نسمع كثيرا عن اخطار الاشعاعات والمواد المشعة وخطرها على الانسان ولعلك اخي القارئ قد شاهدت أو سمعت عن الاثار السلبية التي تسببها هذه الاشعاعات على كل كائن حي وخصوصا اذا دخلت الجسم عن طريق المواد المواد الغذائية الملوثة بها، كما ولا بد انك سمعت ان المناطق التي تصاب بالمواد المشعة لا يمكن معالجتها ويبقى لها نشاط اشعاعي يستمر إلى ملايين السنين مثلما حدث في كارثة المفاعل النووي الروسي المعروف باسم كارثة تشرنوبل والتي تسربت فيها المواد المشعة بعد عطل في المفاعل ناجم عن خلل في الصيانة. أن هذه المواد المشعة لها استخدامات عديدة في الطب وفي توليد الطاقة الكهربية كما ان الكربون 14 المشع في اجسامنا وفي مكونات الكائنات الحية يستخدم في تقدير الاعمار
.
في هذا الموضوع سوف ندخل في جولة داخل النواة ونحاول معرفة اسرارها ولماذا تكون بعض الانوية مستقرة وبعضها الاخر غير مستقرة وكيف تخرج هذه الاشعاعات التي هي قاتلة ونافعة في نفس الوقت كل هذا سنتناوله باسلوب علمي بسيط ليصبح القارئ مدركا ومفسرا لكل ما يتعلق النشاط الاشعاعي.
النواة
لتوضيح من أين تأتي الاشعة النووية، دعنا في البداية اعزائنا القراء نبدأ بتوضيح معنى كلمة نواة "Nuclear".
نعلم ان كل شيء حولنا يتكون من ذرات atoms. هذه الذرات بتجمعها تكون الجزيئات molecules فمثلاً جزئ الماء الذي نشربه مكون من اتحاد ذرتين هيدروجين مع ذرة اكسجين في وحدة واحدة تسمى جزيء الماء H2O وهذه المعلومات أساسية نعلمها جميعا، ونضيف عليها انه في الطبيعة توجد ما يقارب 92 نوع مختلف من الذرات أو العناصر. ولهذا فإن اي مادة على الارض من معادن وبلاستيك وزجاج وورق وملابس وعظام اجسامنا وكل شيء مكون من هذه العناصر (92 عنصر) الموجودة في الطبيعة. والتي تم ترتيبها في جدول يعرف باسم الجدول الدروي للعناصر والذي يحدد خصائص كل مجموعة من العناصر والكثير من المعلومات حول كل عنصر فيه.
السؤال الأن مما تتكون الذرة نفسها؟
في داخل كل ذرة ثلاثة انواع من الجسيمات هي على النحو التالي:
.
في هذا الموضوع سوف ندخل في جولة داخل النواة ونحاول معرفة اسرارها ولماذا تكون بعض الانوية مستقرة وبعضها الاخر غير مستقرة وكيف تخرج هذه الاشعاعات التي هي قاتلة ونافعة في نفس الوقت كل هذا سنتناوله باسلوب علمي بسيط ليصبح القارئ مدركا ومفسرا لكل ما يتعلق النشاط الاشعاعي.
النواة
لتوضيح من أين تأتي الاشعة النووية، دعنا في البداية اعزائنا القراء نبدأ بتوضيح معنى كلمة نواة "Nuclear".
نعلم ان كل شيء حولنا يتكون من ذرات atoms. هذه الذرات بتجمعها تكون الجزيئات molecules فمثلاً جزئ الماء الذي نشربه مكون من اتحاد ذرتين هيدروجين مع ذرة اكسجين في وحدة واحدة تسمى جزيء الماء H2O وهذه المعلومات أساسية نعلمها جميعا، ونضيف عليها انه في الطبيعة توجد ما يقارب 92 نوع مختلف من الذرات أو العناصر. ولهذا فإن اي مادة على الارض من معادن وبلاستيك وزجاج وورق وملابس وعظام اجسامنا وكل شيء مكون من هذه العناصر (92 عنصر) الموجودة في الطبيعة. والتي تم ترتيبها في جدول يعرف باسم الجدول الدروي للعناصر والذي يحدد خصائص كل مجموعة من العناصر والكثير من المعلومات حول كل عنصر فيه.
