العناصر المشعة

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

ولقد اجتهد الإنسان في تطور العلوم بفروعه المختلفة بما فيها الفيزياء إلى أن تمَّ التوصل إلى اكتشاف الإشعاع الصناعي وذلك باكتشاف الأشعة السينية X‑ray عام 1895م على يد ولهلم كونارد رونتجن. وتوالت بعد ذلك الاجتهادات والاكتشافات الفيزيائية والإشعاعية من قِبَلِ كلٍّ من رذرفورد و السيدة ماريا كوري وزوجها بيير كوري إلى أن أصبح الإشعاع من أهمَّ الظَواهر التي يتحدث عنها الناس ومن الأمور التي لا غِنى عنها في حياتنا المعاصرة وأصبحت الحاجة إليه تزداد بصورة تصاعدية. وقد أكدوا فيها جميعاً أن بعض الأنوية ليست مستقرة تماماً مما يجعلها تقوم ببعث إشعاعات نووية لتصل إلى وضع الاستقرار، ومن بين هذه الإشعاعات النووية ما هو موضح في الجدول التالي:

بعض الإشعاعات النووية

الإشعاع النووي
رمزه

جسيمات الفا Alpha Particles α
جسيمات بيتا (السالبة أو الموجبة) Beta Particles
النيوترونات Neutrons
n
البروتونات Protons p
أشعة جاما Gamma Radiation
γ

ومما لا يدركه البعض أننا قد نتعرض للإشعاع خصوصاً المؤين منه من بيئتنا التي نعيش فيها وذلك عن طريق الهواء الذي نستنشقه أو الماء الذي نشربه والطعام الذي نأكله. حيث يوجد البعض من العناصر المشعة مثل البوتاسيوم Potassium (K) والرادون Radon (Rn) والراديوم Radium (Ra) إلى ما غير ذلك من المصادر التي ربما كان للإنسان سبباً في وجودها. وعلى هذا فيمكننا تقسيم الإشعاع المؤين إلى قسمين، إشعاعات طبيعية وإشعاعات صناعية. وقد أصبح لهذه الإشعاعات (النووية والذرية) تطبيقات واسعة في مجالات عديدة منها الصناعي مثل صناعة الأسلحة وحفظ الأغذية، ومنها الطبي بفرعيه التشخيصي والعلاجي ومنها الزراعي حيث تحسين المحاصيل الزراعية. وجميع هذه التطبيقات تعتمد على تفاعلات الأشعة المؤينة التي تحدث في المادة. والكائن الحي معرض للمجال الإشعاعي المؤين عن طريق المصادر الإشعاعية خصوصاً الطبيعي منها وبالتالي سيتعرض لجرعات إشعاعية دون الشعور بذلك ولذا وجب معرفة كمية الإشعاع المؤين وذلك عن طريق قياس وتحديد هذه الجرعات باستخدام الأجهزة والكواشف الإشعاعية الخاصة بذلك. وعلى الرغم من انتشار استخدام الأشعة المؤينة إلا أن لها أضراراً بالغة في الخطورة منها الداخلي ومنها الخارجي وقد يتطور الضرر الإشعاعي ويؤدي إلى استثارة الخلايا السليمة وتحولها إلى خلايا سرطانية أو ربما أدى إلى موتها وتلفها.

العدد الكتلي والعدد الذري (Atomic Mass & Atomic Number):

النظائر( Isotopes):
هي العناصر التي لها نفس العدد الذري(Z) ولكنها تختلف في كتلتها الذرية(A) أي تختلف بعدد النيوترونات(N) الموجودة في النواة.
مثال ذلك: للمزيد من الأمثلة.

أيزوبارات (Isobars):
هي العناصر التي لها نفس العدد الكتلي (A) وتختلف في العدد الذري (Z) أي تختلف بعدد البروتونات (p) الموجودة في النواة.
مثال ذلك:

أيزوتونات (Isotones):
هي العناصر التي لها نفس عدد النيوترونات (N) وتختلف في العدد الذري (Z) .
مثال ذلك:

النشاط الإشعاعي(Radioactivity):

يُعَرَّفْ النشاط الإشعاعي بكمية الاضمحلال الحاصل في المصدر المشع في الثانية الواحدة. لكل مصدر مشع من هذه المصادر ما يسمى بفترة نصف العمر الزمني ويرمز له بالرمزT1/2 وهذه الفترة الزمنية هي من خصائص المصدر المشع.ويمكن تعريف نصف العمر الزمني بالفترة الزمنية التي ينقص فيها العدد الأصلي للأنوية المشعة إلي النصف. الجدول التالي يعطي تصوراً لأنصاف أعمار بعض المصادر المشعة.

