العناصر المشعة

[ليالي الشتاء]

العناصر المشعة Radioactive Elements
​

اكتشاف الراديوم​

​

اهتم كل من بيير كوري PierreCurie وزوجته ماري كوري Marie Curie بدراسة خصائص اليورانيوم وخاماته ، وقد تبين لهما أن جميع خامات اليورانيوم تظهر نشاطاً إشعاعياً متوسطاً باستثناء أحد الخامات والمعروف بإسم خام البتشبلند المستخرج من بوهيميا ، وقد أظهر هذا الخام نشاطاً إشعاعياً يفوق الخامات الأخرى بأربع مرات .​

​

في عام 1898 اكتشف الزوجين كوري عنصرين مشعين جديدين في خام البتشبلند أسموهما البلوتونيوم والراديوم ، ووجودهما في الخام هو سبب زيادة النشاط الإشعاعي للخام .

عزل الزوجين مليغرامات قليلة من كلوريد الراديوم RaCl2 ، وقد تطلبت عملية عزل تلك الكمية الضئيلة أكثر من 10.000 عملية بلورة وإعادة بلورة .

وللراديوم نشاط إشعاعي يزيد عن النشاط الإشعاعي لليورانيوم بنحو 1.000.000 مرة ، ولم يتسنى لمدام كوري عزل عنصر الراديوم بشكل نقي إلا عام 1910 . استحق الزوجين كوري جائزة نوبل في الفيزياء بالمشاركة مع بيكريل عام 1903 لدورهما في النشاط الإشعاعي .

​

مصدر الراديوم​

يوجد الراديوم في خامات اليورانيوم بنسبة لا تزيد عن جزء إلى 3.000.000 جزء من اليورانيوم ، وتتطلب عملية استخلاصه جهداً مضنياً ، وتستخرج خاماته من أوروبا وأفريقيا وشمال كندا .
يوجد الراديوم في خاماته على شكل كلوريد وبروميد وكربونات الراديوم ، وهو مشع بشكله الحر أو على شكل مركبات .

​

خصائص الراديوم​

ينتمي الراديوم لعناصر المجموعة الثانية في الجدول الدوري ، وله خصائص مميزة فهو من أكثر العناصر اشعاعاً ، ومن خصائصه :
1. تؤثر اشعاعات الراديوم على الأفلام الفوتوغرافية حتى لو عزلت بأوراق غير منفذة أو وضعت في الظلام ، كما أن لها القدرة على اختراق الخشب والجلد والصفائح الفلزية الرقيقة.
2. . للراديوم ومركباته القدرة على إزالة شحنة الكشاف الكهربائي والتأثير على عداد غايغر ، فهو يؤين جزيئات الهواء بالقرب من قرص الكشاف فيفقد القرص شحنته ، وتقاس فعالية نشاط أملاح الراديوم من خلال قدرتها على إزالة شحنة الكشاف الكهربائي.

3. لمركبات الراديوم القدرة على التوهج عند خلطها مع غيرها من المركبات .
فمثلاً عند خلط كمية قليلة من بروميد الراديوم وكبريتيد الخارصين يتكون خليط يتوهج في الظلام كما تتوهج عقارب الساعة في الظلام.

4. لأشعة الراديوم القدرة على قتل أجنة البذور والبكتيريا وحتى الحيوانات الصغيرة ، كما تسبب أشعة الراديوم حروقا ً على جلد من يعملون به تحتاج لفترة طويلة للشفاء ، ولقدرته على الإضرار بأنسجة جسم الإنسان فهو يستخدم لعلاج السرطان وأمراض الجلد.

​

5. تطلق أملاح الراديوم طاقة بشكل مستمر ، وجزء من هذه الطاقة يظهر على شكل طاقة ضوئية وهو ما يسبب توهج الراديوم في الظلام ، كما أن أملاحه تعطي طاقة بشكل مستمر ، فخلال ساعة واحدة يعطي الغرام الواحد من الراديوم 120 سعر من الحرارة.

