سميت العناصر المشعة بهذا الاسم ليس لأنها تشع موجات لاسلكية كما يظن البعض ، ولكنها تشع موجات مختلفة من الأشعة القوية إما أشعة جاما أو ألفا أو بيتا ، وتكون هذه العناصر ذات أنوية غير مستقرة ، لذا تقوم بالإشعاع حتى تصل إلى حالة مستقرة ، وأول من اكتشف هذه العناصر المشعة العالم “هنري بكريل” وذلك كان عام 1896 ميلادي ، حيث اكتشف وقتها عنصري اليورانيوم والثوريوم .
جميع العناصر يمكن أن يكون لها نظائر مشعة إذا تمت إضافة كمية كافية من النيوترونات إلى الذرة ، فإنها وقتها تصبح غير مستقرة وتتحلل ، ومن الأمثلة الجيدة على ذلك التريتيوم ، وهو نظير مشع للهيدروجين وهو موجود بشكل طبيعي .
كيف تتشكل العناصر المشعة
تتشكل العناصر المشعة بشكل طبيعي أو نتيجة للانشطار النووي ، أو عن طريق التخليق المتعمد في المفاعلات النووية أو استخدام معجلات الجسيمات .
تشكيل العناصر المشعة طبيعيا
تنتج النظائر المشعة في الطبيعية من التخليق النووي في النجوم وانفجارات السوبرنوفا ، وعادةً ما يكون لهذه النظائر المشعة البدائية نصف عمر ، حيث أنها مستقرة لجميع الأغراض العملية ، ولكن عندما تتحلل فإنها تشكل ما يسمى بالنويدات المشعة الثانوية ، على سبيل المثال يمكن أن تتحلل النظائر البدائية الثوريوم 232 واليورانيوم 238 واليورانيوم 235 لتشكل النويدات المشعة الثانوية من الراديوم والبولونيوم ، والكربون 14 هو مثال على النظير الكوني ، ويتشكل هذا العنصر المشع باستمرار في الغلاف الجوي بسبب الإشعاع الكوني .
تشكيل العناصر المشعة بالانشطار النووي
يُنتج الانشطار النووي من محطات الطاقة النووية نظائر مشعة تسمى منتجات الانشطار ، بالإضافة إلى ذلك تشع الهياكل المحيطة بالمحطات والوقود النووي نظائر تسمى منتجات التنشيط ، قد ينتج عن ذلك مجموعة واسعة من العناصر المشعة ، وهذا جزء من سبب صعوبة معالجة الآثار النووية والفضلات النووية .
تشكيل العناصر المشعة بشكل اصطناعي
يتم إنتاج هذه العناصر المشعة في المفاعلات النووية ، وهناك استراتيجيات مختلفة تستخدم لتشكيل عناصر مشعة جديدة ، ففي بعض الأحيان توضع العناصر داخل مفاعل نووي ، حيث تتفاعل النيوترونات مع العينة لتكوين المنتجات المطلوبة ، Iridium-192 هو مثال للنظائر المشعة المحضرة بهذه الطريقة ، وفي حالات أخرى ، تقصف العينات بمسرعات الجسيمات ، مثال على النظائر المشعة المنتجة بهذه الطريقة الفلور 18 . [1]
العناصر المشعة المتاحة تجاريا
تتوفر نظائر شائعة معينة لعامة الناس بكميات صغيرة في معظم البلدان ، وفي هذه القائمة بعض النظائر المتاحة عن طريق التنظيم الخاضع للرقابة من المهنيين في الصناعة والطب والعلوم :
بواعث جاما
الباريوم-133
الكادميوم-109
الكوبالت-57
الكوبالت-60
اليوروبيوم-152
المنغنيز-54
الصوديوم-22
الزنك-65
تكنيتيوم-99m
بواعث بيتا
السترونتيوم 90
الثاليوم-204
الكربون 14
الترتيوم نظير للهيدروجين
بواعث ألفا
البولونيوم 210
اليورانيوم 238
بواعث الاشعاع المتعددة
السيزيوم 137
الأمريسيوم-241 [1]
الاثار المفيدة للعناصر المشعة
كاشفات الدخان
يعتبر أميريوم – 241 عنصرًا مشعًا منخفض النشاط ينبعث منه جسيمات ألفا ، وهو شكل منخفض الطاقة من الإشعاع ، ومع مرور الهواء المحمل بالدخان داخل جهاز الكشف ، وقتها يقوم الإشعاع بتأين أي جزيئات للدخان ، ثم وقتها يتم التقاط هذا الهواء المتأين بواسطة مستشعر إلكتروني ، ليصدر صوت ناقوس الخطر .
