، ك. (يوليو 2008). "نيكولا تيسلا واكتشاف الأشعة السينية" . راديوغرافيكس . 28 (4): 1189-1192 . doi : 10.1148/rg.284075206 . PMID 18635636 . 
  19. ↑ رينتيتزي، ماريا (7 نوفمبر 2017). "ماري كوري ومخاطر الراديوم". فيزياء اليوم (11) 30676. رمز Bibcode : 2017PhT..2017k0676R . doi : 10.1063/PT.6.4.20171107a .
  20. ↑ كلارك، ر. هـ؛ ج. فالنتين (2009). "تاريخ اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع وتطور سياساتها" (ملف PDF) . حوليات اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع . منشورات اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع 109. 39 (1): 75-110 . doi : 10.1016/j.icrp.2009.07.009 . S2CID 71278114. تاريخ الاسترجاع: 12 مايو 2012 . 
  21. ↑ روثرفورد، إرنست (6 أكتوبر 1910). "معايير الراديوم وتسميته" . مجلة نيتشر . 84 (2136): 430-431 . Bibcode : 1910Natur..84..430R . doi : 10.1038/084430a0 .
  22. ↑ 10 CFR 20.1005 . هيئة التنظيم النووي الأمريكية. 2009.
  23. ↑ مجلس الجماعات الأوروبية (21 ديسمبر 1979). "توجيه المجلس 80/181/EEC الصادر في 20 ديسمبر 1979 بشأن تقريب قوانين الدول الأعضاء المتعلقة بوحدات القياس وإلغاء التوجيه 71/354/EEC" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 مايو 2012 .
  24. ↑ كاسيدي، ديفيد؛ هولتون، جيرالد؛ روثرفورد، جيمس (2002). فهم الفيزياء . doi : 10.1007/978-1-4757-7698-0 . ISBN 978-1-4757-7700-0.
  25. ↑ ستينيت، ج.؛ كاربيوس، ب. ج.؛ ميرسر، د. ج.؛ رايلي، ت. د.؛ فو، د. ت. (2024)، "أصل أشعة غاما"، في جيست، ويليام هـ.؛ سانتي، بيتر أ.؛ سوينهو، مارتن ت. (محررون)، التحليل غير المدمر للمواد النووية من أجل الضمانات والأمن ، تشام: سبرينغر نيتشر سويسرا، ص 7-25 ، doi : 10.1007/978-3-031-58277-6_2 ، ISBN  978-3-031-58276-9
  26. ↑ "التحلل الإشعاعي" . chemed.chem.purdue.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 مايو 2022 .
  27. ↑ "CH103 – الفصل 3: النشاط الإشعاعي والكيمياء النووية – الكيمياء" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 يوليو 2022 .
  28. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 كونديڤ، إف جي؛ وانغ، إم؛ هوانغ، دبليو جي؛ نعيمي، إس؛ أودي، جي. (2021). "تقييم NUBASE2020 للخواص النووية" (ملف PDF) . الفيزياء الصينية ج . 45 (3) 030001. doi : 10.1088/1674-1137/abddae .
  29. ↑ كلايتون ، دونالد د. (1983). مبادئ تطور النجوم وتخليق العناصر ( الطبعة الثانية). مطبعة جامعة شيكاغو. ص 75. ISBN   978-0-226-10953-4.
  30. ↑ بولت، بكالوريوس الآداب؛ باكارد، ر. إي؛ برايس، ب. ب. (2007). "جون هـ. رينولدز، الفيزياء: بيركلي" . جامعة كاليفورنيا، بيركلي . تم الاطلاع عليه في 1 أكتوبر 2007 .
  31. ↑ "تأثير زيلارد-تشالمرز" . مرجع أكسفورد . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 ديسمبر 2019 .
  32. ↑ سيلارد، ليو؛ تشالمرز، توماس أ. (1934). "الفصل الكيميائي للعنصر المشع عن نظيره المُقذَف في تأثير فيرمي" . مجلة نيتشر . 134 (3386): 462. Bibcode : 1934Natur.134..462S . doi : 10.1038/134462b0 . S2CID 4129460 . 
  33. ↑ هاربوتل، جارمان؛ سوتين، نورمان (1959). "تفاعل زيلارد-تشالمرز في المواد الصلبة". التقدم في الكيمياء غير العضوية والكيمياء الإشعاعية. 1 : 267-314 . doi : 10.1016/S0065-2792(08)60256-3 .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  34. ↑ ليو، ويليام ر. (1992). "الفصل 4". الإحصاء ومعالجة البيانات التجريبية (تقنيات تجارب الفيزياء النووية والجسيمية ). سبرينغر-فيرلاغ. 
