علم الأشعة

موضوع: علم الأشعة الأربعاء 21 مايو 2014, 11:13 pm

يعني الإشعاع في الفيزياء أصدار الطاقة من جسم أو عنصر والتي تخترق أو تمر من أجسان أخرى، ويجري امتصاصها في النهاية من جسم آخر.والطاقة تكون على شكل موجات مؤينة أو موجات كهرومغناطيسية ( مثل الموجات الراديوية، أشعة تحت الحمراء، الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية)أو رشعاع صوتي. والطاقة تشع عاذة وتنتشر في جميع الإتجاهات.لقد اكتشف الأشعة السينية العالم الفيزيائي الألماني رونتغن، ولكن الاستعمال الطبي يعود إلى ماري كوري وزوجها بيير كوري ١٨٩٩.
وعلم الأشعة هو ذلك الفرع من الطب الذي يختص باستعمال الأشعة في الطب بما فيها التشخيص والعلاج . وتستخدم في التشخيص الأشعة السينية( أشعة إكس) وأشعة غاما، والنظائر المشعة وأشكال أخرى من الأشعاع في تصوير الكسور والأورام وشذوذات الأعضاء الأخرى للجسم. ويركز التصوير المقطعي المحوسب على تصوير مقاطع من الجسم . والتصوير بالرنين النغناطيسي يركز على تصوير دقيق وتشخيص لأمراض الجسم، وتستعمل الأشعة السينية وأشعة غاما في علاج بعض الأمراض واليود المشع يستخدم في علاج الغدة الدرقية.ويقسم طب الأشعة إلى:
١- الأشعة التشخيصية والتي تشمل تصوير جميع أعضاء الجسم وتصور الثدي والصور الملونة بالمواد الظليلة
٢- الطب النووي ويشمل استخدام النظائر المشعة في التشخيص
٣- الأشعة العلاجية وتستخدم الإشعاع المركز على العضو المصاب مثل السرطانات والأورام.

موضوع: رد: علم الأشعة السبت 22 ديسمبر 2018, 9:54 am

النشاط الإشعاعي الطبيعي وأنواع الأشعة ومصادرها

علم الأشعة GAMMA_RAY

دلال الجهنى
إن الإلكترونات المدارية للذرة ، تستطيع أن تمتص طاقة وإن تغير من مستواها ، وفي بعض الأحيان قد تكون الطاقة الممتصة كبيرة لدرجة تسمح للإلكترون بعمل ( قفزة نهائية) وبأن يتخلص من جاذبية النواة . والنتيجة هي تولد الأيون ( أي ذرة ينقصها إلكترون ) . ونستطيع القول بأنه في هذه الظروف الاستثنائية ، تفقد الذرة كل إلكتروناتها أو معظمها – وتبقى عبارة عن نواة معزولة . ولذلك فإن الذرات ، ليست غير قابلة للانقسام بعكس الاعتقاد الذي ظل سائداً لفترة طويلة مهما يكن من أمر فإن التأين ليس مجرد ظاهرة عرضية . فكل ذرة متأينة متصلة بالمادة ، لن تلبث أن تستعيد إلكتروناتها وتقوم بامتصاصها من الوسط المحيط بها فتعود إلى تكوينها الأصلي . ولتقسيم ذرة بصفة نهائية يحتاج الأمر لأجراء إضافي : ذلك هو تفتيت نواتها . ذلك ما يمكن أن نتوقعه بالنظر إلى تعقد تكوين النوى . وليس فقط يمكن تفتيت النوى ولكن بعضها يتفتت تلقائياً وتنبعث منها إشعاعات ثم تتحول بعد ذلك إلى نوى مختلفة .
أنواع الأشعة المنبعثة من المواد المشعة طبيعياً
قام رذر فورد بدراسة خواص الإشعاعات المنبعثة من العناصر المشعة وذلك بوضع مصدر الراديوم ( مادة مشعة ) داخل حافظة من الرصاص ذات ثقب اسطواني صغير القطر يمكننا من الحصول على حزمة ضيقة من الإشعاعات وذلك باستخدام مجال مغناطيسي قوى كمحلل .
فلاحظ أن الحزمة بعد اختراقها لمجال تنقسم إلى ثلاثة أقسام :
1- تنحرف أحدها في الاتجاه العمودي على المجال المغناطيسي ، ويدل اتجاه انحرافها على أنها مكونة من جسيمات مشحونة بشحنة موجبة . كما يدل مقدار الانحراف على ثقل هذه الجسيمات وباستعمال مجال مغناطيسي قوي ومجال كهربي قوي تمكن رذر فورد من إثبات أن هذه الجسيمات التي سميت جسيمات الفا مشحونة بشحنة موجبة تساوي ضعف شحنة الإلكترون . وهي عبارة عن نواة ذرة الهيليوم وكذلك اثبت رذر فورد أن جسيمات ألفا أقل أنوع الإشعاعات نفاذاً في الأجسام وتنطلق بسرعة تتراوح ما بين 10/1 إلى 100/1 من سرعة الأمواج الكهرومغناطيسية . ولها قدرة على تأيين الغازات .
2- أشعة بيتا وهي تنحرف كذلك في الاتجاه العمودي على المجال المغناطيسي ويدل اتجاه انحرافها على أنها مكونة من جسيمات مشحونة بشحنة سالبة ، كما يدل مقدار الانحراف على أنها جسيمات خفيفة سالبة الشحنة وهي أكثر نفاذاً في الأجسام من جسيمات ألفا . وهي في الواقع إلكترونات ذات سرعات فائقة تصل في بعض الأحيان إلى ما يقارب من .998 من سرعة الضوء ، كما أن لها قدرة على تأيين الغازات ولكن بدرجة أقل من جسيمات ألفا .
3 – أشعة جاما :- وتتميز أشعة جاما بميزات الأشعة السينية فهي ذات طبعة موجيه وليس لها وزن أو شحنة ، وطول موجتها صغير جداً يتراوح بين . 10-8 إلى 10-10 وهي شديدة النفاذية إذا ما قورنت بغيرها من الإشعاعات الطبيعية أو حتى الأشعة السينية ولأشعة جاما القدرة على تأيين الغازات ولكن بدرجة أقل من تأيين جسيمات ألفا أو بيتا . ويمكن القول أن ذلك مرجعة إلى قوة نفاذيتها التي تفوق كل من أشعة بيتا وألفا حيث تتناسب قوة النفاذية للإشعاعات الثلاثة عكسياً مع قوة تأينها .

