الرئيسية
أحدث الصور
من طرف أنواع الإشعاعات
علمنا مما سبق أن الإشعاع النووي له عدة أنواع، وبصفة عامة فإنه يمكن تقسيم الإشعاع إلى قسمين رئيسين:
الإشعاع المؤين :
سمي
بذلك لأن هذا النوع من الإشعاع له القدرة على تأيين الذرات التـي يمر
خلالها وذلك بإخراج جسيم (أو عدة جسيمات) ذو شحنة معينة من الذرة
(المتعادلة الشحنة) وتبقى بقية الذرة تحمل شحنة معاكسة لهذا الجسيم (أو
الجسيمات) المنطلق من الذرة.
الإشعاع الغير مؤين:
ليس لديه المقدرة على تأيين الذرات.
جسيمات ألفا Alpha Particles (α)
إن جسيمات-α ما هي إلا عبارة عن نواة ذرة الهيليوم والتي تحتوي على نيوترونين و بروتونين.وبالطبع تكون هذه
الجسيمات مرتبطة مع بعضها البعض بشدة بحيث تعامل كجسيم واحد كتلتهU حيث U وحدة الكتلة الذرية. وقد اعتبرت وحدة الكتلة
الذرية الواحدة تساوي 1/12
من كتلة ذرة الكربون-الغير مستثارة والمكونة من النواة وستة إلكترونات.
(1 amu=1.6605655×10-27 kg)
هذه الجسيمات تحمل وحدتي شحنة موجبة. وهي ذات مدى قصيـر جداً، فهي تسير مسافة قصيـرة جداً في الهواء لا تتـعدى بعض
السنتيميترات تحت الظروف القياسية من الضغط ودرجة الحرارة ،(0oC and 760 mm Hg)
في حين أنها تسير بضع ميكرونات من
المتر
في النسيج الحيوي، وتكفي الورقة العادية لإيقافها. ويرجع السبب في ذلك
لكتلتها الثقيلة التي تجعلها تسير ببطء مما يمكنها من تأين المادة بشكل
كبير، إضافةً لشحنتها العالية التي تساعد على التأيين بشكل كبير أيضاً،
الأمر الذي يؤدي إلى فقدانها للطاقة فتتوقف بسهولة بعد مسافة قصيرة من
مرورها في المادة.
جسيمات بيتا Beta Particles (β)
وهي
جسيمات ناتجة عن انحلال أنوية بعض الذرات الغير مستقرة وتحولها. فتنطلق
منها جسيمات إما سالبة الشحنة وتسمى جسيمات بيتا السالبة أو النيقاترونات
(إلكترونات نووية) ورمزها () أو جسيمات موجبة الشحنة وتسمى جسيمات بيتا
الموجبة ويطلق عليها مسمى البوزيترونات ورمزها ((.
هذه الجسيمات سريعة
جداً لها كتلة تساوي كتلة الإلكترونات الذرية وتحمل وحدة واحدة من الشحنة
السالبة في حالة جسيمات بيتا السالبة و الأمر ذاته بالنسبة للبوزيترون لكنه
يحمل وحدة واحدة من الشحنة الموجبة. وبالطبع تتفاعل جسيمات بيتا مع
المادة، وقابليتها للتأيين أقل من قابلية جسيمات-α، مما يجعل مداها في
الوسط أكبر من مدى جسيمات-α. ومن الممكن أن تنبعث من معظم المصادر الطبيعية
مثل الذي يبعث والذي يبعث . ويمكن إنتاجها صناعياً من مصادر أخرى مثل
المعجلات الخطية.
النيوترونات Neutrons (n)
أكتشف
العالم تشادويك Chadwick في عام 1932م النيوترون وذلك عن طريق دراسته
لارتداد البروتون في طبقة البارافين (C6H12) عند قصفها بالإشعاع المتولد من
مصدر الـPo/Be (البولونيوم/بريليوم) حيث وجد أن هناك انبعاث لدقائق
(جسيمات) متعادلة الشحنة أطلق عليها اسم النيوترونات. هذه الجسيمات ذات
سرعة كبيرة تتفاعل مع المادة وتؤينها كسابقتيها α وβ ولكن هذا التأين هنا
هو تأين غير مباشر . وهي ذات مدى كبير وذلك ناتج عن تعادل شحنتها فلا تفقد
طاقتها بشكل سريع كأشعة-α عند التأين، حيث أنها عند تصادمها مع أنوية
الذرات يتحرر نيوكلون أو أكثر (بروتونات، نيوترونات أو جسيمات-α) وبما أن
هذه النيوكلونات مشحونة (ماعدا النيوترونات) فهي تقوم بدورها بإحداث التأين
في المادة خلال مسارها، وتسمى هذه العملية بعملية التأين الثانوي (الغير
مباشر).
