العناصر المشعّة
لمعرفة ما الذي يجعل عنصراً ما إشعاعياً، لا بدّ من الإشارة إلى تركيب ذرات العناصر بشكل عامّ، حيث تحتوي كل نواة على نيوترونات بالإضافة إلى بروتونات. النيوترونات ليست مشحونة فهي جسيمات محايدة، أما البروتونات فهي مشحونة بشحنة موجبة ، وعادةً ما تكون البروتونات والنيوترونات مكتظة في مساحة صغيرة جداً.
تتنافر البروتونات الموجبة في النواة مع بعضها البعض، وهذه القوة الكهرومغناطيسية تعاكسها القوة النووية التي تؤدي إلى تجاذب مكونات النواة، وبهذا تبقى النواة متماسكة ولا تتفكك. هذه القوة أكبر مقداراً من القوة الكهرومغناطيسية، لكن مدى تأثيرها يقتصر فقط على حجم النواة ، بينما يكون نطاق القوة الكهرومغناطيسية أكبر، لذلك هناك صراع دائم بين القوة الكهرومغناطيسية والقوة النووية. في نواة اليورانيوم على سبيل المثال التي تحتوي على 92 بروتوناً، تصبح القوة الكهرومغناطيسية أكبر بكثير من القوة النووية ، وهذا يجعل النواة غير مستقرة، ويُحدِث اضمحلالاً إشعاعياً، فيتحلل اليورانيوم إلى عنصر أكثر استقراراً.
النشاط الإشعاعيّ
النشاط الإشعاعيّ هو أن تطلق نوى عناصر كيميائية معيّنة مثل اليورانيوم أو تشعّ أحد الجسيمات أو الإشعاعات الآتية:
- غاما (γ) (بالانجليزية: Gama): هو إشعاع كهرومغناطيسي عالي التردد.
- جسيمات بيتا (β) (بالانجليزية: Beta particles): هي إلكترونات أو بوزيترونات.
- جسيمات ألفا (α) (بالانجليزية: Alpha particles): هي نواة هيليوم .
- عند انبعاث هذه الجسيمات والإشعاعات، تتحوّل النواة غير المستقرة إلى نواة مستقرة، ويُطلق على هذه العمليّة الاضمحلال الإشعاعي (بالانجليزية: Radioactive Decay).
أنواع الاضمحلال الإشعاعي
قد يحدث الاضمحلال الإشعاعي بإحدى الطرق الثلاث الآتية:
- اضمحلال ألفا: ينبعث من نواة الهيليوم جسيم ألفا، فتتحوّل إلى نواة أخرى ذات عدد ذري أقلّ بمقدار 2، ووزن ذري أقل بمقدار 4.
- اضمحلال بيتا: يحدث هذا النوع إما عن طريق انبعاث الإلكترون أو البوزيترون -الجسيم المضاد للإلكترون- ويسبّب انبعاث الإلكترون زيادة في العدد الذري بمقدار 1، بينما يسبّب انبعاث البوزيترون انخفاضاً في العدد الذري بمقدار 1. أحياناً يحدث اضمحلال بيتا مزدوج حيث ينبعث جسيْما بيتا.
- اضمحلال غاما: عند إطلاق أشعة غاما يتغير مستوى الطاقة للنواة.
- التقاط الإلكترون: يُعدّ أكثر طرق الاضمحلال نُدرةً، حيث يتم التقاط الإلكترون أو امتصاصه من قبل البروتون، وبهذا يتحوّل البروتون إلى نيوترون، ثم يطلق أحد النيوترونات إلكتروناً، وهذا يؤدي إلى انخفاض في العدد الذري ، مع ترك العدد الكتليّ دون تغيير.
