الإشعاع

ما هو الإشعاع؟
هناك نظائر نواتها غير مستقرّة، لذلك فهي تُطلِق إشعاعًا. لنتذكّر بعض المواضيع:

• في نواة الذرّة توجد البروتونات والنيوترونات. لكلّ عنصر يوجد عدد ثابت ومتساوٍ من البروتونات، وهذا العدد يُميّز العنصر.
• كلّ الذرّات التابعة لنفس العنصر تحتوي على نفس عدد البروتونات في نواتها.
• تختلف نظائر عنصر معيّن عن بعضها البعض بعدد النيوترونات في نواتها، لكن عدد البروتونات في كلّ واحد من النظائر متساو، لذلك فهي تختلف عن بعضها البعض بعددها الكتلة.

بما أنّ هناك نظائر نواتها غير مستقرة، قد تتفكّك هذه النواة. في هذه العمليّة تُطلَق طاقة. هذه النظائر تسمّى نظائر إشعاعيّة. هناك ثلاثة أنواع إشعاع:

إشعاع α، إشعاع β وإشعاع γ

كلّ أنواع الإشعاع نابعة من النواة، وليست لها أيّ علاقة بسحابة الإلكترونات. للنظير الإشعاعيّ تصرُّف كيميائيّ مطابق للنظير غير الإشعاعيّ. يختلفان عن بعضهما البعض بسبب الفرق في عدد النيوترونات، وقدرتهما على إطلاق الطاقة. هناك نظائر تُطلِق إشعاع ألفا، وأخرى تُطلِق إشعاع بيتا، ونظائر أخرى تُطلِق إشعاع جاما. غالبيّة النظائر تُطلِق أكثر من نوع واحد من الإشعاع. يمكن تقسيم الإشعاع إلى نوعَين:

• إشعاع جُسَيمات
• إشعاع كهرومغناطيسيّ

ما الذي يميّز الإشعاعات المختلفة؟

إشعاع α

في إشعاع ألفا، يتمّ إطلاق أنوية هيليوم، وهي عمليًا عبارة عن بروتونَين ونيوترونَين.
جُسَيمات إشعاع ألفا هي الأثقل وزنًا.
عندما تُطلِق نواة الذرّة جُسَيم ألفا، يصغُر عددها الذرّيّ بـ 2 وعدد الكتلة بـ 4.

مثال:
العمليّة التي يُطلِق فيها نظير عنصر اليورانيو

${}_{92}{}^{240}\mathrm{U}$

جُسَيم α، تُكتَب على النحو التالي:

${}_{92}{}^{240}\mathrm{U}\to {}_{90}{}^{236}\mathrm{Th}+\mathrm{\alpha }$

إشعاع β

في إشعاع β تُطلَق إلكترونات من النواة.
النيوترون الموجود في النواة يُطلِق إلكترونًا، وبالتالي يتحوّل إلى بروتون موجب.

nº → P⁺ + e‾

nº → P⁺ + β

في هذه العمليّة، عدد البروتونات في النواة يكبر بواحد، وعدد الكتلة لا يتغيّر.

مثال:
العمليّة التي يُطلِق فيها نظير عنصر اليورانيوم

${}_{92}{}^{240}\mathrm{U}$

جُسَيم β، تُكتَب على النحو التالي:

${}_{92}{}^{240}\mathrm{U}\to {}_{93}{}^{240}\mathrm{Np} +\mathrm{\beta }$

قوى الإشعاع المختلفة ومجال تأثيرها

إشعاع α مُكوّن من جُسَيْمات ثقيلة نسبيًا، لذلك مجال اختراقه قصير جدًا. تقريبًا 4 سم في الهواء، وتقريبًا 0.1 ملم في جسم الإنسان. الجُسَيمات لا تخترق فلزّ الرصاص. عند ملامسة جسم الإنسان، قد تؤدّي الجُسَيمات إلى حروق.

إشعاع β هو إشعاع ذو قدرة اختراق أكبر مقارنةً بإشعاع ألفا، لكن قدرته على الاختراق أصغر مقارنةً مع إشعاع جاما. جُسَيمات الإشعاع، أيّ الإلكترونات، تتحرّك بسرعة بسبب كتلتها الصغيرة (إلكترونات مقابل نواة الهيليوم). تخترق على مسافة بضعة أمتار في الهواء أو بضعة مليمترات في الماء أو في الأنسجة الحيّة مثل جسم الإنسان.

إشعاع γ هو إشعاع كهرومغناطيسيّ، يشبه شعاع الضوء المرئيّ. طاقته هي الأكبر، لذلك فهو خطر ولديه قدرة كبيرة على الاختراق، بالمقارنة مع الإشعاعات الأخرى. هذا الإشعاع قادر على تدمير الخلايا الحيّة. مجال اختراقه 4 أمتار في الهواء وتقريبًا 50 سم في الأنسجة الحيّة. بإمكان الإشعاع أيضًا أن يخترق الرصاص بسُمك 3 سم. للتصدّي له، يجب وضع واقٍ رصاص أو باطون سميك.