تويت
تأثيرات الإشعاع
ينتج الإشعاع تأثيرين رئيسيين في الذرات والجزئيات 1- الإثارة 2- التأيين. وفي الإثارة تمتص الذرة (أو الجزيئ) الطاقة من الإشعاع، وتتحرك إلكتروناتها إلى مستويات الطاقة الأعلى. وفي معظم الحالات تستطيع الذرة المثارة الإمساك بالطاقة الزائدة لجزء من الثانية فقط، قبل أن تطلق الطاقة في شكل فوتون وتعود مرة أخرى إلى مستوى الطاقة الأدنى. وفي التأيين ينقل الإشعاع طاقة كافية إلى الإلكترونات في الذرة، تمكنها من ترك الذرة والانتقال في الفضاء. وتتحول الذرات التي تفقد إلكترونات إلى جسيمات موجبة الشحنة تسمى الأيونات الموجبة. أما الإلكترونات المفقودة فقد تنتقل إلى ذرات أخرى.
تؤثر الإثارة والتأيين على الأنسجة الحية أيضًا. فخلايا الجسم تحتوي على جزئيات تترابط الكثير منها معا بإلكترونات. وقد تتفكك هذه الروابط الكيميائية، ويتغير شكل الجزيء، عندما يثير الإشعاع جزئيات الخلايا أو يؤينها، ويؤدي مثل هذا التغيير إلى تعطل العمليات الكيميائية العادية للخلايا، وتصبح الخلايا شاذة، أو تموت.
وعندما يؤثر الإشعاع على جزيئات د ن أ (الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين)، أي المادة الوراثية في الخلايا الحية، تسبب أحيانًا تغيرًا دائمًا يسمى الطفرة. وفي بعض الحالات النادرة قد تنقل الطفرات الناتجة عن الإشعاع خصائص غير مرغوبة إلى الجيل الجديد. وحتى الفوتونات المنخفضة الطاقة، وخاصة الأشعة فوق البنفسجية من الشمس، قد تسبب تدميرًا عن طريق الإثارة. وإذا كان تدمير المادة الوراثية للكائن الحي كبيرًا، تصبح الخلفية سرطانية، أو تموت أثناء محاولتها الانقسام. ويتوقف التأثير الناتج على القدرة التأيينية للإشعاع والجرعة المأخوذة ونوع النسيج المتأثر.
القدرة التأيينية:
يمكن تصنيف الإشعاع إلى إشعاع مؤيِّن وإشعاع غير مؤيِّن. والإشعاع المؤين هو أشد أنواع الإشعاع خطرًا، وبعضها ذات طاقة تكفي لنزع الإلكترونات مباشرة من الذرات التي تعترض طريقها. ومن أمثلة هذا النوع من الإشعاع جسيمات ألفا وبيتا والبروتونات. وبعض أنواع الإشعاع، بما في ذلك الأشعة السينية وإشعاع جاما والإشعاع النيوتروني، لابد أن تنقل الطاقة أولاً إلى الذرة، حيث تسبب الطاقة المضافة فقدان الذرة لإلكترون.
ويتكون الإشعاع غير المؤين من فوتونات ذات طاقة منخفضة جدًا، لا تمكنها من إحداث الإثارة، ومن أنواعه الموجات الراديوية والموجات الدقيقة والإشعاع تحت الأحمر والضود المرئي، حيث يسبب كل منها الإثارة فقط.
الجرعة:
يستخدم العلماء نظامين لقياس كمية أو جرعة الإشعاع التي تمتصها المادة. ففي النظام القديم، الذي ما يزال شائع الاستخدام، تقاس الجرعات بوحدة تسمى الراد، وهو اختصار لعبارة إنجليزية تعني : الجرعة الإشعاعية الممتصة. ويعرف الراد بأنه الجرعة التي يمتصها كيلوجرام واحد من المادة عندما يمتص 0,001 جول من الطاقة الإشعاعية. ★ تَصَفح : الجول. أما في النظام الجديد، المستخدم منذ عام 1975م، فيقاس الإشعاع بوحدة تسمى الجراي، والتي سميت على اسم عالم الأحياء الإنجليزي لويس جراي. ويساوي الجراي 100 راد أو 1 جول لكل كيلوجرام من المادة.
