أنواع الأشعة النووية وتأثيراتها

أشعة ألفا وبيتا وجاما: أنواع الإشعاعات النووية وتأثيراتها

تعد الأشعة النووية جزءًا من الطبيعة الكونية التي أثارت اهتمام العلماء منذ اكتشافها في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. تبرز ثلاث أنواع رئيسية من الإشعاعات النووية في الأبحاث والعلوم التطبيقية: أشعة ألفا، أشعة بيتا، وأشعة جاما. هذه الأنواع من الإشعاعات تُعتبر منتجات طبيعية أو صناعية للعمليات النووية التي تحدث في العناصر المشعة، وكل نوع يمتاز بخصائص فريدة تؤثر على المواد والأحياء بشكل مختلف. في هذا المقال، سنتناول بالتفصيل هذه الأنواع من الإشعاعات، خصائصها الفيزيائية، آلية انتشارها، وكيفية تأثيرها على الأحياء والأجسام المختلفة.

1. أشعة ألفا (α)

تعد أشعة ألفا إحدى أشكال الإشعاع النووي التي تتكون من نوى الهيليوم. تحتوي كل نواة من أشعة ألفا على زوجين من البروتونات و نويتي من النيوترونات، مما يجعلها مشحونة بشحنة موجبة. هذه الجسيمات تعتبر كبيرة نسبيًا مقارنة ببقية أنواع الأشعة الأخرى مثل بيتا وجاما. من الناحية الفيزيائية، تتميز هذه الجسيمات بحجمها الكبير ووزنها الثقيل، مما يؤثر على خصائصها عند التعامل مع المواد المختلفة.

الخصائص الفيزيائية لأشعة ألفا:

• الشحنة: موجبة (+2).

• الكتلة: أكبر من كتلة جسيمات بيتا وجاما، حيث يقدر وزنها بحوالي 4 مرات كتلة البروتون.

• القدرة على النفاذ: منخفضة جدًا. نظرًا لحجمها الكبير، فإنها لا تستطيع اختراق مواد صلبة سميكة مثل الورق أو حتى الطبقة الخارجية من الجلد البشري.

• السرعة: تكون سرعة جسيمات ألفا أقل من سرعة الأشعة بيتا وجاما، ما يجعلها أكثر عرضة للتفاعل مع المادة المحيطة.

المصادر الطبيعية لأشعة ألفا:

توجد أشعة ألفا عادة في المواد المشعة الطبيعية مثل اليورانيوم و الراديوم و الثوريوم. تتولد هذه الأشعة عندما يحدث التحلل النووي لهذه العناصر في عملية تسمى التحلل ألفا، حيث يفقد العنصر المشع نواة الهيليوم من تركيبته.

التأثيرات الصحية لأشعة ألفا:

رغم أن أشعة ألفا لا يمكنها اختراق الجلد أو الملابس العادية، إلا أنها تشكل خطرًا كبيرًا عندما تدخل الجسم، مثلما يحدث عند استنشاق الغبار أو تناول المواد المشعة. في مثل هذه الحالات، يمكن أن تكون هذه الأشعة ضارة جدًا للأنسجة الداخلية لأنها تملك قدرة تدميرية كبيرة على مستوى الخلايا الحية. فقد تؤدي إلى تلف الحمض النووي وزيادة خطر الإصابة بأنواع مختلفة من السرطان.

2. أشعة بيتا (β)

تتكون أشعة بيتا من جسيمات صغيرة جدًا، إما إلكترونات (أشعة بيتا السالبة) أو بوزيترونات (أشعة بيتا الموجبة). يطلق عليها أحيانًا “أشعة إلكترونية” لأنها تمثل الإلكترونات المندفعة بسرعة عالية جدًا. تنشأ أشعة بيتا عادة في عمليات التحلل النووي عندما يتحول نيوترون إلى بروتون داخل نواة العنصر المشع، مما يطلق إلكترونًا (أو بوزيترونًا) وجسيمًا نيوترونيًا.

الخصائص الفيزيائية لأشعة بيتا:

• الشحنة: سالبة (-1) أو موجبة (+1)، اعتمادًا على نوع الجسيم (إلكترون أو بوزيترون).

• الكتلة: أصغر بكثير من كتلة جسيمات ألفا، ما يجعل سرعة أشعة بيتا أعلى بكثير.

• القدرة على النفاذ: أكبر من أشعة ألفا، لكنها لا تستطيع اختراق مواد كثيفة مثل الرصاص أو الخرسانة. يمكن لأشعة بيتا اختراق الأنسجة الخارجية للجسم ولكن يمكن إيقافها بواسطة مواد مثل الزجاج أو الطبقة السطحية للجلد.

