تويت
العناصر المشعة
تصنف العناصر الكيميائية إلى مجموعتين هما مجموعة العناصر غير المشعة (مستقرَّة)؛ ومجموعة العناصر المشعة (Radioactive Elements)التي تصنف كمواد خطرة شكلت ثورة في عالم الصناعة؛ فقد استثمرتها الدول الكبرى كمصدر للطاقة النووية، بالإضافة للعديد من المجالات الأخرى التي استفادت من خصائص هذه العناصر.
ما هو سبب الإشعاع
تتكون الذرة من نيوكليونات هي البروتونات ذات الشحنة الموجبة، والنيوترونات التي لا تحمل شحنة كهربائيَّة، وهو ما يثير سؤالًّا ملحًّا حول سبب بقاء النواة متحدة رغم هذا التنافر الكهربائي الحاصل داخلها؟
أجاب العلماء عن هذا السؤال باكتشافهم طاقة الترابط النووي؛ فبعد قياس كتلة مكونات النواة وجمعها لاحظوا أنَّ كتلة مكونات النواة أكبر من كتلة النواة نفسها، وفسروا ذلك بأنَّ هذه الكتلة المفقودة تحولت إلى طاقةٍ تربط مكونات النواة وتتغلب على قوى التنافر الكهرومغناطيسيَّة، ويمكن حساب طاقة الترابط هذه من خلال معادلة آينشتاين التي يعبر عنها بالقانون التالي:
E=m.c^2
ولكن في حالات الأنوية ذات العدد الذري الكبير (يعبر العدد الذري عن عدد البروتونات) مثل عنصر اليورانيوم، تكون طاقة الترابط النووية أصغر بكثير من الطاقة الكهرومغناطيسية، وهذا يخلق حالةً من انعدام الاستقرار داخل النواة، التي تسعى بدورها للرجوع إلى حالة الاستقرار وذلك بإحداث تغيرات طاقية على مستوى النواة ينتج عنها إطلاق النواة للأشعة.
أنواع الإشعاعات
يقسم النشاط الإشعاعي للنواة إلى ثلاثة أشكال رئيسية يرمز لها بألفا وبيتا وغاما، وهي الحروف الثلاثة الأولى من اللغة الإغريقية القديمة.
يتألف جسيم ألفا من بروتونين ونيوترونين مرتبطين معًا، وبذلك يشبه نواة الهيليوم ذات التركيب المماثل، وبالتالي تكون شحنته موجبة كما شحنة النواة؛ وهذا يفسر الآلية الكهرومغناطيسية التي يتم من خلالها طرده وإطلاقه من النواة اعتمادًا على قوة التنافر بينهما.
وما يحدث للعنصر بعد إطلاق جسيم ألفا هو أنَّ عدده الذري ينخفض بمقدار اثنين، بينما ينقص رقم كتلته بمقدار 4، وهذا يعني تحول العنصر إلى عنصر آخر، كمثال على ذلك يتحول اليورانيوم 238 إلى الثوريوم 234 بعد إطلاقه لجسيم ألفا.
تحدث إشعاعات بيتا بشكلين رئيسيين هما – β و + β
بعد إصدار النواة لجسيمات ألفا وبيتا تبقى في حالة من الإثارة وتمتلك طاقة زائدة، وكما الحال بالنسبة للإلكترونات التي تصدر طاقة على شكل فوتونات عندما تنتقل من مدار إلى مدار أقرب للنواة وأخفض طاقة، فتصدر كذلك النواة فوتونات بشكل أشعة غاما لتصل إلى حالة استقرار طاقي.
وتتميز هذه الأشعة بقدرة كبيرة على النفاذ؛ إذ يمكنها تجاوز حاجز رصاصي بثخانة 1سم، ويعود ذلك لطولها الموجي القصير وطاقتها العالية.
أهم العناصر المشعة
في الحقيقة، تعد جميع العناصر التي يتراوح عددها الذري بين 84 و 118 عناصرًا مشعَّة بنسبة كبيرة، وحتى الآن حدد العلماء 29 عنصرًا مشعًّا، وهي:
تأثير العناصر المشعة على جسم الإنسان
يشمل تأثير الإشعاع على جسم الإنسان التأثير المباشر والتأثير على المدى الطويل؛ فتقتل الأشعة عند زيادة جرعتها النسج الحيَّة السليمة، ولكن الأمر يتعلق بالجرعة والوقت الذي تعرض خلاله الشخص للجرعة؛ فالجرعات الشعاعيَّة التي تحدث بزمن قصير تكون أخطر من الجرعة المماثلة التي يتعرض لها الشخص على فترات طويلة.