6. . يبلغ عمر النصف للراديوم 1600 سنة ، وهي الفترة الزمنة اللازمة لتحول نصف كميته إلى رصاص

بعض العناصر المشعة الأخرى​

كان عدد العناصر المشعة المعروفة لبيكريل عنصران هما اليورانيوم والثوريوم ، ثم اكتشف الزوجان كوري اثنين آخرين هما البلوتونيوم والراديوم ، ومنذ ذلك الوقت اكتشفت عناصر مشعة أخرى كثيرة كالرادون ، وهو أحد العناصر النبيلة ، وينتج من تحلل الراديوم ، وعلى الرغم من خموله الكيميائي إلا أنه نشط اشعاعيا ً ، وهو يجمع في أنابيب ويستخدم بدلا ً من الراديوم في علاج الأمراض .

وفي الحقيقة فإن كل نظائر العناصر التي تلي البزموث ( العدد الذري 83 ) في الجدول الدوري هي عناصر مشعة طبيعياً ، على الرغم من كون العديد منها محضرة صناعياً .

طبيعة النشاط الإشعاعي​

درس العالم الإنجليزي السير ارنست رذرفورد Ernest Rutherford الأشعة التي تنتج من العناصر المشعة كالراديوم والثوريوم ، فتبين له أنها مكونة من نوعين من الدقائق ونوع واحد من الأشعة ، وهي تعرف حاليا ً بأول ثلاثة حروف من الأبجدية الإغريقية وهي الفا (α) ، وبيتا (β) ، وغاما (γ) .

أولاً : دقائق الفا a - Particles​

وهي عبارة عن أنوية الهيليوم والمكونة من بروتونين ونيوترونين ، فهي بذلك تكون ذرات الهيليوم عند اكتسابها إلكترونين ، وكتلتها (4) أضعاف كتلة ذرة الهيدروجين ، وسرعتها 10.000 إلى 20.000 ميل في الثانية ، وقدرتها على الاختراق قليلة مقارنة بدقائق بيتا وأشعة غاما ، فصفيحة رقيقة من الورق أو الألومنيوم تستطيع أن توقف تقدمها ، إلا أن لها القدرة على حرق الجلد وتأيين الهواء بسرعة.

ثانياً : دقائق بيتا β - Particles​

وهي عبارة عن إلكترونات ، وتحمل شحنة سالبة ، وكتلتها 1/1837 من كتلة ذرة الهيدروجين ، وتسير بسرعة 60.000 إلى 160.000 ميل في الثانية ، ولها طاقة وقدرة على الاختراق تفوق طاقة وقدرة دقائق ألفا.

ثالثاً : أشعة غاما g - Rays ​

وهي عبارة عن أمواج كهرمغناطيسية مشابهه للضوء المرئي ، ولكن طولها الموجي أقصر وترددها أعلى من الضوء المرئي ، وسرعتها تساوي سرعة الضوء ، ولا تحمل أشعة غاما شحنة وليس لها كتلة.
يعتقد أن أشعة غاما تنتج من النقلات داخل مستويات الطاقة داخل النواة.

 

[ليالي الشتاء]

دراسة خصائص الفا وبيتا وغاما​

أولاً : التأثر بالمجال المغناطيسي
عند وضع مادة مشعة في وعاء من الرصاص مفتوح من الأعلى ، وتسليط مجال مغناطيسي على مسار الأشعة الناتجة ، فإن دقائق ألفا تنحرف ناحية القطب الجنوبي للمجال المغناطيسي دلالة على كونها موجبة الشحنة ، وتنحرف دقائق بيتا ناحية القطب الشمالي دلالة على كونها سالبة الشحنة ، بينما لا تعاني أشعة غاما من أي انحراف دلالة على كونها غير مشحونة.
ثانياً : القدرة على الاختراق
القدرة التقريبية لأشعة غاما ولدقائق ألفا وبيتا على الإختراق :

ألفا
الهواء الجاف 4سم أنسجة الحيوان 0,05 سم الرصاص صفر
بيتا
الهواء الجاف 6 إلى 300سم أنسجة الحيوان 0,06_4 سم الرصاص 0,005_0,3سم
غاما
الهواء 400م أنسجة الحيوان 50سم الرصاص 30سم

مصدر الطاقة في العناصر المشعة​

تتحلل أنوية العناصر المشعة بشكل مستمر لتعطي طاقة وحرارة ، وقد أثبتت التجارب أن مصدر الطاقة التي تصدرها العناصر المشعة ينشأ من التغيرات التي تحدث لنواة العنصر المشع ، فهي تنشطر إلى نوى أخف .