المصادر الطبيعية للإشعاع الذري :-
الإشعاع الذري موجود قبل خلق الأرض بزمن طويل . وله ثلاث مصادر رئيسية على الأرض هي
الأشعة الكونية Cosmic rays
المصدر الرئيسي لهذه الأشعة ناتج عن الحوادث النجمية في الفضاء الكوني البعيد ومنها ما يصدر عن الشمس خاصة خلال التوهجات الشمسية التي تحدث مرة أو مرتين كل 11سنة ، مولدة جرعة إشعاعية كبيرة إلى الغلاف الغازي للأرض . وتتكون هذه الأشعة الكونية من 87% من البروتونات و 11 من جسيمات ألفا ، وحوالي 1% من النوى ذات العدد الذري ما بين 4 و 26 وحوالي 1% من الإلكترونات ذات طاقة عالية جداً وهذا ما تمتاز به الأشعة الكونية ، لذلك فإن لها قدرة كبيرة على الاختراق . كما أنها تتفاعل مع نوى ذرات الغلاف الجوي مولدة بذلك إلكترونات سريعة وأشعة جاما ونيوترونات وميزونات .ولا يستطيع أحد تجنب الأشعة الكونية ولكن شدتها على سطح الأرض تتباين من مكان لأخر .
النشاط الإشعاعي الطبيعي في القشرة الأرضية :-
إن من أهم العناصر المشعة في صخور القشرة الأرضية هي ( البوتاسيوم 4-0- ) و(الروبيدوم 87- ) وسلسلتا العناصر المشعة المتولدة من تحلل ( اليورانيوم -238 ) و(الثوريوم -232 ) .
وهناك ما يقارب الأربعين من النظائر المشعة . وأعمار النصف للعناصر المشعة الأساسية في صخور القشرة الأرضية طويلة جداً ، لهذا بقيت في الأرض إلى الآن منذ خلقها ، فعمر النصف ( للبوتاسيوم -40 ) يزيد على ألف مليون سنة وعمر النصف ( الروبيدوم -87) يزيد على أربعين ألف مليون سنة وهذه النظائر المشعة تبعث أنواعاً مختلفة من الإشعاع الذري كجسيمات بيتا وألفا وأشعة جاما .
ومستوى النشاط الإشعاعي الطبيعي في القشرة الأرضية متقارب جداً في معظم الأماكن ، حيث لا يوجد اختلاف يذكر عن مكان وآخر بصفة عامة . إلا أن هناك أماكن على الأرض يزداد فيها الإشعاع الطبيعي بشكل كبير نتيجة وجود تركيزات عالية من العناصر المشعة طبيعياً في صخور القشرة الأرضية .
النشاط الطبيعي داخل جسم الإنسان :-
يشع جسم الإنسان من الداخل عن طريق كل من الهواء الذي يتنفسه والغذاء والماء الذي يصل إلى جوفه ، فالهواء هو المصدر الرئيسي للجرعة الإشعاعية الطبيعية التي تصل إلى داخل جسم الإنسان ومصدرها الأساسي غاز الرادون الموجود في جو الأرض والمتولد عن التحلل التلقائي لنظير « اليورانيوم -238 » الموجود طبيعياً في صخور قشرة الأرض.
وكذلك فإن كلا من الغذاء الذي يتناوله الإنسان والماء الرئيسي لتلك المواد المشعة في النبات هو التربة التي تمتص منها النباتات تلك المواد مع غيرها من المواد الطبيعية فتدخل في بنائها . كما أن بعض الغبار الذي يتساقط على النبات يحوي آثاراً من تلك المواد المشعة ، وتصل المواد المشعة إلى داخل جسم الإنسان عن طريق تناوله النباتات أو لحوم الحيوانات التي تتغذي على النباتات وتدخل المواد المشعة أيضاً مع الماء الذي نشربه حيث تحتوى المياه على آثار قليلة جداً منها .
لذلك تكون أجسامنا مشعة قليلاً من الداخل نظراً لوجود بعض العناصر المشعة فيها مثل البوتاسيوم – 40 ) و ( الكربون 14 ) .
وتسلك المواد المشعة – عادة – طرقاً معقدة قبل دخولها جسم الإنسان
قانون التفكك الإشعاعي :-
Radioactiue decag law :-
تعتبر ظاهر التفكك الإشعاعي ظاهرة إحصائية ، أي أنه لا يمكن التكهن بزمن
تنحل عند نواة بعينها ، ولكن عند وجود عدد كبير جداً من أنوية النظير المشع ، فإنه بمتابعة معدل تغير كمية الأشعة المنبعثة يمكن معرفة الكثير عن نوعية التحول .
هناك احتمال محدد للتفكك في وحدة الزمن لأي نظير مشع ، وهذا الاحتمال يعرف بثابت مميز لكل نظير مشع بغض النظر عن حالته . الكيميائية أو الفيزيائية ( من سائله أو صلبه أو غازية )
فإذا كان N عدد الأنوية المشعة الموجودة في عينة ما عند زمن ( T ) فإن معدل التفكك يعطي المعادلة
حين تسمى λ بثابت التفكك ( decay Constant ) وهو يعد مقياساً لاحتمال تفكك نواة معينة .
وبمكاملة المعادلة السابقة في الفترة الزمنية من t = o إلى t = t فإن عدد الأنوية N التي تبقى بعد مضي زمن t يمكن حسابه بدلالة عدد الأنوية No عند البدء أي عند t = o ويعطي التكامل
ومنها
N = No e- λt
وتعرف هذه المعادلة بقانون التفكك الإشعاعي وهي تعطي العلاقة بين عدد الأنوية المتبقية N والزمن t .
أنواع التفكك الإشعاعي :-
تفكك الفا:-
في هذه العملية تفقد النواة المشعة ( حيث X رمز النظير ) جسيم الفا المكون من بروتونين ونيوترونين وهو عبارة عن نواة ذرة الهيلوم . وهذا يعني نقصان العدد الكتلي بمقدار أربع وحدات والعدد الذري بوحدتين وبذلك تكون النواة الناتجة مختلفة تماماً عن النواة الأم .
تفكك بيتا B-Decay
تصدر نوبات بعض النظائر جسيمات تعرف بجسيمات بيتا ( B-Particles) وهذه الجسيمات عبارة عن إلكترون أو بوزيترونات والبوزيترون ( Positron) عبارة عن جسم كتلة مساوية لكتلة الإلكترون ولكن شحنته موجبة . ويحدث هذا النوع من التفكك للأنوية ( المعروف باسم تفكك بتيا ) في كثير من النظائر سواء كانت ثقيلة أم خفيفة
أنواع تفكك بيتا :- Types of B-decay
أ ) التفكك الإلكتروني Eelectron decay
يلاحظ أن إصدار إلكترون من النواة ناتج عن تحول نيوترون من نيوترونات النواة إلى بروتون وذلك لكي تصبح النسبة بين النيوترونات والبروتونات هي نسبة الاستقرار ويعبر عن هذا التفكك كالآتي :-
ب ) التفكك البوزيتروني Positron decay
في بعض الأحيان تكون نسبة النيوترونات إلى البروتونات في النظير المعين أقل من النسبة التي تحقق الاستقرار . وفي هذه الحالة يتحول أحد بروتونات النواة إلى نيوترون وينطلق نتيجة لذلك بوزيترون يحمل شحنة البروتون الموجبة ويعرف تفكك بيتا في هذه الحالة بالتفكك البوزيتروني ويعبر عنه كالآتي :
جـ ) الاسر الالكتروني : Electron Capture
يمكن أن يحدث تحول أحد بروتونات النواة إلى نيوترون بطريقة أخرى يتم ذلك بأن تأسر النواة إلكترون من إلكترونات المدارية القريبة من النواة ( أي المدار k وفي أحيان قليلة من المدار ) ويتحد هذا الإلكترون المأسور مع أحد البروتونات فيتكون النيوتون . ويعرف تفكك بيتا في هذه الحالة بالأسر الإلكتروني ويعبر عن الآتي :-
وهكذا فإنه يوجد ثلاثة أنواع لتفكك بيتا هي التفكك الإلكتروني ( – B- ) والبوزيتروني ( +B ) والاسر الإلكتروني ( Electron Copture ) . وفي حالة الأسر الإلكتروني لا تصدر النواة أياً من جسيمات بيتا ولقد ثبت فيما بعد أنه عند حدوث أي نوع من تفكك بيتا ينطلق من النواة جسيمات تعرف باسم النيوترينو ( neatrino) – V ( نيو ) .
والنيوترينو عبارة عن جسم متعادلة الشحنة وكتلة السكون له مساوية للصفر
( أي Mv = o ) . وعلى هذا أصبح التعبير عن الأنواع الثلاثة لتفكك بيتا كالآتي :-
اضمحلال جاما :-
إشعاعات جاما هي عبارة عن موجات كهرومغناطسية ذات طاقة عالية . وتصدر إشعاعات جاما إذا تكونت النواة الوليدة الناتجة عن تفكك الفا أو تفكك بيتا في حالة مثارة فتفقد النواة إثارتها عن طريق التخلص من الطاقة في شكل إشعاعات جاما وبذلك فإنه بالنسبة لاضمحلال جاما تكون النواة الوليدة هي نفسها النواة الأم ولكنها أكثر استقراراً .
وتجدر الإشارة إلى أن بعض النظائر المشعة تتفكك إلى نظائر غير مستقرة يكون النظير الناتج مشعاً بدوره وبالتالي يتفكك إلى نظير آخر .
وهكذا نجد أن هناك العديد من النظائر التي لها نشاط إشعاعي طبيعي وتتفكك هذه النظائر مصدره إما جسيمات الفا أو بيتا أو كليهما معاً وقد يتبع ذلك مباشرة أو خلال فترة زمنية معينة إشعاعات جاما الصادرة نتيجة انتقال النويات الوليدة من الحالات المثارة إلى الحالات الأرضية .
نظرية الانحلال الإشعاعي :-
تقدم رذر فورد وسودي سنة 1905 بنظرية الانحلال لتفسير ظاهرة النشاط الإشعاعي الطبيعي . وتقضي النظرية بأن ذرات العناصر المشعة تنحل نتيجة لما ينبعث منها من جسيمات الفا أو بيتا التي هي في حد ذاتها جسيمات مادية ، أي أن جزءاً محدد من نواة الذرة ينطلق بسرعة فائقة تارك وراءه ذرات عنصر جديد يختلف تماماً في خواصه الطبيعية والكيميائية عن العنصر الأصلي . ويكون العنصر الجديد أو المولود مشعاً أيضاً فتنطلق من نوى ذراته جسيمات مادية ينتج عن انطلاقها أن تتحول ذرات هذا العنصر الجديد إلى ذرات عنصر ثالث جديد وهكذا نتابع عملية التحول من عنصر مشع إلى عنصر آخر مشع حتى ينتهي الانحلال عند عنصر مستقر وجدير بالذكر أنه فيما عدا حالات نادرة جداً فإن نوى عنصر معين تنحل بانبعاث نوع واحد من الجسيمات ، أما جسيمات الفا أو جسيمات ( بيتا ) فلا تنبعث الجسيمات من نواة واحدة ، ومعنى هذا أن النواة التي يحدث انحلالها بجسيمات الفا لا ينبعث منها جسيمات بيتا ، ألا أن انبعاث جسيمات الفا أو جسيمات بيتا قد يكون مصحوباً بانبعاث أشعة جاما .
وتسمى العناصر الناتجة من عملية التحول المتتابع بالمتسلسلة الإشعاعية ويتوقف الوزن الذري للعنصر الوليد بعد أي تحول على نوع الأشعة المنطلقة في عملية التحول فعندما ينطلق جسيم الفا ( وزنه a ) من ذرة الراديوم ( وزنها الذري 226 ) تتكون ذرة عنصر جديد وزنه الذري 222 ، ويعرف هذا العنصر الجديد بالرادون وهو ذو نشاط إشعاعي وتنطلق منه جسيمات الفا تتحول ذرته إلى عنصر آخر هو الراديوم ( وزنه الذري218 ).
متسلسلات النشاط الإشعاعي الطبيعي :-
إن جميع العناصر ذات النشاط الإشعاعي الطبيعي تقع إعدادها الذرية بين Z = 81 وZ = 92 وهناك ثلاث مسلسلات في الطبيعة ، وتعتبر معظم النويدات المشعة في الطبيعة نواتج انحلاليه لها . وكل متسلسله تبدأ بنويدة أم تمر بسلسلة من التحويلات التي تشمل انبعاث جسيمات الفا وبيتا لتكوين نويدات وليدة .
أ ) متسلسلة اليورانيوم :
تبدأ هذه المتسلسلة بعنصر اليورانيوم Ui ويبلغ نصف العمر لليورانيوم4.5X109 yer . ويمر اليورانيوم بسلسلة من التحولات التي يصاحبها انبعاث جسيمات الفا أو بيتا حتى ينتهي بالرصاص المستقر وفيما يلي جدول لعناصر هذه المجموعة :
ب ) متسلسلة الأكتيوم :-
هذه المتسلسلة يرجع أصلها إلى الأكتيويورانيوم وهو النظير لليورانيوم
والذي يبلغ نصف العمر 7.1X108 yer ويمر الأكتيويورانيوم بسلسلة من التحولات حتى ينتهي بنظير الرصاص المستقر ويمكن التعبير عن الوزن الذري لعناصر هذه المجموعة بالرمز 4ن + 3 حيث تترواح قيمة ن بين 51 ، 58 .
جـ ) متسلسلة الثوريوم :-
تبدأ بعنصر الثوريوم يمر بسلسلة من التحولات ثم يتحول بعد إشعاع ست من جسيمات الفا وأربعة من جسيمات بيتا إلى نظير الرصاص المستقر
ويمكن التعبير عن الوزن الذري لعناصر هذه المجموعة بالرمز 4ن وتتراوح قيمة ن في هذه المجموعة بين 52، 58 .
د) مجموعة النبتونيوم :-
كان من الطبيعي أن يتجه التفكير إلى احتمال وجود متسلسلة رابعة من العناصر الطبيعية المشعة يعبر عن 1.8 أوزانها الذرية بالرمز (4ن+1) ولم يكن معروفاً من عناصر هذه المجموعة سوى سبعاً موجود بكميات ضئيلة جداً في الغلاف الصخري ( القشرة الأرضية ) وكذلك الناتج النهائي البزموث ( وزنه الذري 209) .
وفي أثناء الحرب العالمية الثانية استخدم العلماء النشاط الإشعاعي الصناعي لإنتاج نظائر مختلفة لكل العناصر وامكنهم بذلك تحضير عناصر المجموعة الرابعة التي لم تكن موجودة في الطبيعة . ويعتبر البلوتونيوم العنصر الوالد لهذه المجموعة ولذلك فهي تعرف بمجموعة البلوتونيوم أو المجموعة 4ن+1 حيث تتراوح قيمة ن بين 52،60 .
وهي تبدأ بـالتي لها عمر نصفي مقداره لليورانيوم2 .25X106ger وهذه المتسلسلة تنهي بعد انحلالها بنظير البزموث .