وللنيوترونات عدة طرق لإنتاجها نذكر منها ما يلي:
(1)
استخدام المصادر المشعة، والذي يتم فيه استخدام مصدر يبعث جسيمات-α مختلط
مع مسحوق من عنصر آخر يعمل كهدف لهذه الجسيمات ليتم فيه إحداث تفاعل من نوع
(α,n) والذي يطرد فيه أحد نيوترونات العنصر الهدف-الضعيفة الارتباط، كما
في التفاعل التالي:
وكذلك
الحال يمكن استخدام تفاعل آخر من نوع (γ,n) لإنتاج النيوترونات وتسمى
النيوترونات في هذه الحالة بالنيوترونات الضوئية (مثال ذلك: D(γ,n)، حيث D
ترمز لنظير ذرة الهيدروجين وهي تحتوي بالإضافة للبروتون نيوتروناً وتكتب
أحياناً على الصورة وتسمى ديوترون ، وهذا التفاعل يتم عند طاقة دنيا
للفوتون الساقط، Eγ = 2.23 MeV).
(2) الانشطار النووي. كانشطار
اليورانيوم- عند امتصاصه للنيوترون الساقط والذي ينتج عنه ذرتين متماثلـتين
(تقريباً) في الكتلة وذات معدل n/p (حيث n تمثل عدد النيوترونات و p عدد
البروتونات) أقل من النواة الأم. حيث تتراوح
هذه النسبة في نواتج الانشطار من 1.17
إلى
1.52
فالفائض من النيوترونات ينطلق أثناء عملية الانشطار النووي كما في المثال
التالي:
حيث A وB هما نواتج الانشطار.
Xn: عدد X من نيوترونات الانشطار n.
ويلاحظ كذلك الطاقة الهائلة المصاحبة لهذه العملية.
(3)
مولدات النيوترونات. وفيها يتم تعجيل الجسيم القذيفة إلى طاقة معينة تمكنه
من إحداث التفاعل. ومن ثم توجه هذه الجسيمات لترتطم بالنواة الهدف لإحداث
تفاعل معين تطرد فيه إحدى نيوترونات الهدف كما في التفاعل التالي:
البروتونات Protons (P)
وهي
جسيمات موجبة الشحنة كتلتها تساوي (تقريباً) كتلة النيوترونات. وهي موجودة
داخل النواة (مع النيوترونات) وهي التي تكسب النواة الشحنة الموجبة
وشحنتها الموجبة تكافئ الشحنة السالبة للإلكترونات خارج النواة مما يجعل
الذرة متعادلة كهربائياً. وفي الذرة المتعادلة، دائماً يكون عدد البروتونات
يساوي عدد الإلكترونات ويرمز له بالرمز Z ويسمى العدد الذري. وللبروتونات
استخدامات عديدة منها إنتاج بعض العناصر (مثال
أو طرد بعض الجسيمات النووية (مثال:وقد سبق شرحه في الفقرة السابقة).
