معلومات علمية عن التحلل الاشعاعي، اكتشف العالم الفرنسي بيكريل عام 1896 أن بعض املاح اليورانيوم تصدر اشعة بصورة تلقائية لا تعتمد على حالة اليورانيوم الفيزيائية والكيميائية ، ولقد اطلقت مدام كوري على هذه الظاهرة ( والتي تعرف احياناً باسم التفكك أو الاضمحلال الاشعاعي Radioactive decay ) اسم النشاط الاشعاعي الطبيعي ، ولقد تبين فيما بعد أن هناك ثلاثة أنواع من الاشعاعات التي يمكن أن تصدر بهذه الطريقة ، وأن مصدر هذه الاشعاعات هو نواة الذرة، وسنتعرف في المقال التالي على الكثير من المعلومات العلمية المتعلقة بذلك الموضوع فكونوا معنا.
مقدمة لأبحاث التحلل الإشعاعي
الذرة هي أصغر وحدة للمادة، واكتشف العلماء أن كل ذرة تتكون من نواة تدور حولها مجموعة من الإلكترونات موزعة في مدارات مختلفة. مع تطور العلم والتكنولوجيا، تمكن العلماء من الخوض في تكوين النواة الذرية، حيث تتكون كل نواة من نيوترونات بدون شحنة، ويطلق عليها اسم محايد، بينما البروتونات مكونات ذات شحنة موجبة، و يؤدي اختلاف النيوترونات إلى تكوين النظائر، وهي ذرات من نفس العنصر الكيميائي تشترك في نفس العدد الذري وتختلف في الكتلة الذرية، مثل نظائر الكربون 14 و 12، وتنتج هذه الاشعاعات من النواة وذلك نتيجة عدم استقرارها بسبب عدم التناسب بين عدد البروتونات والنيترونات بداخلها مما يجعلها تتفكك إلى عناصر أخف وأكثراستقراراً . ويحدث التحلل النووي عادة في أنوية العناصر الثقيلة ( الاثقل من الرصاص) وذلك نتيجة انخفاض طاقة الترابط بين أنويتها
انواع التحلل الاشعاعي
إن نمط التحلل الإشعاعي، أو النشاط الإشعاعي الطبيعي، هو تحول كيميائي طبيعي يحدث على مستوى نواة الذرة، حيث تفقد كمية وتنتج إشعاعات مختلفة، وتجدر الإشارة إلى أن هذا التحلل تلقائي. عملية تسعى من خلالها الذرة إلى تحقيق الاستقرار دون تغيير الكتلة أو عدد البروتونات. تشمل هذه العملية النواة الأم، التي تصبح نواة ابنة، وتنتج نوكليدات، وهي البروتونات والنيوترونات. ينقسم الإشعاع الناتج إلى ثلاثة أنواع رئيسية، وهي كالتالي:
1 – أشعة ألفا ( Alpha decay) : جسيم ذو شحنة موجبة، وطاقة عالية تطلقه نواة ذرة مشعة، عندما تخضع لتحوُّل نووي. ويُعد جسيم ألفا مطابقًا لنواة ذرة الهيليوم. ويتألف من بروتونين ونيوترونين يرتبطان معًا ارتباطًا وثيقًا. ويزن جُسيم ألفا أكثر من جسيم بيتا بـ 7,000 مرة. وينتقل جسيم ألفا لمسافة قصيرة بسبب كتلته الضخمة. فعلى سبيل المثال، ينتقل جسيم ألفا النموذجي إلى مسافة لا تزيد عن 5سم في الهواء. وتتمتع نفاذ صغيرة .
2 – اشعة بيتا (beta decay) : وهي إلكترونات. تطلق بعض النوي المشعة إلكترونات عادية تحمل شحنات كهربائية سالبة. لكن البعض الآخر يطلق بوزيترونات وهي إلكترونات ذات شحنة موجبة. وتنتقل جسيمات بيتا بسرعة تقارب سرعة الضوء ويستطيع بعضها أن ينفذ خلال 13ملم من الخشب.
جُسَيّم بَيْتا إلكترون يتولد عن نواة ذرة إشعاعية أثناء تعرضها لعملية تحوّل نووي، ومعظم جسيمات بيتا ذات شحنات سالبة تتكون عندما يتحول نيوترون إلى بروتون. وبعضها بوزيترونات وهي إلكترونات ذات شحنة موجبة تنتج عن تحول البروتون، وجسيمات بيتا بالغة الصغر، إذ تعادل فقط 1/1,840 من جسم البروتون. وتمكنها طاقتها العالية من الانطلاق في الجو لمسافات بعيدة واختراق المواد الصلبة التي يعادل سمكها عدة مليمترات. ويقيس العلماء طاقة جسيمات بيتا بحساب المدى الذي تأخذه في اختراق مواد معينة. وتتمتع بقدرات نفاذ أكبر من أشعة ألفا .
3 – أشعة جاما ( gama decay) : عبارة عن اشعة كهرومغناطيسية وهي ذات طاقة عالية ولها قرة نفاذ عالية جداً .
