العناصر المشعّة
لفهم طبيعة العناصر المشعّة، من الضروري أن نبحث في التركيبة الأساسية لذرات هذه العناصر. تتكون كل نواة ذرية من نيوترونات وبروتونات؛ حيث أن النيوترونات هي جسيمات غير مشحونة، بينما تحمل البروتونات شحنة موجبة. عادةً ما تكون هذه البروتونات والنيوترونات موجودة في مساحة ضيقة جداً.
تتنافر البروتونات ذات الشحنة الموجبة مع بعضها البعض، وهذه القوة الكهرومغناطيسية تتعارض مع القوة النووية التي تعمل على جذب مكونات النواة معًا. ولطالما أن القوة النووية أقوى من القوة الكهرومغناطيسية، تبقى النواة متماسكة ولا تتفكك. لكن، مع ازدياد عدد البروتونات في نواة العنصر، كما هو الحال في عنصر اليورانيوم الذي يحتوي على 92 بروتونًا، يصبح تأثير القوة الكهرومغناطيسية أكبر من القوة النووية ما يؤدي إلى عدم استقرار النواة وتسببها في الاضمحلال الإشعاعي، حيث يتحلل اليورانيوم إلى عنصر أكثر استقرارًا.
النشاط الإشعاعي
يمكن تعريف النشاط الإشعاعي على أنه إطلاق نوى بعض العناصر الكيميائية مثل اليورانيوم لأحد الجسيمات أو الإشعاعات التالية:
- أشعة غاما (γ): وهي إشعاع كهرومغناطيسي عالي التردد.
- جسيمات بيتا (β): وهي إما إلكترونات أو بوزيترونات.
- جسيمات ألفا (α): وهي نوى الهيليوم.
عند انبعاث هذه الجسيمات والإشعاعات، تتحول النوى غير المستقرة إلى نوى مستقرة، وهذه العملية تعرف بالاضمحلال الإشعاعي.
أنواع الاضمحلال الإشعاعي
يمكن أن يحدث الاضمحلال الإشعاعي بالإحدى الطرق التالية:
- اضمحلال ألفا: يخرج منه جسيم ألفا من نواة الهيليوم، مما يؤدي إلى التحول إلى نواة أخرى ذات عدد ذري ووزن ذري أقل بمقدار 2 و4 على التوالي.
- اضمحلال بيتا: يحدث إما بواسطة انبعاث إلكترون مما يزيد في العدد الذري بمقدار 1، أو عبر انبعاث بوزيترون والذي ينقص العدد الذري بمقدار 1، كما يمكن أن يحدث اضمحلال بيتا مزدوج حيث يُطلق جسيمان بيتا.
- اضمحلال غاما: يتم من خلاله تغيير مستوى طاقة النواة عند إطلاق أشعة غاما.
- التقاط الإلكترون: وهو الأندر بين طرق الاضمحلال، حيث يتم التقاط إلكترون بواسطة بروتون، مما يحوله إلى نيوترون، مما يؤدي إلى انخفاض في العدد الذري بينما يظل العدد الكتلي ثابتًا.
قائمة العناصر المشعّة
فيما يلي قائمة بالعناصر المشعّة:
- تيكنيتيوم (TC) – المعادن الانتقالية
- بروميثيوم (Pm) – المعادن الأرضية النادرة
- بولونيوم (Po) – الفلزّات
- أستاتين (At) – الهالوجينات
- الرادون (Rn) – الغازات النبيلة
- الفرنك (Fr) – المعادن القلوية
- الراديوم (Ra) – القلويات الترابية
- الأكتينيوم (Ac) – المعادن النادرة
- الثوريوم (Th) – المعادن النادرة
- البروتكتينيوم (Pa) – المعادن النادرة
- اليورانيوم (U) – المعادن النادرة
- النبتونيوم (Np) – المعادن النادرة
- البلوتونيوم (Pu) – المعادن النادرة
- أمريكيوم (Am) – المعادن النادرة
- كيوريوم (Cm) – المعادن النادرة
- بيركيليوم (Bk) – المعادن النادرة
- كاليفورنيوم (Cf) – المعادن النادرة
- إينشتاينيوم (Es) – المعادن النادرة
- فيريميوم (Fm) – المعادن النادرة
- مينديليفيوم (Md) – المعادن النادرة
- نوبيليوم (No) – المعادن النادرة
- لورينسيوم (Lr) – المعادن النادرة
- رثرفورديوم (Rt) – العناصر الانتقالية
- دوبينيوم (Db) – العناصر الانتقالية
- سيبوريوم (Sg) – العناصر الانتقالية
- بوهريوم (Bh) – العناصر الانتقالية
- هاسيوم (Hs) – العناصر الانتقالية
- ميتنيريوم (Mt) – العناصر الانتقالية
تطبيقات العناصر المشعّة
تتعدد تطبيقات النظائر المشعّة في الحياة اليومية، ومن أبرزها:
- في المنازل: تحتوي العديد من البيوت على مواد مشعة، على سبيل المثال، جهاز كشف الدخان الذي يحتوي على كمية صغيرة جداً من أمريكيوم-241 على شكل أكسيد، حيث يبعث هذا الجهاز جسيمات ألفا وأشعة غاما منخفضة الطاقة. يتمّ امتصاص جسيمات ألفا، بينما تُسمح لأشعة غاما غير الضارة بالمرور، مما يؤدي إلى إحداث إنذار عند دخول الدخان.
- في الطاقة النووية: تزامناً مع ارتفاع أسعار الغاز، أنشأت دول عديدة محطات للطاقة النووية، حيث كانت التجربة الأولى في الاتحاد السوفييتي عام 1954. وتعتمد العديد من الدول على الطاقة النووية التي توفر حوالي 15% من الكهرباء، ولكنها تصاحبها نفايات نووية خطيرة ومن أمثلة الحوادث الكبرى كارثة تشيرنوبيل في عام 1986.
- في الصناعة: تُستخدم أشعة غاما لتطهير الأدوات الطبية القابلة للتخلص منها مثل الحقن والقفازات. كما تعقّم هذه الأشعة اللحوم في الولايات المتحدة، حيث أصبحت تستخدم بشكل شائع في هذا الغرض.
- في الحروب: استخدمت الولايات المتحدة الأسلحة النووية بشكل فعلي، حيث أسقطت قنابل على هيروشيما وناغازاكي، مما أدى إلى فقدان الكثير من الأرواح فوراً ومع مرور الوقت نتيجة التسمم الإشعاعي الذي أثر على الحمض النووي.
- في المجال الطبي: تستخدم النظائر المشعّة كأدوات تتبع في الأبحاث الطبية، حيث يسمح ذلك للعلماء بدراسة العمليات الحيوية مثل الهضم وتحديد الأمراض كسرطان والعوائق في الجهاز الهضمي.