أشعة جاما Gamma Rays (γ)
وهي
عبارة عن أشعة كهرومغناطيسية ‑وهي تحمل أثناء انتشارها مجالين متعامدين،
أحدهما كهربي والآخر مغناطيسي‑ تنبعث على شكل فوتونات (وهي عبارة عن كمات
من الطاقة ليس لها كتلة ولها خواص تشبه خواص الضوء العادي). وتتكون هذه
الأشعة من جيوب من الطاقة المنتقلة على شكل حركة موجية، وتختلـف هذه الأشعة
من ناحية تأثيرها وكيفية تفاعلها مع المواد، وذلك ناتج عن اختلاف الترددات
(ν) مما يجعل الطاقات (E) مختلفة تبعاً للقانون:
E = hν
E حيث
طاقة الفوتون
h
ثابت بلانك Planck's Constant ويساوي
ν
تردد الفوتون حيث
و c
سرعة الضوء وتساوي و l هي الطول الموجي للفوتون ومنه
E = hc/ l
ومن الممكن أن يكون انبعاث أشعة-γ مصاحباً للانحلال النووي لجسيمات- αأوβ(مثال: اضمحلال نواة الـحيث تضمحل
بإطلاق جسيمات ويرافقها انبعاث لأشعة-γ بطاقتين مختلفتين عند 1.17 MeV
و
(1.33 MeV
أشعةX- (الأشعة السينية) X-Ray
هذه
الأشعة تشبه أشعة-γ ولكن هناك فرق أساسي بينهما، من حيث المنشأ، وهو مصدر
كلاً منهما حيث أن أشعة-γ تصدر عن التغيرات الحادثة في النواة في حين أن
أشعة-X تصدر أو تنبعث من خارج النواة بسبب تفاعلات الإلكترونات في الذرة
وتنقلاتها الداخلية. هذه التفاعلات إما أن تكون (1) ذاتية أي أن ينزل أحد
إلكترونات المدارات العليا ليملأ فجوة تركها أحد إلكترونات المدارات
الداخلية إثر تفاعله مع فوتون أو إلكترون خارجي. وفي هذه الحالة تسمى
أشعة-X الناتجة بأشعة-X المميزة وذلك لأنها تميز كلاً من المدار والذرة
الباعثة لهذا الإشعاع، أو تكون(2) ناتجة بسبب تبطئ الإلكترونات السريعة
القادمة من خارج الذرة وتفاعلها مع المجال النووي مما يؤدي إلى فقدانها
السريع للطاقة بسبب تغير مسارها الفجائي وهذا هو الأسلوب المتبع في إنتاج
أشعة- X في عدة مجالات ومنها المجالات الطبية.وهذا النوع من أشعة- X يطلق
عليه اسم أشعة الفرملة (أو الكبح)، أشعة بريمشترالونج أو الأشعة البيضاء أو
الأشعة المستمرة.
علمنا مما سبق أن الإشعاع النووي له عدة أنواع، وبصفة عامة فإنه يمكن تقسيم الإشعاع إلى قسمين رئيسين:
الإشعاع المؤين :
سمي
بذلك لأن هذا النوع من الإشعاع له القدرة على تأيين الذرات التـي يمر
خلالها وذلك بإخراج جسيم (أو عدة جسيمات) ذو شحنة معينة من الذرة
(المتعادلة الشحنة) وتبقى بقية الذرة تحمل شحنة معاكسة لهذا الجسيم (أو
الجسيمات) المنطلق من الذرة.
الإشعاع الغير مؤين:
ليس لديه المقدرة على تأيين الذرات.
جسيمات ألفا Alpha Particles (α)
إن جسيمات-α ما هي إلا عبارة عن نواة ذرة الهيليوم والتي تحتوي على نيوترونين و بروتونين.وبالطبع تكون هذه
الجسيمات مرتبطة مع بعضها البعض بشدة بحيث تعامل كجسيم واحد كتلتهU حيث U وحدة الكتلة الذرية. وقد اعتبرت وحدة الكتلة
الذرية الواحدة تساوي 1/12
من كتلة ذرة الكربون-الغير مستثارة والمكونة من النواة وستة إلكترونات.
(1 amu=1.6605655×10-27 kg)
هذه الجسيمات تحمل وحدتي شحنة موجبة. وهي ذات مدى قصيـر جداً، فهي تسير مسافة قصيـرة جداً في الهواء لا تتـعدى بعض
السنتيميترات تحت الظروف القياسية من الضغط ودرجة الحرارة ،(0oC and 760 mm Hg)
في حين أنها تسير بضع ميكرونات من
المتر
في النسيج الحيوي، وتكفي الورقة العادية لإيقافها. ويرجع السبب في ذلك
لكتلتها الثقيلة التي تجعلها تسير ببطء مما يمكنها من تأين المادة بشكل
كبير، إضافةً لشحنتها العالية التي تساعد على التأيين بشكل كبير أيضاً،
الأمر الذي يؤدي إلى فقدانها للطاقة فتتوقف بسهولة بعد مسافة قصيرة من
مرورها في المادة.