تصل حدود الجرعة الشعاعيَّة التي يمكن للعاملين تلقيها في الحالات الطارئة إلى 250 ميلي زيفرت، أما الجرعات التي تزيد عن ذلك وتقلّ عن 1 زيفرت فتسبب التسمم الإشعاعي والتهابات نقي العظم وتورم العقد اللمفاوية. وعندما تزيد هذه الجرعة عن 1 زيفرت وحتى 3 زيفرت تموت خلايا الدم البيضاء وتضعف المناعة فتحدث الالتهابات في الجسم وقد يعيش المرء في مثل هذه الحالة، أما عند زيادة الجرعة عن 3 زيفرت تكون جرعة قاتلة وتؤدي للموت.
الأسئلة الشائعة عن العناصر المشعة:
ما هي العناصر المشعة؟
العناصر المشعة هي عناصر غير مستقرة، تتحلل إلى عدة عناصر مختلفة للوصول إلى حالة الاستقرار؛ وذلك عن طريق إطلاق الطاقة.
ما اهمية العناصر المشعة؟
تستخدم في مجالات متعددة منها:
1. فى مجال الكيمياء الحيوية: تستخدم لتقدير مدى استفادة الأحياء من غذاء معين
2. في مجال الطب: تستخدم للعلاج الإشعاعي والعلاج باليود المشع ومعالجة الأورام السرطانية
3. تستخدم في تقدير عمر الأشياء القديمة
4. فى مجال الزراعة: تستخدم النظائر المشعة فى الزراعة والأغذية بغرض زيادة الدخل الزراعى وفى عمليات حفظ المحاصيل الزراعية
ما هو اكثر عنصر مشع؟
أكثر العناصر إشعاعًا هو عنصر البولونيوم؛ وذلك لأنّه أكثر عنصر طبيعي يُطلِق كميات مهولة من الطاقة.
كيف تم اكتشاف العناصر المشعة؟
يعود اكتشاف النشاط الإشعاعي الطبيعي أو التحلل الإشعاعي إلى العالم أنتوني هنري بيكريل عام 1896، وذلك عندما كان يبحث في مختبره في معهد التقنيات العليا في باريس في كيفية تصوير الأشعة السينية وإظهارها على صفائح فوتوغرافية من صنعه. وكان يكسو تلك اللوحات من كبريتات مختلفة للتوتياء والكالسيوم وأملاح أخرى.
لماذا سميت العناصر المشعة بهذا الاسم؟
مصطلح النشاط الإشعاعي صاغته ماري كوري، التي بدأت مع زوجها بيير في التحقيق في الظاهرة التي اكتشفها بيكريل. استخرجا الكوريون اليورانيوم من الخام ولدهشتهما ، وجدا أن خام البقايا أظهر نشاطًا أكثر من اليورانيوم النقي.
وأطلق على العناصر التي تظهر نشطًا مماثلًا اسم العاناصر المشعة
هل جسم الانسان مشع؟
البعض منا يعتقد أن الإشعاع أمرٌ نادرٌ وخطير، يحوّل الناس إمّا إلى أبطال خارقين أو وحوشَ مشوّهة، والواقع أنّ الإشعاع موجودٌ في كل مكانٍ حولنا وطوال الوقت، حتى داخل أجسادنا.
ما هي مخاطر الاشعاع؟
يمكن أن تحدث تأثيرات صحية شديدة تتضمن: احتراق الجلد أو الإصابة بمتلازمة الإشعاع الحادة عندما تتجاوز جرعات الإشعاع مستوياتٍ معينة.
ويمكن أن يزيد التعرض لجرعات منخفضة من الإشعاع المؤين من خطر حدوث تأثيرات طويلة الأجل مثل الإصابة بالسرطان.
تصنف العناصر الكيميائية إلى مجموعتين هما مجموعة العناصر غير المشعة (مستقرَّة)؛ ومجموعة العناصر المشعة (Radioactive Elements)التي تصنف كمواد خطرة شكلت ثورة في عالم الصناعة؛ فقد استثمرتها الدول الكبرى كمصدر للطاقة النووية، بالإضافة للعديد من المجالات الأخرى التي استفادت من خصائص هذه العناصر.
