البوزيترون

[د.محمد فتحى]

ماهو البوزيترون

هو عباره عن جسم مشحون بشحنه موجبه وله خصائص الالكترون فى كل شئ فيما عدا الشحنه حيث نعلم ان الالكترون هى يحمل شحنه سالبه وعند تقابل الالكترون مع البوزيترون يحدث افناء للاثنين وانتاج شعاعان من اشعه جاما.
كيفيه انتاج البوزيترون
البوزيترون ينبعث من تحلل للنظائر المشعه مثل الصوديوم 22 والنحاس 64 كلها نظائر مشعه تعتبر مصادر لاشعاع البوزيترون عن طريق تحلل بيتا اى ان البوزيترونات تنشاء نتيجه اضمحلال كثير من الجسيمات غير المستقره. بيتا (حيث نعلم ان جسيم بيتا اما ان يكون الكترون او بوزيترون حيث هناك نوعان من جسيم بيتا النوع السالب والذى ينتج الكترون والنوع الموجب الذى ينتج البوزيترون)
file:///C:/DOCUME%7E1/merna/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.jpgمثال

http://www.atlas.uni-wuppertal.de/oeffentlichkeit/images/beta_decay.jpg


http://www.howgravityworks.org/images/300px-electron-positron-annihilation_svg_gcnc.png

هذا الشكل يوضح ان يحدث اثاره للذره من الحاله الارضيه الى الحاله المثاره ثم تعود من جديد الى الحاله الارضيه عن طريق اما انبعاث جسيمات بيتا فقط واحتمال حدوث ذلك صغيره جدا 1% او عن طريق انبعاث جسيمات بيتا والكترون نيترونو واشعه حاما واحتمال حدوث ذلك كبير حوالى 90%.


file:///C:/DOCUME%7E1/merna/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.jpgافتاء البوزيترون-الكترون

عند تفاعل الكترون مع بوزيترون يفنى كل منهما الاخر ونتيجه هذا الفناء هو انتاج شعاعان من اشعه جامه كل منهم له طاقه حوالى 511 كيلو فولت وهذا طبقا لقانون اينشتين لتحول الكتله الى طاقه
E= mC2
وللحفاظ على كميه الحركه والطاقه قبل وبعد التفاعل يجب انتاج شعاعين من اشعه جاما ويكون لهما اتجهان متعاكسان اى ان الزاويه بينهم تساوى 180 درجه حيث ان فى حاله ان الالكترون والبوزيترون فى حاله سكون قبل التفاعل فاءن الحركه الابتدائيه تساوى صفر وعند حدوث التفاعل وانبعث شعاع جاما فاءن الحركه النهائيه لا تساوى صفر وينص قانون بقاء كميه التحركه ان كميه الحركه الابتدائيه تساوى كميه الحركه النهائيه لذلك يجب انبعاث شعاعان من اشعه جاما لكل منهم له اتجه عكس الاخر لتكون المحصله تساوى صفر.

http://photonstructure.com/db5/00468/photonstructure.com/_uimages/Electron-PositronAnnihilation.GIF


البوزيتوريم
هذا هو الاحتمال الاكثر حدوثا ولكن ليس دائما هذا ما يحدث ولكن قد يتكون مايسمى البوزيتوريم وهو عباره عن ارتباط الالكترون والبوزيترون معا لتكوين ذره شاذه ولكن هذا الارتباط لايدوم حيث يحدث افناء بعد فتره زمنيه معينه حوالى 142 جزء من الثانيه ويننج شعاعان من اشعه جاما لكل منهم له طاقه حوالى 511 كيلو فولت.