التفكك الإشعاعي المتزن
تكون المادة الناتجة عن عمليات التفكك الإشعاعي في بعض الحالات هي نفسها مادة مشعة فتفكك بصورة تلقائية حال تكونها ومن أشهر الأمثلة على ذلك اليورانيوم 234 حيث ينطلق من نواته جسيم ألفا ويتحول لثوريوم 230 والذي بطلق بدورة جسيماً
آخراً ويتحول لراديوم 226 وهكذا . وإذا وجدت عينة نقية من اليورانيوم فإن هذه العينة وبعد مضي زمن معين محتوي على مزيج من هذه العناصر أو النويدات نفرض أن المادة الأصلية ( تعرف بالنواة الأم )1x وفترة نصف العمر لها Τ1 وثابت تفككها l2 قد تفككت ونتج عنها مادة جديدة x2 ( تعرف بالنواة البنت ) وفترة نصف عمرها Τ2 وثابت تفككها l1 ونفرض أن عدد ذرت المادة الأصلية ( أي عندما (t = 0 ) يساوي N0 بينما يساوي عدد ذرات المادة الجديدة الصفر عند نفس الزمن ( t = 0 ) ويمكن كتابة عدد ذرات المادة الأصلية الأم كدالة في الزمن على الصورة N1( t ) = N0 e وبعد مضي فترة زمنية مقدارها d t فإن عدداً مقداره N1l1dt بتفكك من المادة 1x ويتحول للمادة الجديدة x2 والتي ينقص عددها في نفس الفترة الزمنية وبسبب التفكك بمقدار N 1 l1dt وبالتالي فإن عدد الذرات المتبقية من x2 يكون N2 حيث
dN2 = N1 l1dt – N2 l2dt
ويكون معدل تراكم أو إنتاج هذه المادة هو
= N1 l1- N2 l2
وتكون فترة نصف العمر للنواة الأم في بعض الحالات طويلة جداً مقارنة مع فترة نصف العمر للنواة البنت أي T2 << T1 ( وهذا يعني أن معدل تفكك النواة الأم صغير جداً مقارنة مع معدل تفكك النواة البنت ، وفي هذه الحالة وعند اعتبار الفترات الزمنية التي تكون متقاربة مع T2 وهي بالتالي قصيرة جداً مقارنة مع فترة نصف الحياة للنواة الام فإنه يمكن اعتبرا أن عدد ذرات الأم ثابت وكذلك عدد الذرات التي تتفكك في الثانية الواحدة . وبما أن معدل تفكك النواة البنت كبير جداً فإن هذه الذرة تتفكك بنفس معدل تكونها ويبقى عدد ذراتها بالتالي ثابتاً ويكون معدل تراكمها معدوماً أي أن وفي حالة وجود عدة عمليات تفكك فإنه يمكن تعميم النتيجة السابقة لتصبح N1 l1 = N2 l2 = N3 l3 = ….. ويكون نشاط جميع العناصر الموجودة متساوياً ويقال أن التفكك في هذه الحالة متزناً ( أي في حالة اتزان) . الشدة الإشعاعية للعينة activity of asample في معظم الأحيان يكون المطلوب هو معرفة عدد النويات التي تتفكك في الثانية وليس عدد النويات الباقية دون تفكك والمحدد بالعلاقة N ( t ) = No e - λt ويعرف عدد النويات التي تتفكك في الثانية الواحدة من عينة مشعة باسم الشدة الإشعاعية للعينة activity of asample)) أي أن الشدة الإشعاعية للعينة هي : - A ( t ) = =λNO e-λt = λ N ( t ) وتعرف AO = λNo بالشدة الإشعاعية عند اللحظة t = o لذا نجد أن A ( t ) = Ao e-λt عمر النصف ومتوسط العمر : Half -Life and Mean- Life عمر النصف ( أو العمر النصفي ) للنظير المعين هو عبارة عن الفترة الزمنية التي تنخفض خلالها شدته الإشعاعية إلى النصف بمعنى آخر فإن عمر النصف هو الزمن اللازم لتفكك نصف عدد نوى العينة ، ويرمز له عموماً بالرمز t لهذا فإنه يوضع حيث أن وحدة الزمن هي الثانية ( sec ) فإن وحدة قياس ثابت التفكك λ هي أما متوسط العمر لعينة مشعة والذي يرمز له عادة بالرمز فهو عبارة عن مجموع أعمار الأنوية جميعاً في العينة مقسوماً على عددها ويسهل تحديده من العلاقة، وهكذا نجد أن كلاً من λ ، t مرتبطة ببعضها بعلاقات بسيطة ، ومعرفة حداها يحدد باقيها

