ظاهرة االنشاط الإشعاعي

نبـذة تاريخية عن اكتشاف الإشعاع للعناصر


*%*أشعـة إكـس*%*


حينما تكسر عظمة من عظام الإنسان فإن أول ما يشير به الطبيب هو أن تؤخذ لموضع الكسر صورة بأشعة x حتى يتمكن من رد العظمة لأصلها ... وإذا ابتلع طفل زراً أو دبوس مشبك فإنه تؤخذ له كذلك صورة بأشعة x لتعيين مكان الشيء الذي ابتلعه ويجري بعد ذلك عمل اللازم لإستخراجه ...


فللأشعة إذن أهمية قصوى في الطب والجراحة ... إذ تفتح نافذة للطبيب يطل منها داخل الجسم قبل أن يبدأ بمداوة العلة ، وذلك لما لهذه الأشعة من مقدرة عجيبة على التغلغل خلال الجسم ...


ولا يقتصر استعمال أشعة على ميدان الجراحة ، بل تؤدي هذه الأشعة العجيبة أغراضاً كثيرة في أغلب فروع الصناعة إذ تستعمل في الكشف عن عيوب الأجزاء المهمة في الطائرات قبل استعمالها ، وبذلك يؤمن الطيران وتمنع الحوادث التي يمكن أن تقع لولا تدارك مثل هذه العيوب .. كما تظهر لطبيب الأسنان أي الأسنان يحتاج للعناية والعلاج وأيها سليم ... كما تظهر للعيان العيوب الخفية في أواني الفخار الثمينة ، وكذلك في الكشف عن اللآلي وهي في محاراتها ، كما يمكن بواستطتها تمييز أوراق النقد المزيفة من الأوراق الحقيقية ...


ومع أن هذه الأشعة لم يسمع عنها قبل نحو خمس وثمانون عاماً تقريباً ، إلا أن الأغراض التي تستخدم فيها الآن لا تقع تحت حصر ...


كان " ولهلم فون رونتجن " أستاذاً للفيزياء في " ووارسبورج " بألمانيا ، وكان في الوقت ذاته نسَّاياً كبيراً ، ينسي موعد غذائه وينسي كثيراً مما يريد أن يقوم به ...

وفي يوم خرج لالتقاط بعض الصور الفوتوغرافية وعندما رجع إلى معمله وانهمك في تحميضها دعته زوجته لتناول غذاءه الذي نسى موعده .. وبعد تناول الطعام أكمل رونتجن تحميض الصور فظهرت كلها جيدة إلا واحدة ...

لقد كان وسطها خيال مفتاح كبير مصور معها ...

هذا غريب إنني لم أصور قط مفتاحاً ، ما أعجب هذا من أين أتت صورة هذا المفتاح ..؟؟

هكذا تمتم رونتجن ولكنه قال ربما يكون مفتاح مكتبي ومن ثم جدَّ في البحث عنه حتى التقط المجلد الضخم الذي كان موضوعاً على مكتبه وأخذ يهزه فسقط منه المفتاح ، ومن ثم جلس والمفتاح في يد والصورة في اليد الأخرى وراح يفكر ....

وهداه تفكيره إلى إعادة كل شيء على ماكان عليه عندما غادر المعمل ليتناول الطعام : اللوح الفوتوغرافي بإطاره والكتاب والمفتاح .. ثم وضع الأنبوبة الوضاءة فوق الكتاب وتركها مدة تعادل الوقت الذي استغرقه في تناول طعامه ...

وعندما حمض اللوح الفوتوغرافي حدث ما لم يكن في الحسبان .. ما الذي حدث ؟؟؟ لقد ظهرت صورة ظل المفتاح ثانية ... !! إنه كان في تخمينه على حق ...

هناك إذن أشعة خفية غير مرئية ... ما هي يا ترى ..؟؟


لعلها ضوء من نوع ما له تأثير الضوء العادي يخرج من تلك الأنبوبة كأشعة تتميز بقدرتها على اختراق الأجسام ، ولكنها لا يمكن أن تكون أشعة المهبط لأن هذه الأشعة لا تخرج من الأنبوبة ولا تخترق جدرانها ... ما عسى أن تكون إذن ؟؟

أخذ رونتجن يقوم بتجارب على الأشعة الجديدة باهتمام متزايد ، وأخذ يقدر الإمكانيات التي يمكن أن تخرج منها وسرعان ما صوَّر بها عظام يده ، وهكذا كشف للناس عن ميدان من أوسع ميادين استعمالها ...

ونظراً لجهل رونتجن بكنة هذه الأشعة التي اكتشفها وما هيتها أطلق عليها اسم أشعة " x " " لأن حرف هو رمز المجهول في اللغة الإنجليزية " وأسميناها نحن الأشعة السينية لأن حرف السين هو رمز المجهول في اللغة العربية ...

*%*إشعـاع اليورانيوم*%*


في عام 1896 م وضع العالم الفرنسي " هنري بكريل " في أحد أدراج مكتبه ألواحاً فوتوغرافية حساسة مغلفة بورق أسود داخل صندوق من الورق المقوى ...