المصادر الطبيعية لأشعة بيتا:

تنبعث أشعة بيتا من عناصر مشعة مثل الكربون 14 و الروبيديوم 90، وهي شائعة في عمليات التحلل النووي وبعض أنواع التفاعلات النووية الاصطناعية. يتم إنتاج هذه الأشعة في العديد من التطبيقات، مثل الطب النووي وبعض الأدوات المستخدمة في القياسات العلمية.

التأثيرات الصحية لأشعة بيتا:

على الرغم من أن أشعة بيتا قادرة على اختراق الجلد، إلا أنها لا تكون عادة ضارة عندما تكون على سطح الجسم. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي الأشعة المتحركة في الجسم إلى تلف الأنسجة الداخلية إذا دخلت الجسيمات المشعة إلى داخل الجسم، مما قد يتسبب في تأثيرات سلبية مثل السرطان أو التسمم الإشعاعي. في حالات خاصة، تتسبب الأشعة المنبعثة في تدمير الخلايا، وتحدث أضرارًا في الحمض النووي قد تؤدي إلى الطفرات الخلوية أو الأورام.

3. أشعة جاما (γ)

أشعة جاما هي نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي عالي الطاقة، وهي تشبه أشعة إكس ولكنها ذات طاقة أعلى بكثير. تنتج أشعة جاما عادة من التحولات النووية داخل الأنوية المشعة، عندما تنبعث طاقة على شكل فوتونات جاما. هذه الأشعة تعتبر من أسرع وأقوى الإشعاعات، إذ تنتقل عبر الفضاء بسرعة الضوء.

الخصائص الفيزيائية لأشعة جاما:

• الشحنة: محايدة، حيث أنها عبارة عن فوتونات (جسيمات ضوء) لا تحمل أي شحنة.

• الطاقة: عالية جدًا مقارنة مع أشعة ألفا وبيتا، مما يجعلها تمتلك قدرة على اختراق معظم المواد.

• القدرة على النفاذ: قوية جدًا، حيث يمكن لأشعة جاما اختراق طبقات كثيفة من المواد مثل الرصاص والخرسانة، مما يتطلب طبقات سميكة من المواد الإشعاعية للتخفيف منها.

المصادر الطبيعية لأشعة جاما:

تنتج أشعة جاما عن العديد من العناصر المشعة مثل اليورانيوم و الراوديوم و الكوبالت 60، وكذلك في العمليات النووية الصناعية. هذه الأشعة تظهر في الطبيعة أيضًا خلال الانفجارات النووية أو الظواهر الفلكية مثل النجوم النيوترونية أو الثقب الأسود.

التأثيرات الصحية لأشعة جاما:

على الرغم من أن أشعة جاما يمكن أن تؤثر بشكل خطير على الأنسجة الحية بسبب قدرتها على اختراق الجسم، إلا أن هذه الأشعة عادة ما تتطلب وقتًا طويلًا من التعرض حتى يظهر تأثيرها المضر. تتسبب أشعة جاما في تدمير الخلايا الحية، وقد تؤدي إلى إصابات مؤلمة في الأنسجة والعضلات والأعضاء الداخلية. كما يمكن أن تتسبب في طفرات جينية تؤدي إلى تشوهات خلقية أو أورام سرطانية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤدي إلى التسمم الإشعاعي، مما يؤثر على جهاز المناعة والوظائف الحيوية للجسم.

4. التطبيقات العملية للأشعة النووية

تستخدم الأشعة النووية في العديد من التطبيقات العلمية والطبية والصناعية، وذلك بفضل خصائصها الفريدة في التأثير على المادة. في الطب، تُستخدم الأشعة السينية (التي هي مشابهة لأشعة جاما) بشكل واسع في التصوير الطبي، بينما تلعب أشعة بيتا دورًا هامًا في علاج السرطان باستخدام تقنيات العلاج الإشعاعي. كما تستخدم أشعة ألفا في بعض تقنيات القياس والتحليل في مختبرات الأبحاث العلمية.

خاتمة

تُعد أشعة ألفا وبيتا وجاما من الإشعاعات الأساسية التي يتعامل معها العلماء والمهندسون بشكل يومي في مجالات متعددة من الطب والفيزياء النووية والصناعة. تختلف هذه الأشعة في طبيعتها وآلية تأثيرها، وتعتبر معرفة خصائصها والتعامل معها أمرًا ضروريًا لفهم العديد من الظواهر الطبيعية والاصطناعية. كما أن هذه الإشعاعات تحمل في طياتها إمكانيات هائلة للاستفادة البشرية إذا تم استخدامها بشكل آمن وفعّال.