موضوع: رد: علم الأشعة السبت 22 ديسمبر 2018, 9:56 am

اكتشاف ظاهرة النشاط الإشعاعي
علم الأشعة Radioactivity

دلال الجهنى
لم يكن معروفاً أي شيء من أمر باطن الذرة حتى القرن العشرين ، ولكن توالت الاكتشافات منذ عام 1930م ، ولقد كان جون والتون قد أشار إلى أن المواد تتركب من جسيمات دقيقة لا يمكن تجزئتها وهذه الفكره سبق اقتراحها من قبل فلقد فكر فيها الفيلسوف الإغريقي ديمقوقراط قبل أن تخطر لدالتون باثنين وعشرين قرناً وعلمها الهندوس لطلابهم حوالي سنة 1200قبل الميلاد ولكن دالتون اختلف عن هؤلاء المعلمين الأوائل في أنه جاء بالإثبات التجريبي لنظريته وبذلك قبل العالم نظريته الذرية .
لم يكن هناك شك في عقول أغلب العلماء في أن الذرة هي أصغر جسيمات المادة ثم جاء بعد ذلك مكتشف النشاط الإشعاعي هنري بيكويل سنة 896م وعائلة كوري التي استخلصت العناصر المشعة ولقد كان بيكريل يدرس التفسفر أي قدرة المواد على إشعاع الطاقة في الظلام بعد أن تتعرض لضوء إذ أن روتجن الذي اكتشف الأشعة السينية من قبل بقليل كان يعتقد أن الأشعة السينية تكون فقط في المواد التي لها خاصية التفسفر وكان معروفاً أن الأشعة السينية يمكنها أن تنفذ من الورق وتؤثر في الألواح الفوتوغرافية وتحدث فيها غشاوة بمجرد السقوط عليها .
فعرض بيكريل عينات من اليورانيوم النقي لأشعة الشمس ثم وضعها على ألواح فوتوغرافية ملفوفة في ورق أسود فوجد تكون غشاوة في الألواح الفوتوغرافية في جميع الحالات وبذلك سار الاعتقاد بأن اليورانيوم يشع الأشعة السينية وذات يوم اتخذ الأستاذ العالم عدته لأجراء بعض التجارب ولكن الشمس لم تستطع في ذلك اليوم فزج بالألواح الفوتوغرافية واليورانيوم في الدرج ودام مغيب الشمس عدة أيام فقرر أن الألواح ربما لحقها القدم الذي يؤثر في صلاحيتها والاعتماد عليها ومع ذلك قام بتحميضها لمجرد أن يرى ما صارت إليه ولدهشته وجد تكون نفس الغشاوة التي سبق أن رآها في التجارب السابقة فبدا له كما لو كان اليورانيوم لا يحتاج للتعرض للضوء لإشعاع الطاقة وجرب عينات أخرى من اليورانيوم بنفس الطريقة فوجد أنها جميعاً تعطي الطاقة من باطنها حتى لو لم تزود بالطاقة من الخارج.

أطلق بيكريل على هذه الخاصية اسم النشاط الإشعاعي وأخبر الباحثين الآخرين عنها بلهفة شديدة وسرعان ما سأل الناس عما إذا كان هناك مواد أخرى لها نفس الخاصية فبدأت الطالبة البولندية ماري سكلودوفسكا التي كانت تعمل وقتئذ في معمل بيكريل تدريس المواد الأخرى وجدت أن البتشبلند وهو الخام الذي يستخرج منه اليورانيوم يتسبب في غشاوة الألواح الفوتوغرافية بدرجة أكبر من اليورانيوم النقي فلابد أن البتشبلند يحتوي على مادة أخرى تحدث هذا التأثير.
بعد أن حصلت ماري وبيركوري على عدة أطنان من المخلفات التي تبقت من استخلاص اليورانيوم بدأت عملية فصل كمية متناهية في الضآلة من مادة مشعة في أطنان المخلفات ولقد كانت هذه العملية طويلة ومضنية لقد كان العالمان ماري وببير كوري الذان ارتباطا برباط الزوجية يعملان في حظيرة غير مزودة بوسائل التدفئة وبمعدات مضى عليها الزمان فسحقا الخام بأيديهما وأذاباه في الحامض ثم في الماء ثم أعاد إذابة البلورات وقاما بهذه العمليات المرة تلو الأخرى ، وبعد أشهر من العمل المضنى نجحا في فصل كمية ضئيلة من عنصـر مشـع أسـمتـه مـادام كـوري البـولـونيـوم تـشـرفاً بـوطـنـها الأصلي أما ما بقى من المخلفات فقد أظهرت أيضاً نشاطاً إشعاعياً وبعد حلقات طويلة من العمليات الكيمائية تمكن الباحثان في النهاية من الحصول على عنصر انشط من العنصر السابق إشعاعياً وسمياه الراديوم .
أعقب ذلك اكتشاف النشاط الإشعاعي للبولونيوم والتي تعني أن هناك بعض العناصر تنبعث من أنويتها ثلاثة أنواع من الأشعة غير المرئية

تاريخ اكتشاف ظاهرة النشاط الإشعاعي

دلال الجهنى
من أهم الظواهر الكونية تلك الظاهرة المعروفة باسم الإشعاع أو التحلل الإشعاعي للعناصر ، وكان من أوائل من أدركها العالم الألماني ( ولهم كونراد روتنجن ) الذي أكتشف الأشعة السينية في سنة 1895 ميلادي وكان أول من استخدمها في تصوير يد بشرية ثم تلاه الفرنسي ( هنري بيكريل ) الذي أكتشف بمحض الصدقة أن عنصر اليورانيوم ومركباته المختلفة تلقائياً بإرسال حزم من الأشعة غير المرئية شبيه في مفعولها بأشعة روتتجن ( الأشعة السينية ) .
واعقب ذلك بقليل اكتشاف العالمة البولندية الأصل الفرنسية النشأة “ماريا اسكلودسكا” وزوجها الفرنيس ” بير كوري” أن عنصر الثوريوم له نفس الخاصية التي اقترحت تسميتها بخاصية الأشعة ، وتسمية العناصر التي لها نفس الخاصية باسم العناصر المشعة .
وقبل نهاية سنة 1898م نجحت السيدة ماريا وزوجها بيركوري في أكتشاف عنصر الراديوم المشع ، وعزله وكذلك عزل غيره من العناصر المشعة كما قام بيكربل بعزل عنصر الأكتيوم وبعد ذلك تم اكتشاف حوالي ستين نواة مشعة معظمها قصيرة العمر وينتج عن تحلل عناصر مشعة أخرى أو عن تفاعلات نووية متباينة .
لقد أصبح من المعلوم اليوم أن جميع العناصر التي يزيد عددها الذري على 82 هي عناصر مشعة والعناصر الثقيلة تلك تنطوي في ثلاث مجموعات مشعة وهي مجموعة رابعة تسمى مجموعة ابنتونيوم وهي لا تشع .

وفي سنة 1902 تمكن العالمان البريطانيان رذرفورد وسودي من تفسير ظاهرة الإشعاع على أساس عملية التحلل الذري والتي تنادي بأن العناصر المشعة مثل اليورانيوم والثوريوم تتعرض لتحلل ذري تلقائي بمعدلات ثابتة لا تتأثر بالظروف المحيطة منتجة في النهاية الرصاص.
هذا ويقصد بالإشعاع الذري تلك الجسيمات وأكمام الطاقة (أشعة جاما ) التي تنطلق من نواة الذرة ، وهي جسيمات وأشعة لها القدرة على التأثير على الذرات التي تتكون منها المادة ومن ضمنها الذرات المكونة بجسد الإنسان وأجسام الكائنات الحية ، ولا يمكن أن يحظى خطر ذلك على صحة الإنسان والحيوان والنبات.