علاج السرطان
انتشر استخدام مجموعة من العناصر المشعة في مكافحة السرطان ، ويكون العامل الرئيسي هو استهداف الخلايا السرطانية بدقة وتدميرها ، مع تجنب تعرض باقي الجسم للإشعاع قدر الإمكان ، على سبيل المثال ، يستخدم samarium-153 لعلاج سرطان البروستاتا ، حيث يتم إعطاء جرعة عالية جدًا من الإشعاعات إلى غدة البروستاتا فقط عن طريق إدخال القليل من حبوب المواد المشعة في عملية بسيطة نسبيًا ، يتم إجراؤها أحيانًا تحت التخدير الموضعي ، كما يعرض باقي الجسم لجرعة منخفضة جدًا من الإشعاع .
عنصر آخر شائع يستخدم في علاج السرطان هو اليود 131 ، والذي يستخدم لعلاج السرطانات وغيرها من اضطرابات الغدة الدرقية .
التشخيص الطبي
يمكن استخدام بعض العناصر المشعة كـ ” كواشف ” حيث يتم حقنها في مجرى الدم ، بحيث يمكن تتبع تدفقها ومراقبة وظائف الأعضاء المختلفة ، على سبيل المثال في مرض باركنسون يتم حقن التكنيتيوم – 99 وتتبع مسار الدوبامين في المخ ، بحيث يمكن للأطباء تحديد ما إذا كان يعمل بشكل طبيعي .
يمكن استخدام تقنيات مماثلة لمراقبة تدفق الدم إلى القلب ، إذا كان هناك أي عوائق تحول دون التدفق ، فيمكن اكتشافها قبل أن تسبب نوبة قلبية .
ازالة الالم
عادة ما يكون من الصعب للغاية السيطرة على الألم للمرضى الذين لديهم أورام تنتشر في أنسجة العظام ، ولكن باستخدام مادة مشعة مثل samarium-153 أو strontium-89 ، يمكن توصيل جرعات عالية من العلاج الإشعاعي إلى أورام العظام وتخفيف الألم ، وقد أثبت ذلك في التجارب أنه فعال .
حفظ الاغذية
يمكن أن يؤدي تمرير الطعام عبر حزمة من أشعة جاما المنبعثة من عنصر الكوبالت 60 إلى إطالة العمر الافتراضي للحوم والدواجن والخضروات والفواكه عن طريق تثبيط البكتيريا ، لا يمكن استخدام ذلك في المنتجات التي تحتوي على نسبة عالية من الماء ، لأن الطعام وقتها سوف ينفجر ، تم استخدام ذلك لأول مرة في التوابل ، حيث تم الاحتفاظ بها لفترة طويلة من الزمن .
طب الاسنان
اليورانيوم ليس فقط للقنابل ومحطات الطاقة ، اليورانيوم 238 ، نظير اليورانيوم الأكثر شيوعًا والموجود في الطبيعة ، يمكن خلطه مع المواد المستخدمة لصنع أطقم الأسنان لزيادة قوتها ، كما أنها تستخدم لمساعدة أطباء الأسنان في محاولة لمقارنة لون أطقم الأسنان بالأسنان الحقيقية المتبقية ، اليورانيوم في هذه الحالة لا يستخدم في نشاطه الإشعاعي . [2]
الاثار الضارة للعناصر المشعة على الكائنات الحية
العناصر المشعة يمكن أن تسبب تلوثًا إشعاعيًا إذا وجدت طريقها إلى البيئة أو تعرض كائن حي إلى التعرض المفرط منها ، ويعتمد نوع الضرر المحتمل على نوع وطاقة الإشعاع المنبعث ، وعادة ما يكون التعرض للإشعاع يسبب الحروق وتلف الخلايا .
فإذا اصطدمت الإشعاعات بجزيئات في الهواء أو الجسم ، فإنها تطرد منها الإلكترونات لتنتج جزيئات مشحونة تسمى الأيونات ، إذا حدث هذا في الجسم ، فقد تموت الخلايا أو قد تخضع لتغيير يسمى طفرة ، والنتيجة تكون مرض إشعاعي ، فجرعة كبيرة من الإشعاع قد تسبب الموت .
الجرعات الصغيرة من الإشعاع على مدى فترة طويلة من الزمن يمكن أن تسبب تكاثر الخلايا ، أو تسبب تحور الخلايا التي قد تسبب في وقت لاحق السرطان .