جسيمات بيتا Beta Particles (β)
وهي
جسيمات ناتجة عن انحلال أنوية بعض الذرات الغير مستقرة وتحولها. فتنطلق
منها جسيمات إما سالبة الشحنة وتسمى جسيمات بيتا السالبة أو النيقاترونات
(إلكترونات نووية) ورمزها () أو جسيمات موجبة الشحنة وتسمى جسيمات بيتا
الموجبة ويطلق عليها مسمى البوزيترونات ورمزها ((.
هذه الجسيمات سريعة
جداً لها كتلة تساوي كتلة الإلكترونات الذرية وتحمل وحدة واحدة من الشحنة
السالبة في حالة جسيمات بيتا السالبة و الأمر ذاته بالنسبة للبوزيترون لكنه
يحمل وحدة واحدة من الشحنة الموجبة. وبالطبع تتفاعل جسيمات بيتا مع
المادة، وقابليتها للتأيين أقل من قابلية جسيمات-α، مما يجعل مداها في
الوسط أكبر من مدى جسيمات-α. ومن الممكن أن تنبعث من معظم المصادر الطبيعية
مثل الذي يبعث والذي يبعث . ويمكن إنتاجها صناعياً من مصادر أخرى مثل
المعجلات الخطية.
النيوترونات Neutrons (n)
أكتشف
العالم تشادويك Chadwick في عام 1932م النيوترون وذلك عن طريق دراسته
لارتداد البروتون في طبقة البارافين (C6H12) عند قصفها بالإشعاع المتولد من
مصدر الـPo/Be (البولونيوم/بريليوم) حيث وجد أن هناك انبعاث لدقائق
(جسيمات) متعادلة الشحنة أطلق عليها اسم النيوترونات. هذه الجسيمات ذات
سرعة كبيرة تتفاعل مع المادة وتؤينها كسابقتيها α وβ ولكن هذا التأين هنا
هو تأين غير مباشر . وهي ذات مدى كبير وذلك ناتج عن تعادل شحنتها فلا تفقد
طاقتها بشكل سريع كأشعة-α عند التأين، حيث أنها عند تصادمها مع أنوية
الذرات يتحرر نيوكلون أو أكثر (بروتونات، نيوترونات أو جسيمات-α) وبما أن
هذه النيوكلونات مشحونة (ماعدا النيوترونات) فهي تقوم بدورها بإحداث التأين
في المادة خلال مسارها، وتسمى هذه العملية بعملية التأين الثانوي (الغير
مباشر).
وللنيوترونات عدة طرق لإنتاجها نذكر منها ما يلي:
(1)
استخدام المصادر المشعة، والذي يتم فيه استخدام مصدر يبعث جسيمات-α مختلط
مع مسحوق من عنصر آخر يعمل كهدف لهذه الجسيمات ليتم فيه إحداث تفاعل من نوع
(α,n) والذي يطرد فيه أحد نيوترونات العنصر الهدف-الضعيفة الارتباط، كما
في التفاعل التالي:
وكذلك
الحال يمكن استخدام تفاعل آخر من نوع (γ,n) لإنتاج النيوترونات وتسمى
النيوترونات في هذه الحالة بالنيوترونات الضوئية (مثال ذلك: D(γ,n)، حيث D
ترمز لنظير ذرة الهيدروجين وهي تحتوي بالإضافة للبروتون نيوتروناً وتكتب
أحياناً على الصورة وتسمى ديوترون ، وهذا التفاعل يتم عند طاقة دنيا
للفوتون الساقط، Eγ = 2.23 MeV).
(2) الانشطار النووي. كانشطار
اليورانيوم- عند امتصاصه للنيوترون الساقط والذي ينتج عنه ذرتين متماثلـتين
(تقريباً) في الكتلة وذات معدل n/p (حيث n تمثل عدد النيوترونات و p عدد
البروتونات) أقل من النواة الأم. حيث تتراوح
هذه النسبة في نواتج الانشطار من 1.17
إلى
1.52
فالفائض من النيوترونات ينطلق أثناء عملية الانشطار النووي كما في المثال
التالي:
حيث A وB هما نواتج الانشطار.