موضوع: رد: علم الأشعة السبت 22 ديسمبر 2018, 9:59 am

مخاطر التعرض للإشعاع .. والأعراض والعلاج
علم الأشعة Mri-2

تتعدد الإشعاعات التي يتعرض لها الإنسان في رحلة حياته فقد تكون إشعاعات طبيعية أو صناعية، وتتباين في طريقة ودرجة تأثيراتها عليه. ويعتبر الإشعاع المؤين من أهمها، ويأتي من مصدرين رئيسيين، إما أن يكون طبيعيا أو صناعيا.
إن المصادر الطبيعية للإشعاع المؤين، تتمثل بالنظائر المشعة الموجودة بشكل طبيعي مثل اليورانيوم والثوريوم الموجودين على سطح الأرض، وغاز الرادون الموجود في مواد البناء، الذي يشارك مع نواتج تفككه المصدرة لأشعة ألفا، في تكوين المصدر الإشعاعي الذي يتعرض له الجسم البشري داخليا، سواء عن طريق الجهاز التنفسي أو الهضمي.
وهذه النظائر المشعة توجد في الطبيعة بتراكيز متفاوتة تختلف من منطقة إلى أخرى. وتتركز هذه النظائر بعد أن تنقل من موطنها إلى مواقع تكثر فيها الحياة البشرية بفعل بعض الصناعات غير النووية، مثل صناعات الأسمدة الفوسفاتية والنفط والغاز والكهرباء التي تستخدم الفحم كوقود.
كما أن جسم الإنسان يحتوي ، بشكل طبيعي، على كميات من هذه النظائر المشعة الطبيعية، مثل البوتاسيوم 40.
أما عن المصادر الصناعية، فهي تتراوح بين التجارب النووية وتوليد الطاقة من المفاعلات النووية، إلى الاستخدامات الطبية والزراعية والصناعية والبحث العلمي. إن جميع هذه الاستخدامات الصناعية بحاجة، أثناء التعامل معها، إلى اتباع قواعد وتعليمات الوقاية الإشعاعية والأمن النووي.
هذا إضافة إلى وجود مصادر أخرى تحتوي على مواد مشعة أو تنتج إشعاعات، ومنها المنتجات الاستهلاكية، مثل: الساعات المضيئة، اليورانيوم في السيراميك والزجاج، مستشعرات الدخان، البطاريات الذرية، ومولدات الإشعاع بما في ذلك المعدات المتنقلة للتصوير بالأشعة.
التشخيص الطبي ويصنف التعرض للإشعاع إلى:
ـ تعرض طبي: إما لكامل الجسم أو لجزء منه أو تعرض موضعي للإشعاع بهدف تشخيص أو معالجة حالة مرضية.
ـ تعرض مهني: للعاملين في المجالات الإشعاعية.
ـ تعرض عموم الناس: بواسطة حادث طارئ قد يعرض فرداً أو مجموعة من السكان.
مراحل التشخيص الطبي للأذى الإشعاعي تنقسم إلى:
أ) تعرض كامل الجسم، وهو على ثلاث مراحل:
ـ المرحلة المبدئية: تظهر خلالها الأعراض الأولية، وأهمها: تعب، فقدان شهية، قيء، إسهال، ارتفاع درجة الحرارة، وحمامي جلدية.
ـ المرحلة الكامنة: ليست عرضية، وهي مرحلة ما بين حدوث التأذي وظهوره سريريا.
ـ مرحلة ظهور الحالة المرضية: وهي المرحلة التي تظهر فيها الأعراض، سواء نتيجة لتأذي الجهاز الدموي (نزوف وإنتانات)، أو نتيجة لتأذي الجهاز المعدي والمعوي (آلام بطنية، إسهال)، وتكون ناجمة عن التعرض لجرعات اكبر.
ب) تعرض بعض أعضاء الجسم: تظهر الأعراض نتيجة تعرض جزء كبير نسبيا من الجسم إلى الأشعة، وبشكل خاص (الرأس أو الصدر أو البطن). وتكون عموما على شكل ارتفاع في درجة حرارة الجسم أو ظهور طفح جلدي عند المنطقة التي تم تعرضها للإشعاع.
ج) التعرض الموضعي للإشعاع: تحدث الإصابات الإشعاعية الموضعية عندما تتعرض منطقة محددة من الجسم إلى جرعة إشعاعية كبيرة خلال فترة زمنية تتراوح بين عدة أسابيع إلى عدة أشهر، حيث تظهر علامات وأعراض تشخيصية في تلك المنطقة كالاحمرار والوذمة والتقشر الجلدي والبثرات والتنخر وتساقط الشعر. ويمكن أن يعاني الشخص المتعرض من ألم حاد جدا في المنطقة، التي يصعب في ما بعد معالجتها بالطرق الاعتيادية.
الظواهر السريرية يتوقع حدوث أذية إشعاعية في الحالات التالية:
ـ وقوع حادث إشعاعي.
ـ أعراض تشخيصية، كوجود حالة غثيان أو قيء، خاصة عندما تكون مصاحبة باحمرار جلدي مع تعب وإسهال وأعراض أخرى غير مفسرة بأسباب أخرى كالإنتان المعوي أو التسمم الغذائي أو التحسس.
ـ ظهور اذيات جلدية من دون حدوث حروق كيميائية أو حرارية أو لدغة حشرات أو لمرض جلدي أو تحسس، لكن مترافقة مع تساقط الشعر وتقشر الجلد في المنطقة المتعرضة مسبوقة باحمرار جلدي قبل ثلاثة أسابيع وسطيا.
ـ مشكلات نزفية (رعاف)، أو تساقط شعر مسبوقة بغثيان وقيء.
المساعدة الطبية في حالة الحوادث الإشعاعية تنقسم بحسب مسبباتها المختلفة ووفق مستويات متميزة وهي:
الإسعاف الأولي: يتم أولا تحويل مكان الحادث الإشعاعي إلى منطقة محاطة وخاضعة للمراقبة وعليها إشارات تحذير لعدم الاقتراب.
ثم يتم في مكان الحادث أو في مكان مجاور للحادث، إجراء العمل الاسعافي الأولي، إما من قِبل ممرض أو فني متخصص أو من قِبل رجال الإطفاء أو الدفاع المدني.

تتضمن الإسعافات الأولية في هذه المرحلة التنفس الاصطناعي ومعالجة النزيف والجروح والحروق وتثبيت الكسور.. الخ.
ثم يتم البدء بالإجراءات العامة لإزالة التلوث الإشعاعي من منطقة الحادث بعد الانتهاء من تقديم الإسعافات الأولية.
الفحص الطبي الأولي: يتم نقل المصاب إلى المستشفى المتخصص بالتعامل مع هذه الحالات، وتقدم المعالجة المناسبة لإصابات الحروق والكسور والجروح. كما تتم معالجة التلوث الإشعاعي، سواء الخارجي أو الداخلي، ويتم إجراء عزل وفرز المصابين إلى مجموعات بحسب شدة الأذى الإشعاعي الحاصل. وفي هذه المرحلة يشارك في هذا الفحص مسؤول الوقاية الإشعاعية.
الفحص الطبي الدقيق والمعالجة: تتم معالجة المصابين بشكل دقيق وتعطى المعالجات المناسبة لكل حالة من الحالات. ويجب أن تكون لدى المستشفى خطة مفصلة للتدخل في حالات الطوارئ وعناصر مؤهلة ومدربة على تنفيذ خطة الطوارئ، وان يتوفر لدى المستشفى مكان خاص لاستقبال ومعالجة تلك الحالات، وأن يكون ذلك المكان مجهزا بكافة المعدات والأدوات والأدوية اللازمة لتنفيذ إجراءات التخلص من حالة التلوث بالشكل الأمثل.

موضوع: رد: علم الأشعة السبت 22 ديسمبر 2018, 10:01 am

من مكتشف أشعة اكس ؟

اكتشف أشعة اكس ( الأشعة السينية ) X Ray الفيزيائي الألماني ولهلم رونتجن وذلك في عام 1895، وقد استخدمت تلك الأشعة في مجال الطب والفيزياء والكيمياء والصناعة، وقد شهد عام 1898 التقاط أول صورة بأشعة اكس أو كما يطلق عليها الأشعة السينية من قبل رونتجن ليد زوجته والتي ظهر بها بشكل واضح عظام يدها وخاتم زواجهما، وقد استحق بذلك رونتجن على جائزة نوبل للفيزياء في عام 1901 لاكتشافه لهذه الأشعة التي استخدمت على نطاق واسع في الوسط الطبي.
هذا وبالرغم من أن أشعة اكس تستخدم طبيا لتصوير العظام المكسورة إلا أنه يتم استخدام هذه الأشعة عند رفع طاقتها لغاية علاج مرض السرطان والقضاء على الخلايا الخبيثة.

كذلك تستخدم في مجال الصناعة للكشف عن المعادن المكسورة أو التي بها تآكل خفي، كما تستخدم للكشف عن بعض المواد الغذائية وفي التعرف على كيفية حدوث التفاعلات الكيميائية وطرق تجمع ذرات المادة لتكون وتشكل المركبات الكيميائية.

موضوع: رد: علم الأشعة السبت 22 ديسمبر 2018, 10:02 am

مخاطر وأضرار التعرض للأشعة فوق البنفسجية
علم الأشعة Blazing-Sun-sunny

المهندس أمجد قاسم *
نتعرض في حياتنا اليومية إلى أنواع مختلفة من الإشعاعات غير المرئية ، وبالرغم من أن قسما كبيرا منها غير ضار ، إلا أن بعضها يشكل خطرا حقيقيا على حياتنا وعلى صحتنا ، ومن هذه الإشعاعات ، الأشعة فوق البنفسجية Ultraviolet Rays UV ، والتي تبين بالدليل القاطع خطورتها وآثارها السلبية على أجسادنا .
وتعتبر الشمس أحد مصادر الأشعة فوق البنفسجية ، كما تنتج هذه الأشعة من بعض العمليات الصناعية ، كلحام وقص المعادن ، ومن بعض الدوائر الكهربائية كما في أضوية الفلوروسنت ، ويوجد لهذه الأشعة ثلاثة أنواع هي ( A,B,C) .
وتلعب طبقة الأوزون المغلفة للكرة الأرضية دورا هاما في حجب الأشعة فوق البنفسجية من نوع C ، كما تحجب جانبا كبيرا من كل من A و B .

أضرار كل من النوعين A و B
الأشعة فوق البنفسجية من نوع A تتميز بأنها أطول من الأشعة فوق البنفسجية من نوع B ، وعند تعرض الإنسان لها فإنها تتسبب في الإصابة بالمياه البيضاء Cataracts والبقع السوداء Macular Degeneration كما تصيب شبكية العين بأضرارا كبيرة وتتسبب في حدوث حروق عميقة داخل الجلد وقد يؤدي التعرض الطويل لها إلى الإصابة بسرطان الجلد .
أما الأشعة فوق البنفسجية من نوع B فتتميز بقصر موجتها ، ويؤدي التعرض لها إلى إتلاف قرنية العين وحرق للجلد يفضي إلى تجعده مع احتمالية إصابة الجلد بالسرطان .
العوامل التي تساهم في زيادة مخاطر هذه الأشعة
1. فترت التعرض للشمس
حيث بينت التجارب والقياسات العلمية ، أن خطر الأشعة فوق البنفسجية يكون أكبر ما يمكن بين الساعة العاشرة صباحا والرابعة عصرا.
2. فصول السنة Season
حيث وجد أن مستوى الأشعة يكون أكبر ما يمكن في فصل الصيف والربيع أي من شهر نيسان إلى شهر آب .
3. الارتفاع عن سطح الأرض
يزداد خطر هذه الأشعة في الأماكن العالية وخصوصا على قمم الجبال.
4. طبيعة الملابس التي نرتديها
تلعب الملابس الخفيفة ( ملابس الصيف ) دورا هاما في زيادة خطر الأشعة فوق البنفسجية الملامسة للجلد ، كما يؤدي عدم ارتداء النظارات الشمسية المناسبة إلى زيادة مخاطر هذه الأشعة على قرنية وشبكية العين.

