الإشعاع الذري1

Diamond · #1 19-12-2006, 23:03

الإشعاع الذري (1)‏
المقدمة:-‏
إن من أهم الظواهر الكونية تلك الظاهرة المعروفة باسم الإشعاع أو التحلل ‏الإشعاعي للعناصر، وكان من أوائل من أدركها العالم الألماني رونتجن مكتشف ‏الأشعة السينية سنة 1895م.‏
ثم تلاه الفرنسي هنري بيكيريل الذي اكتشف بالقدر أن عنصر اليورانيوم ‏ومركباته تقوم تلقائياً بإرسال حزم من الأشعة غير المرئية شبيهة في مفعولها بأشعة ‏رونتجن.‏
ثم اكتشفت العالمة ماريا اسكلودسكا وزوجها الفرنسي بيير كوري أن لعنصر ‏الثوريوم نفس الخاصية التي اقترحت تسميتها بخاصية الإشعاع وتسمية العناصر التي ‏لها نفس الخاصية باسم العناصر المشعة. وفي سنة 1898م نجحت السيدة ماريا ‏وزوجها بيير كوري في اكتشاف عنصر الراديوم المشع وعزله، وكذلك عزل غيره ‏من العناصر المشعة. ‏
وبعد ذلك تم اكتشاف حوالي ستين نواة مشعة وينتج عن تحلل عناصر مشعة ‏أخرى أو عن تفاعلات نووية متباينة، وأصبح من المعلوم اليوم أن جميع العناصر ‏التي يزيد عددها الذري على 82 هي عناصر مشعة وتنقسم إلى ثلاث مجموعات هي ‏مجموعة اليورانيوم ومجموعة الأستينيوم ومجموعة الثوريوم هذا بالإضافة إلى ‏عناصر أخرى خفيفة تتميز أيضاً بالإشعاع.‏
وفي سنة 1902م تمكن العالمان البريطانيان رزرفورد وسودي تفسير ظاهرة ‏الإشعاع على أساس من عملية التحلل الذري والتي تنادي بأن العناصر المشعة مثل ‏اليورانيوم والثوريوم تتعرض لتحلل ذري تلقائي بطيء بمعدلات ثابتة لا تتأثر ‏بالظروف المحيطة منتجة في النهاية الرصاص والهيليوم.‏
ويقصد بالإشعاع الذري تلك الجسيمات وأكمام الطاقة (أشعة جاما) التي تنطلق ‏تلقائياً من نواة الذرة، وهي جسيمات وأشعة لها القدرة على التأثير على الذرات التي ‏تتكون منها المادة ومن ضمنها الذرات المكونة لجسد الإنسان وأجسام الكائنات الحية.‏
كما كانت معدلات التحلل بالإشعاع بطيئة جداً فقد اتفق العلماء على التعبير ‏عنها بعمر النصف (أي المدة اللازمة لكي يفقد وزن معين من العنصر المشع نصفه ‏على هيئة نهايات غير مشعة وتتبقى له نصف شدته الإشعاعية الأولية).‏
والذرات التي تحوي نواة كل منها على نفس العدد الذري ولكن تختلف في ‏عدد النيترونات المتعادلة يمكن أن تكون سلسلة من النظائر التي لها نفس الصفات ‏الكيميائية ولكن تختلف في عدد الكتلة الخاص بها وتختلف كذلك بعض صفاتها ‏الطبيعية مثل أن تكون مشعة أو غير مشعة وتميز كلها بأنها نظائر لعنصر واحد.‏
إن البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة تترابط مع بعضها البعض بقوى ‏تماسك هائلة، ولذلك فإن النواة إذا شطرت أو تحطمت أدى ذلك إلى انطلاق طاقة ‏هائلة. وعندما تزدحم نواة عنصر ما بأعداد من البروتونات والنيترونات تكفي ‏للوصول بقوى الترابط بينها إلى أقصى حد يمكنها من إبقائها متماسكة، لذا فإن ‏الذبذبات العادية في داخل النواة قد تتعدى حدود ذلك الترابط فتتطاير أجزاء من النواة ‏بصورة تلقائية وهذا ما يعرف بظاهرة الإشعاع أو التحلل الإشعاعي.‏
وفي مثل هذا التحلل التلقائي للنواة فإن الجسيمات المنطلقة غالباً ما تتكون من ‏اثنين من النيوترونات واثنين من البروتونات (ويعرف كل واحد من هذه الجسيمات ‏باسم جسيم ألفا) وبخسارة مثل هذا الجسيم تترك النواة عادة في حالة من عدم ‏الاستقرار مما يؤدي إلى انطلاق أشعة جاما أو إلى انطلاق إلكترون واحد يعرف باسم ‏جسيم بيتا مع نيوترينو وغير ذلك من التحلل الإشعاعي.‏