أنصاف أعمار بعض العناصر المشعة

العنصر المشع
رمزه
نصف العمر الزمني

النيتروجين-16

7.5
ثانية

الكوبالت-60

5.26
سنة

اليورانيوم-235

1.8×1017
سنة

ولمعرفة مقدار الذرات المتبقية هناك معادلة يطلق عليها معادلة الاضمحلال النووي وهي تأخذ الشكل التالي:

N(t)=N0 e-λt

حيث (N(t تمثل عدد الأنوية المشعة المتبقية عند الزمن t .
N0 العدد الأصلي للأنوية.
λ ثابت الاضمحلال Decay Constant وهو يعطى بالعلاقة λ=0.693/ T1/2 ووحداته (وحدة زمن-1 ).
و t هي الزمن الحالي.

الجرعة الإشعاعية (Radiation Dose):

نفرض أن هناك مصدراً مشعاً يبعث أشعة-γ، وكمثال على ذلك المصدرالمشع السيزيوم- (137Cs)137
الذي يبعث أشعة-γ بطاقة
أحادية مقدارها Eγ = 662 keV وله نصف عمر زمني قدره 30 سنه. فإذا وضعت كتلةً من الماء على شكل مكعب في مسار هذه الأشعة ولمدة معينة فستحصل تغيرات في هذه العينة من الماء.

هذه التغيرات ناشئة بسبب امتصاص كتلة الماء جزءاً من الطاقة الساقطة عليها في خلال تلك الفترة الزمنية. وبمعنى آخر وبكلمات أكثر وضوحاً نستطيع أن نـُـعَبـِّرْ عن ذلك بأن مكعب الماء قد أخذ جرعة إشعاعية. وعلى هذا الأساس يمكن تعريف الجرعة الإشعاعية بأنها الطاقة الممتصة من الشعاع الساقط لكل وحدة كتلة من المادة.
أما إذا كان الوسط الماص هو الهواء فلا تسمى بالجرعة الممتصة ولكن تعرف بالتعرض الإشعاعي.

وحدات الإشعاع (Radiation Units):

لأي كمية فيزيائية وحدات و أبعاد تصفها. فالوحدات هي التي تعطي تصوراً عن طبيعة هذه الكمية. ولابد من الأخذ في الاعتبار نظام هذه الوحدات فالأنظمة المتبعة ‑غالباً‑ في الوحدات هي النظام الدولي للوحدات SI ونظام cgs، فلا يخلط بين نظامين أو أكثر في عملية حسابية واحدة.

الكمية الإشعاعية الوحدات ( النظام الدولي SI) مقدارها
طاقة الشعاع
الجول J
1J=6.2422×1018 eV

النشاط الإشعاعي
الكوري Ci، وقد استبدلت بوحدة أصغر منها وهي البيكرل Bq
1Ci=3.7×1010 اضمحلال في الثانية
1Bq=1 اضمحلال في الثانية

الجرعة الممتصة
الراد rad، وقد استبدلت بوحدة أكبر منها وهي الجراي Gy
1rad=100 erg/g=0.01 J/kg
1Gy=100 rad=1 J/kg

التعرض الإشعاعي
الرونتجن R
1R=2.58×10-4 C/kg في الهواء

الجرعة المكافئة
الرم rem ، وقد استبدلت بوحدة أكبر منها وهي السيفرت Sv
1 rem=1rad
1 Sv =100 rad = 1 Gy

الفرانسيوم

عنصر كيميائي رمزه Fr ورقمه الذري 87 وهو أقل العناصر كهرسلبية، وثاني أندر العناصر في الطبيعة بعد أستاتين. الفرانسيوم معدن نشيط إشعاعيا يضمحل شعاعيا إلى الأستاتين والراديوم والرادون. وهو قلوي له إلكترون تكافؤ واحد.