أكثر فئات المجتمع تعرضا لهذه الأشعة
إن مخاطر هذه الأشعة تزداد لدى بعض فئات المجتمع والتي تفرض طبيعة أعمالهم التعرض المباشر لأشعة الشمس لساعات طويلة أو التعامل المباشر مع أجهزة ومعدات تنتج هذه الأشعة ، كالعمال والفنين والمهندسين وأصحاب المهن المختلفة ، ومما يفاقم الوضع سوءا ، عدم استخدام وسائل الحماية المناسبة لتقليل مخاطرها ، كالملابس المناسبة والنظارات الواقية .
و تتجلى مخاطر هذه الأشعة في المناطق الساحلية وبالقرب من البحار حيث تعمل المسطحات المائية على انعكاسها بشكل كبير ، وبالمثل تعمل الثلوج المتراكمة على الأرض على زيادة مخاطر هذه الأشعة.
إن التعرض لهذه الأشعة دون استخدام النظارات الواقية المناسبة وخصوصا لدى الأشخاص ملوني العيون ، ودون ارتداء الملابس الواقية يفاقم من مخاطر هذه الأشعة ، كما تشكل هذه الأشعة خطرا داهما على الأطفال حيث أن عدسات عيونهم في مثل هذا العمر تكون نقية وحساسة للغاية.
* كاتب علمي متخصص في الشؤون العلمية
عضو الرابطة العربية للإعلاميين العلميين

موضوع: رد: علم الأشعة السبت 22 ديسمبر 2018, 10:14 am

أشعة جاما؟
إن أشعة جاما هي أحد صور الإشعاع الكهرومغناطيسي، مثلها كمثل موجات الراديو، والأشعة تحت الحمراء، والأشعة فوق البنفسجية وأشعة إكس وكذلك الموجات الميكروية.
من الممكن أن يستخدم إشعاع جاما في علاج السرطان، كما يدرس الفلكيون الانفجارات المطلقة لإشعاع جاما.
الإشعاع الكهرومغناطيسي ينتقل عبر الموجات أو الجسيمات خلال أطوال موجية مختلفة وكذلك ترددات مختلفة، ذلك المدى الواسع من الأطوال الموجية يعرف بالطيف الكهرومغناطيسي، كما يمكن تقسيم ذلك الطيف لسبعة مناطق مختلفة بسبب تناقص الأطوال الموجية وزيادة التردد وكذلك الطاقة، والتسميات الشائعة لتلك المناطق هي موجات الراديو، الموجات الميكروية، الأشعة تحت الحمراء، الضوء المرئي، الأشعة فوق البنفسجية، أشعة إكس، وأخيرا إشعاع جاما.
تقع أشعة جاما في الطيف الكهرومغناطيسي فوق أشعة إكس المعتدلة، إذ تمتلك ترددات أعلى من 1.018 دورة لكل ثانية، أو الهرتز، وأطوال موجية أقل من 100 بيكومتر، حيث إن البيكو متر هو جزء من التريليون جزء من المتر.

تتداخل المناطق الخاصة بأشعة جاما وكذلك أشعة إكس الشديدة في الطيف الكهرومغناطيسي إذ يصعب التفرقة بينهما، ففي بعض المجالات كما هو الحال في الفيزياء الفلكية ترسم خطوط اعتباطية بنفي الطيف عند طول موجي معين يتم تعريفه على إنه تابع لأشعة إكس والأطوال الموجية الأقصر يتم تعريفها على أنها أشعة جاما، كلا إشعاع جاما إشعاع إكس لديه طاقة كافية لإلحاق الضرر بالأنسجة، لكن يعود الفضل للغلاف الجوي للأرض لحجب معظم الأشعة الكونية.

اكتشاف أشعة جاما:

لوحظت أشعة جاما لأول مرة بواسطة الكيميائي الفرنسي “بول فيلارد” في عام 1900، أثناء دراسته الإشعاع الناتج من الراديام، تبعًا لـ”الوكالة الأسترالية للحماية من الإشعاع والسلامة النووية”، بعدها ببضعة أعوام، قام الفيزيائي النيوزيلندي المولد “إرنست رذرفورد” باقتراح اسم “أشعة جاما” الحرف التالي بعد ألفا وبيتا، أسماء تم إعطائها لجسيمات تُخلق أثناء التفاعلات النووية، وهكذا ارتبط بها الاسم.

مصادر أشعة جاما وتأثيراتها:

تنشأ أشعة جاما بشكل أساسي من خلال أربعة أنواع مختلفة للتفاعلات النووية، الاندماج النووي، الانشطار النووي، انحلال ألفا، وكذلك انحلال جاما.
الاندماج النووي، هو العملية التي تمد الشمس بالطاقة وكذلك النجوم، وتحدث في عملية ذات عدة خطوات، حيث تدفع أربعة بروتونات، أو أنوية الهيدروجين، تحت درجة حرارة وضغط مرتفعين جدا لتندمج مع بعضها منتجة نواة الهيليوم، والتي تتكون بدورها من بروتونين ونيوترونين. نواة الهيليوم الناتجة أخف بحوالي 0.7 في المئة من الأربعة بروتونات المشتركة في التفاعل، ذلك الفرق في الكتلة يتحول إلى طاقة تبعًا لمعادلة آينشتاين الشهيرة: E=Mc2.
حوالي ثلثي تلك الطاقة يتم إطلاقها كإشعاع جاما، أما الباقي فتمتلكه النيوترينوات والتي بدورها جسيمات تكاد تكون لا تتفاعل وذات كتلة مقاربة جدًا للصفر في المراحل الموالية في حياة النجم، عندما ينفذ وقود الهيدروجين، وبإمكانها تكوين عناصر أكثر ثقلًا عبر الاندماج النووي، متضمنة باقي العناصر حتى الحديد، لكن تلك التفاعلات تنتج نقصًا في كمية الطاقة في كل مرحلة.

مصدر آخر لأشعة جاما هو عملية الانشطار النووي.

يعرّف معمل لورنس بركلي القومي الاندماج النووي على أنه انشطار الأنوية الثقيلة إلى أجزاء مربعة متساوية تقريبًا، حيث تنتج أنوية أخف في تلك العملية، والتي تتضمن أيضًا تصادمات مع جسيمات أخرى، أنوية ثقيلة كاليورانيوم والبلوتونيوم تنقسم لأنوية أصغر كالزينون والسترونيوم، كما أن الجسيمات الناتجة من تلك التصادمات باستطاعتها التداخل مع أنوية ثقيلة أخرى، منتجة بذلك ما يعرف بالتفاعل المتسلسل، تنتج الطاقة لإن كتل الأنوية الناتجة أقل من كتل الأنوية المشتركة في التفاعل، وذلك الفرق يتحول إلى طاقة ويظهر على هيئة طاقة حركة تمتلكها الأنوية الأصغر، والنيوترينوات وكذلك إشعاع جاما.

مصادر أخرى كانحلال ألفا وانحلال جاما.

يحدث انحلال ألفا عندما تفقد نواة هيليوم-4 مقللة بتلك العملية العدد الذري بـ 2 والعدد الكتلي بـ 4، تلك العملية بإمكانها أن تترك النواة بطاقة فائضة تفقد عن طريق إطلاق أشعة جاما.
انحلال جاما يحدث عندما تمتلك النواة طاقة فائضة، فتخرجها عن طريق إشعاع جاما دون إحداث أي تغييرات لشحنة أو كتلة النواة.

العلاج بواسطة إشعاع جاما:

تستخدم أشعة جاما أحيانًا في علاج الأورام السرطانية حيث تقوم بتدمير الـ DNA الخاص بالخلايا السرطانية، ومع ذلك، يجب أن تتم بعناية شديدة، إذ من الممكن لأشعة جاما تدمير الـ DNA الخاص بالخلايا السليمة المحيطة.
إحدى طرق زيادة الجرعة للخلايا السرطانية وتقليلها للأنسجة السليمة، هي التوجيه المباشر لأشعة جاما من معجل خطي للمنطقة المصابة عبر عدة اتجاهات، تلك هي الفكرة الأساسية وراء ما يعرف بالسكين الإليكتروني والعلاج بواسطة سكين جاما.

جراحات سكين جاما تتم بواسطة معدات متخصصة لتركيز ما يقارب 200 قذيفة إشعاعية على الورم أو على الهدف في الدماغ، ولكل قذيفة تأثير متناهِ الصغر على أنسجة الدماغ التي تعبر خلالها، لكنها تكوّن جرعة قوية من الإشعاع عند نقطة تلاقيهم.