تاريخ النشاط الإشعاعي الطبيعي
مقارنة ببعض الاكتشافات العلمية، يعتبر الإشعاع النووي اكتشافًا حديثًا، حيث يعود الفضل في هذه المعجزة العلمية إلى العالم الفرنسي أنتوني هنري بيكريل، الذي قام عام 1896 بتصوير الأشعة السينية وعرضها على لوحات فوتوغرافية مغطاة بالكبريتات، ولاحظ أن أصبحت الصفائح مشعة في الظلام بعد رشها باليورانيوم، أطلق عليها إشعاع اليورانيوم، بينما قامت العالمة ماري كوري وزوجها بيير بدراسة النشاط الإشعاعي لعنصر البولونيوم باستخدام صفائح بيكريل.
أنواع النشاط الإشعاعي الطبيعي
ينقسم النشاط الإشعاعي الطبيعي، أو الاضمحلال الإشعاعي، إلى أنواع مختلفة، تتمثل في مجموعة الإشعاع التي تنتجها النواة عندما تتحلل، وهذه الأنواع على النحو التالي:
- التقاط الإلكترون: وهو أندر أنواع الانحلال، حيث يجذب البروتون الإلكترون ويلتقطه، وبالتالي يصبح بروتونًا، مما يؤدي إلى تحول النيوترون إلى إلكترون، مما يؤدي إلى الحفاظ على عدد العجين.
- تحلل ألفا: تتفكك نواة الهيليوم، وتشكل جسيمًا يسمى ألفا، وتنتج نواة جديدة برقم ووزن ذري جديد.
- اضمحلال بيتا: حيث يؤدي انبعاث الإلكترون إلى زيادة، بينما يؤدي انبعاث الجسم المضاد إلى الإلكترون إلى انخفاض في العدد الذري.
- اضمحلال جاما: يتميز هذا النوع من الانشطار عن الأنواع الأخرى من خلال تغيير مستوى الطاقة.
ما هي المواد المشعة؟
في رحلة البحث عن الاضمحلال الإشعاعي، من الضروري التمسك بمفهوم العناصر أو المواد المشعة، وتسمى “العناصر المشعة”، وهي عناصر كيميائية تنقسم وتنقسم مما يؤدي إلى إطلاق كمية من الطاقة. حيث تفقد النظائر النيوترونات أو البروتونات لأنها عناصر غير مستقرة، تجدر الإشارة إلى أن القوة النووية تسعى إلى جذب مكونات النواة، بينما تسعى البروتونات إلى التنافر والتباعد من خلال الطاقة الكهرومغناطيسية.
أمثلة على العناصر المشعة
بعد تحديد العناصر المشعة في الكيمياء لا بد من تقديم بعض الأمثلة عن هذه المواد المنتشرة في طبيعتها بكثرة، ونذكر ما يلي:
- اليورانيوم “U”.
- البلوتونيوم، “بو”.
- راديو “رع”.
- الرادون “آكانيوز”.
استخدامات العناصر المشعة
يتضمن الحديث عن التحلل الإشعاعي أهمية هذه الظاهرة الكيميائية، وكذلك استخداماتها المختلفة، والتي تشمل المجالات التالية:
- الطب: تستخدم العناصر المشعة لقتل الخلايا السرطانية، كما أنها تجعل من الممكن تشخيص بعض الأمراض وتتبع مسار الطعام داخل الجهاز الهضمي.
- الصناعة: تستخدم المواد المشعة في عمليات التعقيم وكذلك في صناعة أجهزة كشف الدخان.
- توليد الطاقة: تتجه بعض الدول المتقدمة نحو اعتماد المواد المشعة كمورد دائم ومتجدد للطاقة، وهو ما فعله الاتحاد السوفيتي.
- الزراعة: يمكن لبعض العناصر المشعة تحديد وجود المياه الجوفية وتستخدم لتخصيب التربة وتعقيم البذور.
- العلم: يستخدم النظير 14 لتحديد عمر الحفريات.
اختتام البحث عن الاضمحلال الاشعاعي
ظاهرة الاضمحلال الإشعاعي هي عملية كيميائية تلقائية، تسعى من خلالها نوى الذرات إلى الاستقرار، وعلى الرغم من أنها تقدم العديد من الفوائد والمزايا في مجالات الصناعة والطب والزراعة، حيث تتيح تشخيص العديد من الأمراض والقضاء على الفطريات وكذلك توليد الطاقة المتجددة يحمل العديد من السلبيات والمخاطر، بما في ذلك إنتاج النفايات السامة وتصنيع الأسلحة الفتاكة والخطيرة مثل قنبلة هيروشيما التي تسببت في خسائر بشرية فادحة.
وفي نهاية المقال السابق والذي يتناول احد الموضوعات العلمية وهي معلومات علمية عن التحلل الاشعاعي، حيث يتضمن مقدمة قصيرة وموضوعًا تفصيليًا وشاملًا يؤدي إلى استنتاج يلخص المعلومات المذكورة أعلاه، ويؤكد على أن عملية النشاط الإشعاعي هو سيف ذو حدين، يتضمن العديد من إيجابيات وسلبيات على البشرية ومجموعة الكائنات الحية على الأرض.