رذرفورد يجري أول تحول نووي​

بعد اكتشاف ظاهرة النشاط الإشعاعي وامكانية تحول العناصر طبيعياً إلى عناصر أخرى جديدة ، تساءل العلماء عن إمكانية إضافة بروتونات أو نيوترونات إلى نواة العنصر لتحويلها إلى عنصر آخر جديد.

وقد تحقق ذلك لأول مرة عام 1919 على يد رذرفورد عندما قصف النتروجين بدقائق ألفا الصادرة عن تحلل اليورانيومفأنتج بذلك نظيراً للأكسجين وبروتون :

 

[ليالي الشتاء]

الاستفادة من النظائر المشعة في الحياة
ـ التخلص من الشحنات الكهربية التي تنشأ على سطوح الأجسام نتيجة للاحتكاك عند تصنيعها، كما في مصانع النسيج والورق.
2 ـ تحديد سمك الأجسام كما في مصانع الورق والبلاستيك والأشرطة المعدنية.
3 ـ في الصناعات الكيميائية:
(أ) تساعد في إتمام عملية البلمرة التي يتكون فيها مركبات معقدة من مركبات بسيطة.
(ب) زيادة سرعة التفاعلات الكيميائية البطيئة.
4 ـ في الصناعات الغذائية:
(أ) تعقيم المواد الغذائية بعد تعليبها (وهي الطريقة الباردة للتعقيم) .
(ب) قتل الأطوار المعدية لبعض الديدان التي توجد في أجسام الحيوانات، مثل الطور المعدي للدودة الشريطية التي توجد في لحوم الأبقار.
(ح) قتل الحشرات وأطوارها الموجودة في الحبوب والبذور قبل تخزينها.
5 ـ في الطب:
(أ) علاج الأورام السرطانية.
(ب) علاج الغدة الدرقية.
(ح) الكشف عن مواضع الأورام الخبيثة في الجسم ومناطق ضيق الشرايين في الجسم.
(ء) تعقيم الأدوات الطبية والأدوية.
(هـ) الكشف عن الكسور في العظام.
6 ـ قياس الزمن:
يستخدم الكربون المشع ك وفترة نصف عمره (5760 سنة) في قياس الزمن لعدة آلاف من السنين، كما يستخدم اليورانيوم والثوريوم في قياس الزمن لعدة ملايين من السنين.
7 ـ تتبع المواد المشعة داخل الأجسام:
باستقبال الإشعاعات الصادرة منها بواسطة بعض الأجهزة مثل عداد جيجر أو جهاز السنتلوميتر، وتستخدم هذه الحقيقة فيما يأتي:
(أ) معرفة مواضع الكسور في الأنابيب المدفونة تحت سطح الأرض والتي تقوم بتوصيل سائل أو غاز.
(ب) معرفة مواضع الأورام الخبيثة في الجسم ومناطق ضيق الشرايين ومواضع الكسور في العظام.
(ح) في الأبحاث البيولوجية.
كيفية التعرف إلى موضع كسر في أنبوبة تنقل البترول مدفونة تحت سطح الأرض.
يضاف إلى البترول عند محطة الإرسال كمية ضئيلة من عنصر مشع ضعيف الإشعاعات وفترة نصف عمره قصيرة، ثم نتتبع سير المادة المشعة بأحد الأجهزة مثل عداد جيجر. وعندما تتسرب المادة المشعة من موضع الكسر يمكن استقبال الأشعة الصادرة منها وتحديد الموضع وإصلاحه.


((الاستفادة من العناصر المشعة)) مصدره الموسوعة العلمية
​