ما هو سبب الإشعاع
تتكون الذرة من نيوكليونات هي البروتونات ذات الشحنة الموجبة، والنيوترونات التي لا تحمل شحنة كهربائيَّة، وهو ما يثير سؤالًّا ملحًّا حول سبب بقاء النواة متحدة رغم هذا التنافر الكهربائي الحاصل داخلها؟
أجاب العلماء عن هذا السؤال باكتشافهم طاقة الترابط النووي؛ فبعد قياس كتلة مكونات النواة وجمعها لاحظوا أنَّ كتلة مكونات النواة أكبر من كتلة النواة نفسها، وفسروا ذلك بأنَّ هذه الكتلة المفقودة تحولت إلى طاقةٍ تربط مكونات النواة وتتغلب على قوى التنافر الكهرومغناطيسيَّة، ويمكن حساب طاقة الترابط هذه من خلال معادلة آينشتاين التي يعبر عنها بالقانون التالي:
E=m.c^2
- E: تعبر عن الطاقة وتقدر بالجول
- m : تعبر عن الكتلة وتقدر بالكيلوغرام kg
- c: ترمز لسرعة الضوء في الخلاء وتقدر بـ (m.s^(-1
ولكن في حالات الأنوية ذات العدد الذري الكبير (يعبر العدد الذري عن عدد البروتونات) مثل عنصر اليورانيوم، تكون طاقة الترابط النووية أصغر بكثير من الطاقة الكهرومغناطيسية، وهذا يخلق حالةً من انعدام الاستقرار داخل النواة، التي تسعى بدورها للرجوع إلى حالة الاستقرار وذلك بإحداث تغيرات طاقية على مستوى النواة ينتج عنها إطلاق النواة للأشعة.
أنواع الإشعاعات
يقسم النشاط الإشعاعي للنواة إلى ثلاثة أشكال رئيسية يرمز لها بألفا وبيتا وغاما، وهي الحروف الثلاثة الأولى من اللغة الإغريقية القديمة.
- إشعاعات ألفا
يتألف جسيم ألفا من بروتونين ونيوترونين مرتبطين معًا، وبذلك يشبه نواة الهيليوم ذات التركيب المماثل، وبالتالي تكون شحنته موجبة كما شحنة النواة؛ وهذا يفسر الآلية الكهرومغناطيسية التي يتم من خلالها طرده وإطلاقه من النواة اعتمادًا على قوة التنافر بينهما.
وما يحدث للعنصر بعد إطلاق جسيم ألفا هو أنَّ عدده الذري ينخفض بمقدار اثنين، بينما ينقص رقم كتلته بمقدار 4، وهذا يعني تحول العنصر إلى عنصر آخر، كمثال على ذلك يتحول اليورانيوم 238 إلى الثوريوم 234 بعد إطلاقه لجسيم ألفا.
- إشعاعات بيتا
تحدث إشعاعات بيتا بشكلين رئيسيين هما – β و + β
- – β: ينتج إشعاع بيتا نتيجة تحول نيوترون واحد إلى بروتون وإلكترون إضافةً إلى جسيم مضاد للنيوترينو ، ودائمًا ما يحدث هذا النوع من الإشعاع في المفاعلات النووية؛ حيث تكون المنتجات الثانوية للعمليات داخل المفاعل غنيَّة بالنيوترونات التي تطلق بدورها جسيمات بيتا.
- + β: يشبه النمط السابق إلَّا أنَّ الفرق هنا في نواتج العمليَّة أنه ينتج جسيم النيوترينو بدلًا من الجسيم المضاد للنيوترينو، فتكون النواتج بروتون وإلكترون ونيوترينو.
- إشعاعات غاما
بعد إصدار النواة لجسيمات ألفا وبيتا تبقى في حالة من الإثارة وتمتلك طاقة زائدة، وكما الحال بالنسبة للإلكترونات التي تصدر طاقة على شكل فوتونات عندما تنتقل من مدار إلى مدار أقرب للنواة وأخفض طاقة، فتصدر كذلك النواة فوتونات بشكل أشعة غاما لتصل إلى حالة استقرار طاقي.
وتتميز هذه الأشعة بقدرة كبيرة على النفاذ؛ إذ يمكنها تجاوز حاجز رصاصي بثخانة 1سم، ويعود ذلك لطولها الموجي القصير وطاقتها العالية.
أهم العناصر المشعة
في الحقيقة، تعد جميع العناصر التي يتراوح عددها الذري بين 84 و 118 عناصرًا مشعَّة بنسبة كبيرة، وحتى الآن حدد العلماء 29 عنصرًا مشعًّا، وهي:
- التكنيتيوم Tc.
- البروميثيوم Pm.
- البولونيوم Po.
- الاستاتين At.
- الرادون Rn.
- الفرانسيوم Fr.
- الراديوم Ra.
- الأكتينيوم Ac.
- الثوريوم Th.
- البروتكتينيوم Pa.
- اليورانيوم U.
- النبتونيوم Np.
- البلوتونيوم Pu.
- الإمريسيوم Am.
- الكوريوم Cm.
- البركيليوم Bk.
- الكاليفورنيوم Cf.