وتنتج الجرعات المتساوية من الأنواع المختلفة من الإشعاع تأثيرات مختلفة، ولذلك طور العلماء ما يعرف باسم العامل النوعي، والذي يحدد حجم التدمير الذي يسببه الإشعاع في النسيج الحي مقارنًا بجرعة مساوية من الأشعة السينية. فالجرعة الواحدة من جسيمات ألفا، على سبيل المثال، يسبب حوالي عشرة أضعاف حجم التدمير الذي تسببه نفس الجرعة من الأشعة السينية، ولذا يقال إن لجسيمات ألفا عاملاً نوعيًا قدره 10. وللأشعة السينية وإشعاع جاما وجسيمات بيتا عامل نوعي قدره 1، بينما يتراوح العامل النوعي للنيوترونات بين 2 و11.
ويعطي حاصل ضرب الجرعة في العامل النوعي مقياسًا للتدمير يسمى مكافئ الجرعة. وعند احتساب الجرعة بالراد، يحتسب مكافئ الجرعة بوحدة تسمى الرم، وهو اختصار لعبارة إنجليزية تعني : مكافئ رونتجن في الإنسان، ويُعرَّف بأنه كمية الإشعاع التي تُحدث في الإنسان نفس التأثير الذي يحدثه راد واحد من الأشعة السينية. وفي حالة احتساب الجرعة بالجراي يحتسب مكافئ الجرعة بوحدة تسمى السيفرت، والتي سميت على اسم عالم الإشعاع السويدي رولف سيفرت.
الجرعات الكبيرة. تسبب مجموعة من التأثيرات تسمى مرض الإشعاع. وتدمر الجرعات التي تزيد عن 100 رم خلايا الدم البيضاء والحمراء، ويسمى هذا التدمير تأثير تكون الدم. وقد تؤدي الجرعات الزائدة عن 300 رم إلى الموت خلال بضعة أسابيع. وتسبب الجرعات الزائدة عن 100 رم موت الخلايا المبطنة للقناة الهضمية وانتقال بكتيريا الأمعاء إلى مجرى الدم، وقد يؤدي هذا التأثير، الذي يسمى التأثير المعوي المعدي، إلى الموت خلال أسبوع. أما الجرعات الزائدة عن 1000 رم فتسبب جرح الدماغ، وقد تؤدي إلى الموت خلال ساعات.
والوفيات الناجمة عن مرض الإشعاع قليلة جدًا، ولم يحدث أن عانى الناس من مثل هذه الجرعات الكبيرة إلا في حالات حوادث المفاعلات، وفي حالات قليلة عوملت فيها المواد المشعة بإهمال، وعندما ألقيت القنبلتان النوويتان في هيروشيما وناجازاكي باليابان في الحرب العالمية الثانية، عام 1945م. وحدثت أسوأ حوادث المفاعلات عام 1986م، عندما انفجرت محطة تشيرنوبل للقدرة النووية في أوكرانيا، والتي كانت جزءًا من الاتحاد السوفييتي آنذاك، حيث توفي 31 عاملاً.
الجرعات الصغيرة. الجرعات التي نستقبلها يوميًا، والتي تسمى أحيانًا جرعات الخلفية قليلة جدًا، حيث يقدر العلماء متوسط جرعة الخلفية بما يترواح بين حوالي 0,3 و0,4 رم سنويًا. ويأتي نصف هذه الكمية من استنشاق غاز الرادون، الذي ينطلق من الصخور المشعة والتربة، بينما يأتي حوالي 0,04 رم من الأشعة السينية المستخدمة في الطب، وحوالي 0,01 من مصادر أخرى مثل محطات القدرة النووية وأماكن النفايات. ويصاب المدخنون بجرعات أكبر من النظائر المشعة الموجودة في الدخان.
ويزيد تراكم الجرعات الصغيرة من الإشعاع احتمال الإصابة ببعض الحالات، ولكن ليس حدة الحالات. وأهم الحالات الناتجة عن الجرعات الصغيرة المتكررة من الإشعاع هي السرطان وتشوهات الولادة.