السؤال الأن مما تتكون الذرة نفسها؟
في داخل كل ذرة ثلاثة انواع من الجسيمات هي على النحو التالي:
- <LI class=MsoNormal style="COLOR: green; TEXT-ALIGN: justify">البروتونات Protons <LI class=MsoNormal style="COLOR: green; TEXT-ALIGN: justify">النيوترونات Neutrons
- الإلكترونات Electrons
البروتونات والنيوترونات تربطهما قوة تسمى القوة النووية وتكونان معاً نواة الذرة، في حين الالكترونات تحيط بالنواة وتدور حولها في مدارات محددة تسمى مستويات الطاقة للالكترون. الالكترونات والبروتونات تمتلكان شحنة كهربية مستاوية في المقدار ومتعاكسة في الاشارة، بمعنى ان شحنة الالكترون سالبة وشحنة البروتون موجبة ولكن متساويتين في المقدار، ولهذا السبب تنشىء بين البروتون في النواة تجاذب مع الالكترون حول النواة وتسمى هذه بقوة تجاذب كولوم الكهربائية. وفي اغلب الأحيان تكون عدد البروتونات مساوياً لعدد الإلكترونات، وهذا يجعل الذرة متعادلة كهربياً.
النظائر isotopes
قبل حوالي 100 عام او أكثر كان الاعتقاد السائد أن كل الذرات مستقرة مثل ذرة الالومنيوم التي تحدثنا عنها. ولكن في الحقيقة الكثير من الذرات غير مستقرة فعلى سبيل المثال لو اخذنا ذرة نحاس نجد ان هناك نوعين من ذرات النحاس الأول يسمى نحاس 63 والثاني نحاس 65 والنوع الأول موجود في الطبيعة بنسبة تصل إلى 70% بينما النوع الثاني يتواجد بنسة 30%، هذين النوعين من ذرات النحاس يسمى بالنظائر isotopes. يكون عدد البروتونات في كل نظير ثابتاً وفي النحاس يكون عدد البروتونات هو 29 بروتون ولكن عدد النوتونات يختلف ففي نحاس 63 يوجد 34 نيوترون وفي نحاس 65 يوجد 36 نيوترون. كلا من هذين النوعين من ذرات النحاس لهما نفس الخصائص وكذلك هما من الذرات المستقرة.
يوضح الشكل نظائر ذرة الهيدروجين
الاضمحلال الاشعاعي Radioactive Decay
التريتيوم (الهيدروجين-3) هو مثال جيد لعنصر مشع ينتج جسيمات بيتا وهي عبارة عن نيوترون يتحول إلى بروتون والكترون وجسيم ثالث يسمى مضاد النيوتروينو antineutrino. وتطلق النواة في مضاد النيوترينو والالكترون ولكن تحتفظ بالبروتون. ويسمى الالكترون الناتج من هذا التحول بجسيم بيتا، وعلى هذا النحو فإن النواة تفقد نيوترون ولكن تكتسب بروتون. ولهذا فإن الهيدروجين-3 يتحول إلى هيليوم-3 وهذا موضح في الشكل ادناه.
تحلل ذرة تريتيوم هيدروجين-3 إلى هيليوم-3
أما في الانشطار التلقائي فإن الذرة بدلا من ان تطلق جسميات الفا او جسميات بيتا فإنها تنقسم ومن هنا جاءت التسمية بالانشطار. فمثلا في ذرة الفريميم-256 "fermium-256" تنقسم إلى ذرتين الاولى ذرة الزينون-140 "xenon-140" والثانية ذرة البالاديوم-112 "palladium-112" وتنطلق اربع نيوترونات بمجرد الانشطار. يمكن لذرات اخرى ان تمتص تلك النيوترونات وتحدث ما يسمى بالتفاعل النووي وينتج عنه اصدار اشعة جاما.
انشطار نواة إلى نواتين في عملية انشطار نووي
أما الاشعة النيوترونية فهي قادرة على تحويل العناصر الغير مشعة إلى عناصر مشعة ولهذا فهي تستخدم في الطب النووي. كما تستخدم في دراسة الجسيمات الأولية، وتنتج الاشعة النووية في المفاعلات النووية وفي المعجلات.
لماذا تصدر الانوية اشعاعات نووية؟
في الكثير من الحالات تطلق الانوية جسيمات الفا وجسيمات بيتا وكذلك اشعة جاما لتتحول من الحالة المشعة (الحالة الغير مستقرة) إلى الحالة العادية (الحالة المستقرة) فهذه الاشعة اذا هي ناتجة عن الطاقة الاضافية التي تمتلكها النواة ولذلك فهي تتخلص منها بهذه الاشعاعات مثلما تتخلص الذرة من الطاقة الضافية عن طريق اطلاق الفوتونات (الاشعة الكهرومغناطيسية) مثل اشعة اكس. لذلك اشعة جاما تنتج عن اثارة النواة بينما اشعة اكس تنتج عن اصارة الذرة، وطاقة اشعة جاما اكبر بكثير من اشعة اكس.
كما اننا نسمع عن الاشعة الكونية "cosmic rays" وهذه اشعة تنتج من الشمس والنجوم المشتعلة وتتكون الاشعة الكونية من البروتونات التي تسير بسرعات فائقة تصل إلى سرعة الضوء وهذه تكسبها طاقة تمكنها من اختراق اي مادة ولكن من حكمة الله سبحانه وتعالي انها لا تصل الى الارض بسبب امتصاصها في الطبقات العليا للغلاف الجوي المحيط بالكرة الارضية (طبقة الاوزون) وتتشتت وينتج عنها اشعة كونية ثانوية ذات طاقة اقل وتمتص على مراحل ولكن لا تعتبر ضارة في هذه الحالة حتى لو وصلت إلى الارض.
