التفكك الضوئي

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

التفكك الضوئي (ويُسمى أيضًا التحول الضوئي ، أو التفاعل النووي الضوئي ) هو عملية نووية تمتص فيها نواة الذرة أشعة غاما عالية الطاقة ، وتدخل في حالة إثارة، ثم تتحلل فورًا بإطلاق جسيم دون ذري. وبالتالي، ينخفض ​​العدد الكتلي للنواة المتأثرة. تُسمى هذه التفاعلات (γ,n) و(γ,p) و(γ,α) على التوالي. [ 1 ] يكون هذا التفاعل ماصًا للحرارة (يمتص الطاقة) إذا حدث على عناصر أخف من الحديد، وطاردًا للحرارة (يطلق الطاقة) إذا حدث على عناصر أثقل من الحديد. في التفاعل الماص للحرارة، تكون كتلة النوى الناتجة أكبر، وفقًا لعلاقة الكتلة بالطاقة ، والعكس صحيح في التفاعل الطارد للحرارة.

في عملية غاما ، وهي شكل من أشكال التخليق النووي لعملية البروتون ، يعمل التفكك الضوئي على نوى البذور الموجودة مسبقًا (عادةً ما تكون أثقل من الحديد) ويحولها إلى نظائر أخف وزنًا، فقيرة بالنيوترونات، وغنية بالبروتونات، من خلال سلسلة من تفاعلات (γ,n) و(γ,p) و(γ,α). تُحوّل هذه التفاعلات المادة نحو نظائر أخف وزنًا، فقيرة بالنيوترونات، وغنية بالبروتونات. يُعتقد أن عملية غاما تُساهم في إنتاج نوى البروتون المستقرة ، وخاصة في المستعرات العظمى. [ 2 ] [ 3 ]

في بعض المستعرات العظمى ، يمكن أن يحول التفكك الضوئي الماص للحرارة الكثير من طاقة الإشعاع إلى طاقة كتلة لدرجة أنه يتسبب في انهيار النجم.

التفكك الضوئي للديوتيريوم

يمكن لفوتون يحمل طاقة 2.22 ميغا إلكترون فولت أو أكثر أن يتفكك ضوئياً ذرة من الديوتيريوم :

2 1 د + γ → 1 1 H + ن
يؤدي التفكك الضوئي للديوتيريوم إلى إطلاق بروتون ونيوترون حر .

استخدم جيمس تشادويك وموريس غولدهاير هذا التفاعل لقياس فرق كتلة البروتون والنيوترون. [ 4 ] ولأن الكتلة المقاسة للنيوترون (1.0087 دالتون) كانت أكبر من كتلة ذرة الهيدروجين (1.0078 دالتون)، وهي كتلة من شأنها أن تنخفض أكثر بسبب فرق الطاقة بين حالتي الارتباط، فإن هذه التجربة تثبت أن النيوترون ليس حالة ارتباط بين بروتون وإلكترون، [ 5 ] كما اقترح إرنست رذرفورد .

التفكك الضوئي للبريليوم

يمكن لفوتون يحمل طاقة 1.67 ميغا إلكترون فولت أو أكثر أن يتفكك ضوئياً ذرة من البريليوم-9 (100% من البريليوم الطبيعي، وهو نظيره المستقر الوحيد):

9 4 كن + γ → 2 4 2 هو + ن

يُجمّع الأنتيمون-124 مع البريليوم لصنع مصادر نيوترونية مخبرية ومصادر نيوترونية ابتدائية . يُصدر الأنتيمون-124 (نصف عمره 60.20 يومًا)  جسيمات بيتا السالبة وأشعة غاما بطاقة 1.690 ميغا إلكترون فولت (بالإضافة إلى  انبعاثات خافتة بطاقة 0.602 ميغا إلكترون فولت و9 جسيمات أخرى تتراوح طاقتها بين 0.645 و2.090  ميغا إلكترون فولت)، مما ينتج عنه تيلوريوم-124 مستقر. تعمل أشعة غاما المنبعثة من الأنتيمون-124 على شطر البريليوم-9 إلى جسيمين ألفا ونيوترون بطاقة حركية متوسطة تبلغ 24  كيلو إلكترون فولت (يُسمى نيوترونًا متوسط ​​الطاقة): [ 6 ] [ 7 ]

124 51 Sb → 124 52 Te+ β − + γ

تتمتع النظائر الأخرى بعتبات أعلى لإنتاج النيوترونات الضوئية، تصل إلى 18.72  ميغا إلكترون فولت، بالنسبة للكربون-12 . [ 8 ]

المستعرات العظمى

في انفجارات النجوم الضخمة جدًا (بكتلة تعادل 250 ضعف كتلة الشمس أو أكثر )، يُعدّ التفكك الضوئي عاملًا رئيسيًا في حدث المستعر الأعظم . فعندما يقترب النجم من نهاية عمره، تصل درجة حرارته وضغطه إلى مستويات تُخفّض فيها تأثيرات امتصاص الطاقة الناتجة عن التفكك الضوئي الضغط ودرجة الحرارة داخل لبّ النجم مؤقتًا. وهذا بدوره يُؤدي إلى بدء انهيار اللبّ مع امتصاص الطاقة بفعل التفكك الضوئي، ويؤدي انهيار اللبّ إلى تكوّن ثقب أسود . ويتسرب جزء من الكتلة على شكل نفاثات نسبية ، والتي يُحتمل أنها "رشّت" المعادن الأولى في الكون. [ 9 ] [ 10 ]