قائمة بالعناصر المُشعّة
فيما يأتي قائمة بأسماء العناصر المشعّة:
- تيكنيتيوم (TC)-المعادن الانتقالية
- بروميثيوم (Pm)-المعادن الأرضية النادرة
- بولونيوم (Po)-الفلزّات
- أستاتين (At)-الهالوجيناتت
- الرادون (Rn)-الغازات النبيلة
- الفرنك (Fr)-المعادن القلوية
- الراديوم (Ra)-القلويات الترابية
- الأكتينيوم (Ac)-المعادن النادرة
- الثوريوم (Th)- المعادن النادرة
- البروتكتينيوم (Pa)-المعادن النادرة
- اليورانيوم (U)-المعادن النادرة
- النبتونيوم (Np)-المعادن النادرة
- البلوتونيوم (Pu)-المعادن النادرة
- أمريكيوم (Am)-المعادن النادرة
- كيوريوم (Cm)-المعادن النادرة
- بيركيليوم (Bk)-المعادن النادرة
- كاليفورنيوم (Cf)-المعادن النادرة
- إينشتاينيوم (Es)-المعادن النادرة
- فيريميوم (Fm)-المعادن النادرة
- مينديليفيوم (Md)-المعادن النادرة
- نوبيليوم (No)-المعادن النادرة
- لورينسيوم (Lr)-المعادن النادرة
- رثرفورديوم (Rt)-العناصر الانتقالية
- دوبينيوم (Db)-العناصر الانتقالية
- سيبوريوم (Sg)-العناصر الانتقالية
- بوهريوم (Bh)-العناصر الانتقالية
- هاسيوم (Hs)-العناصر الانتقالية
- ميتنيريوم (Mt)-العناصر الانتقالية
تطبيقات
فيما يأتي بعض الأمثلة على كيفية استخدام النظائر المشعة اليوم:
- منزلياً: معظم الناس لديهم مواد مشعة في منازلهم الخاصة، فمثلاً في جهاز الكشف عن الدخان هناك كمية صغيرة جداً من أميريكيوم-241، فهو موجود في الجهاز على شكل أكسيد، وتنبعث منه جسيمات ألفا وأشعة غاما منخفضة الطاقة. يتمّ امتصاص أشعة ألفا في الجهاز، لكن أشعّة غاما غير الضارة تتمكن من الهروب، ثمّ تصطدم جسيمات ألفا بالأكسجين والنيتروجين في هواء حجرة التأين؛ للكشف عن إنتاج جسيمات مشحونة أو أيونات، وعندما يدخل الدخان إلى الغرفة فإنه يمتص جسيمات ألفا التي تعطّل معدل التأين في الغرفة فينطلق الإنذار.
- الطاقة النووية: تزامناً مع ارتفاع أسعار الغاز ، أنشأت العديد من دول العالم محطات طاقة نووية، وأولى الدول التي أنشأتها هي الاتحاد السوفييتي، وكان ذلك في عام 1954م، حيث يتم توفير ما يعادل 15% من الكهرباء و6% من الطاقة في العالم من الطاقة النووية التي تولّدها هذه المحطات، لكنّها بالإضافة إلى ذلك تنتج نفايات نووية سامة تصعب إزالتها، ومن أعظم الكوارث في محطات الطاقة النووية كارثة تشيرنوبيل التي حدثت في عام 1986.
- الصناعة: تُستخدَم أشعّة غاما لتعقيم الأدوات الطبية التي يمكن التخلص منها، مثل: الحقن، والقفازات، والأدوات الأخرى التي قد تتلف إذا تعرضت للتعقيم الحراري، كما تستخدم لقتل الطفيليات الموجودة في الصوف، والخشب، والمنتجات الأخرى، وقد سمحت الولايات المتحدة بتعريض اللحوم لأشعة غاما بغرض تعقيمها، وأصبحت الآن طريقة شائعةً لتعقيمها.
- الحروب: الدولة الوحيدة التي استخدمت الأسلحة النووية فعليّاً هي الولايات المتحدة، حيث ألقت قنابل نووية على كلٍّ من ناغازاكي وهيروشيما في اليابان ، ورغم أنّ الناس في مكان الانفجار قد قُتلوا على الفور، لكن العديد من الأشخاص ماتوا في الأشهُر التي تلت التفجير نتيجةً للتسمم الإشعاعي، حيث تسبب هذا التسمم بالعديد من العيوب الخلقية؛ فقد أثرت على الحمض النووي.
- الدواء: تُستخدَم النظائر المشعة كمُتتبِعات في الأبحاث الطبية، حيثُ يبتلع الناس هذه النظائر التي تسمح للعلماء بدراسة عمليات مثل: الهضم، وتحديد الأمراض مثل: السرطان ، والعوائق داخل الجهاز الهضمي، كما تستخدم العناصر المشعة في تنظيف الأوعية الدموية، والقضاء على السرطان.