تفاعل البوزيترون مع الماده
عندما تكون طاقة الإلكترونات ( أو البوزترونات) قليلة تفقد هذه الإلكترونات طاقتها بعد إثارة وتأين ذرات المادة . ومن ثم تنتقل الطاقة من هذه الجسيمات إلى المادة بنفس أسلوب انتقال الطاقة من الجسيمات الثقيلة . ولكن نظراً لصغر كتلة الإلكترون تكون سرعته عادة عالية للغاية بالمقارنة بسرعة الجسيم الثقيل ذي الطاقة نفسها . وهذا يعني أن زمن تواجد الإلكترون بالقرب من ذرة معينة من ذرات المادة قصير للغاية مما يؤدي إلى انخفاض احتمال حدوث التأين . لذا فإن مدى الإلكترون في المادة يكون كبيراً بالمقارنة بمدى الجسيمات المشحونة الثقيلة ، حيث يصل مدى الإلكترونات بطاقة 1 إلكترون فولت في الهواء عدة أمتار.

http://www.stolaf.edu/academics/positron/images/Ps.jpg

[محمد عريف]

شكراً دكتور علي هذا الموضوع

وعلي ما يبدو هناك بعض الصور روابطها غير سليمة

أرجو أن يتم تعديلها في أقرب فرصه

مع وافر احترامي وتقديري

[د.محمد فتحى]

تفاعل البوزيترون مع الماده
عندما تكون طاقة الإلكترونات ( أو البوزترونات) قليلة تفقد هذه الإلكترونات طاقتها بعد إثارة وتأين ذرات المادة . ومن ثم تنتقل الطاقة من هذه الجسيمات إلى المادة بنفس أسلوب انتقال الطاقة من الجسيمات الثقيلة . ولكن نظراً لصغر كتلة الإلكترون تكون سرعته عادة عالية للغاية بالمقارنة بسرعة الجسيم الثقيل ذي الطاقة نفسها . وهذا يعني أن زمن تواجد الإلكترون بالقرب من ذرة معينة من ذرات المادة قصير للغاية مما يؤدي إلى انخفاض احتمال حدوث التأين . لذا فإن مدى الإلكترون في المادة يكون كبيراً بالمقارنة بمدى الجسيمات المشحونة الثقيلة ، حيث يصل مدى الإلكترونات بطاقة 1 إلكترون فولت في الهواء عدة أمتار .

أ ـ طبيعة التفاعل :
بالمقارنة بالجسيمات الثقيلة المشحونة نجد أن الإلكترونات السريعة ( الإلكترونات و البوزيترونات ) تفقد طاقتها بمعدل أقل وتسلك طريق متعرج داخل المادة التي تصطدم بها .
وإذا كان من المعروف أن للجسيم الثقيل المشحون بطاقة محددة طريق مستقيم محدد يسلكه في مادة معينة حتى يتوقف فإن الإلكترونات السريعة ذات نفس الطاقة لها عدة طرق متموجة ومختلفة تسلكها داخل نفس المادة .
وهذه الانحرافات المختلفة والتي تلاحظ في مسارات الإلكترونات السريعة داخل نفس المادة ترجع أساسا إلى أن هذه الإلكترونات المصادمة لها نفس كتلة الإلكترونات المدارية الموجودة في ذرات المادة التي ستصطدم بها . وبالتالي نتوقع أن تفقد الإلكترونات المصادمة جزء كبير من طاقتها في تصادم واحد . هذا بالإضافة إلى أن تفاعل الإلكترونات مع أنوية ذرات المادة
( ذات الشحنة الموجبة ) والذي قد يحدث أحياناً يسبب تغيير حاد في مسار الإلكترونات .
هناك اختلاف هام جداً بين تفاعل الجسيمات الثقيلة المشحونة مع المادة وتفاعل الإلكترونات السريعة مع المادة وهو أن فقد الطاقة في حالة الجسيمات الثقيلة المشحونة يكون بالتفاعلات التي تتم بقوى كولوم ( المصادمات اللامرنة بين الجسيم والإلكترونات المدارية ) وهذا يحدث في حالة تفاعل الإلكترونات السريعة ولكن يحدث معه أيضاً فقد في طاقة الإلكترونات السريعة بتفاعلات إشعاعية ينتج عنها انطلاق أشعة كهر ومغناطيسية " أشعة الانكسار " من أي موقع على طول مسار الإلكترونات السريعة في المادة .
ولكن هذا الفقد الإشعاعي للطاقة يكون بنسبة قليلة إذا ما قورن بالفقد في إثارة الذرات أو الـتأين ولا يحدث الفقد الإشعاعي لطاقة الإلكترونات السريعة إلا عند اصطدامها بمواد ذات عدد ذري كبير وعندما تكون طاقة هذه الإلكترونات كبيرة بدرجة لا تسمح لها بالتواجد بالقرب من ذرات المادة لفترة تسمح بأحداث التأين أو الإثارة فيؤدي تعرض هذا الإلكترون للمجال الكهربي للنواة والإلكترونات المدارية إلى إطلاق أشعة الانكسار .