الخطر الطبيعي
النظائر isotopes
قبل حوالي 100 عام او أكثر كان الاعتقاد السائد أن كل الذرات مستقرة مثل ذرة الالومنيوم التي تحدثنا عنها. ولكن في الحقيقة الكثير من الذرات غير مستقرة فعلى سبيل المثال لو اخذنا ذرة نحاس نجد ان هناك نوعين من ذرات النحاس الأول يسمى نحاس 63 والثاني نحاس 65 والنوع الأول موجود في الطبيعة بنسبة تصل إلى 70% بينما النوع الثاني يتواجد بنسة 30%، هذين النوعين من ذرات النحاس يسمى بالنظائر isotopes. يكون عدد البروتونات في كل نظير ثابتاً وفي النحاس يكون عدد البروتونات هو 29 بروتون ولكن عدد النوتونات يختلف ففي نحاس 63 يوجد 34 نيوترون وفي نحاس 65 يوجد 36 نيوترون. كلا من هذين النوعين من ذرات النحاس لهما نفس الخصائص وكذلك هما من الذرات المستقرة.
يوضح الشكل نظائر ذرة الهيدروجين
الاضمحلال الاشعاعي Radioactive Decay
التريتيوم (الهيدروجين-3) هو مثال جيد لعنصر مشع ينتج جسيمات بيتا وهي عبارة عن نيوترون يتحول إلى بروتون والكترون وجسيم ثالث يسمى مضاد النيوتروينو antineutrino. وتطلق النواة في مضاد النيوترينو والالكترون ولكن تحتفظ بالبروتون. ويسمى الالكترون الناتج من هذا التحول بجسيم بيتا، وعلى هذا النحو فإن النواة تفقد نيوترون ولكن تكتسب بروتون. ولهذا فإن الهيدروجين-3 يتحول إلى هيليوم-3 وهذا موضح في الشكل ادناه.
تحلل ذرة تريتيوم هيدروجين-3 إلى هيليوم-3
أما في الانشطار التلقائي فإن الذرة بدلا من ان تطلق جسميات الفا او جسميات بيتا فإنها تنقسم ومن هنا جاءت التسمية بالانشطار. فمثلا في ذرة الفريميم-256 "fermium-256" تنقسم إلى ذرتين الاولى ذرة الزينون-140 "xenon-140" والثانية ذرة البالاديوم-112 "palladium-112" وتنطلق اربع نيوترونات بمجرد الانشطار. يمكن لذرات اخرى ان تمتص تلك النيوترونات وتحدث ما يسمى بالتفاعل النووي وينتج عنه اصدار اشعة جاما.
انشطار نواة إلى نواتين في عملية انشطار نووي
أما الاشعة النيوترونية فهي قادرة على تحويل العناصر الغير مشعة إلى عناصر مشعة ولهذا فهي تستخدم في الطب النووي. كما تستخدم في دراسة الجسيمات الأولية، وتنتج الاشعة النووية في المفاعلات النووية وفي المعجلات.
لماذا تصدر الانوية اشعاعات نووية؟
في الكثير من الحالات تطلق الانوية جسيمات الفا وجسيمات بيتا وكذلك اشعة جاما لتتحول من الحالة المشعة (الحالة الغير مستقرة) إلى الحالة العادية (الحالة المستقرة) فهذه الاشعة اذا هي ناتجة عن الطاقة الاضافية التي تمتلكها النواة ولذلك فهي تتخلص منها بهذه الاشعاعات مثلما تتخلص الذرة من الطاقة الضافية عن طريق اطلاق الفوتونات (الاشعة الكهرومغناطيسية) مثل اشعة اكس. لذلك اشعة جاما تنتج عن اثارة النواة بينما اشعة اكس تنتج عن اصارة الذرة، وطاقة اشعة جاما اكبر بكثير من اشعة اكس.
كما اننا نسمع عن الاشعة الكونية "cosmic rays" وهذه اشعة تنتج من الشمس والنجوم المشتعلة وتتكون الاشعة الكونية من البروتونات التي تسير بسرعات فائقة تصل إلى سرعة الضوء وهذه تكسبها طاقة تمكنها من اختراق اي مادة ولكن من حكمة الله سبحانه وتعالي انها لا تصل الى الارض بسبب امتصاصها في الطبقات العليا للغلاف الجوي المحيط بالكرة الارضية (طبقة الاوزون) وتتشتت وينتج عنها اشعة كونية ثانوية ذات طاقة اقل وتمتص على مراحل ولكن لا تعتبر ضارة في هذه الحالة حتى لو وصلت إلى الارض.
الخطر الطبيعي