- الآينشتاينيوم Es.
- الفيرميوم Fm.
- المندليفيوم Md.
- النوبليوم No.
- اللورنسيوم Lr.
- الرذرفورديوم Rf.
- الدوبنيوم Db.
- السيبورغيوم Sg.
- البوريوم Bh.
- الهاسيوم Hs.
- مايتنريوم Mt.
تأثير العناصر المشعة على جسم الإنسان
يشمل تأثير الإشعاع على جسم الإنسان التأثير المباشر والتأثير على المدى الطويل؛ فتقتل الأشعة عند زيادة جرعتها النسج الحيَّة السليمة، ولكن الأمر يتعلق بالجرعة والوقت الذي تعرض خلاله الشخص للجرعة؛ فالجرعات الشعاعيَّة التي تحدث بزمن قصير تكون أخطر من الجرعة المماثلة التي يتعرض لها الشخص على فترات طويلة.
تصل حدود الجرعة الشعاعيَّة التي يمكن للعاملين تلقيها في الحالات الطارئة إلى 250 ميلي زيفرت، أما الجرعات التي تزيد عن ذلك وتقلّ عن 1 زيفرت فتسبب التسمم الإشعاعي والتهابات نقي العظم وتورم العقد اللمفاوية. وعندما تزيد هذه الجرعة عن 1 زيفرت وحتى 3 زيفرت تموت خلايا الدم البيضاء وتضعف المناعة فتحدث الالتهابات في الجسم وقد يعيش المرء في مثل هذه الحالة، أما عند زيادة الجرعة عن 3 زيفرت تكون جرعة قاتلة وتؤدي للموت.
الأسئلة الشائعة عن العناصر المشعة:
ما هي العناصر المشعة؟
العناصر المشعة هي عناصر غير مستقرة، تتحلل إلى عدة عناصر مختلفة للوصول إلى حالة الاستقرار؛ وذلك عن طريق إطلاق الطاقة.
ما اهمية العناصر المشعة؟
تستخدم في مجالات متعددة منها:
1. فى مجال الكيمياء الحيوية: تستخدم لتقدير مدى استفادة الأحياء من غذاء معين
2. في مجال الطب: تستخدم للعلاج الإشعاعي والعلاج باليود المشع ومعالجة الأورام السرطانية
3. تستخدم في تقدير عمر الأشياء القديمة
4. فى مجال الزراعة: تستخدم النظائر المشعة فى الزراعة والأغذية بغرض زيادة الدخل الزراعى وفى عمليات حفظ المحاصيل الزراعية
ما هو اكثر عنصر مشع؟
أكثر العناصر إشعاعًا هو عنصر البولونيوم؛ وذلك لأنّه أكثر عنصر طبيعي يُطلِق كميات مهولة من الطاقة.
كيف تم اكتشاف العناصر المشعة؟
يعود اكتشاف النشاط الإشعاعي الطبيعي أو التحلل الإشعاعي إلى العالم أنتوني هنري بيكريل عام 1896، وذلك عندما كان يبحث في مختبره في معهد التقنيات العليا في باريس في كيفية تصوير الأشعة السينية وإظهارها على صفائح فوتوغرافية من صنعه. وكان يكسو تلك اللوحات من كبريتات مختلفة للتوتياء والكالسيوم وأملاح أخرى.
لماذا سميت العناصر المشعة بهذا الاسم؟
مصطلح النشاط الإشعاعي صاغته ماري كوري، التي بدأت مع زوجها بيير في التحقيق في الظاهرة التي اكتشفها بيكريل. استخرجا الكوريون اليورانيوم من الخام ولدهشتهما ، وجدا أن خام البقايا أظهر نشاطًا أكثر من اليورانيوم النقي.
وأطلق على العناصر التي تظهر نشطًا مماثلًا اسم العاناصر المشعة
هل جسم الانسان مشع؟
البعض منا يعتقد أن الإشعاع أمرٌ نادرٌ وخطير، يحوّل الناس إمّا إلى أبطال خارقين أو وحوشَ مشوّهة، والواقع أنّ الإشعاع موجودٌ في كل مكانٍ حولنا وطوال الوقت، حتى داخل أجسادنا.
ما هي مخاطر الاشعاع؟
يمكن أن تحدث تأثيرات صحية شديدة تتضمن: احتراق الجلد أو الإصابة بمتلازمة الإشعاع الحادة عندما تتجاوز جرعات الإشعاع مستوياتٍ معينة.
ويمكن أن يزيد التعرض لجرعات منخفضة من الإشعاع المؤين من خطر حدوث تأثيرات طويلة الأجل مثل الإصابة بالسرطان.