فلك إشعاع جاما:

واحدة من أكثر مصادر إشعاع جاما المثير للاهتمام هي انفجارات إشعاع جاما، وهي أحداث فائقة الطاقة تحدث خلال مدة تتراوح بين بضعة أجزاء من الثانية إلى بضع دقائق، ولوحظت لأول مرة في ستينيات القرن الماضي. أما الأن فهي تلاحظ في مكان ما في السماء حوالي مرة في اليوم.
انفجارات أشعة جاما هي “أكثر صور الضوء طاقة” تبعًا لناسا، إذ تكون ذات بريق أعلى بمئات المرات من المستعرات العظمى المعتادة، فهي بمثابة مليون تريليون شمس.
وحسبما قال روبرت بيترسون، أستاذ علوم الفلك بجامعة ولاية ميزوري، انفجارات إشعاع جاما كان يعتقد أنها آخر مراحل تبخر الثقوب السوداء، أما الآن فيعتقد أنها تتكون من خلال تصادمات عدة أجسام كالنجوم النيوترونية.
نظريات أخرى ترجح تصادم نجوم فائقة الكتلة لتكوين الثقوب السوداء.

في كلتا الحالتين، انفجارات إشعاع جاما تنتج كمًّا من الطاقة خلال بضع ثوان كافيًا لإضاءة المجرة بأكملها، لكن بسبب الغلاف الجوي للأرض يُحجب معظم إشعاع جاما، فإنها ترى فقط عبر البالونات المرتفعة عاليًا والتليسكوبات المدارية

موضوع: رد: علم الأشعة الأحد 06 يناير 2019, 7:28 pm

الأشعة الكونية
جسيماتٌ عالية الطاقة، منشؤها الفضاء الخارجي. ويعتقد العلماء أن هذه الأشعة تملأ درب اللبّانة (اسم المجرة التي ننتمي إليها وتسمى أيضًا درب التّبانة)، وكذا المَجَرات الأخرى. وتتكون الأشعة الكونية من جسيمات تحت ذرية تحمل شحنة كهربائية، تمامًا مثل البروتونات والإلكترونات ونوى الذرات. وتتحرك هذه الجسيمات في الفضاء الخارجيّ بما يقارب سرعة الضوء ومقدارها 299,792كم/ث.
يقيس الفيزيائيون طاقة الأشعة الكونية بوحدات تُسمًّى إلكترونفولت (إف). وتتراوح طاقة معظم الأشعة الكونية بين بضعة ملايين إلكترونفولت (ماف) وبضعة بلايين إلكترونفولت (جاف).
والواقع أنَّ بليون إلكترونفولت تضيء مصباح بطارية لمدة جزء من مائة مليون جزءٍ من الثانية تقريبًا. إلا أنَّ بروتون أشعة كونية له هذه الطاقة، يستطيع أن يخترق صفيحةً من الحديد سمكها نحو 60سم.
تنشأ الأشعة الكونية من مصادر عديدة في الفضاء. ويعتقد العلماء أنَّ النجوم المنفجرة المسماة السوبرنوفا، والنجوم عالية الكثافة المسماة المنبضات، تنتج كمياتٍ كبيرةً من الأشعة الكونية.كما أن بعض الأشعة الكونية تنتجها الشمس. لكنَّ الأشعة الكونية ذات الطاقة العالية جدًّا هي فقط التي تستطيع اختراق الغلاف الجويّ للأرض، وأقل من واحد في المليون من الأشعة المُخْتَرقة هو الذي يصل إلى سطح الأرض دون أن يصطدم بذرة في الهواء. وتؤدي هذه التصادمات إلى تحطيم كلٍّ من الشعاع الكونيّ والذرة، مولدًا فيضًا من الجسيمات تحت الذرية ذات الطاقة العالية. تصل بعض هذه الجسيمات بالفعل إلى سطح الأرض، بل إن منها ما يخترق الأرض إلى عمقٍ كبير. يطلق على الأشعة الكونية التي تتولد في الفضاء الخارجي اسم الأشعة الكونية الأولية، بينما يُطلق على الفيض المتولِّد في الغلاف الجويّ اسم الأشعة الكونية الثانوية.
ويهتم العلماء بدراسة الأشعة الكونية، لأنها تمدُّنا بعينة من مادة انتقلت عبر الفضاء لملايين من السنين الضوئية. والسنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء في سنةٍ واحدة، وهي تقريبًا 9,46 تريليون كم. ولقد أتاحت أبحاث الأشعة الكونية للعلماء أن يعرفوا الكثير عن الظروف الفيزيائية في المناطق البعيدة عن المجموعة الشمسية.

الأشعة الكونية الأولية

وتسمى أيضًا الأوليات. وهناك نوعان من الأوليات هما المجرية والشمسية.

الأشعة الكونية المجرِّية
وتأتي هذه الأشعة من خارج المجموعة الشمسية، وهي تُشِّكل معظم الأوليَّات. في أثناء فترات خمول الشمس، يسقط في المتوسط شعاعٌ كونيُّ مجرِّيُّ واحد على كل سنتيمتر مربع من السطح الخارجيّ للغلاف الجويّ في الثانية.
تتكوَّن الأشعة الكونية المجرية من نوى الذرات بنسبة 98%، والنسبة الباقية وهي 2% مكونة من إلكترونات وبوزيترونات، وهي إلكترونات تحمل شحنة موجبة. أما النوى، فمنها البروتونات (نوى الهيدروجين) بنسبة 87% تقريبًا، ومنها نوى الهيليوم بنسبة 12%، والباقي هي نوى كل العناصر الأثقل من الهيليوم.
يعتقد الفيزيائيون أنَّ معظم الأشعة الكونية اكتسبت طاقتها العالية نتيجة لتسارعها بسبب موجاتٍ صدميةٍ صادرة عن السوبرونوفا (فائق الاستعار) أو بسبب وجود مجالات مغنطيسية قوية حول النابضات. ويمكن أيضًا للأشعة الكونية المَجَريَّة أن تكتسب طاقةً نتيجةً لتصادماتها مع تصدعاتٍ متحركة في المجالات المغنطيسية الواقعة في الفضاء البيني للنجوم. ويمكن تصوير المجال المغنطيسي على أنه مجموعة خطوط تخيلية للقوة المغنطيسية تمتد في الفراغ حيث تستطيع الجسيمات أن تتحرك بيسر على خطوط المجال مثلما تتحرك حُبَيبات مسبحة على خيطها، إلا أنَّ الجسيمات تقابل صعوبةً في الانتقال عبر الخطوط. وعندما يتحرك أحد خطوط المجال، تتحول بعض الطاقة الناشئة عن حركته إلى الجسيمات المتحركة عليه.
ومتى تسارعت الأشعة الكونية المجريَّة في مجرتنا، فإنها تظلُّ في المتوسط لمدة عشرة ملايين سنة تنتقل عشوائيَّا في المجالات المغنطيسية للمجرة، ومصيرها في النهاية إمَّا الهروب من المجرة، أو فُقدان سرعتها نتيجةً لتصادمها مع مادة الفراغ البيني للنجوم.
تعمل الرياح الشمسية على منع بعض الأشعة الكونية المجريِّة من دخول المجموعة الشمسية، وتتكون هذه الرياح من ذرات مشحونة كهربائيًّا تنطلق خارجة من الشمس إلى المجموعة الشمسية. يُصاحب الرياح الشمسية مجالٌ مغنطيسيٌّ يمنع كثيرًا من الأشعة الكونية المجريَّة من دخول المجموعة الشمسية. ويصدق هذا، على وجه الخصوص، في فترات النشاط المتزايد على سطح الشمس. ومن ثم، يقلُّ تركيز الأشعة الكونية المجرية بالقرب من الأرض كلما زاد النشاط الشمسيّ، وهذا ما يحدث دوريَّا كل إحدى عشرة سنة فيما يُسمَّى دورة الكلف الشمسي.

الأشعة الكونية الشمسية
وتصدر عن الشمس أثناء التوهج الشمسيّ. والتوهج الشمسيّ هو فورانٌ على سطح الشمس له مظهر خلاَّب، ويحدث على وجه الخصوص أثناء فترات النشاط العالي في دورة الكلف الشمسيّ. وتكون طاقة الجسيمات المُطْلقة في هذه التوهُّجات في حدود بضع مافات (mev) إلا أنَّ طاقة الجسيمات المطلقة في توهجات كبيرة قد تصل إلى بضع جافات(gev). وأكثر الأشعة الشمسية هي البروتونات، ذلك أنَّ بعضها يتكون من النوى الثقيلة، ويتكوَّن بعضها من الإلكترونات.

جسيمات أخرى ذرية (ذات طاقة عالية) في الفضاء
تصل طاقة بعض الجسيمات المسرَّعة في الغلاف المغنطيسي للأرض إلى بضع مافات. والغلاف المغنطيسي هو منطقة الفضاء التي يشغلها المجال المغنطيسيّ للكوكب. ولكلٍّ من كواكب المشتري وزحل وأورانوس ونبتونْ غلافٌ مغنطيسي تتسارع فيه الجسيمات لطاقة تبلغ عدة مافات، لكن معظم الجسيمات تظل أسيرة الغلاف المغنطيسي للكوكب مكونةً أحزمة من الإشعاع حوله.
كذلك تعمل الموجات الصدمية من الرياح الشمسية على تسارع الجسيمات إلى بضع مافات. تتولد هذه الموجات الصدمية من التوهج الشمسيّ أو من التيارات السريعة في الرياح الشمسية التي تسلك سلوك العاصفات والنفاثات.