  35. 1 2 3 باتيل، إس بي (2000). الفيزياء النووية: مقدمة . نيودلهي: نيو إيج إنترناشونال. ص 62-72 . ISBN  978-81-224-0125-7.
  36. ↑ مقدمة في الفيزياء النووية، كيه إس كرين، 1988، جون وايلي وأولاده، رقم ISBN 978-0-471-80553-3.
  37. ↑ سيتنار، جيرزي (مايو 2006). "الحل العام لمعادلات بيتمان للتحولات النووية". حوليات الطاقة النووية . 33 (7): 640-645 . Bibcode : 2006AnNuE..33..640C . doi : 10.1016/j.anucene.2006.02.004 .
  38. ↑ ك. س. كرين (1988). مقدمة في الفيزياء النووية . جون وايلي وأولاده، ص 164. ISBN  978-0-471-80553-3.
  39. ↑ "قيمة CODATA لعام 2022: ثابت أفوجادرو" . مرجع المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) للثوابت والوحدات وعدم اليقين . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . مايو 2024. تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 مايو 2024 .
  40. ↑ إيمري، جي تي (ديسمبر 1972). "اضطراب معدلات الاضمحلال النووي". المراجعة السنوية للعلوم النووية . 22 (1): 165-202 . رمز Bibcode : 1972ARNPS..22..165E . doi : 10.1146/annurev.ns.22.120172.001121 .
  41. ↑ وانغ، ب.؛ وآخرون (2006). "تغير نصف عمر التقاط الإلكترون لنظير البريليوم-7 في البيئات المعدنية". المجلة الأوروبية للفيزياء أ . 28 (3): 375-377 . رمز Bibcode : 2006EPJA...28..375W . doi : 10.1140/epja/i2006-10068-x . ISSN 1434-6001 . S2CID 121883028 .   
  42. ↑ جونغ، م.؛ وآخرون (1992). "أول رصد لتحلل بيتا السالب في الحالة المقيدة ". رسائل المراجعة الفيزيائية . 69 (15): 2164-2167 . Bibcode : 1992PhRvL..69.2164J . doi : 10.1103/PhysRevLett.69.2164 . ISSN 0031-9007 . PMID 10046415 .   
  43. ↑ سموليار، إم آي؛ ووكر، آر جيه؛ مورغان، جيه دبليو (1996). "أعمار النيازك الحديدية من المجموعات IIA وIIIA وIVA وIVB باستخدام طريقة الرينيوم-أوزميوم". مجلة ساينس . 271 (5252): 1099-1102 . رمز Bibcode : 1996Sci...271.1099S . doi : 10.1126/science.271.5252.1099 . S2CID 96376008 . 
  44. ↑ بوش، ف.؛ وآخرون (1996). "ملاحظة اضمحلال بيتا السالب في الحالة المقيدة للنظير 187Re المتأين بالكامل : قياس الزمن الكوني 187Re – 187Os ". رسائل المراجعة الفيزيائية . 77 (26): 5190–5193 . Bibcode : 1996PhRvL..77.5190B . doi : 10.1103/PhysRevLett.77.5190 . PMID 10062738 .  
  45. ↑ بوش، ف.؛ وآخرون (1996). "ملاحظة اضمحلال بيتا في الحالة المقيدة للنظير 187Re المتأين بالكامل : 187Re - 187Os في علم الكونيات الزمني". رسائل المراجعة الفيزيائية . 77 (26): 5190-5193 . Bibcode : 1996PhRvL..77.5190B . doi : 10.1103/PhysRevLett.77.5190 . PMID 10062738 .  
  46. ↑ إيمري، جي تي (1972). "اضطراب معدلات الاضمحلال النووي" . المراجعة السنوية للعلوم النووية . 22 (1): 165-202 . رمز Bibcode : 1972ARNPS..22..165E . doi : 10.1146/annurev.ns.22.120172.001121 .
  47. ↑ "لغز التحلل النووي المتفاوت" . عالم الفيزياء . 2 أكتوبر 2008.
  48. ↑ جينكينز، جيري هـ.؛ فيشباخ، إفرايم (2009). "اضطراب معدلات الاضمحلال النووي خلال التوهج الشمسي في 13 ديسمبر 2006". فيزياء الجسيمات الفلكية . 31 (6): 407-411 . arXiv : 0808.3156 . Bibcode : 2009APh....31..407J . doi : 10.1016/j.astropartphys.2009.04.005 . S2CID 118863334 . 
  49. ↑ جينكينز، جيه إتش؛ فيشباخ، إفرايم؛ بانشر، جون بي؛ جرونوالد، جون تي؛ كراوس، دينيس إي؛ ماتس، جوشوا جيه (2009). "دليل على وجود ارتباطات بين معدلات الاضمحلال النووي والمسافة بين الأرض والشمس". فيزياء الجسيمات الفلكية . 32 (1): 42-46 . arXiv : 0808.3283 . Bibcode : 2009APh....32...42J . doi : 10.1016/j.astropartphys.2009.05.004 . S2CID 119113836 . 