وحدث أن ترك سهواً قطعة من خام اليورانيوم في نفس الدرج ، فلاحظ أن الألواح قد تأثرت ...

واكتشف هذا العالم أن مركبات اليورانيوم تنبعث منها باستمرار أشعة لها قوة النفاذ خلال الخشب والورق وغيرهما من المواد المعتمة ، كما تؤثر في الألواح الفوتوغرافية بطريقة تشبه الطريقة التي تؤثر بها أشعة أكس فيها ....

تلك التي اكتشفها العالم الألماني رونتجن قبيل ذلك بفترة وجيزة ..

وصحيح أن ظاهرة النشاط الإشعاعي قد اكتشفها " بكريل " ، إلا أن مدام كوري وزوجها قتلاها بحثاً واستقصاء ..



وفي عام 1930 م منحا بالإشتراك مع " بكريل " جائزة نوبل ...

المــادة

تتكون المادة من مجموعة من العناصر الكيميائية ، لكل منها خواصه الفيزيائية والكيميائية المتميزة .. ويتكون كل

عنصر من وحدات متناهية في الصغر تسمى الذرات .. وتتماثل ذرات العنصر الواحد تماماً بينما تختلف هذه الخصائص من ذرة عنصر لأخر ..


والتركيب الداخلي لذرة عنصر ما ، يلعب دوراً مهماً في تحديد خواص وصفات ذلك العنصر .. كما أن توزيع

الإلكترونات حول النواة ، وهو ما يعرف بـ " السحابة الإلكترونية " هي التي تحدد فاعلية ذلك العنصر ، ونوعية

التفاعلات الكيميائية التي يمكن أن يشترك فيها ..

وتحتوي أنوية العناصر على نفس العدد من البروتونات إلا إنها تحتوي على أعداد مختلفة من النيوترونات

وتدعى بـ " النظــائر "

والخواص الكيميائية لنظائر العنصر الواحد ثابتة ، بينما تختلف فيما بينها من حيث سلوك أنويتها ...


فبعضها تكون أنويتها مستقرة حيال الانحلال بالإشعاع وتسمى " النظائر المستقرة " وبعضها تنحل أنويتها

بإصدار بعض محتوياتها من النويدات أو الأشعة الكهرومغناطيسية وتسمى " النظائر المشعة "
والنظائر المشعة هي مواد غير مستقرة ، حيث تتحل وينبعث منها إشعاعات مختلفة ، ويبقى العنصر مشعاً حتى

يتحول إلى عنصر عادي " مستقر " ...

أنواع الأشعة الصادرة من العناصر

لقد اهتم العالم رذرفورد بدراسة الأشعة الصادرة من الراديوم بمعمل كافنديش وقام مع زملائه باجراء عدة

تجارب بينت أن هذه الأشعة تتكون من ثلاثة أنواع من الأشعة الغير مرئية وهي :


أشعـة ألفـا


وهي تتكون من دقائـق يحتوي كل منهـا على بروتونين ونيوترونين وتعتبر دقائق أشعة ألفا مثل أنوية ذرات

الهيليوم التي تحتوي على نفس التركيب ....

إن دقيقة ألفا موجبة الشحنة نظراً لإحتوائها على بروتونين وقد تبين من تجارب رذرفورد أن أشعة ألفــا

موجبـة الشحنة نظراً لششحنتها وكبر حجمها ... إن مسارها في الهواء لا يتعدى ستة سنتيمترات كما يمكن إيقافها

تماماً باستخدام شريحة من الألومينيوم أو بضعة شرائح من الورق العادي .. كذلك تبين للعلماء أن هذه الأشعة لها

قدرة على تأين الغازات أي تحويل ذراتها المتعادلة إلى أيونات موجبة نتيجة لفصل الإلكترونات منها .


كذلك تبين أن دقائق ألفا التي تنطلق من ذرات الراديوم تبلغ سرعتها نحو 20 ألف ميل في الثانية .

وتعتبر خطورتها على الإنسان محدودة عند تعرضه الخارجي لها ، ولكنها تكون في غاية الخطورة عند دخولها

الجسم لأنها تسبب تأين الخلايا الحية المحيطة به .

خصائص إشعاعات آلفا

1- تحمل شحنتين موجبتين وكتلتها تساوي 4 مرات كتلة الهيدروجين.
2- تسبب تأين الهواء الذي تمر به.
3- لها طاقة كبيرة.
4- قوة الاختراق ضعيفة يمكن إيقافها باستخدام ورق عادية.
5- سرعتها أقل من سرعة الضوء وتتراوح من 1.4-2x107m/sec

أشعـة بيتـا

وهي عبارة عن سيل من الإلكترونات السريعة التي تنبعث من نواة الذرة وليست من الإلكترونات الخارجية التي

تدور حول النواة ... إن هذه الإلكترونات تنتج من النيوترونات التي تتحول إلى بروتونات داخل النواة .. إن قدرة

اختراق أشعة بيتا في الأجسام الصلبة أكبر من قدرة أشعة ألفا نظراً لصغر حجمها وشحنتها كما أن سرعتها كبيرة

وهي تقارب سرعة الضوء ..