الأشعة الكونية الثانوية

الأشعة الكونية الثانوية، أو الثانويَّات، تنتج عن تصادم الأشعة الكونية الأولية بالنّوى الذرية الموجودة في الطبقات العليا من الغلاف الجوي للأرض.
ينشأ عن هذه التصادمات تفتُّت الأوليَّات وتحوُّل جزء من طاقتها إلى جسيمات تحت ذرية. يتصادم عددٌ من الجسيمات الجديدة بالنّوى الأخرى في الغلاف الجويّ منتجةً المزيد من الجسيمات. وتنتج مثل هذه التصادمات المتتالية فيضًا من الثانويات التي تحتوي على كافة أنواع الجسيمات تحت الذرية. وهذه الأشعة الكونية الثانوية توجد بدءًا من أعلى طبقات الجو، وحتى أعمق المناجم في الأرض.
يعمل الغلاف الجويّ على إبطاء الثانويات، وعلى ذلك فلا يصل إلى الأرض إلا نسبة صغيرة. في المتوسط، يصل جسيم واحد إلى كل سنتيمتر مربع من سطح الأرض في الدقيقة. ومعظم هذه الجسيمات جسيمات تحت ذرية تُسَمَّى ميونات.
يؤثر المجال المغنطيسيّ للأرض على كثافة الثانويات في الغلاف الجويّ. وخطوط هذا المجال منحنيات من القطب المغنطيسيّ الشماليّ إلى القطب المغنطيسي الجنوبي ولا يستطيع اختراق المجال المغنطيسيّ بالقرب من خط الاستواء إلا الأوليّات ذات الطاقات العالية جدًّا؛ وذلك لأنها تُضطر هناك إلى عبور خطوط المجال. أما عند القطبين، فحتى الأوليات ذات الطاقة المنخفضة تستطيع أن تتحرك على خطوط المجال وتخترق الغلاف الجويّ. وعلى ذلك، فإنَّ كثافة الثانويات تكون أقل ما يمكن عند خط الاستواء، وتتزايد كلما اتجهنا نحو القطبين.

تأثير الأشعة الكونية

مستوى الإشعاع الناتج عن الأشعة الكونية على الأرض أقل بكثير من أن يسبِّب أضرارًا للكائنات الحية. يقيس العلماء جرعة الإشعاع بوحدة تُسَمَّى الراد، وتعتبر الجرعة طويلة المدى التي تزيد على بضعة رادات في السنة غير مأمونة. أما عند مستوى سطح البحر، فإنَّ الجرعة الناتجة عن الأشعة الكونية المجرية تقل عن عشرة رادات في السنة. على أن مستوى الإشعاع في الأحزمة الإشعاعية للأرض يمكن أن يشكِّل خطورةً على رجال الفضاء، كما أنه يضرُّ بالأجهزة. كذلك يحدث إشعاعٌ نتيجة تهيج شمسي شديد في أيّ مكان خارج الغلاف الجويّ. لذلك، يلزم تهيئة سفن الفضاء التي يحتمل تعرضها لمثل هذا الإشعاع بدروع تقيها منه. وتحاول مركبات الفضاء الحاملة للبشر أن تتجنب أحزمة الإشعاع وكذا حالات التوهج الشمسي الشديد.
لقد تعرضت بعض مركبات الفضاء لمشاكل نتيجة لتأثير الأشعة الكونية المجرية على الدوائر الإلكترونية للمركبة. ويستطيع شعاعٌ كونيُّ منفرد نجح في اختراق قطعة صغيرة من دائرة أن يُغيِّر المعلومات المحفوظة على هذه القطعة. ويكاد يكون من المستحيل إيجاد حماية ضد الأشعة الكونية المجرية نظرًا لطاقتها العالية، ولذلك فقد اضطر العلماء والمهندسون إلى تطوير مكوِّنات للدوائر أقل حساسية لتأثيرات الأشعة الكونية.
يأتي أحد التأثيرات المفيدة للأشعة الكونية من تفاعل الثانويات مع نوى النيتروجين في الغلاف الجويّ للأرض. هذا التفاعل يُنتج نوعًا مشعًّا من الكربون يُسمَّى الكربون الإشعاعي. وتقوم الكائنات الحيَّة، باستمرار، بإدماج الكربون، بما في ذلك الكربون الإشعاعيّ، في خلاياها. ونظرًا لأن الكربون الإشعاعي يتحلل بمعدل ثابت، فإن القدر المتبقي منه في المادة الحية يدل العلماء على عمر هذه المادة.

أبحاث الأشعة الكونية

الدراسات الأولى. استعمل العلماء في أواخر القرن التاسع عشر الميلادي أجهزة تُسمَّى المناظير الإلكترونية (الكشافات الكهربائية) في دراسة النشاط الإشعاعيّ. وحتى عندما دُرِّعت الأجهزة ضد أكثر الأشعة قوةً، فإنها ظلَّت تسجل وجود نوعٍ مجهولٍ من الإشعاع النافذ. وفي عام 1912م، قام الفيزيائيّ النمساوي فيكتور هِسّ بحمل منظار إلكترونيّ على منطاد، فلاحظ أنَّ الإشعاع يتزايد مع الارتفاع. ومن ذلك، استنتج هس أنه لا بد أن يكون مصدر الإشعاع في الغلاف الجوي أو فيما وراءه. ولقد حصل هس على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1936م لاكتشافه الأشعة الكونية.
ظنَّ الفيزيائيون في البداية أنَّ الأشعة الكونية هي أشعة جاما. وفي أواخر العشرينيات من القرن العشرين، اكتشف العلماء أنَّ الأشعة الكونية تتأثر بالمجالات المغنطيسية بخلاف أشعة جاما وقد أوضح هذا التأثر أن الأشعة يجب أن تكون جسيمات مشحونة. وفي أواخر الأربعينيات، أوضحت الدراسة الضوئية للأشعة الكونية أنَّ الأوليَّات تتكون أساسًا من نوى الهيدروجين ونوى الهيليوم. وفي خلال الخمسينيات، درس الفيزيائيون تأثيرات الشمس على الأشعة الكونية. وفي عام 1961م، لاحظ هؤلاء الفيزيائيون لأول مرة وجود إلكترونات بين الأوليَّات. ومنذ الستينيات، فإنَّ سفن الفضاء قد مكَّنت العلماء من دراسة الأوليَّات خارج الغلاف الجوي وخارج المجال المغنطيسيّ للأرض.

الأبحاث الراهنة
تتضمن الكثير من بحوث الأشعة الكونية المعاصرة الطبيعة الفيزيائية للنجوم والأجسام الأخرى في المجرات. وإذا ثبت ما يعتقده العلماء من أنَّ الأشعة الكونية تتسارع بفعل السوبرنوفا (فائق الاستعار) والنابضات، فإنه يمكن القول بأن هذه الجسيمات تمثل عيِّناتٍ من المادة الموجودة بالقرب من هذه الأجرام. وكذلك فإن دراسة مثل هذه الأشعة الكونية تساعد العلماء في التعرف على العمليات النووية التي تتم عندما ينفجر نجم سوبرنوفا وعلى الظروف بالقرب من أي نابض. وكذلك، فإنَّ أبحاث الأشعة الكونية تكشف عن الدلائل حول تركيب وتوزيع المادة والمجالات المغنطيسية التي تمر بها الأوليات في الفضاء البيني للنجوم.
ويجري حاليًّا تصميم أجهزة جديدة لإمدادنا بمعلومات أكثر تفصيلاً عن أصل الأشعة الكونية وتسارعها والمدى الذي تصل إليه. وسوف تمكننا هذه الأجهزة أيضًا من الفحص الأدق للتركيب النووي للأوليات المنخفضة الطاقة.
في الماضي كانت الأشعة الكونية الثانوية هي المصدر الوحيد للجسيمات تحت الذرية المستخدمة في الأبحاث. إلا أنَّ الفيزيائيين اكتشفوا خلال الفترة من الثلاثينيات إلى الخمسينيات من القرن العشرين كثيرًا من الجسيمات تحت الذرية بين الثانويات. ويستخدم الفيزيائيون حاليًّا أجهزة تُسمَّى مُعجلات الجسيمات في معظم أبحاث الجسيمات. غير أن دراسة الأشعة الكونية قد تكشف أنواعًا جديدة من جسيمات تحت ذرية توجد فقط عند طاقات أعلى بكثير من تلك التي يمكن للمُعجلات تحقيقها.

» الأشعة السينية
» الأشعة تحت الحمراء
» المايكروويف || قصة التصنيع وكيف أكتشفت الأشعة
» متى تسبب الأشعة التليفزيونية مخاطر على الحامل وجنينها؟