اكتشفته مارغريت بري في فرنسا في 1939، وهو آخر عنصر طبيعي اكتشف. الفرانسيوم نادر جدا خارج المخبر، توجد آثار منه في فلزات اليورانيوم والثوريوم حيث يتكون ويضمحل باستمرار النظير الشعاعي له فرانسيوم-223. تصل كميته في قشرة الأرض إلى 30 جرام أما النظائر الشعاعية الأخرى فهي صناعية.

سلسلة كيميائية : فلز قوي
المجموعة : 1
الدورة : 7
المستوى الفرعي : s
المظهر : معدني
كتلته الذرية : 223 غ/م
عدد الالكترونات لكل مستوى : 1,8,18,32,18,8,2

الروبيديوم Rb

هذا العنصر هو من الوجهة التاريخية أول معدن اكتشف بفضل ملاحظة إشعاعه أي أنه أول عنصر شوهد ضوءه قبل معرفة وجوده .ففي عام 1861 اكتشف في ( ساكسونيا ) في الملح المستخرج من الملاحات على يدي العالمين الشهيرين [ ك يرشوف وبنزن ] اللذين اخترعا طريقة الكشف الطيفي فطبقا طريقتهما في تحليل الملح.. فكشف لهما عن الخطوط الطيفية العديدة التي تدل على العناصر الموجودة في الملح . فتمكّنا من تعيين هوية هذه الخطوط جميعاً ماعدا خطين أحمرين لا ينتميان إلى أي عنصر معروف، فلم يرتابا ثانية واحدة في أنهما قد كشفا عنصراً ( من اللاتينية روبيدوس= أحمر قاني) وليس الروبيديوم عنصراً نادراً في القشرة الأرضية فهو يمثل 0.02% منها تقريباً لكنه ليس مركزاً فيها.. فهو أحد المعادن التي تستحضر بطريقة الكالسيوترمي أي= بالاستعانة بمعدن الكالسيوم من أجل عزل المعدن الجديد...

وهذه الطريقة قد كشفت عن معدن صلب أبيض لمّاع، درجة انصهاره منخفضة جداً 39ْ مئوية، وكثافته 1.5 ، وقد تبدو هذه الخواص غريبة جداً فمن المستغرب أن تكون الكثافة ضعيفة إلى هذا الحد في ذرة ضخمة لذلك فالفيزيائيون يدرسون هذه القضية؟!!

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

والروبيديوم هو أول عنصر له 5 طبقات، وبنيته الالكترونية هي: ( 2+8+18+8+1)، وهو يحتل في جدول التصنيف مكاناً تحت ( الليتيوم والصوديوم و البوتاسيوم ) وله نفس الخواص التي لهذه المعادن القلوية . غير أنه ينبغي أن نعتبر أنه كلما ضخمت الذرة زاد انعزال الالكترون الموجود وحده في الطبقة الخارجية= فهو بعيد جداً عن بقية الذرة .. وهذا ما يفسر ضخامة الذرة ..، وهو مفصول عن النواة بحاجز أربع طبقات الكترونية فهو إذن قليل الخضوع للذرة وشديد الحساسية على المؤثرات الخارجية و لا سيما الحقول المغناطيسية بحيث يكشف بتقلُّباته عن شكلها . ويمكن أن يصنع من الروبيديوم مقياس مغناطيسي فهو لا يكشف الحقل المغناطيسي فحسب كالبوصلة بل يقيسه أيضاً وهذا لا تستطيع فعله البوصلة ويقوم مبدؤه على جعل العنصر وهو بحالة غاز في داخل جوف وعلى إنارته فالضوء الذي يؤثر مباشرة في الالكترونات سيمتص امتصاصاً مختلفاً في كثرته وقلّته حسب الحقول المغناطيسية التي يتعرض لها العنصر .. بحيث أنه يمكن قياس الحقل بفضل تقدير هذا الامتصاص .

والجهاز حساس إلى حد عجيب إذ يكشف عن حقول مغناطيسية أضعف بمئة ألف مرة من التي تؤثر في البوصلة .. وعندما تطير طائرة فتحلّق فوق منطقة فإنه يمكّن من كشف حالات الشذوذ التي تنبي عن المكامن .. وهذا وقد أسهم في اكتشافات الغاز الطبيعي في بحر الشمال .

موضوع جمييل شكرا لك
الى مزيد من الابداع
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]