Xn: عدد X من نيوترونات الانشطار n.
ويلاحظ كذلك الطاقة الهائلة المصاحبة لهذه العملية.
(3)
مولدات النيوترونات. وفيها يتم تعجيل الجسيم القذيفة إلى طاقة معينة تمكنه
من إحداث التفاعل. ومن ثم توجه هذه الجسيمات لترتطم بالنواة الهدف لإحداث
تفاعل معين تطرد فيه إحدى نيوترونات الهدف كما في التفاعل التالي:
البروتونات Protons (P)
وهي
جسيمات موجبة الشحنة كتلتها تساوي (تقريباً) كتلة النيوترونات. وهي موجودة
داخل النواة (مع النيوترونات) وهي التي تكسب النواة الشحنة الموجبة
وشحنتها الموجبة تكافئ الشحنة السالبة للإلكترونات خارج النواة مما يجعل
الذرة متعادلة كهربائياً. وفي الذرة المتعادلة، دائماً يكون عدد البروتونات
يساوي عدد الإلكترونات ويرمز له بالرمز Z ويسمى العدد الذري. وللبروتونات
استخدامات عديدة منها إنتاج بعض العناصر (مثال
أو طرد بعض الجسيمات النووية (مثال:وقد سبق شرحه في الفقرة السابقة).أشعة جاما Gamma Rays (γ)
وهي
عبارة عن أشعة كهرومغناطيسية ‑وهي تحمل أثناء انتشارها مجالين متعامدين،
أحدهما كهربي والآخر مغناطيسي‑ تنبعث على شكل فوتونات (وهي عبارة عن كمات
من الطاقة ليس لها كتلة ولها خواص تشبه خواص الضوء العادي). وتتكون هذه
الأشعة من جيوب من الطاقة المنتقلة على شكل حركة موجية، وتختلـف هذه الأشعة
من ناحية تأثيرها وكيفية تفاعلها مع المواد، وذلك ناتج عن اختلاف الترددات
(ν) مما يجعل الطاقات (E) مختلفة تبعاً للقانون:
E = hν
E حيث
طاقة الفوتون
h
ثابت بلانك Planck's Constant ويساوي
ν
تردد الفوتون حيث
و c
سرعة الضوء وتساوي و l هي الطول الموجي للفوتون ومنه
E = hc/ l
ومن الممكن أن يكون انبعاث أشعة-γ مصاحباً للانحلال النووي لجسيمات- αأوβ(مثال: اضمحلال نواة الـحيث تضمحل
بإطلاق جسيمات ويرافقها انبعاث لأشعة-γ بطاقتين مختلفتين عند 1.17 MeV
و
(1.33 MeV
أشعةX- (الأشعة السينية) X-Ray
هذه
الأشعة تشبه أشعة-γ ولكن هناك فرق أساسي بينهما، من حيث المنشأ، وهو مصدر
كلاً منهما حيث أن أشعة-γ تصدر عن التغيرات الحادثة في النواة في حين أن
أشعة-X تصدر أو تنبعث من خارج النواة بسبب تفاعلات الإلكترونات في الذرة
وتنقلاتها الداخلية. هذه التفاعلات إما أن تكون (1) ذاتية أي أن ينزل أحد
إلكترونات المدارات العليا ليملأ فجوة تركها أحد إلكترونات المدارات
الداخلية إثر تفاعله مع فوتون أو إلكترون خارجي. وفي هذه الحالة تسمى
أشعة-X الناتجة بأشعة-X المميزة وذلك لأنها تميز كلاً من المدار والذرة
الباعثة لهذا الإشعاع، أو تكون(2) ناتجة بسبب تبطئ الإلكترونات السريعة
القادمة من خارج الذرة وتفاعلها مع المجال النووي مما يؤدي إلى فقدانها
السريع للطاقة بسبب تغير مسارها الفجائي وهذا هو الأسلوب المتبع في إنتاج
أشعة- X في عدة مجالات ومنها المجالات الطبية.وهذا النوع من أشعة- X يطلق
عليه اسم أشعة الفرملة (أو الكبح)، أشعة بريمشترالونج أو الأشعة البيضاء أو
الأشعة المستمرة.