ومن خصائص هذه الأشعة أيضاً أنها تنحرف بفعل المجال المغناطيسي ويكون تأثرها أكبر من تأثر أشعة ألفا

نظراً لقلة وزن الإلكترونات مقارنة بأنوية عنصر الهيليوم ..

وهي سريعة التفاعل مع الوسط الذي تمر فيه ولكنها لا تخترق الأوساط المادية لمسافات طويلة ويعتمد مسارها

في هذه الأوساط على عدد الإلكترونات في ذرات الوسط حيث أنها تتصادم باستمرار مع الإلكترونات الخارجية

لذرات الوسط ...


إن هذه الأشعة يمكن إيقافها باستخدام شريحة من الألومينيوم سمكها عدة ملليمترات وهي لا تستطيع إختراق أكثر

من 6 سنتميترات من الهواء .. كما أن هذه الأشعة لها مقدرة على تأيين الغازات ولكنها أقل من مقدرة أشعــة ألفــا

... إن أشعــة ألفــا تأين 300 ألف جزيء أثناء مسارها في الهواء بينما تأين أشعــة بيتــا نحو 600 جزيء ..

خصائص إشعاعات بيتا

1- سالبة الشحنة وكتلتها مثل كتلة الإلكترون.
2- تسبب تأين الغاز الذي تمر به.
3- سرعتها تعادل سرعة الضوء 3x108m/s
4- قوة الاختراق تعادل 100مرة من قدرة اختراق جسيمات آلفا.
5- يمكن إيقافها باستخدام الألواح من الرصاص.




أشعـة جـامـا


لقد تبين من تجـارب العالم الإنجليزي أرنست رذرفورد أن أشعـة ألفا وبيتا تنحرف عند مرورها في مجال

مغناطيسي أما أشعة جاما فقد تبين أنها لا تتأثر بهذا المجال ....

فهي عبارة عن موجات كهرومغناطيسية لها طولها موجي قصير ...

ولهذه الأشعة قدرة على إختراق جسم الإنسان ولذلك تستخدم دروع من الرصاص والأسمنت للوقاية منها ...


فقدرتها على النفاذ تفوق كل من أشعة بيتا وألفا وهي تخترق الهواء لمئات من الأمتار ولا يمكن إيقافها إلا بعد

سنتميترات من الرصاص أو بضعة أمتار من الخرسانة أما قدرتها على التأين فهي أقل بكثير من أشعة بيتا ..



ومن خواصها أنها تنبعث على شكل فوتونات من الطاقة لها خواص موجية وتختلف عن الأشعة السينية في كونها

تصدر عن النواة بينما تصدر الأشعة السينية من إعادة ترتيب الإلكترونات خارج النواة ..


وتنبعث هذه الأشعة أثناء التفاعلات النووية وكذلك تنطلق عند انتقال النويات من الحالة المثارة إلى حالة

الإستقرار أو على حالة اقل إثارة ...


خصائص إشعاعات جاما

1- لا تنحرف في وجود أي مجال كهربي أو مغناطيسي.( لأنة ليس لدينا شحنة)
2- قوة تأينها للغازات صغيرة.
3- سرعتها كبيرة تعادل سرعة الضوء.
4- قوة اختراقها كبيرة 10-100مرة قدرة أشعة بيتا.
5- تحتاج الى إيقافها باستخدام عدة سنتيمترات من الرصاص.
6- ليس لها نظير آخر.


إن نسبة قدرة التأين بين أشعة ألفا وبيتا وجاما هي على الترتيب 10000 : 100 : 1 ..

إن ظاهرة النشاط الإشعاعي الطبيعي تظهر في العناصر الثقيلة التي يتراوح عددها الذري بين 81 ، 92 ولكنها

توجد أيضاً في بعض العناصر الخفيفة مثل البوتاسيوم 40 والكربون 14 والسبب في هذا النشاط الإشعاعي هو

أن أنوية هذه العناصر الخفيفة تحتوي على عدد من النيوترونات يزيد عن العدد اللازم لإستقرارها ، و لذلك فهي

غير مستقرة لما فيها من طاقة زائدة تحاول التخلص منها عن طريق إنبعاث الأشعة النووية ....

لقد بينت الدراسات أن ظاهرة النشاط الإشعاعي لا تتأثر بأي عوامل خارجية كالتغيرات في الضغط أو درجات

الحرارة أو الظروف الأخرى التي تحيط بالعنصر المشع ....


أنصاف أعمارالعناصرالمشعـة


لكل عنصر مشع معامل يعرف بفترة زمن نصف االعمر ، ويرمز له بالرمز " وهو الزمن اللازم لكي ينحل

نصف الوزن للعنصر المشع تماماً ..

ومعدل انحلال المادة المشعة لا يعتمد على كتلتها أو حالتها التي توجد عليها ...


ويعدّ معدل انحلال المادة المشعة مقياساً لمدى استقرار نواتها ...

وتختلف أنصار أعمار المواد المشعة ، فمنها ما له نصف عمر قصير جداً ، قد يصل إلى ثوانٍ معدودة ، ومنها ما

يصل إلى ملايين السنين ، مثل عنصر اليوارنيوم ...