نحن محاطون بالإشعاع الطبيعي طوال الوقت ! فالإشعاع في الطبيعة يأتي من التربة والصخور والهواء والماء والنباتات ومواد البناء والمواد الغذائية ، وبعض الإشعاع يرجع إلى الأشعة الكونية من الفضاء الخارجي ، ومع ذلك يمكن لجسمنا أن يتحمل الإشعاع ذو المستوى المنخفض دون آثار سيئة لأنه قادر على إصلاح أي ضرر . [3]
جميع العناصر يمكن أن يكون لها نظائر مشعة إذا تمت إضافة كمية كافية من النيوترونات إلى الذرة ، فإنها وقتها تصبح غير مستقرة وتتحلل ، ومن الأمثلة الجيدة على ذلك التريتيوم ، وهو نظير مشع للهيدروجين وهو موجود بشكل طبيعي .
كيف تتشكل العناصر المشعة
تتشكل العناصر المشعة بشكل طبيعي أو نتيجة للانشطار النووي ، أو عن طريق التخليق المتعمد في المفاعلات النووية أو استخدام معجلات الجسيمات .
تشكيل العناصر المشعة طبيعيا
تنتج النظائر المشعة في الطبيعية من التخليق النووي في النجوم وانفجارات السوبرنوفا ، وعادةً ما يكون لهذه النظائر المشعة البدائية نصف عمر ، حيث أنها مستقرة لجميع الأغراض العملية ، ولكن عندما تتحلل فإنها تشكل ما يسمى بالنويدات المشعة الثانوية ، على سبيل المثال يمكن أن تتحلل النظائر البدائية الثوريوم 232 واليورانيوم 238 واليورانيوم 235 لتشكل النويدات المشعة الثانوية من الراديوم والبولونيوم ، والكربون 14 هو مثال على النظير الكوني ، ويتشكل هذا العنصر المشع باستمرار في الغلاف الجوي بسبب الإشعاع الكوني .
تشكيل العناصر المشعة بالانشطار النووي
يُنتج الانشطار النووي من محطات الطاقة النووية نظائر مشعة تسمى منتجات الانشطار ، بالإضافة إلى ذلك تشع الهياكل المحيطة بالمحطات والوقود النووي نظائر تسمى منتجات التنشيط ، قد ينتج عن ذلك مجموعة واسعة من العناصر المشعة ، وهذا جزء من سبب صعوبة معالجة الآثار النووية والفضلات النووية .
تشكيل العناصر المشعة بشكل اصطناعي
يتم إنتاج هذه العناصر المشعة في المفاعلات النووية ، وهناك استراتيجيات مختلفة تستخدم لتشكيل عناصر مشعة جديدة ، ففي بعض الأحيان توضع العناصر داخل مفاعل نووي ، حيث تتفاعل النيوترونات مع العينة لتكوين المنتجات المطلوبة ، Iridium-192 هو مثال للنظائر المشعة المحضرة بهذه الطريقة ، وفي حالات أخرى ، تقصف العينات بمسرعات الجسيمات ، مثال على النظائر المشعة المنتجة بهذه الطريقة الفلور 18 . [1]
العناصر المشعة المتاحة تجاريا
تتوفر نظائر شائعة معينة لعامة الناس بكميات صغيرة في معظم البلدان ، وفي هذه القائمة بعض النظائر المتاحة عن طريق التنظيم الخاضع للرقابة من المهنيين في الصناعة والطب والعلوم :
بواعث جاما
الباريوم-133
الكادميوم-109
الكوبالت-57
الكوبالت-60
اليوروبيوم-152
المنغنيز-54
الصوديوم-22
الزنك-65
تكنيتيوم-99m
بواعث بيتا
السترونتيوم 90
الثاليوم-204
الكربون 14
الترتيوم نظير للهيدروجين
بواعث ألفا
البولونيوم 210
اليورانيوم 238
بواعث الاشعاع المتعددة
السيزيوم 137
الأمريسيوم-241 [1]
الاثار المفيدة للعناصر المشعة
كاشفات الدخان
يعتبر أميريوم – 241 عنصرًا مشعًا منخفض النشاط ينبعث منه جسيمات ألفا ، وهو شكل منخفض الطاقة من الإشعاع ، ومع مرور الهواء المحمل بالدخان داخل جهاز الكشف ، وقتها يقوم الإشعاع بتأين أي جزيئات للدخان ، ثم وقتها يتم التقاط هذا الهواء المتأين بواسطة مستشعر إلكتروني ، ليصدر صوت ناقوس الخطر .
