أشعة ألفا ، بيتا ، جاما: يبدو تقريبًا مثل شعار الصورة المتحركة للمدرسة القديمة حول الأجانب من الفضاء الخارجي ، الذين وصلوا حديثًا على الأرض بأدواتهم فائقة التقنية (ونأمل أن يكون التصرف دافئًا) في الواقع ، هذا ليس بعيد المنال. إشعاع ألفا وبيتا وغاما كلها كيانات حقيقية في عالم الفيزياء وتستحق تجنبها عندما يمكنك إدارتها.
ربما تعلم أن أنواعًا مختلفة من الذرات يمكن أن تتحد معًا عبر عملية الترابط الكيميائي لتكوين جزيئات. على سبيل المثال ، يمكن أن تتحد ذرتا هيدروجين (H في الجدول الدوري للعناصر) وذرة أكسجين واحدة (O) لتشكيل جزيء ماء (H2س). يمكن تقسيم هذا الجزيء إلى أيونات H + و OH- عن طريق كسر إحدى روابط O-H.
في الروابط الكيميائية ، تتفاعل إلكترونات الذرات المختلفة ، لكن نواتها (جمع النواة) تظل سليمة. هذا لأن القوة التي تربط البروتونات والنيوترونات معًا قوية للغاية مقارنة بالقوى الكهروستاتيكية الكامنة وراء الترابط الكيميائي بين الذرات.
ومع ذلك ، فإن النوى الذرية تتحلل ، عادة بشكل تلقائي وغالبًا بمعدل منخفض بشكل لا يصدق ، اعتمادًا على ماهية العنصر. يأتي هذا النشاط الإشعاعي في النكهات الثلاث الأساسية الواردة في الجملة الأولى من هذه المقالة:
الذرات والنواة الذرية
وصفت الذرة ذات مرة بشكل متهور إلى حد ما بأنها "أصغر شيء غير قابل للتجزئة" حتى من قبل الأشخاص الذين يعرفون. هذا التعريف صحيح من بعض النواحي: خذ أي عنصر مفرد ، أو مادة مصنوعة من مكون واحد غير قابل للاختزال ، والذرة هي أصغر وحدة كاملة من تلك المادة. يوجد 118 عنصرًا في الجدول الدوري اعتبارًا من عام 2020 ، 92 منهم تحدث بشكل طبيعي.
تتكون الذرات من نواة تحتوي على واحد أو أكثر من البروتونات ونيوترون واحد على الأقل باستثناء الهيدروجين (أصغر عنصر). لديهم أيضًا إلكترونًا واحدًا أو أكثر ، يوجد على مسافة ما من النواة في مستويات طاقة معينة.
البروتونات موجبة الشحنة والإلكترونات سالبة الشحنة ، مع نفس حجم الشحنة في كل منهما. نظرًا لأن الذرة في الحالة الأرضية لها نفس عدد البروتونات مثل الإلكترونات ، فإن الذرات تكون كذلك محايد كهربائيا ما لم يتأين (أي يتغير عدد إلكترونهم).
رقم بروتون الذرة هو رقمها الذري في الجدول الدوري ويحدد هوية (اسم) العنصر. يمكن لبعض الذرات أن تكتسب النيوترونات أو تفقدها بينما تستمر في الوجود بسعادة ، ولكن إذا فقدت النواة أو اكتسبت بروتونًا بدلاً من ذلك ، فهو يغير قواعد اللعبة ، لأنه الآن أيًا كان العنصر الذي كان له اسم جديد تمامًا وسمات جديدة يجب أن تتماشى معها هو - هي.
ما هو الإشعاع في الفيزياء النووية؟
القوة التي تربط البروتونات والنيوترونات معًا تسمى القوة النووية الشديدة ، وليس من دون سبب. يمكن اعتبار نوى الذرات ، بمعنى ما ، أنها تجلس في مركز كل مادة ، لذا فإن نوى الذرات الاستقرار له معنى في كون منتشر في التنظيم وقادر على الحفاظ على الحياة في شخص متواضع على الأقل كوكب.
لكن النوى ليست مستقرة تمامًا ، وتتحلل بمرور الوقت ، وتنبعث منها جزيئات وطاقة. كل عنصر يخضع للاضمحلال الإشعاعي ، أو بشكل أكثر تحديدًا نظير للعنصر قيد الدراسة ، له فترة نصف عمر مميزة خاصة به ، والتي يمكن استخدامها للتنبؤ بعدد النوى التي ستتحلل بمرور الوقت مع عدم تقديم أي معلومات عن أي نواة واحدة. وبالتالي فهو مشابه للمخاطر ، وهو في الأساس إحصاء احتمالية.
نصف العمر للأنواع المشعة هو الوقت الذي يستغرقه نصف النوى غير المستقرة في العينة لتتحلل إلى شكل مختلف. يمكن أن يرتفع هذا الرقم إلى مليارات السنين ، على الرغم من أن الكربون -14 يبلغ حوالي 5730 عامًا (ومضة في الزمن الجيولوجي ، إن لم يكن في الحضارات البشرية).
