تتضمن التفاعلات النووية تغيرات في نواة الذرة وغالباً ما تؤدي إلى انبعاث الإشعاع. تعتبر هذه العمليات أساسية في الفيزياء النووية ولها تطبيقات عملية وأحداث طبيعية. إن فهم أنواع التفاعلات النووية، بما في ذلك النشاط الإشعاعي، يقدم نظرة ثاقبة حول كيفية توليد الطاقة في النجوم، وكيفية تأريخ القطع الأثرية القديمة، والمبادئ الكامنة وراء الطاقة النووية والأسلحة.
هناك عدة أنواع رئيسية من التفاعلات النووية: الاندماج والانشطار والتحلل الإشعاعي. يتضمن الاندماج دمج نوى أخف لتكوين نواة أثقل، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة. الانشطار هو انشطار نواة ثقيلة إلى نوى أخف، مما يؤدي أيضًا إلى إطلاق الطاقة. الاضمحلال الإشعاعي هو عملية عفوية تفقد من خلالها نواة الذرة غير المستقرة الطاقة عن طريق انبعاث الإشعاع.
النشاط الإشعاعي هو عملية طبيعية تتحلل فيها النوى الذرية غير المستقرة تلقائيًا، لتشكل نوى مستقرة مع إطلاق الطاقة على شكل إشعاع. هناك ثلاثة أنواع أساسية من الإشعاع: جسيمات ألفا (α)، وجسيمات بيتا (β)، وأشعة جاما (γ) .
الاضمحلال الإشعاعي هو عملية عشوائية على مستوى الذرات الفردية، مما يعني أنه من المستحيل التنبؤ بدقة بموعد اضمحلال ذرة معينة. ومع ذلك، بالنسبة لعدد كبير من الذرات، يمكن وصف معدل الاضمحلال من خلال مقياس إحصائي يعرف باسم عمر النصف .
عمر النصف للنظائر هو الوقت اللازم لتحلل نصف الذرات المشعة في العينة. ويشار إليه بالرمز \(T_{1/2}\) ويختلف بشكل كبير بين النظائر المختلفة. على سبيل المثال، يبلغ عمر النصف للكربون-14 ( \(^{14}\textrm{ج}\) ) حوالي 5730 عامًا، في حين أن عمر النصف لليورانيوم-238 ( \(^{238}\textrm{ش}\) ) حوالي 4.5 مليار سنة.
يتناسب معدل تحلل المادة المشعة بشكل مباشر مع عدد الذرات المشعة الموجودة. يتم وصف هذه العلاقة رياضيا بالمعادلة:
\( -\frac{dN}{dt} = \lambda N \)أين:
وبدمج هذه المعادلة التفاضلية نحصل على قانون الاضمحلال الأسي:
\( N(t) = N_0 e^{-\lambda t} \)حيث \(N_0\) هي الكمية الأولية للمادة. توضح هذه المعادلة الطبيعة الأسية للتحلل الإشعاعي، حيث تتناقص كمية المواد غير المتحللة بشكل كبير مع مرور الوقت.
للنشاط الإشعاعي عدة تطبيقات مهمة:
لقد ساهمت العديد من التجارب الرئيسية في تطوير فهمنا للنشاط الإشعاعي. أحد الأمثلة التاريخية هو تجربة رقائق الذهب التي أجراها إرنست رذرفورد، والتي استخدمت جسيمات ألفا لاستكشاف بنية الذرة. قدمت هذه التجربة دليلاً على وجود النواة الذرية.
في البيئات التعليمية، يمكن إثبات النشاط الإشعاعي باستخدام مصادر إشعاعية وأجهزة كشف آمنة. على سبيل المثال، يمكن للطلاب قياس نصف عمر عينة مشعة معروفة باستخدام عداد جيجر للكشف عن الإشعاع المنبعث ورسم منحنى الاضمحلال مع مرور الوقت.
يعد النشاط الإشعاعي، بأشكاله وتطبيقاته المختلفة، مفهومًا أساسيًا في الفيزياء النووية، حيث يوفر نظرة ثاقبة للقوى التي تربط النواة معًا والعمليات التي يمكن أن تغير النوى الذرية. وقد أدت دراستها إلى تقدم كبير في العلوم والتكنولوجيا والطب.