علاج السرطان
انتشر استخدام مجموعة من العناصر المشعة في مكافحة السرطان ، ويكون العامل الرئيسي هو استهداف الخلايا السرطانية بدقة وتدميرها ، مع تجنب تعرض باقي الجسم للإشعاع قدر الإمكان ، على سبيل المثال ، يستخدم samarium-153 لعلاج سرطان البروستاتا ، حيث يتم إعطاء جرعة عالية جدًا من الإشعاعات إلى غدة البروستاتا فقط عن طريق إدخال القليل من حبوب المواد المشعة في عملية بسيطة نسبيًا ، يتم إجراؤها أحيانًا تحت التخدير الموضعي ، كما يعرض باقي الجسم لجرعة منخفضة جدًا من الإشعاع .
عنصر آخر شائع يستخدم في علاج السرطان هو اليود 131 ، والذي يستخدم لعلاج السرطانات وغيرها من اضطرابات الغدة الدرقية .
التشخيص الطبي
يمكن استخدام بعض العناصر المشعة كـ ” كواشف ” حيث يتم حقنها في مجرى الدم ، بحيث يمكن تتبع تدفقها ومراقبة وظائف الأعضاء المختلفة ، على سبيل المثال في مرض باركنسون يتم حقن التكنيتيوم – 99 وتتبع مسار الدوبامين في المخ ، بحيث يمكن للأطباء تحديد ما إذا كان يعمل بشكل طبيعي .
يمكن استخدام تقنيات مماثلة لمراقبة تدفق الدم إلى القلب ، إذا كان هناك أي عوائق تحول دون التدفق ، فيمكن اكتشافها قبل أن تسبب نوبة قلبية .
ازالة الالم
عادة ما يكون من الصعب للغاية السيطرة على الألم للمرضى الذين لديهم أورام تنتشر في أنسجة العظام ، ولكن باستخدام مادة مشعة مثل samarium-153 أو strontium-89 ، يمكن توصيل جرعات عالية من العلاج الإشعاعي إلى أورام العظام وتخفيف الألم ، وقد أثبت ذلك في التجارب أنه فعال .
حفظ الاغذية
يمكن أن يؤدي تمرير الطعام عبر حزمة من أشعة جاما المنبعثة من عنصر الكوبالت 60 إلى إطالة العمر الافتراضي للحوم والدواجن والخضروات والفواكه عن طريق تثبيط البكتيريا ، لا يمكن استخدام ذلك في المنتجات التي تحتوي على نسبة عالية من الماء ، لأن الطعام وقتها سوف ينفجر ، تم استخدام ذلك لأول مرة في التوابل ، حيث تم الاحتفاظ بها لفترة طويلة من الزمن .
طب الاسنان
اليورانيوم ليس فقط للقنابل ومحطات الطاقة ، اليورانيوم 238 ، نظير اليورانيوم الأكثر شيوعًا والموجود في الطبيعة ، يمكن خلطه مع المواد المستخدمة لصنع أطقم الأسنان لزيادة قوتها ، كما أنها تستخدم لمساعدة أطباء الأسنان في محاولة لمقارنة لون أطقم الأسنان بالأسنان الحقيقية المتبقية ، اليورانيوم في هذه الحالة لا يستخدم في نشاطه الإشعاعي . [2]
الاثار الضارة للعناصر المشعة على الكائنات الحية
العناصر المشعة يمكن أن تسبب تلوثًا إشعاعيًا إذا وجدت طريقها إلى البيئة أو تعرض كائن حي إلى التعرض المفرط منها ، ويعتمد نوع الضرر المحتمل على نوع وطاقة الإشعاع المنبعث ، وعادة ما يكون التعرض للإشعاع يسبب الحروق وتلف الخلايا .
فإذا اصطدمت الإشعاعات بجزيئات في الهواء أو الجسم ، فإنها تطرد منها الإلكترونات لتنتج جزيئات مشحونة تسمى الأيونات ، إذا حدث هذا في الجسم ، فقد تموت الخلايا أو قد تخضع لتغيير يسمى طفرة ، والنتيجة تكون مرض إشعاعي ، فجرعة كبيرة من الإشعاع قد تسبب الموت .
الجرعات الصغيرة من الإشعاع على مدى فترة طويلة من الزمن يمكن أن تسبب تكاثر الخلايا ، أو تسبب تحور الخلايا التي قد تسبب في وقت لاحق السرطان .
نحن محاطون بالإشعاع الطبيعي طوال الوقت ! فالإشعاع في الطبيعة يأتي من التربة والصخور والهواء والماء والنباتات ومواد البناء والمواد الغذائية ، وبعض الإشعاع يرجع إلى الأشعة الكونية من الفضاء الخارجي ، ومع ذلك يمكن لجسمنا أن يتحمل الإشعاع ذو المستوى المنخفض دون آثار سيئة لأنه قادر على إصلاح أي ضرر . [3]