التفكك الضوئي في البرق

تُنتج البرق الأرضي إلكترونات عالية السرعة تُحدث بدورها دفعات من أشعة غاما تُعرف باسم أشعة الكبح . وتكون طاقة هذه الأشعة كافية أحيانًا لبدء تفاعلات نووية ضوئية ينتج عنها انبعاث نيوترونات. أحد هذه التفاعلات، 147N (γ,n) 137N ، هو العملية الطبيعية الوحيدة ، إلى جانب تلك التي تُحفزها الأشعة الكونية، التي يُنتج فيها 137N على الأرض. وقد تُصدر النظائر غير المستقرة المتبقية من التفاعل لاحقًا بوزيترونات عن طريق تحلل بيتا الموجب ( β + ) . [ 11 ]

الانشطار الضوئي

الانشطار الضوئي هو عملية مشابهة ولكنها متميزة، حيث تخضع النواة، بعد امتصاص أشعة جاما، للانشطار النووي (تنقسم إلى جزأين متساويين تقريبًا في الكتلة).

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ كلايتون ، د.د. (1984). مبادئ تطور النجوم وتخليق العناصر . مطبعة جامعة شيكاغو . ص 519. ISBN  978-0-22-610953-4.
  2. ↑ راوشر، ت. (2010-12-10). "أصل النوى p في التخليق النووي المتفجر". arXiv : 1012.2213 [ astro-ph.SR ].
  3. ↑ روبرتي، ل.؛ بيناتاري، م.؛ بسالتيس، أ.؛ سيفريدينغ، أ.؛ موهر، ب.؛ فولوب، زس؛ لوغارو، م. (2023-09-01). "تخليق العناصر بعملية غاما في المستعرات العظمى ذات الانهيار النجمي - الجزء الأول: تحليل جديد لعوائد عملية غاما في النجوم الضخمة" . علم الفلك والفيزياء الفلكية . 677 : A22. arXiv : 2306.11409 . Bibcode : 2023A & A...677A..22R . doi : 10.1051/0004-6361/202346556 . ISSN 0004-6361 . 
  4. ↑ تشادويك، ج.؛ غولدهاير، م. (1934). "تأثير ضوئي نووي: تفكك الديبلون بواسطة أشعة غاما" . مجلة نيتشر . 134 (3381): 237-238 . Bibcode : 1934Natur.134..237C . doi : 10.1038/134237a0 .
  5. ↑ ليفسي، د. ل. (1966). الفيزياء الذرية والنووية . والتهام، ماساتشوستس: بليسديل. ص 347. LCCN 65017961 .  
  6. ↑ لالوفيتش، م.؛ ويرل، هـ. (1970). "توزيع طاقة النيوترونات الضوئية للأنتيمون والبريليوم". مجلة الطاقة النووية . 24 (3): 123-132 . Bibcode : 1970JNuE...24..123L . doi : 10.1016/0022-3107(70)90058-4 .
  7. ↑ أحمد، س. ن. (2007). فيزياء وهندسة الكشف عن الإشعاع . ص 51. رمز Bibcode : 2007perd.book.....A . ISBN  978-0-12-045581-2.
  8. ↑ دليل بيانات التفاعلات النووية الضوئية للتطبيقات: المقاطع العرضية والأطياف . الوكالة الدولية للطاقة الذرية. 28 فبراير 2019. مؤرشف من الأصل في 26 أبريل 2017. تم الاطلاع عليه في 24 أبريل 2017 .
  9. ↑ فراير، سي إل؛ ووسلي، إس إي؛ هيغر، أ. (2001). "المستعرات العظمى الناتجة عن عدم استقرار الأزواج، وموجات الجاذبية، والظواهر العابرة لأشعة غاما". المجلة الفيزيائية الفلكية . 550 (1): 372-382 . arXiv : astro-ph/0007176 . Bibcode : 2001ApJ...550..372F . doi : 10.1086/319719 . S2CID 7368009 . 
  10. ↑ هيغر، أ.؛ فراير، س. ل.؛ ووسلي، س. إ.؛ لانغر، ن.؛ هارتمان، د. هـ. (2003). "كيف تنهي النجوم المفردة الضخمة حياتها". المجلة الفيزيائية الفلكية . 591 (1): 288-300 . arXiv : astro-ph/0212469 . Bibcode : 2003ApJ...591..288H . doi : 10.1086/375341 . S2CID 59065632 . 
  11. ^ إينوتو، تيرواكي؛ وادا، يوكي؛ فوروتا، يوشيهيرو؛ ناكازاوا، كازوهيرو؛ يواسا، تاكايوكي؛ أوكودا، كازوفومي؛ ماكيشيما، كازو؛ ساتو، ميتسوتيرو؛ ساتو، يوسوكي. ناكانو، توشيو؛ أوميموتو ، دايجو (23/11/2017). “التفاعلات النووية الضوئية في البرق المكتشفة من اكتشاف البوزيترونات والنيوترونات”. طبيعة . 551 (7681): 481-484 . أرخايف : 1711.08044 . دوى : 10.1038 / طبيعة 24630 . بميد 29168803 . S2CID 4388159 .