ولحماية الناس من تأثيرات الإشعاع تضع الهيئة الدولية للحماية الإشعاعية، والتي تضم خبراء من دول عديدة، توجيهات لتأمين سلامة المعرضين للإشعاع. وتوصي الهيئة العاملين في المجال النووي بألا يتجاوز التعرض الجرعة القوصى المسموح بها، وهي 5 رم كل عام، كما توصي الجمهور أيضًا بألا تزيد الجرعة السنوية المأخوذة عن 0,5 رم في أي عام. وتضع وكالات أخرى موجهات مماثلة، ومن هذه الوكالات: المنظمة الأسترالية للعلوم النووية والتقنية، ومركز بهابها للبحوث الذرية بالهند، ومجلس السلامة النووية بجنوب إفريقيا، والهيئة القومية للحماية الإشعاعية بإنجلترا.
 |
| التأثيرات القاتلة نتيجة التعرض لإشعاع جاما على مدى طويل يمكن أن تلاحظ في صورة الغابة أعلاه. وفي تجربة علمية، عُرَِّضت الأشجار التي تقع في المركز لأشعة جاما لنحو ستة شهور. |
تؤثر الإثارة والتأيين على الأنسجة الحية أيضًا. فخلايا الجسم تحتوي على جزئيات تترابط الكثير منها معا بإلكترونات. وقد تتفكك هذه الروابط الكيميائية، ويتغير شكل الجزيء، عندما يثير الإشعاع جزئيات الخلايا أو يؤينها، ويؤدي مثل هذا التغيير إلى تعطل العمليات الكيميائية العادية للخلايا، وتصبح الخلايا شاذة، أو تموت.
وعندما يؤثر الإشعاع على جزيئات د ن أ (الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين)، أي المادة الوراثية في الخلايا الحية، تسبب أحيانًا تغيرًا دائمًا يسمى الطفرة. وفي بعض الحالات النادرة قد تنقل الطفرات الناتجة عن الإشعاع خصائص غير مرغوبة إلى الجيل الجديد. وحتى الفوتونات المنخفضة الطاقة، وخاصة الأشعة فوق البنفسجية من الشمس، قد تسبب تدميرًا عن طريق الإثارة. وإذا كان تدمير المادة الوراثية للكائن الحي كبيرًا، تصبح الخلفية سرطانية، أو تموت أثناء محاولتها الانقسام. ويتوقف التأثير الناتج على القدرة التأيينية للإشعاع والجرعة المأخوذة ونوع النسيج المتأثر.
القدرة التأيينية:
يمكن تصنيف الإشعاع إلى إشعاع مؤيِّن وإشعاع غير مؤيِّن. والإشعاع المؤين هو أشد أنواع الإشعاع خطرًا، وبعضها ذات طاقة تكفي لنزع الإلكترونات مباشرة من الذرات التي تعترض طريقها. ومن أمثلة هذا النوع من الإشعاع جسيمات ألفا وبيتا والبروتونات. وبعض أنواع الإشعاع، بما في ذلك الأشعة السينية وإشعاع جاما والإشعاع النيوتروني، لابد أن تنقل الطاقة أولاً إلى الذرة، حيث تسبب الطاقة المضافة فقدان الذرة لإلكترون.
ويتكون الإشعاع غير المؤين من فوتونات ذات طاقة منخفضة جدًا، لا تمكنها من إحداث الإثارة، ومن أنواعه الموجات الراديوية والموجات الدقيقة والإشعاع تحت الأحمر والضود المرئي، حيث يسبب كل منها الإثارة فقط.
 |
| أثناء العمل قرب الإشعاع يضع الفني مقياس الجرعة الإشعاعية على قبعته. يقيس هذا الجهاز كمية الإشعاع التي يتعرض لها الفني أثناء تأدية عمله في مفاعل لإنتاج الطاقة النووية. |
يستخدم العلماء نظامين لقياس كمية أو جرعة الإشعاع التي تمتصها المادة. ففي النظام القديم، الذي ما يزال شائع الاستخدام، تقاس الجرعات بوحدة تسمى الراد، وهو اختصار لعبارة إنجليزية تعني : الجرعة الإشعاعية الممتصة. ويعرف الراد بأنه الجرعة التي يمتصها كيلوجرام واحد من المادة عندما يمتص 0,001 جول من الطاقة الإشعاعية. ★ تَصَفح : الجول. أما في النظام الجديد، المستخدم منذ عام 1975م، فيقاس الإشعاع بوحدة تسمى الجراي، والتي سميت على اسم عالم الأحياء الإنجليزي لويس جراي. ويساوي الجراي 100 راد أو 1 جول لكل كيلوجرام من المادة.
وتنتج الجرعات المتساوية من الأنواع المختلفة من الإشعاع تأثيرات مختلفة، ولذلك طور العلماء ما يعرف باسم العامل النوعي، والذي يحدد حجم التدمير الذي يسببه الإشعاع في النسيج الحي مقارنًا بجرعة مساوية من الأشعة السينية. فالجرعة الواحدة من جسيمات ألفا، على سبيل المثال، يسبب حوالي عشرة أضعاف حجم التدمير الذي تسببه نفس الجرعة من الأشعة السينية، ولذا يقال إن لجسيمات ألفا عاملاً نوعيًا قدره 10. وللأشعة السينية وإشعاع جاما وجسيمات بيتا عامل نوعي قدره 1، بينما يتراوح العامل النوعي للنيوترونات بين 2 و11.
