تنشيط النيوترون

خطوات الاستخدام

أدخل عدد الذرات المستهدفة (targetAtoms): هذا هو عدد ذرات المادة التي تتعرض للتنشيط. كلما زاد عدد الذرات، زادت احتمالية التفاعل وبالتالي زاد النشاط الإشعاعي. يتم حسابه عادة من كتلة المادة والكتلة المولية وعدد أفوجادرو.

أدخل تدفق النيوترونات (flux): هو عدد النيوترونات التي تمر عبر وحدة المساحة في الثانية، ويُقاس بوحدة (نيوترون/سم²·ثانية). يحدد شدة مصدر النيوترونات، فكلما زاد التدفق زاد معدل التنشيط.

أدخل المقطع العرضي (crossSection): هو مقياس لاحتمالية تفاعل النيوترون مع النواة، ويُقاس بوحدة barn (1 barn = 10⁻²⁴ سم²). يختلف باختلاف النظير والطاقة.

أدخل زمن التشعيع (time): المدة التي تتعرض فيها المادة للنيوترونات، وتُقاس بالثواني أو أي وحدة زمنية. يحدد كمية النواتج المشعة المتكونة.

الأسئلة الشائعة

معادلة التنشيط النيوتروني الأساسية لحساب النشاط A عند زمن التشعيع t تعطى بالصيغة: A = N σ Φ (1 - e^{-λ t})، حيث N هو عدد الذرات المستهدفة، σ هو المقطع العرضي للتفاعل (عادة ما يكون التفاعل (n,γ))، Φ هو تدفق النيوترونات، وλ هو ثابت الاضمحلال للنظير المشع المتكون (λ = ln(2)/T_{1/2}). اشتقاق هذه المعادلة يأتي من معادلة التفاضل لمعدل التغير في عدد النوى المشعة dn/dt = N σ Φ - λ n، حيث الحد الأول هو معدل الإنتاج (ثابت لافتراض أن N ثابت لكمية صغيرة من التفاعل) والحد الثاني هو معدل الاضمحلال. بحل المعادلة التفاضلية مع الشرط الابتدائي n(0)=0، نحصل على n(t) = (N σ Φ / λ)(1 - e^{-λ t})، ثم النشاط A = λ n(t) = N σ Φ (1 - e^{-λ t}). تفترض هذه المعادلة أن تدفق النيوترونات والمقطع العرضي ثابتان، وأن عدد الذرات المستهدفة لا ينضب بشكل ملحوظ (وهو تقريب جيد إذا كان التفاعل ضعيفاً نسبياً). في الحالات العملية قد نحتاج لتعديلات لنضوب الهدف أو لتغير التدفق.

يظهر تأثير عمر النصف وزمن التشعيع من خلال العامل (1 - e^{-λ t}). عندما يكون زمن التشعيع t صغيراً جداً مقارنة بعمر النصف (أي λ t << 1)، فإن e^{-λ t} ≈ 1 - λ t، وبالتالي يصبح العامل ≈ λ t، والنشاط يقارب N σ Φ t. وهذا يعني أن النشاط يتناسب خطياً مع الزمن في بداية التشعيع. أما عندما يكون t كبيراً جداً (t >> عمر النصف)، فإن e^{-λ t} يقترب من الصفر، ويقترب العامل من 1، ليصل النشاط إلى قيمة التشبع (saturation activity) A_sat = N σ Φ، حيث يتوازن معدل الإنتاج مع معدل الاضمحلال. لذلك، بعد فترة تشعيع تبلغ عدة أعمار نصفية (مثلاً 4-5 أعمار نصفية)، يصبح النشاط قريباً جداً من التشبع ولا تزيد الزيادة بشكل ملحوظ بعد ذلك. هذا أمر مهم في التطبيقات العملية مثل إنتاج النظائر المشعة، حيث يحدد زمن التشعيع الأمثل لتحقيق أقصى نشاط مع مراعاة التكلفة والوقت.

المقطع العرضي للتفاعلات النووية يعتمد بشدة على طاقة النيوترونات. تنقسم النيوترونات إلى حرارية (طاقة حوالي 0.025 eV) وسريعة (طاقة أكبر من 1 MeV). معظم التفاعلات من النوع (n,γ) لها مقاطع عرضية كبيرة للنيوترونات الحرارية، بينما تكون صغيرة للنيوترونات السريعة. على سبيل المثال، المقطع العرضي للكادميوم-113 للنيوترونات الحرارية هو حوالي 20,000 barn، ولكنه أقل بكثير للنيوترونات السريعة. لذا، في مفاعلات الأبحاث غالباً ما يتم استخدام نيوترونات حرارية للتنشيط لزيادة الإنتاجية. ولكن بعض النظائر لا تتفاعل إلا مع النيوترونات السريعة، مثل تفاعلات (n,p) أو (n,α). لذلك، اختيار طيف النيوترونات المناسب يعتمد على النظير المستهدف والتطبيق. الحاسبة هنا تفترض مقطعاً عرضياً فعالاً يتوافق مع طيف النيوترونات المستخدم، ويجب على المستخدم إدخال القيمة المناسبة بناءً على ظروف التشعيع.

لحساب عدد الذرات N في عينة نقية من نظير معين، نستخدم العلاقة: N = (m / M) × N_A، حيث m هي كتلة العينة بالجرام، M هي الكتلة المولية للنظير (بالجرام/مول)، و N_A هو عدد أفوجادرو (6.022×10²³ ذرة/مول). على سبيل المثال، لعينة من الكوبالت-59 كتلتها 10 جرام: M ≈ 59 جم/مول، إذن عدد المولات = 10/59 ≈ 0.1695 مول، و N = 0.1695 × 6.022×10²³ ≈ 1.02×10²³ ذرة. لكن في الواقع، قد تحتوي العينة على خليط من النظائر، لذا يجب معرفة الوفرة النظيرية. إذا كانت العينة تحتوي على نظائر متعددة، فإن عدد الذرات المستهدفة هو N_target = (كتلة العنصر × الوفرة × N_A) / متوسط الكتلة المولية. لذلك، يتطلب الإدخال الدقيق معرفة التركيب النظيري، وخصوصاً إذا كان الهدف هو نظير غير رئيسي. الحاسبة تطلب إدخال عدد الذرات مباشرة، لذا يجب على المستخدم حسابها مسبقاً باستخدام هذه العلاقات.

تنشيط النيوترون

أدخل القيم

خطوات الاستخدام

أمثلة محلولة

أمثلة محسوبة

الأسئلة الشائعة

أدخل القيم

خطوات الاستخدام

حاسبات ذات صلة

أمثلة محسوبة

الأسئلة الشائعة