  50. ↑ نورمان، إي بي؛ براون، إدغاردو؛ شوغارت، هوارد أ.؛ جوشي، تينزينغ هـ.؛ فايرستون، ريتشارد ب. (2009). "أدلة ضد وجود ارتباطات بين معدلات الاضمحلال النووي والمسافة بين الأرض والشمس" (ملف PDF) . فيزياء الجسيمات الفلكية . 31 ( 2): 135-137 . arXiv : 0810.3265 . Bibcode : 2009APh....31..135N . doi : 10.1016/j.astropartphys.2008.12.004 . OSTI 947764. S2CID 7051382. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 29 يونيو 2010. تم الاطلاع عليه في 23 سبتمبر 2009 .  
  51. ↑ ستوروك، ب.أ.؛ شتاينيتز، ج.؛ فيشباخ، إ.؛ جافورسيك، د.؛ جينكينز، ج.هـ. (2012). "تحليل إشعاع غاما من مصدر رادون: مؤشرات على تأثير شمسي". فيزياء الجسيمات الفلكية . 36 (1): 18-25 . arXiv : 1205.0205 . Bibcode : 2012APh....36...18S . doi : 10.1016/j.astropartphys.2012.04.009 . ISSN 0927-6505 . S2CID 119163371 .  
  52. ↑ بوميه، س.؛ لوتر، ج.؛ مارولي، م.؛ كوسيرت، ك.؛ ناهل، أ. (1 يناير 2018). "حول الادعاء بوجود تعديلات في اضمحلال الرادون وارتباطها بدوران الشمس" . فيزياء الجسيمات الفلكية . 97 : 38-45 . Bibcode : 2018APh....97...38P . doi : 10.1016/j.astropartphys.2017.10.011 . ISSN 0927-6505 . 
  53. ↑ كينلي، ب.، بوش، ف.، بوهلر، ب.، فايسترمانا، ت.، ليتفينوف، يو. أ.، وينكلر، ن.، وآخرون ( 2013 ). "قياس عالي الدقة لالتقاط الإلكترون المداري المُعدَّل زمنيًا واضمحلال بيتا الموجب لأيونات 142Pm60 + الشبيهة بالهيدروجين ". رسائل الفيزياء ب . 726 ( 4-5 ): 638-645 . arXiv : 1309.7294 . Bibcode : 2013PhLB..726..638K . doi : 10.1016/j.physletb.2013.09.033 . ISSN 0370-2693 . S2CID 55085840 .   
  54. ↑ جيونتي، كارلو (2009). "شذوذ زمن GSI: حقائق وخيال". الفيزياء النووية ب: ملاحق وقائع المؤتمر . 188 : 43-45 . arXiv : 0812.1887 . Bibcode : 2009NuPhS.188...43G . doi : 10.1016/j.nuclphysbps.2009.02.009 . ISSN 0920-5632 . S2CID 10196271 .  
  55. ↑ غال، أفراهام (2016). "إشارات النيوترينو في تجارب حلقة التخزين لالتقاط الإلكترون" . التناظر . 8 (6): 49. arXiv : 1407.1789 . Bibcode : 2016Symm....8...49G . doi : 10.3390/sym8060049 . ISSN 2073-8994 . S2CID 14287612 .  
  56. 1 2 3 بفوتزنر، م.؛ كارني، م.؛ غريغورينكو، ل. ف.؛ ريساغر، ك. (30 أبريل 2012). "التحلل الإشعاعي عند حدود الاستقرار النووي". مراجعات الفيزياء الحديثة . 84 (2): 567-619 . arXiv : 1111.0482 . Bibcode : 2012RvMP...84..567P . doi : 10.1103/RevModPhys.84.567 .
  57. ↑ بايس، أبراهام (2002). القيد الداخلي: المادة والقوى في العالم المادي (طبعة مُعاد طباعتها ). أكسفورد: مطبعة كلارندون [ua] ISBN  978-0-19-851997-3.
  58. 1 2 3 أوهانيان، هانز سي. (1994). مبادئ الفيزياء ( الطبعة الأولى). نيويورك: دبليو دبليو نورتون. ISBN  978-0-393-95773-0. OCLC 1311044116 . 
  59. ↑ "أنواع أخرى من التحلل الإشعاعي" . الوكالة الأسترالية للحماية من الإشعاع والسلامة النووية .
  60. ↑ بيان صحفي صادر عن الوكالة الدولية للطاقة الذرية، فبراير 2007