ويعطي حاصل ضرب الجرعة في العامل النوعي مقياسًا للتدمير يسمى مكافئ الجرعة. وعند احتساب الجرعة بالراد، يحتسب مكافئ الجرعة بوحدة تسمى الرم، وهو اختصار لعبارة إنجليزية تعني : مكافئ رونتجن في الإنسان، ويُعرَّف بأنه كمية الإشعاع التي تُحدث في الإنسان نفس التأثير الذي يحدثه راد واحد من الأشعة السينية. وفي حالة احتساب الجرعة بالجراي يحتسب مكافئ الجرعة بوحدة تسمى السيفرت، والتي سميت على اسم عالم الإشعاع السويدي رولف سيفرت.
الجرعات الكبيرة. تسبب مجموعة من التأثيرات تسمى مرض الإشعاع. وتدمر الجرعات التي تزيد عن 100 رم خلايا الدم البيضاء والحمراء، ويسمى هذا التدمير تأثير تكون الدم. وقد تؤدي الجرعات الزائدة عن 300 رم إلى الموت خلال بضعة أسابيع. وتسبب الجرعات الزائدة عن 100 رم موت الخلايا المبطنة للقناة الهضمية وانتقال بكتيريا الأمعاء إلى مجرى الدم، وقد يؤدي هذا التأثير، الذي يسمى التأثير المعوي المعدي، إلى الموت خلال أسبوع. أما الجرعات الزائدة عن 1000 رم فتسبب جرح الدماغ، وقد تؤدي إلى الموت خلال ساعات.
والوفيات الناجمة عن مرض الإشعاع قليلة جدًا، ولم يحدث أن عانى الناس من مثل هذه الجرعات الكبيرة إلا في حالات حوادث المفاعلات، وفي حالات قليلة عوملت فيها المواد المشعة بإهمال، وعندما ألقيت القنبلتان النوويتان في هيروشيما وناجازاكي باليابان في الحرب العالمية الثانية، عام 1945م. وحدثت أسوأ حوادث المفاعلات عام 1986م، عندما انفجرت محطة تشيرنوبل للقدرة النووية في أوكرانيا، والتي كانت جزءًا من الاتحاد السوفييتي آنذاك، حيث توفي 31 عاملاً.
الجرعات الصغيرة. الجرعات التي نستقبلها يوميًا، والتي تسمى أحيانًا جرعات الخلفية قليلة جدًا، حيث يقدر العلماء متوسط جرعة الخلفية بما يترواح بين حوالي 0,3 و0,4 رم سنويًا. ويأتي نصف هذه الكمية من استنشاق غاز الرادون، الذي ينطلق من الصخور المشعة والتربة، بينما يأتي حوالي 0,04 رم من الأشعة السينية المستخدمة في الطب، وحوالي 0,01 من مصادر أخرى مثل محطات القدرة النووية وأماكن النفايات. ويصاب المدخنون بجرعات أكبر من النظائر المشعة الموجودة في الدخان.
ويزيد تراكم الجرعات الصغيرة من الإشعاع احتمال الإصابة ببعض الحالات، ولكن ليس حدة الحالات. وأهم الحالات الناتجة عن الجرعات الصغيرة المتكررة من الإشعاع هي السرطان وتشوهات الولادة.
ولحماية الناس من تأثيرات الإشعاع تضع الهيئة الدولية للحماية الإشعاعية، والتي تضم خبراء من دول عديدة، توجيهات لتأمين سلامة المعرضين للإشعاع. وتوصي الهيئة العاملين في المجال النووي بألا يتجاوز التعرض الجرعة القوصى المسموح بها، وهي 5 رم كل عام، كما توصي الجمهور أيضًا بألا تزيد الجرعة السنوية المأخوذة عن 0,5 رم في أي عام. وتضع وكالات أخرى موجهات مماثلة، ومن هذه الوكالات: المنظمة الأسترالية للعلوم النووية والتقنية، ومركز بهابها للبحوث الذرية بالهند، ومجلس السلامة النووية بجنوب إفريقيا، والهيئة القومية للحماية الإشعاعية بإنجلترا.