الاشعة فوق البنفسجية - الاشعة السينية .. الفيزياء
الاشعة فوق البنفسجية
لا تستجيب عين الانسان للموجات الضوئية التي ينقص طولها عن طول موجة نهاية اللون البنفسجي . والمعروف أن قسم الاشعة فوق البنفسجية يقع مباشرة بعد قسم الاشعة المرئية في الطيف الكهرمغنطيسي وأن طول موجاته يتراوح بين ۱۰ و ۳۸۰ نانومترا .
وبالرغم من أن الاشعة فوق البنفسجية التي تنبعث من الشمس لا تزيد عن ٥٠ % من مجموع الاشعاعات الصادرة عنها ، فان الطاقة التي تنتج عنها تتميز بأنها كبيرة بسبب ترددها المرتفع . والمعروف أيضا أن تفاعل الاشعة فوق البنفسجية مع الذرات والجزيئات يؤول الى تشرد ( تأين ) هذه الاخيرة - أي الى تحرر الالكترونات فيها مخلفة وراءها شوارد ( أيونات ) محملة بشحنات موجبة ، والاشعة فوق البنفسجية هي أحد أنواع الاشعة المشردة ، يضاف اليها أنواع أخرى هي الاشعة السينية وأشعة غاما التي تملك طاقات تشريدية تفوق طاقة الاولى بكثير .
تتسبب الاشعة فوق البنفسجية الآتية من الشمس في تشرد جزيئات الاوكسجين الموجودة في الغلاف الايوني وفي نشوء مادة الاوزون ( أ٣ ) التي تشكل في القسم الاعلى من الجو طبقة ماصة لهذه الاشعة لا تسمح الا بنفاذ قسم ضئيل منها الى سطح الارض .
أما القسم الباقي من هذه الاشعة والذي يزيد طول موجته عن ٢٠٠ نانومتر فانه يتمكن من النفاذ الى جو الارض وتزويد جسم الانسان بمنافع جمة فبعض التفاعلات ، كتلك التي ينتج عنها الفيتامين ( د ) ، لا تحدث الا بوجود هذه الاشعة . وهناك نطاق ضيق منها يبلغ طول موجته حوالي ۳۰۰ نانومتر مهمته انتاج مادة الميلانين في الجلد واعطاء البشرة لونها البرونزي الاسمر .
الاشعة السينية
يقع قسم الاشعة السينية في الطيف الكهرمغنطيسي بين الاشعة فوق البنفسجية وأشعة غاما ، ويتراوح طول موجاتها بین ٠،١ و ۱۰ نانومتر تقريبا . وقد اكتشف هذه الاشعة وليام رانتجن عام ١٨٩٥ ، وهي تتولد من جراء اصطدام بعض الالكترونات السريعة بذرات العناصر الثقيلة ، وهو اصطدام ينشأ من جرائه تبادل بين طاقة الالكترونات القادمة وطاقة الالكترونات الموجودة في الطبقات الداخلية للذرة الهدف ، فتقفز هذه الاخيرة من مدار الى اخر ، وعندما تعود الى حالتها الاولى تنبعث منها الاشعة السينية .
وأحدث أنبوب للاشعة السينية هو الانبوب المفرغ الذي يحتوي على شعيرة من التانجستين وعلى هدف من نفس المعدن أيضا . وفيه ، يقوم تيار كهربائي بتسخين الشعيرة حتى تتوهج وتعطي بخارا من الالكترونات التي يتم تسريعها بواسطة فرق في الكمون الكهربائي يطبق بين المهبط من جهة ، والهدف الذي يلعب دور المصعد من جهة ثانية . وتتراوح هذه الفلطية بين الكيلوفلط والميغافلط ، وتستطيع التحكم في طاقة الاشعة السينية التي تعادل حاصل ضرب هذه الفلطية ج بشحنة الالكترون e . واذا استطاعت هذه الطاقة بكاملها بلوغ الذرة الهدف ، يصبح تردد الاشعة المنبعثة منها مساويا لـ ج h/e .
أما شدة الاشعة فيتحكم بها التيار المار بالشعيرة ونوع المادة المكونة للهدف نفسه .