مصادر الإشعاع:-‏
يمكن تقسيم مصادر الإشعاع إلى مصدرين:-‏

أولاً: المصادر الطبيعية للإشعاع الذري.‏
إن الإشعاع الذري موجود قبل خلق الأرض بزمن طويل، ويمكن تقسيم ‏مصادر الإشعاع الطبيعية إلى:-‏
أ- الأشعة الكونية: ‏
الأشعة الكونية هي التي تغزو الأرض من الفضاء الخارجي ومعظمها بحكمة ‏الله تعالى (يصد من قبل الغلاف الجوي المحيط بالأرض قبل وصوله) وتمثل الأشعة ‏الكونية أقل قليلاً من نصف الجرعة الإشعاعية الطبيعية القادمة من خارج جسم ‏الإنسان، والمصدر الرئيسي لهذه الأشعة ناتج عن الحوادث النجمية في الفضاء ‏الكوني البعيد ومنها ما يصدر عن الشمس خاصة خلال التوهجات الشمسية التي ‏تحدث 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 بين 26.4 وحوالي 1% من الإلكترونات ذات طاقة عالية جداً وهذا ‏ما تمتاز به الأشعة الكونية لذلك فإن لها قدرة كبيرة على الاحتراق.‏
كما أنها تتفاعل مع نوى ذرات الغلاف الجوي مولدة بذلك إلكترونات سريعة ‏وأشعة جاما ونيوترونات وميزونات. وتتباين شدة الأشعة على سطح الأرض من ‏مكان إلى آخر فالقضبان يتعرضان لنسبة أكبر منها مقارنة بالمنطقة الاستوائية لأن ‏المجال المغناطيسي الأرضي يغير اتجاه هذه الأشعة المتأينة القادمة من الفضاء ‏الخارجي ويقوم بتقميعها باتجاه القطبين كما أن الأشعة الكونية تزداد تدريجياً مع ‏الارتفاع عن سطح البحر.‏
ويمكن تقسيم الأشعة الكونية إلى:-‏
‏1- الإشعاع المأسور:-‏
إن الحقل المغناطيسي للأرض هو المسؤول عن تكوين أطواق الإشعاع ‏المأسور حول الأرض حيث تقع الإلكترونات والبروتونات في الشراك في مناطق تبدأ ‏فوق الغلاف الجوي وتمتد إلى مسافة تتراوح بين 10-12 مرة من نصف قطر ‏الأرض. إن الجسيمات المشحونة التي تجتاز هذه المناطق تتخذ مساراً حلزونياً حول ‏خطوط الحقل المغناطيسي، وتتذبذب بين النقاط العاكسة الموضوعة في اتجاه معاكس ‏لنصفي الكرة الأرضية.‏
إن المحور المغناطيسي للأرض يميل بحدود 11 درجة عن محور الدوران ‏الذاتي وبالتالي فإنه يحيد قليلاً عن المركز ونتيجة لذلك تمتد أطواق البروتونات ‏المأسورة نحو الغلاف الجوي وتعرف هذه المنطقة بالظاهرة الأطلسية الجنوبية.‏
‏2- الإشعاع الكوني المنحدر من المجرات:‏
‏-‏ الأشعة الكونية الأولية. ‏
يتولد الإشعاع الكوني المتحدر من المجرات من خارج النظام الشمسي، ويتألف ‏من نوى ذرية مشحونة مؤينة من:-‏
أ- الهيدروجين (87%) – (البروتونات).‏
ب- الهيليوم (12%) – (جسيمات ألفا).‏
ج- نوى ثقيلة مثل الكربون والنتروجين والأكسجين والكالسيوم والحديد (1%).‏
ويتميز هذا النوع من الإشعاع بطاقات حركية كبيرة جداً (أعلى من عدة آلاف ‏من ‏GeV‏ في وحدة الكتلة الذرية).‏

‏-‏ ‏ (الأشعة الكونية الثانوية).‏
وتنتج من تفاعل الأشعة الكونية الأولية مع مكونات الغلاف الجوي. وتتألف هذه ‏الأشعة من:‏
أ- مكونات خفيفة مثل الإلكترونات والميزونات والفوتونات.‏
ب- مكونات ثقيلة مثل النترونات والبروتونات ومختلف الأيونات.‏
تقل كثافة الأشعة الكونية الأولية كلما اقتربنا من سطح الأرض في حين تزداد ‏كثافة الأشعة الكونية الثانوية بالاقتراب من سطح الأرض.‏
‏3- الحوادث الشمسية :-‏
وهي إدخالات للإلكترونات الطاقية والبروتونات وجسيمات ألفا وجسيمات ثقيلة ‏أخرى إلى الفضاء البيوكوكبي في أثناء توهجات الشمس.‏
معظم توهجات الشمس لا يمثل خطراً ملموساً، ويعزى ذلك إما لأنها صغيرة ‏جداً أو بالتالي غير قادرة على حقن أعداد ملموسة من الجسيمات الشمسية الطاقية، ‏أولاً لأنها تظهر عند توضعات طولانية شمسية غير مؤاتية لنقل هذه الجسيمات إلى ‏الأرض عبر خطوط الحقل المغناطيسي البيوكوكبي.‏
إن التوهجات أو السلاسل المتعاقبة السريعة من التوهجات العملاقة لها صلة ‏مباشرة في توليد الحوادث الجسيمية الشمسية ذات الطاقة العالية جداً. هذه الحوادث ‏البروتونية الشمسية تظهر مرة أو مرتين في كل دورة للشمس.‏

الي اللقاء مع الإشعاع الذري (2)