ب ـ مدى الإلكترونات السريعة :
أن اصطلاح المدى للإلكترونات السريعة يكون أقل تعبيراً ومعنى منه في حالة الجسيمات الثقيلة المشحونة ( الذي سبق أن تعرضنا له ) وذلك لأن طول الممر الذي تسلكه الإلكترونات
السريعة يكون أكبر بكثير من المسافة التي قد تنفذ إليها الجسيمات الثقيلة في أي مادة .
ولكن يمكن حساب مدى الإلكترونات السريعة بعمل رسوم بيانية تمثل العلاقة بين سمك المادة وكمية الإلكترونات التي تمر من هذا السمك ومنها يمكن حساب السمك الذي لن يمر منه أي إلكترون فيكون هذا هو المدى .
وفي حالة مقارنة مدى الجسيمات الثقيلة المشحونة والإلكترونات السريعة التي لها نفس كمية الطاقة فإننا نجد أن الفقد النوعي للطاقة يكون منخفض جدا في الإلكترونات السريعة .
لذا نتوقع أن مدى الإلكترونات السريعة في مادة معينة يزيد مئات المرات عن مدى الجسيمات الثقيلة المشحونة في نفس المادة . وفي هذا الصدد نجد أن مدى الإلكترونات يبلغ مللي مترين لكل واحد مليون إلكترون فولت طاقة في المواد ذات الكثافة المنخفضة ويبلغ واحد مللي متر لكل واحد مليون إلكترون فولت طاقة في المواد ذات الكثافة المتوسطة وفي الهواء نجد أن مدى الإلكترونات ذات الطاقة واحد إلكترون فولت أكثر من عدة أمتار.

جـ ـ فقدان الطاقة بالإشعاع :
عند تصادم الإلكترون السريع مع نويات وإلكترونات المادة يتعرض الإلكترون الساقط للمجال الكهربائي لشحنة النواة أو الإلكترونات المدارية فيؤدي ذلك إلى انبعاث إشعاعات كهرومغناطيسية تعرف باسم إشعاع بريمسترهلونك ( الكبح ) bremsstrahlung radiatiation وتنبعث هذه الإشعاعات من العديد من الأجهزة مثل شاشات التلفزيون وأنابيب الأشعة السينية .

دـ امتصاص الإلكترونات في المادة :
تتميز الإلكترونات بقدرة عالية على اختراق المادة مقارنة بالجسيمات الثقيلة.وعند سقوط حزمة من الإلكترونات بقدرة عالية على اختراق المادة مقارنة بالجسيمات الثقيلة . وعند سقوط حزمة من الإلكترونات على اختراق المادة مقارنة بالجسيمات الثقيلة . وعند سقوط حزمة من الإلكترونات على المادة يتناقص عددها تدريجيا بطريقة أسية . ويمكن التعبير عن ذلك رياضياً كالآتي :

حيث الحرف (I) يرمز لعدد الإلكترونات التي تعبر خلال سمك من المادة مقداره (x) ، (Io). هو عدد الإلكترونات الساقطة في حين أن يعرف باسم معامل الامتصاص للمادة ، وهو يعتمد على كل من نوع المادة وطاقة الإلكترونات وتزداد قيمته بزيادة كثافة المادة ( أو العدد الذري ) وتقل قيمته كلما زادت طاقة الإلكترونات وله وحدة تساوي 1/ وحدة الطول .
وللوقاية من الجسيمات الخفيفة يجب استخدام حواجز واقية سميكة من مادة عددها الذري صغير . I=Io.exp(-μ x)

[einstein.ami]

مشكووور على المعلومات القيمة

[أبو عمر الفيزيائى]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

شكرا يا دكتور ــ محمد على هذا الموضوع الرائع .