جسيمات ألفا
يتم إعطاء الأنواع المختلفة من الاضمحلال الإشعاعي الأحرف الثلاثة الأولى من الأبجدية اليونانية. هكذا إشعاع ألفا يصدر جسيمًا غالبًا ما يمثله نسخة صغيرة من هذا الحرف ، α. سيكون من غير التقليدي ، مع ذلك ، كتابة "إشعاع ألفا".
هذا النوع من الجسيمات يعادل نواة ذرات الهيليوم (He). الهيليوم هو العنصر الثاني في الجدول الدوري ، وله كتلة ذرية تساوي 4.00 ، يحتوي على بروتونين واثنين من النيوترون. تحتوي الذرة بأكملها أيضًا على إلكترونين يوازنان شحنة البروتونين ، لكنهما ليسا جزءًا من جسيم ألفا ، بل النواة فقط.
هذه الجسيمات ضخمة بالنسبة لأنواع أخرى من الإشعاع ؛ جسيم بيتا ، على سبيل المثال ، أصغر بحوالي 7000 مرة. قد يجعل هذا ظاهريًا الأمر يبدو خطيرًا بشكل خاص ، لكن في الواقع العكس هو الصحيح: The حجم جسيمات ألفا يعني أنها تخترق الأشياء ، بما في ذلك الحواجز البيولوجية مثل الجلد ، جدًا ضعيف.
جسيمات بيتا
جسيمات بيتا (جزيئات) هي في الواقع مجرد إلكترونات ، لكنها تحتفظ باسمها لأن اكتشافها يسبق التحديد الرسمي للإلكترونات على هذا النحو. عندما تصدر ذرة جسيم بيتا ، فإنها تصدر أيضًا جسيمًا دون ذري آخر في نفس الوقت يسمى إلكترونًا مضادًا للنوترينو. يشترك هذا الجسيم في الزخم والطاقة من انبعاث الجسيمات ، ولكن ليس له كتلة تقريبًا (حتى بالمقارنة مع الإلكترون ، فهو نفسه فقط حوالي 9.1 × 10–31 كجم في الكتلة).
نظرًا لكون جسيمات بيتا أصغر كثيرًا من جسيمات ألفا ، فإنها يمكن أن تخترق أعمق من نظيراتها الأكثر ضخامة.
نوع آخر من جسيمات بيتا هو البوزيترون، والذي يحدث نتيجة تحلل النيوترونات في النواة. هذه الجسيمات لها نفس كتلة الإلكترونات ، ولكن لها شحنة معاكسة (ومن هنا جاءت تسميتها).
أشعة غاما
أشعة غاما، أو أشعة r ، تمثل أخطر نتيجة النشاط الإشعاعي للإنسان. إنها عديمة الكتلة لأنها ليست جزيئات على الإطلاق. "الأشعة" هي في الواقع اختصار للمصطلح العام للإشعاع الكهرومغناطيسي (الإشعاع الكهرومغناطيسي) ، والذي ينتقل بسرعة الضوء (يُشار إليه بـ c ، أو 3 × 108 م / ث) ويأتي في مجموعة متنوعة من قيم التردد والطول الموجي التي تكون منتجاتها ج.
لأشعة جاما أطوال موجية قصيرة جدًا وبالتالي طاقة عالية جدًا. إنها تشبه الأشعة السينية ، إلا أن الأشعة السينية تنشأ خارج النواة. عادة ما يمرون عبر أجسام بشرية دون لمس أي شيء ، ولكن نظرًا لكونهم مخترقين للغاية ، فإن درع الرصاص بسمك بوصتين مطلوب لضمان توقفهم.
الأخطار الفيزيائية للإشعاع المؤين
يمكن تجاهل جسيمات ألفا بأمان ، لدرجة أن هذا ينطبق على أي شيء مصنف على أنه إشعاع. يمكنهم السفر فقط حوالي 4 إلى 7 بوصات (10 إلى 17 سم) في الهواء ، وتضيع طاقتهم عند الضرب البروتونات والنيوترونات من أي مادة يواجهونها ، مما يمنعهم من الاختراق بالإضافة إلى ذلك.
يأتي معظم الضرر الناجم عن جزيئات بيتا من ابتلاعها أو ابتلاعها. (يمكن أن ينطبق هذا أيضًا على جزيئات ألفا). يعد شرب أو تناول المواد المشعة المصدر الرئيسي للضرر الناتج عن هذا النوع من الإشعاع ، على الرغم من أن التعرض الطويل للجلد يمكن أن يؤدي إلى حروق.
يمكن لأشعة جاما أن تمر عبر الأجسام دون أن تصطدم بأي شيء ، لكن ليس هناك ما يضمن أنها ستفعل ذلك بالفعل ، ويمكنها السفر لمسافة ميل واحد في الهواء. لأنهم يستطيعون اختراق أي شيء عمليًا بالإضافة إلى السفر لمسافات طويلة ، يمكنهم ذلك تلف جميع أجهزة الجسم ووجودها في بيئات مع أنظمة حية يجب أن يكون بعناية مراقب.