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.

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.

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.

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:

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.