وهناك ظاهرة تصحب الحركة الموجية لكل من الضوء والاشعة السينية هي ظاهرة الحيود . فالاشعة اذا مرت عبر شق ضيق ، يصبح حدا الشق عبارة عن منبعين متماسكين ( في الطور والتردد ) للاشعة ، ويتكون نتيجة لاختلاف مساري الموجتين نمط حيود محدد يشبه نمط التداخل المعروف ولا بد أن يكون الشق أصغر بكثير من طول موجة الاشعة المستعملة .
وقد أصبح معروفا ، منذ بداية القرن الحالي ، أن المسافات التي تفصل بين الذرات تساوي تقريبا ار نانومتر في الاجسام البلورية ، وأن هذه المسافات هي بالتحديد ما يلزم للحصول على ظاهرة الحيود في الاشعة السينية .
واذا سقطت الاشعة السينية بزاوية قدرها أ على سلسلة من المسطحات الذرية التي تفصل بينها مسافة ف ، تستطير الاشعة في مختلف الاتجاهات ، وفي كل مسطح على حدة ، ولا تبلغ شدتها القصوى الا اذا اتجهت بزاوية أ أيضا .
واذا كان فرق المسافة ( ٢ف جيب اً ) بين موجتين مستطيرتين من مسطحين مجاورين مساويا لعدد مزدوج من طول الموجة ، تتولد في نمط الحيود بقعة ناصعة ، أما اذا كان فرق المسافة مساويا لعدد مفرد ، فان البقعة تكون داكنة . والمعروف أن الحيود في الاشعة السينية مستخدم في تحديد الاشكال الذرية للبلورات انطلاقا من دراسة نمط الحيود نفسه وقد تطور علم البلوريات بواسطة هذه الاشعة وأصبح قادرا على تحديد أشكال البلورات المكونة لبعض الجزيئات الكيميائية الحيوية المعقدة كالدم والانسولين .
( انتاج نمط الحيود بواسطة حزمة الاشعة السينية )
( حيود الاشعة السينية في البلور )
الاشعة فوق البنفسجية
لا تستجيب عين الانسان للموجات الضوئية التي ينقص طولها عن طول موجة نهاية اللون البنفسجي . والمعروف أن قسم الاشعة فوق البنفسجية يقع مباشرة بعد قسم الاشعة المرئية في الطيف الكهرمغنطيسي وأن طول موجاته يتراوح بين ۱۰ و ۳۸۰ نانومترا .
وبالرغم من أن الاشعة فوق البنفسجية التي تنبعث من الشمس لا تزيد عن ٥٠ % من مجموع الاشعاعات الصادرة عنها ، فان الطاقة التي تنتج عنها تتميز بأنها كبيرة بسبب ترددها المرتفع . والمعروف أيضا أن تفاعل الاشعة فوق البنفسجية مع الذرات والجزيئات يؤول الى تشرد ( تأين ) هذه الاخيرة - أي الى تحرر الالكترونات فيها مخلفة وراءها شوارد ( أيونات ) محملة بشحنات موجبة ، والاشعة فوق البنفسجية هي أحد أنواع الاشعة المشردة ، يضاف اليها أنواع أخرى هي الاشعة السينية وأشعة غاما التي تملك طاقات تشريدية تفوق طاقة الاولى بكثير .
تتسبب الاشعة فوق البنفسجية الآتية من الشمس في تشرد جزيئات الاوكسجين الموجودة في الغلاف الايوني وفي نشوء مادة الاوزون ( أ٣ ) التي تشكل في القسم الاعلى من الجو طبقة ماصة لهذه الاشعة لا تسمح الا بنفاذ قسم ضئيل منها الى سطح الارض .
أما القسم الباقي من هذه الاشعة والذي يزيد طول موجته عن ٢٠٠ نانومتر فانه يتمكن من النفاذ الى جو الارض وتزويد جسم الانسان بمنافع جمة فبعض التفاعلات ، كتلك التي ينتج عنها الفيتامين ( د ) ، لا تحدث الا بوجود هذه الاشعة . وهناك نطاق ضيق منها يبلغ طول موجته حوالي ۳۰۰ نانومتر مهمته انتاج مادة الميلانين في الجلد واعطاء البشرة لونها البرونزي الاسمر .
الاشعة السينية
يقع قسم الاشعة السينية في الطيف الكهرمغنطيسي بين الاشعة فوق البنفسجية وأشعة غاما ، ويتراوح طول موجاتها بین ٠،١ و ۱۰ نانومتر تقريبا . وقد اكتشف هذه الاشعة وليام رانتجن عام ١٨٩٥ ، وهي تتولد من جراء اصطدام بعض الالكترونات السريعة بذرات العناصر الثقيلة ، وهو اصطدام ينشأ من جرائه تبادل بين طاقة الالكترونات القادمة وطاقة الالكترونات الموجودة في الطبقات الداخلية للذرة الهدف ، فتقفز هذه الاخيرة من مدار الى اخر ، وعندما تعود الى حالتها الاولى تنبعث منها الاشعة السينية .
وأحدث أنبوب للاشعة السينية هو الانبوب المفرغ الذي يحتوي على شعيرة من التانجستين وعلى هدف من نفس المعدن أيضا . وفيه ، يقوم تيار كهربائي بتسخين الشعيرة حتى تتوهج وتعطي بخارا من الالكترونات التي يتم تسريعها بواسطة فرق في الكمون الكهربائي يطبق بين المهبط من جهة ، والهدف الذي يلعب دور المصعد من جهة ثانية . وتتراوح هذه الفلطية بين الكيلوفلط والميغافلط ، وتستطيع التحكم في طاقة الاشعة السينية التي تعادل حاصل ضرب هذه الفلطية ج بشحنة الالكترون e . واذا استطاعت هذه الطاقة بكاملها بلوغ الذرة الهدف ، يصبح تردد الاشعة المنبعثة منها مساويا لـ ج h/e .
أما شدة الاشعة فيتحكم بها التيار المار بالشعيرة ونوع المادة المكونة للهدف نفسه .
وهناك ظاهرة تصحب الحركة الموجية لكل من الضوء والاشعة السينية هي ظاهرة الحيود . فالاشعة اذا مرت عبر شق ضيق ، يصبح حدا الشق عبارة عن منبعين متماسكين ( في الطور والتردد ) للاشعة ، ويتكون نتيجة لاختلاف مساري الموجتين نمط حيود محدد يشبه نمط التداخل المعروف ولا بد أن يكون الشق أصغر بكثير من طول موجة الاشعة المستعملة .
وقد أصبح معروفا ، منذ بداية القرن الحالي ، أن المسافات التي تفصل بين الذرات تساوي تقريبا ار نانومتر في الاجسام البلورية ، وأن هذه المسافات هي بالتحديد ما يلزم للحصول على ظاهرة الحيود في الاشعة السينية .
واذا سقطت الاشعة السينية بزاوية قدرها أ على سلسلة من المسطحات الذرية التي تفصل بينها مسافة ف ، تستطير الاشعة في مختلف الاتجاهات ، وفي كل مسطح على حدة ، ولا تبلغ شدتها القصوى الا اذا اتجهت بزاوية أ أيضا .
واذا كان فرق المسافة ( ٢ف جيب اً ) بين موجتين مستطيرتين من مسطحين مجاورين مساويا لعدد مزدوج من طول الموجة ، تتولد في نمط الحيود بقعة ناصعة ، أما اذا كان فرق المسافة مساويا لعدد مفرد ، فان البقعة تكون داكنة . والمعروف أن الحيود في الاشعة السينية مستخدم في تحديد الاشكال الذرية للبلورات انطلاقا من دراسة نمط الحيود نفسه وقد تطور علم البلوريات بواسطة هذه الاشعة وأصبح قادرا على تحديد أشكال البلورات المكونة لبعض الجزيئات الكيميائية الحيوية المعقدة كالدم والانسولين .
( انتاج نمط الحيود بواسطة حزمة الاشعة السينية )
( حيود الاشعة السينية في البلور )
تعليق